Razvoj in tržni status nastavljivega laserja, drugi del

Razvoj in tržni status nastavljivega laserja (drugi del)

Načelo delovanjanastavljiv laser

Obstajajo približno trije principi za doseganje nastavitve valovne dolžine laserja. Večinanastavljivi laserjiuporabljajo delovne snovi s širokimi fluorescentnimi črtami. Resonatorji, ki sestavljajo laser, imajo zelo nizke izgube le v zelo ozkem območju valovnih dolžin. Zato je prvi način spreminjanje valovne dolžine laserja s spreminjanjem valovne dolžine, ki ustreza območju resonatorja z nizkimi izgubami, z nekaterimi elementi (kot je rešetka). Drugi način je premik energijske ravni laserskega prehoda s spreminjanjem nekaterih zunanjih parametrov (kot so magnetno polje, temperatura itd.). Tretji način je uporaba nelinearnih učinkov za doseganje transformacije in uglaševanja valovnih dolžin (glej nelinearna optika, stimulirano Ramanovo sipanje, podvojitev optične frekvence, optično parametrično nihanje). Tipični laserji, ki spadajo v prvi način uglaševanja, so barvni laserji, krizoberilni laserji, laserji z barvnim središčem, nastavljivi visokotlačni plinski laserji in nastavljivi eksimerni laserji.

Nastavljivi laserji se z vidika izvedbene tehnologije delijo predvsem na: tehnologijo nadzora toka, tehnologijo nadzora temperature in tehnologijo mehanskega nadzora.
Med njimi je tehnologija elektronskega krmiljenja, ki doseže uglaševanje valovne dolžine s spreminjanjem vbrizganega toka, s hitrostjo uglaševanja na ravni NS, široko pasovno širino uglaševanja, vendar majhno izhodno močjo, ki temelji na tehnologiji elektronskega krmiljenja, predvsem SG-DBR (vzorčna rešetka DBR) in GCSR laserju (pomožna rešetka, usmerjena sklopka, povratno vzorčenje, odboj). Tehnologija nadzora temperature spreminja izhodno valovno dolžino laserja s spreminjanjem lomnega količnika aktivnega območja laserja. Tehnologija je preprosta, a počasna in jo je mogoče nastaviti z ozko pasovno širino le nekaj nm. Glavne, ki temeljijo na tehnologiji nadzora temperature, soDFB laser(porazdeljena povratna zanka) in DBR laser (porazdeljen Bragg-ov odsev). Mehansko krmiljenje temelji predvsem na tehnologiji MEMS (mikroelektromehanski sistem) za popolno izbiro valovne dolžine, z veliko nastavljivo pasovno širino in visoko izhodno močjo. Glavne strukture, ki temeljijo na tehnologiji mehanskega krmiljenja, so DFB (porazdeljena povratna zanka), ECL (zunanji votlinski laser) in VCSEL (vertikalni votlinski površinski oddajni laser). V nadaljevanju je pojasnjeno načelo nastavljivih laserjev iz teh vidikov.

Aplikacija za optično komunikacijo

Nastavljivi laser je ključna optoelektronska naprava v novi generaciji sistema za gosto multipleksiranje z delitevjo valovnih dolžin in izmenjavo fotonov v popolnoma optičnem omrežju. Njegova uporaba močno poveča zmogljivost, fleksibilnost in skalabilnost optičnega prenosnega sistema ter omogoča neprekinjeno ali kvazi-kontinuirano uglaševanje v širokem območju valovnih dolžin.
Podjetja in raziskovalne ustanove po vsem svetu aktivno spodbujajo raziskave in razvoj nastavljivih laserjev, na tem področju pa nenehno prihaja do novega napredka. Zmogljivost nastavljivih laserjev se nenehno izboljšuje, stroški pa se nenehno znižujejo. Trenutno so nastavljivi laserji razdeljeni predvsem v dve kategoriji: polprevodniški nastavljivi laserji in nastavljivi vlakenski laserji.
Polprevodniški laserJe pomemben vir svetlobe v optičnem komunikacijskem sistemu, ki ima značilnosti majhnosti, majhne teže, visoke učinkovitosti pretvorbe, varčevanja z energijo itd. in ga je enostavno doseči z enojnim optoelektronskim povezovanjem z drugimi napravami. Razdelimo ga lahko na nastavljiv porazdeljen povratni laser, porazdeljen Bragg-ov zrcalni laser, laser z navpično votlino s površinskim sevanjem in polprevodniški laser z zunanjo votlino.
Razvoj nastavljivega vlakenskega laserja kot ojačevalnega medija in razvoj polprevodniške laserske diode kot črpalnega vira je močno spodbudil razvoj vlakenskih laserjev. Nastavljivi laser temelji na pasovni širini ojačanja 80 nm dopiranega vlakna, filtrirni element pa je dodan zanki za nadzor valovne dolžine laserja in izvedbo nastavitve valovne dolžine.
Razvoj nastavljivih polprevodniških laserjev je v svetu zelo aktiven in napredek je tudi zelo hiter. Ker se nastavljivi laserji po stroških in zmogljivosti postopoma približujejo laserjem s fiksno valovno dolžino, se bodo neizogibno vse bolj uporabljali v komunikacijskih sistemih in igrali pomembno vlogo v prihodnjih popolnoma optičnih omrežjih.

Razvojne možnosti
Obstaja veliko vrst nastavljivih laserjev, ki se običajno razvijajo z nadaljnjo uvedbo mehanizmov za uravnavanje valovnih dolžin na podlagi različnih laserjev z eno valovno dolžino, nekateri izdelki pa so bili dobavljeni na mednarodni trg. Poleg razvoja neprekinjenih optičnih nastavljivih laserjev so poročali tudi o nastavljivih laserjih z integriranimi drugimi funkcijami, kot so nastavljivi laser, integriran z enim samim čipom VCSEL in modulatorjem električne absorpcije, ter laser, integriran z Braggovim reflektorjem z vzorčno rešetko ter polprevodniškim optičnim ojačevalnikom in modulatorjem električne absorpcije.
Ker se laser z nastavljivo valovno dolžino pogosto uporablja, se lahko nastavljivi laserji različnih struktur uporabljajo v različnih sistemih, vsaka pa ima svoje prednosti in slabosti. Polprevodniški laser z zunanjo votlino se lahko zaradi visoke izhodne moči in neprekinjene nastavljive valovne dolžine uporablja kot širokopasovni nastavljivi vir svetlobe v preciznih testnih instrumentih. Z vidika integracije fotonov in izpolnjevanja prihodnjega popolnoma optičnega omrežja so lahko vzorčni DBR z rešetko, nadstrukturirani DBR z rešetko in nastavljivi laserji, integrirani z modulatorji in ojačevalniki, obetavni nastavljivi viri svetlobe za Z.
Nastavljivi laser z vlakneno rešetko in zunanjo votlino je prav tako obetavna vrsta svetlobnega vira, ki ima preprosto strukturo, ozko širino črte in enostavno spajanje vlaken. Če je mogoče EA modulator integrirati v votlino, ga je mogoče uporabiti tudi kot visokohitrostni nastavljivi optični solitonski vir. Poleg tega so nastavljivi vlakneni laserji, ki temeljijo na vlaknenih laserjih, v zadnjih letih dosegli precejšen napredek. Pričakuje se lahko, da se bo delovanje nastavljivih laserjev v svetlobnih virih za optično komunikacijo še izboljšalo, tržni delež pa se bo postopoma povečeval, z zelo svetlimi možnostmi uporabe.