Lasertypen: VCSEL, FP, DFB, EML, afstembaar, SiPh

Zes soorten lichtbronnen dekken vrijwel elke gemaakte optische transceiver. Ze verschillen in hoe het licht wordt gegenereerd, gemoduleerd en hoe zuiver de golflengte is — en dus in kosten, bereik en de glasvezel waarvoor ze geschikt zijn.

In één oogopslag

Laser	Structuur	Golflengten	Glasvezel	Modulatie	Bereikklasse	Koeling	Kosten
VCSEL	verticale caviteit, emissie vanaf het oppervlak	850 nm (ook 880–940 SWDM)	multimode	direct, tot 25G NRZ / 50–100G PAM4	70–550 m	nee	laagst
FP	randemitterende Fabry–Pérot, multimodespectrum	1310 nm	singlemode	direct, ≤ 2,5–10G	2–10 km	nee	laag
DFB	randemitterend met ingebouwd raster → enkele golflengte	1310, 1550, CWDM, DWDM	singlemode	direct (DML), tot 10–25G NRZ, 50G PAM4	10–40 km	nee (CWDM) / ja (DWDM)	gemiddeld
EML	DFB + elektroabsorptiemodulator op één chip	1310, 1550, LAN-WDM, CWDM	singlemode	extern, 25–100G+ per lane	10–80 km	doorgaans ja	hoog
Tunable	DBR / externe caviteit / ITLA	elk DWDM-kanaal, C-band	singlemode	extern (EML of MZM)	80 km → coherent 1000 km+	ja	hoogst
SiPh	InP CW-laser + silicium Mach-Zehnder- of ringmodulator	1310 (DR/PSM), 1550 (coherent)	singlemode	extern, 100–200G per lane	500 m → coherent	CW-laser vaak gekoeld	gemiddeld bij volume

VCSEL — vertical-cavity surface-emitting laser

Het licht verlaat de wafer loodrecht, zodat VCSEL's op de wafer worden getest, in arrays worden gemaakt en met eenvoudige lenzen aan multimode glasvezel worden gekoppeld. Het zijn de goedkoopste lasers met het laagste vermogen en verklaren de prijs van optics voor korte afstanden (SX, SR, SR4, SR8, AOC). Beperkingen: 850 nm alleen op multimode glasvezel, dus het bereik wordt bepaald door modale bandbreedte — ongeveer 550 m bij 1G, 300–400 m bij 10G op OM3/OM4, 100 m bij 25G, 70–100 m bij 50G PAM4. De snelheid per lane is begrensd tot bijna 100G PAM4, waardoor 800G SR8 de laatste VCSEL-generatie was die op schaal gepland is. Zie Chip-on-board-behuizing (COB).

FP — Fabry–Pérot

De eenvoudigste randemitterende laser: twee gekloofde facetten vormen de caviteit en deze laast tegelijk op meerdere longitudinale modi. Dat brede spectrum spreidt zich in de glasvezel (chromatische dispersie), waardoor FP-lasers beperkt zijn tot lage snelheden en korte singlemode bereiken — 1000BASE-LX bij 10 km, 2 km bij 2,5G. Goedkoop, ongekoeld en tegenwoordig grotendeels verouderd.

DFB — distributed feedback

Een raster dat langs het actieve gebied is geëtst, dwingt één longitudinale modus af: smalle lijnbreedte, stabiele golflengte en voldoende vermogen voor 10–40 km. Direct gemoduleerde (DML) DFB's vormen de basis van 10G LR, 25G LR, CWDM4 en gekleurde CWDM SFP's; een drift van ~0,1 nm/°C is geschikt voor één golflengte of 20 nm CWDM-afstand, dus ze werken ongekoeld. Voor DWDM wordt dezelfde laser op een TEC geplaatst om een 50 GHz-slot te behouden. Directe modulatie voegt chirp toe — de golflengte verschuift wanneer de stroom schakelt — wat het DML-bereik door dispersie beperkt tot ongeveer 40 km bij 10G en ongeveer 10 km bij 25G.

EML — extern gemoduleerde laser

Een EML houdt de DFB in continuous-wave-werking en moduleert het licht met een elektroabsorptiemodulator (EAM) die op dezelfde chip is geïntegreerd. Geen chirp van de laser, een hoge extinctieverhouding en snelheden van 25G/50G/100G per lane maken EML's de keuze voor 10G ER/ZR, 100G LR4/ER4 (vier LAN-WDM EML's), 400G FR4/LR4/DR4 en 800G. Doorgaans gekoeld voor golflengtestabiliteit; hogere kosten en hoger vermogen dan DFB.

Afstembare lasers

Voor DWDM zonder een voorraad van 96 gekleurde artikelnummers gebruikt u een afstembare bron: een DBR-laser (afgestemd met stroom in rastersecties), een laser met externe caviteit, of een ITLA — integrable tunable laser assembly — met micro-ITLA- en nano-ITLA-varianten die klein genoeg zijn voor SFP+ en QSFP-DD. Afstemming gebeurt thermisch of elektrisch over de C-band; een golflengtevergrendeling houdt het kanaal vast. Zie Afstembare DWDM-transceivers.

Silicon photonics (SiPh)

Silicium kan niet laseren, maar het kan licht bijzonder goed moduleren en routeren. Een SiPh-transceiver gebruikt een externe InP CW-laser (één laser kan meerdere lanes voeden) en een siliciumchip met Mach-Zehnder- of ringmodulatoren, golfgeleiders, WDM-mux en vaak de germaniumfotodiodes. CMOS-productie op volume, klein formaat en eenvoudige integratie maken SiPh dominant in 100G PSM4/DR, 400G DR4, 800G DR8 en de coherente modulatoren van 400ZR/ZR+. De laser blijft het InP-onderdeel dat veroudert.

Directe versus externe modulatie

	Direct (DML: VCSEL, FP, DFB)	Extern (EML, MZM)
Hoe	schakel de laserstroom	houd de laser ingeschakeld; moduleer een afzonderlijk element
Chirp	ja → dispersie beperkt het bereik	verwaarloosbaar
Extinctieverhouding	gemiddeld (3–6 dB)	hoog (8–10 dB+)
Snelheid per lane	tot ~25G NRZ / 50G PAM4	100G+ PAM4, coherent
Kosten, vermogen	lager	hoger

Zo bepaalt u welke laser een module heeft

De identiteitsbytes zeggen weinig rechtstreeks over de laser, maar drie velden wijzen erop: golflengte (850 → VCSEL; 1310 → FP/DFB/EML/SiPh; 1550/DWDM → DFB/EML/afstembaar), bereikcode en snelheid. DDM bevestigt dit: Tx bias van een VCSEL ligt op enkele mA, van een DFB op 20–60 mA, van een gekoelde EML nog hoger, en een stijgende bias over maanden wijst op laserveroudering (Storingen). Welke laser bij welke vormfactor en snelheid hoort, staat in Lasers per vormfactor en datasnelheid.

Hoe elk lasertype veroudert en hoe de biasstroom in DDM er gedurende de levensduur uitziet: Tx bias en laserveroudering.

Hoe lasers worden verpakt, uitgelijnd en tegen reflecties beschermd: Optische verpakking; hoe vier ervan één glasvezel delen en hoe DWDM-lasers hun golflengte behouden: WDM in de module.

Golflengtedrift, drempel en levensduur versus temperatuur, en de commerciële/industriële grades die daarop zijn gebaseerd: Temperatuurgrades.

Hoe spectrale breedte en chirp van deze lasers tot chromatische dispersiepenalty's en bereikbeperkingen leiden: Dispersie en bandbreedte.

Vindt u een onjuistheid of fout in dit materiaal? Selecteer het betreffende fragment en druk op Ctrl+Enter om .