Desarrollo y situación del mercado de los láseres sintonizables. Segunda parte.

Desarrollo y situación del mercado de los láseres sintonizables (segunda parte)

Principio de funcionamiento deláser sintonizable

Existen aproximadamente tres principios para lograr la sintonización de la longitud de onda del láser. La mayoríaláseres sintonizablesSe utilizan sustancias de trabajo con líneas fluorescentes anchas. Los resonadores que componen el láser tienen pérdidas muy bajas solo en un rango de longitud de onda muy estrecho. Por lo tanto, la primera opción es cambiar la longitud de onda del láser modificando la longitud de onda correspondiente a la región de baja pérdida del resonador mediante algunos elementos (como una rejilla). La segunda opción es desplazar el nivel de energía de la transición láser modificando algunos parámetros externos (como el campo magnético, la temperatura, etc.). La tercera opción es utilizar efectos no lineales para lograr la transformación y sintonización de la longitud de onda (véase óptica no lineal, dispersión Raman estimulada, duplicación de frecuencia óptica, oscilación paramétrica óptica). Los láseres típicos que pertenecen al primer modo de sintonización son los láseres de colorante, los láseres de crisoberilo, los láseres de centro 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 la sintonización de la longitud de onda mediante el cambio de la corriente de inyección, con una velocidad de sintonización de nivel NS, un amplio ancho de banda de sintonización, pero una baja potencia de salida. Se basa principalmente en la tecnología de control electrónico SG-DBR (DBR de rejilla de muestreo) y en el láser GCSR (reflexión de muestreo inverso con acoplamiento direccional de rejilla auxiliar). La tecnología de control de temperatura modifica la longitud de onda de salida del láser mediante el cambio del índice de refracción de la región activa del láser. Esta tecnología es sencilla, pero lenta, y solo permite un ajuste con un ancho de banda estrecho de unos pocos nm. Las principales basadas en la tecnología de 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 completar la selección de longitud de onda, con un gran ancho de banda ajustable y alta potencia de salida. Las principales estructuras basadas en la tecnología de control mecánico son DFB (retroalimentación distribuida), ECL (láser de cavidad externa) y VCSEL (láser de emisión superficial de cavidad vertical). A continuación, se explica el principio de funcionamiento de los láseres sintonizables desde estos aspectos.

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 e intercambio de fotones en redes totalmente ópticas. Su aplicación aumenta considerablemente la capacidad, la flexibilidad y la escalabilidad de los sistemas de transmisión por fibra óptica, y ha permitido una sintonización continua o casi continua en un amplio rango de longitudes de onda.
Empresas e instituciones de investigación de todo el mundo promueven 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 constantemente. Actualmente, los láseres sintonizables se dividen principalmente en dos categorías: láseres sintonizables de semiconductores y láseres de fibra sintonizables.
Láser semiconductorEs una fuente de luz importante en los sistemas de comunicación óptica, caracterizada por su pequeño tamaño, peso ligero, alta eficiencia de conversión y ahorro de energía. Además, permite una fácil integración optoelectrónica en un solo chip con otros dispositivos. Se puede clasificar en láser de retroalimentación distribuida sintonizable, láser de espejo de Bragg distribuido, 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 enormemente 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 su progreso es muy rápido. A medida que los láseres sintonizables se acercan gradualmente a los láseres de longitud de onda fija en términos de costo y rendimiento, inevitablemente se utilizarán cada vez más en sistemas de comunicación y desempeñarán un papel importante en las futuras redes totalmente ópticas.

Perspectivas de desarrollo
Existen diversos tipos de láseres sintonizables, que generalmente se desarrollan mediante la incorporación de mecanismos de ajuste de longitud de onda a partir de 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 funciones integradas, como el láser sintonizable integrado con un chip VCSEL y un modulador de absorción eléctrica, y el láser integrado con un reflector de Bragg de rejilla de muestra, un amplificador óptico semiconductor y un modulador de absorción eléctrica.
Debido a que el láser de longitud de onda sintonizable es ampliamente utilizado, el láser sintonizable de diversas estructuras puede aplicarse a diferentes sistemas, y cada uno tiene ventajas y desventajas. El láser semiconductor de cavidad externa puede utilizarse como fuente de luz sintonizable de banda ancha en instrumentos de prueba de precisión debido a su alta potencia de salida y longitud de onda sintonizable continua. Desde la perspectiva de la integración de fotones y el cumplimiento de la futura red totalmente óptica, el DBR de rejilla de muestra, el DBR de rejilla superestructurada y los láseres sintonizables integrados con moduladores y amplificadores pueden ser fuentes de luz sintonizables prometedoras para Z.
El láser sintonizable de rejilla de fibra con cavidad externa es una fuente de luz prometedora, con una estructura simple, ancho de línea estrecho y fácil acoplamiento a la fibra. Si se integra un modulador EA en la cavidad, también puede utilizarse como fuente de solitones ópticos sintonizables 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 fuentes de luz para comunicaciones ópticas mejore aún más y que su cuota de mercado aumente gradualmente, con perspectivas de aplicación muy prometedoras.