トランシーバーレーザーの種類は知っていますか？

レーザは、半導体材料に電流を注入し、共振器内の光子振動および利得によってレーザ光を注入する光トランシーバのコアデバイスである。現在、最も一般的に使用されるレーザーはVCSEL、FP、DFBレーザーです。それらの違いは、半導体材料と共振器構造である。DFBレーザーはFPレーザーよりも高価です。40km以内の伝送距離の光モジュールは、一般に、VCSEL、FPレーザを使用する。伝送距離≧40kmは一般にDFBレーザを使用します。トランシーバーレーザーの種類はすべて知っていますか？この知識を学ばせてください。

LEDレーザー

LEDと呼ばれる発光ダイオード。ガリウム（Ga）、ヒ素（As）、リン（P）、窒素（N）を含む化合物でできています。可視光は、電子が正孔と再結合するときに放出され、したがって、発光ダイオードを作製するために使用することができる。光としての回路及び装置において、又はテキスト又はデジタルディスプレイで構成されている。ガリウム砒素ダイオードレッド、ガリウムリン化物ダイオードグリーン、炭化ケイ素ダイオードイエロー、窒化ガリウムダイオードブルー。有機発光ダイオードOLEDおよび無機発光ダイオードLEDの化学的性質に起因する。

光ファイバ通信システムでは、マルチモードファイバを使用し、ビットレートが100-200Mb / s未満で、入力光パワーが数十マイクロワットしか必要ない場合、LEDが最適な光源です。半導体レーザと比較して、LEDは熱安定性と光安定化回路を必要としないので、LED駆動回路は比較的簡単であり、製造コストが低く、LED発光スペクトルライン光が高く、指向性が悪い、したがって、より低速の通信システムの場合のみである。LEDレーザーは、155M×9マルチモードトランシーバーで一般的に使用されています。

LED-FP-VCSEL

VCSELレーザ

垂直共振器型面発光レーザ（VCSEL）は、上面に垂直な半導体レーザの一種であり、一般にスリットで切断された別個のチップで形成され、端面発光型レーザは端部とは異なる出射レーザ。VCSELは、通常、ギガビットイーサネット〜10GbE SRマルチモードファイバの短距離伝送に850nmの波長を使用します。

VCSELレーザは、製造プロセスにおけるエッジビームレーザよりも多くの利点を有する。エッジビームレーザーは製造後にテストすることはできません。端面発光レーザが動作しない場合、接触不良または材料の不十分な成長のために、処理時間および材料処理時間が浪費される。しかし、VCSELの品質をテストし、製造プロセスのトラブルシューティングを行うことができます。例えば、誘電体間の経路が完全にはっきりと接続されていない場合、予めパッケージされた試験中に上部金属層は試験金属層と接触せず、試験結果は不正確である。また、VCSELから放射されるレーザ光は、反応領域に対して垂直であり、逆に反応領域に平行に出射される端面発光レーザ光は、3インチの大型ヒ化ガリウムチップ上で同時に処理される数万個のVCSELが存在する可能性がある。さらに、VCSELが製造プロセスにおいてより多くの労力と微細材料を必要とするとしても、より予測可能な生産結果を制御することができる。

例えば、以下の光トランシーバレーザ源は、VCSELレーザからなる。

FPレーザー

ファブリーペローレーザーはFPレーザーと呼ばれ、FPキャビティーを共振器とするマルチ縦モードコヒーレント光を放射する半導体発光装置である。そのようなデバイスの特性は、大きな出力パワー、より小さな発散角、狭いスペクトル、より長い距離に適した高い変調速度である。一般的なFPレーザでは、注入電流が閾値電流に近くなると、複数の縦モードが観測される。注入電流がさらに増加すると、ピークのある波長が最初に励起され、キャリアの大部分が消費されます。レージングの他のモードでは、単一縦モードの加工を形成することが可能である。高速変調のためのFPレーザー、元のレーザー発振モードが変わるとき、マルチモードの出現は働く。これは、FPレーザを高速光ファイバ通信システムに適用することができないと判断する。しかし、他の構造のレーザと比較して、FPレーザ構造及び製造プロセスは、2.5Gbit / s未満の光ファイバ通信システムの変調速度に適した、最も簡単で低コストである。現在、光ファイバ通信に用いられるFPレーザの作製技術は既に成熟しており、ダブルヘテロ接合多重量子井戸、キャリア、光の活性層の構造が一般的に採用されている。

例えば、以下の光トランシーバレーザ源は、VCSELレーザからなる。

DFBレーザー

DFBレーザーDFBレーザは分布帰還型レーザである。この差異は、サイドエミッション半導体レーザである内蔵のブラッググレーティングにある。現在、DFBレーザは主に半導体材料で作られており、GaSb、GaAs、InP、およびZnSを含む。DFBレーザの最も顕著な特徴は、優れた単色性（すなわち、スペクトル純度）である。それらの線幅は一般に1MHz以内であり、非常に高いサイドモード抑圧比（SMSR）は40-50dBにもなります。

DBRレーザー

Distributed Bragg Reflex Laser（DBR）は単一周波レーザダイオードである[4]。それは、フィードバックを提供するために2つのミラーの間の電気的または光学的ポンプ利得領域からなる光空洞を特徴とする。ミラーの1つは広帯域ミラーであり、もう1つは波長選択性であるため、利得は単一の縦モードに比べて有利であり、結果として単一の共振周波数で発振する。広帯域ミラーは、通常、放射を可能にするために低反射コーティングでコーティングされる。波長選択ミラーは、周期的に構成され、高い反射率を有する回折格子である。回折格子は、空洞の非励起領域または受動領域に配置される。DBRレーザーは、モノリシックなシングルチップデバイスであり、半導体のエッチングをグレーティング化します。DBRレーザは、端面発光レーザまたはVCSELであり得る。

DMLレーザー

DMLは一般的に、直接変調された安定動作であり得る導波路内の回折格子である分布帰還構造を使用するので、このレーザは「DFB」（分布帰還型レーザダイオード）とも呼ばれる。変調速度および伝送距離は、レーザのスペクトル幅に強く依存する。より高い変調速度（データレート）およびより長い距離は、より狭い線幅を必要とする。ファブリペローレーザと比較して、DFBは約1/10のスペクトル線幅を有するので、DFB構造は高データレートDMLとしてより適している。

DMLでは、注入電流を入力電気信号として変調したデータを光ビーム上に載せ、レーザダイオードチップに直接印加して変調光信号を出力する。DMLは、動作のための簡単な回路構成を提供する単一チップであるため、コンパクト設計と低消費電力の両方に対応することができる。直接変調は、その屈折率が大きな分散をもたらすので、レーザの特性を変化させる。EMLと比較して、分散が大きく、周波数応答が低く、消光比が比較的低いため、DMLのパフォーマンスは長期間（> 10km）低下します。DMLは主に比較的低速（≦25Gbps）で使用され、電気通信およびデータ通信アプリケーションではより短い距離（2-10km）に使用されます。

例えば、以下の光トランシーバはDMLレーザを使用する。

EMLレーザー

EMLは、電気吸収変調器（EAM）を1チップに集積したレーザダイオードです。典型的には、DMLと同じデバイス構造を有するレーザダイオード部分は、連続波（CW）条件下で動作し、光出力信号を生成するために入力電圧オン/オフ信号がEAM部分に印加される。レーザ自体の特性は、変調プロセスのためにDMLにあるため変化しない。DMLと比較して、EMLは分散が小さいため、より高速で長距離伝送が可能なアプリケーションに有利です。EMLは主に通信アプリケーションで高速（> 25 Gbps）および長距離（10-40 km）に使用されます。

DMLと比較して、レーザ部への注入電流（入力信号）は変調されていないため、EMLは高速動作時の波長分散が小さく、安定した波長であるため変化しない。EMLの周波数応答は、EAMセクションの静電容量に依存し、40GHzを超えても高い動作速度を達成することができる。EMLの消滅は、EAM部分に印加される変調電圧の係数の変化による吸収によるものであり、大きな電圧入力（オン/オフ電気信号）で消光比が高くなる。

例えば、以下の光トランシーバは、EMLレーザを使用する。