ชนิดของเลเซอร์: VCSEL, FP, DFB, EML, แบบปรับความยาวคลื่นได้ และ SiPh

แหล่งกำเนิดแสงหกชนิดครอบคลุมทรานซีฟเวอร์เชิงแสงแทบทุกตัวที่ผลิตขึ้น สิ่งที่ต่างกันคือวิธีกำเนิดแสง วิธีมอดูเลต ความบริสุทธิ์ของความยาวคลื่น และด้วยเหตุนี้จึงต่างกันทั้งต้นทุน ระยะส่ง และใยแก้วนำแสงที่เหมาะสมกับแต่ละชนิด

ภาพรวมโดยย่อ

เลเซอร์	โครงสร้าง	ความยาวคลื่น	ใยแก้วนำแสง	มอดูเลชัน	ระดับระยะส่ง	ความเย็น	ต้นทุน
VCSEL	คาวิตีแนวตั้ง ปล่อยแสงจากพื้นผิว	850 nm (และ 880–940 สำหรับ SWDM)	มัลติโหมด	โดยตรง ถึง 25G NRZ / 50–100G PAM4	70–550 m	ไม่มี	ต่ำที่สุด
FP	Fabry–Pérot แบบปล่อยแสงทางขอบ สเปกตรัมแบบมัลติโหมด	1310 nm	ซิงเกิลโหมด	โดยตรง ≤ 2.5–10G	2–10 km	ไม่มี	ต่ำ
DFB	ปล่อยแสงทางขอบพร้อมเกรตติงในตัว → ความยาวคลื่นเดียว	1310, 1550, CWDM, DWDM	ซิงเกิลโหมด	โดยตรง (DML) ถึง 10–25G NRZ, 50G PAM4	10–40 km	ไม่มี (CWDM) / มี (DWDM)	ปานกลาง
EML	DFB + มอดูเลเตอร์อิเล็กโทรแอบซอร์ปชันบนชิปเดียวกัน	1310, 1550, LAN-WDM, CWDM	ซิงเกิลโหมด	ภายนอก 25–100G ขึ้นไปต่อเลน	10–80 km	โดยทั่วไปมี	สูง
ปรับความยาวคลื่นได้	DBR / คาวิตีภายนอก / ITLA	ช่องสัญญาณ DWDM ใดก็ได้, C-band	ซิงเกิลโหมด	ภายนอก (EML หรือ MZM)	80 km → โคฮีเรนต์ 1000 km ขึ้นไป	มี	สูงที่สุด
SiPh	เลเซอร์ CW แบบ InP + มอดูเลเตอร์ Mach-Zehnder หรือริงแบบซิลิคอน	1310 (DR/PSM), 1550 (โคฮีเรนต์)	ซิงเกิลโหมด	ภายนอก 100–200G ต่อเลน	500 m → โคฮีเรนต์	เลเซอร์ CW มักมีความเย็น	ปานกลางเมื่อผลิตปริมาณมาก

VCSEL — เลเซอร์คาวิตีแนวตั้งปล่อยแสงจากพื้นผิว

แสงออกในทิศตั้งฉากกับเวเฟอร์ ทำให้ VCSELถูกทดสอบตั้งแต่บนเวเฟอร์ ผลิตเป็นอาร์เรย์ และเชื่อมโยงกับใยแก้วนำแสงมัลติโหมดด้วยเลนส์ธรรมดา เป็นเลเซอร์ที่ถูกที่สุดและกินกำลังไฟต่ำที่สุด และเป็นเหตุผลที่ออปติกระยะสั้น (SX, SR, SR4, SR8, AOC) มีราคาอย่างที่เป็น ข้อจำกัด: ใช้ได้เฉพาะ 850 nm บนใยแก้วนำแสงมัลติโหมด ระยะส่งจึงถูกกำหนดโดยแบนด์วิดท์ของโหมด — ประมาณ 550 m ที่ 1G, 300–400 m ที่ 10G บน OM3/OM4, 100 m ที่ 25G, 70–100 m ที่ 50G PAM4 อัตราต่อเลนถูกจำกัดไว้ใกล้ 100G PAM4 นี่คือเหตุผลที่ 800G SR8 เป็นรุ่น VCSEL รุ่นสุดท้ายที่วางแผนผลิตในระดับใหญ่ ดู ชิปบนบอร์ด

FP — Fabry–Pérot

เป็นเลเซอร์แบบปล่อยแสงทางขอบที่ง่ายที่สุด: หน้าตัดที่ผ่าไว้สองด้านประกอบกันเป็นคาวิตี และเปล่งแสงออกมาพร้อมกันในหลายโหมดตามยาว สเปกตรัมกว้างนี้กระจายตัวออกในใยแก้วนำแสง (ดิสเพอร์ชันแบบโครมาติก) ทำให้เลเซอร์ FP ถูกจำกัดไว้ที่อัตราต่ำและระยะส่งซิงเกิลโหมดสั้น ๆ เช่น 1000BASE-LX ที่ 10 km, 2 km ที่ 2.5G ราคาถูก ไม่มีความเย็น และปัจจุบันถือเป็นเทคโนโลยีรุ่นเก่าเป็นส่วนใหญ่แล้ว

DFB — การป้อนกลับแบบกระจาย

เกรตติงที่กัดไว้ตามแนวบริเวณแอ็กทีฟบังคับให้เกิดโหมดตามยาวเดียว ได้แก่ ความกว้างเส้นสเปกตรัมแคบ ความยาวคลื่นเสถียร และมีกำลังเพียงพอสำหรับ 10–40 km DFB ที่มอดูเลตโดยตรง (DML) เป็นตัวหลักของ 10G LR, 25G LR, CWDM4 และ CWDM SFP แบบมีสี การเลื่อนไหล ~0.1 nm/°C ยังใช้ได้ดีสำหรับความยาวคลื่นเดียวหรือระยะห่าง CWDM 20 nm จึงทำงานได้โดยไม่ต้องมีความเย็น สำหรับ DWDM เลเซอร์ตัวเดียวกันนี้ถูกวางบน TEC เพื่อรักษาช่องสัญญาณ 50 GHz ไว้ มอดูเลชันโดยตรงทำให้เกิดเชิร์ป คือความยาวคลื่นเลื่อนไปเมื่อกระแสสวิตช์ ซึ่งผ่านดิสเพอร์ชันแล้วจำกัดระยะส่งของ DML ไว้ที่ประมาณ 40 km ที่ 10G และประมาณ 10 km ที่ 25G

EML — เลเซอร์มอดูเลตภายนอก

EML รักษา DFB ไว้ในโหมดทำงานแบบคลื่นต่อเนื่อง (CW) และมอดูเลตแสงด้วยมอดูเลเตอร์อิเล็กโทรแอบซอร์ปชัน (EAM) ที่รวมอยู่บนชิปเดียวกัน ไม่มีเชิร์ปจากเลเซอร์ อัตราส่วนการดับแสงสูง และความเร็วต่อเลน 25G/50G/100G ทำให้ EML เป็นตัวเลือกสำหรับ 10G ER/ZR, 100G LR4/ER4 (EML แบบ LAN-WDM สี่ตัว), 400G FR4/LR4/DR4 และ 800G โดยทั่วไปมีความเย็นเพื่อความเสถียรของความยาวคลื่น ต้นทุนและกำลังไฟสูงกว่า DFB

เลเซอร์ปรับความยาวคลื่นได้

สำหรับ DWDM ที่ไม่ต้องการสต็อกหมายเลขชิ้นส่วนแยกสี 96 รายการ จะใช้แหล่งกำเนิดแบบปรับความยาวคลื่นได้แทน ได้แก่ เลเซอร์ DBR (ปรับด้วยกระแสเข้าส่วนเกรตติง), เลเซอร์แบบคาวิตีภายนอก หรือ ITLA — ชุดเลเซอร์ปรับความยาวคลื่นได้แบบรวมชิ้น — พร้อมรุ่นย่อย micro-ITLA และ nano-ITLA ที่เล็กพอสำหรับ SFP+ และ QSFP-DD การปรับทำได้ด้วยความร้อนหรือไฟฟ้าตลอดช่วง C-band โดยมีตัวล็อกความยาวคลื่นคอยรักษาช่องสัญญาณไว้ ดู ทรานซีฟเวอร์ปรับความยาวคลื่นได้แบบ DWDM

ซิลิคอนโฟโตนิกส์ (SiPh)

ซิลิคอนเปล่งแสงเลเซอร์เองไม่ได้ แต่มอดูเลตและนำทางแสงได้ดีเยี่ยม ทรานซีฟเวอร์ SiPh ใช้เลเซอร์ CW แบบ InP จากภายนอก (เลเซอร์ตัวเดียวป้อนได้หลายเลน) ร่วมกับชิปซิลิคอนที่บรรจุมอดูเลเตอร์แบบ Mach-Zehnder หรือริง, เวฟไกด์, มัลติเพล็กเซอร์ WDM และมักมีโฟโตไดโอดเจอร์เมเนียมด้วย การผลิตแบบ CMOS ในปริมาณมาก ขนาดเล็ก และการรวมระบบที่ง่าย ทำให้ SiPh ครองตลาดใน 100G PSM4/DR, 400G DR4, 800G DR8 และในมอดูเลเตอร์โคฮีเรนต์ของ 400ZR/ZR+ เลเซอร์ยังคงเป็นส่วน InP ที่เสื่อมสภาพตามอายุ

มอดูเลชันโดยตรงเทียบกับมอดูเลชันภายนอก

	โดยตรง (DML: VCSEL, FP, DFB)	ภายนอก (EML, MZM)
วิธีการ	สวิตช์กระแสของเลเซอร์	ให้เลเซอร์ทำงานค้างไว้ แล้วมอดูเลตที่อุปกรณ์แยกต่างหาก
เชิร์ป	มี → ดิสเพอร์ชันจำกัดระยะส่ง	น้อยมากจนไม่มีนัยสำคัญ
อัตราส่วนการดับแสง	ปานกลาง (3–6 dB)	สูง (8–10 dB ขึ้นไป)
ความเร็วต่อเลน	ถึง ~25G NRZ / 50G PAM4	100G ขึ้นไป PAM4, โคฮีเรนต์
ต้นทุน, กำลังไฟ	ต่ำกว่า	สูงกว่า

วิธีดูว่าโมดูลมีอะไรอยู่ข้างใน

ไบต์ข้อมูลระบุตัวตนบอกเรื่องเลเซอร์โดยตรงได้น้อย แต่มีสามฟิลด์ที่บ่งชี้ถึงมัน ได้แก่ ความยาวคลื่น (850 → VCSEL; 1310 → FP/DFB/EML/SiPh; 1550/DWDM → DFB/EML/ปรับความยาวคลื่นได้), รหัสระยะส่ง และอัตรา DDM ช่วยยืนยันภาพนี้ได้: ไบอัส Tx ของ VCSEL อยู่ที่ไม่กี่ mA, ของ DFB อยู่ที่ 20–60 mA, ของ EML ที่มีความเย็นยิ่งสูงกว่านั้นอีก และไบอัสที่ค่อย ๆ สูงขึ้นตลอดหลายเดือนคือสัญญาณการเสื่อมสภาพของเลเซอร์ (ความล้มเหลว) เลเซอร์ชนิดใดไปกับฟอร์มแฟกเตอร์และอัตราใด มีแผนที่อยู่ใน เลเซอร์ตามฟอร์มแฟกเตอร์และอัตราข้อมูล

เลเซอร์แต่ละชนิดเสื่อมสภาพอย่างไร และกระแสไบอัสของมันมีลักษณะอย่างไรใน DDM ตลอดอายุการใช้งาน: ไบอัส Tx และการเสื่อมสภาพของเลเซอร์

วิธีบรรจุ จัดแนว และป้องกันเลเซอร์จากการสะท้อน: บรรจุภัณฑ์เชิงแสง วิธีที่เลเซอร์สี่ตัวใช้ใยแก้วนำแสงเส้นเดียวร่วมกัน และวิธีที่เลเซอร์ DWDM รักษาความยาวคลื่นของตัวเองไว้: WDM ภายในโมดูล

การเลื่อนไหลของความยาวคลื่น ค่าเกณฑ์ และอายุการใช้งานเทียบกับอุณหภูมิ รวมถึงเกรดเชิงพาณิชย์/อุตสาหกรรมที่สร้างขึ้นจากสิ่งเหล่านี้: เกรดอุณหภูมิ

ความกว้างสเปกตรัมและเชิร์ปของเลเซอร์เหล่านี้กลายเป็นค่าปรับลดจากดิสเพอร์ชันแบบโครมาติกและขีดจำกัดระยะส่งได้อย่างไร: ดิสเพอร์ชันและแบนด์วิดท์

หากพบข้อมูลที่ไม่ถูกต้องหรือข้อผิดพลาดในบทความนี้ ให้เลือกข้อความส่วนนั้นแล้วกด Ctrl+Enter เพื่อ