Ayarlanabilir Lazerlerin Gelişimi ve Piyasa Durumu, İkinci Bölüm

Ayarlanabilir Lazerin Gelişimi ve Piyasa Durumu (İkinci Bölüm)

Çalışma prensibiayarlanabilir lazer

Lazer dalga boyu ayarlaması için kabaca üç temel prensip vardır. Bunların çoğuayarlanabilir lazerlerGeniş floresan çizgilerine sahip çalışma maddeleri kullanılır. Lazerin yapısını oluşturan rezonatörler, yalnızca çok dar bir dalga boyu aralığında çok düşük kayıplara sahiptir. Bu nedenle, ilk yöntem, rezonatörün düşük kayıp bölgesine karşılık gelen dalga boyunu bazı elemanlar (örneğin bir ızgara) kullanarak değiştirerek lazerin dalga boyunu değiştirmektir. İkinci yöntem, bazı dış parametreleri (manyetik alan, sıcaklık vb.) değiştirerek lazer geçişinin enerji seviyesini kaydırmaktır. Üçüncü yöntem ise, dalga boyu dönüşümü ve ayarlanması için doğrusal olmayan etkilerin kullanılmasıdır (bkz. doğrusal olmayan optik, uyarılmış Raman saçılımı, optik frekans ikiye katlama, optik parametrik salınım). Birinci ayarlama moduna ait tipik lazerler arasında boya lazerleri, krizoberil lazerleri, renk merkezi lazerleri, ayarlanabilir yüksek basınçlı gaz lazerleri ve ayarlanabilir eksimer lazerleri bulunur.

Gerçekleştirme teknolojisi açısından ayarlanabilir lazerler esas olarak şu üç kategoriye ayrılır: akım kontrol teknolojisi, sıcaklık kontrol teknolojisi ve mekanik kontrol teknolojisi.
Bunlar arasında, elektronik kontrol teknolojisi, enjeksiyon akımını değiştirerek dalga boyu ayarlaması yapmayı sağlar; NS seviyesinde ayarlama hızı, geniş ayarlama bant genişliği ancak düşük çıkış gücü ile çalışır ve esas olarak SG-DBR (örnekleme ızgarası DBR) ve GCSR lazer (yardımcı ızgara yönlü kuplaj geri örneklemeli yansıma) lazerlerine dayanır. Sıcaklık kontrol teknolojisi, lazerin aktif bölgesinin kırılma indeksini değiştirerek lazerin çıkış dalga boyunu değiştirir. Teknoloji basittir ancak yavaştır ve yalnızca birkaç nm'lik dar bir bant genişliğiyle ayarlanabilir. Sıcaklık kontrol teknolojisine dayalı başlıca olanlar şunlardır:DFB lazer(Dağıtılmış geri besleme) ve DBR lazer (Dağıtılmış Bragg yansıması). Mekanik kontrol, büyük ayarlanabilir bant genişliği ve yüksek çıkış gücü ile dalga boyu seçimini tamamlamak için esas olarak MEMS (mikro-elektro-mekanik sistem) teknolojisine dayanmaktadır. Mekanik kontrol teknolojisine dayalı ana yapılar DFB (Dağıtılmış geri besleme), ECL (harici boşluklu lazer) ve VCSEL (dikey boşluklu yüzeyden yayılan lazer)'dir. Aşağıda, ayarlanabilir lazerlerin prensibi bu yönlerden açıklanmaktadır.

Optik iletişim uygulaması

Ayarlanabilir lazer, yeni nesil yoğun dalga boyu bölmeli çoklama sistemlerinde ve tamamen optik ağlarda foton değişiminde önemli bir optoelektronik cihazdır. Uygulaması, optik fiber iletim sisteminin kapasitesini, esnekliğini ve ölçeklenebilirliğini büyük ölçüde artırır ve geniş bir dalga boyu aralığında sürekli veya yarı sürekli ayarlamayı mümkün kılar.
Dünya genelindeki şirketler ve araştırma kurumları, ayarlanabilir lazerlerin araştırma ve geliştirme çalışmalarını aktif olarak desteklemekte ve bu alanda sürekli olarak yeni ilerlemeler kaydedilmektedir. Ayarlanabilir lazerlerin performansı sürekli olarak iyileştirilmekte ve maliyeti sürekli olarak düşürülmektedir. Şu anda, ayarlanabilir lazerler esas olarak iki kategoriye ayrılmaktadır: yarı iletken ayarlanabilir lazerler ve ayarlanabilir fiber lazerler.
Yarıiletken lazerOptik iletişim sistemlerinde önemli bir ışık kaynağı olan lazer, küçük boyutu, hafifliği, yüksek dönüşüm verimliliği, enerji tasarrufu gibi özelliklere sahiptir ve diğer cihazlarla tek çipli optoelektronik entegrasyonu kolaylıkla sağlanabilir. Ayarlanabilir dağıtılmış geri beslemeli lazer, dağıtılmış Bragg aynalı lazer, mikromotor sistemli dikey boşluklu yüzeyden yayılan lazer ve harici boşluklu yarı iletken lazer olmak üzere çeşitli türlere ayrılabilir.
Kazanç ortamı olarak ayarlanabilir fiber lazerin ve pompa kaynağı olarak yarı iletken lazer diyotun geliştirilmesi, fiber lazerlerin gelişimini büyük ölçüde hızlandırmıştır. Ayarlanabilir lazer, katkılı fiberin 80 nm'lik kazanç bant genişliğine dayanır ve lazer dalga boyunu kontrol etmek ve dalga boyu ayarlamasını gerçekleştirmek için döngüye bir filtre elemanı eklenir.
Ayarlanabilir yarı iletken lazerlerin geliştirilmesi dünyada oldukça aktif ve hızlı bir şekilde ilerliyor. Ayarlanabilir lazerler, maliyet ve performans açısından sabit dalga boylu lazerlere giderek yaklaştıkça, iletişim sistemlerinde giderek daha fazla kullanılacak ve gelecekteki tamamen optik ağlarda önemli bir rol oynayacaklardır.

Gelişme beklentisi
Genellikle çeşitli tek dalga boylu lazerler temelinde dalga boyu ayarlama mekanizmalarının eklenmesiyle geliştirilen birçok ayarlanabilir lazer türü vardır ve bazı ürünler uluslararası pazara sunulmuştur. Sürekli optik ayarlanabilir lazerlerin geliştirilmesinin yanı sıra, tek bir VCSEL çipi ve elektriksel soğurma modülatörü ile entegre edilmiş ayarlanabilir lazer ve örnek ızgaralı Bragg reflektör, yarı iletken optik yükseltici ve elektriksel soğurma modülatörü ile entegre edilmiş lazer gibi diğer fonksiyonları entegre eden ayarlanabilir lazerler de bildirilmiştir.
Dalga boyu ayarlanabilir lazer yaygın olarak kullanıldığı için, çeşitli yapılardaki ayarlanabilir lazerler farklı sistemlere uygulanabilir ve her birinin avantajları ve dezavantajları vardır. Harici boşluklu yarı iletken lazer, yüksek çıkış gücü ve sürekli ayarlanabilir dalga boyu nedeniyle hassas test cihazlarında geniş bantlı ayarlanabilir ışık kaynağı olarak kullanılabilir. Foton entegrasyonu ve gelecekteki tamamen optik ağın karşılanması açısından, örnek ızgaralı DBR, süper yapılı ızgaralı DBR ve modülatörler ve yükselticilerle entegre edilmiş ayarlanabilir lazerler, Z için umut vadeden ayarlanabilir ışık kaynakları olabilir.
Harici boşluklu fiber optik ızgaralı ayarlanabilir lazer de, basit yapısı, dar hat genişliği ve kolay fiber bağlantısı sayesinde gelecek vadeden bir ışık kaynağı türüdür. EA modülatörü boşluğa entegre edilebilirse, yüksek hızlı ayarlanabilir optik soliton kaynağı olarak da kullanılabilir. Ayrıca, fiber lazerlere dayalı ayarlanabilir fiber lazerler son yıllarda önemli ilerleme kaydetmiştir. Optik iletişim ışık kaynaklarında ayarlanabilir lazerlerin performansının daha da iyileştirilmesi ve pazar payının giderek artması, çok parlak uygulama beklentileriyle birlikte beklenmektedir.