1. Ringkesan
Ing bidang komunikasi optik, sumber cahya tradisional adhedhasar modul laser dawa gelombang tetep. Kanthi pangembangan lan aplikasi sistem komunikasi optik sing terus-terusan, kekurangan laser dawa gelombang tetep dicethakake. Ing tangan siji, kanthi pangembangan teknologi DWDM, jumlah gelombang ing sistem wis tekan atusan. Ing kasus proteksi, serep saben laser kudu digawe kanthi dawa gelombang sing padha. sumber Laser ndadékaké kanggo Tambah ing nomer serep laser lan biaya; ing tangan liyane, amarga laser tetep kudu mbedakake dawa gelombang, jinis laser mundhak karo Tambah nomer dawa gelombang, kang ndadekake kerumitan Manajemen lan tingkat persediaan luwih Komplek; ing tangan liyane, yen kita pengin ndhukung alokasi dawa gelombang dinamis ing jaringan optik lan nambah keluwesan jaringan, kita kudu nglengkapi nomer akeh gelombang beda. Laser tetep dawa, nanging tingkat pemanfaatan saben laser sithik banget, nyebabake sampah sumber daya. Kanggo ngatasi kekurangan kasebut, kanthi pangembangan semikonduktor lan teknologi sing gegandhengan, laser tunable wis kasil dikembangake, yaiku dawa gelombang sing beda ing bandwidth tartamtu dikontrol ing modul laser sing padha, lan nilai-nilai lan jarak gelombang kasebut nyukupi syarat ITU-T.
Kanggo jaringan optik generasi sabanjure, laser tunable minangka faktor kunci kanggo nyadari jaringan optik sing cerdas, sing bisa nyedhiyakake operator kanthi keluwesan sing luwih gedhe, kacepetan pasokan dawane gelombang sing luwih cepet lan biaya sing luwih murah. Ing mangsa ngarep, jaringan optik jarak adoh bakal dadi jagad sistem dinamis dawa gelombang. Jaringan kasebut bisa entuk tugas dawa gelombang anyar ing wektu sing cendhak. Amarga nggunakake teknologi transmisi ultra-long-distance, ora perlu nggunakake regenerator, sing ngirit dhuwit akeh. Laser Tunable samesthine bakal nyedhiyani piranti anyar kanggo jaringan komunikasi mangsa kanggo ngatur dawa gelombang, nambah efisiensi jaringan lan ngembangaken jaringan optik generasi sabanjuré. Salah sawijining aplikasi sing paling menarik yaiku multiplexer add-drop optik sing bisa dikonfigurasi ulang (ROADM). Sistem jaringan reconfigurable dinamis bakal katon ing pasar jaringan, lan laser tunable karo sawetara luwes gedhe bakal dibutuhake liyane.
2. Prinsip Teknis lan Karakteristik
Ana telung jinis teknologi kontrol kanggo laser tunable: teknologi kontrol saiki, teknologi kontrol suhu lan teknologi kontrol mechanical. Antarane wong-wong mau, teknologi kontrol elektronik nyadari tuning dawa gelombang kanthi ngganti saiki injeksi. Nduwe kacepetan tuning level ns lan bandwidth tuning sing amba, nanging daya outpute cilik. Teknologi kontrol elektronik utama yaiku laser SG-DBR (Sampling Grating DBR) lan GCSR (Assisted Grating Directional Coupled Back Sampling Reflection). Teknologi kontrol suhu ngganti dawa gelombang output laser kanthi ngganti indeks bias saka wilayah aktif laser. Teknologi iki prasaja, nanging alon, bandwidth luwes sempit, mung sawetara nanometer. DFB (Distributed Feedback) lan DBR (Distributed Bragg Reflection) laser minangka teknologi utama adhedhasar kontrol suhu. Kontrol mekanik utamane adhedhasar teknologi sistem mikro-elektro-mekanik (MEMS) kanggo ngrampungake pilihan dawa gelombang, kanthi bandwidth luwes sing luwih gedhe lan daya output sing luwih dhuwur. Struktur utama adhedhasar teknologi kontrol mekanik yaiku DFB (Distributed Feedback), ECL (External Cavity Laser) lan VCSEL (Vertical Cavity Surface Emission Laser). Prinsip laser tunable saka aspek kasebut bakal diterangake ing ngisor iki. Antarane wong-wong mau, ditekanake teknologi tunable saiki, sing paling populer.
2.1 Teknologi Kontrol Suhu
Teknologi kontrol adhedhasar suhu utamané dipigunakaké ing struktur DFB, prinsipe kanggo nyetel suhu rongga laser, supaya bisa ngetokake dawa gelombang sing beda. Imbuhan dawa gelombang saka laser luwes adhedhasar prinsip iki diwujudake kanthi ngontrol variasi laser InGaAsP DFB sing digunakake ing sawetara suhu tartamtu. Piranti kasebut kalebu piranti ngunci gelombang sing dibangun (ukuran standar lan detektor pemantauan) kanggo ngunci output laser CW menyang kothak ITU kanthi interval 50 GHz. Umumé, loro TECs kapisah encapsulated ing piranti. Siji kanggo ngontrol dawa gelombang chip laser, lan liyane kanggo mesthekake yen kunci lan detektor daya ing piranti bisa digunakake ing suhu pancet.
Kauntungan paling gedhe saka laser iki yaiku kinerja sing padha karo laser dawa gelombang tetep. Padha duwe karakteristik daya output dhuwur, stabilitas dawa gelombang apik, operasi prasaja, biaya kurang lan teknologi diwasa. Nanging, ana rong kekurangan utama: siji yaiku jembar tuning piranti siji sing sempit, biasane mung sawetara nanometer; liyane iku wektu tuning dawa, kang biasane mbutuhake sawetara detik wektu stabilitas tuning.
2.2 Teknik Kontrol Mekanik
Teknologi kontrol mekanik umume ditindakake kanthi nggunakake MEMS. Laser tunable adhedhasar teknologi kontrol mekanik nganggo struktur MEMs-DFB.
Laser Tunable kalebu susunan laser DFB, lensa EMS tiltable lan kontrol liyane lan bagean tambahan.
Ana sawetara array laser DFB ing area array laser DFB, sing saben bisa ngasilake dawa gelombang tartamtu kanthi bandwidth kira-kira 1,0 nm lan jarak 25 Ghz. Kanthi ngontrol sudut rotasi lensa MEMs, dawa gelombang spesifik sing dibutuhake bisa dipilih kanggo ngasilake dawa gelombang cahya sing dibutuhake.
DFB Laser Array
Laser tunable liyane adhedhasar struktur VCSEL dirancang adhedhasar optically pumped vertikal-rongga lumahing-emitting laser. Teknologi rongga semi-simetris digunakake kanggo entuk tuning dawa gelombang sing terus-terusan kanthi nggunakake MEMS. Iki kalebu laser semikonduktor lan resonator gain laser vertikal sing bisa ngetokake cahya ing permukaan. Ana reflektor sing bisa dipindhah ing salah sawijining ujung resonator, sing bisa ngganti dawa resonator lan dawa gelombang laser. Kauntungan utama VCSEL yaiku bisa ngasilake sinar murni lan terus-terusan, lan bisa digabungake kanthi gampang lan efektif menyang serat optik. Kajaba iku, regane murah amarga sifate bisa diukur ing wafer. Kerugian utama VCSEL yaiku daya output sing kurang, kecepatan penyesuaian sing ora cukup, lan reflektor seluler tambahan. Yen pompa optik ditambahake kanggo nambah daya output, kerumitan sakabèhé bakal tambah, lan konsumsi daya lan biaya laser bakal tambah. Kerugian utama laser tunable adhedhasar prinsip iki yaiku wektu tuning relatif alon, sing biasane mbutuhake sawetara detik wektu stabilisasi tuning.
2.3 Teknologi Kontrol Saiki
Boten kados DFB, ing laser DBR tunable, dawa gelombang diganti dening ngarahake saiki macem kanggo macem-macem bagean saka resonator ing. laser kuwi duwe paling patang bagean: biasane loro Bragg gratings, modul gain lan modul phase karo tuning dawa gelombang nggoleki. Kanggo jinis laser iki, bakal ana akeh Bragg gratings ing saben pungkasan. Tegesipun, sasampunipun kisi-kisi tartemtu, wonten sela-selanipun, salajengipun wonten kisi-kisi ingkang beda, lajeng wonten longkangan, lan sanes-sanesipun. Iki ngasilake spektrum refleksi kaya sisir. Kisi-kisi Bragg ing loro ujung laser ngasilake spektrum pemantulan kaya sisir sing beda. Nalika cahya nggambarake bolak-balik ing antarane, superposisi saka rong spektrum pemantulan sing beda nyebabake jarak gelombang sing luwih akeh. Sirkuit eksitasi sing digunakake ing teknologi iki cukup rumit, nanging kacepetan pangaturan kasebut cepet banget. Dadi prinsip umum adhedhasar teknologi kontrol saiki kanggo ngganti saiki saka FBG lan bagean kontrol phase ing posisi beda saka laser tunable, supaya indeks bias relatif saka FBG bakal ngganti, lan spektrum beda bakal diprodhuksi. Kanthi superimposing spektrum beda diprodhuksi dening FBG ing wilayah beda, dawa gelombang tartamtu bakal dipilih, supaya dawa gelombang tartamtu dibutuhake bakal kui. Laser.
Laser tunable adhedhasar teknologi kontrol saiki nganggo struktur SGDBR (Sampled Grating Distributed Bragg Reflector).
Loro reflektor ing ngarep lan mburi mburi resonator laser duwe puncak bayangan dhewe. Kanthi nyetel rong puncak refleksi iki kanthi nyuntikake arus, laser bisa ngasilake dawa gelombang sing beda.
Loro reflektor ing sisih resonator laser duwe sawetara puncak refleksi. Nalika laser MGYL dianggo, injeksi saiki nyetel. Loro lampu sing dibayangke ditumpangi dening combiner / splitter 1 * 2. Ngoptimalake reflektivitas saka ngarep-mburi mbisakake laser kanggo entuk output daya dhuwur ing kabeh tuning sawetara.
3. Status industri
Laser Tunable ana ing ngarep ing bidang piranti komunikasi optik, lan mung sawetara perusahaan komunikasi optik gedhe ing donya sing bisa nyedhiyakake produk iki. Perusahaan perwakilan kayata SANTUR adhedhasar tuning mekanik MEMS, JDSU, Oclaro, Ignis, AOC adhedhasar regulasi saiki SGBDR, lan liya-liyane, uga minangka salah sawijining sawetara piranti optik sing disedhiyakake pemasok Cina. Wuhan Aoxin Technologies Co., Ltd. wis entuk kaluwihan inti ing kemasan laser tunable dhuwur. Iki minangka siji-sijine perusahaan ing China sing bisa ngasilake laser tunable ing batch. Iku wis batched kanggo Eropah lan Amerika Serikat. Produsen nyedhiyakake.
JDSU nggunakake teknologi integrasi monolitik InP kanggo nggabungake laser lan modulator menyang platform siji kanggo miwiti modul XFP ukuran cilik kanthi laser sing bisa diatur. Kanthi ekspansi pasar laser tunable, kunci pangembangan teknologi produk iki yaiku miniaturisasi lan biaya murah. Ing mangsa ngarep, luwih akeh manufaktur bakal ngenalake modul dawa gelombang sing bisa diatur XFP.
Ing limang taun sabanjure, laser tunable bakal dadi titik panas. Tingkat pertumbuhan komposit taunan (CAGR) pasar bakal tekan 37% lan ukurane bakal tekan 1,2 milyar dolar AS ing 2012, dene tingkat pertumbuhan komposit taunan saka pasar komponen penting liyane ing wektu sing padha yaiku 24% kanggo laser dawa gelombang tetep. , 28% kanggo detektor lan panrima, lan 35% kanggo modulator eksternal. Ing 2012, pasar kanggo laser tunable, laser dawa gelombang tetep lan photodetector kanggo jaringan optik bakal total $8 milyar.
4. Aplikasi Khusus Laser Tunable ing Komunikasi Optik
Aplikasi jaringan laser tunable bisa dipérang dadi rong bagéan: aplikasi statis lan aplikasi dinamis.
Ing aplikasi statis, dawa gelombang saka laser tunable disetel nalika nggunakake lan ora ngganti karo wektu. Aplikasi statis sing paling umum minangka pengganti laser sumber, yaiku ing sistem transmisi multiplexing wavelength wavelength (DWDM), ing ngendi laser tunable tumindak minangka cadangan kanggo sawetara laser dawa gelombang tetep lan laser sumber fleksibel, ngurangi jumlah baris. kertu dibutuhake kanggo ndhukung kabeh dawa gelombang beda.
Ing aplikasi statis, syarat utama kanggo laser tunable yaiku rega, daya output lan karakteristik spektral, yaiku, linewidth lan stabilitas bisa dibandhingake karo laser dawa gelombang tetep sing diganti. Sing luwih akeh dawane gelombang, rasio kinerja-rega bakal luwih apik, tanpa kacepetan pangaturan sing luwih cepet. Ing saiki, aplikasi saka sistem DWDM karo tliti tunable laser liyane lan liyane.
Ing mangsa ngarep, laser tunable digunakake minangka serep uga mbutuhake kacepetan cocog cepet. Nalika saluran multiplexing divisi dawa gelombang sing padhet gagal, laser sing bisa diatur bisa diaktifake kanthi otomatis kanggo nerusake operasi. Kanggo entuk fungsi iki, laser kudu disetel lan dikunci ing dawa gelombang gagal ing 10 milliseconds utawa kurang, supaya minangka kanggo mesthekake yen kabeh wektu Recovery kurang saka 50 milliseconds dibutuhake dening jaringan optik sinkron.
Ing aplikasi dinamis, dawa gelombang laser tunable dibutuhake kanggo ngganti ajeg kanggo nambah keluwesan jaringan optik. Aplikasi kasebut umume mbutuhake panyedhiya dawa gelombang dinamis supaya dawa gelombang bisa ditambahake utawa diusulake saka segmen jaringan kanggo nampung kapasitas sing beda-beda. A arsitektur ROADMs prasaja lan luwih fleksibel wis ngajokaken, kang adhedhasar nggunakake loro laser tunable lan saringan tunable. Laser Tunable bisa nambah dawa gelombang tartamtu kanggo sistem, lan saringan tunable bisa nyaring dawa gelombang tartamtu saka sistem. Laser tunable uga bisa ngatasi masalah pamblokiran dawa gelombang ing sambungan silang optik. Saiki, umume sambungan silang optik nggunakake antarmuka optik-elektro-optik ing loro ujung serat kanggo ngindhari masalah iki. Yen laser luwes digunakake kanggo input OXC ing mburi input, dawa gelombang tartamtu bisa dipilih kanggo mesthekake yen gelombang cahya tekan titik pungkasan ing dalan cetha.
Ing mangsa ngarep, laser tunable uga bisa digunakake ing rute dawa gelombang lan ngoper paket optik.
Nuntun dawa gelombang nuduhake nggunakake laser tunable kanggo ngganti lengkap ngalih kabeh-optik Komplek karo salib-konektor tetep prasaja, supaya sinyal nuntun jaringan kudu diganti. Saben saluran dawa gelombang disambungake menyang alamat tujuan unik, saéngga mbentuk sambungan virtual jaringan. Nalika ngirim sinyal, laser tunable kudu nyetel frekuensi kanggo frekuensi cocog saka alamat target.
Ngoper paket optik nuduhake ngoper paket optik nyata sing ngirim sinyal kanthi rute dawa gelombang miturut paket data. Kanggo entuk mode transmisi sinyal iki, laser tunable kudu bisa ngalih ing wektu sing cendhak kaya nanodetik, supaya ora ngasilake wektu tundha sing suwe banget ing jaringan.
Ing aplikasi iki, laser tunable bisa nyetel dawa gelombang ing wektu nyata kanggo nyegah dawa gelombang Watesan ing jaringan. Mulane, laser tunable kudu sawetara luwes luwih gedhe, daya output luwih lan kacepetan reaksi millisecond. Nyatane, paling aplikasi dinamis mbutuhake multiplexer optik tunable utawa 1: N ngalih optik kanggo bisa karo laser kanggo mesthekake yen output laser bisa nembus saluran cocok menyang serat optik.
