Développement et situation du marché des lasers accordables – Deuxième partie

Développement et situation du marché des lasers accordables (deuxième partie)

Principe de fonctionnement delaser accordable

Il existe globalement trois principes pour obtenir le réglage de la longueur d'onde d'un laser.lasers accordablesOn utilise des substances actives présentant de larges raies de fluorescence. Les résonateurs constituant le laser présentent de très faibles pertes uniquement sur une bande de longueurs d'onde très étroite. Par conséquent, la première méthode consiste à modifier la longueur d'onde du laser en ajustant la longueur d'onde correspondant à la région de faibles pertes du résonateur à l'aide d'éléments (tels qu'un réseau de diffraction). La seconde méthode consiste à modifier le niveau d'énergie de la transition laser en agissant sur certains paramètres externes (tels que le champ magnétique, la température, etc.). La troisième méthode repose sur l'utilisation d'effets non linéaires pour réaliser la transformation et l'accordabilité de la longueur d'onde (voir optique non linéaire, diffusion Raman stimulée, doublage de fréquence optique, oscillation paramétrique optique). Les lasers typiques relevant du premier mode d'accordabilité sont les lasers à colorant, les lasers à chrysobéryle, les lasers à centres colorés, les lasers à gaz haute pression accordables et les lasers à excimères accordables.

Du point de vue de la technologie de réalisation, le laser accordable se divise principalement en : technologie de contrôle du courant, technologie de contrôle de la température et technologie de contrôle mécanique.
Parmi ces technologies, la commande électronique permet d'ajuster la longueur d'onde en modifiant le courant d'injection. Elle offre une vitesse d'accord de l'ordre de la nanoseconde, une large bande passante, mais une faible puissance de sortie. Cette technologie est principalement utilisée dans les lasers SG-DBR (DBR à réseau d'échantillonnage) et GCSR (réflexion par échantillonnage inverse couplée à un réseau auxiliaire). La commande thermique, quant à elle, modifie la longueur d'onde de sortie du laser en faisant varier l'indice de réfraction de sa zone active. Simple mais lente, cette technologie ne permet d'ajuster que sur une bande passante étroite de quelques nanomètres. Les principaux lasers basés sur la commande thermique sont :Laser DFBLes lasers à rétroaction distribuée (DFB) et à réflexion de Bragg distribuée (DBR) sont principalement contrôlés mécaniquement. La sélection de la longueur d'onde s'effectue grâce à la technologie MEMS (système micro-électro-mécanique), offrant une large bande passante ajustable et une puissance de sortie élevée. Les principales structures basées sur cette technologie de contrôle mécanique sont les lasers DFB, ECL (laser à cavité externe) et VCSEL (laser à émission de surface à cavité verticale). Le principe des lasers accordables est expliqué ci-après à partir de ces différents aspects.

application de communication optique

Le laser accordable est un composant optoélectronique essentiel des systèmes de multiplexage en longueur d'onde à haute densité de nouvelle génération et d'échange de photons dans les réseaux tout optiques. Son utilisation accroît considérablement la capacité, la flexibilité et l'évolutivité des systèmes de transmission par fibre optique, et permet un accord continu ou quasi continu sur une large gamme de longueurs d'onde.
Partout dans le monde, entreprises et instituts de recherche s'investissent activement dans la recherche et le développement des lasers accordables, et des progrès constants sont réalisés dans ce domaine. Les performances de ces lasers s'améliorent sans cesse tandis que leur coût diminue. Actuellement, on distingue principalement deux catégories de lasers accordables : les lasers accordables à semi-conducteurs et les lasers accordables à fibre.
Laser à semi-conducteurLe laser est une source lumineuse importante dans les systèmes de communication optique. Il se caractérise par sa petite taille, sa légèreté, son rendement de conversion élevé et sa faible consommation d'énergie. De plus, son intégration optoélectronique sur une seule puce avec d'autres dispositifs est aisée. On distingue plusieurs types de lasers : lasers à rétroaction distribuée accordables, lasers à miroirs de Bragg distribués, lasers à émission de surface à cavité verticale à micromoteur et lasers à semi-conducteurs à cavité externe.
Le développement du laser à fibre accordable comme milieu amplificateur et celui de la diode laser à semi-conducteurs comme source de pompage ont considérablement favorisé l'essor des lasers à fibre. Le laser accordable exploite la bande passante de 80 nm de la fibre dopée ; un élément filtrant est ajouté à la boucle pour contrôler la longueur d'onde d'émission et permettre ainsi l'accord de cette dernière.
Le développement des lasers semi-conducteurs accordables est très actif à l'échelle mondiale et progresse très rapidement. À mesure que les lasers accordables se rapprochent des lasers à longueur d'onde fixe en termes de coût et de performances, leur utilisation dans les systèmes de communication se généralisera inévitablement et ils joueront un rôle important dans les futurs réseaux tout optiques.

perspectives de développement
Il existe de nombreux types de lasers accordables, généralement obtenus en intégrant des mécanismes d'accord de longueur d'onde à divers lasers monomodes. Certains de ces lasers sont commercialisés à l'international. Outre les lasers accordables optiques continus, des lasers accordables intégrant d'autres fonctions ont également été développés, tels que le laser accordable intégrant une puce VCSEL et un modulateur d'absorption électrique, ou encore le laser intégrant un réflecteur de Bragg à réseau, un amplificateur optique à semi-conducteur et un modulateur d'absorption électrique.
Du fait de son utilisation répandue, le laser à longueur d'onde accordable, sous diverses formes, peut être appliqué à différents systèmes, chacune présentant des avantages et des inconvénients. Le laser à semi-conducteur à cavité externe peut servir de source de lumière accordable à large bande dans les instruments de test de précision grâce à sa puissance de sortie élevée et à sa longueur d'onde accordable en continu. Dans une perspective d'intégration photonique et de réalisation des futurs réseaux tout optiques, les DBR à réseau d'échantillon, les DBR à réseau superstructuré et les lasers accordables intégrant des modulateurs et des amplificateurs pourraient constituer des sources de lumière accordables prometteuses pour Z.
Le laser à réseau de Bragg sur fibre accordable avec cavité externe est une source lumineuse prometteuse, caractérisée par une structure simple, une faible largeur de raie et un couplage aisé avec la fibre. L'intégration d'un modulateur électro-optique dans la cavité permet également son utilisation comme source de solitons optiques accordable à haute vitesse. Par ailleurs, les lasers à fibre accordables ont connu des progrès considérables ces dernières années. On peut s'attendre à une amélioration des performances des lasers accordables pour les communications optiques, ainsi qu'à une augmentation progressive de leur part de marché, offrant ainsi des perspectives d'application très prometteuses.