可调谐激光器发展及其市场现状
来源:中国光学电子行业网 | 作者:it-101 | 发布时间: 1106天前 | 6604 次浏览 | 分享到:
与众多激光器类别相比,可调谐激光器提供了根据应用程序的使用调谐输出波长的能力。以往来看,可调谐固体激光器一般是在波长约800纳米的情况下高效运行,面向科研应用居多。可调谐激光器通常通过一个小的发射带宽以连续的方式工作。这种激光系统中,一个Lyot滤波器进入激光腔,激光腔旋转以调谐激光,其他还包括了衍射光栅、标准尺、棱镜等部件。
据市场调研公司DataBridgeMarketResearch分析,2021-2028年期间,可调谐激光市场预计将以8.9%的复合年增长率增长,到2028年将达到166.86亿美元。

基于机械控制技术  
基于机械控制技术一般采用MEMS来实现。一种基于机械控制技术的可调谐激光器采用MEMs-DFB结构。  
可调谐激光器主要包括DFB激光器阵列、可倾斜的MEMs镜片和其他控制与辅助部分。  
对于DFB激光器阵列区存在若干个DFB激光器阵列,每个阵列可以产生带宽约为1.0nm内的间隔为25Ghz的特定波长。通过控制MEMs镜片旋转角度来对需要的特定波长进行选择,从而输出需要的特定波长的光。  
另一种基于VCSEL结构ML系列系列的可调谐激光器,其设计基于光泵浦垂直腔面发射激光器,采用半对称腔技术,利用MEMS实现连续的波长调谐。同时通过此方法可得到大的输出光功率和宽光谱调谐范围,热敏电阻和TEC封装在一起,以便在宽的温度范围内具有稳定的输出。为了精确频率控制一个宽带波长控制器被集成同一管壳内,前端分接光功率检测器及光隔离器用于提供稳定的输出功率。这种可调激光器可以在C波段和L波段提供10/20mW光功率。  
对于这种原理的可调谐激光器主要缺点是调谐时间比较慢,一般需要几秒的调谐稳定时间。  
基于温度控制技术  
基于温度控制技术主要应用在DFB结构中,其原理在于调整激光腔内温度,从而可以使之发射不同的波长。  
一种基于该原理技术的可调激光器的波长调节是依靠控制InGaAsPDFB激光器工作在-5--50℃的变化实现的。模块内置有FP标准具和光功率检测,连续光输出的激光可被锁定在ITU规定的50GHz间隔的栅格上。模块内有两个独立的TEC,一个用来控制激光器的波长,另一个用来保证模块内的波长锁定器和功率检测探测器恒温工作。模块还内置有SOA来放大输出光功率。  
这种控制技术的缺点是单个模块的调谐的宽度不宽,一般只有几个nm,而且调谐时间比较长,一般需要几秒的调谐稳定时间。  
目前可调谐激光器基本上均采用电流控制技术、温度控制技术或机械控制技术,有的供应商可能会采用这些技术的一种或两种。当然随着技术的发展,也可能会出现其他新的可调谐激光器控制技术。  


可调谐激光器的光通信应用  

可调谐激光器是新一代密集波分复用系统以及全光网络中光子交换的关键光电子器件,它的运用使得光纤传输系统容量大大增加,灵活性和可扩展性大大增强,目前已经实现了宽波长范围的连续或准连续调谐。  
世界各公司和研究机构都在积极推进可调谐激光器的研发工作,在这一领域也不断取得新的进展。可调谐激光器的性能不断完善,成本不断降低。目前可调谐激光器主要分为两大类:半导体可调谐激光器和可调谐光纤激光器。  
半导体激光器是目前光通信系统中Z为重要的光源,具有体积小,重量轻,转换效率高,省电等特点,便于与其他器件实现单片光电子集成。可分为可调谐分布反馈激光器、分布布拉格反射镜激光器、微电机系统垂直腔面发射激光器和外腔半导体激光器。  
可调谐光纤激光器作为增益介质的掺杂光纤工艺的成熟以及作为泵浦源的半导体激光二极管的发展极大地推动了光纤激光器的发展。可调谐激光器是基于掺饵光纤80nm增益带宽,在回路中加入滤波元件来控制激光器的激射波长,实现波长的调谐。  
国际上对可调谐半导体激光器的研制十分活跃,进展也很快。随着可调谐激光器在成本和性能方面与固定波长激光器的逐步接近,必然会越来越多地应用于通信系统,并在未来的全光网络中发挥重要作用。  
可调谐激光器的发展前景  
可调谐激光器的类型比较多,一般都是在各种单一波长激光器基础上进一步引入波长调谐机构发展而成的,目前国际上已有部分商品供应市场。除了研制连续光可调谐激光器外,具有集成其他功能的可调谐激光器也已经有了报道,如VCSEL与电吸收调制器单片集成的可调谐激光器,取样光栅布拉格反射器与半导体光放大器、电吸收调制器集成的激光器等。  
由于波长可调谐激光器应用非常广泛,因此出现的各种结构的可调谐激光器可以应用到不同的系统,各有优缺点。外腔半导体激光器由于输出功率大,波长连续可调,因而可用于精密测试仪器中的宽带可调光源。从光子集成以及满足未来全光网的角度来看取样光栅DBR,超结构光栅DBR及与调制器、放大器等集成的可调谐激光器也许可成为Z有前途的可调谐光源。  
光纤光栅外腔可调谐激光器也是很有前途的一类光源,其结构简单、线宽窄、易于光纤耦合,如果腔内可集成EA调制器还可以作为高速可调谐光孤子源。另外,基于光纤激光器的可调谐光纤激光器近年来有相当大的发展。可以预计,在光通信光源中可调谐激光器性能将会进一步完善,市场占有份额将逐渐加大,具有非常光明的应用前景。  

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