Развитие и состояние рынка перестраиваемого лазера (часть вторая)
Принцип работыперестраиваемый лазер
Существует примерно три принципа для достижения 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 первый — это изменение длины волны лазера путем изменения длины волны, соответствующей области низких потерь резонатора некоторыми элементами (например, решеткой). Второй — это смещение уровня энергии лазерного перехода путем изменения некоторых внешних параметров (например, магнитного поля, температуры и т. д.). Третий — это использование нелинейных эффектов для достижения преобразования длины волны и настройки (см. нелинейная оптика, вынужденное комбинационное рассеяние, оптическое удвоение 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.
Перестраиваемый лазер с точки зрения технологии реализации в основном подразделяется на: технологию управления током, технологию управления температурой и технологию механического управления.
Среди них технология электронного управления заключается в достижении настройки длины волны путем изменения тока инжекции, со скоростью настройки уровня NS, широкой полосой пропускания настройки, но малой выходной мощностью, основанной на технологии электронного управления, в основном SG-DBR (решетка выборки DBR) и лазер GCSR (вспомогательная решетка направленной связи обратного отсчета отражения). Технология управления температурой изменяет выходную длину волны лазера путем изменения показателя преломления активной области лазера. Технология проста, но медленна и может регулироваться с узкой шириной полосы всего в несколько нм. Основные из них, основанные на технологии управления температурой, этоDFB-лазер(распределенная обратная связь) и DBR лазер (распределенное брэгговское отражение). Механическое управление в основном основано на технологии MEMS (микроэлектромеханическая система) для завершения выбора длины волны, с большой регулируемой полосой пропускания, высокой выходной мощностью. Основными структурами, основанными на технологии механического управления, являются DFB (распределенная обратная связь), ECL (лазер с внешним резонатором) и VCSEL (лазер с вертикальным резонатором, излучающий поверхность). Ниже приводится объяснение из этих аспектов принципа перестраиваемых лазеров.
Применение оптической связи
Настраиваемый лазер является ключевым оптоэлектронным устройством в новом поколении систем плотного мультиплексирования с разделением по длине волны и обмена фотонами в полностью оптической сети. Его применение значительно увеличивает емкость, гибкость и масштабируемость оптоволоконной системы передачи и реализует непрерывную или квазинепрерывную настройку в широком диапазоне длин волн.
Компании и научно-исследовательские институты по всему миру активно продвигают исследования и разработки перестраиваемых лазеров, и в этой области постоянно происходит новый прогресс. 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 оптической системе связи, который имеет такие характеристики, как малый размер, легкий вес, высокая эффективность преобразования, энергосбережение и т. д., и легко достигает однокристальной оптоэлектронной интеграции с другими устройствами. Его можно разделить на настраиваемый распределенный лазер с обратной связью, распределенный лазер с зеркалом Брэгга, лазер с вертикальным резонатором и поверхностно-излучающий лазер с внешним резонатором.
Развитие перестраиваемого волоконного лазера в качестве среды усиления и развитие полупроводникового лазерного диода в качестве источника накачки значительно способствовало развитию волоконных лазеров. Перестраиваемый лазер основан на полосе усиления 80 нм легированного волокна, а фильтрующий элемент добавлен в контур для управления длиной волны лазера и осуществления настройки длины волны.
Развитие перестраиваемых полупроводниковых лазеров в мире идет очень активно, и прогресс также очень быстрый. Поскольку перестраиваемые лазеры постепенно приближаются к лазерам с фиксированной длиной волны по стоимости и производительности, они неизбежно будут все 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, и некоторые товары были поставлены на международный рынок. В дополнение к разработке непрерывных оптических перестраиваемых лазеров, также сообщалось о перестраиваемых лазерах с интегрированными другими функциями, такими как перестраиваемый лазер, интегрированный с одним чипом VCSEL и модулятором электрического поглощения, и лазер, интегрированный с образцом решетки Брэгга, полупроводниковым оптическим усилителем и модулятором электрического поглощения.
Поскольку перестраиваемый по длине волны лазер широко используется, перестраиваемый лазер различных структур может применяться в различных системах, и каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Внешний резонаторный полупроводниковый лазер может использоваться в качестве широкополосного перестраиваемого источника света в прецизионных испытательных приборах из-за его высокой выходной мощности и непрерывно перестраиваемой длины волны. С точки зрения интеграции фотонов и соответствия будущей полностью оптической сети, DBR-образец решетки, DBR-суперструктурированная решетка и перестраиваемые лазеры, интегрированные с модуляторами и усилителями, могут быть перспективными перестраиваемыми источниками света для Z.
Перестраиваемый лазер на основе волоконной решетки с внешним резонатором также является перспективным видом источника 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 оптического солитона. Кроме того, перестраиваемые волоконные лазеры на основе волоконных лазеров достигли значительного прогресса в последние годы. Можно ожидать, что производительность перестраиваемых лазеров в источниках света оптической связи будет и дальше улучшаться, а доля рынка будет постепенно увеличиваться с очень яркими перспективами применения.
Время публикации: 31 октября 2023 г.