פיתוח ומצב שוק של לייזר מתכוונן חלק שני

פיתוח ומצב שוק של לייזר מתכוונן (חלק שני)

עקרון העבודה שללייזר מתכוונן

ישנם בערך שלושה עקרונות להשגת כוונון אורך גל לייזר.לייזרים מתכוונניםמשתמשים בחומרים עובדים עם קווי פלואורסצנציה רחבים. לתהודה המרכיבה את הלייזר יש הפסדים נמוכים מאוד רק בטווח אורכי גל צר מאוד. לכן, הראשון הוא לשנות את אורך הגל של הלייזר על ידי שינוי אורך הגל המתאים לאזור ההפסדים הנמוכים של התהודה על ידי אלמנטים מסוימים (כגון סריג). השני הוא להזיז את רמת האנרגיה של מעבר הלייזר על ידי שינוי פרמטרים חיצוניים מסוימים (כגון שדה מגנטי, טמפרטורה וכו'). השלישי הוא שימוש באפקטים לא ליניאריים כדי להשיג טרנספורמציה וכיוונון של אורכי גל (ראה אופטיקה לא ליניארית, פיזור ראמאן מגורה, הכפלת תדר אופטי, תנודה פרמטרית אופטית). לייזרים אופייניים השייכים למצב הכוונון הראשון הם לייזרי צבע, לייזרי קריסובריל, לייזרי מרכז צבע, לייזרי גז בלחץ גבוה מתכווננים ולייזרי אקסימר מתכווננים.

לייזר מתכוונן מנקודת מבט של טכנולוגיית מימוש מחולק בעיקר ל: טכנולוגיית בקרה עכשווית, טכנולוגיית בקרת טמפרטורה וטכנולוגיית בקרה מכנית.
ביניהן, טכנולוגיית הבקרה האלקטרונית נועדה להשיג כוונון אורך גל על ​​ידי שינוי זרם ההזרקה, עם מהירות כוונון ברמת NS, רוחב פס כוונון רחב, אך הספק פלט קטן, המבוססת על טכנולוגיית בקרה אלקטרונית בעיקר SG-DBR (סריג דגימה DBR) ולייזר GCSR (צימוד כיווני סריג עזר, החזרת דגימה לאחור). טכנולוגיית בקרת הטמפרטורה משנה את אורך הגל של הפלט של הלייזר על ידי שינוי מקדם השבירה של אזור הלייזר הפעיל. הטכנולוגיה פשוטה, אך איטית, וניתן לכוונן אותה עם רוחב פס צר של ננומטרים ספורים בלבד. העיקריות המבוססות על טכנולוגיית בקרת טמפרטורה הןלייזר DFBלייזר DBR (השתקפות בראג מבוזרת). הבקרה המכנית מבוססת בעיקר על טכנולוגיית MEMS (מערכת מיקרו-אלקטרו-מכנית) להשלמת בחירת אורך הגל, עם רוחב פס מתכוונן גדול והספק יציאה גבוה. המבנים העיקריים המבוססים על טכנולוגיית בקרה מכנית הם DFB (משוב מבוזר), ECL (לייזר חלל חיצוני) ו-VCSEL (לייזר פולט משטח אנכי). להלן מוסבר מהיבטים אלה של עקרון הלייזרים הניתנים לכיוון.

יישום תקשורת אופטית

לייזר מתכוונן הוא התקן אופטואלקטרוני מרכזי בדור חדש של מערכות ריבוב חלוקת אורכי גל צפופים וחילופי פוטונים ברשת אופטית לחלוטין. יישומו מגדיל מאוד את הקיבולת, הגמישות והמדרגיות של מערכת העברת סיבים אופטיים, ומביא לידי מימוש כוונון רציף או כמעט רציף בטווח אורכי גל רחב.
חברות ומוסדות מחקר ברחבי העולם מקדמים באופן פעיל את המחקר והפיתוח של לייזרים מתכווננים, ונתקלת כל הזמן בהתקדמות חדשה בתחום זה. ביצועי הלייזרים המתכווננים משתפרים כל הזמן והעלות יורדת כל הזמן. כיום, לייזרים מתכווננים מחולקים בעיקר לשתי קטגוריות: לייזרים מתכווננים מוליכים למחצה ולייזרי סיבים מתכווננים.
לייזר מוליך למחצההוא מקור אור חשוב במערכות תקשורת אופטיות, בעל מאפיינים של גודל קטן, משקל קל, יעילות המרה גבוהה, חיסכון באנרגיה וכו', וקל להשיג שילוב אופטואלקטרוני של שבב יחיד עם התקנים אחרים. ניתן לחלק אותו ללייזר משוב מבוזר מתכוונן, לייזר מראה בראג מבוזר, לייזר פולט חלל אנכי של מערכת מיקרו-מוטורית ולייזר מוליך למחצה חלל חיצוני.
פיתוח לייזר הסיבים המתכוונן כמדיום הגברה ופיתוח דיודת לייזר מוליך למחצה כמקור משאבה קידמו מאוד את פיתוח לייזרי הסיבים. הלייזר המתכוונן מבוסס על רוחב פס הגברה של 80 ננומטר של הסיב המסומם, ואלמנט המסנן נוסף ללולאה כדי לשלוט באורך הגל של הלייזר ולממש את כוונון אורך הגל.
פיתוח לייזרים מתכווננים למחצה פעיל מאוד בעולם, וההתקדמות גם מהירה מאוד. ככל שליזרים מתכווננים יתקרבו בהדרגה ללייזרים באורך גל קבוע מבחינת עלות וביצועים, הם ייכנסו לשימוש גובר ויותר במערכות תקשורת וימלאו תפקיד חשוב ברשתות אופטיות עתידיות.

סיכוי פיתוח
ישנם סוגים רבים של לייזרים מתכווננים, אשר מפותחים בדרך כלל על ידי החדרת מנגנוני כוונון אורך גל נוספים על בסיס לייזרים שונים באורך גל יחיד, וכמה סחורות סופקו לשוק הבינלאומי. בנוסף לפיתוח לייזרים מתכווננים אופטיים רציפים, דווחו גם על לייזרים מתכווננים עם פונקציות משולבות אחרות, כגון לייזר מתכוונן המשולב עם שבב יחיד של VCSEL ומווסת ספיגה חשמלית, ולייזר המשולב עם מחזיר בראג עם סריגת דגימה, מגבר אופטי מוליך למחצה ומווסת ספיגה חשמלית.
מכיוון שליזר מתכוונן באורך גל נמצא בשימוש נרחב, ניתן ליישם את הלייזר המתכוונן של מבנים שונים במערכות שונות, ולכל אחד מהם יתרונות וחסרונות. לייזר מוליך למחצה בעל חלל חיצוני יכול לשמש כמקור אור מתכוונן רחב-פס במכשירי בדיקה מדויקים בזכות עוצמת המוצא הגבוהה שלו ואורך הגל המתכוונן הרציף שלו. מנקודת מבט של שילוב פוטונים ועמידה ברשת אופטית עתידית, לייזרים מתכווננים מסוג DBR בעלי סריגת דגימה, לייזרים מתכווננים מסוג DBR בעלי סריגת-על ולייזרים מתכווננים המשולבים עם מודולטורים ומגברים עשויים להיות מקורות אור מתכווננים מבטיחים עבור Z.
לייזר מתכוונן עם סריגת סיבים וחלל חיצוני הוא גם סוג מבטיח של מקור אור, בעל מבנה פשוט, רוחב קו צר וצימוד סיבים קל. אם ניתן לשלב את מודולטור ה-EA בחלל, ניתן להשתמש בו גם כמקור סוליטון אופטי מתכוונן במהירות גבוהה. בנוסף, לייזרי סיבים מתכווננים המבוססים על לייזרי סיבים עשו התקדמות ניכרת בשנים האחרונות. ניתן לצפות כי ביצועי הלייזרים המתכווננים במקורות אור לתקשורת אופטית ישתפרו עוד יותר, ונתח השוק יגדל בהדרגה, עם סיכויי יישום מזהירים מאוד.