Nowe elementy sieci optycznej

W zależności od aplikacji stawia się im różne wymagania niezawodnościowe odnośnie generowanej częstotliwości światła, wszystkie o trwałości sięgającej nie mniej niż 106 godzin pracy. Praca laserów w systemach zwielokrotnienia DWDM wymusza bardzo surowe wymagania dotyczące stałej długości fali &955;, stałego odstępu między kanałami optycznymi, wynoszącego 200 GHz (1,6 nm), 100 GHz (0,8 nm) lub 50 GHz (0,4 nm), a coraz częściej 25 GHz, oraz utrzymania bardzo wąskiej linii emisyjnej dla promieniowania spójnego. W aplikacjach telekomunikacyjnych są to głównie lasery jednomodowe oparte na preparatach półprzewodnikowych obejmujących fosforki indu (InP) i wiele innych związków pochodnych.

W jednoczęstotliwościowych laserach SFL (Single Frequency Laser), nazywanych również stabilizowanymi laserami jednomodowymi - DSM (Dynamic Single Mode), stosuje się wymuszony rezonans optyczny na jednej długości fali. Stabilny proces emisji światła półprzewodnikowych laserów EEL (Edge Emitting Lasers) z promieniowaniem krawędziowym dokonuje się wyniku sprzężenia zwrotnego, uzyskiwanego w jednej z trzech podstawowych metod konstrukcyjnych jako: monolityczne lasery DBR (Distributed Bragg Reflector) z wewnętrzną wnęką rezonansową F-P (Fabry-Perota) i rozproszonym odbiciem Bragga, monolityczne lasery DFB (Distributed Feedback) z selektywnym sprzężeniem zwrotnym oraz hybrydowe lasery ECL (External Cavity Laser) z zewnętrzną wnęką rezonansową.

Szersze przestrajanie laserów

Zwiększone zapotrzebowanie na generowanie różnych częstotliwości światła wymusza stosowanie laserów o przestrajanej częstotliwości pracy. Jeśli częstotliwościowe przestrajanie laserów monolitycznych (DBR i DFB) dokonuje się jedynie w niewielkim zakresie (standardowo do 10 nm, maks. 35 nm) głównie przez zmianę prądu zasilającego, to stosunkowo szeroki zakres zmian częstotliwości emisji światła w laserach wnękowych ECL uzyskuje się przez niewielki obrót siatki dyfrakcyjnej lub zwierciadła - wykonanych w nowej technologii półprzewodnikowej MEMS (Micro Electro Mechanical Systems). Uzyskiwany w ten sposób zakres przestrojenia lasera sięga około 100 nm długości fali z szybkością zmian do 5 GHz/s, co zupełnie wystarcza w aplikacjach telekomunikacyjnych. Właśnie z takimi rozwiązaniami wiąże się największe nadzieje na przyszłość, zwłaszcza w rozwijaniu transmisji z gęstym zwielokrotnieniem falowym DWDM czy UWDM (Ultra WDM).

Najnowszą technologią emisji światła laserowego są konstrukcje laserów powierzchniowych VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Lasers), dla których, w odróżnieniu od rozwiązań z emisją krawędziową EE, strumień świetlny jest wytwarzany prostopadle do powierzchni warstwy czynnej laserowego półprzewodnika. Przestrojenia częstotliwości lasera VCSEL można praktycznie dokonywać w sposób ciągły, w zakresie do 80 nm, przez zmianę długości rezonansowej wnęki optycznej Fabry-Perota (F-P); przy czym zmiana ta jest współcześnie stosunkowo prosta przy zastosowaniu mechano-elektrycznej technologii MEMS. Drugą zaletą rozwiązań VCSEL jest prostsza metoda produkcyjna, co może oznaczać niższy koszt całego systemu.

W tym roku Lucent Technologies zademonstrowała pierwszy laser półprzewodnikowy, który emituje w sposób ciągły promieniowanie podczerwone o szerokim widmie emisyjnym. Zaletą nowego ultraszerokopasmowego lasera jest możliwość jednoczesnej emisji wielu długości fal, co stanowi istotę rozwiązania. W konstrukcji lasera wykorzystano warstwową strukturę półprzewodnikową (36 warstw, ponad 650 różnych materiałów półprzewodnikowych), nie stosowaną dotąd w fotonice. Każda z warstw charakteryzuje się trochę innymi właściwościami wzbudzania i generowania światła w wąskim, lecz charakterystycznym zakresie długości fal, co łącznie zapewnia szerokopasmową emisję światła.