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Abstimmbare DWDM-Laser – ein kurzer Überblick

  • Abstimmbare DWDM-Laser – ein kurzer Überblick Fiber-Mart.com
  • Post on Freitag 22 Mai, 2020
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Ein abstimmbarer Laser ist ein Laser, dessen Betriebswellenlänge auf kontrollierte Weise geändert werden kann. Während alle Laserverstärkungsmedien kleine Verschiebungen der Ausgangswellenlänge zulassen, ermöglichen nur wenige Lasertypen eine kontinuierliche Abstimmung über einen signifikanten Wellenlängenbereich.
 
Um optische Netzwerke mit hoher Kapazität zu ermöglichen, werden DWDM-Systeme eingesetzt, die eine einzige optische Faser für optische Signale mehrerer verschiedener Wellenlängen verwenden. Wellenlängenabstimmbare optische Transceiver werden als Komponenten, die ROADM-Funktionalität (Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer) ermöglichen, immer wichtiger in Netzwerken der nächsten Generation. Diese Transceiver zeichnen sich dadurch aus, dass ihre Wellenlängen während der Nutzung im Netzwerk zwischen verschiedenen DWDM-Kanälen umgeschaltet werden können. Abstimmbare Transceiver sind nur in DWDM-Form verfügbar, da das CWDM-Gitter zu breit ist. Typischerweise sind diese abstimmbaren Optiken für das C-Band 50 GHz vorgesehen. Es können rund 88 verschiedene Kanäle mit Abständen von 0,4 nm eingestellt werden, was dem 50-GHz-Band entspricht. Diese Optiken reichen normalerweise von Kanal 16 bis 61, aber das hängt vom Hersteller des Routers/Switches und den unterstützten Kanälen ab.
 
Arbeitsprinzip
Mehrere einzelne Laser sind in einem Stück Silizium eingebaut.
 
Abstimmbarer Distributed Bragg Reflector (DBR)-Laser
Einer der frühesten Typen abstimmbarer Laser ist der verteilte Bragg-Reflektorlaser. Modernere abstimmbare Geräte nutzen immer noch die gleichen Grundkonzepte und können als Weiterentwicklung der DBR-Laser betrachtet werden. Wie beim DFB-Laser führt ein DBR zu einer periodischen Variation des Brechungsindex, wodurch effektiv ein Bragg-Gitter oder ein Bragg-Reflektor erzeugt wird. Die gespaltene Frontfläche des Geräts fungiert als zweiter Spiegel. Im Hohlraum überleben nur die Wellenlängen, die in einem spezifischen Zusammenhang mit der Bragg-Periode stehen. Die Abstimmung erfolgt durch Einspeisung von Strom in den Bragg-Reflektor. Dies führt zu einer Änderung des Brechungsindex, was dazu führt, dass sich der Bragg-Peak auf unterschiedliche Wellenlängen abstimmt. Der Phasenabschnitt dient in erster Linie der Feinabstimmung der Ausgangswellenlänge. Der Abstimmbereich dieser Geräte ist proportional zur maximalen Änderung des Brechungsindex, typischerweise unter 20 nm.
 
Grating-Assisted Co-Directional Coupler (GACC)-Laser
Der Gitter-unterstützte Codirektional-Koppler-Laser (GACC) ist im Betrieb einem DBR sehr ähnlich. Der Zweck dieser Struktur besteht darin, den Abstimmungsbereich eines DBR zu erweitern. Das Abstimmelement besteht aus einem Paar vertikal gestapelter Wellenleiter mit unterschiedlichen Materialeigenschaften und einem Gitter. Diese Änderung führt zu einem größeren Abstimmbereich über 60 nm.
 
Sampling Grating DBR (SG-DBR)
Der abgetastete Gitter-DBR ist eine weitere Variante des DBR-Lasers, dessen Hauptunterschied das Vorhandensein eines Gitterspiegelpaares an beiden Enden des Hohlraums ist. Die Gitter werden periodisch abgetastet oder ausgeblendet, was zu einer Folge gleichabständiger kurzer Gitterstöße führt. Genau wie bei DBR können die Gitter durch Stromeinspeisung abgestimmt werden. Es kann nachgewiesen werden, dass durch die differenzielle Abstimmung der Spiegel ein größerer Abstimmungsbereich als mit einem einfachen DBR erreicht werden kann.
 
Durchstimmbarer Laser mit externem Hohlraum (ECL)
Das Hauptmerkmal dieser Architektur besteht darin, dass das Wellenlängenauswahlgerät, bei dem es sich typischerweise um ein MEMS oder einen thermisch abstimmbaren Filter handelt, aus dem Verstärkungshohlraum herausbewegt wird. Es gibt kein integriertes Gitter in der Laserkavität wie bei einem DFB oder DBR. Mit dieser Technik hergestellte abstimmbare Laser sind normalerweise sehr leistungsstark (13 dBm Ausgangsleistung) und weisen eine hohe spektrale Reinheit (SMSR > 50 dB) auf. Zu den Nachteilen gehört, dass ein ECL normalerweise sehr langsam von einer Wellenlänge auf eine andere umschaltet (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 von einem Aktuator thermooptisch abgestimmt wird, ohne die Hohlraummoden wesentlich abzustimmen. Die Konfiguration wird durch die Betriebssystemsoftware gesteuert, die für das DWDM-System verwendet wird.
 
Die thermische Kompensation von Laserresonatoren ist eine Anforderung für Komponenten, die innerhalb der engen absoluten Frequenzbänder der DWDM-Spezifikationen robust arbeiten müssen.
 
Anwendung abstimmbarer DWDM-Laser:
 
Sparsam
Verwenden Sie abstimmbare Module, um die Anzahl der Linecards zu reduzieren, die zum Sichern aller verschiedenen Wellenlängen in einem System erforderlich sind.
Dynamische Bereitstellung
Die Wellenlänge des abstimmbaren Senders kann nach der Bereitstellung des Systems geändert werden.
Rekonfigurierbare optische Add/Drop-Multiplexer (ROADMs)
Es wurde eine einfache, flexiblere Architektur für ROADMs vorgeschlagen, die auf der Verwendung sowohl abstimmbarer Laser als auch abstimmbarer Filter beruht.
Optische Crossconnects
Durch abstimmbare Laser können Wellenlängenblockierungsprobleme in OXCs beseitigt werden.
 
Dynamische Wiederherstellung
Wenn ein DWDM-Kanal ausfällt, könnte ein abstimmbarer Laser den Betrieb automatisch wiederherstellen
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