Sviluppo e stato del mercato dei laser sintonizzabili - Parte seconda

Sviluppo e situazione di mercato dei laser sintonizzabili (Parte seconda)

Principio di funzionamentolaser sintonizzabile

Esistono all'incirca tre principi per ottenere la sintonizzazione della lunghezza d'onda del laser. La maggior partelaser sintonizzabiliSi utilizzano sostanze di lavoro con ampie linee di fluorescenza. I risonatori che costituiscono il laser presentano perdite molto basse solo in un intervallo di lunghezze d'onda molto ristretto. Pertanto, il primo metodo consiste nel modificare la lunghezza d'onda del laser variando la lunghezza d'onda corrispondente alla regione a bassa perdita del risonatore mediante alcuni elementi (come un reticolo di diffrazione). Il secondo metodo consiste nello spostare il livello energetico della transizione laser modificando alcuni parametri esterni (come campo magnetico, temperatura, ecc.). Il terzo metodo prevede l'utilizzo di effetti non lineari per ottenere la trasformazione e la sintonizzazione della lunghezza d'onda (vedere ottica non lineare, diffusione Raman stimolata, raddoppio di frequenza ottica, oscillazione parametrica ottica). I laser tipici che appartengono alla prima modalità 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, i laser sintonizzabili si dividono principalmente in: tecnologia di controllo della corrente, tecnologia di controllo della temperatura e tecnologia di controllo meccanico.
Tra queste, 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 bassa potenza di uscita, basata principalmente sulla tecnologia di controllo elettronico SG-DBR (DBR a reticolo di campionamento) e laser GCSR (riflessione a campionamento inverso con accoppiamento direzionale a reticolo ausiliario). 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 ristretta di pochi nm. Le principali basate sulla tecnologia di controllo della temperatura sonoLaser DFB(feedback distribuito) e laser DBR (riflessione di Bragg distribuita). Il controllo meccanico si basa principalmente sulla tecnologia MEMS (sistemi microelettromeccanici) per completare la selezione della lunghezza d'onda, con ampia larghezza di banda regolabile e alta 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 viene spiegato il principio dei laser sintonizzabili da questi punti di vista.

Applicazione di comunicazione ottica

Il laser sintonizzabile è un dispositivo optoelettronico chiave nella nuova generazione di sistemi di multiplexing a divisione di lunghezza d'onda densa e di scambio di fotoni nelle reti interamente ottiche. La sua applicazione aumenta notevolmente la capacità, la flessibilità e la scalabilità dei sistemi di trasmissione in fibra ottica e ha permesso di realizzare 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 si registrano costantemente nuovi progressi. Le prestazioni dei laser sintonizzabili migliorano continuamente e i costi si riducono costantemente. 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 contenuto, elevata efficienza di conversione, risparmio energetico, ecc., e che consente una facile integrazione optoelettronica su singolo chip con altri dispositivi. Può essere suddivisa in laser a feedback distribuito sintonizzabile, laser a specchio di Bragg distribuito, laser a emissione superficiale a cavità verticale con sistema a 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 circuito per controllare la lunghezza d'onda di emissione e realizzare la sintonizzazione della lunghezza d'onda.
Lo sviluppo di laser a semiconduttore sintonizzabili è un settore in forte espansione a livello mondiale, e i progressi sono rapidissimi. Man mano che i laser sintonizzabili si avvicinano alle prestazioni e ai costi dei laser a lunghezza d'onda fissa, il loro utilizzo nei sistemi di comunicazione diventerà sempre più diffuso e il loro ruolo nelle future reti interamente ottiche sarà fondamentale.

Prospettive di sviluppo
Esistono molti tipi di laser sintonizzabili, 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 già stati commercializzati a livello internazionale. Oltre allo sviluppo di laser ottici sintonizzabili a lunghezza d'onda continua, sono stati segnalati anche laser sintonizzabili con altre funzioni integrate, come il laser sintonizzabile integrato con un singolo chip VCSEL e un modulatore ad assorbimento elettrico, e il laser integrato con un riflettore di Bragg a reticolo di campionamento, un amplificatore ottico a semiconduttore e un modulatore ad assorbimento elettrico.
Poiché il laser a lunghezza d'onda sintonizzabile è ampiamente utilizzato, i laser sintonizzabili di varie strutture possono essere applicati a diversi sistemi, e ognuno 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 in modo continuo. Dal punto di vista dell'integrazione dei fotoni e per soddisfare le esigenze della futura rete completamente ottica, i DBR a reticolo di campionamento, i DBR a reticolo superstrutturato e i laser sintonizzabili integrati con modulatori e amplificatori potrebbero rappresentare promettenti sorgenti luminose sintonizzabili per Z.
Il laser a reticolo di diffrazione in fibra con cavità esterna rappresenta una promettente tipologia di sorgente luminosa, caratterizzata da una struttura semplice, una larghezza di linea ridotta e un facile accoppiamento con la fibra. 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. Si prevede che le prestazioni dei laser sintonizzabili come sorgenti luminose per la comunicazione ottica miglioreranno ulteriormente e la loro quota di mercato aumenterà gradualmente, con prospettive applicative molto promettenti.