Современные лазеры

Полупроводниковые лазеры лежат в основе современных систем передачи данных. Эти приборы с высоким коэффициентом полезного действия преобразуют электрическую энергию в световое излучение. В зависимости от мощности системы, КПД может варьироваться от 40 до 85 %. Иттербиевый лазер с длиной волны 1,26 мкм имеет эффективность почти 82 %. Современные полупроводниковые лазеры в больших количествах применяются в телекоммуникационном оборудовании для ВОЛС и сочетают в себе одновременно генератор несущей и модулятор.

Полупроводниковые лазеры и передающие модули на их основе, применяемые в ВОЛС, обеспечивают непрерывный и импульсный режимы работы и характеризуются:

• Широкой полосой модуляции
• Низкими шумами и пороговыми токами
• Линейной зависимостью мощности излучения от тока накачки
• Малой излучающей площадью
• Высокой стабильностью мощности
• Большим ресурсом работы

В ВОЛС применяются лазеры полосковой геометрии, в которых область протекания тока ограничена по плоскости p-n перехода. Ширина полосковых контактов обычно равна 3‚5 мкм. Такое ограничение, во-первых, необходимо для уменьшения площади свечения и рабочего тока. Во-вторых, при ширине полосок менее 5 мкм происходит генерация света в одном канале и в основной поперечной моде, в результате чего повышается коэффициент ввода излучения в волокно и линейность ватт-амперной характеристики лазера.

В широкополосных когерентных линиях связи требуются динамически стабильные одночастотные лазеры с очень узкой спектральной линией в диапазонах длин волн 1,250 мкм и 1,61 мкм. Этим требованиям больше всего отвечают лазеры с распределенными брэгговскими зеркалами (РБЗ), обеспечивающими ширину линии генерации менее 1 МГц. Лазеры работают до температуры +100 ºC и имеют мощность излучения до 5 мВт.

Важной экономической и технической проблемой является использование ВОЛС для кабельного телевидения, сетей передачи данных, телефонов и пр. Для этих целей требуются лазеры, обладающие повышенной надежностью и малой себестоимостью. В этой связи представляют интерес лазеры, изготовляемые на основе так называемых квантоворазмерных слоев, работающие в спектральном диапазоне 1000-1100 нм. Минимальное значение порогового тока — 3 мА,  было достигнуто на таких лазерах с длиной волны излучения 980-1020 нм.

По спектральному составу используемые в ВОЛС лазеры могут иметь как многомодовый, так и одномодовый, в пределе одночастотный, режимы генерации в зависимости от назначения и конструкции. Особый интерес представляют одночастотные лазеры, согласованные с отрезками волокна, на которых сформированы брэгговские решетки. В этих лазерах достигается ширина линии генерации менее 100 кГц в зависимости от количества штрихов, т.е. длины брэгговской решетки в сердцевине волокна, которая практически формирует спектр излучения лазера. В ВОЛС большое распространение получили конструкции лазерных модулей.

Основные элементы лазерного модуля

• Лазерный диод (ЛД)
• Фотодиод
• Термоэлектрический радиатор
• Оптический изолятор
• Одномодовый световод со сферической линзой на конце

Ресурс работы лазеров, используемых в ВОЛС, составляет 500 000 часов и более.