Technologie 140 Mbit/s – 2,5 Gbit/s

140 Mbit/s – 622 Mbit/s

Il y a une trentaine d'années, les émetteurs et récepteurs optiques étaient conçus et fabriqués à partir de composants « discrets ». Ces premiers dispositifs laser et modules récepteurs FET à broches étaient généralement intégrés dans leur propre boîtier. La fonction complète d'émetteur ou de récepteur optique, nécessitant plus que le laser ou le récepteur, était réalisée à l'aide d'un circuit imprimé (PCB), sur lequel étaient placés le pilote laser, l'amplificateur récepteur et le circuit de décision à l'aide de composants non intégrés.

Le boîtier laser contenait généralement une puce laser, une photodiode de contrôle intégrée à l'arrière pour contrôler la puissance de sortie du laser, et dans certains cas (selon le type de boîtier) un refroidisseur thermoélectrique (TEC) et un câble fibre optique avec lentille de couplage. Initialement, deux types de boîtiers étaient disponibles : les boîtiers coaxiaux volumineux et le boîtier DIL (Dual-In-Line) à 14 broches. Les boîtiers coaxiaux n'étaient pas refroidis et il existait de nombreuses versions (non standardisées), chacune nécessitant un support et une interface électrique spécifiques au fournisseur, et donc des montages et un câblage de circuit imprimé spécifiques au fournisseur. En général, ces premiers boîtiers étaient difficiles à manipuler en environnement industriel. Le boîtier DIL est devenu un standard de facto pour l'optique, car il était plus facile à mettre en œuvre dans un environnement industriel général. Il existait des versions DIL refroidies et non refroidies. Dans les premières implémentations, les TEC servaient à contrôler la température du laser (généralement à température ambiante), améliorant ainsi sa fiabilité. Malheureusement, les TEC étaient également le composant le moins fiable d'un boîtier laser. Initialement, les lasers étaient utilisés dans des applications à 850 nm et 1310 nm, pour des débits binaires allant jusqu'à environ 1 Gbit/s. Les premières puces laser étaient de type MLM (Multi-Longitudinal-Mode) ou Fabry-Perot. Plus tard, des puces laser à rétroaction distribuée (DFB) à 1550 nm sont apparues, présentant une largeur spectrale étroite et utilisables sur des distances allant jusqu'à 80 km. Les lasers à 1550 nm étaient initialement conditionnés dans des boîtiers DIL afin d'améliorer la stabilité laser et de garantir un fonctionnement à haute puissance grâce à l'utilisation du TEC pour le refroidissement des puces laser.

Les premiers lasers pour la transmission optique fonctionnaient avec des puissances de sortie optiques couplées à la fibre d'environ 1 mW ou plus. Des lasers plus récents de faible puissance, fonctionnant dans la fenêtre de 1 310 nm autour de 0,1 mW, ont ensuite été introduits, rendant le couplage entre la puce laser et le pigtail de fibre moins critique. Dans ce cas, il était possible de travailler avec des tolérances mécaniques bien supérieures à celles des dispositifs laser à forte puissance couplée à la fibre. Il était reconnu que, lors de la fabrication de lasers en grande série, la majeure partie du coût d'un laser résidait dans le couplage optique entre le laser et la fibre, ainsi que dans le boîtier, et non dans la puce laser elle-même. Par conséquent, toute mesure visant à augmenter le rendement du couplage optique ou à simplifier la fabrication permettait de réaliser des économies significatives. La tendance à utiliser des lasers de faible puissance pour réduire les coûts se reflète dans la définition des spécifications d'interface intra-bureau/courte portée et courte portée/portée intermédiaire dans la recommandation G.957 de l'UIT.

Au début des années 1990, une norme de facto pour les boîtiers coaxiaux pigtail de plus petite taille est apparue. Ce nouveau boîtier, associé aux performances améliorées des dispositifs laser non refroidis, a permis l'utilisation d'émetteurs non refroidis pour la quasi-totalité des applications, jusqu'à 80 km de distance et des débits binaires de 622 Mbit/s.

Pour les modules récepteurs discrets, l'évolution du packaging a été plus lente. Dans la plupart des cas, les récepteurs nécessitaient des composants semi-conducteurs supplémentaires, tels que des transistors à effet de champ GaAs ou des circuits intégrés de préamplification, afin d'obtenir la sensibilité standardisée du récepteur. Pour les récepteurs, des boîtiers DIL et coaxiaux ont été utilisés. Initialement, seuls les récepteurs à broches étaient disponibles sur le marché. Cependant, face à la nécessité d'améliorer la sensibilité des récepteurs, des récepteurs à photodiode à avalance (APD) ont été introduits sur le marché et ont été normalisés. Les récepteurs APD étaient initialement utilisés pour des applications à 622 Mbit/s sur 120 km. La technologie de récepteur PIN, plus économique, s'est avérée adaptée à toutes les applications, à des débits binaires allant jusqu'à 622 Mbit/s et sur des distances allant jusqu'à 80 km.

2,5 Gbit/s

Il y a environ 25 ans, les premières interfaces optiques à 2,5 Gbit/s ont été conçues, et avec elles, plusieurs nouveaux défis liés aux performances haute fréquence (HF) et à l'intégrité du signal à travers le boîtier ont été introduits.

À cette vitesse, des isolateurs optiques étaient nécessaires à l'intérieur des boîtiers laser afin de minimiser l'influence de la rétroréflexion de l'installation extérieure vers la puce laser, car cela pouvait entraîner des erreurs de transmission. Les boîtiers DIL traditionnellement utilisés n'étaient pas adaptés à 2,5 Gbit/s en raison de leurs performances HF limitées. C'est pourquoi des boîtiers « papillon » ont été introduits, intégrant des circuits d'adaptation d'impédance pour optimiser les performances HF. Pour toutes les applications à 2,5 Gbit/s, la technologie de puce laser SLM ou DFB était nécessaire afin de répondre aux exigences de dispersion des différentes applications. De plus, les TEC étaient initialement également utilisés pour obtenir des performances laser stables.

À la fin des années 1990, les performances des lasers DFB se sont améliorées au point de permettre un fonctionnement sans refroidissement. Une version miniature du boîtier papillon a été introduite, l'espace pour un TEC n'étant plus nécessaire. Les mini-boîtiers papillon ont d'abord été utilisés pour des applications à 1 310 nm, puis pour des applications à 1 550 nm.

Lors de l'introduction des premières applications DWDM à 2,5 Gbit/s au début des années 1990, la modulation laser directe n'était plus adaptée à la transmission sur des distances supérieures à 80 km. Une modulation externe était alors nécessaire pour minimiser l'effet de chirp laser, permettant ainsi des distances de transmission bien supérieures à 80 km. Le laser et le modulateur externe ont finalement été intégrés dans un seul boîtier, appelé laser à modulation externe (EML), puis le dispositif a été intégré sur une seule puce. Ce dispositif EML monopuce se compose d'une section laser fonctionnant en mode continu (CW) et d'une section modulateur à électroabsorption, dans laquelle la lumière émise par la section laser est modulée. Une nouvelle gamme de circuits intégrés de commande EML a dû être développée, car les EML fonctionnent en mode « inverse » : aucune lumière n'est émise lorsqu'un courant est appliqué, contrairement aux puces laser classiques, où la lumière est émise lorsqu'un courant est appliqué au laser. Pour les premières applications DWDM à 2,5 Gbit/s, avec des espacements de canaux de 100 GHz (0,8 nm) ou plus, la dérive de la fréquence EML n'était pas suffisamment importante pour entraîner des problèmes de liaison optique. Cependant, pour des espacements de canaux plus étroits, des verrous de longueur d'onde étaient nécessaires pour obtenir la stabilité de fréquence requise et minimiser la dérive de la longueur d'onde du laser.

Le 2,5 Gbit/s a été initialement déployé sur des liaisons longue distance/longue portée de 40 à 80 km. Le bilan de liaison de ces liaisons nécessitait l'utilisation d'un récepteur très sensible, d'où le recours initial aux récepteurs APD. Afin de maintenir l'intégrité du signal haute fréquence, les câbles électriques sortant du boîtier du récepteur devaient présenter un minimum de discontinuités. De ce fait, ils étaient généralement orientés parallèlement à l'axe du boîtier cylindrique. À 2,5 Gbit/s, l'intégration de l'électronique du (pré)amplificateur au boîtier du récepteur était nécessaire pour atteindre les performances requises. Plus tard, lorsque les systèmes 2,5 Gbit/s ont été déployés dans des applications courte distance/portée intermédiaire et intra-bureau/courte portée, des récepteurs à broches moins coûteux ont été introduits, utilisant les mêmes concepts de boîtier que les récepteurs de type APS.

Bienvenue pour acheter les modules SFP 140 Mbit/s – 2,5 Gbit/s  de Fiber-Mart !