Sviluppo e situazione del mercato del laser sintonizzabile Parte seconda

Sviluppo e situazione del mercato del laser sintonizzabile (seconda parte)

Principio di funzionamento dilaser sintonizzabile

Esistono circa tre principi per ottenere la sintonizzazione della lunghezza d'onda del laser. Maggior partelaser sintonizzabiliutilizzare sostanze funzionanti con ampie linee fluorescenti. I risonatori che compongono il laser hanno perdite molto basse solo su un intervallo di lunghezze d'onda molto ristretto. Pertanto, il primo consiste nel modificare la lunghezza d'onda del laser modificando la lunghezza d'onda corrispondente alla regione a bassa perdita del risonatore mediante alcuni elementi (come un reticolo). Il secondo consiste nello spostare il livello energetico della transizione laser modificando alcuni parametri esterni (come campo magnetico, temperatura, ecc.). Il terzo è l'uso di effetti non lineari per ottenere la trasformazione e la sintonizzazione della lunghezza d'onda (vedi ottica non lineare, diffusione Raman stimolata, raddoppio della frequenza ottica, oscillazione parametrica ottica). Tipici laser appartenenti alla prima modalità di sintonizzazione sono laser a coloranti, laser a crisoberillo, laser a centri di colore, laser a gas ad alta pressione sintonizzabili e laser ad eccimeri sintonizzabili.

Il laser sintonizzabile dal punto di vista della tecnologia di realizzazione è principalmente suddiviso in: tecnologia di controllo della corrente, tecnologia di controllo della temperatura e tecnologia di controllo meccanico.
Tra questi, la tecnologia di controllo elettronico consiste nel raggiungere la sintonizzazione della lunghezza d'onda modificando la corrente di iniezione, con velocità di sintonizzazione a livello NS, ampia larghezza di banda di sintonizzazione, ma piccola potenza di uscita, basata sulla tecnologia di controllo elettronico principalmente SG-DBR (reticolo di campionamento DBR) e Laser GCSR (riflessione con accoppiamento direzionale a reticolo ausiliario e campionamento all'indietro) . La tecnologia di controllo della temperatura modifica la lunghezza d'onda di uscita del laser modificando l'indice di rifrazione della regione attiva del laser. La tecnologia è semplice, ma lenta e può essere regolata con una larghezza di banda stretta di soli pochi nm. I principali basati sulla tecnologia di controllo della temperatura sonoLaser DFB(feedback distribuito) e laser DBR (riflessione distribuita di Bragg). Il controllo meccanico si basa principalmente sulla tecnologia MEMS (sistema microelettromeccanico) per completare la selezione della lunghezza d'onda, con ampia larghezza di banda regolabile e elevata potenza di uscita. Le principali strutture basate sulla tecnologia di controllo meccanico sono DFB (feedback distribuito), ECL (laser a cavità esterna) e VCSEL (laser a emissione superficiale a cavità verticale). Quanto segue viene spiegato da questi aspetti del principio dei laser sintonizzabili.

Applicazione di comunicazione ottica

Il laser sintonizzabile è un dispositivo optoelettronico chiave in una nuova generazione di sistemi di multiplexing a divisione di lunghezza d'onda densa e di scambio di fotoni in una rete completamente ottica. La sua applicazione aumenta notevolmente la capacità, la flessibilità e la scalabilità del sistema di trasmissione in fibra ottica e ha realizzato una sintonizzazione continua o quasi continua in un ampio intervallo di lunghezze d'onda.
Aziende e istituti di ricerca di tutto il mondo promuovono attivamente la ricerca e lo sviluppo di laser sintonizzabili e in questo campo vengono costantemente compiuti nuovi progressi. Le prestazioni dei laser sintonizzabili vengono costantemente migliorate e il costo viene costantemente ridotto. Attualmente, i laser sintonizzabili sono principalmente divisi in due categorie: laser sintonizzabili a semiconduttore e laser sintonizzabili a fibra.
Laser a semiconduttoreè un'importante sorgente luminosa nel sistema di comunicazione ottica, che ha le caratteristiche di dimensioni ridotte, leggerezza, elevata efficienza di conversione, risparmio energetico, ecc. ed è facile da ottenere l'integrazione optoelettronica a chip singolo con altri dispositivi. Può essere suddiviso in laser a feedback distribuito sintonizzabile, laser a specchio di Bragg distribuito, laser a emissione superficiale con cavità verticale del sistema micromotore e laser a semiconduttore a cavità esterna.
Lo sviluppo del laser a fibra sintonizzabile come mezzo di guadagno e lo sviluppo del diodo laser a semiconduttore come sorgente di pompa hanno notevolmente promosso lo sviluppo dei laser a fibra. Il laser sintonizzabile si basa sulla larghezza di banda del guadagno di 80 nm della fibra drogata e l'elemento filtrante viene aggiunto al circuito per controllare la lunghezza d'onda del laser e realizzare la sintonizzazione della lunghezza d'onda.
Lo sviluppo del laser a semiconduttore sintonizzabile è molto attivo nel mondo e anche il progresso è molto rapido. Man mano che i laser sintonizzabili si avvicinano gradualmente ai laser a lunghezza d'onda fissa in termini di costi e prestazioni, saranno inevitabilmente utilizzati sempre di più nei sistemi di comunicazione e giocheranno un ruolo importante nelle future reti completamente ottiche.

Prospettiva di sviluppo
Esistono molti tipi di laser sintonizzabili, che vengono generalmente sviluppati introducendo ulteriormente meccanismi di sintonizzazione della lunghezza d'onda sulla base di vari laser a lunghezza d'onda singola, e alcuni prodotti sono stati forniti al mercato a livello internazionale. Oltre allo sviluppo di laser sintonizzabili ottici continui, sono stati segnalati anche laser sintonizzabili con altre funzioni integrate, come il laser sintonizzabile integrato con un singolo chip di VCSEL e un modulatore di assorbimento elettrico, e il laser integrato con un riflettore di Bragg a reticolo campione e un amplificatore ottico a semiconduttore e un modulatore di assorbimento elettrico.
Poiché il laser sintonizzabile a lunghezza d'onda è ampiamente utilizzato, il laser sintonizzabile di varie strutture può essere applicato a sistemi diversi e ciascuno presenta vantaggi e svantaggi. Il laser a semiconduttore a cavità esterna può essere utilizzato come sorgente luminosa sintonizzabile a banda larga negli strumenti di test di precisione grazie alla sua elevata potenza di uscita e alla lunghezza d'onda sintonizzabile continua. Dal punto di vista dell'integrazione dei fotoni e del raggiungimento della futura rete completamente ottica, il reticolo DBR del campione, il reticolo DBR sovrastrutturato e i laser sintonizzabili integrati con modulatori e amplificatori potrebbero essere promettenti sorgenti luminose sintonizzabili per Z.
Anche il laser sintonizzabile con reticolo in fibra con cavità esterna è un tipo promettente di sorgente luminosa, che ha una struttura semplice, una larghezza della linea stretta e un facile accoppiamento della fibra. Se il modulatore EA può essere integrato nella cavità, può anche essere utilizzato come sorgente di solitoni ottici sintonizzabili ad alta velocità. Inoltre, i laser a fibra sintonizzabile basati su laser a fibra hanno fatto notevoli progressi negli ultimi anni. Si può prevedere che le prestazioni dei laser sintonizzabili nelle sorgenti luminose per comunicazioni ottiche saranno ulteriormente migliorate e la quota di mercato aumenterà gradualmente, con prospettive applicative molto brillanti.