Viritettävän laserin kehitys ja markkinatilanne Osa 2

Viritettävän laserin kehitys ja markkinatilanne (osa kaksi)

Toimintaperiaateviritettävä laser

Laseraallonpituuden virityksen saavuttamiseksi on noin kolme periaatetta. Useimmatviritettävät laseritkäytä työaineita, joissa on leveät fluoresoivat viivat. Laserin muodostavilla resonaattoreilla on erittäin pienet häviöt vain hyvin kapealla aallonpituusalueella. Siksi ensimmäinen on muuttaa laserin aallonpituutta muuttamalla resonaattorin pienhäviöaluetta vastaavaa aallonpituutta joillakin elementeillä (kuten hilalla). Toinen on siirtää lasersiirtymän energiatasoa muuttamalla joitain ulkoisia parametreja (kuten magneettikenttä, lämpötila jne.). Kolmas on epälineaaristen tehosteiden käyttö aallonpituuden muuntamisen ja virityksen saavuttamiseksi (katso epälineaarinen optiikka, stimuloitu Raman-sironta, optisen taajuuden kaksinkertaistaminen, optinen parametrinen värähtely). Tyypillisiä ensimmäiseen viritysmoodiin kuuluvia lasereita ovat värilaserit, krysoberyylilaserit, värikeskuslaserit, viritettävät korkeapainekaasulaserit ja viritettävät eksimeerilaserit.

Viritettävä laser toteutustekniikan näkökulmasta jakautuu pääasiassa: nykyiseen ohjaustekniikkaan, lämpötilansäätötekniikkaan ja mekaaniseen ohjaustekniikkaan.
Niistä elektronisen ohjaustekniikan tavoitteena on saavuttaa aallonpituuden viritys muuttamalla injektiovirtaa, NS-tason viritysnopeudella, laajalla virityskaistanleveydellä, mutta pienellä lähtöteholla, joka perustuu elektroniseen ohjaustekniikkaan pääasiassa SG-DBR (näytteenottohila DBR) ja GCSR-laser (apuhilan suuntakytkentä taaksepäin-näytteenottoheijastus). Lämpötilansäätötekniikka muuttaa laserin lähtöaallonpituutta muuttamalla laserin aktiivisen alueen taitekerrointa. Tekniikka on yksinkertainen, mutta hidas, ja sitä voidaan säätää kapealla, vain muutaman nm:n kaistanleveydellä. Tärkeimmät lämpötilansäätötekniikkaan perustuvat ovatDFB laser(hajautettu palaute) ja DBR-laser (hajautettu Bragg-heijastus). Mekaaninen ohjaus perustuu pääasiassa MEMS-tekniikkaan (mikro-elektromekaaninen järjestelmä) aallonpituuden valinnan suorittamiseksi, suurella säädettävällä kaistanleveydellä ja suurella lähtöteholla. Tärkeimmät mekaaniseen ohjaustekniikkaan perustuvat rakenteet ovat DFB (distributed feedback), ECL (external cavity laser) ja VCSEL (vertical cavity surface emitting laser). Seuraava selitetään näistä virittävien lasereiden periaatteen näkökohdista.

Optinen viestintäsovellus

Viritettävä laser on tärkeä optoelektroninen laite uuden sukupolven tiheän aallonpituusjakoisen multipleksointijärjestelmän ja fotonien vaihdon täysoptisessa verkossa. Sen sovellus lisää huomattavasti optisen kuidun siirtojärjestelmän kapasiteettia, joustavuutta ja skaalautuvuutta, ja se on toteuttanut jatkuvan tai lähes jatkuvan virityksen laajalla aallonpituusalueella.
Yritykset ja tutkimuslaitokset ympäri maailmaa edistävät aktiivisesti virittävien lasereiden tutkimusta ja kehitystä, ja tällä alalla tapahtuu jatkuvasti uutta edistystä. Virittävien lasereiden suorituskykyä parannetaan jatkuvasti ja kustannuksia alennetaan jatkuvasti. Tällä hetkellä viritettävät laserit jaetaan pääasiassa kahteen luokkaan: viritettävät puolijohdelaserit ja viritettävät kuitulaserit.
Puolijohdelaseron tärkeä valonlähde optisessa viestintäjärjestelmässä, jolla on pieni koko, kevyt paino, korkea muunnostehokkuus, virransäästö jne., ja se on helppo saavuttaa yhden sirun optoelektroninen integrointi muiden laitteiden kanssa. Se voidaan jakaa viritettävään hajautettuun takaisinkytkentälaseriin, hajautettuun Bragg-peililaseriin, mikromoottorijärjestelmän pystysuoraa ontelopintaa emittoivaan laseriin ja ulkoisen ontelon puolijohdelaseriin.
Viritettävän kuitulaserin kehittäminen vahvistusväliaineena ja puolijohdelaserdiodin kehittäminen pumppulähteeksi on edistänyt suuresti kuitulaserien kehitystä. Viritettävä laser perustuu seostetun kuidun 80 nm vahvistuskaistanleveyteen, ja silmukkaan on lisätty suodatinelementti ohjaamaan laseraallonpituutta ja toteuttamaan aallonpituuden virityksen.
Viritettävän puolijohdelaserin kehitys on maailmassa erittäin aktiivista, ja kehitys on myös erittäin nopeaa. Kun viritettävät laserit lähestyvät vähitellen kiinteän aallonpituisia lasereita kustannusten ja suorituskyvyn suhteen, niitä käytetään väistämättä yhä enemmän viestintäjärjestelmissä ja niillä on tärkeä rooli tulevissa täysin optisissa verkoissa.

Kehitysnäkymät
Viritettäviä lasereita on monenlaisia, ja niitä kehitetään yleensä ottamalla käyttöön aallonpituuden viritysmekanismeja erilaisten yksiaallonpituisten lasereiden pohjalta, ja joitain hyödykkeitä on toimitettu markkinoille kansainvälisesti. Jatkuvan optisen viritettävän laserin kehittämisen lisäksi on raportoitu myös viritettäviä lasereita, joissa on integroituja muita toimintoja, kuten viritettävä laser, joka on integroitu yhteen VCSEL-sirun ja sähköisen absorptiomodulaattorin kanssa, sekä laser, joka on integroitu näytehilan Bragg-heijastimeen. ja puolijohde optinen vahvistin ja sähköinen absorptiomodulaattori.
Koska aallonpituusviritettävää laseria käytetään laajalti, eri rakenteiden viritettävää laseria voidaan soveltaa erilaisiin järjestelmiin, ja jokaisella on etuja ja haittoja. Ulkoista kaviteettipuolijohdelaseria voidaan käyttää laajakaistaisena viritettävänä valonlähteenä tarkkuustestiinstrumenteissa sen suuren lähtötehon ja jatkuvan viritettävän aallonpituuden ansiosta. Fotoniintegraation ja tulevan täysin optisen verkon kohtaamisen näkökulmasta näytehila DBR, superstrukturoitu hila DBR ja modulaattoreihin ja vahvistimiin integroidut viritettävät laserit voivat olla lupaavia viritettävää valonlähdettä Z:lle.
Kuituhilellä viritettävä ulkoontelolla varustettu laser on myös lupaava valonlähde, jolla on yksinkertainen rakenne, kapea viivanleveys ja helppo kuitukytkentä. Jos EA-modulaattori voidaan integroida onkaloon, sitä voidaan käyttää myös nopeana viritettävänä optisena solitonilähteenä. Lisäksi kuitulasereihin perustuvat viritettävät kuitulaserit ovat edistyneet huomattavasti viime vuosina. Voidaan odottaa, että virittävien lasereiden suorituskyky optisissa viestintävalonlähteissä paranee edelleen ja markkinaosuus kasvaa vähitellen, ja sovellusnäkymät ovat erittäin kirkkaat.