Lasers par facteur de forme et par débit

Le choix du laser à l’intérieur d’un module dépend de deux facteurs — le débit par voie que le laser doit moduler et la portée qu’il doit couvrir — et les deux ont progressé à chaque génération de facteur de forme. Cette page fait correspondre la technologie de laser et de récepteur utilisée à chaque étape, des GBIC 1G aux OSFP 800G.

La règle empirique

Le débit pousse dans le même sens : jusqu’à 10G, un laser à modulation directe convient ; à 25G, le DML devient marginal et l’EML/VCSEL-25G prennent le relais ; à partir de 50G PAM4 par voie, les modulateurs EML ou en photonique silicium dominent ; à 100G+ par voie, les VCSEL atteignent leur plafond.

Génération par génération

1G — GBIC et SFP (années 1990 → )

Le spectre multimode du laser FP était acceptable à 1,25 Gb/s ; les VCSEL ont rendu l’optique multimode 1G presque gratuite. Voir GBIC, SFP.

10G — XFP, SFP+ (2002 → )

Le 10G est le point où l’EML et l’APD sont devenus standard au-delà de 10 km, et où le CDR intégré au module du XFP a cédé la place à la conception côté hôte du SFP+ (XFP, SFP+).

25G — SFP28 (2015 → )

Le RS-FEC arrive avec le 25G, ce qui permet à des lasers moins chers de respecter la spécification au point de BER avant FEC.

40G — QSFP+ (2010 → )

La première optique parallèle de grande diffusion ; des matrices de VCSEL sur une carte avec une matrice de lentilles et une férule MPO ont fixé le modèle de tous les SR4/SR8 depuis (QSFP+, Boîtier chip-on-board).

100G — QSFP28 (2015 → )

Le 100G est la génération où la photonique silicium est entrée en production de masse (PSM4, DR) et où la séparation entre DFB non refroidi (CWDM4, 2 km) et EML refroidi (LR4, 10 km) a défini l’échelle de prix (QSFP28).

200G / 400G — QSFP56, QSFP-DD, OSFP (2019 → )

Le PAM4 fait du DSP un composant de chaque module et pousse les lasers à 100G par voie — le territoire de l’EML et du SiPh (QSFP-DD, OSFP).

800G et 1.6T — OSFP, QSFP-DD800, OSFP-XD (2022 → )

Tendances transversales

1. De la modulation directe à la modulation externe — DML jusqu’à 25G, EML/MZM au-delà.
2. D’un laser par voie à un laser par module — le SiPh répartit une source CW entre les voies.
3. Des TO-can hermétiques aux puces nues — le chip-on-board pour l’optique parallèle, l’intégration SiPh pour le monomode.
4. La portée du VCSEL se réduit quand le débit augmente — 550 m à 1G, 100 m à 25G, 50–100 m à 100G ; le DR monomode gagne même les liaisons courtes en centre de données.
5. Le cohérent gagne les modules enfichables — le récepteur de transport tient désormais dans un QSFP-DD.
6. La puissance est la nouvelle limite — les EML refroidis, les DSP et les ITLA poussent les modules 400G/800G à 15–20 W, ce qui pousse au LPO et à l’optique co-intégrée.

Pourquoi cela compte pour le codage et le diagnostic

Les octets d’identité qu’un commutateur lit — longueur d’onde, portée, code de conformité — sont un indicateur indirect du laser à l’intérieur. Coder un module VCSEL SR4 comme un LR4 ne change pas ses lasers à 850 nm ; l’hôte attendra une portée monomode que le module ne peut pas fournir. Et la signature DDM diffère selon le type de laser — la polarisation de quelques mA d’un VCSEL contre les dizaines de mA plus un TEC d’un EML — si bien qu’une valeur de polarisation « normale » pour l’un est une alarme pour l’autre (Types de lasers, Récepteurs).

Le côté traitement du signal de la même histoire — des amplificateurs limiteurs aux DSP, au LPO et au cohérent — se trouve dans Modulation & DSP ; le côté boîtier dans Boîtiers optiques.