Abstimmbare DWDM-Laser - ein kurzer Überblick

Ein abstimmbarer Laser ist ein Laser, dessen Betriebswellenlänge kontrolliert verändert werden kann. Während alle Laserverstärkungsmedien kleine Verschiebungen in der Ausgangswellenlänge ermöglichen, ermöglichen nur wenige Lasertypen eine kontinuierliche Abstimmung über einen signifikanten Wellenlängenbereich.

Um optische Hochleistungsnetzwerke zu ermöglichen, werden DWDM-Systeme eingesetzt, die eine einzige Glasfaser für optische Signale mit mehreren verschiedenen Wellenlängen verwenden. Wellenlängenabstimmbare optische Transceiver werden immer wichtiger als Komponenten, die ROADM - Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer - Funktionalität in Netzwerken der nächsten Generation ermöglichen. Diese Transceiver haben die Eigenschaft, dass ihre Wellenlängen zwischen verschiedenen DWDM-Kanälen umgeschaltet werden können, während sie im Netzwerk verwendet werden. Abstimmbare Sende-Empfänger sind nur in DWDM-Form verfügbar, da das CWDM-Netz zu breit ist. Typischerweise sind diese abstimmbaren Optiken für das C-Band 50GHz. Es können etwa 88 verschiedene Kanäle mit Intervallen von 0,4 nm eingestellt werden, was dem 50GHz-Band entspricht. Diese Optiken beginnen in der Regel von Kanal 16 bis 61, aber dies hängt vom Hersteller des Routers/Switch ab und welche Kanäle er unterstützt.

Funktionsprinzip

Mehrere einzelne Laser werden in einem Stück Silizium eingebaut.

Abstimmbarer Distributed Bragg Reflector (DBR) Laser mit verteiltem Bragg-Reflektor (DBR)
Eine der frühesten Arten von abstimmbaren Lasern ist der verteilte Bragg-Reflektorlaser. Modernere abstimmbare Geräte haben immer noch die gleichen Grundkonzepte und können als eine Weiterentwicklung der DBR-Laser betrachtet werden. Wie beim DFB-Laser führt ein DBR eine periodische Variation des Brechungsindex ein, die effektiv ein Bragg-Gitter oder einen Reflektor erzeugt. Die gespaltene Frontfläche des Gerätes fungiert als zweiter Spiegel. Nur die Wellenlängen in einem bestimmten Zusammenhang mit der Bragg-Periode überleben im Hohlraum. Die Abstimmung erfolgt durch Einspeisung von Strom in den Bragg-Reflektor. Dies führt zu einer Änderung des Brechungsindexes, wodurch sich der Bragg-Peak auf verschiedene Wellenlängen einstellt. Der Phasenabschnitt ist in erster Linie für die Feinabstimmung der Ausgangswellenlänge ausgelegt. Der Abstimmbereich dieser Vorrichtungen ist proportional zur maximalen Änderung des Brechungsindex, typischerweise unter 20 nm.

Gitterunterstützter Co-Richtungskoppler (GACC) Laser

Der gittergestützte codirektionale Koppler (GACC) Laser ist einem DBR im Betrieb sehr ähnlich. Der Zweck dieser Struktur ist es, den Abstimmbereich eines DBR zu erweitern. Das Abstimmungselement ist ein Paar vertikal gestapelter Hohlleiter mit unterschiedlichen Materialeigenschaften und einem Gitter. Diese Änderung führt zu einem größeren Abstimmbereich von über 60 nm.

Abgenommenes Gitter DBR (SG-DBR)

Das abgetastete Gitter DBR ist eine weitere Variante des DBR-Lasers, dessen Hauptunterschied das Vorhandensein eines Paares von Gitterspiegeln an beiden Enden des Hohlraums ist. Die Gitter werden periodisch abgetastet oder ausgeblendet, was zu einer Folge von gleichmäßigen kurzen Abständen führt.
gitternde Explosionen. Wie bei DBR können die Gitter durch Stromeinspeisung abgestimmt werden. Es kann nachgewiesen werden, dass durch differenziertes Abstimmen der Spiegel ein größerer Abstimmbereich erreicht werden kann als mit einem einfachen DBR.

Durchstimmbarer externer Hohlraumlaser (ECL)

Das Hauptmerkmal dieser Architektur besteht darin, dass die Wellenlängenauswahlvorrichtung, die typischerweise ein MEMS oder ein thermisch abstimmbarer Filter ist, aus dem Verstärkungshohlraum herausgefahren wird. Es gibt kein integriertes Gitter im Laserhohlraum wie bei einem DFB oder DBR. Abstimmbare Laser, die mit dieser Technik hergestellt werden, sind in der Regel sehr leistungsstark (13 dBm Ausgangsleistung) und haben eine hohe spektrale Reinheit (SMSR > 50 dB). Zu den Nachteilen gehört, dass eine ECL in der Regel sehr langsam von einer Wellenlänge zur anderen wechselt (in der Größenordnung von Sekunden), außerdem ist bei MEMS-gesteuerten ECL die mechanische Zuverlässigkeit ein Problem.

Die Betriebsfrequenz kann durch ein frequenzselektives Rückkopplungselement definiert werden, das durch die Anwendung von Wärme aus einem Stellglied thermo-optisch abgestimmt wird, ohne die Hohlraummodi im Wesentlichen abzustimmen. Die Konfiguration wird von der Betriebssystemsoftware gesteuert, die für das DWDM-System verwendet wird.

Die thermische Kompensation von Laserresonatoren ist eine Anforderung an Komponenten, die innerhalb der engen absoluten Frequenzbänder der DWDM-Spezifikationen robust arbeiten müssen.

Einsatz von abstimmbaren DWDM-Lasern:

• Sparsam
  Verwenden Sie Tunables, um die Anzahl der Linienkarten zu reduzieren, die für die Sicherung aller verschiedenen Wellenlängen in einem System benötigt werden.
  
  
• Dynamische Bereitstellung
  Die Wellenlänge des abstimmbaren Senders kann nach dem Einsatz des Systems geändert werden.
  
  
• Rekonfigurierbare optische Add/Drop-Multiplexer (ROADMs)
  Es wurde eine einfache, flexiblere Architektur für ROADMs vorgeschlagen, die auf der Verwendung von abstimmbaren Lasern und abstimmbaren Filtern basiert.
  
  
• Optische Querverbindungen
  Abstimmbare Laser können Probleme mit der Wellenlängenblockierung in OXCs beseitigen.
  
  
• Dynamische Wiederherstellung
  Wenn ein DWDM-Kanal ausfällt, kann ein abstimmbarer Laser den Dienst automatisch wiederherstellen.

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