Розвиток та стан ринку настроюваного лазера. Частина друга.

Розвиток та стан ринку настроюваного лазера (Частина друга)

Принцип роботиналаштовуваний лазер

Існує приблизно три принципи для досягнення налаштування довжини хвилі лазера. Більшістьнастроювані лазеривикористовують робочі речовини з широкими флуоресцентними лініями. Резонатори, з яких складається лазер, мають дуже низькі втрати лише у дуже вузькому діапазоні довжин хвиль. Тому перший спосіб полягає у зміні довжини хвилі лазера шляхом зміни довжини хвилі, що відповідає області низьких втрат резонатора, за допомогою деяких елементів (таких як дифракціональна решітка). Другий спосіб – зсув рівня енергії лазерного переходу шляхом зміни деяких зовнішніх параметрів (таких як магнітне поле, температура тощо). Третій спосіб – використання нелінійних ефектів для досягнення перетворення довжини хвилі та налаштування (див. нелінійна оптика, вимушене комбінаційне розсіювання, подвоєння оптичної частоти, оптичні параметричні коливання). Типовими лазерами, що належать до першого режиму налаштування, є лазери на барвниках, хризоберилові лазери, лазери з кольоровим центром, налаштовувані газові лазери високого тиску та налаштовувані ексимерні лазери.

Настроюваний лазер з точки зору технології реалізації в основному поділяється на: технологію контролю струму, технологію контролю температури та технологію механічного контролю.
Серед них, технологія електронного керування полягає в досягненні налаштування довжини хвилі шляхом зміни струму введення, зі швидкістю налаштування на рівні NS, широкою смугою пропускання, але малою вихідною потужністю, що базується на технології електронного керування, головним чином SG-DBR (дискретизуюча ґратка DBR) та GCSR лазері (допоміжна ґратка спрямованого зв'язку зворотного дискретизуючого відбиття). Технологія контролю температури змінює вихідну довжину хвилі лазера, змінюючи показник заломлення активної області лазера. Технологія проста, але повільна, і може бути налаштована з вузькою шириною смуги лише кілька нм. Основними технологіями, що базуються на технології контролю температури, є...DFB-лазер(розподілений зворотний зв'язок) та лазер DBR (розподілене брекгівське відбиття). Механічне керування в основному базується на технології MEMS (мікроелектромеханічна система) для завершення вибору довжини хвилі, з широкою регульованою смугою пропускання та високою вихідною потужністю. Основними структурами, що базуються на технології механічного керування, є DFB (розподілений зворотний зв'язок), ECL (лазер із зовнішнім резонатором) та VCSEL (лазер із вертикальним резонатором, що випромінює поверхню). Далі пояснюється принцип дії настроюваних лазерів, виходячи з цих аспектів.

Застосування оптичного зв'язку

Налаштовуваний лазер є ключовим оптоелектронним пристроєм у новому поколінні систем щільного мультиплексування з поділом довжин хвиль та обміну фотонами в повністю оптичній мережі. Його застосування значно підвищує пропускну здатність, гнучкість та масштабованість волоконно-оптичної системи передачі, а також дозволяє реалізувати безперервне або квазібезперервне налаштування в широкому діапазоні довжин хвиль.
Компанії та дослідницькі установи по всьому світу активно просувають дослідження та розробки настроюваних лазерів, і в цій галузі постійно досягається новий прогрес. Продуктивність настроюваних лазерів постійно покращується, а їхня вартість постійно знижується. Наразі настроювані лазери в основному поділяються на дві категорії: напівпровідникові настроювані лазери та настроювані волоконні лазери.
Напівпровідниковий лазерє важливим джерелом світла в оптичних системах зв'язку, яке має такі характеристики, як малий розмір, легка вага, висока ефективність перетворення, енергозбереження тощо, а також легко інтегрується в оптоелектронні однокристальні пристрої з іншими пристроями. Його можна розділити на лазер з розподіленим зворотним зв'язком, лазер з розподіленим брэгівським дзеркальним випромінюванням, лазер з вертикальним резонатором та поверхневим випромінюванням у системі мікродвигунів та напівпровідниковий лазер із зовнішнім резонатором.
Розробка настроюваного волоконного лазера як середовища підсилення та розробка напівпровідникового лазерного діода як джерела накачування значно сприяли розвитку волоконних лазерів. Настроюваний лазер базується на смузі посилення легованого волокна 80 нм, а фільтруючий елемент додається до петлі для керування довжиною хвилі лазерного випромінювання та здійснення налаштування довжини хвилі.
Розробка настроюваних напівпровідникових лазерів у світі відбувається дуже активно, і прогрес також відбувається дуже швидко. Оскільки настроювані лазери поступово наближаються до лазерів з фіксованою довжиною хвилі за вартістю та продуктивністю, вони неминуче будуть дедалі частіше використовуватися в системах зв'язку та відігравати важливу роль у майбутніх повністю оптичних мережах.

Перспектива розвитку
Існує багато типів настроюваних лазерів, які зазвичай розвиваються шляхом подальшого впровадження механізмів налаштування довжини хвилі на основі різних лазерів з однією довжиною хвилі, і деякі товари були поставлені на міжнародний ринок. Окрім розробки лазерів безперервної оптичної настроюваності, також повідомлялося про настроювані лазери з іншими інтегрованими функціями, такі як настроюваний лазер, інтегрований з одним кристалом VCSEL та модулятором електричного поглинання, а також лазер, інтегрований з брэгівським відбивачем на основі решітки зразка, напівпровідниковим оптичним підсилювачем та модулятором електричного поглинання.
Оскільки лазер з настроюваною довжиною хвилі широко використовується, настроювані лазери різних структур можуть бути застосовані до різних систем, і кожна з них має свої переваги та недоліки. Напівпровідниковий лазер із зовнішнім резонатором може бути використаний як широкосмугове настроюване джерело світла в прецизійних випробувальних приладах завдяки високій вихідній потужності та безперервній настроюваній довжині хвилі. З точки зору інтеграції фотонів та відповідності майбутнім повністю оптичним мережам, розподільний решітковий розсіювач (РРР) зі зразками, надструктурований РРР та настроювані лазери, інтегровані з модуляторами та підсилювачами, можуть бути перспективними настроюваними джерелами світла для Z.
Волоконні ґраткові настроювані лазери з зовнішнім резонатором також є перспективним джерелом світла, яке має просту структуру, вузьку ширину лінії та легке з'єднання волокон. Якщо модулятор EA може бути інтегрований у резонатор, його також можна використовувати як високошвидкісне джерело оптичних солітонів, що настроюється. Крім того, настроювані волоконні лазери на основі волоконних лазерів досягли значного прогресу за останні роки. Можна очікувати, що продуктивність настроюваних лазерів в джерелах світла оптичного зв'язку буде ще більше покращена, а частка ринку поступово зростатиме, з дуже яскравими перспективами застосування.