Hangolható lézer fejlesztése és piaci helyzete Második rész

Hangolható lézer fejlesztése és piaci helyzete (második rész)

Működési elvehangolható lézer

A lézeres hullámhossz hangolásának nagyjából három alapelve van. Legtöbbhangolható lézerekszéles fluoreszkáló vonalakkal ellátott munkaanyagokat használjon. A lézert alkotó rezonátorok veszteségei csak nagyon szűk hullámhossz-tartományon belül vannak. Ezért az első a lézer hullámhosszának megváltoztatása a rezonátor kis veszteségű tartományának megfelelő hullámhossz változtatásával néhány elemmel (például ráccsal). A második a lézerátmenet energiaszintjének eltolása néhány külső paraméter (például mágneses tér, hőmérséklet stb.) megváltoztatásával. A harmadik a nemlineáris effektusok alkalmazása a hullámhossz transzformáció és hangolás eléréséhez (lásd nemlineáris optika, stimulált Raman-szórás, optikai frekvencia megkettőzés, optikai parametrikus oszcilláció). Az első hangolási módhoz tartozó tipikus lézerek a festéklézerek, a krizoberillézerek, a színcentrumlézerek, a hangolható nagynyomású gázlézerek és a hangolható excimerlézerek.

A hangolható lézer a megvalósítási technológia szempontjából főként a következőkre oszlik: jelenlegi szabályozástechnika, hőmérsékletszabályozási technológia és mechanikus szabályozástechnika.
Ezek közül az elektronikus vezérlési technológia a hullámhossz hangolás elérése a befecskendező áram változtatásával, NS szintű hangolási sebességgel, széles hangolási sávszélességgel, de kis kimenő teljesítménnyel, az elektronikus vezérlési technológián alapuló elsősorban SG-DBR (mintavevő rács DBR) ill. GCSR lézer (kiegészítő rácsos iránycsatolás hátrafelé mintavételező reflexió). A hőmérséklet-szabályozási technológia megváltoztatja a lézer kimeneti hullámhosszát a lézer aktív tartományának törésmutatójának megváltoztatásával. A technológia egyszerű, de lassú, és szűk, mindössze néhány nm-es sávszélességgel állítható. A főbbek a hőmérséklet-szabályozási technológián alapulnakDFB lézer(elosztott visszacsatolás) és DBR lézer (Distributed Bragg reflexió). A mechanikus vezérlés főként a MEMS (mikro-elektro-mechanikai rendszer) technológián alapul, hogy teljes legyen a hullámhossz kiválasztása, nagy állítható sávszélességgel, nagy kimeneti teljesítménnyel. A mechanikus vezérlési technológián alapuló főbb szerkezetek a DFB (distributed feedback), ECL (external cavity laser) és VCSEL (vertikális üreges felületet kibocsátó lézer). Az alábbiakat a hangolható lézerek elvének ezen aspektusaiból magyarázzuk.

Optikai kommunikációs alkalmazás

A hangolható lézer kulcsfontosságú optoelektronikai eszköz a sűrű hullámhosszosztásos multiplexelő rendszer és a fotoncsere új generációjában a teljesen optikai hálózatban. Alkalmazása nagymértékben növeli az optikai szálas átviteli rendszer kapacitását, rugalmasságát és skálázhatóságát, valamint folyamatos vagy kvázi-folyamatos hangolást valósított meg széles hullámhossz-tartományban.
A vállalatok és kutatóintézetek szerte a világon aktívan támogatják a hangolható lézerek kutatását és fejlesztését, és folyamatosan új előrelépés történik ezen a területen. A hangolható lézerek teljesítménye folyamatosan javul, a költségek pedig folyamatosan csökkennek. Jelenleg a hangolható lézereket főként két kategóriába sorolják: félvezető hangolható lézerek és hangolható szálas lézerek.
Félvezető lézerfontos fényforrás az optikai kommunikációs rendszerben, amelynek jellemzői a kis méret, a könnyű súly, a nagy konverziós hatékonyság, az energiatakarékosság stb., és könnyen megvalósítható egy chipes optoelektronikai integráció más eszközökkel. Hangolható elosztott visszacsatoló lézerre, elosztott Bragg tükörlézerre, mikromotoros rendszer függőleges üreges felületet kibocsátó lézerre és külső üreges félvezető lézerre osztható.
A hangolható szálas lézer, mint erősítési közeg és a félvezető lézerdióda, mint szivattyúforrás fejlesztése nagymértékben elősegítette a szálas lézerek fejlődését. A hangolható lézer az adalékolt szál 80 nm-es erősítési sávszélességén alapul, és a szűrőelemet hozzáadják a hurokhoz, hogy szabályozzák a lézer hullámhosszát és megvalósítsák a hullámhossz hangolását.
A hangolható félvezető lézer fejlesztése nagyon aktív a világon, és a fejlődés is nagyon gyors. Ahogy a hangolható lézerek fokozatosan közelednek a fix hullámhosszú lézerekhez a költségek és a teljesítmény tekintetében, elkerülhetetlenül egyre gyakrabban fogják használni őket a kommunikációs rendszerekben, és fontos szerepet töltenek be a jövőbeni teljesen optikai hálózatokban.

Fejlődési kilátás
Sokféle hangolható lézer létezik, amelyeket általában a különböző egyhullámhosszú lézereken alapuló hullámhossz-hangoló mechanizmusok továbbfejlesztésével fejlesztenek ki, és egyes árucikkeket nemzetközi szinten is piacra juttattak. A folyamatos optikai hangolható lézerek kifejlesztésén kívül más funkciókat integrált hangolható lézerekről is beszámoltak, mint például az egyetlen VCSEL chippel és elektromos abszorpciós modulátorral integrált hangolható lézerről, valamint a mintarácsos Bragg reflektorral integrált lézerről. valamint egy félvezető optikai erősítő és egy elektromos abszorpciós modulátor.
Mivel a hullámhosszú hangolható lézert széles körben használják, a különféle szerkezetű hangolható lézerek különböző rendszerekben alkalmazhatók, és mindegyiknek megvannak az előnyei és hátrányai. A külső üreges félvezető lézer széles sávú hangolható fényforrásként használható precíziós vizsgáló műszerekben nagy kimeneti teljesítménye és folyamatos hangolható hullámhossza miatt. A fotonintegráció és a jövőbeli teljesen optikai hálózattal való találkozás szempontjából a mintarácsos DBR, a szuperstrukturált rácsos DBR és a modulátorokkal és erősítőkkel integrált hangolható lézerek ígéretes hangolható fényforrások lehetnek a Z számára.
Ígéretes fényforrás a külső üreges szálrácsos hangolható lézer, amely egyszerű szerkezettel, keskeny vonalszélességgel és könnyű szálcsatlakozással rendelkezik. Ha az EA modulátor beépíthető az üregbe, akkor nagy sebességű hangolható optikai szoliton forrásként is használható. Ezenkívül a szálas lézereken alapuló hangolható szálas lézerek jelentős előrehaladást értek el az elmúlt években. Arra lehet számítani, hogy a hangolható lézerek teljesítménye az optikai kommunikációs fényforrásokban tovább javulni fog, a piaci részesedés pedig fokozatosan növekszik, nagyon fényes alkalmazási kilátásokkal.