1. Преглед
У области оптичких комуникација, традиционални извори светлости су засновани на ласерским модулима фиксне таласне дужине. Континуираним развојем и применом оптичких комуникационих система постепено се откривају недостаци ласера фиксне таласне дужине. С једне стране, развојем ДВДМ технологије, број таласних дужина у систему достигао је стотине. У случају заштите, резервна копија сваког ласера мора бити направљена истом таласном дужином. Снабдевање ласером доводи до повећања броја резервних ласера и трошкова; с друге стране, пошто фиксни ласери треба да разликују таласну дужину, тип ласера се повећава са повећањем броја таласне дужине, што чини сложеност управљања и ниво залиха сложенијим; с друге стране, ако желимо да подржимо динамичку алокацију таласних дужина у оптичким мрежама и побољшамо флексибилност мреже, потребно је да опремимо велики број различитих таласа. Дуго фиксиран ласер, али стопа коришћења сваког ласера је веома ниска, што резултира губитком ресурса. За превазилажење ових недостатака, развојем полупроводничких и сродних технологија, успешно су развијени подесиви ласери, односно на истом ласерском модулу се контролише различите таласне дужине у оквиру одређеног опсега, а ове вредности таласне дужине и размака испуњавају захтеве ИТУ-Т.
За следећу генерацију оптичких мрежа, подесиви ласери су кључни фактор за реализацију интелигентне оптичке мреже, која може пружити оператерима већу флексибилност, већу брзину снабдевања таласном дужином и на крају ниже трошкове. У будућности, оптичке мреже на великим удаљеностима биће свет динамичких система таласних дужина. Ове мреже могу постићи нову доделу таласних дужина за врло кратко време. Због употребе технологије преноса на ултра велике удаљености, нема потребе за коришћењем регенератора, што штеди много новца. Очекује се да ће подесиви ласери обезбедити нове алате за будуће комуникационе мреже за управљање таласном дужином, побољшање ефикасности мреже и развој оптичких мрежа следеће генерације. Једна од најатрактивнијих апликација је реконфигурабилни оптички адд-дроп мултиплексер (РОАДМ). На мрежном тржишту ће се појавити динамички реконфигурабилни мрежни системи, а више ће бити потребни подесиви ласери са великим подесивим дометом.
2. Технички принципи и карактеристике
Постоје три врсте технологија управљања подесивим ласерима: технологија контроле струје, технологија контроле температуре и технологија механичке контроле. Међу њима, електронски контролисана технологија остварује подешавање таласне дужине променом струје убризгавања. Има брзину подешавања на нивоу нс и широк опсег подешавања, али је његова излазна снага мала. Главне електронски контролисане технологије су СГ-ДБР (Самплинг Гратинг ДБР) и ГЦСР (Ассистед Гратинг Дирецтионал Цоуплед Бацк Самплинг Рефлецтион) ласери. Технологија контроле температуре мења излазну таласну дужину ласера променом индекса преламања активног региона ласера. Технологија је једноставна, али спора, узак подесиви пропусни опсег, само неколико нанометара. ДФБ (Дистрибутед Феедбацк) и ДБР (Дистрибутед Брагг Рефлецтион) ласери су главне технологије засноване на контроли температуре. Механичка контрола је углавном заснована на технологији микро-електро-механичког система (МЕМС) за комплетирање одабира таласне дужине, са већим подесивим пропусним опсегом и већом излазном снагом. Главне структуре засноване на технологији механичке контроле су ДФБ (Дистрибутед Феедбацк), ЕЦЛ (Ласер за спољашњу шупљину) и ВЦСЕЛ (Ласер са вертикалном шупљином површине). Принцип подесивих ласера са ових аспеката биће објашњен у наставку. Међу њима је наглашена актуелна подесива технологија, која је најпопуларнија.
2.1 Технологија контроле температуре
Технологија контроле заснована на температури се углавном користи у ДФБ структури, њен принцип је да прилагоди температуру ласерске шупљине, тако да може емитовати различите таласне дужине. Подешавање таласне дужине подесивог ласера заснованог на овом принципу се остварује контролом варијације ИнГаАсП ДФБ ласера који ради у одређеном температурном опсегу. Уређај се састоји од уграђеног уређаја за закључавање таласа (стандардни мерач и детектор за праћење) за закључавање излаза ЦВ ласера на ИТУ мрежу у интервалу од 50 ГХз. Генерално, два одвојена ТЕЦ-а су инкапсулирана у уређају. Један је да контролише таласну дужину ласерског чипа, а други је да обезбеди да детектор закључавања и снаге у уређају раде на константној температури.
Највећа предност ових ласера је то што су њихове перформансе сличне перформансама ласера фиксне таласне дужине. Имају карактеристике велике излазне снаге, добре стабилности таласне дужине, једноставног рада, ниске цене и зреле технологије. Међутим, постоје два главна недостатка: један је да је ширина подешавања једног уређаја уска, обично само неколико нанометара; други је да је време подешавања дуго, што обично захтева неколико секунди времена стабилности подешавања.
2.2 Технологија механичког управљања
Технологија механичког управљања се углавном имплементира коришћењем МЕМС-а. Ласер који се може подесити заснован на технологији механичке контроле усваја МЕМс-ДФБ структуру.
Ласери који се могу подешавати укључују ДФБ ласерске низове, ЕМС сочива са нагибом и друге контролне и помоћне делове.
Постоји неколико ДФБ ласерских низова у области ДФБ ласерског низа, од којих сваки може произвести одређену таласну дужину са пропусним опсегом од око 1,0 нм и размаком од 25 Гхз. Контролисањем угла ротације МЕМс сочива, потребна специфична таласна дужина се може изабрати да би се произвела потребна специфична таласна дужина светлости.
ДФБ ласерски низ
Још један подесиви ласер заснован на ВЦСЕЛ структури је дизајниран на основу оптички пумпаних ласера који емитују површину вертикалне шупљине. Технологија полусиметричне шупљине се користи за постизање континуираног подешавања таласне дужине коришћењем МЕМС-а. Састоји се од полупроводничког ласера и резонатора вертикалног ласерског појачања који може да емитује светлост на површини. На једном крају резонатора налази се покретни рефлектор, који може да промени дужину резонатора и таласну дужину ласера. Главна предност ВЦСЕЛ-а је то што може да емитује чисте и континуалне зраке и може се лако и ефикасно упарити у оптичка влакна. Штавише, цена је ниска јер се њена својства могу мерити на плочици. Главни недостатак ВЦСЕЛ-а је његова мала излазна снага, недовољна брзина подешавања и додатни мобилни рефлектор. Ако се дода оптичка пумпа да би се повећала излазна снага, укупна сложеност ће се повећати, а потрошња енергије и цена ласера ће се повећати. Главни недостатак подесивог ласера заснованог на овом принципу је то што је време подешавања релативно споро, што обично захтева неколико секунди времена стабилизације подешавања.
2.3 Технологија контроле струје
За разлику од ДФБ, у подесивим ДБР ласерима, таласна дужина се мења усмеравањем узбудљиве струје на различите делове резонатора. Такви ласери имају најмање четири дела: обично две Брегове решетке, модул појачања и фазни модул са финим подешавањем таласне дужине. За ову врсту ласера, на сваком крају ће бити много Браггових решетки. Другим речима, након одређеног корака решетке, постоји празнина, затим постоји другачији корак решетке, затим постоји празнина, итд. Ово производи спектар рефлексије налик на чешаљ. Брегове решетке на оба краја ласера стварају различите спектре рефлексије попут чешља. Када се светлост рефлектује напред-назад између њих, суперпозиција два различита спектра рефлексије резултира ширим опсегом таласних дужина. Коло побуде које се користи у овој технологији је прилично сложено, али је брзина његовог подешавања веома велика. Дакле, општи принцип заснован на технологији управљања струјом је да се промени струја ФБГ и део контроле фазе у различитим позицијама подесивог ласера, тако да ће се релативни индекс преламања ФБГ променити, и да ће се производити различити спектри. Суперпонирањем различитих спектра које производи ФБГ у различитим регионима, одређена таласна дужина ће бити одабрана, тако да ће се генерисати потребна специфична таласна дужина. Ласер.
Ласер који се може подесити заснован на тренутној технологији управљања усваја СГДБР (Самплед Гратинг Дистрибутед Брагг Рефлецтор) структуру.
Два рефлектора на предњем и задњем крају ласерског резонатора имају своје врхове рефлексије. Подешавањем ова два врха рефлексије убризгавањем струје, ласер може да емитује различите таласне дужине.
Два рефлектора на страни ласерског резонатора имају вишеструке врхове рефлексије. Када МГИЛ ласер ради, струја убризгавања их подешава. Два рефлектована светла су суперпонирана помоћу 1*2 комбинатора/разделника. Оптимизација рефлективности предњег дела омогућава ласеру да постигне велику излазну снагу у целом опсегу подешавања.
3. Статус индустрије
Ласери који се могу подешавати су на челу области оптичких комуникационих уређаја, а само неколико великих компанија за оптичку комуникацију у свету може да обезбеди овај производ. Представничке компаније као што је САНТУР заснован на механичком подешавању МЕМС-а, ЈДСУ, Оцларо, Игнис, АОЦ заснован на СГБДР тренутној регулацији, итд., Такође су једна од ретких области оптичких уређаја које су кинески добављачи користили. Вухан Аокин Тецхнологиес Цо., Лтд. је постигао кључне предности у врхунском паковању подесивих ласера. То је једино предузеће у Кини које може да производи подесиве ласере у серијама. Дошло је до Европе и Сједињених Држава. Произвођачи снабдевају.
ЈДСУ користи технологију ИнП монолитне интеграције да интегрише ласере и модулаторе у једну платформу за лансирање КСФП модула мале величине са подесивим ласерима. Са експанзијом тржишта подесивих ласера, кључ технолошког развоја овог производа је минијатуризација и ниска цена. У будућности, све више произвођача ће представити модуле подесиве таласне дужине у пакету са КСФП.
У наредних пет година, подесиви ласери ће бити врућа тачка. Годишња стопа раста композита (ЦАГР) тржишта ће достићи 37% и његова скала ће достићи 1,2 милијарде америчких долара у 2012. години, док је годишња стопа раста композита на тржишту осталих важних компоненти у истом периоду 24% за ласере фиксне таласне дужине. , 28% за детекторе и пријемнике и 35% за екстерне модулаторе. У 2012. години, тржиште подесивих ласера, ласера фиксне таласне дужине и фотодетектора за оптичке мреже износиће укупно 8 милијарди долара.
4. Специфична примена подесивог ласера у оптичкој комуникацији
Мрежне апликације подесивих ласера могу се поделити на два дела: статичке апликације и динамичке апликације.
У статичким апликацијама, таласна дужина подесивог ласера се подешава током употребе и не мења се током времена. Најчешћа статичка примена је као замена за изворне ласере, односно у системима преноса са мултиплексирањем густе таласне дужине (ДВДМ), где подесиви ласер делује као резервна копија за више ласера са фиксном таласном дужином и ласера са флексибилним извором, смањујући број линија. картице потребне да подрже све различите таласне дужине.
У статичким применама, главни захтеви за подесивим ласерима су цена, излазна снага и спектралне карактеристике, то јест, ширина линије и стабилност су упоредиви са ласерима фиксне таласне дужине које замењује. Што је шири опсег таласних дужина, то ће бити бољи однос перформанси и цене, без много веће брзине прилагођавања. Тренутно је све више примена ДВДМ система са прецизним подесивим ласером.
У будућности ће подесиви ласери који се користе као резервне копије такође захтевати велике одговарајуће брзине. Када канал за мултиплексирање густе таласне дужине поквари, подесиви ласер се може аутоматски омогућити да настави са радом. Да би се постигла ова функција, ласер мора бити подешен и закључан на неуспешној таласној дужини за 10 милисекунди или мање, како би се осигурало да је цело време опоравка мање од 50 милисекунди које захтева синхрона оптичка мрежа.
У динамичким апликацијама, таласна дужина подесивих ласера мора се редовно мењати како би се побољшала флексибилност оптичких мрежа. Такве апликације генерално захтевају обезбеђивање динамичких таласних дужина тако да се таласна дужина може додати или предложити из мрежног сегмента како би се прилагодио тражени променљиви капацитет. Предложена је једноставна и флексибилнија РОАДМ архитектура, која се заснива на коришћењу и подесивих ласера и подесивих филтера. Ласери који се могу подешавати могу да додају одређене таласне дужине систему, а подесиви филтери могу да филтрирају одређене таласне дужине из система. Ласер који се може подесити такође може да реши проблем блокирања таласне дужине у оптичком унакрсном повезивању. Тренутно, већина оптичких унакрсних веза користи оптичко-електро-оптички интерфејс на оба краја влакна да би се избегао овај проблем. Ако се подесиви ласер користи за унос ОКСЦ на улазном крају, одређена таласна дужина се може изабрати како би се осигурало да светлосни талас достигне крајњу тачку на чистој путањи.
У будућности, подесиви ласери могу се користити и за рутирање таласних дужина и оптичку комутацију пакета.
Рутирање таласне дужине се односи на употребу подесивих ласера за потпуну замену сложених потпуно оптичких прекидача једноставним фиксним унакрсним конекторима, тако да је потребно променити сигнал рутирања мреже. Сваки канал таласне дужине повезан је са јединственом одредишном адресом, формирајући тако мрежну виртуелну везу. Када емитује сигнале, подесиви ласер мора да прилагоди своју фреквенцију одговарајућој фреквенцији циљне адресе.
Оптичка комутација пакета се односи на стварну оптичку комутацију пакета која преноси сигнале путем таласне дужине према пакетима података. Да би се постигао овај начин преноса сигнала, подесиви ласер мора бити у стању да се пребаци у тако кратком времену као што је наносекунда, како не би створио предуго временско кашњење у мрежи.
У овим апликацијама, подесиви ласери могу подесити таласну дужину у реалном времену како би избегли блокирање таласне дужине у мрежи. Због тога, подесиви ласери морају имати већи подесиви опсег, већу излазну снагу и брзину реакције у милисекунди. У ствари, већина динамичких апликација захтева подесиви оптички мултиплексер или 1:Н оптички прекидач за рад са ласером како би се осигурало да ласерски излаз може да прође кроз одговарајући канал у оптичко влакно.
