Desarrollo y situación del mercado del láser sintonizable. Parte dos.

Desarrollo y situación del mercado del láser sintonizable (Segunda parte)

Principio de funcionamiento deláser sintonizable

Existen, a grandes rasgos, tres principios para lograr el ajuste de la longitud de onda del láser.láseres sintonizablesSe utilizan sustancias de trabajo con líneas fluorescentes anchas. Los resonadores que componen el láser presentan pérdidas muy bajas únicamente en un rango de longitudes de onda muy estrecho. Por lo tanto, la primera opción consiste en modificar la longitud de onda del láser cambiando la longitud de onda correspondiente a la región de bajas pérdidas del resonador mediante elementos como una rejilla de difracción. La segunda opción consiste en desplazar el nivel de energía de la transición láser modificando parámetros externos como el campo magnético, la temperatura, etc. La tercera opción es el uso de efectos no lineales para lograr la transformación y el ajuste de la longitud de onda (véase óptica no lineal, dispersión Raman estimulada, duplicación de frecuencia óptica, oscilación paramétrica óptica). Algunos ejemplos de láseres que utilizan el primer modo de ajuste son los láseres de colorante, los láseres de crisoberilo, los láseres de centros de color, los láseres de gas de alta presión sintonizables y los láseres de excímeros sintonizables.

Desde la perspectiva de la tecnología de realización, el láser sintonizable se divide principalmente en: tecnología de control de corriente, tecnología de control de temperatura y tecnología de control mecánico.
Entre ellas, la tecnología de control electrónico permite el ajuste de la longitud de onda mediante la modificación de la corriente de inyección, con una velocidad de ajuste del orden de nanosegundos, un amplio ancho de banda de ajuste, pero una potencia de salida reducida. Esta tecnología se basa principalmente en los láseres SG-DBR (rejilla de muestreo DBR) y GCSR (reflexión por muestreo inverso con acoplamiento direccional de rejilla auxiliar). La tecnología de control de temperatura modifica la longitud de onda de salida del láser al cambiar el índice de refracción de la región activa. Esta tecnología es sencilla, pero lenta, y solo permite un ajuste con un ancho de banda estrecho de unos pocos nanómetros. Las principales tecnologías basadas en el control de temperatura son:Láser DFB(Retroalimentación distribuida) y láser DBR (Reflexión de Bragg distribuida). El control mecánico se basa principalmente en la tecnología MEMS (sistema microelectromecánico) para la selección de longitud de onda, con un amplio ancho de banda ajustable y alta potencia de salida. Las principales estructuras basadas en la tecnología de control mecánico son el láser DFB (retroalimentación distribuida), el láser ECL (láser de cavidad externa) y el láser VCSEL (láser de emisión superficial de cavidad vertical). A continuación, se explica el principio de funcionamiento de los láseres sintonizables desde estas perspectivas.

Aplicación de comunicación óptica

El láser sintonizable es un dispositivo optoelectrónico clave en la nueva generación de sistemas de multiplexación por división de longitud de onda densa y de intercambio de fotones en redes totalmente ópticas. Su aplicación incrementa notablemente la capacidad, la flexibilidad y la escalabilidad de los sistemas de transmisión por fibra óptica, y ha permitido la sintonización continua o casi continua en un amplio rango de longitudes de onda.
Empresas e instituciones de investigación de todo el mundo impulsan activamente la investigación y el desarrollo de láseres sintonizables, y se logran avances constantes en este campo. El rendimiento de los láseres sintonizables mejora continuamente y su coste se reduce progresivamente. Actualmente, los láseres sintonizables se dividen principalmente en dos categorías: láseres sintonizables de semiconductores y láseres sintonizables de fibra.
Láser semiconductorEs una fuente de luz importante en los sistemas de comunicación óptica, que se caracteriza por su pequeño tamaño, peso ligero, alta eficiencia de conversión y bajo consumo energético, entre otras ventajas, y facilita la integración optoelectrónica en un solo chip con otros dispositivos. Se puede clasificar en láser de realimentación distribuida sintonizable, láser de espejo Bragg distribuido, láser VCSEL (láser de emisión superficial de cavidad vertical con sistema de micromotor) y láser semiconductor de cavidad externa.
El desarrollo del láser de fibra sintonizable como medio de ganancia y del diodo láser semiconductor como fuente de bombeo ha impulsado notablemente el desarrollo de los láseres de fibra. El láser sintonizable se basa en el ancho de banda de ganancia de 80 nm de la fibra dopada, y se añade un elemento de filtro al bucle para controlar la longitud de onda de emisión y lograr la sintonización de la longitud de onda.
El desarrollo de láseres semiconductores sintonizables es muy activo a nivel mundial y avanza a un ritmo vertiginoso. A medida que los láseres sintonizables se acercan gradualmente a los láseres de longitud de onda fija en términos de coste y rendimiento, su uso en sistemas de comunicación se extenderá inevitablemente y desempeñarán un papel fundamental en las futuras redes totalmente ópticas.

perspectivas de desarrollo
Existen numerosos tipos de láseres sintonizables, que generalmente se desarrollan mediante la introducción de mecanismos de sintonización de longitud de onda en láseres de longitud de onda única. Algunos de estos láseres ya se comercializan internacionalmente. Además del desarrollo de láseres sintonizables ópticos continuos, también se han descrito láseres sintonizables con otras funciones integradas, como aquellos que incorporan un VCSEL y un modulador de absorción eléctrica en un único chip, y otros que integran un reflector Bragg de rejilla de difracción, un amplificador óptico semiconductor y un modulador de absorción eléctrica.
Debido a la amplia utilización del láser sintonizable de longitud de onda, este tipo de láseres, con sus diversas estructuras, pueden aplicarse a diferentes sistemas, presentando cada uno ventajas y desventajas. El láser semiconductor de cavidad externa, gracias a su alta potencia de salida y su longitud de onda sintonizable continua, puede emplearse como fuente de luz sintonizable de banda ancha en instrumentos de prueba de precisión. Desde la perspectiva de la integración fotónica y para satisfacer las necesidades de la futura red totalmente óptica, los láseres sintonizables con rejilla de Bragg distribuida (DBR), los DBR con rejilla superestructurada y los láseres sintonizables integrados con moduladores y amplificadores se perfilan como fuentes de luz sintonizables prometedoras para la región Z.
El láser sintonizable de rejilla de fibra con cavidad externa es una fuente de luz prometedora, con una estructura simple, un ancho de línea estrecho y un acoplamiento de fibra sencillo. Si se integra un modulador EA en la cavidad, también puede utilizarse como fuente de solitones ópticos sintonizable de alta velocidad. Además, los láseres de fibra sintonizables han experimentado un progreso considerable en los últimos años. Se prevé que el rendimiento de los láseres sintonizables en las fuentes de luz para comunicaciones ópticas mejore aún más y que su cuota de mercado aumente gradualmente, con perspectivas de aplicación muy prometedoras.