Desenvolvimento e situação atual do mercado de lasers sintonizáveis ​​- Parte dois

Desenvolvimento e situação de mercado do laser sintonizável (Parte dois)

Princípio de funcionamento delaser sintonizável

Existem basicamente três princípios para se obter o ajuste do comprimento de onda do laser. A maioria deles.lasers sintonizáveisUtilizam-se substâncias de trabalho com amplas linhas de fluorescência. Os ressonadores que compõem o laser apresentam perdas muito baixas apenas em uma faixa de comprimento de onda muito estreita. Portanto, a primeira estratégia consiste em alterar o comprimento de onda do laser modificando o comprimento de onda correspondente à região de baixa perda do ressonador por meio de alguns elementos (como uma grade de difração). A segunda estratégia consiste em deslocar o nível de energia da transição do laser alterando alguns parâmetros externos (como campo magnético, temperatura, etc.). A terceira estratégia é a utilização de efeitos não lineares para realizar a transformação e o ajuste do comprimento de onda (ver óptica não linear, espalhamento Raman estimulado, duplicação de frequência óptica, oscilação paramétrica óptica). Lasers típicos pertencentes ao primeiro modo de ajuste incluem lasers de corante, lasers de crisoberilo, lasers de centro de cor, lasers de gás de alta pressão ajustáveis ​​e lasers de excímero ajustáveis.

Do ponto de vista da tecnologia de implementação, o laser sintonizável divide-se principalmente em: tecnologia de controle de corrente, tecnologia de controle de temperatura e tecnologia de controle mecânico.
Entre elas, a tecnologia de controle eletrônico permite o ajuste do comprimento de onda alterando a corrente de injeção, com velocidade de ajuste em nível de nanossegundos, ampla largura de banda de ajuste, mas baixa potência de saída. Baseia-se principalmente na tecnologia de controle eletrônico SG-DBR (DBR com grade de amostragem) e no laser GCSR (reflexão de amostragem reversa com acoplamento direcional de grade auxiliar). A tecnologia de controle de temperatura altera o comprimento de onda de saída do laser modificando o índice de refração da região ativa do laser. Essa tecnologia é simples, porém lenta, e permite ajustes com uma largura de banda estreita de apenas alguns nanômetros. As principais tecnologias baseadas em controle de temperatura são...laser DFB(realimentação distribuída) e laser DBR (reflexão de Bragg distribuída). O controle mecânico baseia-se principalmente na tecnologia MEMS (sistema microeletromecânico) para realizar a seleção do comprimento de onda, com grande largura de banda ajustável e alta potência de saída. As principais estruturas baseadas na tecnologia de controle mecânico são DFB (realimentação distribuída), ECL (laser de cavidade externa) e VCSEL (laser de emissão de superfície de cavidade vertical). A seguir, o princípio dos lasers sintonizáveis ​​será explicado sob esses aspectos.

Aplicação de comunicação óptica

O laser sintonizável é um dispositivo optoeletrônico fundamental em uma nova geração de sistemas de multiplexação por divisão de comprimento de onda densa e troca de fótons em redes totalmente ópticas. Sua aplicação aumenta consideravelmente a capacidade, a flexibilidade e a escalabilidade dos sistemas de transmissão por fibra óptica, possibilitando a sintonia contínua ou quase contínua em uma ampla faixa de comprimentos de onda.
Empresas e instituições de pesquisa em todo o mundo estão promovendo ativamente a pesquisa e o desenvolvimento de lasers sintonizáveis, e novos progressos são constantemente alcançados nessa área. O desempenho dos lasers sintonizáveis ​​é constantemente aprimorado e o custo, constantemente reduzido. Atualmente, os lasers sintonizáveis ​​são divididos principalmente em duas categorias: lasers semicondutores sintonizáveis ​​e lasers de fibra sintonizáveis.
Laser semicondutorÉ uma importante fonte de luz em sistemas de comunicação óptica, caracterizada por tamanho reduzido, baixo peso, alta eficiência de conversão e economia de energia, além de facilitar a integração optoeletrônica em um único chip com outros dispositivos. Pode ser classificada em laser de feedback distribuído sintonizável, laser de espelho de Bragg distribuído, laser de emissão de superfície de cavidade vertical com sistema micromotor e laser semicondutor de cavidade externa.
O desenvolvimento do laser de fibra sintonizável como meio de ganho e o desenvolvimento do diodo laser semicondutor como fonte de bombeamento impulsionaram significativamente o desenvolvimento de lasers de fibra. O laser sintonizável baseia-se na largura de banda de ganho de 80 nm da fibra dopada, e um elemento de filtro é adicionado ao circuito para controlar o comprimento de onda de emissão e realizar a sintonização do comprimento de onda.
O desenvolvimento de lasers semicondutores sintonizáveis ​​está muito ativo em todo o mundo, e o progresso também é muito rápido. À medida que os lasers sintonizáveis ​​se aproximam gradualmente dos lasers de comprimento de onda fixo em termos de custo e desempenho, eles inevitavelmente serão cada vez mais utilizados em sistemas de comunicação e desempenharão um papel importante nas futuras redes totalmente ópticas.

Perspectiva de desenvolvimento
Existem muitos tipos de lasers sintonizáveis, geralmente desenvolvidos pela introdução de mecanismos de ajuste de comprimento de onda em lasers de comprimento de onda único, e alguns já foram comercializados internacionalmente. Além do desenvolvimento de lasers ópticos sintonizáveis ​​contínuos, também foram relatados lasers sintonizáveis ​​com outras funções integradas, como o laser sintonizável integrado com um único chip de VCSEL e um modulador de absorção elétrica, e o laser integrado com um refletor de Bragg de grade de amostra, um amplificador óptico semicondutor e um modulador de absorção elétrica.
Devido à ampla utilização de lasers com comprimento de onda ajustável, diferentes estruturas de lasers ajustáveis ​​podem ser aplicadas a diversos sistemas, cada uma com suas vantagens e desvantagens. O laser semicondutor de cavidade externa pode ser utilizado como fonte de luz ajustável de banda larga em instrumentos de teste de precisão, devido à sua alta potência de saída e comprimento de onda continuamente ajustável. Considerando a integração de fótons e a viabilidade de futuras redes totalmente ópticas, os DBRs com grade de amostragem, os DBRs com grade superestruturada e os lasers ajustáveis ​​integrados com moduladores e amplificadores podem ser fontes de luz ajustáveis ​​promissoras para Z.
O laser de fibra óptica sintonizável com cavidade externa também é um tipo promissor de fonte de luz, apresentando estrutura simples, largura de linha estreita e fácil acoplamento à fibra. Se o modulador EA puder ser integrado à cavidade, ele também poderá ser usado como uma fonte de sóliton óptico sintonizável de alta velocidade. Além disso, os lasers de fibra óptica sintonizáveis ​​têm apresentado avanços consideráveis ​​nos últimos anos. Espera-se que o desempenho dos lasers sintonizáveis ​​em fontes de luz para comunicação óptica seja ainda mais aprimorado e que sua participação no mercado aumente gradualmente, com perspectivas de aplicação muito promissoras.