Развитие и пазарно състояние на настройваем лазер. Част втора.

Развитие и пазарно състояние на настройваем лазер (част втора)

Принцип на работа нанастройваем лазер

Съществуват приблизително три принципа за постигане на настройка на дължината на вълната на лазера. Повечетонастройваеми лазериизползват работни вещества с широки флуоресцентни линии. Резонаторите, от които е съставен лазерът, имат много ниски загуби само в много тесен диапазон на дължините на вълните. Следователно, първото е да се промени дължината на вълната на лазера чрез промяна на дължината на вълната, съответстваща на областта с ниски загуби на резонатора, чрез някои елементи (като например решетка). Второто е да се измести енергийното ниво на лазерния преход чрез промяна на някои външни параметри (като например магнитно поле, температура и др.). Третото е използването на нелинейни ефекти за постигане на трансформация на дължината на вълната и настройка (вижте нелинейна оптика, стимулирано раманово разсейване, удвояване на оптичната честота, оптично параметрично трептене). Типични лазери, принадлежащи към първия режим на настройка, са багрилни лазери, хризоберилови лазери, лазери с цветен център, настройваеми газови лазери с високо налягане и настройваеми ексимерни лазери.

Настройващият се лазер от гледна точка на технологията на реализация се разделя основно на: технология за контрол на тока, технология за контрол на температурата и технология за механичен контрол.
Сред тях, технологията за електронно управление е да се постигне настройка на дължината на вълната чрез промяна на инжектирания ток, с NS-ниво на настройка, широка честотна лента за настройка, но малка изходна мощност, базирана на технологията за електронно управление, главно SG-DBR (DBR с решетка за дискретизация) и GCSR лазер (спомагателна решетка с насочено свързване и обратно дискретизиране). Технологията за контрол на температурата променя дължината на вълната на изхода на лазера чрез промяна на коефициента на пречупване на активната област на лазера. Технологията е проста, но бавна и може да се регулира с тясна ширина на лентата от само няколко nm. Основните, базирани на технологията за контрол на температурата, са...DFB лазер(разпределена обратна връзка) и DBR лазер (разпределено отражение на Браг). Механичното управление се основава главно на MEMS (микроелектромеханична система) технология за завършване на избора на дължина на вълната, с голяма регулируема честотна лента и висока изходна мощност. Основните структури, базирани на технологията за механично управление, са DFB (разпределена обратна връзка), ECL (лазер с външна кухина) и VCSEL (лазер с вертикално кухино излъчване на повърхността). По-долу е обяснен принципът на настройваемите лазери, като се имат предвид тези аспекти.

Приложение за оптична комуникация

Настройващият се лазер е ключово оптоелектронно устройство в ново поколение система за плътно мултиплексиране с разделяне на дължините на вълната и фотонен обмен в изцяло оптична мрежа. Приложението му значително увеличава капацитета, гъвкавостта и мащабируемостта на оптичните преносни системи и е реализирало непрекъсната или квазинепрекъсната настройка в широк диапазон на дължините на вълната.
Компании и изследователски институции по целия свят активно насърчават изследванията и разработването на настройваеми лазери и в тази област непрекъснато се постига нов напредък. Производителността на настройваемите лазери непрекъснато се подобрява, а цената им непрекъснато намалява. В момента настройваемите лазери се разделят основно на две категории: полупроводникови настройваеми лазери и настройваеми влакнести лазери.
Полупроводников лазере важен източник на светлина в оптичните комуникационни системи, който се характеризира с малки размери, леко тегло, висока ефективност на преобразуване, енергоспестяване и др., и е лесен за постигане на оптоелектронна интеграция с други устройства с един чип. Може да се раздели на настройваем разпределен лазер за обратна връзка, разпределен лазер с огледало на Браг, лазер с вертикална кухина с микромоторна система и повърхностно излъчващ лазер с външна кухина.
Развитието на настройваемия влакнест лазер като усилваща среда и разработването на полупроводниковия лазерен диод като източник на помпа значително насърчи развитието на влакнестите лазери. Настройваемият лазер е базиран на 80nm честотна лента на усилване на легирано влакно, а към контура е добавен филтърен елемент, за да контролира дължината на вълната на лазера и да реализира настройката на дължината на вълната.
Разработването на настройваеми полупроводникови лазери е много активно в света и напредъкът е също много бърз. Тъй като настройваемите лазери постепенно се доближават до лазерите с фиксирана дължина на вълната по отношение на цена и производителност, те неизбежно ще се използват все повече и повече в комуникационните системи и ще играят важна роля в бъдещите изцяло оптични мрежи.

Перспектива за развитие
Съществуват много видове настройваеми лазери, които обикновено се развиват чрез допълнително въвеждане на механизми за настройка на дължината на вълната на базата на различни лазери с една дължина на вълната, а някои продукти са били доставени на международния пазар. В допълнение към разработването на непрекъснато оптични настройваеми лазери, са докладвани и настройваеми лазери с интегрирани други функции, като например настройваем лазер, интегриран с един чип VCSEL и електрически абсорбционен модулатор, и лазер, интегриран с рефлектор на Bragg с решетка за проба и полупроводников оптичен усилвател и електрически абсорбционен модулатор.
Тъй като лазерите с регулируема дължина на вълната се използват широко, те могат да се прилагат в различни системи и всяка от тях има своите предимства и недостатъци. Полупроводниковият лазер с външна резонаторна кухина може да се използва като широколентов регулируем източник на светлина в прецизни тестови инструменти, поради високата си изходна мощност и непрекъснато регулируемата дължина на вълната. От гледна точка на интеграцията на фотони и посрещането на бъдещата изцяло оптична мрежа, DBR с решетка за проби, DBR с надструктурирана решетка и регулируеми лазери, интегрирани с модулатори и усилватели, могат да бъдат обещаващи регулируеми източници на светлина за Z.
Влакнестият решетъчен настройваем лазер с външна резонаторна част също е обещаващ вид източник на светлина, който има опростена структура, тясна ширина на линията и лесно свързване на влакната. Ако EA модулаторът може да бъде интегриран в резонатора, той може да се използва и като високоскоростен настройваем оптичен солитонен източник. Освен това, настройваемите влакнести лазери, базирани на влакнести лазери, постигнаха значителен напредък през последните години. Може да се очаква, че производителността на настройваемите лазери в оптичните комуникационни източници на светлина ще се подобри допълнително и пазарният дял постепенно ще се увеличи, с много светли перспективи за приложение.