Ontwikkeling en marktstatus van instelbare lasers (deel twee)
Werkingsprincipe vaninstelbare laser
Er zijn grofweg drie principes voor het afstemmen van de lasergolflengte. De meesteafstembare lasersGebruik werkstoffen met brede fluorescerende lijnen. De resonatoren waaruit de laser bestaat, hebben slechts zeer lage verliezen over een zeer smal golflengtebereik. De eerste manier is daarom om de golflengte van de laser te veranderen door de golflengte die overeenkomt met het lage verliesgebied van de resonator te wijzigen met behulp van enkele elementen (zoals een rooster). De tweede manier is om het energieniveau van de laserovergang te verschuiven door enkele externe parameters te wijzigen (zoals magnetisch veld, temperatuur, enz.). De derde manier is het gebruik van niet-lineaire effecten om golflengtetransformatie en -afstemming te bereiken (zie niet-lineaire optica, gestimuleerde Raman-verstrooiing, optische frequentieverdubbeling, optische parametrische oscillatie). Typische lasers die tot de eerste afstemmingsmodus behoren, zijn kleurstoflasers, chrysoberyllasers, kleurcentrumlasers, afstembare hogedrukgaslasers en afstembare excimeerlasers.
Vanuit het perspectief van realisatietechnologie wordt de afstembare laser hoofdzakelijk onderverdeeld in: huidige regeltechnologie, temperatuurregeltechnologie en mechanische regeltechnologie.
De elektronische regeltechnologie richt zich onder andere op het afstemmen van de golflengte door de injectiestroom te wijzigen, met een afstemmingssnelheid op NS-niveau, een brede afstemmingsbandbreedte en een laag uitgangsvermogen. Deze technologie is gebaseerd op elektronische regeltechnologie, voornamelijk SG-DBR (sampling grating DBR) en GCSR-lasers (auxiliary grating directionele koppeling met achterwaartse bemonsteringsreflectie). De temperatuurregeltechnologie verandert de uitgangsgolflengte van de laser door de brekingsindex van het actieve gebied van de laser te wijzigen. De technologie is eenvoudig, maar traag en kan worden aangepast met een smalle bandbreedte van slechts enkele nm. De belangrijkste technologieën die gebaseerd zijn op temperatuurregeltechnologie zijn:DFB-laser(Distributed Feedback) en DBR-laser (Distributed Bragg Reflection). Mechanische besturing is voornamelijk gebaseerd op MEMS-technologie (Micro-Electro-Mechanical System) om de golflengteselectie te voltooien, 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). Het volgende wordt uitgelegd aan de hand van deze aspecten van het principe van afstembare lasers.
Optische communicatietoepassing
Een afstembare laser is een belangrijk opto-elektronisch apparaat in een nieuwe generatie dichte golflengtemultiplexsystemen en fotonenuitwisseling in volledig optische netwerken. De toepassing ervan verhoogt de capaciteit, flexibiliteit en schaalbaarheid van optische vezeltransmissiesystemen aanzienlijk en heeft continue of quasi-continue afstemming in een breed golflengtebereik mogelijk gemaakt.
Bedrijven en onderzoeksinstellingen wereldwijd promoten actief het onderzoek naar en de ontwikkeling van afstembare lasers, en er wordt voortdurend vooruitgang geboekt op dit gebied. De prestaties van afstembare lasers worden voortdurend verbeterd en de kosten worden voortdurend verlaagd. Momenteel worden afstembare lasers hoofdzakelijk onderverdeeld in twee categorieën: afstembare halfgeleiderlasers en afstembare fiberlasers.
HalfgeleiderlaserEen belangrijke lichtbron in optische communicatiesystemen, die gekenmerkt wordt door zijn compacte formaat, lichte gewicht, hoge conversie-efficiëntie, energiebesparing, enz., en die eenvoudig te integreren is met andere apparaten op een enkele chip. Het kan worden onderverdeeld in een afstembare laser met gedistribueerde feedback, een gedistribueerde Bragg-spiegellaser, een laser met verticale holte en een halfgeleiderlaser met externe holte.
De ontwikkeling van de afstembare fiberlaser als versterkingsmedium en de ontwikkeling van de halfgeleiderlaserdiode als pompbron heeft de ontwikkeling van fiberlasers sterk bevorderd. De afstembare laser is gebaseerd op de versterkingsbandbreedte van 80 nm van de gedoteerde fiber, en het filterelement is aan de lus toegevoegd om de lasergolflengte te regelen en de golflengteafstemming te realiseren.
De ontwikkeling van afstembare halfgeleiderlasers is wereldwijd zeer actief en de voortgang verloopt eveneens 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 vele soorten afstembare lasers, die over het algemeen worden ontwikkeld door verdere introductie van golflengteafstemmingsmechanismen op basis van diverse lasers met één golflengte. Er zijn internationaal al enkele producten op de markt gebracht. Naast de ontwikkeling van continu optische afstembare lasers zijn er ook afstembare lasers met geïntegreerde andere functies gerapporteerd, zoals de afstembare laser geïntegreerd met een enkele VCSEL-chip en een elektrische absorptiemodulator, en de laser geïntegreerd met een Bragg-reflector met een monsterrooster, een optische halfgeleiderversterker en een elektrische absorptiemodulator.
Omdat de instelbare laser met golflengte breed wordt gebruikt, kan de instelbare laser met verschillende structuren op verschillende systemen worden toegepast, elk met voor- en nadelen. Een halfgeleiderlaser met externe holte kan worden gebruikt als een breedbandige instelbare lichtbron in precisietestinstrumenten vanwege het hoge uitgangsvermogen en de continu instelbare golflengte. Vanuit het perspectief van fotonintegratie en de voorbereiding op het toekomstige volledig optische netwerk, kunnen sample grating DBR, superstructured grating DBR en instelbare lasers geïntegreerd met modulatoren en versterkers veelbelovende instelbare lichtbronnen voor Z zijn.
Een afstembare laser met een vezelrooster en een externe holte is eveneens een veelbelovende lichtbron, dankzij de eenvoudige structuur, smalle lijnbreedte en eenvoudige vezelkoppeling. Indien de EA-modulator in de holte kan worden geïntegreerd, kan deze ook worden gebruikt als een snelle, afstembare optische solitonbron. Bovendien hebben afstembare fiberlasers op basis van fiberlasers de afgelopen jaren aanzienlijke vooruitgang geboekt. Verwacht wordt dat de prestaties van afstembare lasers in optische communicatielichtbronnen verder zullen verbeteren en dat het marktaandeel geleidelijk zal toenemen, met zeer gunstige toepassingsperspectieven.
Plaatsingstijd: 31-10-2023