Viel gewinnen mit Aktivfasern

Die neuesten aktiven optischen Fasern von Coherent bieten Vorteile speziell für Anwendungen in SATCOM und LIDAR

 

30. September 2021 von Coherent

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Die meisten optischen Fasern funktionieren wie Wasserleitungen. Das heißt, Sie geben Licht in ein Ende, es wandert eine gewisse Strecke durch die Faser und anschließend tritt die gleiche Lichtmenge (oder eine geringe) am anderen Ende heraus. Sie erhalten jedoch nicht mehr Licht, als Sie zu Beginn eingesetzt haben.

Diese werden als „passive Fasern“ bezeichnet. Es gibt aber noch eine andere Klasse von Lichtleitfasern – aktive Fasern – die das Licht tatsächlich verstärken oder die Lichtintensität erhöhen. Es kommt also mehr Licht heraus, als zu Beginn eingespeist wurde. Wie ist das möglich?

Fasern mit der besten Dotierung

Das geschieht durch „Dotierung“. Das bedeutet, dass kleine Mengen von Chemikalien, in der Regel Ionen von Seltenerdelementen (wie Erbium, Ytterbium oder Thulium), in die Faser selbst eingebracht werden. Diese Ionen absorbieren Licht einer bestimmten Wellenlänge und geben es in einer anderen Wellenlänge wieder ab. 

Die Zeichnung zeigt in stark vereinfachter Darstellung, wie aus einer aktiven Faser ein „Faserverstärker“ – ein Gerät zur Verstärkung von Laserlicht – entsteht. „seed light“ von einem Diodenlaser mit relativ geringer Leistung wird in eine passive Faser eingekoppelt. Licht von Pumpdioden (mit einer kürzeren Wellenlänge als der Seedlaser) wird ebenfalls in die Faser eingekoppelt. All dieses Licht tritt in die aktive Faser ein, wo der Dotierstoff das Pumpdiodenlicht absorbiert und es anschließend in der Wellenlänge des Seedlasers wieder emittiert. Das Wichtigste dabei ist, dass dieses erneut emittierte Licht mit dem Seedlaserlicht kohärent ist, d. h. es handelt sich um Laserlicht, das in jeder Hinsicht mit dem des Seedlaserlichts identisch ist. 

Aktive Fasern zur Herstellung eines Faserverstärkers

So kommt mehr Licht in der Wellenlänge des Seedlasers aus der Faser heraus, als zu Beginn hineinging. Es ist durchaus möglich, die Lichtmenge auf diese Weise um das 1000-fache zu erhöhen. Oft werden mehrere Stufen kombiniert, um eine noch höhere Verstärkung zu erreichen. 

Aktivfasern – Der Weg zum Erfolg

Dotierte Fasern mit „Verstärkung“ (optische Verstärkung) sind die Grundlage für Faserlaser und Faserverstärker. Diese Technologien werden in zahlreichen Bereichen eingesetzt, von der Materialbearbeitung über Telekommunikation, Medizin/Chirurgie und Sensorik bis hin zu einer Vielzahl von Anwendungen in der Verteidigung und der Luft- und Raumfahrt.

Eine wichtige sich entwickelnde Anwendung für Faserverstärker sind LIDAR-Systeme (Light Detection and Ranging) für autonome Fahrzeuge und fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme. In beiden Fällen ermöglicht das LIDAR dem Auto, die Straße und die Umgebung zu „sehen“.

Der Vorteil von LIDAR, das auf einem 1550-nm-Faserverstärker basiert, ist, dass es eine relativ hohe Laserleistung in einem kompakten, leichten Gehäuse liefert. Mehr Laserleistung ist nützlich, weil die Fahrzeuge dadurch weiter und besser „sehen“ können. Aber selbst ein 1550-nm-Laser mit relativ hoher Leistung ist „augensicher“ (d. h. das Laserlicht erreicht nicht die Netzhaut), so dass er keine Gefahr für andere Fahrer darstellt. Und natürlich spielen Größe und Gewicht bei einem Fahrzeug immer eine wichtige Rolle.

Eine weitere wichtige, sich entwickelnde Anwendung für 1550-nm-Faserverstärker ist die Satellitenkommunikation. Eine Reihe sowohl etablierter als auch sich in der Entwicklung befindlicher Unternehmen für Satellitenkommunikation haben Interesse daran bekundet, Tausende von kleinen, relativ kosteneffektiven Satelliten in so genannten „Konstellationen“ in einer niedrigen Erdumlaufbahn zu starten. Durch diese Konstellationen könnten Internetdienste und andere Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsdienste angeboten werden.

Diese zahlreichen Satelliten müssen miteinander kommunizieren können, und Laser können dafür sehr effektiv eingesetzt werden. Das liegt daran, dass ihr Licht mit sehr wenig Verlust oder Verzerrung in die Leere des Raums übertragen wird. Außerdem sind laserbasierte Verbindungen nicht so störungsanfällig wie die Funkkommunikation. Das günstige Verhältnis von Größe zu Gewicht und der elektrische Gesamtwirkungsgrad von 1550-nm-Faserverstärkern macht sie zu einer guten Wahl für diese Anwendung.

Coherent ist Experte für Aktivfasern

Coherent fertigt eine breite Spanne an aktiven optischen Fasern und hat kürzlich neue Produkte eingeführt, die speziell für die soeben beschriebenen Satellitenkommunikations- und Kfz-LIDAR-Systeme bestimmt sind. Auch wenn diese Anwendungen sehr unterschiedlich erscheinen mögen, so haben sie doch einige gemeinsame Anforderungen, insbesondere den Bedarf an kompakten, leichten und elektrisch effizienten, aber dennoch leistungsstarken Laserquellen. Außerdem kommen beide in rauen Umgebungen zum Einsatz, in denen Hitze oder Strahlung die Leistung mit der Zeit beeinträchtigen können. Die Verwendung derselben Faser für beide Anwendungen erhöht zudem die Produktionsmengen und senkt die Kosten.

Die neuen Erbium-Ytterbium-co-dotierten aktiven Fasern der Serie NuEYDF von Coherent bieten eine Kombination von Eigenschaften, die sie auf dem aktuellen Markt einzigartig machen. Diese beinhalten:

  • Strahlungsbeständigkeit, die für Weltraumanwendungen unerlässlich ist.
  • Beschichtungen, die einen zuverlässigen Betrieb und eine lange Lebensdauer bei Hochtemperaturanwendungen in der Automobilindustrie ermöglichen.
  • Minimierte ASE (amplified spontaneous emission) für maximale Verstärkung, geringeres Rauschen und längere Lebensdauer.
  • Abgestimmte passive Fasern für maximalen Gesamtdurchsatz des Systems.

Coherent bietet über 400 verschiedene Typen von passiven und aktiven Fasern für Anwendungen in den Bereichen Kommunikation, Sensorik, Trägheitsnavigation, Chirurgie und Materialbearbeitung. Und die meisten sind für den sofortigen Versand verfügbar. Besuchen Sie unseren Online-Shop, um zu sehen, was jetzt verfügbar ist.

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