1. Ikuspegi orokorra
Komunikazio optikoaren alorrean, ohiko argi iturriak uhin-luzera finkoko laser moduluetan oinarritzen dira. Komunikazio-sistema optikoen etengabeko garapenarekin eta aplikazioarekin, uhin-luzera finkoko laserren desabantailak azaleratzen dira pixkanaka. Alde batetik, DWDM teknologiaren garapenarekin, sistemako uhin-luzera ehunkaetara iritsi da. Babesaren kasuan, laser bakoitzaren babeskopia uhin-luzera berean egin behar da. Laser hornidura babeskopia laser kopurua eta kostua handitzea dakar; bestalde, laser finkoek uhin-luzera bereizi behar dutenez, laser motak uhin-luzera-kopurua handitu ahala handitu egiten dira, eta horrek kudeaketa konplexutasuna eta inbentario-maila konplexuago bihurtzen ditu; bestalde, sare optikoetan uhin-luzera dinamikoaren esleipena lagundu eta sarearen malgutasuna hobetu nahi badugu, uhin ezberdin ugari hornitu behar ditugu. Laser finko luzea, baina laser bakoitzaren erabilera-tasa oso baxua da, baliabideak xahutzea eraginez. Gabezia horiek gainditzeko, erdieroaleen eta erlazionatutako teknologien garapenarekin batera, sintonizagarriak diren laserrak arrakastaz garatu dira, hau da, banda-zabalera jakin baten barruan uhin-luzera desberdinak kontrolatzen dira laser-modulu berean, eta uhin-luzera-balio eta tarte horiek ITU-T-ren eskakizunak betetzen dituzte.
Hurrengo belaunaldiko sare optikorako, sintonizagarriak diren laserrak funtsezko faktorea dira sare optiko adimenduna gauzatzeko, eta horrek operadoreei malgutasun handiagoa, uhin-luzera hornitzeko abiadura azkarragoa eta kostu txikiagoa eskain diezaieke. Etorkizunean, distantzia luzeko sare optikoak uhin-luzera sistema dinamikoen mundua izango dira. Sare hauek uhin-luzera esleipen berria lor dezakete oso denbora laburrean. Distantzia ultra-luzeko transmisio-teknologia erabiltzeagatik, ez dago birsorgailurik erabili beharrik, eta horrek diru asko aurrezten du. Laser sintonizagarriak etorkizuneko komunikazio-sareetarako tresna berriak eskaintzea espero da, uhin-luzera kudeatzeko, sarearen eraginkortasuna hobetzeko eta hurrengo belaunaldiko sare optikoak garatzeko. Aplikazio erakargarrienetako bat gehigarri optikoko multiplexer (ROADM) birkonfiguragarria da. Sare-sistema dinamiko birkonfiguragarriak sare-merkatuan agertuko dira, eta erregulazio-esparru handia duten laser sintonizagarriak gehiago beharko dira.
2. Printzipio eta Ezaugarri Teknikoak
Laser sintonizagarrietarako hiru kontrol-teknologia mota daude: egungo kontrol-teknologia, tenperatura kontrolatzeko teknologia eta kontrol mekaniko-teknologia. Horien artean, elektronikoki kontrolatutako teknologiak uhin-luzera sintonizatzen du injekzio-korrontea aldatuz. Ns mailako sintonizazio abiadura eta sintonizazio banda zabalera zabala ditu, baina irteerako potentzia txikia da. Elektronikoki kontrolatutako teknologia nagusiak SG-DBR (Sampling Grating DBR) eta GCSR (Assisted Grating Directional Coupled Back Sampling Reflection) laserrak dira. Tenperatura kontrolatzeko teknologiak laserren irteerako uhin-luzera aldatzen du laserren eskualde aktiboaren errefrakzio-indizea aldatuz. Teknologia sinplea da, baina motela, erregulagarria den banda-zabalera estua, nanometro gutxi batzuk besterik ez. DFB (Distributed Feedback) eta DBR (Distributed Bragg Reflection) laserrak dira tenperatura kontrolatzean oinarritutako teknologia nagusiak. Kontrol mekanikoa sistema mikro-elektro-mekanikoaren (MEMS) teknologian oinarritzen da batez ere uhin-luzera hautatzea osatzeko, banda-zabalera erregulagarri handiagoarekin eta irteera-potentzia handiagoarekin. Kontrol mekanikoko teknologian oinarritutako egitura nagusiak DFB (Distributed Feedback), ECL (External Cavity Laser) eta VCSEL (Vertical Cavity Surface Emission Laser) dira. Alderdi hauetatik sintonizatzeko laserren printzipioa azalduko da jarraian. Horien artean, egungo teknologia sintonizagarria azpimarratzen da, hau da, ezagunena.
2.1 Tenperatura Kontrolatzeko Teknologia
Tenperaturan oinarritutako kontrol teknologia DFB egituran erabiltzen da batez ere, bere printzipioa laser barrunbearen tenperatura doitzea da, uhin-luzera desberdinak igorri ahal izateko. Printzipio honetan oinarritutako laser erregulagarri baten uhin-luzera doitzea tenperatura tarte jakin batean lan egiten duen InGaAsP DFB laserren aldakuntza kontrolatuz gauzatzen da. Gailuak uhin-blokeatzeko gailu integratuta ditu (neurgailu estandarra eta monitorizazio-detektagailu bat) CW laser irteera ITU sarean blokeatzeko 50 GHz-ko tartean. Oro har, bi TEC bereizi daude gailuan kapsulatzen. Bata laser txiparen uhin-luzera kontrolatzea da, eta bestea gailuko blokeoa eta potentzia-detektagailuak tenperatura konstantean funtzionatzen duela ziurtatzea da.
Laser hauen abantailarik handiena uhin-luzera finkoko laserren antzekoa dela da. Irteerako potentzia handiko ezaugarriak dituzte, uhin-luzeraren egonkortasun ona, funtzionamendu sinplea, kostu baxua eta teknologia heldua. Hala ere, bi eragozpen nagusi daude: bata da gailu bakar baten sintonizazio-zabalera estua dela, normalean nanometro gutxi batzuk baino ez direla; bestea, afinazio-denbora luzea dela, eta horrek normalean zenbait segundo behar ditu afinazio-egonkortasun-denbora.
2.2 Kontrol Mekanikoko Teknologia
Kontrol mekanikoko teknologia, oro har, MEMS erabiliz ezartzen da. Kontrol mekanikoko teknologian oinarritutako laser sintonizagarri batek MEMs-DFB egitura hartzen du.
Laser sintonizagarriak DFB laser-matrizeak, EMS lente inklinagarriak eta beste kontrol eta pieza osagarri batzuk daude.
Hainbat DFB laser-matrize daude DFB laser-matrizearen eremuan, eta horietako bakoitzak 1,0 nm inguruko banda-zabalera eta 25 Ghz-ko tartea duen uhin-luzera zehatz bat sor dezake. MEM lenteen biraketa-angelua kontrolatuz, beharrezkoa den uhin-luzera espezifikoa hauta daiteke argiaren uhin-luzera zehatza ateratzeko.
DFB Laser Array
VCSEL egituran oinarritutako beste laser sintonizagarri bat barrunbe bertikaleko gainazal igorleen laserretan oinarrituta diseinatu da. Barrunbe erdi-simetrikoen teknologia MEMS erabiliz uhin-luzera etengabeko sintonizazioa lortzeko erabiltzen da. Laser erdieroale batek eta gainazalean argia igor dezakeen laser irabazi bertikaleko erresonagailu batek osatzen dute. Erresonagailuaren mutur batean islagailu mugikor bat dago, eta horrek erresonagailuaren luzera eta laser-uhin-luzera alda ditzake. VCSELen abantaila nagusia izpi puruak eta jarraituak atera ditzakeela da, eta zuntz optikoetan erraz eta eraginkortasunez lotu daitekeela. Gainera, kostua baxua da, bere propietateak oblean neur daitezkeelako. VCSEL-en desabantaila nagusia irteera-potentzia baxua, doikuntza-abiadura nahikoa eza eta islagailu mugikor gehigarria da. Irteerako potentzia handitzeko ponpa optiko bat gehitzen bada, konplexutasun orokorra handituko da eta laserren energia-kontsumoa eta kostua handituko dira. Printzipio honetan oinarritutako sintonizatzeko laserraren desabantaila nagusia sintonizazio-denbora nahiko motela dela da, eta horrek normalean sintonizazio-egonkortze-denbora hainbat segundo behar ditu.
2.3 Korrontea Kontrolatzeko Teknologia
DFB ez bezala, sintonizatutako DBR laserretan, uhin-luzera aldatzen da korronte zirraragarria erresonagailuaren zati ezberdinetara bideratuz. Laserrek gutxienez lau zati dituzte: normalean bi Bragg sare, irabazi-modulu bat eta uhin-luzera sintonizatzeko fase-modulu bat. Laser mota honetarako, mutur bakoitzean Bragg sare asko egongo dira. Beste era batera esanda, sare-pilot jakin baten ondoren, hutsune bat dago, gero sare-pilot ezberdin bat dago, gero hutsune bat dago, eta abar. Honek orrazi antzeko isla-espektro bat sortzen du. Laserraren bi muturretako Bragg sareek orrazi-itxurako islapen-espektro desberdinak sortzen dituzte. Argia haien artean batera eta bestera islatzen denean, bi islapen-espektro ezberdinen gainjartzeak uhin-luzera zabalagoa lortzen du. Teknologia honetan erabiltzen den kitzikapen-zirkuitua nahiko konplexua da, baina bere doikuntza-abiadura oso azkarra da. Beraz, egungo kontrol-teknologian oinarritutako printzipio orokorra FBG-ren korrontea eta fase-kontroleko zatia laser sintonizagarriaren posizio desberdinetan aldatzea da, FBG-ren errefrakzio-indize erlatiboa aldatuko da eta espektro desberdinak sortuko dira. FBGk ekoitzitako espektro desberdinak eskualde ezberdinetan gainjarriz, uhin-luzera espezifikoa hautatuko da, behar den uhin-luzera espezifikoa sortuko da horrela. Laserra.
Egungo kontrol teknologian oinarritutako laser sintonizagarri batek SGDBR (Sampled Grating Distributed Bragg Reflector) egitura hartzen du.
Laser erresonagailuaren aurreko eta atzeko muturretan dauden bi islagailuek beren isla-gailurrak dituzte. Bi islapen gailu hauek korrontea injektatuz doituz, laserrak uhin-luzera desberdinak atera ditzake.
Laser erresonagailuaren alboan dauden bi islatzaileek islapen gailur anitz dituzte. MGYL laserrak funtzionatzen duenean, injekzio-korronteak sintonizatzen ditu. Bi argi islatuak 1*2 konbinatzaile/zatitzaile baten bidez gainjartzen dira. Aurrealdeko erreflektibitatea optimizatzeak laserrari potentzia handia lortzeko aukera ematen du sintonia-esparru osoan.
3. Industriaren egoera
Laser sintonizagarriak komunikazio optikoko gailuen alorrean abangoardian daude, eta munduko komunikazio optikoko enpresa handi batzuek baino ezin dute eman produktu hau. MEMS-en sintonizazio mekanikoan oinarritutako SANTUR, Oclaro, Ignis, SGBDR egungo araudian oinarritutako AOC eta abar bezalako enpresa ordezkariak ere Txinako hornitzaileek hatz egin duten gailu optikoen arlo bakanetako bat dira. Wuhan Aoxin Technologies Co., Ltd.-k oinarrizko abantailak lortu ditu sintonizatutako laserren goi-mailako ontzietan. Laser sintonizagarriak loteka ekoitzi ditzakeen Txinan enpresa bakarra da. Europara eta Estatu Batuetara bildu da. Fabrikatzaileak hornitzea.
JDSUk InP integrazio monolitikoaren teknologia erabiltzen du laserrak eta modulatzaileak plataforma bakarrean integratzeko, tamaina txikiko XFP modulu bat laser doigarriekin abiarazteko. Laser sintonizagarriaren merkatuaren hedapenarekin, produktu honen garapen teknologikorako gakoa miniaturizazioa eta kostu baxua da. Etorkizunean, gero eta fabrikatzaile gehiagok sartuko dituzte XFP paketaturiko uhin-luzera erregulagarriko moduluak.
Datozen bost urteetan, laser sintonizagarriak puntu beroa izango dira. Merkatuaren urteko hazkunde-tasa konposatua (CAGR) % 37ra iritsiko da eta bere eskala 1.200 mila milioi dolarra iritsiko da 2012an, aldi berean beste osagai garrantzitsuen merkatuaren urteko hazkunde-tasa % 24koa da uhin-luzera finkoko laserretarako. , %28 detektagailu eta hargailuentzat, eta %35 kanpoko modulatzaileentzat. 2012an, sintonizatzeko laser, uhin-luzera finkoko laser eta sare optikoetarako fotodetektagailuen merkatua 8.000 mila milioi dolarrekoa izango da.
4. Laser sintonizagarriaren berariazko aplikazioa Komunikazio Optikoan
Laser sintonizagarrien sareko aplikazioak bi zatitan bana daitezke: aplikazio estatikoak eta aplikazio dinamikoak.
Aplikazio estatikoetan, sintonizagarria den laser baten uhin-luzera erabileran zehar ezartzen da eta ez da aldatzen denborarekin. Aplikazio estatiko ohikoena iturri-laseren ordezkoa da, hau da, uhin-luzera trinkoaren zatiketa-multiplexaziorako (DWDM) transmisio-sistemetan, non sintonizagarria den laser batek uhin-luzera finkoko laser askoren eta iturburu malguko laserren babeskopia gisa funtzionatzen duen, linea kopurua murriztuz. uhin-luzera desberdinak onartzen dituzten txartelak.
Aplikazio estatikoetan, sintonizagarrien laserren baldintza nagusiak prezioa, irteera-potentzia eta ezaugarri espektralak dira, hau da, lerro-zabalera eta egonkortasuna ordezkatzen dituen uhin-luzera finkoko laserrekin parekoak dira. Zenbat eta uhin-luzera zabalagoa izan, orduan eta hobea izango da errendimendu-prezio erlazioa, doikuntza-abiadura askoz azkarragorik gabe. Gaur egun, DWDM sistemaren aplikazioa zehaztasun sintonizagarria den laser batekin gero eta gehiago da.
Etorkizunean, segurtasun-kopia gisa erabiltzen diren sintonizatzeko laserrak ere dagozkion abiadura azkarrak beharko ditu. Uhin-luzera zatitzeko multiplexazio kanal trinko batek huts egiten duenean, laser erregulagarri bat automatikoki gaitu daiteke bere funtzionamenduari ekiteko. Funtzio hori lortzeko, laserra sintonizatu eta blokeatu egin behar da huts egindako uhin-luzeran 10 milisegundo edo gutxiagotan, sare optiko sinkronoak behar dituen berreskurapen-denbora osoa 50 milisegundo baino gutxiagokoa izan dadin.
Aplikazio dinamikoetan, sintonizagarrien laserren uhin-luzera aldizka aldatu behar da sare optikoen malgutasuna hobetzeko. Horrelako aplikazioek, oro har, uhin-luzera dinamikoak hornitzea eskatzen dute, sare-segmentu batetik uhin-luzera bat gehitu edo proposatu ahal izateko behar den ahalmen aldakorrari egokitzeko. ROADMen arkitektura sinple eta malguagoa proposatu da, eta sintonizagarriak diren laser eta iragazki sintonizagarrien erabileran oinarritzen dena. Laser sintonizagarriek uhin-luzera jakin batzuk gehi ditzakete sistemari, eta sintonizatutako iragazkiek sistematik zenbait uhin-luzera iragazi ditzakete. Laser sintonizagarriak gurutze-konexio optikoan uhin-luzera blokeatzeko arazoa ere konpondu dezake. Gaur egun, lotura gurutzatu optiko gehienek interfaze optiko-elektro-optikoa erabiltzen dute zuntzaren bi muturretan arazo hori saihesteko. Sarrerako muturrean OXC sartzeko laser erregulagarri bat erabiltzen bada, uhin-luzera jakin bat hauta daiteke argi-uhina amaierako puntura bide garbi batean iristen dela ziurtatzeko.
Etorkizunean, sintonizagarriak diren laserrak uhin-luzera bideratzerakoan eta pakete-kommutazio optikoetan ere erabil daitezke.
Uhin-luzera bideratzeak sintonizagarriak diren laserrak erabiltzeari egiten dio erreferentzia, etengailu optiko konplexuak guztiz ordezkatzeko gurutze-konektore finko sinpleekin, sarearen bideratze-seinalea aldatu behar izateko. Uhin-luzera-kanal bakoitza helmuga-helbide bakar batera konektatzen da, eta horrela sare-konexio birtual bat osatuz. Seinaleak igortzerakoan, sintonizagarria den laserrak bere maiztasuna egokitu behar du xede helbideari dagokion maiztasunera.
Pakete-kommutazio optikoa, datu-paketeen arabera uhin-luzera bideratzearen bidez seinaleak igortzen dituen benetako pakete-kommutazioari deritzo. Seinalearen transmisio-modu hori lortzeko, sintonizatzeko laserrak nanosegundo bezain denbora laburrean aldatzeko gai izan behar du, sarean denbora-atzerapen handiegia ez sortzeko.
Aplikazio hauetan, sintonizatutako laserrak uhin-luzera denbora errealean doi ditzakete sarean uhin-luzera blokeatzea ekiditeko. Hori dela eta, sintonizagarriak diren laserrak irismen erregulagarri handiagoa, irteera potentzia handiagoa eta milisegundoko erreakzio-abiadura izan behar ditu. Izan ere, aplikazio dinamiko gehienek sintonizagarria den multiplexer optiko bat edo 1:N etengailu optiko bat behar dute laserarekin lan egiteko, laser irteera kanal egokitik zuntz optikora igaro daitekeela ziurtatzeko.
