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光通讯厂商频繁并购重组 可调激光器或迎“黄金时代”

导读: 由于网络流量和带宽需求的显著增长,预计2017年全球可调谐激光器需求量将达98.68万台。

  光通信领域传统的光源均是基于固定波长的激光器模块,随着光通信系统的不断发展及应用推广,固定波长激光器的缺点逐渐显露出来:一方面随着DWDM技术的发展,系统中的波长数达到了上百个,在需要提供保护的场合,每个激光器的备份必须由相同波长的激光器提供,这样导致备份激光器数量增加,成本上升;另一个方面由于固定激光器需要区分波长,因此激光器的类型随着波长数的增加而不断增加,使得管理复杂程度和存货水平;再有如果要支持光网络中的动态波长分配,提高网络灵活性,需要配备大量不同波长的固定激光器,但每只激光器的使用率却很低,造成资源浪费。针对这些不足,随着半导体及其相关技术的发展,人们成功地研制出可调谐激光器,即在同一个激光器模块上控制输出一定带宽内的不同波长,且这些波长值和间隔均满足ITU-T的要求。

  对于下一代光网络而言,可调谐激光器是实现智能光网络的关键因子,可以为运营商提供更大弹性、更快波长供应速度,并最终实现更低的成本。未来长途光网络将是波长动态系统的天下,这些网络可以在很短的时间内实现新的波长分配,由于采用超长距离传输技术而无须使用再生器,从而节省大笔开支。可调激光器有希望为未来的通讯网络提供新工具,用以进行波长管理、提高网络效率和开发下一代光网络。最吸引的一个应用是可重配置光分插复用器(ROADM)。动态可重配置的网络系统将出现在网络市场中,大调节范围的可调谐激光器也将因此而获得更大的需求。

  1、技术原理与特性

  可调谐激光器从调谐原理上共有三种控制技术:电流控制技术、温度控制技术和机械控制技术等类型。其中电控技术是通过改变注入电流实现波长的调谐,具有ns级调谐速度,较宽的调谐带宽,但输出功率较小,基于电控技术的主要有SG-DBR(采样光栅DBR)和GCSR(辅助光栅定向耦合背向取样反射)激光器。温控技术是通过改变激光器有源区折射率,从而改变激光器输出波长的。该技术简单,但速度慢,可调带宽窄,只有几个nm。基于温控技术的主要有DFB(分布反馈)和DBR(分布布喇格反射)激光器。机械控制主要是基于MEMS(微机电系统)技术完成波长的选择,具有较大的可调带宽、较高的输出功率。基于机械控制技术的主要有DFB(分布反馈)、ECL(外腔激光器)和VCSEL(垂直腔表面发射激光器)等结构。下面将从这几个方面可调谐激光器的原理进行说明。其中着重讲当前最主流的可调谐技术——电流调谐技术。

  1.1温度控制技术

  基于温度控制技术主要应用在DFB结构中,其原理在于调整激光腔内温度,从而可以使之发射不同的波长。一种基于该原理技术的可调激光器的波长调节是依靠控制InGaAsPDFB激光器工作在一定温度范围的变化实现的。器件通过内置锁波器(标准具和监控探测器组成),将连续光输出的激光可被锁定在ITU规定的50GHz间隔的栅格上。一般器件内封装两个独立的TEC,一个用来控制激光器芯片的波长,另一个用来保证器件内的锁波器和功率检测探测器恒温工作。

  这类激光器最大的优点是他们的性能与固定波长激光器相似,具有输出功率高,波长稳定性好,工作简单的特点,成本低,技术成熟。但是也有有两个主要缺点:一是单个器件的调谐的宽度窄,一般只有几个nm,二是调谐时间长,一般需要几秒的调谐稳定时间。

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