チューナブル DWDM レーザー - 概要

波長可変レーザーは、動作波長を制御された方法で変更できるレーザーです。 すべてのレーザー利得媒体は出力波長の小さなシフトを許容しますが、かなりの波長範囲にわたって連続的に調整できるレーザーは少数のタイプだけです。

 

大容量光ネットワークを実現するために、1本の光ファイバで複数の異なる波長の光信号を伝送するDWDMシステムが活用されています。波長可変光トランシーバは、ROADM（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer）機能を実現するコンポーネントとして重要になってきています。 次世代ネットワークで。 これらのトランシーバには、ネットワークでの使用中に異なる DWDM チャネル間で波長を切り替えることができるという特性があります。 CWDM グリッドが広すぎるため、調整可能なトランシーバーは DWDM 形式でのみ使用できます。 通常、これらの調整可能な光学系は C バンド 50GHz 用です。 50G Hz帯域に相当する0.4nm間隔で約88チャンネルの設定が可能です。 これらの光学系は通常、チャネル 16 から最大 61 までですが、これはルーター/スイッチのメーカーと、それがサポートするチャネルによって異なります。

 

動作原理

複数の個別のレーザーが 1 つのシリコンに組み込まれています。

 

調整可能な分散ブラッグ反射器 (DBR) レーザー

最も初期の種類の波長可変レーザーの 1 つは、分布ブラッグ反射レーザーです。 より最新の調整可能なデバイスは依然として同じ基本概念を共有しており、DBR レーザーの進化版と考えることができます。 DFB レーザーと同様に、DBR は屈折率の周期的変化を導入し、効果的にブラッグ格子または反射体を生成します。 デバイスの劈開された前面は 2 番目のミラーとして機能します。 ブラッグ周期と特定の関係にある波長のみが共振器内に残ります。 チューニングは、ブラッグ反射器に電流を注入することによって実現されます。 これにより屈折率が変化し、ブラッグ ピークが異なる波長に同調します。 位相セクションは主に出力波長を微調整するために設計されています。 これらのデバイスの調整範囲は、屈折率の最大変化に比例し、通常は 20 nm 未満です。

 

回折格子支援型同方向性結合器 (GACC) レーザー

回折格子支援型同方向性結合器 (GACC) レーザーは、動作中の DBR と非常によく似ています。 この構造の目的は、DBR の調整範囲を拡大することです。 同調素子は、異なる材料特性と回折格子を備えた垂直に積層された一対の導波管です。 この変化により、60 nm を超える広い調整範囲が得られます。

 

サンプルド グレーティング DBR (SG-DBR)

サンプルド グレーティング DBR は、DBR レーザーの別の変形であり、その主な違いは、キャビティの両端に一対のグレーティング ミラーが存在することです。 回折格子は定期的にサンプリングまたはブランキングされ、その結果、一連の等間隔の短い回折格子バーストが生成されます。 DBR と同様に、回折格子は電流注入によって調整できます。 ミラーを差動的に調整することにより、単純な DBR よりも広い調整範囲を達成できることが証明できます。

 

外部共振器型波長可変レーザー (ECL)

このアーキテクチャの主な特徴は、波長選択デバイス (通常は MEMS または熱的に調整可能なフィルター) を利得キャビティの外に移動させることにあります。 DFB や DBR のようなレーザーキャビティには統合された回折格子はありません。 この技術で製造された波長可変レーザーは通常、非常に高出力 (出力 13 dBm) であり、高いスペクトル純度 (SMSR > 50 dB) を備えています。 欠点の中でも、ECL は通常、ある波長から別の波長に切り替えるのが非常に遅く (数秒程度)、さらに MEMS 制御の ECL では機械的信頼性が懸念されます。

 

動作周波数は、キャビティモードを実質的に調整することなく、アクチュエータからの熱の適用によって熱光学的に調整される周波数選択フィードバック要素によって定義され得る。 構成は、DWDM システムで使用されているオペレーティング システム ソフトウェアによって制御されます。

 

レーザー共振器の熱補償は、DWDM 仕様の狭い絶対周波数帯域内で堅牢に動作する必要があるコンポーネントの要件です。

 

波長可変 DWDM レーザーの応用:

 

スペアリング

調整パラメータを使用して、システム内のすべての異なる波長をバックアップするために必要なラインカードの数を減らします。

動的プロビジョニング

調整可能な送信機の波長は、システムの導入後に変更できます。

再構成可能な光アド/ドロップ マルチプレクサ (ROADM)

ROADM 用のシンプルでより柔軟なアーキテクチャが提案されており、同調可能レーザーと同調可能フィルターの両方の使用に依存しています。

光クロスコネクト

波長可変レーザーは、OXC の波長遮断の問題を解決できます。

 

動的復元

DWDM チャネルに障害が発生した場合、調整可能なレーザーがサービスを自動的に復元します