WDM in de module: filters, AWG’s, BiDi, golflengteregeling

Veel modules zijn op zichzelf kleine WDM-systemen. Een LR4- of FR4-module multiplexeert vier lasers op één glasvezel en demultiplexeert aan de andere kant vier golflengten; een BiDi- of PON-module verzendt en ontvangt via een filter op één glasvezel; een DWDM-module houdt zijn golflengte jarenlang binnen enkele gigahertz. Deze pagina behandelt de optica die dat mogelijk maakt — de filters en golfgeleidermultiplexers, de BiDi-splitter, de koelers en golflengtevergrendelingen — en de verliezen en storingsmodi die ze toevoegen.

Waar WDM in modules zit

Kanaalplannen en banden: Golflengtebanden & kanaalplannen.

Multiplexertechnologieën

Het verlies van interne mux + demux (2–5 dB heen en terug) is een reden waarom WDM-modules meer vermogen per lane uitzenden dan parallelle modules en waarom hun DDM-Tx per lane lager lijkt dan de werkelijke uitvoer van de laser (Typische waarden).

Waarom LR4 koeling nodig heeft en CWDM4 niet

Een ongekoelde DFB verschuift ongeveer 0,1 nm/°C — 7 nm over een temperatuurbereik van de modulebehuizing van 0–70 °C.

Daarom verbruiken 100G LR4-modules 3,5–4,5 W waar CWDM4 2–3 W verbruikt, en zijn LR4-TOSAs doosbehuizingen in plaats van TO-cans (Optische verpakking).

Een DWDM-golflengte vasthouden

 laser on TEC ──► 1–5 % tap ──► etalon (Fabry–Pérot filter) ──► PD1
                            └──────────────────────────────► PD2 (reference)
 ratio PD1/PD2 → MCU → adjust TEC set point (fine) or laser current → wavelength locked

• TEC + thermistor — een Peltier-element onder de lasersubmount houdt deze op een instelpunt (25–45 °C) tot ±0,1 °C; de MCU regelt de lus. DDM kan lasertemperatuur en TEC-stroom tonen (Temperatuur & spanning).
• Golflengtevergrendeling — een etalon waarvan de transmissie rimpelt met de periode van het ITU-raster; door het afgetakte vermogen erdoor te vergelijken met een referentie weet de regelaar aan welke kant van het kanaal de laser staat. Nauwkeurigheid ±1–2,5 GHz gedurende de levensduur.
• Afstembare lasers voegen een grof mechanisme toe: sampled-grating-DBR-secties, een DFB-array met een combiner en thermische afstemming, of een externe holte (ECL); verpakt als ITLA / micro-ITLA / nano-ITLA in coherente modules, of als compacte afstembare TOSAs in SFP+/XFP. Kanaalselectie en status verlopen via SFF-8690 / CMIS-pagina 04h–12h; afstemming duurt seconden en de Tx wordt ondertussen onderdrukt (Afstembare transceivers).

BiDi- en PON-optica

Een BOSA bevat een laser en een fotodiode achter één glasvezelpoort. Een WDM-filter van 45° reflecteert de lasergolflengte in de glasvezel en laat de inkomende golflengte door naar de fotodiode; de isolatie tussen de twee banden (30–40 dB) en de steilheid van de filterrand bepalen hoeveel van het eigen licht van de module naar de ontvanger lekt. PON voegt burst-mode-elektronica toe op de ONU (laser alleen aan tijdens zijn tijdslot) en op de OLT (een ontvanger die zijn drempel tussen bursts van verschillende ONU’s reset) — de reden dat de DDM-Rx van een OLT een gemiddelde van veel zenders is (PON-transceivers).

BiDi-modules zijn verkrijgbaar in gepaarde varianten (-U/-D, of per golflengte), omdat het filter in elk exemplaar tegengesteld is afgestemd; twee van hetzelfde type vormen nooit een link (Fysieke afwijkingen).

Polarisatie en reflecties

Interne filters en AWGs zijn enigszins polarisatieafhankelijk (PDL 0,1–0,3 dB); de glasvezelpolarisatie varieert, dus het ontvangen vermogen kan zonder storing enkele tienden van een dB schommelen. Elk intern oppervlak reflecteert ook een beetje; isolatoren na elke laser voorkomen dat dit de chip bereikt (Optische verpakking).

Storingsmodi specifiek voor interne WDM

In CodingBox

De identiteitsbytes beschrijven het WDM-ontwerp: golflengte (1310 voor LR4/CWDM4 als het nominale middengolflengte, of het exacte kanaal voor DWDM), de conformiteits- of toepassingscodes (LR4 vs CWDM4 vs FR4) en, voor afstembare modules, het kanaalraster en het huidige kanaal op de afstembare pagina's. DDM per lane op het DDM-scherm toont elke interne laser afzonderlijk; lasertemperatuur en TEC-stroom verschijnen wanneer de module ze rapporteert.