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（パート2）

動作原理波長可変レーザー

レーザー波長調整を実現するには、おおよそ3つの原理があります。波長可変レーザー広い蛍光線を持つ作動物質を使用する。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損失が非常に低い。したがって、第一の方法は、共振器の低損失領域に対応する波長を何らかの要素（例えば、回折格子）によって変化させることでレーザーの波長を変えることである。第二の方法は、外部パラメータ（例えば、磁場、温度など）を変更することでレーザー遷移のエネルギー準位をシフトさせることである。第三の方法は、非線形効果を利用して波長変換とチューニングを実現することである（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）。第一のチューニングモードに属する代表的なレーザーは、色素レーザー、クリソベリルレーザー、カラーセンターレーザー、波長可変高圧ガスレーザー、波長可変エキシマレーザーである。

波長可変レーザーは、実現技術の観点から、主に電流制御技術、温度制御技術、機械制御技術に分類される。
その中で、電子制御技術は注入電流を変化させることで波長チューニングを実現するもので、NSレベルのチューニング速度、広いチューニング帯域幅を持ちますが、出力パワーは小さく、電子制御技術に基づく主なものとしてSG-DBR（サンプリンググレーティングDBR）と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）があります。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化させます。この技術はシンプルですが、速度が遅く、わずか数nmの狭い帯域幅でしか調整できません。温度制御技術に基づく主なものとしては、DFBレーザー（分布帰還型）レーザーとDBRレーザー（分布ブラッグ反射型）があります。機械的制御は主にMEMS（マイクロ電気機械システム）技術に基づいて波長の選択を完了し、広い調整帯域幅と高い出力パワーを備えています。機械的制御技術に基づく主な構造は、DFB（分布帰還型）、ECL（外部共振器型レーザー）、VCSEL（垂直共振器面発光型レーザー）です。以下では、これらの側面から波長可変レーザーの原理について説明します。

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および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、広い波長範囲での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見られています。波長可変レーザーの性能は向上し続け、コストも継続的に削減されています。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ファイバー波長可変レーザーの2種類に分類されます。
半導体レーザー光通信システムにおいて重要な光源であり、小型軽量、高変換効率、省電力などの特性を持ち、他のデバイスとの単一チップ光電子集積化が容易である。波長可変分布帰還レーザー、分布ブラッグミラーレーザー、マイクロモーター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る。
利得媒体としての波長可変ファイバーレーザーの開発と、励起光源としての半導体レーザーダイオードの開発は、ファイバーレーザーの開発を大きく促進した。波長可変レーザーは、ドープファイバーの80nmの利得帯域幅をベースとしており、発振波長を制御し波長チューニングを実現するために、ループにフィルタ素子が追加されている。
波長可変半導体レーザーの開発は世界中で非常に活発に行われており、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両面で固定波長レーザーに徐々に近づいており、通信システムでの利用がますます増え、将来のオールオプティカル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、国際市場には既に製品が供給されている。連続光波長可変レーザーの開発に加え、VCSELの単一チップと電気吸収変調器を統合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、半導体光増幅器、電気吸収変調器を統合したレーザーなど、他の機能を統合した波長可変レーザーも報告されている。
波長可変レーザーは広く使用されているため、さまざまな構造の波長可変レーザーをさまざまなシステムに適用でき、それぞれに長所と短所があります。外部共振器半導体レーザーは、高出力と連続的な波長可変性により、精密試験機器の広帯域波長可変光源として使用できます。光子統合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グレーティングDBR、および変調器と増幅器を統合した波長可変レーザーは、Zにとって有望な波長可変光源となる可能性があります。
外部共振器を備えたファイバーグレーティング可変波長レーザーも、構造がシンプルで線幅が狭く、ファイバー結合が容易なため、有望な光源の一つです。共振器内にEA変調器を組み込むことができれば、高速可変光ソリトン光源としても使用できます。さらに、ファイバーレーザーをベースとした可変ファイバーレーザーは近年著しい進歩を遂げています。光通信用光源における可変波長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開けています。