Optik rabitə sahəsində ənənəvi işıq mənbələri sabit dalğa uzunluğuna malik lazer modullarına əsaslanır. Optik rabitə sistemlərinin davamlı inkişafı və tətbiqi ilə sabit dalğa uzunluqlu lazerlərin çatışmazlıqları tədricən üzə çıxır. Bir tərəfdən, DWDM texnologiyasının inkişafı ilə sistemdəki dalğa uzunluğunun sayı yüzlərə çatdı. Qoruma vəziyyətində, hər bir lazerin ehtiyat nüsxəsi eyni dalğa uzunluğu ilə edilməlidir. Lazer təchizatı ehtiyat lazerlərin sayının və dəyərinin artmasına səbəb olur; digər tərəfdən, sabit lazerlər dalğa uzunluğunu ayırd etməli olduqları üçün lazerlərin növü dalğa uzunluğunun sayının artması ilə artır, bu da idarəetmənin mürəkkəbliyini və inventar səviyyəsini daha mürəkkəb edir; digər tərəfdən, əgər biz optik şəbəkələrdə dinamik dalğa uzunluğunun bölüşdürülməsini dəstəkləmək və şəbəkənin elastikliyini yaxşılaşdırmaq istəyiriksə, çoxlu sayda müxtəlif dalğaları təchiz etməliyik. Uzun sabit lazer, lakin hər bir lazerin istifadə nisbəti çox aşağıdır, bu da resursların israfına səbəb olur. Bu çatışmazlıqları aradan qaldırmaq üçün yarımkeçirici və əlaqəli texnologiyaların inkişafı ilə tənzimlənə bilən lazerlər uğurla inkişaf etdirildi, yəni müəyyən bir bant genişliyi daxilində müxtəlif dalğa uzunluğu eyni lazer modulunda idarə olunur və bu dalğa uzunluğu dəyərləri və aralığı ITU-T tələblərinə cavab verir.
Növbəti nəsil optik şəbəkə üçün tənzimlənən lazerlər operatorlara daha çox çeviklik, daha sürətli dalğa uzunluğu təchizatı sürəti və nəticədə aşağı qiymətlə təmin edə bilən intellektual optik şəbəkənin reallaşdırılması üçün əsas amildir. Gələcəkdə uzun məsafəli optik şəbəkələr dalğa uzunluğu dinamik sistemlərinin dünyası olacaqdır. Bu şəbəkələr çox qısa müddətdə yeni dalğa uzunluğu təyinatına nail ola bilir. Ultra uzun məsafəli ötürmə texnologiyasından istifadə edildiyi üçün regeneratordan istifadə etməyə ehtiyac yoxdur, bu da çoxlu pula qənaət edir. Tənzimlənən lazerlərin dalğa uzunluğunu idarə etmək, şəbəkənin səmərəliliyini artırmaq və yeni nəsil optik şəbəkələri inkişaf etdirmək üçün gələcək rabitə şəbəkələri üçün yeni alətlər təqdim edəcəyi gözlənilir. Ən cəlbedici tətbiqlərdən biri yenidən konfiqurasiya edilə bilən optik əlavə-damcı multipleksorudur (ROADM). Şəbəkə bazarında dinamik yenidən konfiqurasiya edilə bilən şəbəkə sistemləri peyda olacaq və tənzimlənən geniş diapazonlu tənzimlənən lazerlər daha çox tələb olunacaq.
Tənzimlənən lazerlər üçün üç növ idarəetmə texnologiyası var: cari idarəetmə texnologiyası, temperatur nəzarət texnologiyası və mexaniki idarəetmə texnologiyası. Onların arasında elektron idarə olunan texnologiya inyeksiya cərəyanını dəyişdirərək dalğa uzunluğunun tənzimlənməsini həyata keçirir. O, ns səviyyəli tənzimləmə sürətinə və geniş tuning bant genişliyinə malikdir, lakin çıxış gücü kiçikdir. Əsas elektron idarə olunan texnologiyalar SG-DBR (Sampling Grating DBR) və GCSR (Assisted Grating Directional Coupled Back Sampling Reflection) lazerləridir. Temperaturun idarə edilməsi texnologiyası lazerin aktiv bölgəsinin sındırma indeksini dəyişdirərək lazerin çıxış dalğa uzunluğunu dəyişir. Texnologiya sadə, lakin yavaş, tənzimlənən dar bant genişliyi, cəmi bir neçə nanometrdir. DFB (Distributed Feedback) və DBR (Distributed Bragg Reflection) lazerləri temperaturun idarə edilməsinə əsaslanan əsas texnologiyalardır. Mexanik idarəetmə əsasən daha böyük tənzimlənən bant genişliyi və daha yüksək çıxış gücü ilə dalğa uzunluğu seçimini tamamlamaq üçün mikro-elektro-mexaniki sistem (MEMS) texnologiyasına əsaslanır. Mexanik idarəetmə texnologiyasına əsaslanan əsas strukturlar DFB (Distributed Feedback), ECL (Xarici Boşluq Lazeri) və VCSEL (Vertikal Boşluq Səthi Emissiya Lazeridir). Bu aspektlərdən tənzimlənən lazerlərin prinsipi aşağıda izah ediləcəkdir. Onların arasında ən populyarı olan cari tənzimlənən texnologiya vurğulanır.
Temperatur əsaslı idarəetmə texnologiyası əsasən DFB strukturunda istifadə olunur, onun prinsipi lazer boşluğunun temperaturunu tənzimləməkdir, beləliklə müxtəlif dalğa uzunluqları yaymaq olar. Bu prinsip əsasında tənzimlənən lazerin dalğa uzunluğunun tənzimlənməsi müəyyən temperatur diapazonunda işləyən InGaAsP DFB lazerinin dəyişməsinə nəzarət etməklə həyata keçirilir. Cihaz 50 GHz intervalında CW lazer çıxışını ITU şəbəkəsinə bağlamaq üçün quraşdırılmış dalğa kilidləmə cihazından (standart ölçü və monitorinq detektoru) ibarətdir. Ümumiyyətlə, cihazda iki ayrı TEC kapsullaşdırılıb. Biri lazer çipinin dalğa uzunluğuna nəzarət etmək, digəri isə cihazdakı kilid və güc detektorunun sabit temperaturda işləməsini təmin etməkdir.
Bu lazerlərin ən böyük üstünlüyü onların performansının sabit dalğa uzunluğuna malik lazerlərə bənzəməsidir. Onlar yüksək çıxış gücü, yaxşı dalğa uzunluğu sabitliyi, sadə əməliyyat, aşağı qiymət və yetkin texnologiya xüsusiyyətlərinə malikdir. Bununla belə, iki əsas çatışmazlıq var: biri odur ki, tək cihazın tənzimləmə eni dardır, adətən yalnız bir neçə nanometrdir; digəri isə odur ki, tənzimləmə müddəti uzundur, bu isə adətən bir neçə saniyə tənzimləmə sabitlik vaxtını tələb edir.
Mexanik idarəetmə texnologiyası ümumiyyətlə MEMS-dən istifadə etməklə həyata keçirilir. Mexanik idarəetmə texnologiyasına əsaslanan tənzimlənən lazer MEMs-DFB strukturunu qəbul edir.
Tənzimlənən lazerlərə DFB lazer massivləri, əyilə bilən EMS linzaları və digər nəzarət və köməkçi hissələr daxildir.
DFB lazer massivi sahəsində bir neçə DFB lazer massivi var ki, onların hər biri təqribən 1,0 nm bant genişliyi və 25 Ghz interval ilə xüsusi dalğa uzunluğu yarada bilər. MEM linzalarının fırlanma bucağına nəzarət etməklə, işığın tələb olunan spesifik dalğa uzunluğunu çıxarmaq üçün tələb olunan xüsusi dalğa uzunluğu seçilə bilər.
DFB Lazer Array
VCSEL strukturuna əsaslanan digər tənzimlənən lazer optik olaraq vurulan şaquli boşluqlu səthi emissiya edən lazerlər əsasında hazırlanmışdır. Yarı simmetrik boşluq texnologiyası MEMS-dən istifadə edərək davamlı dalğa uzunluğunun tənzimlənməsinə nail olmaq üçün istifadə olunur. Yarımkeçirici lazerdən və səthə işıq saça bilən şaquli lazer qazanc rezonatorundan ibarətdir. Rezonatorun bir ucunda rezonatorun uzunluğunu və lazer dalğa uzunluğunu dəyişə bilən daşınan reflektor var. VCSEL-in əsas üstünlüyü ondan ibarətdir ki, o, təmiz və davamlı şüalar çıxara bilir və asanlıqla və effektiv şəkildə optik liflərə birləşdirilə bilər. Üstəlik, dəyəri azdır, çünki onun xüsusiyyətləri vafli üzərində ölçülə bilər. VCSEL-in əsas çatışmazlığı onun aşağı çıxış gücü, qeyri-kafi tənzimləmə sürəti və əlavə mobil reflektordur. Çıxış gücünü artırmaq üçün optik nasos əlavə edilərsə, ümumi mürəkkəblik artacaq və lazerin enerji istehlakı və dəyəri artacaq. Bu prinsipə əsaslanan tənzimlənən lazerin əsas çatışmazlığı, tənzimləmə vaxtının nisbətən yavaş olmasıdır ki, bu da adətən bir neçə saniyə tənzimləmə sabitləşməsi vaxtını tələb edir.
2.3 Cari İdarəetmə Texnologiyası
DFB-dən fərqli olaraq, tənzimlənən DBR lazerlərində həyəcan verici cərəyanı rezonatorun müxtəlif hissələrinə yönəltməklə dalğa uzunluğu dəyişdirilir. Belə lazerlər ən azı dörd hissədən ibarətdir: adətən iki Bragg ızgarası, qazanc modulu və incə dalğa uzunluğunun tənzimlənməsi ilə bir faza modulu. Bu tip lazer üçün hər tərəfdə çoxlu Bragg barmaqlıqları olacaq. Başqa sözlə desək, barmaqlığın müəyyən addımından sonra boşluq yaranır, sonra barmaqlıqların fərqli hündürlüyü var, sonra boşluq yaranır və s. Bu daraq kimi əks spektri yaradır. Lazerin hər iki ucundakı Bragg barmaqlıqları müxtəlif daraqa bənzər əks etdirici spektrlər yaradır. İşıq onların arasında irəli və geri əks olunduqda, iki fərqli əks etdirmə spektrinin superpozisiyası daha geniş dalğa uzunluğu diapazonu ilə nəticələnir. Bu texnologiyada istifadə edilən həyəcanlandırma sxemi kifayət qədər mürəkkəbdir, lakin onun tənzimlənmə sürəti çox sürətlidir. Beləliklə, cari idarəetmə texnologiyasına əsaslanan ümumi prinsip, FBG cərəyanını və faza nəzarət hissəsinin tənzimlənən lazerin müxtəlif mövqelərində dəyişdirilməsidir ki, FBG-nin nisbi sındırma indeksi dəyişəcək və müxtəlif spektrlər yaranacaq. Fərqli bölgələrdə FBG tərəfindən istehsal olunan müxtəlif spektrləri üst-üstə qoyaraq, spesifik dalğa uzunluğu seçiləcək ki, tələb olunan spesifik dalğa uzunluğu yaradılacaq. Lazer.
Cari idarəetmə texnologiyasına əsaslanan tənzimlənən lazer SGDBR (Sampled Grating Distributed Bragg Reflector) strukturunu qəbul edir.
Lazer rezonatorunun ön və arxa uclarında yerləşən iki reflektorun öz əks zirvələri var. Bu iki əksetmə zirvəsini cərəyan vuraraq tənzimləməklə, lazer müxtəlif dalğa uzunluqlarını çıxara bilər.
Lazer rezonatorunun yan tərəfindəki iki reflektorun çoxsaylı əks zirvələri var. MGYL lazeri işləyərkən, enjeksiyon cərəyanı onları kökləyir. İki əks olunan işıq 1*2 ölçülü birləşdirici/parçalayıcı ilə üst-üstə qoyulur. Ön tərəfin əks etdiriciliyinin optimallaşdırılması lazerə bütün tuning diapazonunda yüksək güc çıxışı əldə etməyə imkan verir.
3. Sənaye vəziyyəti
Tunable lazerlər optik rabitə cihazları sahəsində ön sıralardadır və dünyada yalnız bir neçə böyük optik rabitə şirkəti bu məhsulu təmin edə bilər. MEMS, JDSU, Oclaro, Ignis, SGBDR cari tənzimləmə əsasında AOC və s.-nin mexaniki tənzimləməsinə əsaslanan SANTUR kimi nümayəndə şirkətləri də Çin tədarükçülərinin diqqət yetirdiyi bir neçə optik cihaz sahələrindən biridir. Wuhan Aoxin Technologies Co., Ltd. tənzimlənən lazerlərin yüksək səviyyəli qablaşdırılmasında əsas üstünlüklərə nail olmuşdur. Bu, Çində partiyalar şəklində tənzimlənən lazerlər istehsal edə bilən yeganə müəssisədir. O, Avropa və ABŞ-a yığılıb. İstehsalçılar təmin edir.
JDSU tənzimlənən lazerlərlə kiçik ölçülü XFP modulunu işə salmaq üçün lazerləri və modulyatorları vahid platformaya inteqrasiya etmək üçün InP monolit inteqrasiya texnologiyasından istifadə edir. Tənzimlənən lazer bazarının genişlənməsi ilə bu məhsulun texnoloji inkişafının açarı miniatürləşdirmə və aşağı qiymətdir. Gələcəkdə getdikcə daha çox istehsalçı XFP paketli tənzimlənən dalğa uzunluğu modullarını təqdim edəcək.
Növbəti beş ildə tənzimlənə bilən lazerlər qaynar nöqtə olacaq. 2012-ci ildə bazarın illik kompozit artım tempi (CAGR) 37%-ə çatacaq və miqyası 1,2 milyard ABŞ dollarına çatacaq, eyni dövrdə digər mühüm komponentlər bazarının illik kompozit artım tempi sabit dalğa uzunluğunda lazerlər üçün 24% təşkil edir. , detektorlar və qəbuledicilər üçün 28%, xarici modulyatorlar üçün 35%. 2012-ci ildə tənzimlənən lazerlər, sabit dalğa uzunluğunda lazerlər və optik şəbəkələr üçün fotodetektorlar bazarı cəmi 8 milyard dollar təşkil edəcək.
4. Optik rabitədə tənzimlənən lazerin xüsusi tətbiqi
Tənzimlənən lazerlərin şəbəkə tətbiqləri iki hissəyə bölünə bilər: statik tətbiqlər və dinamik tətbiqlər.
Statik tətbiqlərdə tənzimlənən lazerin dalğa uzunluğu istifadə zamanı təyin edilir və zamanla dəyişmir. Ən çox yayılmış statik tətbiq mənbə lazerlərinin əvəzi kimi, yəni sıx dalğa uzunluğuna bölünən multipleksləşdirmə (DWDM) ötürmə sistemlərindədir, burada tənzimlənə bilən lazer çoxlu sabit dalğa uzunluqlu lazerlər və çevik mənbəli lazerlər üçün ehtiyat kimi çıxış edərək xəttin sayını azaldır. bütün müxtəlif dalğa uzunluqlarını dəstəkləmək üçün tələb olunan kartlar.
Statik tətbiqlərdə tənzimlənə bilən lazerlər üçün əsas tələblər qiymət, çıxış gücü və spektral xüsusiyyətlərdir, yəni xəttin genişliyi və sabitliyi onun əvəz etdiyi sabit dalğa uzunluqlu lazerlərlə müqayisə edilə bilər. Dalğa uzunluğu diapazonu nə qədər geniş olarsa, daha sürətli tənzimləmə sürəti olmadan performans-qiymət nisbəti bir o qədər yaxşı olar. Hal-hazırda, dəqiq tənzimlənən lazer ilə DWDM sisteminin tətbiqi getdikcə artır.
Gələcəkdə ehtiyat nüsxə kimi istifadə edilən tənzimlənən lazerlər də sürətli uyğun sürət tələb edəcək. Sıx dalğa uzunluğuna bölünən multipleksləşdirmə kanalı uğursuz olduqda, işini davam etdirmək üçün tənzimlənən lazer avtomatik olaraq işə salına bilər. Bu funksiyaya nail olmaq üçün lazer 10 millisaniyə və ya daha az müddətdə uğursuz dalğa uzunluğunda tənzimlənməli və kilidlənməlidir ki, bütün bərpa vaxtının sinxron optik şəbəkənin tələb etdiyi 50 millisaniyədən az olmasını təmin etsin.
Dinamik tətbiqlərdə, optik şəbəkələrin çevikliyini artırmaq üçün tənzimlənən lazerlərin dalğa uzunluğunun müntəzəm olaraq dəyişdirilməsi tələb olunur. Bu cür tətbiqlər ümumiyyətlə dinamik dalğa uzunluqlarının təmin edilməsini tələb edir ki, tələb olunan dəyişən tutumu yerləşdirmək üçün şəbəkə seqmentindən dalğa uzunluğu əlavə oluna və ya təklif oluna bilsin. Həm tənzimlənən lazerlərin, həm də tənzimlənən filtrlərin istifadəsinə əsaslanan sadə və daha çevik ROADM-lərin arxitekturası təklif edilmişdir. Tənzimlənən lazerlər sistemə müəyyən dalğa uzunluqları əlavə edə bilər və tənzimlənən filtrlər sistemdən müəyyən dalğa uzunluqlarını süzgəcdən keçirə bilər. Tənzimlənən lazer optik çarpaz əlaqədə dalğa uzunluğunun bloklanması problemini də həll edə bilər. Hal-hazırda, əksər optik çarpaz bağlantılar bu problemdən qaçmaq üçün lifin hər iki ucunda optik-elektro-optik interfeysdən istifadə edir. OXC-ni giriş ucuna daxil etmək üçün tənzimlənən lazer istifadə edilərsə, işıq dalğasının aydın bir yolda son nöqtəyə çatmasını təmin etmək üçün müəyyən dalğa uzunluğu seçilə bilər.
Gələcəkdə tənzimlənə bilən lazerlər dalğa boyu marşrutlaşdırma və optik paket kommutasiyasında da istifadə edilə bilər.
Dalğa uzunluğunun marşrutlaşdırılması mürəkkəb tam optik açarları sadə sabit çarpaz birləşdiricilərlə tamamilə əvəz etmək üçün tənzimlənən lazerlərin istifadəsinə aiddir, belə ki, şəbəkənin marşrutlaşdırma siqnalını dəyişdirmək lazımdır. Hər bir dalğa uzunluğu kanalı unikal təyinat ünvanına qoşulur və bununla da şəbəkə virtual əlaqəsini yaradır. Siqnalları ötürərkən, tənzimlənən lazer öz tezliyini hədəf ünvanın müvafiq tezliyinə uyğunlaşdırmalıdır.
Optik paket kommutasiyası məlumat paketlərinə uyğun olaraq dalğa uzunluğu marşrutu ilə siqnalları ötürən real optik paket kommutasiyasına aiddir. Siqnal ötürülməsinin bu rejiminə nail olmaq üçün tənzimlənən lazer şəbəkədə çox uzun gecikmə yaratmamaq üçün nanosaniyə kimi qısa müddətdə keçid edə bilməlidir.
Bu tətbiqlərdə, tənzimlənən lazerlər şəbəkədə dalğa uzunluğunun bloklanmasının qarşısını almaq üçün dalğa uzunluğunu real vaxt rejimində tənzimləyə bilər. Buna görə də, tənzimlənən lazerlər daha böyük tənzimlənən diapazona, daha yüksək çıxış gücünə və millisaniyəlik reaksiya sürətinə malik olmalıdır. Əslində, əksər dinamik proqramlar lazer çıxışının müvafiq kanaldan optik lifə keçməsini təmin etmək üçün lazerlə işləmək üçün tənzimlənən optik multipleksor və ya 1:N optik açarı tələb edir.
