В области оптической связи традиционные источники света основаны на лазерных модулях с фиксированной длиной волны. С непрерывным развитием и применением оптических систем связи постепенно выявляются недостатки лазеров с фиксированной длиной волны. С одной стороны, с развитием технологии DWDM число длин волн в системе достигло сотен. В случае защиты резервное копирование каждого лазера должно быть сделано на той же длине волны. Лазерная поставка приводит к увеличению количества резервных лазеров и стоимости; с другой стороны, поскольку фиксированные лазеры должны различать длину волны, тип лазеров увеличивается с увеличением числа длин волн, что делает сложность управления и уровень запасов более сложным; с другой стороны, если мы хотим поддерживать динамическое распределение длин волн в оптических сетях и повышать гибкость сети, нам необходимо оборудовать большое количество различных волн. Длинный фиксированный лазер, но коэффициент использования каждого лазера очень низкий, что приводит к пустой трате ресурсов. Чтобы преодолеть эти недостатки, с развитием полупроводниковых и связанных с ними технологий были успешно разработаны перестраиваемые лазеры, то есть различные длины волны в пределах определенной полосы пропускания контролируются на одном и том же лазерном модуле, и эти значения длины волны и расстояние между ними соответствуют требованиям ITU-T.
Для оптической сети следующего поколения перестраиваемые лазеры являются ключевым фактором для реализации интеллектуальной оптической сети, которая может предоставить операторам большую гибкость, более высокую скорость подачи длин волн и в конечном итоге более низкую стоимость. В будущем дальние оптические сети станут миром длинноволновых динамических систем. Эти сети могут достичь нового назначения длины волны за очень короткое время. Из-за использования технологии передачи на сверхдлинные расстояния нет необходимости использовать регенератор, который экономит много денег. Ожидается, что перестраиваемые лазеры обеспечат новые инструменты для будущих сетей связи для управления длиной волны, повышения эффективности сети и развития оптических сетей следующего поколения. Одним из наиболее привлекательных приложений является реконфигурируемый оптический мультиплексор ввода-вывода (ROADM). Динамичные реконфигурируемые сетевые системы появятся на сетевом рынке, и потребуется больше настраиваемых лазеров с большим настраиваемым диапазоном.
Существует три вида технологий управления перестраиваемыми лазерами: технология контроля тока, технология контроля температуры и технология механического контроля. Среди них технология с электронным управлением реализует настройку длины волны путем изменения тока инжекции. Он имеет скорость настройки уровня ns и широкую полосу настройки, но его выходная мощность невелика. Основными технологиями с электронным управлением являются лазеры SG-DBR (решетка с выборочной решеткой) и GCSR (вспомогательная решетка с направленной обратной связью). Технология контроля температуры изменяет длину волны на выходе лазера, изменяя показатель преломления активной области лазера. Технология проста, но медленная, узкая, регулируемая ширина полосы пропускания, всего несколько нанометров. Лазеры DFB (распределенная обратная связь) и DBR (распределенное брэгговское отражение) являются основными технологиями, основанными на регулировании температуры. Механическое управление в основном основано на технологии микроэлектромеханической системы (MEMS) для завершения выбора длины волны, с большей регулируемой шириной полосы и более высокой выходной мощностью. Основными структурами, основанными на технологии механического управления, являются DFB (распределенная обратная связь), ECL (лазер с внешней полостью) и VCSEL (лазер с поверхностной эмиссией с вертикальной полостью). Принцип перестраиваемых лазеров из этих аспектов будет объяснен ниже. Среди них выделяется текущая перестраиваемая технология, которая является самой популярной.
2.1 Технология контроля температуры
Технология управления на основе температуры в основном используется в структуре DFB, ее принцип состоит в том, чтобы регулировать температуру резонатора лазера, чтобы он мог излучать волны различной длины. Регулировка длины волны регулируемого лазера, основанная на этом принципе, осуществляется путем управления изменением InGaAsP DFB-лазера, работающего в определенном температурном диапазоне. Устройство состоит из встроенного устройства блокировки волн (стандартный датчик и контрольный детектор) для фиксации выхода лазера непрерывного действия на сетке МСЭ с интервалом 50 ГГц. Как правило, два отдельных ТЭЦ заключены в устройстве. Одним из них является управление длиной волны лазерного чипа, а другим - обеспечить работу фиксатора и детектора мощности в устройстве при постоянной температуре.
Наибольшим преимуществом этих лазеров является то, что их характеристики аналогичны характеристикам лазеров с фиксированной длиной волны. Они обладают характеристиками высокой выходной мощности, хорошей стабильностью на длине волны, простотой в эксплуатации, низкой стоимостью и развитой технологией. Однако есть два основных недостатка: один заключается в том, что ширина настройки одного устройства узкая, обычно всего несколько нанометров; другая заключается в том, что время настройки велико, что обычно требует нескольких секунд времени стабильности настройки.
2.2 Технология механического управления
Технология механического управления обычно реализуется с использованием MEMS. Перестраиваемый лазер на основе технологии механического управления имеет структуру MEMs-DFB.
Перестраиваемые лазеры включают лазерные матрицы DFB, наклонные линзы EMS и другие управляющие и вспомогательные детали.
В области лазерной решетки DFB имеется несколько лазерных матриц DFB, каждая из которых может генерировать определенную длину волны с шириной полосы около 1,0 нм и расстоянием 25 ГГц. Управляя углом поворота линз MEMs, можно выбрать требуемую конкретную длину волны для вывода требуемой конкретной длины волны света.
кубок лазерный массив
.png)
Другой перестраиваемый лазер на основе структуры VCSEL разработан на основе лазеров с вертикальной полостью и оптической накачкой. Технология полусимметричного резонатора используется для непрерывной настройки длины волны с помощью MEMS. Он состоит из полупроводникового лазера и вертикального лазерного резонатора усиления, который может излучать свет на поверхности. На одном конце резонатора имеется подвижный отражатель, который может изменять длину резонатора и длину волны лазера. Основным преимуществом VCSEL является то, что он может выводить чистые и непрерывные лучи и может легко и эффективно соединяться в оптические волокна. Кроме того, стоимость низкая, потому что ее свойства могут быть измерены на пластине. Основным недостатком VCSEL является его низкая выходная мощность, недостаточная скорость регулировки и дополнительный мобильный отражатель. Если добавить оптическую накачку для увеличения выходной мощности, общая сложность будет увеличена, а также увеличатся энергопотребление и стоимость лазера. Основным недостатком перестраиваемого лазера, основанного на этом принципе, является то, что время настройки является относительно медленным, что обычно требует нескольких секунд времени стабилизации настройки.
2.3 Текущий контроль технологии
В отличие от DFB, в перестраиваемых лазерах DBR длина волны изменяется, направляя ток возбуждения в разные части резонатора. Такие лазеры имеют по меньшей мере четыре части: обычно две брэгговские решетки, модуль усиления и фазовый модуль с точной настройкой длины волны. Для этого типа лазера будет много брэгговских решеток на каждом конце. Другими словами, после определенного шага решетки, есть разрыв, затем есть другой шаг решетки, затем есть разрыв, и так далее. Это создает гребнеобразный спектр отражения. Брэгговские решетки на обоих концах лазера генерируют различные гребнеобразные спектры отражения. Когда свет отражается между ними, суперпозиция двух разных спектров отражения приводит к более широкому диапазону длин волн. Схема возбуждения, используемая в этой технологии, довольно сложна, но скорость ее регулировки очень быстрая. Таким образом, общий принцип, основанный на технологии управления током, заключается в изменении тока FBG и части управления фазой в разных положениях перестраиваемого лазера, так что относительный показатель преломления FBG будет изменяться, и будут получены разные спектры. Путем наложения разных спектров, созданных FBG в разных областях, будет выбрана конкретная длина волны, так что будет получена требуемая конкретная длина волны. Laser.
Перестраиваемый лазер, основанный на технологии управления током, имеет структуру SGDBR (отраженный брэгговский отражатель с выборочной решеткой).
Два отражателя на переднем и заднем концах лазерного резонатора имеют свои собственные пики отражения. Регулируя эти два пика отражения путем подачи тока, лазер может выводить волны различной длины.
Два отражателя на стороне лазерного резонатора имеют множество пиков отражения. Когда лазер MGYL работает, ток инжекции настраивает их. Два отраженных света накладываются сумматором / сплиттером 1 * 2. Оптимизация отражательной способности внешнего интерфейса позволяет лазеру достигать высокой выходной мощности во всем диапазоне настройки.
3. Статус отрасли
Перестраиваемые лазеры находятся на переднем крае в области устройств оптической связи, и только несколько крупных компаний оптической связи в мире могут предоставить этот продукт. Представительные компании, такие как SANTUR, основанные на механической настройке MEMS, JDSU, Oclaro, Ignis, AOC на основе текущего регулирования SGBDR и т. Д., Также являются одной из немногих областей оптических устройств, на которые обращали внимание китайские поставщики. Компания Wuhan Aoxin Technologies Co., Ltd. добилась основных преимуществ в высококачественной упаковке перестраиваемых лазеров. Это единственное предприятие в Китае, которое может производить перестраиваемые лазеры партиями. Он был отправлен в Европу и Соединенные Штаты. Производители поставляют.
JDSU использует технологию монолитной интеграции InP для интеграции лазеров и модуляторов в единую платформу для запуска модуля XFP небольшого размера с регулируемыми лазерами. С расширением рынка перестраиваемых лазеров ключом к технологическому развитию этого продукта является миниатюризация и низкая стоимость. В будущем все больше и больше производителей представят упакованные модули XFP с регулируемой длиной волны.
В ближайшие пять лет перестраиваемые лазеры станут горячей точкой. Годовой совокупный темп роста рынка (CAGR) достигнет 37%, а его масштаб достигнет 1,2 млрд. Долларов США в 2012 году, тогда как годовой совокупный темп роста рынка других важных компонентов за тот же период составляет 24% для лазеров с фиксированной длиной волны. 28% для детекторов и приемников и 35% для внешних модуляторов. В 2012 году рынок перестраиваемых лазеров, лазеров с фиксированной длиной волны и фотоприемников для оптических сетей составит 8 миллиардов долларов.
4. Специфическое применение перестраиваемого лазера в оптической связи
Сетевые приложения перестраиваемых лазеров можно разделить на две части: статические приложения и динамические приложения.
В статических приложениях длина волны перестраиваемого лазера устанавливается во время использования и не изменяется со временем. Наиболее распространенным статическим приложением является замена исходных лазеров, то есть в системах передачи с плотным мультиплексированием с разделением по длине волны (DWDM), где перестраиваемый лазер выступает в качестве резервной копии для нескольких лазеров с фиксированной длиной волны и гибких источников, уменьшая количество линий карты, необходимые для поддержки всех длин волн.
В статических приложениях основными требованиями к перестраиваемым лазерам являются цена, выходная мощность и спектральные характеристики, то есть ширина линии и стабильность сопоставимы с лазерами с фиксированной длиной волны, которые он заменяет. Чем шире диапазон длин волн, тем лучше будет соотношение цена-качество без гораздо более высокой скорости регулировки. В настоящее время применение DWDM системы с прецизионным лазером все больше и больше.
В будущем перестраиваемые лазеры, используемые в качестве резервных копий, также будут требовать соответствующих скоростей. Когда плотный канал мультиплексирования с разделением по длине волны выходит из строя, можно автоматически включить настраиваемый лазер для возобновления его работы. Чтобы достичь этой функции, лазер должен быть настроен и заблокирован на неисправной длине волны в 10 миллисекунд или меньше, чтобы гарантировать, что полное время восстановления составляет менее 50 миллисекунд, требуемых синхронной оптической сетью.
В динамических приложениях длина волны перестраиваемых лазеров должна регулярно меняться для повышения гибкости оптических сетей. Такие приложения обычно требуют предоставления динамических длин волн, так что длина волны может быть добавлена или предложена из сегмента сети для размещения требуемой переменной емкости. Предложена простая и более гибкая архитектура ROADM, основанная на использовании как перестраиваемых лазеров, так и перестраиваемых фильтров. Перестраиваемые лазеры могут добавлять определенные длины волн в систему, а перестраиваемые фильтры могут отфильтровывать определенные длины волн из системы. Перестраиваемый лазер также может решить проблему блокировки длины волны при оптическом перекрестном соединении. В настоящее время большинство оптических сшивок используют оптико-электрооптический интерфейс на обоих концах волокна, чтобы избежать этой проблемы. Если для ввода OXC на входном конце используется регулируемый лазер, можно выбрать определенную длину волны, чтобы световая волна достигала конечной точки на чистом пути.
В будущем перестраиваемые лазеры также могут быть использованы для маршрутизации по длине волны и оптической коммутации пакетов.
Маршрутизация по длине волны относится к использованию перестраиваемых лазеров для полной замены сложных полностью оптических коммутаторов простыми фиксированными кросс-коннекторами, так что необходимо изменить сигнал маршрутизации сети. Каждый канал длины волны связан с уникальным адресом назначения, таким образом формируя виртуальное сетевое соединение. При передаче сигналов настраиваемый лазер должен регулировать свою частоту в соответствии с частотой целевого адреса.
Оптическая коммутация пакетов относится к реальной оптической коммутации пакетов, которая передает сигналы путем маршрутизации по длине волны в соответствии с пакетами данных. Для достижения этого режима передачи сигнала перестраиваемый лазер должен иметь возможность переключаться за такое короткое время, как наносекунда, чтобы не генерировать слишком длительную задержку в сети.
В этих приложениях перестраиваемые лазеры могут регулировать длину волны в реальном времени, чтобы избежать блокировки длины волны в сети. Поэтому перестраиваемые лазеры должны иметь больший регулируемый диапазон, более высокую выходную мощность и миллисекундную скорость реакции. Фактически, для большинства динамических приложений требуется настраиваемый оптический мультиплексор или оптический переключатель 1: N для работы с лазером, чтобы гарантировать, что выход лазера может проходить через соответствующий канал в оптическое волокно.
Box optronics
Box optronics
'sales@boxoptronics.com'