Hangolható lézer fejlesztése és piaci helyzete Második rész

Hangolható lézer fejlesztése és piaci helyzete (Második rész)

Működési elvhangolható lézer

Nagyjából három alapelv létezik a lézeres hullámhossz-hangolás elérésére.hangolható lézerekszéles fluoreszcens vonalakkal rendelkező munkaanyagokat használnak. A lézert alkotó rezonátorok csak nagyon szűk hullámhossztartományban rendelkeznek nagyon alacsony veszteségekkel. Ezért az első a lézer hullámhosszának megváltoztatása a rezonátor alacsony veszteségű régiójának megfelelő hullámhossz megváltoztatásával néhány elem (például egy rács) segítségével. A második a lézerátmenet energiaszintjének eltolása néhány külső paraméter (például mágneses tér, hőmérséklet stb.) változtatásával. A harmadik a nemlineáris effektusok alkalmazása a hullámhossz-transzformáció és a hangolás eléréséhez (lásd nemlineáris optika, stimulált Raman-szórás, optikai frekvenciakettőzés, optikai parametrikus oszcilláció). Az első hangolási módba tartozó tipikus lézerek a festéklézerek, a krizoberil-lézerek, a színközpontú lézerek, a hangolható nagynyomású gázlézerek és a hangolható excimer lézerek.

A hangolható lézerek megvalósítási technológiájuk szempontjából főként a következőkre oszlanak: áramszabályozási technológia, hőmérsékletszabályozási technológia és mechanikus szabályozási technológia.
Ezek közül az elektronikus vezérlési technológia a befecskendezési áram változtatásával éri el a hullámhossz-hangolást NS-szintű hangolási sebességgel, széles hangolási sávszélességgel, de kis kimeneti teljesítménnyel, főként az SG-DBR (mintavételi rácsos DBR) és a GCSR lézer (segédrácsos irányított csatolású visszaverődő mintavételezésű reflexió) elektronikus vezérlési technológián alapul. A hőmérséklet-szabályozási technológia a lézer aktív régiójának törésmutatójának változtatásával változtatja meg a lézer kimeneti hullámhosszát. A technológia egyszerű, de lassú, és mindössze néhány nm-es keskeny sávszélességgel állítható be. A hőmérséklet-szabályozási technológián alapuló főbbek a következők:DFB lézer(elosztott visszacsatolás) és DBR lézer (elosztott Bragg-visszaverődés). A mechanikus vezérlés főként a MEMS (mikro-elektromechanikus rendszer) technológián alapul, amely lehetővé teszi a hullámhossz kiválasztását, nagy állítható sávszélességgel és nagy kimeneti teljesítménnyel. A mechanikus vezérlési technológián alapuló fő struktúrák a DFB (elosztott visszacsatolás), az ECL (külső üreges lézer) és a VCSEL (függőleges üreges felületkibocsátó lézer). A következőkben a hangolható lézerek elvének ezen aspektusait ismertetjük.

Optikai kommunikációs alkalmazás

A hangolható lézer kulcsfontosságú optoelektronikai eszköz a sűrű hullámhossz-osztásos multiplexelési rendszerek és a teljesen optikai hálózatokban alkalmazott fotoncsere új generációjában. Alkalmazása nagymértékben növeli az optikai szálas átviteli rendszerek kapacitását, rugalmasságát és skálázhatóságát, és lehetővé teszi a folyamatos vagy kvázi-folyamatos hangolást széles hullámhossztartományban.
A világ minden táján a vállalatok és kutatóintézetek aktívan támogatják a hangolható lézerek kutatását és fejlesztését, és ezen a területen folyamatosan új előrelépések történnek. A hangolható lézerek teljesítménye folyamatosan javul, és a költségük folyamatosan csökken. Jelenleg a hangolható lézereket főként két kategóriába sorolják: félvezető hangolható lézerek és hangolható szálas lézerek.
Félvezető lézerFontos fényforrás az optikai kommunikációs rendszerekben, kis méretével, könnyű súlyával, magas konverziós hatásfokával és energiatakarékosságával könnyen megvalósítható egyetlen chipes optoelektronikai integráció más eszközökkel. Felosztható hangolható elosztott visszacsatoló lézerre, elosztott Bragg tükörlézerre, mikromotoros rendszerű függőleges üreges felületkibocsátó lézerre és külső üreges félvezető lézerre.
A hangolható szálas lézer, mint erősítőközeg, és a félvezető lézerdióda, mint pumpálóforrás kifejlesztése nagyban elősegítette a szálas lézerek fejlesztését. A hangolható lézer a szennyezett szál 80 nm-es erősítési sávszélességén alapul, és a szűrőelemet a hurokhoz adják a lézer hullámhosszának szabályozására és a hullámhossz-hangolás megvalósítására.
A hangolható félvezető lézerek fejlesztése világszerte igen aktív, és a haladás is nagyon gyors. Ahogy a hangolható lézerek fokozatosan megközelítik a fix hullámhosszú lézerekét költség és teljesítmény tekintetében, elkerülhetetlenül egyre inkább elterjednek majd a kommunikációs rendszerekben, és fontos szerepet játszanak majd a jövő teljesen optikai hálózataiban.

Fejlesztési kilátások
Sokféle hangolható lézer létezik, amelyeket általában különféle egyhullámú lézerek alapján hullámhossz-hangoló mechanizmusok további bevezetésével fejlesztenek, és néhány ilyen termék már nemzetközi szinten is kapható. A folyamatos optikai hangolható lézerek fejlesztése mellett olyan hangolható lézerekről is beszámoltak, amelyek egyéb funkciókkal is rendelkeznek, mint például az egyetlen VCSEL chippel és egy elektromos abszorpciós modulátorral integrált hangolható lézer, valamint a mintarácsos Bragg-reflektorral, egy félvezető optikai erősítővel és egy elektromos abszorpciós modulátorral integrált lézer.
Mivel a hullámhosszon hangolható lézert széles körben alkalmazzák, a különböző szerkezetű hangolható lézerek különböző rendszerekben alkalmazhatók, és mindegyiknek megvannak az előnyei és a hátrányai. A külső üreges félvezető lézer szélessávú hangolható fényforrásként használható precíziós tesztműszerekben a nagy kimenő teljesítménye és a folyamatosan hangolható hullámhossza miatt. A fotonintegráció és a jövőbeli teljesen optikai hálózatnak való megfelelés szempontjából a mintarácsos DBR, a szuperstrukturált rácsos DBR és a modulátorokkal és erősítőkkel integrált hangolható lézerek ígéretes hangolható fényforrások lehetnek Z számára.
A külső üreggel ellátott szálasrácsos hangolható lézer szintén ígéretes fényforrás, mivel egyszerű szerkezettel, keskeny vonalszélességgel és könnyű szálcsatolással rendelkezik. Ha az EA modulátor integrálható az üregbe, akkor nagy sebességű hangolható optikai szolitonforrásként is használható. Ezenkívül a szálas lézereken alapuló hangolható szálas lézerek az elmúlt években jelentős fejlődésen mentek keresztül. Várható, hogy a hangolható lézerek teljesítménye az optikai kommunikációs fényforrásokban tovább javulni fog, és piaci részesedésük fokozatosan növekedni fog, nagyon fényes alkalmazási lehetőségekkel.