Высокопроизводительные волоконно-оптические датчики

При низком токе возбуждения выход лазерного диода определяется преимущественно спонтанным излучением. При повышении уровня тока и преодоления им порогового значения световое излучение начинает зависеть главным образом от вынужденного излучения. В отличие от характеристики светоизлучающего диода кривая зависимости лазерного диода имеет крутой излом, и в режиме вынужденного излучения при увеличении тока уровень выходного излучения возрастает очень резко. Когда свет отражается обратно в лазерный диод, работающий в около – или над пороговом режиме, эффективный поток фотонов в резонаторе изменяется в зависимости от соотношения фаз и степени когерентности обратно отраженного излучения и излучения, циркулирующего в резонаторе. В конечном итоге выход источника излучения модулируется обратно отраженным излучением. Проблема особенно актуальна для источников света с высокой когерентностью, которые внутри волоконно-оптических датчиков часто подвергаются воздействию нескольких отраженных световых потоков, взаимодействующих с источником света очень сложным образом.

Первым источником излучения, обратно отраженного в лазерный диод, обычно является вывод для подсоединения волокна. Высокопроизводительные волоконно-оптические датчики часто необходимо подсоединять к одномодовому лазеру, используя одномодовое волокно. Чтобы такое подсоединение было эффективным, выход лазерного диода должен представлять собой единственную поперечную моду. На рисунке показан выход лазерного диода, состоящий из нескольких поперечных мод: центральной, содержащей некоторую часть выходной мощности, и нескольких побочных. У лазерных диодов, работающих таким способом, перераспределение мощности между поперечными модами может зависеть от тока, деградации (старения), температуры и других внешних воздействий. Поскольку только одна из поперечных мод может быть запущена в одномодовое волокно, лазерные диоды этого типа обладают крайне нежелательными свойствами. В идеале диод должен иметь на выходе устойчивую единственную поперечную моду. По мере развития технологии для большинства лазерных диодов с одной продольной модой становится общепринятым иметь на выходе единственную поперечную моду. Для лазерных диодов, имеющих прямоугольную активную область, типична единственная эллиптическая поперечная мода. Для оптимального подключения к одномодовому волокну крайне желателен выход с симметричной круговой поляризацией. На рисунке показана схема устройства лазерного диода со скрытой гетероструктурой. В этом случае активная область почти квадратна и окружена материалом с более низким показателем преломления, действующим как волновод.