Tipos de láser: VCSEL, FP, DFB, EML, sintonizables, SiPh

Seis tipos de fuente de luz cubren prácticamente todos los transceptores ópticos fabricados. Se diferencian en cómo se genera la luz, cómo se modula, cuán pura es la longitud de onda — y, por tanto, en coste, alcance y la fibra a la que se adaptan.

De un vistazo

VCSEL — láser de emisión superficial de cavidad vertical

La luz sale perpendicular a la oblea, de modo que los VCSEL se prueban sobre la oblea, se fabrican en matrices y se acoplan a fibra multimodo con lentes simples. Son los láseres más baratos y de menor potencia, y la razón por la que la óptica de corto alcance (SX, SR, SR4, SR8, AOC) cuesta lo que cuesta. Límites: solo 850 nm sobre fibra multimodo, de modo que el alcance lo fija el ancho de banda modal — aproximadamente 550 m a 1G, 300–400 m a 10G en OM3/OM4, 100 m a 25G, 70–100 m a 50G PAM4. La tasa por carril tiene un techo cerca de 100G PAM4, razón por la cual el 800G SR8 fue la última generación de VCSEL planificada a escala. Véase chip-on-board.

FP — Fabry–Pérot

El láser de emisión lateral más simple: dos facetas clivadas forman la cavidad y emite en varios modos longitudinales a la vez. Ese espectro ancho se dispersa en la fibra (dispersión cromática), de modo que los láseres FP están limitados a tasas bajas y alcances monomodo cortos — 1000BASE-LX a 10 km, 2 km a 2,5G. Barato, sin enfriar, hoy en gran parte obsoleto.

DFB — realimentación distribuida

Una rejilla grabada a lo largo de la región activa fuerza un único modo longitudinal: anchura de línea estrecha, longitud de onda estable y potencia suficiente para 10–40 km. Los DFB de modulación directa (DML) son el caballo de batalla de los 10G LR, 25G LR, CWDM4 y los SFP CWDM de color; una deriva de ~0,1 nm/°C es aceptable para una sola longitud de onda o un espaciado CWDM de 20 nm, de modo que funcionan sin enfriar. Para DWDM el mismo láser se coloca sobre un TEC para mantener una ranura de 50 GHz. La modulación directa añade chirp — la longitud de onda se desplaza al conmutar la corriente — que, a través de la dispersión, limita el alcance del DML a unos 40 km a 10G y a unos 10 km a 25G.

EML — láser modulado externamente

Un EML mantiene el DFB en funcionamiento de onda continua y modula la luz con un modulador de electroabsorción (EAM) integrado en el mismo chip. Sin chirp del láser, alta relación de extinción y velocidades de 25G/50G/100G por carril hacen del EML la elección para 10G ER/ZR, 100G LR4/ER4 (cuatro EML LAN-WDM), 400G FR4/LR4/DR4 y 800G. Normalmente enfriado por estabilidad de longitud de onda; mayor coste y consumo que el DFB.

Láseres sintonizables

Para DWDM sin mantener una existencia de 96 referencias de color, una fuente sintonizable: un láser DBR (sintonizado por corriente en secciones de rejilla), un láser de cavidad externa, o un ITLA — conjunto de láser sintonizable integrable — con variantes micro-ITLA y nano-ITLA lo bastante pequeñas para SFP+ y QSFP-DD. La sintonización es térmica o eléctrica en toda la banda C; un bloqueador de longitud de onda mantiene el canal. Véase Transceptores DWDM sintonizables.

Fotónica de silicio (SiPh)

El silicio no puede emitir luz láser, pero puede modular y encaminar la luz extremadamente bien. Un transceptor SiPh usa un láser CW externo de InP (un láser puede alimentar varios carriles) y un chip de silicio que porta moduladores de Mach-Zehnder o de anillo, guías de onda, un mux WDM y a menudo los fotodiodos de germanio. La fabricación CMOS de volumen, el tamaño reducido y la integración sencilla hacen que SiPh domine en 100G PSM4/DR, 400G DR4, 800G DR8 y en los moduladores coherentes de 400ZR/ZR+. El láser sigue siendo la parte de InP que envejece.

Modulación directa frente a externa

Cómo saber qué lleva un módulo

Los bytes de identidad dicen poco sobre el láser directamente, pero tres campos lo sugieren: longitud de onda (850 → VCSEL; 1310 → FP/DFB/EML/SiPh; 1550/DWDM → DFB/EML/sintonizable), código de alcance y tasa. El DDM confirma el cuadro: el Tx bias de un VCSEL está en unos pocos mA, el de un DFB en 20–60 mA, el de un EML enfriado aún más alto, y una subida del bias a lo largo de meses es el láser envejeciendo (Averías). Qué láser corresponde a qué factor de forma y tasa se mapea en Láseres por factor de forma y tasa de datos.

Cómo envejece cada tipo de láser y cómo se ve su corriente de bias en DDM a lo largo de su vida: Tx bias y envejecimiento del láser.

Cómo se empaquetan, alinean y protegen de reflexiones los láseres: Empaquetado óptico; cómo cuatro de ellos comparten una fibra y cómo los DWDM mantienen su longitud de onda: WDM dentro del módulo.

Deriva de longitud de onda, umbral y vida útil frente a la temperatura, y los grados comercial/industrial construidos sobre ellos: Grados de temperatura.

Cómo la anchura espectral y el chirp de estos láseres se convierten en penalizaciones de dispersión cromática y límites de alcance: Dispersión y ancho de banda.