Laser à diode couplé à la fibre

FCD (Fibre Coupled Diode) signifie que la lumière générée par plusieurs lasers à diode est couplée dans une fibre multimode monocœur par un réseau de microlentilles afin de fournir de la lumière au lieu cible.
Les lasers à diodes à couplage de fibres (également appelés à fibres intégrées) présentent plusieurs avantages:
La lumière sortant de la fibre présente un profil d’intensité circulaire et lisse (homogénéisé) et une qualité de faisceau symétrique, ce qui est très pratique dans de nombreux cas. Par exemple, des optiques moins sophistiquées sont nécessaires pour générer un point de pompe circulaire pour un laser à l’état solide pompé en bout.
Il devient possible de retirer les diodes laser en même temps que leurs agencements de refroidissement. à partir d’une tête laser à l’état solide, qui peut alors être plus compacte, et plus d’espace est laissé pour d’autres pièces à cet endroit.
Les lasers à diodes couplés à des fibres défectueux peuvent facilement être remplacés sans modifier l’alignement du dispositif où la lumière est utilisée.
Les appareils à couplage de fibres peuvent être facilement combinés avec d’autres composants de fibres optiques.

1. Onde continue, haute puissance
2. Distribution d’énergie uniforme
3. Faible taux de dégâts
4. Durée de vie jusqu’à 50 millions de coups

Rapport de volume = 1: 15

1 Le canal de refroidissement élargi évite le blocage des micro-canaux, ce qui assure un refroidissement efficace.

2 Avec un plus grand volume de générateur laser, la diminution du flux de chaleur évite les dommages thermiques du laser.

En savoir plus sur les épilateurs à diode laser à fibres couplées Fibre HR, Fibre HR XL et Fibre HR II.

Types de lasers à diode couplés à la fibre

De nombreux lasers à diodes sont ainsi vendus sous forme couplée de fibres, avec des optiques de couplage de fibres robustes (par exemple, une fixation de fibre permanente soudée au laser) intégrées dans le boîtier de laser. Les fibres et les techniques utilisées diffèrent beaucoup selon les lasers à diodes:

Le cas le plus simple est celui du VCSEL (laser à émission de surface à cavité verticale), qui émet généralement un faisceau de haute qualité, à divergence modérée, sans astigmatisme et à profil d’intensité circulaire. Une simple lentille sphérique suffit pour imager le point d’émission au cœur d’une fibre monomode. L’efficacité de couplage peut être de l’ordre de 70 à 80%. Il est également possible de coupler directement (coupler bout à bout) la fibre à la surface émettrice du VCSEL.

Les petites diodes laser à émission de bord émettent également dans un seul mode spatial, permettant ainsi en principe un couplage efficace avec une fibre monomode. Cependant, l’efficacité du couplage peut être considérablement dégradée par l’ellipticité du faisceau, si une simple lentille sphérique est utilisée. De plus, la divergence du faisceau est relativement élevée dans au moins une direction, ce qui nécessite une lentille avec une ouverture numérique relativement grande. Un autre problème est l’astigmatisme de la sortie de la diode, en particulier pour les diodes à guidage de gain; cela peut être compensé par une lentille cylindrique faible supplémentaire. Avec des puissances de sortie pouvant atteindre quelques centaines de milliwatts, des LD à guidage par le gain couplées par fibre peuvent être utilisées, par exemple, pour le pompage d’amplificateurs à fibre dopée à l’erbium.

Les diodes laser à large surface sont multimodes spatialement dans le sens long de l’émetteur. Si un faisceau circulaire est simplement mis en forme avec une lentille cylindrique (par exemple une lentille en fibre, voir la figure 3), puis lancé dans une fibre multimode, une grande partie de la luminosité sera perdue car la haute qualité du faisceau dans la direction de l’axe rapide ne être utilisé. Une puissance, par exemple 1 W peut être lancé dans une fibre multimode avec un diamètre de coeur de 50 μm et une ouverture numérique de 0.12. C’est suffisant, par exemple. pour pomper un laser en masse de faible puissance, p. ex. micropuce laser. Même une puissance lancée de 10 W est possible.

Une technique améliorée pour les lasers à grande surface repose sur le remodelage du faisceau pour obtenir une qualité de faisceau symétrisée (et pas seulement le rayon du faisceau symétrisé) avant le lancement. Cela permet une luminosité plus élevée.

Pour les barrettes de diodes (réseaux de diodes), le problème de la qualité du faisceau asymétrique est encore plus grave. Ici, les sorties d’émetteurs individuels peuvent être couplées dans des fibres séparées d’un faisceau de fibres. Les fibres sont disposées de manière linéaire sur le côté de la barre de diode, mais sous la forme d’une matrice circulaire à la sortie. Vous pouvez également utiliser une forme de faisceau pour symétriser la qualité du faisceau avant de la lancer dans une seule fibre multimode. Cela peut être fait par exemple. avec un formateur de faisceau à deux miroirs ou avec des éléments microoptiques. C’est possible par exemple coupler 30 W dans une fibre ayant un diamètre de cœur de 200 µm (ou même de 100 µm) et un NA de 0,22. Un tel dispositif peut être utilisé, par exemple, pour pomper un laser ND: YAG ou Nd: YVO4 avec environ 15 W de puissance de sortie.

Pour les piles de diodes, on utilise des fibres dont le diamètre de noyau est encore plus grand. C’est possible par exemple coupler des centaines de watts (voire plusieurs kilowatts) de puissance optique en une fibre de 600 µm de diamètre et NA = 0,22.

Inconvénients du couplage de fibres

Certains inconvénients potentiels des lasers à diodes à couplage de fibres, par rapport aux lasers émettant en espace libre, sont les suivants:

1. Le coût est plus élevé. Cela peut toutefois être compensé par les économies réalisées grâce à la simplification du traitement et de la livraison du faisceau.
2. La puissance de sortie est légèrement réduite, et plus important encore la luminosité. La perte de luminosité peut être importante (supérieure à un ordre de grandeur) ou plutôt petite, selon la technique de couplage des fibres. Dans certains cas, cela peut ne pas avoir d’importance, mais dans d’autres, cela pose des problèmes importants, par exemple. pour la conception d’un laser en masse pompé par diode ou d’un laser à fibre haute puissance.
3. Dans la plupart des cas (en particulier avec des fibres multimodes), la fibre ne conserve pas de polarisation. La sortie de la fibre sera alors normalement partiellement polarisée et l’état de polarisation peut changer lorsque la fibre est déplacée ou lorsque la température change. Ceci peut causer des problèmes de stabilité importants des lasers à l’état solide pompés par diode lorsque l’absorption de la pompe dépend de la polarisation (comme dans, par exemple, Nd: YVO4).