Ontwikkeling en marktstatus van afstembare lasers, deel twee

Ontwikkeling en marktstatus van afstembare lasers (deel twee)

Werkingsprincipe vanafstembare laser

Er zijn grofweg drie principes voor het afstemmen van de laser golflengte.afstemmbare lasersGebruik werkzame stoffen met brede fluorescentielijnen. De resonatoren waaruit de laser is opgebouwd, hebben slechts zeer lage verliezen over een zeer smal golflengtebereik. Daarom is de eerste methode het veranderen van de golflengte van de laser door de golflengte die overeenkomt met het gebied met lage verliezen van de resonator te veranderen met behulp van bepaalde elementen (zoals een rooster). De tweede methode is het verschuiven van het energieniveau van de laserovergang door enkele externe parameters te veranderen (zoals een magnetisch veld, temperatuur, enz.). De derde methode is het gebruik van niet-lineaire effecten om golflengtetransformatie en -afstemming te bereiken (zie niet-lineaire optica, gestimuleerde Ramanverstrooiing, optische frequentieverdubbeling, optische parametrische oscillatie). Typische lasers die tot de eerste afstemmingsmethode behoren, zijn kleurstoflasers, chrysoberyllasers, kleurencentrumlasers, afstemmbare hogedrukgaslasers en afstemmbare excimerlasers.

Afstembare lasers worden vanuit het perspectief van de realisatietechnologie hoofdzakelijk onderverdeeld in: stroomregelingstechnologie, temperatuurregelingstechnologie en mechanische regelingstechnologie.
Onder deze technologieën valt de elektronische regeltechnologie, die golflengteafstemming mogelijk maakt door de injectiestroom te wijzigen. Deze technologie heeft een afstemsnelheid van nanoseconden, een brede afstembandbreedte, maar een laag uitgangsvermogen. De elektronische regeltechnologie is voornamelijk gebaseerd op SG-DBR (sampling grating DBR) en GCSR-lasers (auxiliary grating directional coupling backward-sampling reflection). De temperatuurregeltechnologie verandert de uitgangsgolflengte van de laser door de brekingsindex van het actieve lasergebied te wijzigen. Deze technologie is eenvoudig, maar traag en kan slechts met een smalle bandbreedte van enkele nanometer worden afgesteld. De belangrijkste lasers gebaseerd op temperatuurregeltechnologie zijn:DFB-laser(distributed feedback) en DBR-laser (Distributed Bragg reflection). Mechanische besturing is voornamelijk gebaseerd op MEMS-technologie (micro-elektromechanisch systeem) om de golflengte te selecteren, met een grote instelbare bandbreedte en een hoog uitgangsvermogen. De belangrijkste structuren gebaseerd op mechanische besturingstechnologie zijn DFB (distributed feedback), ECL (external cavity laser) en VCSEL (vertical cavity surface emitting laser). Hieronder wordt het principe van afstemmbare lasers vanuit deze aspecten toegelicht.

Toepassing van optische communicatie

De afstembare laser is een essentieel opto-elektronisch apparaat in een nieuwe generatie systemen voor dichte golflengteverdelingmultiplexing en fotonenuitwisseling in volledig optische netwerken. De toepassing ervan vergroot de capaciteit, flexibiliteit en schaalbaarheid van optische vezeltransmissiesystemen aanzienlijk en maakt continue of quasi-continue afstemming over een breed golflengtebereik mogelijk.
Bedrijven en onderzoeksinstellingen over de hele wereld stimuleren actief onderzoek en ontwikkeling van afstemmbare lasers, en er wordt voortdurend vooruitgang geboekt op dit gebied. De prestaties van afstemmbare lasers worden continu verbeterd en de kosten worden voortdurend verlaagd. Momenteel worden afstemmbare lasers hoofdzakelijk onderverdeeld in twee categorieën: halfgeleiderlasers en vezellasers.
HalfgeleiderlaserDe laser is een belangrijke lichtbron in optische communicatiesystemen. Hij kenmerkt zich door een klein formaat, laag gewicht, hoge conversie-efficiëntie en energiebesparing, en is eenvoudig te integreren met andere opto-elektronische componenten op één chip. Lasers kunnen worden onderverdeeld in afstembaar verdeelde feedbacklasers, verdeelde Bragg-spiegellasers, micromotor-systeem verticale caviteitsoppervlakte-emitterende lasers en externe caviteitshalfgeleiderlasers.
De ontwikkeling van de afstemmbare vezellaser als versterkingsmedium en de ontwikkeling van de halfgeleiderlaserdiode als pompbron hebben de ontwikkeling van vezellasers sterk bevorderd. De afstemmbare laser is gebaseerd op de 80 nm versterkingsbandbreedte van de gedoteerde vezel, en er wordt een filterelement aan de lus toegevoegd om de laser golflengte te regelen en golflengteafstemming te realiseren.
De ontwikkeling van afstembare halfgeleiderlasers is wereldwijd zeer actief en de vooruitgang verloopt razendsnel. Naarmate afstembare lasers qua kosten en prestaties steeds meer in de buurt komen van lasers met een vaste golflengte, zullen ze onvermijdelijk steeds vaker worden gebruikt in communicatiesystemen en een belangrijke rol spelen in toekomstige volledig optische netwerken.

Ontwikkelingsperspectief
Er bestaan ​​veel soorten afstemmbare lasers, die over het algemeen worden ontwikkeld door golflengte-afstemmingsmechanismen toe te voegen aan verschillende lasers met één golflengte. Sommige van deze lasers zijn al internationaal op de markt gebracht. Naast de ontwikkeling van continu optisch afstemmbare lasers zijn er ook afstemmbare lasers met geïntegreerde andere functies gerapporteerd, zoals de afstemmbare laser met een VCSEL-chip en een elektrische absorptiemodulator, en de laser met een Bragg-reflector met roosterstructuur, een halfgeleider-optische versterker en een elektrische absorptiemodulator.
Omdat lasers met instelbare golflengte veelvuldig worden gebruikt, kunnen lasers met verschillende structuren in diverse systemen worden toegepast, elk met hun eigen voor- en nadelen. Een halfgeleiderlaser met externe caviteit kan vanwege zijn hoge uitgangsvermogen en continu instelbare golflengte worden gebruikt als breedbandige, instelbare lichtbron in precisietestinstrumenten. Vanuit het perspectief van fotonintegratie en met het oog op toekomstige volledig optische netwerken, kunnen DBR's met een monsterrooster, DBR's met een superstructuurrooster en instelbare lasers geïntegreerd met modulatoren en versterkers veelbelovende instelbare lichtbronnen zijn voor Z.
Een afstembaar vezelroosterlaser met externe resonator is ook een veelbelovende lichtbron, die een eenvoudige structuur, smalle lijnbreedte en gemakkelijke vezelkoppeling heeft. Als de EA-modulator in de resonator kan worden geïntegreerd, kan deze ook worden gebruikt als een snelle afstembare optische solitonbron. Daarnaast hebben afstembare vezellasers op basis van vezellasers de afgelopen jaren aanzienlijke vooruitgang geboekt. Naar verwachting zullen de prestaties van afstembare lasers als lichtbronnen voor optische communicatie verder verbeteren en zal het marktaandeel geleidelijk toenemen, met zeer veelbelovende toepassingsvooruitzichten.