يجب أن يكون مصدر الضوء المطلوب لاتصالات الألياف الضوئية واحدا يمكن تعديله بسرعة عالية من أجل حمل معلومات ذات سعة كبيرة. مثل الليزر والأنابيب الباعثة للضوء. ما يسمى "التضمين" هو تغيير كثافة الضوء وفقا للمعلومات التي سيتم نقلها، بحيث تحمل المعلومات.
في عام 1960، اخترع مايمن ليزر الياقوت. الفرق الرئيسي بين الليزر والضوء العادي هو أن التردد البصري لليزر بسيط جدا، مع الخطوط الطيفية الخطية، والمعروفة باسم الضوء المترابط في البصريات، وهو المصدر الأكثر ملاءمة للاتصال الألياف. أما الضوء العادي فلديه مزيج من الأطوال الموجية. أما الضوء العادي فلديه مزيج من الأطوال الموجية. يتميز الضوء المترابط بالطاقة المركزة، وزاوية التباعد الصغيرة والضوء المتوازي التقريبي. بعد اختراع ليزر الياقوت، ظهرت أنواع مختلفة من الليزر: الليزر الغازي، مثل ليزر He-ne ؛ توجد أشعة ليزر صلبة، مثل ليزر YAG إيريديوم جارنت الألمنيوم ؛ هناك أشعة ليزر كيميائية ليزر صبغة، إلخ. من بينها، ليزر أشباه الموصلات هو الأنسب لاتصالات الألياف الضوئية مصدر الضوء، حجمه الصغير، وكفاءته العالية، وطوله الموجي مناسب لنافذة فقدان منخفضة من الألياف الضوئية.
ومع ذلك، فإن عملية تصنيع الليزر أشباه الموصلات معقدة للغاية. وهو يتطلب النمو فوق المحوري لخمس طبقات من أشباه الموصلات على مادة ركازة عالية النقاء وخالية من العيوب، ثم الليثوغرافيا الضوئية لدليل الموجات البصرية ميكرومتر الحجم على الركازة، وهو أكثر صعوبة من الألياف البصرية. في أواخر السبعينيات، تم أخيرًا إنتاج ليزر أشباه موصلات طويل العمر يعمل بشكل مستمر في درجة حرارة الغرفة. في عام 1976، تم بناء أول خط اتصال عملي للألياف البصرية في العالم بين أتلانتا وواشنطن. في هذا الوقت لم يمر الليزر أشباه الموصلات، ومصدر الضوء هو استخدام أنبوب انبعاث الضوء أشباه الموصلات. في أوائل الثمانينيات من القرن العشرين، أصبحت الألياف أحادية النمط والليزر ناضجين، منذ مزايا اتصال الألياف قدرة كبيرة تلعب تدريجيًا.
الضوء المنبعث من الليزر أشباه الموصلات لديه خط طيفي نقي جدا، والطاقة المركزة وشعاع رقيق جدا، والتي يمكن أن تنبعث بكفاءة في الألياف أحادية الوضع مع قطر النواة من 8 ميكرون فقط. يستخدم ليزر أشباه الموصلات كمصدر للضوء في نظام اتصالات الألياف الضوئية عالية السرعة.
يظهر هيكل أبسط ليزر أشباه الموصلات في الشكل 1. وهو يتكون من خمس طبقات من أشباه الموصلات، مع طبقة نشطة في الوسط مختلطة مع مادة نشطة. عندما يتم حقن تيار كهربائي في القطبين، يتم إثارة الإلكترونات في ذرات المادة النشطة في الطبقة النشطة من حالة طاقة أقل إلى حالة طاقة أعلى. هذه الإلكترونات تبعث الضوء عندما يتم تخفيضها من حالة طاقة أعلى إلى حالة طاقة أقل، والتي تسمى الإشعاع التلقائي. ضوء الإشعاع التلقائي ليس نقيًا جدًا، أي أنه يحتوي على طيف واسع من الخطوط. إذا كان الإشعاع التلقائي قويا، ينعكس الضوء ذهابا وإيابا بين مرآتي أشباه الموصلات. في هذه العملية، لكل طاقة ضوئية بنفس المرحلة، تصبح الطاقة أكبر وأكبر. لكل طاقة ضوئية ذات مراحل مختلفة، تضعف الطاقة بعضها البعض وتصبح أصغر وأصغر. يتم تحويل الطاقة إلى طول موجي محدد من الضوء في تجويف مصنوع من مرآتين في شبه موصل، والتي، عند تذبذبها، تشكل ليزر. يُنتَج ضوء الليزر بما يُدعى الاشعاع المحفَّز. مرآة أشباه الموصلات ناعمة وشفافة، ويمكن أن يخرج الليزر من خلال المرآة. الغرض من طبقة الحد هو تركيز الطاقة الضوئية داخل الطبقة النشطة لتحسين الكفاءة. يعتمد الطول الموجي للضوء المنبعث من ليزر أشباه الموصلات بشكل رئيسي على المسافة بين مادة أشباه الموصلات والمرآة.
استخدام الليزر
مع أدائه الممتاز وسعره المنخفض، تم استخدام الليزر على نطاق واسع على نحو متزايد في اتصالات الألياف البصرية، واستشعار الألياف البصرية، والمعالجة الصناعية، والعلاج الطبي، والعسكرية وغيرها من المجالات.
فيما يتعلق بالاتصالات، فإن نطاقي الليزر 1.30 ميكرون و 1.55 ميكرون اللذان يوفرهما الليزر هما نوعان من ويندوز الفاقد للاتصال. يمكن لليزر ليس فقط إنتاج إنتاج ليزر مستمر، ولكن أيضا تحقيق توليد نبضات ضوئية فائقة القصيرة ps-fs، والتي لها تطبيق محتمل ضخم في نظام DWDM. يجعل الليزر نظام الاتصالات لديه سرعة إرسال أعلى، مسافة إرسال أطول، ويلعب دورا لا يمكن استبداله.
من حيث الاستشعار، يستخدم الليزر في الطور، وطول الموجة، والشدة ووضع الاستقطاب الألياف الاستشعار. يمكن قياس درجة الحرارة والضغط بآبار النفط أو الغاز ؛ يمكن قياس الإجهاد بالطرق والجسور وهياكل السفن ؛ الرصد الصحي أثناء الطيران في أجنحة الطائرات ؛ ويمكن أيضا أن تستخدم في الألياف البصرية الهيدروفونات واستشعار التيار.
في الصناعة، كان الليزر في المعدن وليس في معدني
