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ポンプレーザーダイオード(励起レーザーダイオード)とは

ポンプ(励起)レーザーとは、レーザーを発振するために必要なエネルギーを増幅媒体に与える役割のレーザーです。
ファイバーレーザー向けに使用されるポンプレーザーダイオードは、一般的に800~1000nmの範囲(殆どの場合915nmもしくは976nm)で発光するⅢ-V半導体(*1)を利用しています。
ここでは、ポンプレーザーの種類やそれらを製造している代表的なメーカー、また、ポンプレーザーを駆動するドライバーを紹介します。

*1)Ⅲ-Ⅴ半導体:Ⅲ族半導体とV族半導体を用いた半導体 (ガリウムひ素・リン化インジウム(InP)など)

1.ポンプレーザーの種類

ポンプレーザーダイオードは接続するアクティブファイバーの種類及びそれによる光の進み方の違いによって、大きく2つの種類に分ける事が出来ます。

     
  1. シングルモードファイバカップルレーザーダイオード
  2.  
  3. マルチモードファイバカップルレーザーダイオード

※ファイバーレーザーの種類に関しては、「ファイバーレーザーとは」の記事をご確認ください。

(1)シングルモードファイバカップルレーザーダイオード

シングルモードファイバカップルレーザーは、細いActive fiber Coreに光を通します。よって、小型の端面発光レーザーダイオードの光を細いファイバコア(~Φ6um)に集めます。 このタイプのレーザーダイオードは通常、TEC冷却器付きのバタフライパッケージにアセンブリされており、昨今の傾向として小型化が進んでいます。 レーザーダイオードの出力は一般的に300~1500mWです。

使用される端面発光レーザー(Edge Emitting Laser(EEL))

端面発光レーザーは、共振器が半導体基板と並行に作られ側面から光を出射する構造のレーザーです。
これに対して、面発光レーザーは、共振器が半導体基板と垂直に作られ光を垂直に出射する構造のレーザーです。
端面発光レーザー原理


フランスの3SP technologies社などの915や976nmの吸収帯を持つシングルモードポンピングレーザーダイオードのサプライヤは、90年代の終わりにテレコム市場で使用されたエルビウムファイバ増幅器のビジネスで発展しました。
これらの企業は生産量が高く、中程度のコストで高い信頼性を実現します。
シングルモードポンピングレーザーダイオード

(2)マルチモードファイバカップルレーザーダイオード

マルチモードファイバカップルレーザーダイオードはInner Coreに光を通します。シングルモードと比較してCore径が広いので、一般的に広域側面発光レーザーダイオードチップが使用されています。
マルチモードファイバカップルレーザーダイオードはシングルエミッタとマルチエミッタの2つの種類があります。

シングルエミッタレーザーダイオード

1つのレーザーと1つのケーブルが対になっているタイプのレーザーダイオードです。
一般的に15Wまでのシングルレーザーダイオードチップを105μm(コア)/125μm(クラッド)のファイバにカップリングしたものです。

マルチエミッタレーザーダイオード

複数のレーザーが複数のファイバを通って1つにまとまるタイプのレーザーダイオードです。
複数のレーザーを使用することで、拡張次第では数百Wまで出力レベルを上げる事が出来ます。

使用されるマルチモードファイバカップルレーザーダイオードポンプ

マルチモードポンピングレーザーダイオード (左:II-VI Laser enterprise社 レーザー 10W@976nm 右:Lumentum社 200W@915nm) II-VI Laser enterprise社、(Lumentum社 提供)

2.代表的なポンプレーザーダイオードメーカー

ここではAerodiodeが推奨している代表的なポンプレーザーダイオードメーカーを紹介致します。

     
  • 3SP technologies: French supplier (シングルモードダイオードのみ)
  •  
  • II-VI laser entreprise: USA(CT) サプライヤ
  •  
  • Lumentum: USA (CA) サプライヤ

これら3社の価格は一般的に$1000(シングルモードレーザーダイオード)、$500(マルチモードシングルエミッター)$2000(マルチエミッタ―レーザーダイオード)程度です。

3.ポンプレーザーダイオードのドライバー

レーザーダイオードを使用しながらファイバレーザーに特有の制約や要求をすべて考慮に入れることは、特殊な製品を必要とする為困難です。
ここでは二つのレーザーダイオードドライバーを紹介します。これらはレーザーダイオードの駆動用に特別に設計され、研究開発から製品への組み込みまで幅広い用途に適しています。

AeroDiode Central Electronic Board

(1)Central Electronic Board
(Fiber laser diode driver)

ほぼすべてのファイバレーザーを駆動する事が可能なドライバーです。
ボードには2つのシングルモードレーザーダイオードドライバーとCW、パルスの両方で駆動するTECコントローラー、ファイバレーザーの出力をモニタリングするための6つのフォトダイオード測定回路が含まれています。

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AeroDiode CCM

(2)CCM

CCMは1つもしくは複数のマルチポンプレーザーダイオード(シングルもしくはマルチエミッタ)を駆動するために作られた製品です。
こちらの製品には高出力TECコントローラーや空冷機能が含まれています。

製品詳細

4.まとめ

ファイバーレーザで使用するポンプレーザーは、接続するファイバーの径でシングルモードファイバー用とマルチモードファイバー用に分かれます。
さらに、マルチモードファイバー用は、1本のファイバを使用するングルエミッターレザーダイオード用、複数のファイバを使用して高い出力を得るマルチエミッタレーザーダイオードがあります。

接続するファイバーの種類 使用するダイオードの数
シングルモードファイバカップルレーザーダイオード
マルチモードファイバカップルレーザーダイオード シングルエミッタレーザーダイオード
マルチエミッタレーザーダイオード

KLV大学 レーザーコース