Laser Serat Optik Mendorong Kemajuan dalam Transceiver Optik

Bayangkan aliran data mengalir melalui jaringan serat optik—laser serat berfungsi sebagai mesin fundamental yang mendorong revolusi informasi ini. Bertindak sebagai jantung modul transceiver optik, mereka mengubah bit elektronik menjadi sinyal optik, memungkinkan transmisi data jarak jauh. Namun, berbagai jenis laser serat sangat bervariasi dalam kinerja dan biaya, yang secara langsung memengaruhi aplikasinya dalam modul optik.

Laser Serat: Fondasi Komunikasi Optik

Laser serat adalah komponen yang sangat diperlukan dalam modul transceiver optik, terutama mengubah sinyal listrik menjadi sinyal optik untuk transmisi melalui kabel serat optik. Kinerja mereka secara langsung menentukan jarak transmisi, bandwidth, dan biaya modul optik. Oleh karena itu, memahami prinsip dan jenisnya sangat penting untuk memahami sistem komunikasi optik.

Cara Kerja Laser Serat

Istilah "laser" adalah singkatan dari "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" (Penguatan Cahaya oleh Emisi Terstimulasi Radiasi). Prinsip kerja fundamental laser serat dapat diringkas dalam langkah-langkah berikut:

1. Pemompaan Energi: Sumber energi eksternal (biasanya arus listrik) mengeksitasi medium penguatan, memberi energi pada atom-atomnya.
2. Inversi Populasi: Injeksi energi menciptakan lebih banyak atom dalam keadaan energi yang lebih tinggi daripada yang lebih rendah—suatu kondisi yang penting untuk penguatan cahaya.
3. Emisi Spontan: Atom yang tereksitasi secara spontan beralih ke keadaan energi yang lebih rendah, melepaskan foton dengan arah dan fase acak.
4. Emisi Terstimulasi: Foton-foton ini berinteraksi dengan atom-atom tereksitasi lainnya, mendorong mereka untuk memancarkan foton identik dalam arah, fase, dan polarisasi—proses kunci untuk penguatan cahaya.
5. Resonansi Optik: Resonator optik (terdiri dari cermin) membatasi foton, memungkinkan lintasan berulang melalui medium penguatan untuk amplifikasi. Hanya panjang gelombang tertentu yang beresonansi secara stabil, menentukan panjang gelombang keluaran laser.
6. Keluaran Laser: Ketika penguatan melebihi kerugian, laser memancarkan berkas berintensitas tinggi, terarah, dan koheren.

Jenis Utama Laser Serat

Berdasarkan arah emisi dan struktur, laser serat terbagi dalam dua kategori: laser emisi tepi dan laser emisi permukaan.

• Laser Emisi Tepi: Memancarkan cahaya sejajar dengan permukaan wafer semikonduktor. Ini adalah laser semikonduktor paling awal dan tetap banyak digunakan.
• Laser Emisi Permukaan: Memancarkan cahaya tegak lurus terhadap permukaan wafer, dengan Laser Emisi Permukaan Rongga Vertikal (VCSEL) menjadi yang paling umum.

Modul transceiver optik biasanya menggunakan jenis laser serat ini:

Laser Fabry-Perot (Laser FP)

Prinsip Kerja: Menggunakan resonator Fabry-Perot yang dibentuk oleh cermin reflektifitas tinggi paralel untuk memperkuat panjang gelombang tertentu.

Karakteristik: Struktur sederhana dan biaya rendah, tetapi spektrum keluaran yang luas dengan efek multimode menyebabkan dispersi, membatasi jarak dan bandwidth transmisi.

Aplikasi: Komunikasi optik jarak pendek, kecepatan rendah (misalnya, modul 100M SFP).

Laser Emisi Permukaan Rongga Vertikal (VCSEL)

Prinsip Kerja: Menampilkan resonator tegak lurus terhadap permukaan chip, memancarkan cahaya secara vertikal. Menggunakan Reflektor Bragg Terdistribusi (DBR) sebagai cermin.

Karakteristik: Konsumsi daya rendah, hemat biaya, mudah diintegrasikan dan diuji. Spektrum keluaran sempit dengan dispersi rendah cocok untuk komunikasi jarak pendek berkecepatan tinggi.

Aplikasi: Pusat data dan jaringan perusahaan (misalnya, modul 400G QSFP-DD SR8 dan 100M SFP FX).

Laser Umpan Balik Terdistribusi (Laser DFB) / Laser Termodulasi Langsung (DML)

Prinsip Kerja: Menggabungkan struktur kisi periodik dalam medium penguatan untuk secara selektif memperkuat panjang gelombang tertentu untuk keluaran mode tunggal.

Karakteristik: Keluaran mode tunggal, spektrum sempit, dan stabilitas tinggi cocok untuk komunikasi jarak menengah, kecepatan sedang.

Aplikasi: Jaringan metropolitan dan akses (misalnya, modul 200G QSFP56 FR4 dan 100M SFP CWDM EX).

Laser Termodulasi Elektro-Absorpsi (EML)

Prinsip Kerja: Mengintegrasikan laser dengan modulator elektro-absorpsi (EAM) pada satu chip. EAM mengontrol penyerapan cahaya melalui tegangan untuk memodulasi laser.

Karakteristik: Dispersi rendah, rasio kepunahan tinggi, dan kecepatan tinggi cocok untuk komunikasi jarak jauh, laju tinggi.

Aplikasi: Jaringan tulang punggung dan metropolitan (misalnya, modul 400G QSFP-DD FR4 dan 10G SFP+ CWDM ER).

Perbandingan Jenis Laser Serat

Memilih Antara DML/DFB dan EML

Laser DML/DFB biasanya melayani laju data yang lebih rendah dan jarak yang lebih pendek (di bawah 10km), sementara laser EML unggul dalam laju data yang lebih tinggi dan aplikasi jarak jauh.

Kesimpulan

Sebagai komponen inti dari modul transceiver optik, laser serat sangat memengaruhi jarak transmisi, bandwidth, dan biaya sistem. Memahami prinsip, fitur, dan aplikasinya memungkinkan pemilihan modul yang optimal untuk skenario tertentu, meningkatkan kinerja dan efisiensi biaya dalam sistem komunikasi optik.