Технология 140 Мбит/с – 2,5 Гбит/с

140 Мбит/с – 622 Мбит/с

Примерно 30 лет назад оптические передатчики и приёмники проектировались и изготавливались на основе «дискретных» устройств. Эти первые лазерные устройства и приёмные модули на pin-транзисторах обычно размещались в отдельных корпусах. Полная реализация функции оптического передатчика или приёмника, требующая большего, чем просто лазер или приёмник, была реализована на печатной плате (PCB), на которой были размещены драйвер лазера, усилитель приёмника и схема обработки сигналов с использованием отдельных компонентов.

Корпус лазера обычно содержал лазерный чип, интегрированный фотодиод с задней стороны для управления выходной мощностью лазера, а в некоторых случаях (в зависимости от типа корпуса) – термоэлектрический охладитель (TEC) и оптоволоконный кабель с линзой сопряжения. Изначально были доступны два типа корпусов: громоздкие коаксиальные и 14-выводные двухрядные (DIL). Коаксиальные корпуса были неохлаждаемыми, и существовало множество (нестандартизированных) версий, каждая из которых требовала кронштейна и электрического интерфейса, специфичных для конкретного производителя, а следовательно, и монтажа и разводки печатных плат, специфичных для конкретного производителя. В целом, эти ранние корпуса были сложны в использовании в производственных условиях. Корпус DIL стал фактическим стандартом корпусирования для оптики, поскольку его было проще реализовать в обычных производственных условиях. Существовали как охлаждаемые, так и неохлаждаемые версии DIL. В ранних реализациях TEC использовались для управления температурой лазера (в основном при комнатной температуре), что повышало его надежность. К сожалению, TEC-устройства также были самым ненадежным компонентом в корпусе лазера. Первоначально лазеры использовались в приложениях с длиной волны 850 нм и 1310 нм для передачи данных со скоростью около 1 Гбит/с. Первые лазерные чипы были многомодовыми (MLM) или типа Фабри-Перо. Позднее появились лазерные чипы с распределённой обратной связью (DFB) на длине волны 1550 нм, обладающие узкой спектральной шириной и пригодные для расстояний до 80 км. Лазеры с длиной волны 1550 нм изначально выпускались в корпусах DIL для повышения стабильности лазера и повышения мощности работы за счёт использования термоэлектрического конденсатора (TEC) для охлаждения чипа.

Ранние лазеры для оптической передачи работали с выходной оптической мощностью, связанной с волокном, приблизительно 1 мВт и выше. Позднее появились более новые маломощные лазеры, работающие в окне 1310 нм с мощностью около 0,1 мВт, что позволило снизить критичность соединения лазерного чипа с оптоволоконным выводом. В этом случае можно было работать с механическими допусками, значительно превышающими допустимые для лазерных устройств с высокой мощностью, связанной с волокном. Было признано, что при серийном производстве лазеров большая часть стоимости лазера приходится на оптическую связь между лазером и волокном, а также на корпус, а не на сам лазерный чип. Таким образом, любые меры по повышению эффективности оптической связи или упрощению производства приводили к значительной экономии средств. Тенденция к использованию маломощных лазеров для снижения затрат отражена в определении спецификаций внутриофисных/ближнего и ближнего/промежуточного интерфейсов в Рекомендации МСЭ G.957.

В начале 1990-х годов появился фактический стандарт на компактные коаксиальные пигтейлы. Этот новый корпус, в сочетании с улучшенными характеристиками неохлаждаемых лазерных устройств, позволил перейти к использованию неохлаждаемых передатчиков практически для всех приложений с дальностью передачи до 80 км и скоростью передачи данных до 622 Мбит/с.

Для дискретных приёмных модулей эволюция корпусов происходила медленнее. В большинстве случаев приёмным устройствам требовались дополнительные полупроводниковые компоненты, такие как полевые транзисторы GaAs или микросхемы предусилителей, для достижения стандартизированной чувствительности приёмника. Для приёмников использовались как DIL-корпуса, так и коаксиальные корпуса. Изначально на рынке были доступны только приёмники с выводами типа pin. Однако в связи с необходимостью повышения чувствительности приёмника на рынке были представлены приёмники на основе лавинных фотодиодов (APD) и разработаны соответствующие стандарты. Приёмники APD изначально использовались для передачи данных со скоростью 622 Мбит/с и дальностью до 120 км. Более дешёвая технология приёмников на основе PIN подходит для всех приложений со скоростью передачи данных до 622 Мбит/с и дальностью до 80 км.

2,5 Гбит/с

Примерно 25 лет назад были разработаны первые оптические интерфейсы со скоростью передачи данных 2,5 Гбит/с, и вместе с этим возникло несколько новых проблем, связанных с характеристиками высоких частот (ВЧ) и целостностью сигнала в корпусе.

При такой скорости внутри лазерных корпусов требовались оптические изоляторы для минимизации влияния обратного отражения от внешней установки в сторону лазерного чипа, поскольку это могло приводить к ошибкам передачи лазером. Традиционно используемые корпуса DIL не подходили для скорости 2,5 Гбит/с из-за их ограниченных высокочастотных характеристик. Поэтому были введены корпуса типа «бабочка» со схемой согласования импеданса для оптимизации высокочастотных характеристик. Для всех приложений со скоростью 2,5 Гбит/с требовалась технология лазерных чипов с однослойной (SLM) или разностной (DFB) поляризацией (DFB) для удовлетворения требований к дисперсии в различных приложениях. Кроме того, для обеспечения стабильных характеристик лазера первоначально также использовались термоэлектрические изоляторы (TEC).

В конце 1990-х годов характеристики DFB-лазеров улучшились настолько, что стала возможна работа без охлаждения, и была представлена миниатюрная версия корпуса «бабочка», поскольку место для термоэлектрического преобразователя (ТЭП) больше не требовалось. Корпуса «мини-бабочка» изначально использовались для приложений с длиной волны 1310 нм, а позднее стали использоваться и для приложений с длиной волны 1550 нм.

Когда в начале 1990-х годов появились первые DWDM-приложения со скоростью 2,5 Гбит/с, прямая лазерная модуляция уже не подходила для передачи на расстояния более 80 км. Вместо этого требовалась внешняя модуляция для минимизации эффекта лазерного чирпа, что позволяло передавать данные на расстояния значительно более 80 км. Лазер и внешний модулятор в конечном итоге были объединены в единый корпус, известный как лазер с внешней модуляцией (EML), а позднее устройство было интегрировано на одном кристалле. Однокристальное устройство EML состоит из лазерной секции, работающей в режиме непрерывной волны (CW), и секции электроабсорбционного модулятора, в которой модулируется излучаемый лазерной секцией свет. Необходимо было разработать новую линейку микросхем драйверов EML, поскольку EML работают в «обратном» режиме: при подаче тока свет не излучается, в отличие от обычных лазерных чипов, где свет излучается при подаче тока на лазер. Для первых приложений DWDM со скоростью 2,5 Гбит/с и разносом каналов 100 ГГц (0,8 нм) и более дрейф частоты EML был не столь значительным, чтобы привести к проблемам в оптической линии связи. Однако для более узких разносов каналов требовались локеры длин волн для достижения необходимой стабильности частоты и минимизации дрейфа длины волны лазера.

Первоначально системы 2,5 Гбит/с были развернуты на дальних/дальнемагистральных участках протяженностью 40–80 км. Бюджет линии связи на этих участках требовал использования очень чувствительного приемника, поэтому изначально были развернуты приемники APD. Для поддержания целостности высокочастотного сигнала электрические выводы, выходящие из корпуса приемника, должны были иметь минимальное количество разрывов. Из-за этого электрические выводы, как правило, были ориентированы параллельно оси цилиндрического корпуса. При скорости 2,5 Гбит/с для достижения требуемой производительности требовалась интеграция электроники (пред)усилителя в корпус приемника. Позднее, когда системы 2,5 Гбит/с были развернуты на коротких/промежуточных и внутриофисных/коротких расстояниях, были введены более дешевые приемные устройства штыревого типа, использующие те же концепции корпусирования, что и для приемников типа APS.

Приглашаем купить  SFP-модули 140 Мбит/с – 2,5 Гбит/с в компании Fiber-Mart!