高偏振SLED光源与低偏振度SLED光源性能比较

SLED光源的辐射特性介乎半导体激光器与半导体发光二极管之间，随着光纤陀螺、光相干层析成像（OCT）、分布式光纤传感、白光干涉仪的发展，SLED衍生出多个系列产品，划分的依据包括光源覆盖的波段范围、光波偏振特性等。特别是随着干涉型光纤传感器的发展，光源的偏振特性受到更为广泛的关注，按照光源的偏振特性，SLED光源向两个极端发展，亦即高偏振与低偏振SLED光源。下文将结合天津峻烽科技公司对应产品简要描述两类光源的特点。
1、管芯差异
SLED光源介乎LD与LED光源之间的发光特性来自于其独特的管芯结构。设计中需兼顾考虑出光功率，光纤耦合效率，宽光谱覆盖范围，低纹波等因素。针对不同应用的要求，需要在材料组分、有源区结构、放大的自发辐射（ASE）等多个方面加以特殊设计。对于高偏振SLED管芯，在有源区结构设计上多采用矩形波导下沉圆波导，以提高有源区增益，同时控制内部TE波或TM波在半导体解理面间的振荡，使得高浓度有源区产生的自发辐射经过若干次反射后形成正反馈输出，同时保证了光谱宽度不被过分压缩。这种辐射谱由于存在大量的受激辐射使得输出光谱偏振度较高，目前商用的普通SLED消光比可达10-20dB。
低偏振SLED管芯由于其要求输出消光比低（约<1dB），在设计管芯时必须尽可能减少自发辐射在半导体端面的光反馈，通常的做法是在有源区一侧放置一个吸收体以破坏其谐振条件，从而降低多次受激辐射后偏振度大幅度提高。当然，这是以牺牲光电效率为前提，同等掺杂浓度的管芯，低偏振SLED一般较高偏振SLED光电转换效率更低，且低偏振SLED输出功率多为若干mW量级。
2、高偏振度光源特点
随着偏振器件的消光比指标的逐步提高，特别是一些对谱宽与偏振都有较高要求的场合（如光纤陀螺使用的在线起偏器、集成光学相位调制器、光纤环圈），高偏振光源管芯的消光比以无法满足计量要求。一般情况下，对光源消光比要求至少在30dB以上，特殊器件（尤其对于铌酸锂波导）光源消光比的要求可达40dB甚至更高。这样必须在光源设计中进一步提高消光比，同时为方便使用应对偏振准直问题加以关注。峻烽科技公司的高偏振度光源根据客户对于消光比不同等级要求设计了不同的解决方案，依据光源消光比分类为：
10-20dB偏振SLED光源，内置保偏隔离器、保偏尾纤、光路闭环工作，输出可根据客户要求设定输出耦合方式与对轴角度；
20-30dB偏振SLED光源，内部设计全保偏闭环光路结构，输出可根据客户要求设定输出耦合方式与对轴角度；
30-40dB偏振SLED光源，内部设计全保偏闭环光路结构，输出可根据客户要求设定输出耦合方式与对轴角度；
>40dB偏振SLED光源，特殊的光路结构设计，满足最高级别的偏振测试要求，输出采用通用适配器，方便快速连接、测量。
3、低偏振度光源特点
低偏振SLED光源目前广泛采用消偏技术，对于偏振度要求较低的场合（如10-15% DOP），可以采用普通商用SLED（消光比约为20dB）进行消偏。对于偏振度优于5%的低偏振光源，则需采用高性能低偏振SLED管芯，外部采取进一步的消偏机构以进一步降低管芯偏振度，一般的商用光纤消偏器消偏指标最高可达5%，采用特殊设计的光纤消偏器则可以进一步提高偏振度至2%。峻烽科技公司低偏振SLED光源按偏振度与消光比指标的异同，分为
DOP<5% ER<0.3dB低偏振SLED光源
DOP<2% ER<0.1dB超低偏振SLED光源
4、综上所述，高偏振SLED光源与低偏振SLED光源应用于不同的应用领域，从SLED管芯设计、外围光路、系统集成方式方面均有质的差别。目前对于消光比30dB以上的高偏振SLED光源与偏振度小于5%的低偏振SLED光源其技术难度较高，设计、加工、装调工艺要求比较苛刻。而消光比10-20dB的偏振SLED光源，以及偏振度小于10-15%的低偏振SLED光源，其技术难度较前述光源相应降低很多，且易于实现。

SLED光源的辐射特性介乎半导体激光器与半导体发光二极管之间，随着光纤陀螺、光相干层析成像（OCT）、分布式光纤传感、白光干涉仪的发展，SLED衍生出多个系列产品，划分的依据包括光源覆盖的波段范围、光波偏振特性等。特别是随着干涉型光纤传感器的发展，光源的偏振特性受到更为广泛的关注，按照光源的偏振特性，SLED光源向两个极端发展，亦即高偏振与低偏振SLED光源。下文将结合天津峻烽科技公司对应产品简要描述两类光源的特点。
1、管芯差异
SLED光源介乎LD与LED光源之间的发光特性来自于其独特的管芯结构。设计中需兼顾考虑出光功率，光纤耦合效率，宽光谱覆盖范围，低纹波等因素。针对不同应用的要求，需要在材料组分、有源区结构、放大的自发辐射（ASE）等多个方面加以特殊设计。对于高偏振SLED管芯，在有源区结构设计上多采用矩形波导下沉圆波导，以提高有源区增益，同时控制内部TE波或TM波在半导体解理面间的振荡，使得高浓度有源区产生的自发辐射经过若干次反射后形成正反馈输出，同时保证了光谱宽度不被过分压缩。这种辐射谱由于存在大量的受激辐射使得输出光谱偏振度较高，目前商用的普通SLED消光比可达10-20dB。
低偏振SLED管芯由于其要求输出消光比低（约<1dB），在设计管芯时必须尽可能减少自发辐射在半导体端面的光反馈，通常的做法是在有源区一侧放置一个吸收体以破坏其谐振条件，从而降低多次受激辐射后偏振度大幅度提高。当然，这是以牺牲光电效率为前提，同等掺杂浓度的管芯，低偏振SLED一般较高偏振SLED光电转换效率更低，且低偏振SLED输出功率多为若干mW量级。
2、高偏振度光源特点
随着偏振器件的消光比指标的逐步提高，特别是一些对谱宽与偏振都有较高要求的场合（如光纤陀螺使用的在线起偏器、集成光学相位调制器、光纤环圈），高偏振光源管芯的消光比以无法满足计量要求。一般情况下，对光源消光比要求至少在30dB以上，特殊器件（尤其对于铌酸锂波导）光源消光比的要求可达40dB甚至更高。这样必须在光源设计中进一步提高消光比，同时为方便使用应对偏振准直问题加以关注。峻烽科技公司的高偏振度光源根据客户对于消光比不同等级要求设计了不同的解决方案，依据光源消光比分类为：
10-20dB偏振SLED光源，内置保偏隔离器、保偏尾纤、光路闭环工作，输出可根据客户要求设定输出耦合方式与对轴角度；
20-30dB偏振SLED光源，内部设计全保偏闭环光路结构，输出可根据客户要求设定输出耦合方式与对轴角度；
30-40dB偏振SLED光源，内部设计全保偏闭环光路结构，输出可根据客户要求设定输出耦合方式与对轴角度；
>40dB偏振SLED光源，特殊的光路结构设计，满足最高级别的偏振测试要求，输出采用通用适配器，方便快速连接、测量。
3、低偏振度光源特点
低偏振SLED光源目前广泛采用消偏技术，对于偏振度要求较低的场合（如10-15% DOP），可以采用普通商用SLED（消光比约为20dB）进行消偏。对于偏振度优于5%的低偏振光源，则需采用高性能低偏振SLED管芯，外部采取进一步的消偏机构以进一步降低管芯偏振度，一般的商用光纤消偏器消偏指标最高可达5%，采用特殊设计的光纤消偏器则可以进一步提高偏振度至2%。峻烽科技公司低偏振SLED光源按偏振度与消光比指标的异同，分为
DOP<5% ER<0.3dB低偏振SLED光源
DOP<2% ER<0.1dB超低偏振SLED光源
4、综上所述，高偏振SLED光源与低偏振SLED光源应用于不同的应用领域，从SLED管芯设计、外围光路、系统集成方式方面均有质的差别。目前对于消光比30dB以上的高偏振SLED光源与偏振度小于5%的低偏振SLED光源其技术难度较高，设计、加工、装调工艺要求比较苛刻。而消光比10-20dB的偏振SLED光源，以及偏振度小于10-15%的低偏振SLED光源，其技术难度较前述光源相应降低很多，且易于实现。
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