Сети и системы связи

Для использования в составе оптических и/или волоконно-оптических систем связи в крупных городах предлагается использовать полупроводниковые лазеры с малыми длинами и большими значениями коэф. ОС В качестве примеров приведены лазеры с распределенной ОС с четвертьволновым фазовым сдвигом на InGaAsP и лазеры с резонаторами Фабри-Перо на AlGaInAs. В обоих случаях рабочая длина волны равна 1,3 мкм. Протяженность тракта в виде одномодового оптического волокна равна 100 км. Показана возможность использования электрооптических модуляторов для диапазона 1,55 мкм.

Предложен полупроводниковый лазер с регулируемым модульным устройством для присоединения одномодового оптического волокна с сохранением ориентации плоскости поляризации. Значения рабочей длины волны варьируются от 635 до 1550 нм, мощность излучения, распространяющегося в волокне, равна 75 мВт. На выходе волокна располагается коллиматор с формированием луча, диаметр которого может изменяться от 0,6 до 2 мм.

Согласно данным ежегодного отчета журнала Laser Focus World, мировой объем продаж полупроводниковых лазеров за период 2000-2001 гг. впервые за последние шесть лет сократился на 36% (с 5,71 млрд. до 3,66 млрд. долл.), причем сокращение затронуло все сектора рынка. Такое положение обусловлено влиянием нескольких факторов: резким сокращением инвестиций в телекоммуникационные системы, спадом мировой экономики, снижением цен на полупроводниковые лазеры для оптических ЗУ и ослаблением японской цены. Тем не менее, прогноз на период 2001-2002 гг. оптимистичен: увеличение объема продаж в стоимостном выражении на 13,4% – до 4,16 млрд. долл. Наиболее высокий прирост объема продаж в 2002 г. по отношению к 2001 г. (26,4%) ожидается для устройств, используемых в системах связи.

Описана конструкция и приведены основные характеристики непрерывного одночастотного полупроводникового лазера с волоконной брэгговской решеткой в составном резонаторе на длине волны 1553.6 нм, предназначенного для волоконно-оптических систем со спектральным уплотнением каналов. Показано, что при подавлении собственных продольных мод лазерного диода благодаря просветлению внутренней грани кристалла генерация происходит на одной продольной моде составного резонатора, полуширина линии генерации не превышает 0.1 нм, а длина волны генерации соответствует брэгговской длине волны волоконной решетки и остается стабильной в динамическом режиме.

Представлен краткий обзор разработок, предназначенных для передачи оптическими методами больших потоков информации на короткие расстояния (со скорость 40 Гбит/с на расстояния до 300 м). К приложениям относятся как внутриофисная связь, так и связь между платами и блоками компьютеров или др. электронных устройств. Среди источников излучения выделены поверхностно излучающие лазеры с квантово-размерными структурами на базе арсенида галлия. Обсуждаются лазеры, параметры которых отвечают принятым для подобных приложений европейским стандартам (10 Гбит/с, длины волн 815-835 нм, оптическая мощностью до 2 мВт в одномодовом режиме генерации). Внутриофисная связь рассматривается в основном с использованием многомодовых волокон, в т. ч. градиентных. Рассматриваются оптоэлектронные чипы с матричными излучателями и приемниками для связи электронных плат. В рассмотренном устройстве содержалась пара с 4*8 PIN-фотоприемниками и пара 4*8 вертикально излучающих лазерных массивов. Обсуждаются InGaAs квантоворазмерные лазеры для использования в области длины волны 980 нм. Обсуждаются отдельные характеристики лазеров и детекторов.

Исследуется стабильность характеристик перестраиваемых полупроводниковых лазеров при их длительной эксплуатации. Рассматриваются лазеры, предназначенные для систем оптической связи с плотным мультиплексированием по длинам волн. Для экспериментов была выбрана лазерная структура, содержащая 4 секции: активную область, решеточный узел связи, секцию фазовой подстройки, распределенный брэгговский отражатель на дискреминированной дифракционной решетке. Лазер был выполнен на базе фосфида индия, генерировал в диапазоне 1579-1596 нм линии генерации были разнесены на 50 ГГц. Анализировались степени стабильности длин волн линий генерации и выходных мощностей на этих линиях. Для моделирования продолжительной работы лазера при комнатной температуре измерения проводились в течение 5000 часов при повышенных температурах 50°C и 60°C. Получено, что частоты линий генерации сдвигались на 20-50 ГГц мощность выходного излучения была достаточно стабильной.

Показана возможность генерации перестраиваемых по длине волны импульсов 2-волн оптического излучения пикосекундной длительности. В качестве источников излучения используются два полупроводниковых лазера с коммутацией коэф. усиления. Особенностью устройства является использование синхронизации внешним сигналом с применением устройства связи на решетках брегговских отражателей. Приведена оптическая схема устройства. Длительность импульсов равна 100 пс, мощность излучения для каждой длины волны равна 10 мкВт. Ширина диапазона перестройки равна 10 нм и м. б. увеличена.

Разработаны конструкции и исследована физика генерации и перестройки генерационных характеристик инжекционных лазеров с гибридным резонатором на волоконных брэгговских решетках на длины волн около 1,3 и 1,55 мкм. Исследованы два варианта конструкции инжекционных лазеров с гибридным волоконным резонатором небольшой длины ЭКВИВ10 мм. В одной конструкции активная область резонатора типа Фабри-Перо с просветленной гранью состыкована с волоконной решеткой с небольшим коэффициентом отражения (ПРИБЛ=30%) и выводом излучения через эту же решетку. В другом варианте волоконная решетка пристыкована к просветленной грани резонатора Фабри-Перо и играет роль распределенного брэгговского зеркала с коэффициентом отражения около 90%, а вывод излучения производится через другую непросветленную грань резонатора инжекционного лазера. В обоих случаях в качестве активной среды использовалась простая полупроводниковая квантово-размерная гетероструктура лазера с резонатором типа Фабри-Перо на соединениях InGaAsP/InP соответствующего состава. Разработка и сборка конструкции лазеров в стандартном промышленном корпусе производилась на предприятии НИИ “Полюс”. Изготовление волоконных брэгговских решеток и физические исследования лазеров производились в лаборатории волоконной оптики НЦВО при ИОФ РАН.

Представлен новый перестраиваемый лазер с распределенным брэгговским отражателем, в котором в качестве внешнего резонатора используется металлизированная волоконная решетка Брэгга. Показано, что при регулировке электрич. тока, подаваемого на металлизированное покрытие волоконной решетки, возможно переключение с одной длины волны на другую. Достигнуто переключение на 6 длинах волн в диапазоне 5 нм (1556-1561 нм). Н. А. Без.

Описан трехсекционный лазер с двумя секциями распределенных брэгговских отражателей. Одна из упомянутых секций используется в качестве отражателя, другая – для осуществления подстройки фазы. Лазер работает в режиме самопульсации и м. б. использован в составе оптического ретранслятора для восстановления тактовых импульсов, частота следования которых соответствует скорости передачи информации 40 Гбит/с.

Описан излучающий с поверхности полупроводниковый лазер с использованием внешнего резонатора, в состав которого входит устройство вывода в виде дифракционной решетки. Используется мех. система перестройки частоты. Рабочая длина волны лежит в пределах диапазона 980 нм, выходная мощность равна 200 мВт. Ширина диапазона перестройки 60 нм. Лазер используется в режиме генерации импульса излучения пикосекундной длительности.

Приведены результаты численного моделирования и эксперим. исследования эффекта синхронизированных хаотических перескоков мод в перестраиваемых полупроводниковых лазерах, работающих в 2-волн. режиме. Синхронизация хаотических перескоков мод осуществляется с использованием метода инжекции оптических сигналов. Описано использование режима синхронизации хаотических перескоков мод при восстановлении сигналов в волоконно-оптических системах связи.

Разрабатываются и исследуются перестраиваемые полупроводниковые лазеры для систем оптической связи с плотным мультиплексированием по длинам волн. Ставится цель реализовать лазеры с относительно большим диапазоном перестройки длины волны (несколько десятков нм), высокой стабильностью и точностью частоты генерируемого излучения. Лазерная структура содержит 4 секции: 2 – крайние секции являются распределенными брэгговскими отражателями, в центр. части между отражателями располагается активная область и секция для фазовых сдвигов. Отражатели неидентичны, имеют отличающиеся длины волн брэгговской дифракции, могут независимым образом перестраиваться. Теоретически анализируется и экспериментально исследуется возможность перестройки и контроля за перестройкой лазера путем согласованного управления отражателями и фазовой секцией. В экспериментах диапазон оптических частот лазерного излучения был от 191,9 до 195,7 ТГц. Достигнута точность и стабильность частоты генерируемого излучения ±0,5 ГГц. Подавление боковых мод >35 дБ.

Сообщается о генерации импульсов длительностью менее 18 пс, для которых ограничение, налагаемое соотношением неопределенности, составляет величину ДЕЛЬТАтау:ДЕЛЬТАнюПРИБЛ=0,45. В экспериментах использовался диодный волноводный одномодовый лазер на основе InGaAs/GaAs с волоконно-оптической брэгговской структурой резонатора Фабри-Перо. Используемый лазер коммерческого типа работал на длине волны 980 нм. Параметры резонатора: одно из зеркал с антиоотражающими покрытиями имело пропускание менее 3%, другое более 95%. Средняя и пиковая мощность излучения достигала 27 мВт и 770 мВт соответственно.

Представлен обзор результатов исследований по реализации и анализу характеристик так называемых 14ХХ нм лазеров (диап. 1400-1520 нм), предназначенных для накачки рамановских усилителей, эрбиевых волоконных усилителей и др. подобных приложений. Реализованные модули на ЛД с 400 мВт мощностью излучения в одномодовом оптическом волокне. Диоды использовали квантово-размерные гетероструктуры и резонаторы с длинами 800, 1000, 1300 и 1500 мкм; зеркалами служили торцы структуры. Изучались зависимости, связывающие длину резонатора, управляющий ток и выходную мощность. Выходная мощность 400 мВт требовала ток ЭКВИВ1,3 А и эл. мощность питания ЭКВИВ2,7 Вт. Рабочие температуры были допустимы в пределах +75°C. Срок службы лазеров с указанными 4-мя различными резонаторами оценивался от 3200 до 8100 часов. Оценивались времена вероятного отказа и разброс этих времен.

Описано устройство для передачи и приема оптических сигналов в параллельном режиме. В состав модуля входят разнесенные в пространстве, но размещенные на общей подложке передающее устройство в виде двухмерной решетки полупроводниковых лазеров с вертикальными резонаторами и приемное устройство типа оптической скамьи с подключенными к ней оптическими волокнами, которые фиксируются в канавках, сформированных на упомянутой подложке. Достоинством предложенной системы является отсутствие необходимости юстировки взаимного расположения ее элементов.