Lasery jednomodowe

Siłą napędową transmisji optycznej są laserowe źródła światła, generujące promieniowanie w czterech oknach światłowodowych o długości fali optycznej: 980 nm, 1310 nm, 1550 nm i 1625 nm oraz od niedawna również w piątym oknie w pasmie 1480-1520 nm. Potrzeba stosowania większej gęstości upakowania kanałów częstotliwościowych w zwielokrotnieniu falowym WDM, wymusza stosowanie źródeł światła spójnego, stabilnych parametrów w zakresie częstotliwości i niezawodnych w działaniu. Nowe aplikacje stawiają śródłom światła wyższe wymagania niezawodnościowe odnośnie do generowanej częstotliwości fali świetlnej, wszystkie o trwałości sięgającej nie mniej niż 10+6 godzin pracy. Działanie laserów w systemach zwielokrotnienia DWDM podnosi również wymagania dotyczące stałości długości fali l i stałego odstępu między kanałami optycznymi wynoszącego 200 GHz (1,6 nm), 100 GHz (0,8 nm) lub 50 GHz (0,4 nm), a coraz częściej w odstępie 25 GHz (0,2 nm) oraz utrzymania bardzo wąskiej linii emisyjnej dla promieniowania spójnego. W aplikacjach telekomunikacyjnych wymagania te spełniają jedynie lasery jednomodowe wykonane z półprzewodników, zawierających fosforki indu InP i wiele innych pochodnych związków domieszkowych.

W jednoczęstotliwościowych laserach SFL (Single Frequency Laser) nazywanych również stabilizowanymi laserami jednomodowymi DSM (Dynamic Single Mode) stosuje się wymuszony rezonans optyczny na jednej długości fali. Stabilny proces emisji światła półprzewodnikowych laserów EE (Edge Emitting Lasers) z promieniowaniem krawędziowym uzyskuje się w wyniku sprzężenia zwrotnego w jednym z trzech rozwiązaf konstrukcyjnych jako monolityczne lasery DBR (Distributed Bragg Reflector) - z wewnętrzną wnęką rezonansową F-P (Fabry-Perota) i rozproszonym odbiciem Bragga, monolityczne lasery DFB (Distributed Feedback Laser) - z selektywnym sprzężeniem zwrotnym oraz hybrydowe lasery ECL (xternal Cavity Laser) - z zewnętrzną wnęką rezonansową.

W laserach wielomodowych dysponujących większą mocą niż lasery jednomodowe - co ma znaczenie w multipleksacji szerokopasmowej - całkowita szerokość widmowa nie przekracza kilku nanometrów (3-6 nm). Największe możliwości prezentują wielosekcyjne lasery półprzewodnikowe o podwyższonej stabilności temperaturowej (0,1 nm/0°C), znane jako lasery z rozproszonym sprzężeniem zwrotnym DFB (Distributed Feedback) lub lasery z rozproszonym odbiciem DBR (Distributed Bragg Reflector). Zapewniają one minimalną odległość między kanałami optycznymi znacznie poniżej 1 nm, co daje łącznie kilkadziesiąt lub więcej kanałów w każdym oknie transmisyjnym. Lasery przystosowane do emisji przez światłowody charakteryzują się dużą mocą wyjściową, wąskim widmem spektralnym oraz wysoką stabilnością częstotliwości i mocy. Stałość mocy wyjściowej w czasie uzyskuje się m.in… przez kontrolę stanu polaryzacji propagowanej wiązki, stałość długości fali oraz dobór odpowiednich filtrów selektywnych. Lasery produkowane z włókien cylindrycznych domieszkowanych jonami erbu, które umożliwiają wytwarzanie modów polaryzacyjnych PM (Polarization Mode) i nadal są obiektem badań.