Miniatyrisoinnista ja korkeasta integraatiosta tulee avainehdotus laserkehityksessä

Toteuttaakseen seuraavan sukupolven koherenttien kytkettävien laitteiden tavoitteen, seuraavan sukupolven virittävien lasereiden on saavutettava optoelektronisen integraation kokonaan uusi taso.
On syytä huomata, että lasereiden pienentäminen ja integrointi ei ole vain kokohaaste, vaan vielä tärkeämpää on se, kuinka näiden lasereiden tehoa voidaan parantaa. Tässä on joitain etuja, joita pienet laserit tarjoavat paremman energiatehokkuuden suhteen:
Ensinnäkin pienillä lasereilla on alhaisemmat käyttöjännite- ja virtavaatimukset. Tämä johtuu siitä, että pitkälle integroiduissa lasermalleissa käytetään usein kehittyneitä prosesseja ja materiaaleja, jotka mahdollistavat paljon pienemmät kynnysjännitteet ja -virrat kuin perinteiset suuret laserit.
Toiseksi kompakti muotoilu parantaa lämmön haihtumista. Pienissä lasereissa valon etäisyys lasersirun sisällä on paljon lyhyempi, mikä auttaa minimoimaan valohäviön ja lämmönhajoamisongelmia.
Lisäksi pitkälle integroidut laserit voivat vähentää kytkentähäviöitä. Fotoniikassa vapaan tilan optiikan ja sirun välinen kytkentä on aina ollut tekninen haaste. Integroimalla useita toimintoja yhdelle sirulle uudet laserit pystyvät välttämään tämän kytkennän ja siihen liittyvät häviöt.
Fotoninen integrointi on välttämätöntä koon ja virrankulutuksen vähentämiseksi. Kun yhä useampia komponentteja integroidaan yhdelle sirulle, häviöt vähenevät vähitellen ja optisen lähetin-vastaanottimen tehokkuus kasvaa vastaavasti.
Laserintegraatioteknologian onnistumisia ja haasteita
Viritettävä laserintegraatioteknologia on kehittynyt merkittävästi viimeisen vuosikymmenen aikana, ja se on suurelta osin täyttänyt markkinoiden pakottavan pienen koon ja paremman integraation tarpeen.
Vuonna 2011 viritettävät laserit noudattivat Multi-Source Agreement (MSA) for Integration of Tunable Laser Assemblies (ITLA) -ohjeita, mikä alun perin osoitti niiden integrointipotentiaalin.
Vuonna 2015 viritettävät laserit pienennettiin edelleen ja tuotiin markkinoille pienikokoisina mikro-ITLA:ina, jotka ovat vain 22 % alkuperäisen ITLA-paketin koosta, mikä pienensi laitteen kokoa merkittävästi.
Vuonna 2019 koko pienenee entisestään nano-ITLA:n myötä, moduuli, joka on vain 39 % mikro-ITLA:sta, mikä kuvastaa jatkuvuutta ja jatkuvaa teknologian kehityksen edistymistä.

Kuva 1: Koherentin optiikan viritettävän lasermuototekijän kehitys 2011-2021
Näistä vaikuttavista edistysaskeleista huolimatta laserintegraatioteknologialla on edelleen integraatiohaasteita, erityisesti 100G ZR:n koherentissa käyttötilassa, jossa QSFP28-liitettävien laitteiden kysyntä kasvaa.
Kytkettävät QSFP28-moduulit tarjoavat pienemmän virrankulutuksen ja pienemmän jalanjäljen kuin QSFP-DD-moduulit, joten niiden ei pitäisi käyttää samoja lasereita kuin QSFP-DD-moduuleissa. Mitä he tarvitsevat - erityiset laserratkaisut pienemmällä jalanjäljillä ja pienemmällä virrankulutuksella.

Kuva 2: QSFP-DD- ja QSFP-28-muototekijöiden vertailu 100G-sovelluksissa
Tämän tavoitteen saavuttamiseksi monoliittisten lasereiden kehittämisestä tulee kriittistä.
Ihannetapauksessa tällainen laser kykenisi integroimaan kaikki tärkeimmät lasertoiminnot, mukaan lukien vahvistuksen, laserontelon ja aallonpituuslokeron, samalle sirulle, mikä johtaisi merkittävään integrointiin, koon pienenemiseen ja virrankulutuksen vähenemiseen. Tämän teknologian toteuttaminen luo vankan pohjan seuraavan sukupolven optisten viestintälaitteiden kehittämiselle.
Edistää virittävien laserien koon pienentämistä edelleen
Tulevaisuudessa virittävien lasereiden koon pienentämiseksi edelleen on välttämätöntä toteuttaa niiden sisäisten komponenttien korkea integrointiaste.
Esimerkiksi jokainen viritettävä laser luottaa aallonpituuslokeroon, joka varmistaa laserlähdön vakauden erilaisissa ympäristöolosuhteissa, kuten lämpötilassa.
Aallonpituuslokeron integrointi suoraan lasersiruun ulkoisten liitäntöjen sijaan vähentää merkittävästi laserpaketin tilanjälkeä ja energiankulutusta.
EFFECT Photonics, hollantilainen optisen integraatioteknologian johtaja, on keksinyt innovatiivisen ratkaisun: he ovat kehittäneet yksisiruisen ratkaisun, joka on yhteensopiva laajan valikoiman viritettävän laserin kanssa ja joka integroi kaikki toiminnot, mukaan lukien aallonpituuslokeron, yhdelle sirulle. . Tämä kokoonpano on ihanteellinen virrankulutuksen vähentämiseen ja massatuotannon edistämiseen.
Integroimalla kaikki viritettävät lasertoiminnot yhdelle sirulle EFFECT Photonics on onnistuneesti kehittänyt uuden pico-ITLA (pITLA) -moduulin, joka on pienin ITLA koherenteille sovelluksille maailmanlaajuisesti.
pITLA on eteenpäin katsova tuote viritettävään laserintegraatioon, joka sisältää kaikki lasertoiminnot pakkauksessa, joka on vain 20 % nanoITLA-moduulin koosta. Se on vain 20 % nanoITLA-moduulin koosta. Kuten kuvasta 6 näkyy, pITLA näyttää äärimmäisen pieneltä jopa verrattuna tavalliseen tulitikkuun.

Kuva 3: Koherentin optiikan kehitys ITLA-moduulin muototekijän ja koon pienentämisen, 2011-2023

Pienikokoisten integroitujen lasereiden vaikutus ylittää paljon kokoedun; se on yhtä kriittinen tehokkuuden parantamiseksi. Pienemmät lasermallit voivat usein toimia pienemmillä jännitteillä ja virroilla, mikä auttaa parantamaan lämpötehoa ja minimoimaan kytkentähäviöitä.
Ja fotoninen integraatio on avaintekijä näiden suorituskyvyn parannusten saavuttamisessa - yhdistämällä useita toimintoja yhdellä sirulla tehokkuutta voidaan maksimoida.
Kompaktit ja energiatehokkaat QSFP28-kokoiset koherentit kytkettävät laitteet ja niihin liittyvät miniatyrisoidut viritettävät laserit ovat erittäin kysyttyjä, kun edistämme 100G koherentin teknologian käyttöä liityntäverkoissa. EFFECT Photonicsin pITLA-moduulit ovat tärkeä askel tässä integrointi- ja miniatyrisointiprosessissa.
Vain 20 % nanoITLA-moduulin koosta pITLA ei ainoastaan ​​täytä alan pienempää kokoa koskevia odotuksia, vaan se osoittaa myös jatkuvaa pyrkimystä ja pyrkimystä toteuttaa kompakteja, tehokkaita ja skaalautuvia viritettävät lasereita optisten verkkojen reunalla.