Развитие и состояние рынка перестраиваемых лазеров. Часть вторая

Развитие и состояние рынка перестраиваемых лазеров (Часть вторая)

Принцип работыперестраиваемый лазер

Существует три основных принципа настройки длины волны лазера.перестраиваемые лазерыИспользуют рабочие вещества с широкими линиями флуоресценции. Резонаторы, составляющие лазер, имеют очень низкие потери только в очень узком диапазоне длин волн. Поэтому первый способ заключается в изменении длины волны лазера путем изменения длины волны, соответствующей области низких потерь резонатора, с помощью некоторых элементов (например, решетки). Второй способ заключается в сдвиге уровня энергии лазерного перехода путем изменения некоторых внешних параметров (таких как магнитное поле, температура и т. д.). Третий способ заключается в использовании нелинейных эффектов для преобразования и перестройки длины волны (см. нелинейная оптика, вынужденное комбинационное рассеяние, удвоение оптической частоты, оптическая параметрическая генерация). Типичными лазерами, относящимися к первому режиму перестройки, являются лазеры на красителях, хризоберилловые лазеры, лазеры на центрах окраски, перестраиваемые газовые лазеры высокого давления и перестраиваемые эксимерные лазеры.

Перестраиваемые лазеры с точки зрения технологии реализации в основном подразделяются на: технологию управления током, технологию управления температурой и технологию механического управления.
Среди них технология электронного управления, обеспечивающая перестройку длины волны путем изменения тока инжекции, с NS-уровневой скоростью перестройки, широкой полосой пропускания, но малой выходной мощностью, основанная на технологии электронного управления, в основном, на SG-DBR (решетка выборки DBR) и GCSR-лазере (вспомогательная решетка направленной связи с обратным отражением выборки). Технология управления температурой изменяет выходную длину волны лазера путем изменения показателя преломления активной области лазера. Эта технология проста, но медленна и может регулироваться в узкой полосе шириной всего несколько нм. Основные технологии, основанные на технологии управления температурой:DFB-лазер(распределенная обратная связь) и DBR-лазер (распределенное брэгговское отражение). Механическое управление в основном основано на технологии MEMS (микроэлектромеханическая система), что обеспечивает полный выбор длины волны, широкую регулируемую полосу пропускания и высокую выходную мощность. Основными структурами, основанными на технологии механического управления, являются DFB (распределенная обратная связь), ECL (лазер с внешним резонатором) и VCSEL (лазер с вертикальным резонатором, излучающий поверхностный свет). Ниже приводится объяснение принципа работы перестраиваемых лазеров с учетом этих аспектов.

Применение оптической связи

Перестраиваемый лазер является ключевым оптоэлектронным устройством нового поколения систем плотного спектрального уплотнения и обмена фотонами в полностью оптических сетях. Его применение значительно повышает пропускную способность, гибкость и масштабируемость оптоволоконных систем передачи данных, а также позволяет реализовать непрерывную или квазинепрерывную перестройку в широком диапазоне длин волн.
Компании и научно-исследовательские институты по всему миру активно продвигают исследования и разработки в области перестраиваемых лазеров, и в этой области постоянно происходят новые достижения. Характеристики перестраиваемых лазеров постоянно улучшаются, а стоимость 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 системах оптической связи, обладающим малыми размерами, малым весом, высокой эффективностью преобразования, энергосбережением и т. д., а также возможностью простой однокристальной оптоэлектронной интеграции с другими устройствами. Его можно разделить на перестраиваемые лазеры с распределенной обратной связью, лазеры с распределенным брэгговским зеркалом, лазеры с вертикальным резонатором и поверхностно-излучающие лазеры с микромоторной системой и полупроводниковые лазеры с внешним резонатором.
Разработка перестраиваемого волоконного лазера в качестве среды усиления и полупроводникового лазерного диода в качестве источника накачки значительно способствовала развитию волоконных лазеров. Перестраиваемый лазер основан на полосе усиления легированного волокна шириной 80 нм, а фильтрующий элемент добавлен в контур для управления длиной волны генерации и осуществления перестройки длины волны.
Разработка перестраиваемых полупроводниковых лазеров ведётся в мире очень активно, и прогресс идёт очень быстро. Поскольку перестраиваемые лазеры постепенно приближаются к лазерам с фиксированной длиной волны по стоимости и производительности, они неизбежно будут всё шире использоваться в системах связи и играть важную роль в будущих полностью оптических сетях.

Перспектива развития
Существует множество типов перестраиваемых лазеров, которые, как правило, разрабатываются путём дальнейшего внедрения механизмов перестройки длины волны на основе различных одноволновых лазеров, и некоторые из них уже поставляются на международный рынок. Помимо разработки непрерывных оптических перестраиваемых лазеров, сообщалось также о перестраиваемых лазерах с другими интегрированными функциями, например, перестраиваемый лазер, интегрированный с одним кристаллом VCSEL и модулятором электрического поглощения, а также лазер, интегрированный с брэгговским отражателем на основе решётки образца, полупроводниковым оптическим усилителем и модулятором электрического поглощения.
Поскольку перестраиваемые лазеры с длиной волны широко распространены, перестраиваемые лазеры различных структур могут применяться в различных системах, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки. Полупроводниковый лазер с внешним резонатором может использоваться в качестве широкополосного перестраиваемого источника света в прецизионных испытательных приборах благодаря своей высокой выходной мощности и плавной перестройке длины волны. С точки зрения интеграции фотонов и соответствия требованиям будущих полностью оптических сетей, DBR с решеткой образца, DBR со сверхструктурированной решеткой и перестраиваемые лазеры, интегрированные с модуляторами и усилителями, могут быть перспективными перестраиваемыми источниками света для Z-спектроскопии.
Перестраиваемый лазер на волоконной решетке с внешним резонатором также является перспективным источником света, обладающим простой структурой, узкой шириной линии и лёгким подключением к волокну. Интеграция модулятора EA в резонатор позволит использовать его в качестве высокоскоростного перестраиваемого источника оптических солитонов. Кроме того, перестраиваемые волоконные лазеры на основе волоконных лазеров достигли значительного прогресса в последние годы. Можно ожидать дальнейшего улучшения характеристик перестраиваемых лазеров в источниках света для оптической связи, а также постепенного увеличения доли рынка, что открывает весьма радужные перспективы применения.