レーザーの種類：VCSEL、FP、DFB、EML、波長可変、SiPh

6種類の光源が、製造されるほぼすべての光トランシーバーをカバーしています。それぞれ、光の発生方法、変調方法、波長の純度が異なり、その結果としてコスト、伝送距離、適した光ファイバーの種類も異なります。

概要

VCSEL — 垂直共振器面発光レーザー

光はウエハーに対して垂直に出射するため、VCSEL はウエハー上で試験し、アレイとして製造し、簡単なレンズでマルチモード光ファイバーに結合できます。もっとも安価でもっとも低消費電力なレーザーであり、これが短距離光学系（SX、SR、SR4、SR8、AOC）のコストを決めている理由です。限界：850 nm でマルチモード光ファイバー専用のため、伝送距離はモード帯域幅によって決まります — 目安として、1G で約550 m、OM3/OM4 上の10G で300–400 m、25G で100 m、50G PAM4 で70–100 m です。レーンあたりのレートは100G PAM4 付近が上限であり、これが800G SR8 を最後に、大規模展開が計画された VCSEL 世代がないことの理由です。参照：チップオンボード。

FP — ファブリ・ペロー

もっとも単純な端面発光レーザーです。へき開された2つの端面が共振器を形成し、複数の縦モードで同時に発振します。この広いスペクトルは光ファイバー中で広がる（波長分散）ため、FP レーザーは低レートと短いシングルモード伝送距離に限られます — 1000BASE-LX で10 km、2.5G で2 km です。安価で非冷却ですが、今日ではほぼレガシー技術です。

DFB — 分布帰還

活性層に沿って刻まれた回折格子が、単一の縦モードを強制します。狭い線幅、安定した波長、そして10–40 km に十分なパワーが得られます。直接変調（DML）の DFB は、10G LR、25G LR、CWDM4、色分けされた CWDM SFP の主力です。約0.1 nm/°C の変動は、単一波長や20 nm の CWDM 間隔には問題にならないため、非冷却で動作します。DWDM では、同じレーザーを TEC に載せて50 GHz のスロットを保持させます。直接変調はチャープ（電流の切り替えにともなう波長シフト）を加えます。これが分散を通じて、DML の伝送距離を10G で約40 km、25G で約10 km に制限します。

EML — 外部変調レーザー

EML は DFB を連続波動作のまま保ち、同じチップに集積された電界吸収型変調器（EAM）で光を変調します。レーザー自体にチャープがなく、高い消光比とレーンあたり25G/50G/100G の速度を実現できることから、EML は10G ER/ZR、100G LR4/ER4（4個の LAN-WDM EML）、400G FR4/LR4/DR4、800G の選択肢となっています。波長安定性のため通常は冷却され、DFB よりコストと消費電力が高くなります。

波長可変レーザー

96種類もの色（波長）ごとの部品番号を在庫せずに DWDM に対応するには、波長可変光源を使います。回折格子セクションへの電流でチューニングする DBR レーザー、外部共振器レーザー、あるいはITLA（集積型波長可変レーザーアセンブリ）です。micro-ITLA や nano-ITLA というバリエーションは、SFP+ や QSFP-DD に収まるほど小型です。チューニングは C バンド全体にわたって熱的または電気的に行われ、波長ロッカーがチャネルを保持します。参照：波長可変 DWDM トランシーバー。

シリコンフォトニクス（SiPh）

シリコン自体はレーザー発振できませんが、光を変調し、導波する能力には非常に優れています。SiPh トランシーバーは、外付けの InP 製CW レーザー（1個のレーザーで複数レーンをまかなえます）と、マッハツェンダーまたはリング変調器、導波路、WDM 合波器、多くの場合ゲルマニウムフォトダイオードを搭載したシリコンチップを組み合わせます。量産 CMOS 製造、小型サイズ、容易な集積性により、SiPh は100G PSM4/DR、400G DR4、800G DR8、そして400ZR/ZR+ のコヒーレント変調器で主流になっています。経年劣化するのは、依然として InP 製のレーザー部分です。

直接変調と外部変調の比較

モジュールに何が搭載されているかを見分ける方法

識別バイトはレーザーについて直接語ることはほとんどありませんが、3つのフィールドがそれを示唆します。波長（850 → VCSEL；1310 → FP/DFB/EML/SiPh；1550/DWDM → DFB/EML/波長可変）、伝送距離コード、レートです。DDM はその見立てを裏付けます。Tx バイアスは、VCSEL では数 mA、DFB では20–60 mA、冷却 EML ではさらに高く、数か月にわたってバイアスが上昇していればレーザーの経年劣化です（故障）。どのレーザーがどのフォームファクターとレートに対応するかは、フォームファクターとデータレート別のレーザー にまとめられています。

それぞれのレーザーの種類がどのように経年劣化し、そのバイアス電流が寿命を通じて DDM 上でどう見えるかについて：Tx バイアスとレーザーの経年劣化。

レーザーがどのようにパッケージ化され、アライメントされ、反射から保護されるかについて：光パッケージング。4個のレーザーがどのように1本の光ファイバーを共有し、DWDM のレーザーがどのように波長を保持するかについて：モジュール内部の WDM。

温度に対する波長ドリフト、しきい値、寿命、そしてそれらを基準に設定された商用／産業用グレードについて：温度グレード。

これらのレーザーのスペクトル幅とチャープが、どのように波長分散ペナルティと伝送距離の限界につながるかについて：分散と帯域幅。