Lazer türleri: VCSEL, FP, DFB, EML, ayarlanabilir, SiPh

Altı tür ışık kaynağı, üretilen hemen hemen her optik alıcı-vericiyi kapsar. Işığın nasıl üretildiği, nasıl modüle edildiği, dalga boyunun ne kadar saf olduğu bakımından farklılık gösterirler — ve bu yüzden maliyet, erişim mesafesi ve uygun oldukları fiber bakımından da farklıdırlar.

Genel bakış

VCSEL — dikey kovuklu yüzey yayan lazer

Işık wafere dik çıkar, bu yüzden VCSEL’ler wafer üzerinde test edilir, diziler hâlinde üretilir ve basit lenslerle çok modlu fibere bağlanır. En ucuz ve en düşük güçlü lazerlerdir ve kısa erişimli optiklerin (SX, SR, SR4, SR8, AOC) bugünkü maliyetinin nedenidirler. Sınırlar: yalnızca çok modlu fiberde 850 nm, bu yüzden erişim mesafesi modal bant genişliğiyle belirlenir — 1G’de yaklaşık 550 m, OM3/OM4’te 10G’de 300–400 m, 25G’de 100 m, 50G PAM4’te 70–100 m. Şerit başına hız 100G PAM4 civarında sınırlıdır, bu yüzden 800G SR8 büyük ölçekte planlanan son VCSEL nesli oldu. Bkz. chip-on-board.

FP — Fabry–Pérot

En basit kenardan yayılan lazer: iki kesilmiş uç yüzey kovuğu oluşturur ve aynı anda birkaç boyuna modda ışır. Bu geniş spektrum fiberde yayılır (kromatik dispersiyon), bu yüzden FP lazerleri düşük hızlarla ve kısa tek modlu erişim mesafeleriyle sınırlıdır — 1000BASE-LX’te 10 km, 2,5G’de 2 km. Ucuz, soğutmasız, bugün büyük ölçüde eski nesil.

DFB — dağıtık geri besleme

Aktif bölge boyunca kazınmış bir ızgara tek bir boyuna modu zorunlu kılar: dar çizgi genişliği, kararlı dalga boyu ve 10–40 km için yeterli güç. Doğrudan modüle edilen (DML) DFB’ler, 10G LR, 25G LR, CWDM4 ve renkli CWDM SFP’lerin iş atıdır; ~0,1 nm/°C’lik kayma tek bir dalga boyu veya 20 nm’lik CWDM aralığı için sorun teşkil etmez, bu yüzden soğutmasız çalışırlar. DWDM için aynı lazer, 50 GHz’lik bir yuvayı tutmak amacıyla bir TEC üzerine yerleştirilir. Doğrudan modülasyon chirp ekler — akım anahtarlanırken dalga boyu kayar — bu da dispersiyon yoluyla DML erişim mesafesini 10G’de yaklaşık 40 km’yle, 25G’de yaklaşık 10 km’yle sınırlar.

EML — harici modülasyonlu lazer

Bir EML, DFB’yi sürekli dalga modunda tutar ve ışığı aynı yonga üzerine tümleşik bir elektro-soğurma modülatörü (EAM) ile modüle eder. Lazerden gelen chirp olmaması, yüksek sönüm oranı ve şerit başına 25G/50G/100G hızlar, EML’leri 10G ER/ZR, 100G LR4/ER4 (dört LAN-WDM EML’i), 400G FR4/LR4/DR4 ve 800G için tercih hâline getirir. Dalga boyu kararlılığı için genellikle soğutmalıdır; DFB’ye göre maliyeti ve gücü daha yüksektir.

Ayarlanabilir lazerler

96 renkli parça numarasından oluşan bir stok tutmadan DWDM için ayarlanabilir bir kaynak: ızgara bölümlerine akımla ayarlanan bir DBR lazeri, bir harici kovuklu lazer veya SFP+ ve QSFP-DD’ye sığacak kadar küçük micro-ITLA ve nano-ITLA varyantlarıyla bir ITLA — tümleştirilebilir ayarlanabilir lazer düzeneği. Ayarlama, C bandı üzerinde termal veya elektriksel olarak yapılır; bir dalga boyu kilitleyici kanalı tutar. Bkz. Ayarlanabilir DWDM alıcı-vericiler.

Silikon fotonik (SiPh)

Silikon ışıma yapamaz, ama ışığı son derece iyi modüle edebilir ve yönlendirebilir. Bir SiPh alıcı-verici, harici bir InP CW lazeri (bir lazer birkaç şeridi besleyebilir) ve Mach-Zehnder veya halka modülatörleri, dalga kılavuzları, WDM mux’ı ve çoğunlukla germanyum fotodiyotları taşıyan bir silikon yonga kullanır. Hacimli CMOS üretimi, küçük boyut ve kolay entegrasyon, SiPh’yi 100G PSM4/DR, 400G DR4, 800G DR8’de ve 400ZR/ZR+’ın koherent modülatörlerinde baskın kılar. Zamanla yaşlanan parça, yine InP lazerdir.

Doğrudan modülasyona karşı harici modülasyon

Bir modülde neyin bulunduğu nasıl anlaşılır

Kimlik bilgileri lazer hakkında doğrudan pek bir şey söylemez, ama üç alan bunu ima eder: dalga boyu (850 → VCSEL; 1310 → FP/DFB/EML/SiPh; 1550/DWDM → DFB/EML/ayarlanabilir), erişim mesafesi kodu ve hız. DDM bu tabloyu doğrular: Tx bias, bir VCSEL’de birkaç mA’da, bir DFB’de 20–60 mA’da, soğutmalı bir EML’de daha da yüksekte oturur; aylar içinde yükselen bir bias, lazerin yaşlandığını gösterir (Arızalar). Hangi lazerin hangi form faktörü ve hızla eşleştiği Form faktörüne ve veri hızına göre lazerler sayfasında haritalandırılmıştır.

Her lazer türünün nasıl yaşlandığı ve ömrü boyunca bias akımının DDM’de nasıl göründüğü: Tx bias ve lazer yaşlanması.

Lazerlerin nasıl paketlendiği, hizalandığı ve yansımalardan nasıl korunduğu: Optik paketleme; dördünün nasıl tek bir fiberi paylaştığı ve DWDM olanların dalga boylarını nasıl sabit tuttuğu: Modül içinde WDM.

Sıcaklığa karşı dalga boyu kayması, eşik ve ömür, ve bunların üzerine kurulan ticari/endüstriyel sınıflar: Sıcaklık sınıfları.

Bu lazerlerin spektral genişliğinin ve chirp’inin kromatik dispersiyon cezalarına ve erişim mesafesi sınırlarına nasıl dönüştüğü: Dispersiyon ve bant genişliği.