Entwicklung und Marktstatus abstimmbarer Laser Teil zwei

Entwicklung und Marktstatus abstimmbarer Laser (Teil zwei)

Funktionsprinzip vonabstimmbarer Laser

Es gibt grob drei Prinzipien für die Abstimmung der Laserwellenlänge. Am meistenabstimmbare LaserVerwenden Sie Arbeitssubstanzen mit breiten fluoreszierenden Linien. Die Resonatoren, aus denen der Laser besteht, weisen nur über einen sehr schmalen Wellenlängenbereich sehr geringe Verluste auf. Daher besteht die erste darin, die Wellenlänge des Lasers zu ändern, indem die Wellenlänge, die dem verlustarmen Bereich des Resonators entspricht, durch einige Elemente (z. B. ein Gitter) geändert wird. Die zweite besteht darin, das Energieniveau des Laserübergangs durch Änderung einiger externer Parameter (wie Magnetfeld, Temperatur usw.) zu verschieben. Der dritte ist die Verwendung nichtlinearer Effekte zur Erzielung einer Wellenlängentransformation und -abstimmung (siehe nichtlineare Optik, stimulierte Raman-Streuung, optische Frequenzverdopplung, optische parametrische Oszillation). Typische Laser, die zum ersten Abstimmmodus gehören, sind Farbstofflaser, Chrysoberyllaser, Farbzentrumslaser, abstimmbare Hochdruckgaslaser und abstimmbare Excimerlaser.

Abstimmbare Laser werden aus Sicht der Realisierungstechnologie hauptsächlich unterteilt in: aktuelle Steuerungstechnik, Temperaturregelungstechnik und mechanische Regelungstechnik.
Unter anderem besteht die elektronische Steuerungstechnologie darin, eine Wellenlängenabstimmung durch Änderung des Injektionsstroms mit NS-Level-Abstimmgeschwindigkeit, großer Abstimmbandbreite, aber geringer Ausgangsleistung zu erreichen, basierend auf der elektronischen Steuerungstechnologie hauptsächlich SG-DBR (Sampling Grating DBR) und GCSR-Laser (Hilfsgitter-Richtungskopplung, Rückwärtsabtastreflexion). Die Temperaturkontrolltechnologie verändert die Ausgangswellenlänge des Lasers durch Änderung des Brechungsindex des laseraktiven Bereichs. Die Technologie ist einfach, aber langsam und kann mit einer schmalen Bandbreite von nur wenigen nm eingestellt werden. Die wichtigsten, die auf der Temperaturkontrolltechnologie basieren, sindDFB-Laser(verteilte Rückkopplung) und DBR-Laser (verteilte Bragg-Reflexion). Die mechanische Steuerung basiert hauptsächlich auf der MEMS-Technologie (Mikroelektromechanisches System), um die Auswahl der Wellenlänge mit großer einstellbarer Bandbreite und hoher Ausgangsleistung zu vervollständigen. Die wichtigsten auf mechanischer Steuerungstechnik basierenden Strukturen sind DFB (Distributed Feedback), ECL (External Cavity Laser) und VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser). Im Folgenden wird unter diesen Aspekten das Prinzip abstimmbarer Laser erläutert.

Optische Kommunikationsanwendung

Der abstimmbare Laser ist ein wichtiges optoelektronisches Gerät in einer neuen Generation von Multiplexsystemen mit dichter Wellenlängenteilung und Photonenaustausch in rein optischen Netzwerken. Seine Anwendung erhöht die Kapazität, Flexibilität und Skalierbarkeit von Glasfaserübertragungssystemen erheblich und ermöglicht eine kontinuierliche oder quasi-kontinuierliche Abstimmung in einem breiten Wellenlängenbereich.
Unternehmen und Forschungseinrichtungen auf der ganzen Welt treiben die Forschung und Entwicklung abstimmbarer Laser aktiv voran, und auf diesem Gebiet werden ständig neue Fortschritte erzielt. Die Leistung abstimmbarer Laser wird ständig verbessert und die Kosten werden ständig gesenkt. Derzeit werden abstimmbare Laser hauptsächlich in zwei Kategorien unterteilt: abstimmbare Halbleiterlaser und abstimmbare Faserlaser.
Halbleiterlaserist eine wichtige Lichtquelle in optischen Kommunikationssystemen, die sich durch geringe Größe, geringes Gewicht, hohe Umwandlungseffizienz, Energieeinsparung usw. auszeichnet und sich leicht mit anderen Geräten integrieren lässt. Es kann in einen abstimmbaren Laser mit verteilter Rückkopplung, einen Laser mit verteiltem Bragg-Spiegel, einen oberflächenemittierenden Laser mit vertikalem Hohlraum für Mikromotorsysteme und einen Halbleiterlaser mit externem Hohlraum unterteilt werden.
Die Entwicklung des abstimmbaren Faserlasers als Verstärkungsmedium und die Entwicklung der Halbleiterlaserdiode als Pumpquelle haben die Entwicklung von Faserlasern erheblich vorangetrieben. Der abstimmbare Laser basiert auf der 80-nm-Verstärkungsbandbreite der dotierten Faser, und das Filterelement wird der Schleife hinzugefügt, um die Laserwellenlänge zu steuern und die Wellenlängenabstimmung zu realisieren.
Die Entwicklung abstimmbarer Halbleiterlaser ist weltweit sehr aktiv und macht auch sehr schnelle Fortschritte. Da sich abstimmbare Laser hinsichtlich Kosten und Leistung allmählich den Lasern mit fester Wellenlänge annähern, werden sie unweigerlich immer häufiger in Kommunikationssystemen eingesetzt und spielen eine wichtige Rolle in künftigen rein optischen Netzwerken.

Entwicklungsperspektive
Es gibt viele Arten abstimmbarer Laser, die im Allgemeinen durch die weitere Einführung von Mechanismen zur Wellenlängenabstimmung auf der Grundlage verschiedener Einzelwellenlängenlaser entwickelt werden, und einige Produkte wurden international auf den Markt gebracht. Neben der Entwicklung kontinuierlich optisch abstimmbarer Laser wurde auch über abstimmbare Laser mit integrierten anderen Funktionen berichtet, wie etwa der abstimmbare Laser mit einem einzelnen VCSEL-Chip und einem elektrischen Absorptionsmodulator sowie der Laser mit integriertem Probengitter-Bragg-Reflektor und einen optischen Halbleiterverstärker und einen elektrischen Absorptionsmodulator.
Da der wellenlängenabstimmbare Laser weit verbreitet ist, können abstimmbare Laser verschiedener Strukturen auf unterschiedliche Systeme angewendet werden, und jedes hat Vor- und Nachteile. Aufgrund seiner hohen Ausgangsleistung und kontinuierlich abstimmbaren Wellenlänge kann ein Halbleiterlaser mit externem Hohlraum als breitbandige abstimmbare Lichtquelle in Präzisionsprüfgeräten verwendet werden. Aus der Perspektive der Photonenintegration und der Erfüllung des zukünftigen rein optischen Netzwerks könnten Probengitter-DBR, überstrukturiertes Gitter-DBR und abstimmbare Laser mit integrierten Modulatoren und Verstärkern vielversprechende abstimmbare Lichtquellen für Z sein.
Ein durchstimmbarer Fasergitterlaser mit externem Hohlraum ist ebenfalls eine vielversprechende Art von Lichtquelle, die eine einfache Struktur, eine schmale Linienbreite und eine einfache Faserkopplung aufweist. Wenn der EA-Modulator in den Hohlraum integriert werden kann, kann er auch als abstimmbare optische Hochgeschwindigkeits-Solitonenquelle verwendet werden. Darüber hinaus haben abstimmbare Faserlaser auf Basis von Faserlasern in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte gemacht. Es ist zu erwarten, dass die Leistung abstimmbarer Laser in optischen Kommunikationslichtquellen weiter verbessert wird und der Marktanteil schrittweise steigt, was sehr gute Anwendungsaussichten bietet.