Rozwój i status rynkowy laserów strojonych Część druga

Rozwój i status rynkowy laserów strojonych (część druga)

Zasada działanialaser strojony

Istnieją mniej więcej trzy zasady dostrajania długości fali lasera. Większośćlasery strojoneużyj substancji roboczych o szerokich liniach fluorescencyjnych. Rezonatory tworzące laser mają bardzo niskie straty tylko w bardzo wąskim zakresie długości fal. Dlatego pierwszą jest zmiana długości fali lasera poprzez zmianę długości fali odpowiadającej obszarowi niskiej straty rezonatora przez niektóre elementy (takie jak kratka). Drugą jest przesunięcie poziomu energii przejścia laserowego poprzez zmianę niektórych parametrów zewnętrznych (takich jak pole magnetyczne, temperatura itp.). Trzecią jest wykorzystanie efektów nieliniowych w celu uzyskania transformacji długości fali i strojenia (patrz optyka nieliniowa, wymuszone rozpraszanie Ramana, podwojenie częstotliwości optycznej, oscylacja parametryczna optyczna). Typowymi laserami należącymi do pierwszego trybu strojenia są lasery barwnikowe, lasery chryzoberylowe, lasery z centrami barwnymi, strojone lasery gazowe wysokociśnieniowe i strojone lasery excimerowe.

Z punktu widzenia technologii realizacji lasery strojone można podzielić głównie na: technologię sterowania prądem, technologię sterowania temperaturą i technologię sterowania mechanicznego.
Wśród nich technologia sterowania elektronicznego ma na celu osiągnięcie strojenia długości fali poprzez zmianę prądu wtrysku, z prędkością strojenia na poziomie NS, szerokim pasmem strojenia, ale małą mocą wyjściową, opartą głównie na technologii sterowania elektronicznego SG-DBR (siatka próbkująca DBR) i laserze GCSR (pomocnicza kratka kierunkowa ze sprzężeniem wstecznym i próbkowaniem odbitym). Technologia sterowania temperaturą zmienia wyjściową długość fali lasera poprzez zmianę współczynnika refrakcji aktywnego obszaru lasera. Technologia jest prosta, ale powolna i można ją regulować za pomocą wąskiej szerokości pasma wynoszącej zaledwie kilka nm. Główne z nich oparte na technologii sterowania temperaturą toLaser DFB(rozproszone sprzężenie zwrotne) i laser DBR (rozproszone odbicie Bragga). Sterowanie mechaniczne opiera się głównie na technologii MEMS (mikroelektromechaniczny system), aby uzupełnić wybór długości fali, z dużą regulowaną szerokością pasma, wysoką mocą wyjściową. Główne struktury oparte na technologii sterowania mechanicznego to DFB (rozproszone sprzężenie zwrotne), ECL (laser z zewnętrzną wnęką) i VCSEL (laser z pionową wnęką emitujący powierzchnię). Poniżej wyjaśniono te aspekty zasady działania laserów strojonych.

Zastosowanie komunikacji optycznej

Strojony laser jest kluczowym urządzeniem optoelektronicznym w nowej generacji gęstego systemu multipleksowania z podziałem długości fali i wymiany fotonów w całkowicie optycznej sieci. Jego zastosowanie znacznie zwiększa pojemność, elastyczność i skalowalność systemu transmisji światłowodowej i umożliwia ciągłe lub quasi-ciągłe strojenie w szerokim zakresie długości fal.
Firmy i instytucje badawcze na całym świecie aktywnie promują badania i rozwój laserów strojonych, a w tej dziedzinie stale dokonuje się nowych postępów. Wydajność laserów strojonych jest stale ulepszana, a ich koszt jest stale obniżany. Obecnie lasery strojone dzielą się głównie na dwie kategorie: lasery strojone półprzewodnikowe i lasery strojone światłowodowe.
Laser półprzewodnikowyjest ważnym źródłem światła w optycznym systemie komunikacyjnym, który ma cechy małych rozmiarów, lekkości, wysokiej wydajności konwersji, oszczędności energii itp. i jest łatwy do osiągnięcia jednoukładowej integracji optoelektronicznej z innymi urządzeniami. Można go podzielić na strojony rozproszony laser sprzężenia zwrotnego, rozproszony laser zwierciadlany Bragga, pionowy laser emitujący powierzchnię z systemem mikrosilnika i zewnętrzny laser półprzewodnikowy z wnęką.
Rozwój strojonego lasera światłowodowego jako ośrodka wzmocnienia i rozwój półprzewodnikowej diody laserowej jako źródła pompującego znacznie przyspieszyły rozwój laserów światłowodowych. Strojony laser opiera się na 80 nm szerokości pasma wzmocnienia domieszkowanego włókna, a element filtrujący jest dodawany do pętli w celu kontrolowania długości fali lasera i realizacji strojenia długości fali.
Rozwój strojonych laserów półprzewodnikowych jest bardzo aktywny na świecie, a postęp jest również bardzo szybki. Ponieważ strojone lasery stopniowo zbliżają się do laserów o stałej długości fali pod względem kosztów i wydajności, nieuchronnie będą coraz częściej wykorzystywane w systemach komunikacyjnych i będą odgrywać ważną rolę w przyszłych sieciach całkowicie optycznych.

Perspektywy rozwoju
Istnieje wiele typów laserów strojonych, które są zazwyczaj rozwijane poprzez dalsze wprowadzanie mechanizmów strojenia długości fali na podstawie różnych laserów o pojedynczej długości fali, a niektóre towary zostały dostarczone na rynek międzynarodowy. Oprócz rozwoju ciągłych laserów strojonych optycznie, zgłaszano również lasery strojone ze zintegrowanymi innymi funkcjami, takimi jak laser strojony zintegrowany z pojedynczym chipem VCSEL i modulatorem absorpcji elektrycznej oraz laser zintegrowany z reflektorem Bragga z próbką kratki i półprzewodnikowym wzmacniaczem optycznym i modulatorem absorpcji elektrycznej.
Ponieważ laser o zmiennej długości fali jest szeroko stosowany, laser o zmiennej długości fali o różnych strukturach można stosować w różnych systemach, a każdy z nich ma zalety i wady. Zewnętrzny laser półprzewodnikowy z wnęką może być stosowany jako szerokopasmowe źródło światła o zmiennej długości fali w precyzyjnych przyrządach testowych ze względu na wysoką moc wyjściową i ciągłą długość fali o zmiennej długości fali. Z perspektywy integracji fotonów i spełnienia przyszłej całkowicie optycznej sieci, próbkowanie kratki DBR, superstrukturyzowane kratki DBR i lasery o zmiennej długości fali zintegrowane z modulatorami i wzmacniaczami mogą być obiecującymi źródłami światła o zmiennej długości fali dla Z.
Laser światłowodowy z kratką światłowodową i zewnętrzną wnęką jest również obiecującym rodzajem źródła światła, które ma prostą strukturę, wąską szerokość linii i łatwe sprzęganie włókien. Jeśli modulator EA można zintegrować w wnęce, można go również wykorzystać jako szybkie źródło solitonów optycznych. Ponadto lasery światłowodowe z regulacją na bazie laserów światłowodowych poczyniły znaczne postępy w ostatnich latach. Można się spodziewać, że wydajność laserów z regulacją w źródłach światła komunikacji optycznej ulegnie dalszej poprawie, a udział w rynku będzie stopniowo wzrastał, z bardzo jasnymi perspektywami zastosowań.