Sviluppo e stato di mercato del laser sintonizzabile Parte seconda

Sviluppo e stato di mercato del laser sintonizzabile (seconda parte)

Principio di funzionamento dilaser sintonizzabile

Esistono approssimativamente tre principi per ottenere la sintonizzazione della lunghezza d'onda laser. La maggior partelaser sintonizzabiliutilizzano sostanze di lavoro con ampie linee fluorescenti. I risonatori che compongono il laser presentano perdite molto basse solo su un intervallo di lunghezze d'onda molto ristretto. Pertanto, il primo metodo 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 metodo consiste nello spostare il livello energetico della transizione laser modificando alcuni parametri esterni (come campo magnetico, temperatura, ecc.). Il terzo metodo consiste nell'uso di effetti non lineari per ottenere la trasformazione e la sintonizzazione della lunghezza d'onda (vedi ottica non lineare, scattering Raman stimolato, raddoppio della frequenza ottica, oscillazione parametrica ottica). Tipici laser appartenenti al primo metodo di sintonizzazione sono i laser a colorante, i laser a crisoberillo, i laser a centro di colore, i laser a gas ad alta pressione sintonizzabili e i laser a eccimeri sintonizzabili.

Dal punto di vista della tecnologia di realizzazione, il laser sintonizzabile si divide principalmente in: tecnologia di controllo della corrente, tecnologia di controllo della temperatura e tecnologia di controllo meccanico.
Tra queste, la tecnologia di controllo elettronico mira a ottenere la regolazione della lunghezza d'onda modificando la corrente di iniezione, con velocità di regolazione a livello NS, ampia larghezza di banda di regolazione, ma bassa potenza di uscita, basata principalmente sulla tecnologia di controllo elettronico SG-DBR (reticolo di campionamento DBR) e laser GCSR (reticolo ausiliario con accoppiamento direzionale e riflessione a 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. Le principali basate sulla tecnologia di controllo della temperatura sono:Laser DFB(feedback distribuito) e laser DBR (riflessione di Bragg distribuita). 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). Di seguito vengono spiegati 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 multiplazione a divisione di lunghezza d'onda densa e di scambio di fotoni in reti completamente ottiche. La sua applicazione aumenta notevolmente la capacità, la flessibilità e la scalabilità dei sistemi di trasmissione in fibra ottica e ha consentito di realizzare una sintonizzazione continua o quasi continua in un'ampia gamma di lunghezze d'onda.
Aziende e istituti di ricerca in tutto il mondo stanno promuovendo attivamente la ricerca e lo sviluppo di laser sintonizzabili, e in questo campo si stanno compiendo costantemente nuovi progressi. Le prestazioni dei laser sintonizzabili sono in continuo miglioramento e i costi sono costantemente ridotti. Attualmente, i laser sintonizzabili si dividono principalmente in due categorie: laser sintonizzabili a semiconduttore e laser sintonizzabili a fibra.
Laser a semiconduttoreÈ un'importante sorgente luminosa nei sistemi di comunicazione ottica, caratterizzata da dimensioni ridotte, peso ridotto, elevata efficienza di conversione, risparmio energetico, ecc., e dalla facile integrazione optoelettronica su singolo chip con altri dispositivi. Può essere suddiviso in laser a retroazione distribuita sintonizzabile, laser a specchio di Bragg distribuito, laser a emissione superficiale a cavità verticale con 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 pompaggio hanno notevolmente promosso lo sviluppo dei laser a fibra. Il laser sintonizzabile si basa sulla larghezza di banda di guadagno di 80 nm della fibra drogata e l'elemento filtrante viene aggiunto al loop per controllare la lunghezza d'onda del laser e realizzare la sintonizzazione della lunghezza d'onda.
Lo sviluppo di laser a semiconduttore sintonizzabili è molto attivo in tutto il mondo e i progressi sono molto rapidi. 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 svolgeranno un ruolo importante nelle future reti completamente ottiche.

Prospettiva di sviluppo
Esistono molti tipi di laser sintonizzabili, generalmente sviluppati introducendo meccanismi di sintonizzazione della lunghezza d'onda basati su vari laser a lunghezza d'onda singola, e alcuni prodotti sono stati immessi sul 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 Bragg a reticolo di campionamento, un amplificatore ottico a semiconduttore e un modulatore di assorbimento elettrico.
Poiché il laser sintonizzabile in lunghezza d'onda è ampiamente utilizzato, laser sintonizzabili di varie strutture possono essere applicati a sistemi diversi, ognuno con vantaggi e svantaggi. Il laser a semiconduttore a cavità esterna può essere utilizzato come sorgente di luce sintonizzabile a banda larga in 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 della realizzazione della futura rete completamente ottica, il DBR a reticolo campione, il DBR a reticolo sovrastrutturato e i laser sintonizzabili integrati con modulatori e amplificatori potrebbero essere promettenti sorgenti di luce sintonizzabili per Z.
Anche il laser sintonizzabile a reticolo in fibra con cavità esterna è una sorgente luminosa promettente, caratterizzata da una struttura semplice, una larghezza di linea ridotta e un facile accoppiamento delle fibre. Se il modulatore EA può essere integrato nella cavità, può essere utilizzato anche come sorgente di solitoni ottici sintonizzabili ad alta velocità. Inoltre, i laser a fibra sintonizzabili basati su laser a fibra hanno compiuto notevoli progressi negli ultimi anni. Ci si può aspettare che le prestazioni dei laser sintonizzabili nelle sorgenti luminose per comunicazioni ottiche miglioreranno ulteriormente e che la quota di mercato aumenterà gradualmente, con prospettive applicative molto promettenti.