Viritettävän laserin kehitys ja markkinatilanne. Osa kaksi.

Viritettävän laserin kehitys ja markkinatilanne (osa kaksi)

Toimintaperiaateviritettävä laser

Laser-aallonpituuden virityksen saavuttamiseksi on karkeasti kolme periaatetta.viritettävät laseritkäytä työaineita, joilla on leveät fluoresoivat viivat. Laserin muodostavilla resonaattoreilla on hyvin pienet häviöt vain hyvin kapealla aallonpituusalueella. Siksi ensimmäinen on laserin aallonpituuden muuttaminen muuttamalla resonaattorin pienihäviöistä aluetta vastaavaa aallonpituutta joillakin elementeillä (kuten hilalla). Toinen on lasersiirtymän energiatason siirtäminen muuttamalla joitakin ulkoisia parametreja (kuten magneettikenttä, lämpötila jne.). Kolmas on epälineaaristen efektien käyttö aallonpituuden muunnoksen ja virityksen saavuttamiseksi (katso epälineaarinen optiikka, stimuloitu Raman-sironta, optinen taajuuden kaksinkertaistaminen, optinen parametrinen oskillaatio). Tyypillisiä ensimmäiseen viritysmoodiin kuuluvia lasereita ovat värilaserit, krysoberyylilaserit, värikeskuslaserit, viritettävät korkeapainekaasulaserit ja viritettävät eksimeerilaserit.

Toteutustekniikan näkökulmasta viritettävä laser jaetaan pääasiassa: virransäätötekniikkaan, lämpötilansäätötekniikkaan ja mekaaniseen ohjaustekniikkaan.
Näistä elektroninen ohjaustekniikka saavuttaa aallonpituuden virityksen muuttamalla injektiovirtaa NS-tason viritysnopeudella, laajalla virityskaistanleveydellä, mutta pienellä lähtöteholla. Tämä perustuu elektroniseen ohjaustekniikkaan, pääasiassa SG-DBR:ään (näytteenottohila-DBR) ja GCSR-laseriin (apuhila-suuntakytkentä taaksepäin näytteenottoheijastuksella). Lämpötilan säätötekniikka muuttaa laserin lähtöaallonpituutta muuttamalla laserin aktiivisen alueen taitekerrointa. Teknologia on yksinkertainen, mutta hidas, ja sitä voidaan säätää vain muutaman nm:n kapealla kaistanleveydellä. Tärkeimmät lämpötilan säätötekniikkaan perustuvat tekniikat ovatDFB-laser(hajautettu takaisinkytkentä) ja DBR-laser (hajautettu Bragg-heijastus). Mekaaninen ohjaus perustuu pääasiassa MEMS-tekniikkaan (mikroelektromekaaninen järjestelmä), jolla voidaan valita aallonpituus, suuri säädettävä kaistanleveys ja suuri lähtöteho. Mekaaniseen ohjaustekniikkaan perustuvat päärakenteet ovat DFB (hajautettu takaisinkytkentä), ECL (ulkoinen ontelolaser) ja VCSEL (pystysuora ontelolaser). Seuraavassa selitetään viritettävien lasereiden periaatetta näiden näkökohtien näkökulmasta.

Optisen viestinnän sovellus

Viritettävä laser on keskeinen optoelektroninen laite uuden sukupolven tiheässä aallonpituusjakoisessa multipleksointijärjestelmässä ja fotonienvaihdossa täysin optisessa verkossa. Sen käyttö lisää huomattavasti optisten kuitujen siirtojärjestelmien kapasiteettia, joustavuutta ja skaalautuvuutta, ja se on mahdollistanut jatkuvan tai lähes jatkuvan virityksen laajalla aallonpituusalueella.
Yritykset ja tutkimuslaitokset ympäri maailmaa edistävät aktiivisesti viritettävien lasereiden tutkimusta ja kehitystä, ja alalla edistytään jatkuvasti. Viritettävien lasereiden suorituskykyä parannetaan jatkuvasti ja kustannuksia alennetaan jatkuvasti. Tällä hetkellä viritettävät laserit jaetaan pääasiassa kahteen luokkaan: puolijohdeviritettävät laserit ja viritettävät kuitulaserit.
Puolijohdelaseron tärkeä valonlähde optisessa tietoliikennejärjestelmässä, jolla on ominaisuuksia, kuten pieni koko, keveys, korkea muuntotehokkuus, energiansäästö jne., ja se on helppo integroida yhden sirun optoelektroniseen integrointiin muiden laitteiden kanssa. Se voidaan jakaa viritettävään hajautettuun takaisinkytkentälaseriin, hajautettuun Bragg-peililaseriin, mikromoottorijärjestelmän pystysuoraan onteloon pintaemittoivaan laseriin ja ulkoiseen onteloon perustuvaan puolijohdelaseriin.
Viritettävän kuitulaserin kehitys vahvistusväliaineena ja puolijohdelaserdiodin kehitys pumppauslähteenä ovat edistäneet merkittävästi kuitulaserien kehitystä. Viritettävä laser perustuu seostetun kuidun 80 nm:n vahvistuskaistanleveyteen, ja silmukkaan lisätään suodatinelementti laserin aallonpituuden ohjaamiseksi ja aallonpituuden virittämiseksi.
Viritettävien puolijohdelasereiden kehitys on maailmalla erittäin aktiivista, ja edistyminen on myös erittäin nopeaa. Viritettävien lasereiden lähestyessä vähitellen kiinteän aallonpituuden lasereita kustannusten ja suorituskyvyn suhteen, niitä tullaan väistämättä käyttämään yhä enemmän tietoliikennejärjestelmissä ja niillä on tärkeä rooli tulevaisuuden täysin optisissa verkoissa.

Kehitysnäkymät
On olemassa monenlaisia ​​viritettäviä lasereita, joita yleensä kehitetään lisäämällä aallonpituuden viritysmekanismeja erilaisten yksiaallonpituisten lasereiden pohjalta, ja joitakin hyödykkeitä on toimitettu markkinoille kansainvälisesti. Jatkuvatoimisten optisten viritettävien lasereiden kehittämisen lisäksi on raportoitu myös viritettävistä lasereista, joissa on integroitu muita toimintoja, kuten viritettävä laser, joka on integroitu yhteen VCSEL-siruun ja sähköiseen absorptiomodulaattoriin, sekä laser, joka on integroitu näytehila-Bragg-heijastimeen ja puolijohdeoptiseen vahvistimeen ja sähköiseen absorptiomodulaattoriin.
Koska aallonpituutta säädettävää laseria käytetään laajalti, eri rakenteisia viritettäviä lasereita voidaan soveltaa erilaisiin järjestelmiin, ja jokaisella on etunsa ja haittansa. Ulkoontelopuolijohdelaseria voidaan käyttää laajakaistaisena viritettävänä valonlähteenä tarkkuustestauslaitteissa sen suuren lähtötehon ja jatkuvasti viritettävän aallonpituuden ansiosta. Fotonien integroinnin ja tulevaisuuden täysin optisen verkon vaatimusten täyttämisen näkökulmasta näytehila-DBR, superstrukturoitu hila-DBR ja modulaattoreihin ja vahvistimiin integroidut viritettävät laserit voivat olla lupaavia viritettäviä valonlähteitä Z:lle.
Ulkoisella ontelolla varustettu kuituhila-viritettävä laser on myös lupaava valonlähde, jolla on yksinkertainen rakenne, kapea viivanleveys ja helppo kuitukytkentä. Jos EA-modulaattori voidaan integroida onteloon, sitä voidaan käyttää myös nopeana viritettävänä optisena solitonilähteenä. Lisäksi kuitulasereihin perustuvat viritettävät kuitulaserit ovat edistyneet huomattavasti viime vuosina. Voidaan odottaa, että viritettävien lasereiden suorituskyky optisissa tietoliikennevalonlähteissä paranee edelleen ja markkinaosuus kasvaa vähitellen, ja sovellusnäkymät ovat erittäin valoisat.