Развитие и состояние рынка перестраиваемого лазера (Часть вторая)
Принцип работыперестраиваемый лазер
Существует примерно три принципа настройки длины волны лазера. Большинствоперестраиваемые лазерыиспользовать рабочие вещества с широкими флуоресцентными линиями. Резонаторы, из которых состоит лазер, имеют очень низкие потери только в очень узком диапазоне длин волн. Поэтому первым является изменение длины волны лазера путем изменения длины волны, соответствующей области с малыми потерями резонатора, с помощью некоторых элементов (например, решетки). Второй — сместить энергетический уровень лазерного перехода путем изменения некоторых внешних параметров (таких как магнитное поле, температура и т. д.). Третий — использование нелинейных эффектов для преобразования и настройки длины волны (см. нелинейная оптика, ВКР, удвоение оптической частоты, оптическая параметрическая генерация). Типичными лазерами, принадлежащими к первому режиму настройки, являются лазеры на красителях, хризоберилловые лазеры, лазеры на центрах окраски, перестраиваемые газовые лазеры высокого давления и перестраиваемые эксимерные лазеры.
Настраиваемый лазер с точки зрения технологии реализации в основном делится на: технологию контроля тока, технологию контроля температуры и технологию механического управления.
Среди них технология электронного управления заключается в достижении настройки длины волны путем изменения инжекционного тока со скоростью настройки на уровне NS, широкой полосой настройки, но небольшой выходной мощностью, основанной на технологии электронного управления, в основном SG-DBR (решетка дискретизации DBR) и Лазер GCSR (отражение с обратной дискретизацией и направленной связью с вспомогательной решеткой). Технология контроля температуры изменяет выходную длину волны лазера за счет изменения показателя преломления активной области лазера. Технология проста, но медленна, и ее можно настроить с помощью узкой полосы пропускания всего в несколько нм. Основными из них, основанными на технологии регулирования температуры, являютсяDFB-лазер(распределенная обратная связь) и лазер DBR (распределенное брэгговское отражение). Механическое управление в основном основано на технологии MEMS (микроэлектромеханической системы), обеспечивающей выбор длины волны, с большой регулируемой полосой пропускания и высокой выходной мощностью. Основными структурами, основанными на технологии механического управления, являются DFB (распределенная обратная связь), ECL (лазер с внешним резонатором) и VCSEL (лазер поверхностного излучения с вертикальным резонатором). Из этих аспектов принципа перестраиваемых лазеров объясняется следующее.
Приложение оптической связи
Перестраиваемый лазер является ключевым оптоэлектронным устройством в новом поколении плотной системы мультиплексирования с разделением по длине волны и обмена фотонами в полностью оптической сети. Его применение значительно увеличивает емкость, гибкость и масштабируемость системы передачи по оптоволокну и обеспечивает непрерывную или квазинепрерывную настройку в широком диапазоне длин волн.
Компании и исследовательские институты по всему миру активно продвигают исследования и разработки перестраиваемых лазеров, и в этой области постоянно достигаются новые успехи. Производительность перестраиваемых лазеров постоянно улучшается, а стоимость постоянно снижается. В настоящее время перестраиваемые лазеры в основном делятся на две категории: полупроводниковые перестраиваемые лазеры и перестраиваемые волоконные лазеры.
Полупроводниковый лазерявляется важным источником света в системе оптической связи, который обладает характеристиками небольшого размера, легкого веса, высокой эффективности преобразования, энергосбережения и т. д., а также легко обеспечивает оптоэлектронную интеграцию одного кристалла с другими устройствами. Его можно разделить на перестраиваемый лазер с распределенной обратной связью, лазер с распределенным брэгговским зеркалом, лазер с поверхностным излучением с вертикальным резонатором микромоторной системы и полупроводниковый лазер с внешним резонатором.
Разработка перестраиваемого волоконного лазера в качестве усиливающей среды и разработка полупроводникового лазерного диода в качестве источника накачки в значительной степени способствовали развитию волоконных лазеров. Перестраиваемый лазер основан на полосе усиления легированного волокна с шириной полосы усиления 80 нм, а в контур добавляется фильтрующий элемент для управления длиной волны генерации и реализации настройки длины волны.
Разработка перестраиваемого полупроводникового лазера в мире ведется очень активно, и прогресс также очень быстрый. Поскольку перестраиваемые лазеры постепенно приближаются к лазерам с фиксированной длиной волны с точки зрения стоимости и производительности, они неизбежно будут все больше и больше использоваться в системах связи и играть важную роль в будущих полностью оптических сетях.
Перспектива развития
Существует много типов перестраиваемых лазеров, которые обычно разрабатываются путем дальнейшего внедрения механизмов настройки длины волны на основе различных одноволновых лазеров, а некоторые товары поставляются на международный рынок. В дополнение к разработке непрерывных оптических перестраиваемых лазеров также сообщалось о перестраиваемых лазерах с интегрированными другими функциями, таких как перестраиваемый лазер, интегрированный с одним чипом VCSEL и модулятором электрического поглощения, и лазер, интегрированный с брэгговским отражателем с решеткой образца. и полупроводниковый оптический усилитель и модулятор электрического поглощения.
Поскольку лазер с перестраиваемой длиной волны широко используется, перестраиваемый лазер различной структуры может применяться в разных системах, и каждая из них имеет свои преимущества и недостатки. Полупроводниковый лазер с внешним резонатором может использоваться в качестве широкополосного перестраиваемого источника света в прецизионных испытательных приборах благодаря его высокой выходной мощности и непрерывной перестраиваемой длине волны. С точки зрения интеграции фотонов и создания полностью оптической сети будущего, выборочная решетка DBR, сверхструктурированная решетка DBR и перестраиваемые лазеры, интегрированные с модуляторами и усилителями, могут быть многообещающими перестраиваемыми источниками света для Z.
Перестраиваемый лазер с волоконной решеткой и внешним резонатором также является перспективным источником света, который имеет простую структуру, узкую ширину линии и легкое соединение волокон. Если модулятор EA можно интегрировать в резонатор, его также можно использовать в качестве высокоскоростного перестраиваемого источника оптических солитонов. Кроме того, за последние годы значительный прогресс достигнут в перестраиваемых волоконных лазерах на основе волоконных лазеров. Можно ожидать, что характеристики перестраиваемых лазеров в источниках света оптической связи будут и дальше улучшаться, а доля рынка будет постепенно увеличиваться с очень радужными перспективами применения.
Время публикации: 31 октября 2023 г.