Form faktörü ve veri hızına göre lazerler

Bir modülün içinde hangi lazerin bulunduğu iki şeyle belirlenir — lazerin modüle etmesi gereken şerit başına hız ve karşılaması gereken erişim mesafesi — ve her form faktörü nesliyle birlikte ikisi de yükselmiştir. Bu sayfa, 1G GBIC’lerden 800G OSFP’lere kadar her adımda kullanılan lazer ve alıcı teknolojisini haritalandırır.

Pratik kural

Hız da aynı yönde iter: 10G’ye kadar doğrudan modüle edilen bir lazer yeterlidir; 25G’de DML sınırda kalır ve EML/VCSEL-25G devralır; şerit başına 50G PAM4’ten itibaren EML veya silikon fotonik modülatörler hâkim olur; şerit başına 100G+’de VCSEL’ler tavanlarına ulaşır.

Nesilden nesile

1G — GBIC ve SFP (1990’lar → )

FP lazerinin çok modlu spektrumu 1,25 Gb/s’de kabul edilebilirdi; VCSEL’ler 1G çok modlu optikleri neredeyse bedavaya getirdi. Bkz. GBIC, SFP.

10G — XFP, SFP+ (2002 → )

10G, EML ve APD’nin 10 km’nin ötesindeki her şey için standart hâline geldiği ve XFP’nin modül içi CDR’sinin yerini SFP+’ın host tarafı tasarımına bıraktığı nesildir (XFP, SFP+).

25G — SFP28 (2015 → )

RS-FEC 25G ile birlikte gelir ve daha ucuz lazerlerin FEC öncesi BER noktasında spesifikasyonu karşılamasını sağlar.

40G — QSFP+ (2010 → )

Kitlesel pazara giren ilk paralel optikler; kart üzerinde bir lens dizisi ve MPO ferrülü ile VCSEL dizileri, o günden bu yana her SR4/SR8 için deseni belirledi (QSFP+, Chip-on-board).

100G — QSFP28 (2015 → )

100G, silikon fotoniğin hacimli üretime girdiği (PSM4, DR) ve soğutmasız DFB (CWDM4, 2 km) ile soğutmalı EML (LR4, 10 km) arasındaki ayrımın fiyat merdivenini belirlediği nesildir (QSFP28).

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

PAM4, DSP’yi her modülün bir parçası hâline getirir ve lazerleri şerit başına 100G’ye iter — EML ve SiPh alanı (QSFP-DD, OSFP).

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

Genel eğilimler

1. Doğrudan modülasyondan harici modülasyona — ≤ 25G için DML, üzerinde EML/MZM.
2. Şerit başına bir lazerden modül başına bir lazere — SiPh, bir CW kaynağını şeritler arasında böler.
3. Hermetik TO-kutularından çıplak yongalara — paralel optikler için chip-on-board, tek modlu için SiPh entegrasyonu.
4. Hız arttıkça VCSEL erişim mesafesi daralır — 1G’de 550 m, 25G’de 100 m, 100G’de 50–100 m; tek modlu DR, kısa veri merkezi bağlantılarında bile yerini alıyor.
5. Koherent, takılabilir modüllere taşınıyor — taşıma alıcısı artık bir QSFP-DD içine sığıyor.
6. Güç yeni sınır — soğutmalı EML’ler, DSP’ler ve ITLA’lar 400G/800G modülleri 15–20 W’a iter, bu da LPO’yu ve co-packaged optics’i öne çıkarır.

Kodlama ve tanılama için neden önemli

Bir anahtarın okuduğu kimlik bilgileri — dalga boyu, erişim mesafesi, uyumluluk kodu — içerideki lazerin bir vekilidir. Bir VCSEL SR4 modülünü LR4 olarak kodlamak 850 nm lazerlerini değiştirmez; host, sağlayamayacağı bir tek modlu erişim mesafesi bekleyecektir. DDM imzası da lazer türüne göre değişir — bir VCSEL’in birkaç mA’lık bias’ına karşılık bir EML’in onlarca mA’sı artı bir TEC — bu yüzden biri için “normal” olan bir bias değeri, diğeri için bir alarmdır (Lazer türleri, Alıcılar).

Aynı hikâyenin sinyal işleme tarafı — sınırlayıcı yükselteçlerden DSP’lere, LPO’ya ve koherente kadar — Modülasyon ve DSP sayfasındadır; paketleme tarafı ise Optik paketleme sayfasındadır.