波長可変レーザーの開発と市場状況 パート2

波長可変レーザーの開発と市場状況（第2部）

の動作原理可変波長レーザー

レーザー波長の調整には、おおよそ3つの原理があります。可変波長レーザー幅広い蛍光線を持つ作業物質を使用します。レーザーを構成する共振器は、非常に狭い波長範囲でのみ非常に低い損失を持ちます。したがって、最初の方法は、共振器の低損失領域に対応する波長をいくつかの要素（格子など）によって変更することにより、レーザーの波長を変更することです。2番目は、いくつかの外部パラメータ（磁場、温度など）を変更することにより、レーザー遷移のエネルギーレベルをシフトすることです。3番目は、非線形効果を使用して波長変換とチューニングを実現することです（非線形光学、誘導ラマン散乱、光周波数倍増、光パラメトリック発振を参照）。最初のチューニングモードに属する一般的なレーザーは、色素レーザー、クリソベリルレーザー、色中心レーザー、チューナブル高圧ガスレーザー、チューナブルエキシマレーザーです。

実現技術の観点から見ると、可変波長レーザーは主に電流制御技術、温度制御技術、機械制御技術に分けられます。
このうち、電子制御技術は、注入電流を変化させることで波長調整を実現する技術であり、主にSG-DBR（サンプリンググレーティングDBR）やGCSRレーザー（補助グレーティング方向性結合後方サンプリング反射）などの電子制御技術に基づいており、NSレベルの調整速度、広い調整帯域幅、小さい出力電力を備えています。温度制御技術は、レーザー活性領域の屈折率を変化させることでレーザーの出力波長を変更します。この技術はシンプルですが遅く、わずか数nmの狭い帯域幅で調整できます。温度制御技術に基づく主なものは次のとおりです。DFBレーザー波長可変レーザーには、分布帰還型（DFB）と分布ブラッグ反射型（DBR）の2種類があります。機械制御は主にMEMS（微小電気機械システム）技術を基盤としており、波長選択を完結します。広い調整帯域幅と高い出力を誇ります。機械制御技術を基盤とする主な構造としては、分布帰還型（DFB）、外部共振器型（ECL）、面発光型（VCSEL）があります。以下では、これらの観点から波長可変レーザーの原理を説明します。

光通信アプリケーション

波長可変レーザーは、次世代の高密度波長分割多重システムや全光ネットワークにおける光子交換において重要な光電子デバイスです。その応用により、光ファイバー伝送システムの容量、柔軟性、拡張性が大幅に向上し、広い波長範囲における連続的または準連続的な波長可変が実現されています。
世界中の企業や研究機関が波長可変レーザーの研究開発を積極的に推進しており、この分野では絶えず新たな進歩が遂げられています。波長可変レーザーの性能は絶えず向上し、コストも継続的に低下しています。現在、波長可変レーザーは主に半導体波長可変レーザーと波長可変ファイバーレーザーの2つのカテゴリーに分けられます。
半導体レーザー光通信システムにおける重要な光源であり、小型、軽量、高変換効率、省電力などの特徴を有し、他のデバイスとのシングルチップ光電子集積化が容易です。波長可変分布帰還型レーザー、分布ブラッグミラーレーザー、マイクロモータシステム垂直共振器面発光レーザー、外部共振器半導体レーザーに分類されます。
利得媒体としての波長可変ファイバレーザーと、励起光源としての半導体レーザーダイオードの開発は、ファイバレーザーの発展を大きく促進しました。波長可変レーザは、ドープファイバの80nmの利得帯域幅を基盤とし、ループにフィルタ素子を追加することでレーザ発振波長を制御し、波長可変を実現しています。
世界中で波長可変半導体レーザーの開発が活発に進められており、その進歩も非常に速い。波長可変レーザーはコストと性能の面で固定波長レーザーに徐々に近づいており、通信システムにおける利用がますます拡大し、将来の全光ネットワークにおいて重要な役割を果たすことは間違いないだろう。

開発の見通し
波長可変レーザーには多くの種類があり、一般的には様々な単一波長レーザーをベースに波長可変機構をさらに導入することで開発され、既にいくつかの製品が国際的に市場に供給されています。連続光波長可変レーザーの開発に加え、VCSELチップと電気吸収変調器を集積した波長可変レーザーや、サンプルグレーティングブラッグ反射器と半導体光増幅器および電気吸収変調器を集積したレーザーなど、他の機能を集積した波長可変レーザーの開発も報告されています。
波長可変レーザーは広く普及しているため、様々な構造の波長可変レーザーを様々なシステムに適用することができ、それぞれに長所と短所があります。外部共振器型半導体レーザーは、高出力と連続波長可変性を備えているため、精密検査機器の広帯域波長可変光源として利用できます。光子集積化と将来の全光ネットワークへの対応の観点から、サンプルグレーティングDBR、スーパーストラクチャードグレーティングDBR、そして変調器と増幅器を統合した波長可変レーザーは、Z波長帯における有望な波長可変光源となる可能性があります。
外部共振器型ファイバグレーティング波長可変レーザーも、構造がシンプルで線幅が狭く、光ファイバとの結合が容易なことから、有望な光源の一つです。EA変調器を共振器内に集積できれば、高速波長可変光ソリトン光源としても利用可能です。さらに、近年、ファイバレーザーをベースとした波長可変ファイバーレーザーは飛躍的な進歩を遂げています。光通信用光源における波長可変レーザーの性能は今後さらに向上し、市場シェアも徐々に拡大していくことが期待され、非常に明るい応用展望が期待されます。