eng
Современные информационные сети нельзя представить без использования элементов фотоники. Примеры встречаются повсеместно – полупроводниковые лазеры, приемные и передающие оптические модули и усилители. Они революционно преобразовали устройства записи, хранения, передачи и обработки информации в средствах связи, заменив в них проводные и кабельные линии на волоконно–оптические. В статье приведены основные характеристики изделий из элементной базы фотоники, выпускаемых отечественными компаниями, рассмотрены конструкции некоторых их них.
Задачи телекоммуникации и спектроскопии высокого разрешения повлияли на формирование требований к принципам конструирования инжекционных лазеров: обеспечение непрерывного и импульсного режимов работы, низкий пороговый ток, широкая полоса модуляции, линейная зависимость мощности излучения от тока, малая излучающая площадь, малые шумы, большой ресурс работы.
Таким требованиям удовлетворяют лазеры, изготовленные на квантово-размерных эпитаксиальных структурах на основе фосфида индия с использованием МОС-гидридной технологии. Эпитаксиальная структура с пятью квантовыми ямами для генерации излучения на длине волны 1300 и 1550 нм представлена на рис.1. Конструкция активного элемента лазерного диода (ЛД) показана на рис.2 и 3. Большинство лазеров, используемых для связи, имеют резонаторы Фабри-Перо. Однако в последние годы в магистральных линиях связи, рассчитанных на высокоскоростную передачу информации на большие расстояния, и в волоконно-оптических системах стали использовать лазеры с резонаторами с распределенной обратной связью (РОС).
Для работы в линиях связи со спектральным уплотнением каналов необходимы динамически стабильные режимы работы одночастотного лазера, обеспечивающего очень узкую спектральную линию излучения. Больше всего подобным требованиям отвечают лазеры с распределенными брегговскими зеркалами (РБЗ), обеспечивающие линию генерации шириной менее 1 МГц и работающие на длине волны излучения 1,3 и 1,55 мкм. Ватт-амперные характеристики таких ЛД, излучающих на длине волны 1,3 мкм, представлены на рис.4. Рабочие характеристики лазеров с мощностью излучения до 50 мВт стабильны вплоть до температуры 100° С, и некоторые из них не требуют охлаждения.
Для реализации программы «волокно в дом» – важного с экономической и технической точек зрения проекта, необходимо подвести к каждой квартире и дому разные волоконно-оптические системы связи: кабельное телевидение, сети передачи данных, телефоны и прочее оборудование. Этот проект нуждается в лазере, обладающем высокой надежностью и малой себестоимостью. Поэтому в проекте используют такие же лазеры с длинами волн 1300 и 1550 нм и минимальным значением порогового тока до 1–3 мА. Однако по спектральному составу они могут иметь как многомодовый, так и одномодовый состав, в пределе это будет одночастотный режим генерации – все зависит от скорости и дальности передачи информации. Диапазон длин волн выпускаемых лазеров увеличен до 1650 нм.
В волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС) большое распространение получили конструкции лазерных модулей типа «ДИЛ» или «Баттерфляй». Основные элементы лазерного модуля – ЛД, фотодиод (ФД), ТЭМО, оптический изолятор, одномодовый световод со сферической или с цилиндрической линзой на конце. В табл.1 приведены рабочие характеристики отечественных лазерных модулей. Ресурс работы представленных изделий превышает 500 000 ч, а скорость передачи информации достигает и даже превышает 2500 Гбит/с.
ПРИЕМНИКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Наряду с ЛД в ВОЛС большой популярностью пользуются различные приемники оптического излучения. В настоящее время отечественной промышленностью созданы приемники излучения в спектральном диапазоне от УФ- до глубокой ИК-области, работающие в диапазоне скоростей приема до 2,5 Гбит/с. Наиболее широкое применение в ВОЛС нашли приемные оптические модули на основе р–i–n ФД с длиной волны излучения от 500 до 1600 нм. Для высокоскоростных ВОЛС разработаны приемные модули, которые имеют в своем составе твердотельный усилитель с полосой пропускания до 2,5 ГГц. Основные параметры типичного приемного модуля ФДМ–14–2К и приемного модуля с предусилителем ФДУ–1 представлены в таблицах 2 и 3. Модули, как в одномодовом, так и в многомодовом исполнении, имеют волоконно–оптический выход с коннектором типа FC/PC.
ОПТИЧЕСКИЕ УСИЛИТЕЛИ
Усиление оптических сигналов первоначально рассматривали как явление, сопутствующее прохождению сигнала по волокну, его наблюдали при исследовании процессов излучения в лазерных устройствах. Однако с развитием волоконно-оптической техники и технологий оно стало самостоятельной ветвью в оптической технике (рис.5). В настоящее время наметились несколько направлений в создании оптических усилителей (ОУ). По механизму усиления оптических сигналов в ВОЛС разделяют ОУ на: эрбиевые; полупроводниковые; параметрические. Основные рабочие характеристики полупроводниковых ОУ приведены в табл.4.
СУПЕРЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ДИОДЫ
Отечественные суперлюминесцентные диоды (СЛД) излучают в диапазоне длин волн 650 – 1650 нм с мощностью излучения от 0,1 до 50 мВт. Ширина спектра излучения СЛД составляет 20 – 40 нм. Одни СЛД предназначены для вывода излучения в открытое пространство, другие – через корпусированный волоконный световод. На рис.6 представлен спектр излучения типичного СЛД, а табл.5 знакомит с основными характеристиками СЛД.
Таким образом, вашему вниманию представлены основные характеристики выпускаемых отечественной промышленностью элементов фотонных устройств, предназначенных для задач ВОЛС. По своим параметрам они соответствует лучшим зарубежным образцам оптоэлектронных компонентов.
ЛИТЕРАТУРА
Дураев В.П., Неделин Е. Т., и др. Полупроводниковые лазеры с волоконной брэгговской решеткой и узким спектром генерации на длинах волн 1530–1560 нм. – Квантовая электроника, 2001, т. 31, №6, с. 529.
Дураев В.П. – Техника и Оптоэлектроника, 1992, № 3, с. 40.
Дураев В.П. и др. Одночастотный полупроводниковый лазер на длине волны 1,06 мкм с распределенным брэгговским зеркалом в волоконном световоде. – Квантовая электроника, 1998, т.25, №4, с. 301.
Дураев В.П. Полупроводниковый оптический усилитель. – Lightwave, 2004, №2, c.45.
Таким требованиям удовлетворяют лазеры, изготовленные на квантово-размерных эпитаксиальных структурах на основе фосфида индия с использованием МОС-гидридной технологии. Эпитаксиальная структура с пятью квантовыми ямами для генерации излучения на длине волны 1300 и 1550 нм представлена на рис.1. Конструкция активного элемента лазерного диода (ЛД) показана на рис.2 и 3. Большинство лазеров, используемых для связи, имеют резонаторы Фабри-Перо. Однако в последние годы в магистральных линиях связи, рассчитанных на высокоскоростную передачу информации на большие расстояния, и в волоконно-оптических системах стали использовать лазеры с резонаторами с распределенной обратной связью (РОС).
Для работы в линиях связи со спектральным уплотнением каналов необходимы динамически стабильные режимы работы одночастотного лазера, обеспечивающего очень узкую спектральную линию излучения. Больше всего подобным требованиям отвечают лазеры с распределенными брегговскими зеркалами (РБЗ), обеспечивающие линию генерации шириной менее 1 МГц и работающие на длине волны излучения 1,3 и 1,55 мкм. Ватт-амперные характеристики таких ЛД, излучающих на длине волны 1,3 мкм, представлены на рис.4. Рабочие характеристики лазеров с мощностью излучения до 50 мВт стабильны вплоть до температуры 100° С, и некоторые из них не требуют охлаждения.
Для реализации программы «волокно в дом» – важного с экономической и технической точек зрения проекта, необходимо подвести к каждой квартире и дому разные волоконно-оптические системы связи: кабельное телевидение, сети передачи данных, телефоны и прочее оборудование. Этот проект нуждается в лазере, обладающем высокой надежностью и малой себестоимостью. Поэтому в проекте используют такие же лазеры с длинами волн 1300 и 1550 нм и минимальным значением порогового тока до 1–3 мА. Однако по спектральному составу они могут иметь как многомодовый, так и одномодовый состав, в пределе это будет одночастотный режим генерации – все зависит от скорости и дальности передачи информации. Диапазон длин волн выпускаемых лазеров увеличен до 1650 нм.
В волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС) большое распространение получили конструкции лазерных модулей типа «ДИЛ» или «Баттерфляй». Основные элементы лазерного модуля – ЛД, фотодиод (ФД), ТЭМО, оптический изолятор, одномодовый световод со сферической или с цилиндрической линзой на конце. В табл.1 приведены рабочие характеристики отечественных лазерных модулей. Ресурс работы представленных изделий превышает 500 000 ч, а скорость передачи информации достигает и даже превышает 2500 Гбит/с.
ПРИЕМНИКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Наряду с ЛД в ВОЛС большой популярностью пользуются различные приемники оптического излучения. В настоящее время отечественной промышленностью созданы приемники излучения в спектральном диапазоне от УФ- до глубокой ИК-области, работающие в диапазоне скоростей приема до 2,5 Гбит/с. Наиболее широкое применение в ВОЛС нашли приемные оптические модули на основе р–i–n ФД с длиной волны излучения от 500 до 1600 нм. Для высокоскоростных ВОЛС разработаны приемные модули, которые имеют в своем составе твердотельный усилитель с полосой пропускания до 2,5 ГГц. Основные параметры типичного приемного модуля ФДМ–14–2К и приемного модуля с предусилителем ФДУ–1 представлены в таблицах 2 и 3. Модули, как в одномодовом, так и в многомодовом исполнении, имеют волоконно–оптический выход с коннектором типа FC/PC.
ОПТИЧЕСКИЕ УСИЛИТЕЛИ
Усиление оптических сигналов первоначально рассматривали как явление, сопутствующее прохождению сигнала по волокну, его наблюдали при исследовании процессов излучения в лазерных устройствах. Однако с развитием волоконно-оптической техники и технологий оно стало самостоятельной ветвью в оптической технике (рис.5). В настоящее время наметились несколько направлений в создании оптических усилителей (ОУ). По механизму усиления оптических сигналов в ВОЛС разделяют ОУ на: эрбиевые; полупроводниковые; параметрические. Основные рабочие характеристики полупроводниковых ОУ приведены в табл.4.
СУПЕРЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ДИОДЫ
Отечественные суперлюминесцентные диоды (СЛД) излучают в диапазоне длин волн 650 – 1650 нм с мощностью излучения от 0,1 до 50 мВт. Ширина спектра излучения СЛД составляет 20 – 40 нм. Одни СЛД предназначены для вывода излучения в открытое пространство, другие – через корпусированный волоконный световод. На рис.6 представлен спектр излучения типичного СЛД, а табл.5 знакомит с основными характеристиками СЛД.
Таким образом, вашему вниманию представлены основные характеристики выпускаемых отечественной промышленностью элементов фотонных устройств, предназначенных для задач ВОЛС. По своим параметрам они соответствует лучшим зарубежным образцам оптоэлектронных компонентов.
ЛИТЕРАТУРА
Дураев В.П., Неделин Е. Т., и др. Полупроводниковые лазеры с волоконной брэгговской решеткой и узким спектром генерации на длинах волн 1530–1560 нм. – Квантовая электроника, 2001, т. 31, №6, с. 529.
Дураев В.П. – Техника и Оптоэлектроника, 1992, № 3, с. 40.
Дураев В.П. и др. Одночастотный полупроводниковый лазер на длине волны 1,06 мкм с распределенным брэгговским зеркалом в волоконном световоде. – Квантовая электроника, 1998, т.25, №4, с. 301.
Дураев В.П. Полупроводниковый оптический усилитель. – Lightwave, 2004, №2, c.45.
Отзывы читателей
