توسعه و وضعیت بازار لیزر قابل تنظیم (بخش دوم)
اصل کارلیزر قابل تنظیم
تقریباً سه اصل برای دستیابی به تنظیم طول موج لیزر وجود دارد. اکثرلیزرهای قابل تنظیماز مواد فعال با خطوط فلورسنت پهن استفاده می‌کنند. تشدیدگرهایی که لیزر را تشکیل می‌دهند، فقط در یک محدوده طول موج بسیار باریک، تلفات بسیار کمی دارند. بنابراین، اولین مورد، تغییر طول موج لیزر با تغییر طول موج مربوط به ناحیه کم تلفات تشدیدگر توسط برخی عناصر (مانند توری) است. دوم، تغییر سطح انرژی گذار لیزر با تغییر برخی پارامترهای خارجی (مانند میدان مغناطیسی، دما و غیره) است. سوم، استفاده از اثرات غیرخطی برای دستیابی به تبدیل طول موج و تنظیم (به اپتیک غیرخطی، پراکندگی رامان تحریک شده، دو برابر شدن فرکانس نوری، نوسان پارامتری نوری مراجعه کنید) است. لیزرهای معمولی متعلق به حالت تنظیم اول عبارتند از لیزرهای رنگی، لیزرهای کریزوبریل، لیزرهای مرکز رنگی، لیزرهای گازی فشار بالای قابل تنظیم و لیزرهای اگزایمر قابل تنظیم.
لیزر قابل تنظیم از منظر فناوری تحقق عمدتاً به: فناوری کنترل جریان، فناوری کنترل دما و فناوری کنترل مکانیکی تقسیم می‌شود.
در میان آنها، فناوری کنترل الکترونیکی برای دستیابی به تنظیم طول موج با تغییر جریان تزریق، با سرعت تنظیم سطح NS، پهنای باند تنظیم وسیع، اما توان خروجی کم، مبتنی بر فناوری کنترل الکترونیکی عمدتاً SG-DBR (توری نمونه‌برداری DBR) و لیزر GCSR (توری کمکی، کوپلینگ جهت‌دار، بازتاب نمونه‌برداری معکوس) است. فناوری کنترل دما، طول موج خروجی لیزر را با تغییر ضریب شکست ناحیه فعال لیزر تغییر می‌دهد. این فناوری ساده اما کند است و می‌توان آن را با پهنای باند باریک تنها چند نانومتر تنظیم کرد. موارد اصلی مبتنی بر فناوری کنترل دما عبارتند از:لیزر DFB(بازخورد توزیع‌شده) و لیزر DBR (بازتاب براگ توزیع‌شده). کنترل مکانیکی عمدتاً مبتنی بر فناوری MEMS (سیستم میکروالکترومکانیکی) است تا انتخاب طول موج را با پهنای باند قابل تنظیم بزرگ و توان خروجی بالا تکمیل کند. ساختارهای اصلی مبتنی بر فناوری کنترل مکانیکی عبارتند از DFB (بازخورد توزیع‌شده)، ECL (لیزر حفره خارجی) و VCSEL (لیزر ساطع‌کننده سطح حفره عمودی). در ادامه، این جنبه‌های اصل لیزرهای قابل تنظیم توضیح داده شده است.
کاربرد ارتباطات نوری
لیزر قابل تنظیم، یک دستگاه اپتوالکترونیکی کلیدی در نسل جدیدی از سیستم‌های مالتی پلکس تقسیم طول موج متراکم و تبادل فوتون در شبکه تمام نوری است. کاربرد آن ظرفیت، انعطاف‌پذیری و مقیاس‌پذیری سیستم انتقال فیبر نوری را تا حد زیادی افزایش می‌دهد و تنظیم پیوسته یا شبه پیوسته را در طیف وسیعی از طول موج محقق کرده است.
شرکت‌ها و مؤسسات تحقیقاتی در سراسر جهان به طور فعال تحقیق و توسعه لیزرهای قابل تنظیم را ترویج می‌دهند و پیشرفت‌های جدیدی در این زمینه دائماً در حال انجام است. عملکرد لیزرهای قابل تنظیم دائماً بهبود می‌یابد و هزینه آنها دائماً کاهش می‌یابد. در حال حاضر، لیزرهای قابل تنظیم عمدتاً به دو دسته تقسیم می‌شوند: لیزرهای قابل تنظیم نیمه‌هادی و لیزرهای فیبری قابل تنظیم.
لیزر نیمه هادییک منبع نور مهم در سیستم ارتباط نوری است که دارای ویژگی‌های اندازه کوچک، وزن سبک، راندمان تبدیل بالا، صرفه‌جویی در مصرف برق و غیره است و به راحتی می‌توان آن را با سایر دستگاه‌ها به صورت یکپارچه با اپتوالکترونیکی تک تراشه‌ای به دست آورد. می‌توان آن را به لیزر بازخورد توزیع‌شده قابل تنظیم، لیزر آینه‌ای براگ توزیع‌شده، لیزر ساطع‌کننده سطح حفره عمودی سیستم میکروموتور و لیزر نیمه‌هادی حفره خارجی تقسیم کرد.
توسعه لیزر فیبری قابل تنظیم به عنوان محیط بهره و توسعه دیود لیزر نیمه هادی به عنوان منبع پمپ، توسعه لیزرهای فیبری را تا حد زیادی ارتقا داده است. لیزر قابل تنظیم بر اساس پهنای باند بهره 80 نانومتری فیبر آلاییده شده است و عنصر فیلتر برای کنترل طول موج لیزر و تحقق تنظیم طول موج به حلقه اضافه می‌شود.
توسعه لیزرهای نیمه‌هادی قابل تنظیم در جهان بسیار فعال است و پیشرفت آن نیز بسیار سریع است. از آنجایی که لیزرهای قابل تنظیم به تدریج از نظر هزینه و عملکرد به لیزرهای با طول موج ثابت نزدیک می‌شوند، ناگزیر بیشتر و بیشتر در سیستم‌های ارتباطی مورد استفاده قرار می‌گیرند و نقش مهمی در شبکه‌های تمام نوری آینده ایفا می‌کنند.
چشم‌انداز توسعه
انواع مختلفی از لیزرهای قابل تنظیم وجود دارد که عموماً با معرفی بیشتر مکانیسم‌های تنظیم طول موج بر اساس لیزرهای تک طول موج مختلف توسعه یافته‌اند و برخی از کالاها به بازار بین‌المللی عرضه شده‌اند. علاوه بر توسعه لیزرهای قابل تنظیم نوری پیوسته، لیزرهای قابل تنظیم با عملکردهای یکپارچه دیگر نیز گزارش شده‌اند، مانند لیزر قابل تنظیم یکپارچه با یک تراشه VCSEL و یک مدولاتور جذب الکتریکی، و لیزر یکپارچه با یک بازتابنده براگ توری نمونه و یک تقویت‌کننده نوری نیمه‌هادی و یک مدولاتور جذب الکتریکی.
از آنجا که لیزر قابل تنظیم طول موج به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد، لیزر قابل تنظیم با ساختارهای مختلف را می‌توان در سیستم‌های مختلف به کار برد و هر کدام مزایا و معایبی دارند. لیزر نیمه‌هادی حفره خارجی به دلیل توان خروجی بالا و طول موج قابل تنظیم پیوسته، می‌تواند به عنوان یک منبع نور قابل تنظیم با پهنای باند وسیع در ابزارهای تست دقیق مورد استفاده قرار گیرد. از منظر ادغام فوتون و دستیابی به شبکه تمام نوری آینده، DBR توری نمونه، DBR توری روساخت و لیزرهای قابل تنظیم یکپارچه با مدولاتورها و تقویت‌کننده‌ها ممکن است منابع نور قابل تنظیم نویدبخشی برای Z باشند.
لیزر قابل تنظیم توری فیبری با حفره خارجی نیز نوعی منبع نور امیدوارکننده است که ساختار ساده، پهنای خط باریک و کوپلینگ فیبری آسان دارد. اگر مدولاتور EA بتواند در حفره ادغام شود، می‌تواند به عنوان یک منبع سالیتون نوری قابل تنظیم با سرعت بالا نیز مورد استفاده قرار گیرد. علاوه بر این، لیزرهای فیبری قابل تنظیم مبتنی بر لیزرهای فیبری در سال‌های اخیر پیشرفت قابل توجهی داشته‌اند. می‌توان انتظار داشت که عملکرد لیزرهای قابل تنظیم در منابع نوری ارتباطات نوری بیشتر بهبود یابد و سهم بازار به تدریج افزایش یابد و چشم‌اندازهای کاربردی بسیار روشنی داشته باشد.
زمان ارسال: ۳۱ اکتبر ۲۰۲۳