تطوير وحالة السوق لليزر القابل للضبط الجزء الثاني

تطور وحالة سوق الليزر القابل للضبط (الجزء الثاني)

مبدأ العملليزر قابل للضبط

هناك ما يقرب من ثلاثة مبادئ لتحقيق ضبط الطول الموجي بالليزر. معظمليزر قابل للضبطاستخدام مواد العمل مع خطوط الفلورسنت واسعة. تتمتع الرنانات التي يتكون منها الليزر بفقدان منخفض جدًا فقط عبر نطاق طول موجي ضيق جدًا. لذلك، الأول هو تغيير الطول الموجي لليزر عن طريق تغيير الطول الموجي المقابل لمنطقة الفقد المنخفض للمرنان بواسطة بعض العناصر (مثل الشبكة). والثاني هو تغيير مستوى طاقة انتقال الليزر عن طريق تغيير بعض المعلمات الخارجية (مثل المجال المغناطيسي ودرجة الحرارة وما إلى ذلك). والثالث هو استخدام التأثيرات غير الخطية لتحقيق تحويل وضبط الطول الموجي (انظر البصريات غير الخطية، وتشتت رامان المحفز، ومضاعفة التردد البصري، والتذبذب البارامتري البصري). أجهزة الليزر النموذجية التي تنتمي إلى وضع الضبط الأول هي ليزر الصبغة، وليزر الكريسوبريل، وليزر مركز الألوان، وليزر الغاز عالي الضغط القابل للضبط، وليزر الإكسيمر القابل للضبط.

ينقسم الليزر القابل للضبط من منظور تكنولوجيا التنفيذ بشكل أساسي إلى: تكنولوجيا التحكم الحالية وتكنولوجيا التحكم في درجة الحرارة وتكنولوجيا التحكم الميكانيكية.
من بينها، تكنولوجيا التحكم الإلكتروني هي تحقيق ضبط الطول الموجي عن طريق تغيير تيار الحقن، مع سرعة ضبط على مستوى NS، وعرض نطاق ضبط واسع، ولكن طاقة خرج صغيرة، استنادًا إلى تكنولوجيا التحكم الإلكتروني بشكل أساسي SG-DBR (شبكة أخذ العينات DBR) و ليزر GCSR (اقتران اتجاهي مساعد وانعكاس أخذ العينات للخلف). تعمل تقنية التحكم في درجة الحرارة على تغيير الطول الموجي لليزر عن طريق تغيير معامل الانكسار لمنطقة الليزر النشطة. التكنولوجيا بسيطة، ولكنها بطيئة، ويمكن تعديلها بعرض نطاق ضيق يبلغ بضعة نانومتر فقط. أهمها على أساس تكنولوجيا التحكم في درجة الحرارة هيليزر دي اف بي(ردود الفعل الموزعة) وليزر DBR (انعكاس Bragg الموزع). يعتمد التحكم الميكانيكي بشكل أساسي على تقنية MEMS (النظام الكهروميكانيكي الصغير) لإكمال اختيار الطول الموجي، مع عرض نطاق ترددي كبير قابل للتعديل، وقدرة خرج عالية. الهياكل الرئيسية المعتمدة على تكنولوجيا التحكم الميكانيكي هي DFB (التغذية المرتدة الموزعة)، ECL (ليزر التجويف الخارجي) وVCSEL (الليزر الباعث لسطح التجويف العمودي). يتم شرح ما يلي من هذه الجوانب لمبدأ الليزر القابل للضبط.

تطبيق الاتصالات البصرية

يعد الليزر القابل للضبط جهازًا إلكترونيًا ضوئيًا رئيسيًا في جيل جديد من نظام تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي الكثيف وتبادل الفوتون في الشبكة الضوئية بالكامل. يزيد تطبيقه بشكل كبير من قدرة ومرونة وقابلية التوسع لنظام نقل الألياف الضوئية، وقد حقق ضبطًا مستمرًا أو شبه مستمر في نطاق واسع من الطول الموجي.
تعمل الشركات والمؤسسات البحثية حول العالم بنشاط على تعزيز البحث والتطوير في مجال أجهزة الليزر القابلة للضبط، ويتم إحراز تقدم جديد باستمرار في هذا المجال. يتم تحسين أداء أجهزة الليزر القابلة للضبط باستمرار ويتم تقليل التكلفة باستمرار. في الوقت الحاضر، تنقسم أجهزة الليزر القابلة للضبط بشكل أساسي إلى فئتين: ليزر أشباه الموصلات القابل للضبط وأشعة الليزر القابلة للضبط.
ليزر أشباه الموصلاتهو مصدر ضوء مهم في نظام الاتصالات البصرية، الذي يتميز بخصائص الحجم الصغير، الوزن الخفيف، كفاءة التحويل العالية، توفير الطاقة، وما إلى ذلك، ومن السهل تحقيق التكامل الإلكتروني البصري بشريحة واحدة مع الأجهزة الأخرى. يمكن تقسيمها إلى ليزر ردود الفعل الموزع القابل للضبط، وليزر مرآة Bragg الموزع، ونظام المحرك الصغير الذي ينبعث من سطح التجويف العمودي، وليزر أشباه الموصلات ذو التجويف الخارجي.
إن تطوير ليزر الألياف القابل للضبط كوسيط كسب وتطوير صمام ثنائي ليزر أشباه الموصلات كمصدر للمضخة قد عزز بشكل كبير تطوير ليزر الألياف. يعتمد الليزر القابل للضبط على عرض النطاق الترددي للألياف المخدرة بمقدار 80 نانومتر، ويتم إضافة عنصر المرشح إلى الحلقة للتحكم في الطول الموجي لليزر وتحقيق ضبط الطول الموجي.
إن تطوير ليزر أشباه الموصلات القابل للضبط نشط للغاية في العالم، كما أن التقدم سريع جدًا أيضًا. نظرًا لأن الليزر القابل للضبط يقترب تدريجيًا من أشعة الليزر ذات الطول الموجي الثابت من حيث التكلفة والأداء، فسيتم استخدامه حتمًا أكثر فأكثر في أنظمة الاتصالات ويلعب دورًا مهمًا في جميع الشبكات الضوئية المستقبلية.

آفاق التنمية
هناك أنواع عديدة من أجهزة الليزر القابلة للضبط، والتي تم تطويرها بشكل عام من خلال إدخال آليات ضبط الطول الموجي على أساس مختلف أجهزة الليزر ذات الطول الموجي الواحد، وقد تم توفير بعض السلع إلى السوق دوليًا. بالإضافة إلى تطوير أجهزة ليزر بصرية قابلة للضبط، تم أيضًا الإبلاغ عن أجهزة ليزر قابلة للضبط ذات وظائف أخرى متكاملة، مثل الليزر القابل للضبط المدمج مع شريحة واحدة من VCSEL ومُعدِّل امتصاص كهربائي، والليزر المدمج مع عينة من عاكس Bragg ومضخم بصري لأشباه الموصلات ومُعدِّل الامتصاص الكهربائي.
نظرًا لاستخدام الليزر القابل للضبط ذو الطول الموجي على نطاق واسع، يمكن تطبيق الليزر القابل للضبط لمختلف الهياكل على أنظمة مختلفة، ولكل منها مزايا وعيوب. يمكن استخدام ليزر أشباه الموصلات ذو التجويف الخارجي كمصدر ضوء عريض النطاق قابل للضبط في أدوات الاختبار الدقيقة بسبب طاقة الخرج العالية والطول الموجي القابل للضبط المستمر. من منظور تكامل الفوتون وتلبية الشبكة الضوئية بالكامل في المستقبل، قد تكون عينات DBR الشبكية و DBR الشبكية ذات البنية الفوقية والليزر القابل للضبط المدمج مع المغيرات ومكبرات الصوت مصادر ضوئية واعدة قابلة للضبط لـ Z.
يعد الليزر القابل للضبط لشبك الألياف مع تجويف خارجي أيضًا نوعًا واعدًا من مصادر الضوء، والذي يتميز ببنية بسيطة وعرض خط ضيق واقتران سهل للألياف. إذا كان من الممكن دمج مُعدِّل EA في التجويف، فيمكن استخدامه أيضًا كمصدر سوليتون ضوئي عالي السرعة قابل للضبط. بالإضافة إلى ذلك، حققت ليزرات الألياف القابلة للضبط المعتمدة على ألياف الليزر تقدمًا كبيرًا في السنوات الأخيرة. ومن المتوقع أن يتم تحسين أداء الليزر القابل للضبط في مصادر ضوء الاتصالات البصرية بشكل أكبر، وستزداد حصة السوق تدريجياً، مع وجود آفاق تطبيق مشرقة للغاية.