Rozwój i status rynkowy lasera przestrajalnego Część druga

Rozwój i status rynkowy lasera przestrajalnego (Część druga)

Zasada działaniaprzestrajalny laser

Istnieją mniej więcej trzy zasady dostrajania długości fali lasera. Bardzoprzestrajalne laserystosować substancje robocze z szerokimi liniami fluorescencyjnymi. Rezonatory tworzące laser mają bardzo niskie straty tylko w bardzo wąskim zakresie długości fal. Dlatego pierwsza polega na zmianie długości fali lasera poprzez zmianę długości fali odpowiadającej obszarowi niskich strat rezonatora przez niektóre elementy (takie jak siatka). Drugim jest przesunięcie poziomu energii przejścia lasera poprzez zmianę niektórych parametrów zewnętrznych (takich jak pole magnetyczne, temperatura itp.). Trzecim jest wykorzystanie efektów nieliniowych do osiągnięcia transformacji i dostrojenia długości fali (patrz optyka nieliniowa, stymulowane rozpraszanie Ramana, optyczne podwojenie częstotliwości, optyczne oscylacje parametryczne). Typowymi laserami należącymi do pierwszego trybu strojenia są lasery barwnikowe, lasery chryzoberylowe, lasery z centrum koloru, przestrajalne wysokociśnieniowe lasery gazowe i przestrajalne lasery ekscymerowe.

Laser przestrajalny z punktu widzenia technologii wykonania dzieli się głównie na: technologię sterowania prądem, technologię kontroli temperatury i technologię sterowania mechanicznego.
Wśród nich technologia sterowania elektronicznego polega na osiągnięciu strojenia długości fali poprzez zmianę prądu wtrysku, z prędkością strojenia na poziomie NS, szerokim pasmem strojenia, ale małą mocą wyjściową, w oparciu o technologię sterowania elektronicznego, głównie SG-DBR (siatka próbkująca DBR) i Laser GCSR (odbicie kierunkowe sprzężenia zwrotnego siatki pomocniczej). Technologia kontroli temperatury zmienia wyjściową długość fali lasera poprzez zmianę współczynnika załamania światła aktywnego obszaru lasera. Technologia jest prosta, ale powolna i można ją regulować za pomocą wąskiego pasma o szerokości zaledwie kilku nm. Najważniejsze z nich oparte są na technologii kontroli temperaturyLaser DFB(rozproszone sprzężenie zwrotne) i laser DBR (rozproszone odbicie Bragga). Sterowanie mechaniczne opiera się głównie na technologii MEMS (system mikroelektromechaniczny), aby zakończyć wybór długości fali, z dużą regulowaną szerokością pasma i wysoką mocą wyjściową. Głównymi strukturami opartymi na technologii sterowania mechanicznego są DFB (rozproszone sprzężenie zwrotne), ECL (laser z wnęką zewnętrzną) i VCSEL (laser emitujący powierzchnię wnęki pionowej). Poniżej wyjaśniono te aspekty zasady przestrajalnych laserów.

Aplikacja do komunikacji optycznej

Laser przestrajalny jest kluczowym urządzeniem optoelektronicznym nowej generacji systemu multipleksowania z gęstym podziałem długości fali i wymiany fotonów w sieci całkowicie optycznej. Jego zastosowanie znacznie zwiększa pojemność, elastyczność i skalowalność systemu transmisji światłowodowej oraz umożliwia ciągłe lub quasi-ciągłe strojenie w szerokim zakresie długości fal.
Firmy i instytucje badawcze na całym świecie aktywnie promują badania i rozwój przestrajalnych laserów, a w tej dziedzinie stale dokonuje się nowych postępów. Wydajność przestrajalnych laserów jest stale ulepszana, a koszty stale obniżane. Obecnie przestrajalne lasery dzieli się głównie na dwie kategorie: przestrajalne lasery półprzewodnikowe i przestrajalne lasery światłowodowe.
Laser półprzewodnikowyjest ważnym źródłem światła w systemie komunikacji optycznej, który charakteryzuje się niewielkimi rozmiarami, lekkością, wysoką wydajnością konwersji, oszczędnością energii itp. i jest łatwy do osiągnięcia integracji optoelektronicznej pojedynczego chipa z innymi urządzeniami. Można go podzielić na przestrajalny laser z rozproszonym sprzężeniem zwrotnym, laser z rozproszonym zwierciadłem Bragga, laser emitujący powierzchnię pionowej wnęki z systemem mikrosilników i laser półprzewodnikowy z wnęką zewnętrzną.
Rozwój przestrajalnego lasera światłowodowego jako ośrodka wzmacniającego oraz rozwój półprzewodnikowej diody laserowej jako źródła pompy znacznie przyczyniły się do rozwoju laserów światłowodowych. Przestrajalny laser opiera się na szerokości pasma wzmocnienia domieszkowanego światłowodu wynoszącej 80 nm, a element filtrujący jest dodawany do pętli w celu kontrolowania długości fali lasera i realizacji dostrajania długości fali.
Rozwój przestrajalnego lasera półprzewodnikowego jest bardzo aktywny na świecie, a postęp jest również bardzo szybki. W miarę jak lasery przestrajalne stopniowo zbliżają się do laserów o stałej długości fali pod względem kosztów i wydajności, nieuchronnie będą one coraz częściej stosowane w systemach komunikacyjnych i będą odgrywać ważną rolę w przyszłych sieciach całkowicie optycznych.

Perspektywa rozwoju
Istnieje wiele typów przestrajalnych laserów, które są ogólnie rozwijane poprzez dalsze wprowadzanie mechanizmów dostrajania długości fali w oparciu o różne lasery o pojedynczej długości fali, a niektóre towary są dostarczane na rynek międzynarodowy. Oprócz rozwoju ciągłych optycznych laserów przestrajalnych, donoszono również o laserach przestrajalnych ze zintegrowanymi innymi funkcjami, takimi jak laser przestrajalny zintegrowany z pojedynczym chipem VCSEL i modulatorem absorpcji elektrycznej oraz laser zintegrowany z odbłyśnikiem Bragga z siatką próbkową oraz półprzewodnikowy wzmacniacz optyczny i modulator absorpcji elektrycznej.
Ponieważ laser przestrajalny o długości fali jest szeroko stosowany, przestrajalny laser o różnych strukturach można zastosować w różnych systemach, a każdy z nich ma zalety i wady. Laser półprzewodnikowy z wnęką zewnętrzną może być stosowany jako szerokopasmowe przestrajalne źródło światła w precyzyjnych przyrządach testowych ze względu na jego wysoką moc wyjściową i ciągłą przestrajalną długość fali. Z punktu widzenia integracji fotonów i spełnienia przyszłej sieci całkowicie optycznej, siatki próbkowe DBR, siatki nadstrukturalne DBR i przestrajalne lasery zintegrowane z modulatorami i wzmacniaczami mogą być obiecującymi przestrajalnymi źródłami światła dla Z.
Przestrajalny laser siatkowy z wnęką zewnętrzną jest również obiecującym rodzajem źródła światła, które ma prostą konstrukcję, wąską szerokość linii i łatwe łączenie włókien. Jeśli modulator EA można zintegrować we wnęce, można go również wykorzystać jako przestrajalne źródło solitonu o dużej szybkości. Ponadto w ostatnich latach znaczny postęp poczyniły przestrajalne lasery światłowodowe oparte na laserach światłowodowych. Można spodziewać się dalszej poprawy wydajności przestrajalnych laserów w optycznych źródłach światła do komunikacji, a ich udział w rynku będzie stopniowo wzrastał, z bardzo jasnymi perspektywami zastosowań.