Лазерные технологии: EML vs DML
Трансиверы форм-фактора 100 Гбит/с QSFP28 сегодня активно внедряются, и хотя изначально в их конструкции использовались лазеры с электроабсорбционной модуляцией (EML), быстрый дефицит EML заставил разработчиков оптических трансиверов предложить альтернативное решение с использованием DML (Directly Modulated Lasers).В настоящее время разнообразие доступных продуктов удвоилось, и возникает множество вопросов о различиях между EML и DML решениями с точки зрения характеристик и стоимости.
Что такое лазер?
Лазер - это аббревиатура от "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation". Другими словами, электрический ток подается на материал, называемый "оптической средой усиления", которая возбуждает электроны. Это означает, что электроны в материале обладают дополнительной энергией, и через некоторое время они эту энергию потеряют. Когда они теряют энергию, то высвобождают фотон (частицу света). Испускание фотонов - это и есть "вынужденное излучение" лазера.
В этот момент свет еще слаб. Зеркала, расположенные с обеих сторон, отражают свет туда-сюда и попадают на другие части материала, заставляя их также испускать фотоны, генерируя больше света, - это "усиление света". Когда весь материал производит свет, это называется насыщением и создает очень мощный луч света с очень узкой длиной волны, который мы называем лазерным лучом.
Свет проходит через материал между двумя зеркалами, которые отражают свет туда и обратно. Однако одно из зеркал отражает свет лишь частично, позволяя части света выйти наружу. Выходящий свет образует лазерный луч.
Источник: researchgate.net
DML:
Лазеры DML представляют собой структуру с распределенной обратной связью и дифракционной решеткой в волноводе, обеспечивающей стабильную работу при прямой модуляции, и называются также DFB - лазер с распределенной обратной связью. В DML-лазерах скорость модуляции и расстояние передачи зависят от ширины спектральной линии лазера. Действительно, чем больше ширина спектра, тем выше скорость модуляции (скорость передачи данных) и больше расстояние.По сути, последовательности "1" и "0" накладываются на оптический сигнал путем модуляции тока инжекции, что напоминает включение/выключение электрического сигнала. Поэтому при проектировании DML требуется, чтобы электрический ток непосредственно модулировал оптический сигнал, включая лазер для получения "1" или выключая его для получения "0". Этот модулированный инжекционный ток вырабатывается внешней ИС и подается на лазер для генерации оптического сигнала.
Однако прямая модуляция изменяет свойства лазера, например, его показатель преломления, что приводит к большой хроматической дисперсии. На больших расстояниях (>10 км) характеристики DML ухудшаются из-за большой хроматической дисперсии, более низкой частотной характеристики и относительно низкого коэффициента экстинкции по сравнению с EML.
Сам DML представляет собой одну микросхему и имеет более простую схему электрических цепей для работы. Это позволяет получить более компактную конструкцию и снизить энергопотребление.
EML:
EML - это лазер, интегрированный с внешним модулятором, называемым электроабсорбционным модулятором или EAM, объединенным в одном кристалле.По своей структуре он аналогичен DML. Но, в отличие от DML, в EML модуляция сигнала осуществляется не на электрической, а на EAM стороне. Это означает, что электрический сигнал формирует непрерывный оптический сигнал, а электрический сигнал включения/выключения подается после на EAM, модулирующий оптический сигнал.
В отличие от конструкции DML, в конструкции EML лазер не модулируется напрямую, что позволяет не изменять свойства лазера. EML выгодно использовать в приложениях с высокими скоростями и передачей на большие расстояния благодаря меньшей хроматической дисперсии и стабильной длине волны при работе на высоких скоростях.
Для работы EML требуется большая мощность, а также более сложная электрическая схема.