1. Sơ lượt
Trong lĩnh vực truyền thông quang học, các nguồn sáng truyền thống dựa trên các môđun laser có bước sóng cố định. Với sự phát triển và ứng dụng không ngừng của hệ thống thông tin quang học, những nhược điểm của tia laser có bước sóng cố định dần được bộc lộ. Mặt khác, với sự phát triển của công nghệ DWDM, số bước sóng trong hệ thống đã lên tới hàng trăm. Trong trường hợp bảo vệ, bản sao lưu của mỗi tia laser phải được thực hiện bởi cùng một bước sóng. Cung cấp laser dẫn đến sự gia tăng số lượng laser dự phòng và chi phí; mặt khác, do laze cố định cần phân biệt bước sóng nên loại laze tăng lên cùng với sự gia tăng của số bước sóng, điều này làm cho mức độ phức tạp trong quản lý và tồn kho; mặt khác, nếu chúng ta muốn hỗ trợ phân bổ bước sóng động trong mạng quang và cải thiện tính linh hoạt của mạng, chúng ta cần trang bị một số lượng lớn các sóng khác nhau. Laser cố định lâu nhưng hiệu suất sử dụng của mỗi tia laser rất thấp, gây lãng phí tài nguyên. Để khắc phục những thiếu sót này, với sự phát triển của công nghệ bán dẫn và các công nghệ liên quan, laser có thể điều chỉnh được đã được phát triển thành công, tức là các bước sóng khác nhau trong một băng thông nhất định được điều khiển trên cùng một mô-đun laser, và các giá trị bước sóng và khoảng cách này đáp ứng các yêu cầu của ITU-T.
Đối với mạng quang thế hệ tiếp theo, các tia laser có thể điều chỉnh được là yếu tố then chốt để hiện thực hóa mạng quang thông minh, có thể cung cấp cho các nhà khai thác tính linh hoạt cao hơn, tốc độ cung cấp bước sóng nhanh hơn và cuối cùng là chi phí thấp hơn. Trong tương lai, mạng quang đường dài sẽ là thế giới của các hệ thống động theo bước sóng. Các mạng này có thể đạt được sự ấn định bước sóng mới trong một thời gian rất ngắn. Do sử dụng công nghệ truyền dẫn khoảng cách cực xa nên không cần sử dụng bộ tái sinh nên tiết kiệm được nhiều chi phí. Laser có thể điều chỉnh được dự kiến sẽ cung cấp các công cụ mới cho các mạng truyền thông trong tương lai để quản lý bước sóng, cải thiện hiệu quả mạng và phát triển các mạng quang thế hệ tiếp theo. Một trong những ứng dụng hấp dẫn nhất là bộ ghép kênh bổ sung quang học có thể cấu hình lại (ROADM). Các hệ thống mạng có thể cấu hình lại động sẽ xuất hiện trên thị trường mạng và các loại laser có thể điều chỉnh với phạm vi điều chỉnh lớn sẽ được yêu cầu nhiều hơn.
2. Nguyên tắc và đặc điểm kỹ thuật
Có ba loại công nghệ điều khiển cho laser có thể điều chỉnh: công nghệ điều khiển hiện tại, công nghệ điều khiển nhiệt độ và công nghệ điều khiển cơ học. Trong số đó, công nghệ điều khiển điện tử thực hiện điều chỉnh bước sóng bằng cách thay đổi dòng điện phun. Nó có tốc độ điều chỉnh mức ns và băng thông điều chỉnh rộng, nhưng công suất đầu ra của nó nhỏ. Các công nghệ được điều khiển bằng điện tử chính là laser SG-DBR (Lưới lấy mẫu DBR) và GCSR (Phản xạ lấy mẫu theo hướng khớp nối có hỗ trợ). Công nghệ kiểm soát nhiệt độ thay đổi bước sóng đầu ra của tia laser bằng cách thay đổi chiết suất của vùng hoạt động của tia laser. Công nghệ này đơn giản, nhưng chậm, băng thông có thể điều chỉnh hẹp, chỉ vài nanomet. Laser DFB (Phản hồi phân tán) và DBR (Phản xạ Bragg phân tán) là các công nghệ chính dựa trên việc kiểm soát nhiệt độ. Điều khiển cơ học chủ yếu dựa trên công nghệ của hệ thống cơ điện tử vi mô (MEMS) để hoàn thành việc lựa chọn bước sóng, với băng thông điều chỉnh lớn hơn và công suất đầu ra cao hơn. Các cấu trúc chính dựa trên công nghệ điều khiển cơ học là DFB (Phản hồi phân tán), ECL (Laser khoang ngoài) và VCSEL (Laser phát xạ bề mặt khoang dọc). Nguyên tắc của laser có thể điều chỉnh được từ các khía cạnh này sẽ được giải thích dưới đây. Trong số đó, công nghệ có thể điều chỉnh hiện tại, là công nghệ phổ biến nhất, được nhấn mạnh.
2.1 Công nghệ kiểm soát nhiệt độ
Công nghệ điều khiển dựa trên nhiệt độ chủ yếu được sử dụng trong cấu trúc DFB, nguyên lý của nó là điều chỉnh nhiệt độ của khoang laser, để nó có thể phát ra các bước sóng khác nhau. Việc điều chỉnh bước sóng của laser có thể điều chỉnh dựa trên nguyên tắc này được thực hiện bằng cách kiểm soát sự biến đổi của laser InGaAsP DFB hoạt động trong một phạm vi nhiệt độ nhất định. Thiết bị bao gồm một thiết bị khóa sóng tích hợp (một máy đo tiêu chuẩn và một máy dò giám sát) để khóa đầu ra laser CW vào lưới ITU ở khoảng cách 50 GHz. Nói chung, hai TEC riêng biệt được đóng gói trong thiết bị. Một là kiểm soát bước sóng của chip laser, hai là đảm bảo khóa và bộ dò nguồn trong thiết bị hoạt động ở nhiệt độ ổn định.
Ưu điểm lớn nhất của các loại laser này là hiệu suất của chúng tương tự như laser có bước sóng cố định. Chúng có các đặc điểm của công suất đầu ra cao, ổn định bước sóng tốt, hoạt động đơn giản, chi phí thấp và công nghệ hoàn thiện. Tuy nhiên, có hai nhược điểm chính: một là chiều rộng điều chỉnh của một thiết bị hẹp, thường chỉ vài nanomet; khác là thời gian điều chỉnh dài, thường đòi hỏi thời gian ổn định điều chỉnh vài giây.
2.2 Công nghệ điều khiển cơ khí
Công nghệ điều khiển cơ thường được thực hiện bằng cách sử dụng MEMS. Một tia laser có thể điều chỉnh được dựa trên công nghệ điều khiển cơ học sử dụng cấu trúc MEMs-DFB.
Các tia laser có thể điều chỉnh được bao gồm mảng laser DFB, thấu kính EMS có thể nghiêng và các bộ phận điều khiển và phụ trợ khác.
Có một số mảng laser DFB trong khu vực mảng laser DFB, mỗi mảng có thể tạo ra một bước sóng cụ thể với băng thông khoảng 1,0 nm và khoảng cách 25 Ghz. Bằng cách kiểm soát góc quay của thấu kính MEMs, bước sóng cụ thể cần thiết có thể được chọn để tạo ra bước sóng ánh sáng cụ thể cần thiết.
Mảng Laser DFB
Một loại laser có thể điều chỉnh khác dựa trên cấu trúc VCSEL được thiết kế dựa trên laser phát xạ bề mặt khoang thẳng đứng được bơm quang học. Công nghệ khoang bán đối xứng được sử dụng để điều chỉnh bước sóng liên tục bằng cách sử dụng MEMS. Nó bao gồm một laser bán dẫn và một bộ cộng hưởng khuếch đại laser thẳng đứng có thể phát ra ánh sáng trên bề mặt. Có một gương phản xạ di động ở một đầu của bộ cộng hưởng, có thể thay đổi chiều dài của bộ cộng hưởng và bước sóng laser. Ưu điểm chính của VCSEL là nó có thể phát ra chùm tia thuần túy và liên tục, đồng thời có thể được ghép nối thành sợi quang một cách dễ dàng và hiệu quả. Hơn nữa, chi phí thấp vì các đặc tính của nó có thể được đo trên tấm wafer. Nhược điểm chính của VCSEL là công suất đầu ra thấp, tốc độ điều chỉnh không đủ và thêm một bộ phản xạ di động. Nếu một máy bơm quang học được thêm vào để tăng công suất đầu ra, thì độ phức tạp tổng thể sẽ tăng lên, đồng thời tăng mức tiêu thụ điện năng và chi phí của tia laser. Nhược điểm chính của laser có thể điều chỉnh dựa trên nguyên tắc này là thời gian điều chỉnh tương đối chậm, thường đòi hỏi thời gian ổn định điều chỉnh vài giây.
2.3 Công nghệ điều khiển hiện tại
Không giống như DFB, trong laser DBR có thể điều chỉnh được, bước sóng được thay đổi bằng cách hướng dòng điện kích thích đến các phần khác nhau của bộ cộng hưởng. Những tia laser như vậy có ít nhất bốn phần: thường là hai cách tử Bragg, một mô-đun khuếch đại và một mô-đun pha có điều chỉnh bước sóng tốt. Đối với loại laser này, sẽ có nhiều cách tử Bragg ở mỗi đầu. Nói cách khác, sau một cách tử cao độ nhất định, có một khoảng cách, sau đó có một cách tử cao độ khác, sau đó có một khoảng cách, v.v. Điều này tạo ra một phổ phản xạ giống như chiếc lược. Cách tử Bragg ở cả hai đầu của tia laser tạo ra các phổ phản xạ giống như chiếc lược khác nhau. Khi ánh sáng phản xạ qua lại giữa chúng, sự chồng chất của hai phổ phản xạ khác nhau dẫn đến một dải bước sóng rộng hơn. Mạch kích từ sử dụng trong công nghệ này khá phức tạp, nhưng tốc độ điều chỉnh của nó rất nhanh. Vì vậy, nguyên tắc chung dựa trên công nghệ điều khiển hiện tại là thay đổi dòng điện của FBG và phần điều khiển pha ở các vị trí khác nhau của tia laser điều chỉnh được, do đó chiết suất tương đối của FBG sẽ thay đổi, và các phổ khác nhau sẽ được tạo ra. Bằng cách chồng các phổ khác nhau do FBG tạo ra ở các vùng khác nhau, bước sóng cụ thể sẽ được chọn, do đó bước sóng cụ thể cần thiết sẽ được tạo ra. Tia laze.
Một tia laser có thể điều chỉnh được dựa trên công nghệ điều khiển hiện tại sử dụng cấu trúc SGDBR (Bộ phản xạ Bragg phân tán lưới lấy mẫu).
Hai gương phản xạ ở đầu trước và sau của bộ cộng hưởng laser có các đỉnh phản xạ riêng. Bằng cách điều chỉnh hai đỉnh phản xạ này bằng cách đưa dòng điện vào, tia laser có thể phát ra các bước sóng khác nhau.
Hai mặt phản xạ ở mặt bên của máy cộng hưởng laze có nhiều cực đại phản xạ. Khi laser MGYL hoạt động, dòng điện tiêm sẽ điều chỉnh chúng. Hai đèn phản xạ được chồng lên nhau bởi bộ kết hợp / bộ chia 1 * 2. Việc tối ưu hóa khả năng phản xạ của mặt trước cho phép laser đạt được công suất phát cao trong toàn bộ dải điều chỉnh.
3. Tình trạng ngành
Laser có thể điều chỉnh được đi đầu trong lĩnh vực thiết bị thông tin quang và chỉ có một số công ty truyền thông quang học lớn trên thế giới có thể cung cấp sản phẩm này. Các công ty đại diện như SANTUR dựa trên điều chỉnh cơ học của MEMS, JDSU, Oclaro, Ignis, AOC dựa trên quy định hiện hành của SGBDR, v.v., cũng là một trong số ít lĩnh vực thiết bị quang học mà các nhà cung cấp Trung Quốc đã tham gia. Wuhan Aoxin Technologies Co., Ltd. đã đạt được những lợi thế cốt lõi trong việc đóng gói cao cấp của laser có thể điều chỉnh. Đây là doanh nghiệp duy nhất ở Trung Quốc có thể sản xuất các loại laser có thể điều chỉnh được theo lô. Nó đã được vận chuyển đến Châu Âu và Hoa Kỳ. Các nhà sản xuất cung cấp.
JDSU sử dụng công nghệ tích hợp nguyên khối InP để tích hợp laser và bộ điều biến vào một nền tảng duy nhất để khởi chạy mô-đun XFP kích thước nhỏ với các tia laser có thể điều chỉnh. Với sự mở rộng của thị trường laser có thể điều chỉnh, chìa khóa cho sự phát triển công nghệ của sản phẩm này là thu nhỏ và chi phí thấp. Trong tương lai, ngày càng nhiều nhà sản xuất sẽ giới thiệu các mô-đun bước sóng có thể điều chỉnh được đóng gói XFP.
Trong năm năm tới, laser có thể điều chỉnh được sẽ là một điểm nóng. Tốc độ tăng trưởng tổng hợp hàng năm (CAGR) của thị trường sẽ đạt 37% và quy mô của nó sẽ đạt 1,2 tỷ đô la Mỹ vào năm 2012, trong khi tốc độ tăng trưởng tổng hợp hàng năm của thị trường linh kiện quan trọng khác trong cùng thời kỳ là 24% đối với laser bước sóng cố định , 28% cho máy dò và máy thu, và 35% cho bộ điều chế bên ngoài. Năm 2012, thị trường laser có thể điều chỉnh, laser có bước sóng cố định và bộ tách sóng quang cho mạng quang sẽ đạt tổng giá trị 8 tỷ USD.
4. Ứng dụng cụ thể của Laser có thể điều chỉnh được trong giao tiếp quang học
Các ứng dụng mạng của laser có thể điều chỉnh được có thể được chia thành hai phần: ứng dụng tĩnh và ứng dụng động.
Trong các ứng dụng tĩnh, bước sóng của tia laser có thể điều chỉnh được thiết lập trong quá trình sử dụng và không thay đổi theo thời gian. Ứng dụng tĩnh phổ biến nhất là thay thế cho laser nguồn, tức là trong hệ thống truyền dẫn ghép kênh phân chia bước sóng dày đặc (DWDM), trong đó laser có thể điều chỉnh hoạt động như một bản sao lưu cho nhiều laser có bước sóng cố định và laser nguồn linh hoạt, giảm số lượng dòng cần có thẻ để hỗ trợ tất cả các bước sóng khác nhau.
Trong các ứng dụng tĩnh, các yêu cầu chính đối với laser có thể điều chỉnh là giá cả, công suất đầu ra và đặc tính quang phổ, có nghĩa là, độ rộng đường truyền và độ ổn định có thể so sánh với laser có bước sóng cố định mà nó thay thế. Dải bước sóng càng rộng thì tỷ lệ hiệu suất-giá càng tốt mà không cần tốc độ điều chỉnh nhanh hơn nhiều. Hiện nay, việc ứng dụng hệ thống DWDM với tia laser điều chỉnh chính xác ngày càng nhiều.
Trong tương lai, các tia laser có thể điều chỉnh được sử dụng làm bản sao lưu cũng sẽ yêu cầu tốc độ tương ứng nhanh. Khi một kênh ghép kênh phân chia bước sóng dày đặc bị lỗi, một tia laser có thể điều chỉnh có thể được bật tự động để tiếp tục hoạt động của nó. Để đạt được chức năng này, laser phải được điều chỉnh và khóa ở bước sóng không đạt trong 10 mili giây hoặc ít hơn, để đảm bảo rằng toàn bộ thời gian khôi phục nhỏ hơn 50 mili giây theo yêu cầu của mạng quang đồng bộ.
Trong các ứng dụng động, bước sóng của laser có thể điều chỉnh được yêu cầu thay đổi thường xuyên để nâng cao tính linh hoạt của mạng quang. Các ứng dụng như vậy thường yêu cầu cung cấp các bước sóng động để một bước sóng có thể được thêm vào hoặc đề xuất từ một phân đoạn mạng để đáp ứng công suất thay đổi cần thiết. Kiến trúc ROADMs đơn giản và linh hoạt hơn đã được đề xuất, dựa trên việc sử dụng cả laser có thể điều chỉnh và bộ lọc điều chỉnh được. Các laser có thể điều chỉnh được có thể thêm các bước sóng nhất định vào hệ thống và các bộ lọc có thể điều chỉnh có thể lọc ra các bước sóng nhất định khỏi hệ thống. Laser có thể điều chỉnh được cũng có thể giải quyết vấn đề chặn bước sóng trong kết nối chéo quang học. Hiện tại, hầu hết các liên kết chéo quang sử dụng giao diện quang điện-quang ở cả hai đầu của sợi quang để tránh vấn đề này. Nếu một tia laser có thể điều chỉnh được sử dụng để đầu vào OXC ở đầu vào, thì một bước sóng nhất định có thể được chọn để đảm bảo rằng sóng ánh sáng đến điểm cuối theo một đường rõ ràng.
Trong tương lai, laser có thể điều chỉnh được cũng có thể được sử dụng trong định tuyến theo bước sóng và chuyển mạch gói quang.
Định tuyến theo bước sóng đề cập đến việc sử dụng các tia laser có thể điều chỉnh được để thay thế hoàn toàn các thiết bị chuyển mạch quang phức tạp bằng các đầu nối chéo cố định đơn giản, do đó tín hiệu định tuyến của mạng cần được thay đổi. Mỗi kênh bước sóng được kết nối với một địa chỉ đích duy nhất, do đó tạo thành một kết nối ảo mạng. Khi truyền tín hiệu, laser điều chỉnh được phải điều chỉnh tần số của nó thành tần số tương ứng của địa chỉ mục tiêu.
Chuyển mạch gói quang đề cập đến chuyển mạch gói quang thực truyền tín hiệu bằng cách định tuyến bước sóng theo gói dữ liệu. Để đạt được phương thức truyền tín hiệu này, laser có thể điều chỉnh phải có khả năng chuyển đổi trong thời gian ngắn như nano giây, để không tạo ra độ trễ thời gian quá dài trong mạng.
Trong các ứng dụng này, laser có thể điều chỉnh được có thể điều chỉnh bước sóng trong thời gian thực để tránh chặn bước sóng trong mạng. Do đó, laser có thể điều chỉnh phải có phạm vi điều chỉnh lớn hơn, công suất phát cao hơn và tốc độ phản ứng mili giây. Trên thực tế, hầu hết các ứng dụng động đều yêu cầu bộ ghép kênh quang có thể điều chỉnh hoặc bộ chuyển mạch quang 1: N hoạt động với laser để đảm bảo rằng đầu ra laser có thể đi qua kênh thích hợp vào sợi quang.
