ลองนึกภาพกระแสข้อมูลที่ไหลผ่านเครือข่ายใยแก้วนำแสง—เลเซอร์ไฟเบอร์ทำหน้าที่เป็นเครื่องยนต์พื้นฐานที่ขับเคลื่อนการปฏิวัติข้อมูลนี้ ทำหน้าที่เป็นหัวใจของโมดูลรับส่งสัญญาณออปติคัล พวกมันแปลงบิตอิเล็กทรอนิกส์ให้เป็นสัญญาณออปติคัล ทำให้สามารถส่งข้อมูลทางไกลได้ อย่างไรก็ตาม เลเซอร์ไฟเบอร์ประเภทต่างๆ มีประสิทธิภาพและต้นทุนที่แตกต่างกันอย่างมาก ซึ่งส่งผลกระทบโดยตรงต่อการใช้งานในโมดูลออปติคัล
เลเซอร์ไฟเบอร์: รากฐานของการสื่อสารด้วยแสง
เลเซอร์ไฟเบอร์เป็นส่วนประกอบที่ขาดไม่ได้ในโมดูลรับส่งสัญญาณออปติคัล โดยหลักแล้วจะแปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นสัญญาณออปติคัลสำหรับการส่งผ่านสายเคเบิลใยแก้วนำแสง ประสิทธิภาพของพวกมันเป็นตัวกำหนดระยะทางการส่งผ่าน แบนด์วิดท์ และต้นทุนของโมดูลออปติคัลโดยตรง ดังนั้น การทำความเข้าใจหลักการและประเภทของพวกมันจึงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการทำความเข้าใจระบบการสื่อสารด้วยแสง
เลเซอร์ไฟเบอร์ทำงานอย่างไร
คำว่า "เลเซอร์" ย่อมาจาก "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" หลักการทำงานพื้นฐานของเลเซอร์ไฟเบอร์สามารถสรุปได้ในขั้นตอนเหล่านี้:
ประเภทหลักของเลเซอร์ไฟเบอร์
ตามทิศทางการปล่อยและโครงสร้าง เลเซอร์ไฟเบอร์แบ่งออกเป็นสองประเภท: เลเซอร์ปล่อยขอบและเลเซอร์ปล่อยพื้นผิว
โมดูลรับส่งสัญญาณออปติคัลมักใช้เลเซอร์ไฟเบอร์ประเภทเหล่านี้:
เลเซอร์ Fabry-Perot (FP Laser)
หลักการทำงาน: ใช้ตัวเก็บเสียง Fabry-Perot ที่เกิดจากกระจกสะท้อนแสงสูงแบบขนานเพื่อขยายความยาวคลื่นเฉพาะ
ลักษณะเฉพาะ: โครงสร้างที่เรียบง่ายและต้นทุนต่ำ แต่สเปกตรัมเอาต์พุตที่กว้างพร้อมเอฟเฟกต์หลายโหมดทำให้เกิดการกระจายตัว จำกัดระยะทางการส่งผ่านและแบนด์วิดท์
การใช้งาน: การสื่อสารด้วยแสงระยะสั้นและมีความเร็วต่ำ (เช่น โมดูล 100M SFP)
เลเซอร์ปล่อยพื้นผิวแบบช่องแนวตั้ง (VCSEL)
หลักการทำงาน: มีตัวเก็บเสียงตั้งฉากกับพื้นผิวชิป ปล่อยแสงในแนวตั้ง ใช้ตัวสะท้อน Bragg แบบกระจาย (DBR) เป็นกระจก
ลักษณะเฉพาะ: ใช้พลังงานต่ำ คุ้มค่า ติดตั้งและทดสอบง่าย สเปกตรัมเอาต์พุตแคบที่มีการกระจายตัวต่ำเหมาะสำหรับการสื่อสารระยะสั้นความเร็วสูง
การใช้งาน: ศูนย์ข้อมูลและเครือข่ายองค์กร (เช่น โมดูล 400G QSFP-DD SR8 และ 100M SFP FX)
เลเซอร์ป้อนกลับแบบกระจาย (DFB Laser) / เลเซอร์ปรับสัญญาณโดยตรง (DML)
หลักการทำงาน: มีโครงสร้างเกรตติ้งเป็นระยะๆ ในสื่อขยายสัญญาณเพื่อขยายความยาวคลื่นเฉพาะสำหรับการส่งออกโหมดเดียว
ลักษณะเฉพาะ: เอาต์พุตโหมดเดียว สเปกตรัมแคบ และความเสถียรสูง เหมาะสำหรับการสื่อสารระยะปานกลางและมีความเร็วปานกลาง
การใช้งาน: เครือข่ายเมโทรโพลิแทนและเครือข่ายเข้าถึง (เช่น โมดูล 200G QSFP56 FR4 และ 100M SFP CWDM EX)
เลเซอร์ปรับสัญญาณด้วยการดูดกลืนด้วยไฟฟ้า (EML)
หลักการทำงาน: รวมเลเซอร์เข้ากับตัวปรับสัญญาณการดูดกลืนด้วยไฟฟ้า (EAM) บนชิปเดียว EAM ควบคุมการดูดกลืนแสงผ่านแรงดันไฟฟ้าเพื่อปรับสัญญาณเลเซอร์
ลักษณะเฉพาะ: การกระจายตัวต่ำ อัตราส่วนการสูญพันธุ์สูง และความเร็วสูง เหมาะสำหรับการสื่อสารระยะไกลและอัตราสูง
การใช้งาน: เครือข่ายแบ็กโบนและเมโทรโพลิแทน (เช่น โมดูล 400G QSFP-DD FR4 และ 10G SFP+ CWDM ER)
การเปรียบเทียบประเภทเลเซอร์ไฟเบอร์
| ประเภทเลเซอร์ | ความยาวคลื่น (นาโนเมตร) | ระยะทางการส่งผ่านสูงสุด | แบนด์วิดท์สูงสุด | การใช้งานทั่วไป |
|---|---|---|---|---|
| VCSEL | 850 | สูงสุด 500 ม. | สูงสุด 400G (QSFP-DD) | ศูนย์ข้อมูล เครือข่ายองค์กร |
| FP | 1310, 1550 | 500 ม. ถึง 10 กม. | สูงสุด 1000M (SFP) | การสื่อสารระยะสั้น |
| DFB/DML | 1310, 1550 | สูงสุด 40 กม. | สูงสุด 200G | เมโทรโพลิแทน เครือข่ายเข้าถึง |
| EML | 1310, 1550 | สูงสุด 40 กม. | สูงสุด 400G (QSFP-DD, OSFP) | แบ็กโบน เครือข่ายเมโทรโพลิแทน |
การเลือกใช้ระหว่าง DML/DFB และ EML
เลเซอร์ DML/DFB โดยทั่วไปให้บริการอัตราข้อมูลที่ต่ำกว่าและระยะทางที่สั้นกว่า (ต่ำกว่า 10 กม.) ในขณะที่เลเซอร์ EML ทำได้ดีในอัตราข้อมูลที่สูงกว่าและการใช้งานระยะไกล
บทสรุป
ในฐานะส่วนประกอบหลักของโมดูลรับส่งสัญญาณออปติคัล เลเซอร์ไฟเบอร์มีอิทธิพลอย่างมากต่อระยะทางการส่งผ่าน แบนด์วิดท์ และต้นทุนของระบบ การทำความเข้าใจหลักการ คุณสมบัติ และการใช้งานของพวกมันทำให้สามารถเลือกโมดูลที่เหมาะสมที่สุดสำหรับสถานการณ์เฉพาะ ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและประสิทธิภาพด้านต้นทุนในระบบการสื่อสารด้วยแสง
ลองนึกภาพกระแสข้อมูลที่ไหลผ่านเครือข่ายใยแก้วนำแสง—เลเซอร์ไฟเบอร์ทำหน้าที่เป็นเครื่องยนต์พื้นฐานที่ขับเคลื่อนการปฏิวัติข้อมูลนี้ ทำหน้าที่เป็นหัวใจของโมดูลรับส่งสัญญาณออปติคัล พวกมันแปลงบิตอิเล็กทรอนิกส์ให้เป็นสัญญาณออปติคัล ทำให้สามารถส่งข้อมูลทางไกลได้ อย่างไรก็ตาม เลเซอร์ไฟเบอร์ประเภทต่างๆ มีประสิทธิภาพและต้นทุนที่แตกต่างกันอย่างมาก ซึ่งส่งผลกระทบโดยตรงต่อการใช้งานในโมดูลออปติคัล
เลเซอร์ไฟเบอร์: รากฐานของการสื่อสารด้วยแสง
เลเซอร์ไฟเบอร์เป็นส่วนประกอบที่ขาดไม่ได้ในโมดูลรับส่งสัญญาณออปติคัล โดยหลักแล้วจะแปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นสัญญาณออปติคัลสำหรับการส่งผ่านสายเคเบิลใยแก้วนำแสง ประสิทธิภาพของพวกมันเป็นตัวกำหนดระยะทางการส่งผ่าน แบนด์วิดท์ และต้นทุนของโมดูลออปติคัลโดยตรง ดังนั้น การทำความเข้าใจหลักการและประเภทของพวกมันจึงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการทำความเข้าใจระบบการสื่อสารด้วยแสง
เลเซอร์ไฟเบอร์ทำงานอย่างไร
คำว่า "เลเซอร์" ย่อมาจาก "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" หลักการทำงานพื้นฐานของเลเซอร์ไฟเบอร์สามารถสรุปได้ในขั้นตอนเหล่านี้:
ประเภทหลักของเลเซอร์ไฟเบอร์
ตามทิศทางการปล่อยและโครงสร้าง เลเซอร์ไฟเบอร์แบ่งออกเป็นสองประเภท: เลเซอร์ปล่อยขอบและเลเซอร์ปล่อยพื้นผิว
โมดูลรับส่งสัญญาณออปติคัลมักใช้เลเซอร์ไฟเบอร์ประเภทเหล่านี้:
เลเซอร์ Fabry-Perot (FP Laser)
หลักการทำงาน: ใช้ตัวเก็บเสียง Fabry-Perot ที่เกิดจากกระจกสะท้อนแสงสูงแบบขนานเพื่อขยายความยาวคลื่นเฉพาะ
ลักษณะเฉพาะ: โครงสร้างที่เรียบง่ายและต้นทุนต่ำ แต่สเปกตรัมเอาต์พุตที่กว้างพร้อมเอฟเฟกต์หลายโหมดทำให้เกิดการกระจายตัว จำกัดระยะทางการส่งผ่านและแบนด์วิดท์
การใช้งาน: การสื่อสารด้วยแสงระยะสั้นและมีความเร็วต่ำ (เช่น โมดูล 100M SFP)
เลเซอร์ปล่อยพื้นผิวแบบช่องแนวตั้ง (VCSEL)
หลักการทำงาน: มีตัวเก็บเสียงตั้งฉากกับพื้นผิวชิป ปล่อยแสงในแนวตั้ง ใช้ตัวสะท้อน Bragg แบบกระจาย (DBR) เป็นกระจก
ลักษณะเฉพาะ: ใช้พลังงานต่ำ คุ้มค่า ติดตั้งและทดสอบง่าย สเปกตรัมเอาต์พุตแคบที่มีการกระจายตัวต่ำเหมาะสำหรับการสื่อสารระยะสั้นความเร็วสูง
การใช้งาน: ศูนย์ข้อมูลและเครือข่ายองค์กร (เช่น โมดูล 400G QSFP-DD SR8 และ 100M SFP FX)
เลเซอร์ป้อนกลับแบบกระจาย (DFB Laser) / เลเซอร์ปรับสัญญาณโดยตรง (DML)
หลักการทำงาน: มีโครงสร้างเกรตติ้งเป็นระยะๆ ในสื่อขยายสัญญาณเพื่อขยายความยาวคลื่นเฉพาะสำหรับการส่งออกโหมดเดียว
ลักษณะเฉพาะ: เอาต์พุตโหมดเดียว สเปกตรัมแคบ และความเสถียรสูง เหมาะสำหรับการสื่อสารระยะปานกลางและมีความเร็วปานกลาง
การใช้งาน: เครือข่ายเมโทรโพลิแทนและเครือข่ายเข้าถึง (เช่น โมดูล 200G QSFP56 FR4 และ 100M SFP CWDM EX)
เลเซอร์ปรับสัญญาณด้วยการดูดกลืนด้วยไฟฟ้า (EML)
หลักการทำงาน: รวมเลเซอร์เข้ากับตัวปรับสัญญาณการดูดกลืนด้วยไฟฟ้า (EAM) บนชิปเดียว EAM ควบคุมการดูดกลืนแสงผ่านแรงดันไฟฟ้าเพื่อปรับสัญญาณเลเซอร์
ลักษณะเฉพาะ: การกระจายตัวต่ำ อัตราส่วนการสูญพันธุ์สูง และความเร็วสูง เหมาะสำหรับการสื่อสารระยะไกลและอัตราสูง
การใช้งาน: เครือข่ายแบ็กโบนและเมโทรโพลิแทน (เช่น โมดูล 400G QSFP-DD FR4 และ 10G SFP+ CWDM ER)
การเปรียบเทียบประเภทเลเซอร์ไฟเบอร์
| ประเภทเลเซอร์ | ความยาวคลื่น (นาโนเมตร) | ระยะทางการส่งผ่านสูงสุด | แบนด์วิดท์สูงสุด | การใช้งานทั่วไป |
|---|---|---|---|---|
| VCSEL | 850 | สูงสุด 500 ม. | สูงสุด 400G (QSFP-DD) | ศูนย์ข้อมูล เครือข่ายองค์กร |
| FP | 1310, 1550 | 500 ม. ถึง 10 กม. | สูงสุด 1000M (SFP) | การสื่อสารระยะสั้น |
| DFB/DML | 1310, 1550 | สูงสุด 40 กม. | สูงสุด 200G | เมโทรโพลิแทน เครือข่ายเข้าถึง |
| EML | 1310, 1550 | สูงสุด 40 กม. | สูงสุด 400G (QSFP-DD, OSFP) | แบ็กโบน เครือข่ายเมโทรโพลิแทน |
การเลือกใช้ระหว่าง DML/DFB และ EML
เลเซอร์ DML/DFB โดยทั่วไปให้บริการอัตราข้อมูลที่ต่ำกว่าและระยะทางที่สั้นกว่า (ต่ำกว่า 10 กม.) ในขณะที่เลเซอร์ EML ทำได้ดีในอัตราข้อมูลที่สูงกว่าและการใช้งานระยะไกล
บทสรุป
ในฐานะส่วนประกอบหลักของโมดูลรับส่งสัญญาณออปติคัล เลเซอร์ไฟเบอร์มีอิทธิพลอย่างมากต่อระยะทางการส่งผ่าน แบนด์วิดท์ และต้นทุนของระบบ การทำความเข้าใจหลักการ คุณสมบัติ และการใช้งานของพวกมันทำให้สามารถเลือกโมดูลที่เหมาะสมที่สุดสำหรับสถานการณ์เฉพาะ ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและประสิทธิภาพด้านต้นทุนในระบบการสื่อสารด้วยแสง
