激光器芯片技術(shù)：EML vs DML

  100G QSFP28光收發(fā)器是當(dāng)前光通信應(yīng)用市場(chǎng)重點(diǎn)部署的產(chǎn)品類(lèi)型，盡管業(yè)內(nèi)初始設(shè)計(jì)方案是使用EML(電吸收調(diào)制器激光器)，但由于EML供應(yīng)的嚴(yán)重短缺，造成光收發(fā)器設(shè)計(jì)人員不得不采用DML(直接調(diào)制激光器)作為替代方案。如今，商用產(chǎn)品的種類(lèi)已經(jīng)擴(kuò)大了一倍，并且從性能和成本的角度來(lái)看，光模塊EML和DML方案所遇到的問(wèn)題也是不同的。

  什么是激光器

  激光即“受激輻射光放大”的簡(jiǎn)稱(chēng)。換而言之，將電流施加到“光增益介質(zhì)”材料上，并由該材料激發(fā)具有額外能量的電子，這些電子經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后失去能量的同時(shí)，它們會(huì)釋放一個(gè)光子(一種光粒子)，釋放光子是激光的“受激輻射發(fā)射”部分。此時(shí)，光的能量依然微弱，兩側(cè)的腔面來(lái)回反射光，并撞擊材料的其他部分，使這些部分也釋放光子，進(jìn)而產(chǎn)生更多的光，這就是“光放大”。當(dāng)材料所有部分都產(chǎn)生光時(shí)便達(dá)到飽和，這些光在非常窄的波長(zhǎng)下產(chǎn)生非常強(qiáng)的光束，我們將其稱(chēng)為激光束。光穿過(guò)兩個(gè)腔面之間的材料，在它們之間來(lái)回反射光線。然而，其中一個(gè)腔面只能部分反射光線，讓一些光線逃逸，而逃逸的光構(gòu)成激光束。

Source: researchgate.net

  DML（直接調(diào)制激光器）

  DML設(shè)計(jì)采用分立反饋結(jié)構(gòu)，其波導(dǎo)擁有一個(gè)衍射光柵來(lái)穩(wěn)定工作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)直接調(diào)制。它的激光器是分立反饋激光器(DFB)。對(duì)于DML激光器而言，調(diào)制速度和傳輸距離是隨激光器的頻譜線寬而變化。事實(shí)上，線寬越窄。調(diào)制速度(速率)就越高，傳輸距離也越長(zhǎng)。

  基本上，“1”和“0”序列通過(guò)調(diào)制注入電流被放置在光信號(hào)上，這就像一個(gè)開(kāi)/關(guān)電信號(hào)。因此，DML設(shè)計(jì)需要由電流直接調(diào)制光信號(hào)，方法是將激光器“打開(kāi)”以產(chǎn)生“1”或“關(guān)閉”以產(chǎn)生“0”。該調(diào)制注入電流由外置IC電路產(chǎn)生，驅(qū)動(dòng)激光器以產(chǎn)生光輸出功率。

  但是，直接調(diào)制會(huì)改變激光的特性，例如折射率，從而導(dǎo)致較大的色散。與EML相比，由于更大的色散、更低的頻率響應(yīng)和相對(duì)較低的消光比，DML的性能在較遠(yuǎn)距離(>10公里)時(shí)會(huì)下降。DML本身是一個(gè)單芯片，為運(yùn)作提供了比較簡(jiǎn)單的電路布局。因此，它將實(shí)現(xiàn)更緊湊的設(shè)計(jì)和更低的功耗。

  EML（電吸收調(diào)制激光器）

  EML是指集成外置調(diào)制器的激光器，這種外置調(diào)制器被稱(chēng)為電吸收調(diào)制器或單片集成EAM。EML結(jié)構(gòu)和DML相同，但是與DML不同的是EML信號(hào)調(diào)制不在電側(cè)而在EMA側(cè)，這表示電信號(hào)產(chǎn)生連續(xù)的光信號(hào)，而電信號(hào)on/off是在EAM調(diào)制光信號(hào)之后進(jìn)行。

  與DML設(shè)計(jì)相反，EML設(shè)計(jì)不直接調(diào)制激光，擁有不改變激光特性的特點(diǎn)。EML在高速、長(zhǎng)途傳輸應(yīng)用上具有優(yōu)勢(shì)，這是因?yàn)樗母〉纳⒑驮诟咚俟ぷ飨碌姆€(wěn)定波長(zhǎng)。

  EML設(shè)計(jì)需要更高的功率和更復(fù)雜的電路布局來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)作。EML和DML設(shè)計(jì)都遵循行業(yè)MSA標(biāo)準(zhǔn)，兩種設(shè)計(jì)都在100G QSFP28收發(fā)器上實(shí)現(xiàn)了商用。事實(shí)上，一個(gè)QSFP28 LR4模塊采用兩種設(shè)計(jì)方案制作，對(duì)于理解這兩種設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的性能區(qū)別而言十分重要。

  文章來(lái)源：Skylane Optics

  https://www.skylaneoptics.com/en/articles/eml-vs-dml/