Loại laser: VCSEL, FP, DFB, EML, điều chỉnh được, SiPh

Sáu loại nguồn sáng bao phủ gần như mọi transceiver quang từng được sản xuất. Chúng khác nhau ở cách ánh sáng được tạo ra, cách nó được điều chế, độ tinh khiết của bước sóng — và do đó khác nhau về chi phí, cự ly và loại sợi quang phù hợp.

Tổng quan nhanh

Laser	Cấu trúc	Bước sóng	Sợi quang	Điều chế	Nhóm cự ly	Làm mát	Chi phí
VCSEL	buồng cộng hưởng thẳng đứng, phát xạ từ bề mặt	850 nm (cũng có 880–940 SWDM)	đa mode	trực tiếp, tới 25G NRZ / 50–100G PAM4	70–550 m	không	thấp nhất
FP	Fabry–Pérot phát cạnh, phổ đa mode	1310 nm	đơn mode	trực tiếp, ≤ 2,5–10G	2–10 km	không	thấp
DFB	phát cạnh với cách tử tích hợp sẵn → một bước sóng duy nhất	1310, 1550, CWDM, DWDM	đơn mode	trực tiếp (DML), tới 10–25G NRZ, 50G PAM4	10–40 km	không (CWDM) / có (DWDM)	trung bình
EML	DFB + bộ điều chế hấp thụ điện trên cùng một chip	1310, 1550, LAN-WDM, CWDM	đơn mode	ngoài, 25–100G+ mỗi làn	10–80 km	thường có	cao
Điều chỉnh được	DBR / buồng cộng hưởng ngoài / ITLA	bất kỳ kênh DWDM nào, băng C	đơn mode	ngoài (EML hoặc MZM)	80 km → coherent 1000 km+	có	cao nhất
SiPh	laser CW InP + bộ điều chế Mach-Zehnder hoặc vòng bằng silicon	1310 (DR/PSM), 1550 (coherent)	đơn mode	ngoài, 100–200G mỗi làn	500 m → coherent	laser CW thường có làm mát	trung bình ở sản lượng lớn

VCSEL — laser phát xạ mặt buồng cộng hưởng thẳng đứng

Ánh sáng thoát ra vuông góc với mặt wafer, nên VCSEL được kiểm tra ngay trên wafer, chế tạo thành dãy và ghép vào sợi quang đa mode bằng các thấu kính đơn giản. Đây là loại laser rẻ nhất và tiêu thụ công suất thấp nhất, và là lý do quang học tầm ngắn (SX, SR, SR4, SR8, AOC) có mức giá như vậy. Giới hạn: chỉ 850 nm trên sợi quang đa mode, nên cự ly bị quyết định bởi băng thông mode — khoảng 550 m ở 1G, 300–400 m ở 10G trên OM3/OM4, 100 m ở 25G, 70–100 m ở 50G PAM4. Tốc độ mỗi làn bị giới hạn ở khoảng 100G PAM4, đó là lý do 800G SR8 là thế hệ VCSEL cuối cùng được lên kế hoạch triển khai ở quy mô lớn. Xem chip-on-board.

FP — Fabry–Pérot

Laser phát cạnh đơn giản nhất: hai mặt cắt tạo thành buồng cộng hưởng, và nó phát đồng thời trên nhiều mode dọc. Phổ rộng đó lan rộng ra trong sợi quang (tán sắc màu), nên laser FP bị giới hạn ở tốc độ thấp và cự ly đơn mode ngắn — 1000BASE-LX ở 10 km, 2 km ở 2,5G. Rẻ, không làm mát, ngày nay phần lớn đã là thế hệ cũ.

DFB — phản hồi phân bố

Một cách tử khắc dọc theo vùng hoạt động buộc laser chỉ phát trên một mode dọc duy nhất: độ rộng vạch phổ hẹp, bước sóng ổn định, và đủ công suất cho cự ly 10–40 km. DFB điều chế trực tiếp (DML) là giải pháp chủ lực của 10G LR, 25G LR, CWDM4 và các SFP CWDM theo màu; độ trôi ~0,1 nm/°C là chấp nhận được đối với một bước sóng đơn hoặc khoảng cách kênh CWDM 20 nm, nên chúng chạy không cần làm mát. Với DWDM, cùng loại laser đó được đặt trên một TEC để giữ đúng một khe 50 GHz. Điều chế trực tiếp sinh ra chirp — bước sóng dịch chuyển khi dòng điện chuyển trạng thái — và qua tán sắc, điều này giới hạn cự ly của DML ở 10G còn khoảng 40 km và ở 25G còn khoảng 10 km.

EML — laser điều chế ngoài

Một EML giữ cho DFB hoạt động ở chế độ sóng liên tục (CW) và điều chế ánh sáng bằng một bộ điều chế hấp thụ điện (EAM) tích hợp trên cùng một chip. Không có chirp từ laser, tỷ số tắt cao và tốc độ 25G/50G/100G mỗi làn khiến EML trở thành lựa chọn cho 10G ER/ZR, 100G LR4/ER4 (bốn EML LAN-WDM), 400G FR4/LR4/DR4 và 800G. Thường có làm mát để ổn định bước sóng; chi phí và công suất cao hơn DFB.

Laser điều chỉnh được

Để dùng DWDM mà không cần tồn kho 96 mã sản phẩm theo từng màu, có một nguồn điều chỉnh được: một laser DBR (chỉnh bằng dòng điện vào các đoạn cách tử), một laser buồng cộng hưởng ngoài, hoặc một ITLA — cụm laser điều chỉnh được tích hợp — với các biến thể micro-ITLA và nano-ITLA đủ nhỏ cho SFP+ và QSFP-DD. Việc điều chỉnh thực hiện bằng nhiệt hoặc bằng điện trên toàn băng C; một bộ khóa bước sóng giữ đúng kênh. Xem Transceiver DWDM điều chỉnh được.

Silicon photonics (SiPh)

Silicon không thể phát laser, nhưng nó có thể điều chế và dẫn hướng ánh sáng cực kỳ tốt. Một transceiver SiPh dùng một laser CW InP bên ngoài (một laser có thể cấp cho nhiều làn) và một chip silicon mang bộ điều chế Mach-Zehnder hoặc bộ điều chế vòng, ống dẫn sóng, bộ ghép kênh WDM và thường cả các photodiode germanium. Sản xuất CMOS ở sản lượng lớn, kích thước nhỏ và dễ tích hợp khiến SiPh chiếm ưu thế trong 100G PSM4/DR, 400G DR4, 800G DR8 và trong các bộ điều chế coherent của 400ZR/ZR+. Phần vẫn còn già đi theo thời gian là laser InP.

Điều chế trực tiếp so với điều chế ngoài

	Trực tiếp (DML: VCSEL, FP, DFB)	Ngoài (EML, MZM)
Cách thực hiện	chuyển mạch dòng điện của laser	giữ laser luôn bật; điều chế một phần tử riêng
Chirp	có → tán sắc giới hạn cự ly	không đáng kể
Tỷ số tắt	trung bình (3–6 dB)	cao (8–10 dB+)
Tốc độ mỗi làn	tới ~25G NRZ / 50G PAM4	100G+ PAM4, coherent
Chi phí, công suất	thấp hơn	cao hơn

Cách xác định module có loại nào

Byte thông tin nhận dạng không nói trực tiếp nhiều về loại laser, nhưng ba trường gợi ý điều đó: bước sóng (850 → VCSEL; 1310 → FP/DFB/EML/SiPh; 1550/DWDM → DFB/EML/điều chỉnh được), mã cự ly và tốc độ. DDM xác nhận bức tranh đó: dòng phân cực Tx của một VCSEL nằm ở mức vài mA, của một DFB ở 20–60 mA, của một EML có làm mát còn cao hơn nữa, và dòng phân cực tăng dần qua nhiều tháng chính là dấu hiệu laser đang lão hóa (Sự cố). Loại laser nào đi cùng form factor và tốc độ nào được lập bản đồ trong Laser theo form factor và tốc độ dữ liệu.

Cách mỗi loại laser lão hóa và dòng phân cực của nó trông như thế nào trong DDM suốt vòng đời: Dòng phân cực Tx và lão hóa laser.

Cách laser được đóng gói, căn chỉnh và bảo vệ khỏi phản xạ: Đóng gói quang học; cách bốn laser dùng chung một sợi quang và cách các laser DWDM giữ bước sóng của mình: WDM bên trong module.

Độ trôi bước sóng, ngưỡng phát và tuổi thọ theo nhiệt độ, cùng các cấp thương mại/công nghiệp được xây dựng dựa trên đó: Cấp nhiệt độ.

Cách độ rộng phổ và chirp của các laser này chuyển thành mức phạt do tán sắc màu và giới hạn cự ly: Tán sắc và băng thông.

Nếu bạn phát hiện thông tin chưa chính xác hoặc lỗi trong bài viết này, hãy chọn đoạn liên quan và nhấn Ctrl+Enter để .