DML czy EML?
W modułach optycznych 100G stosowane są dwa typy laserów DML i EML. Który z nich wybrać?
Moduły optyczne 100G QSFP28 wykorzystują różne technologie optyczne do przesyłania danych. W przypadku krótszych zasięgów stosowane są zazwyczaj lasery VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers - lasery o emisji powierzchniowej z pionową wnęką). Dla dłuższych zasięgów wykorzystywane są z kolei lasery modulowane elektroabsorpcyjnie (EML) lub lasery bezpośrednio modulowane (DML).
Chwilowy problem z dostępnością laserów EML na rynku stał się powodem poszukiwania alternatywnego rozwiązania dla modułów 100G QSFP28 o większym zasięgu. Optyka DML z DFB TOSA (Transmitter Optical Sub Assembly – Podzespół Optyczny Nadajnika) okazała się opłacalną i niezawodną alternatywą.
DML - directly modulated laser
DML, czyli laser bezpośrednio modulowany, wykorzystuje rozproszoną strukturę sprzężenia zwrotnego z siatką dyfrakcyjną w falowodzie do bezpośredniej modulacji, dlatego też nazywany jest również laserem „DFB” (dioda laserowa rozproszonego sprzężenia zwrotnego). W laserach DFB rozproszony reflektor Bragga ma za zadanie zablokowanie pożądanej długości fali. Dzięki DML moc lasera jest modulowana bezpośrednio za pomocą wewnętrznego mikroukładu sterowników. Są to zazwyczaj szybkie elektroniczne sterowniki krzemowo-germanowe.
Szybkość modulacji i odległość transmisji silnie zależą od spektralnej szerokości linii lasera. Węższa szerokość linii wymagana jest dla wyższej prędkości modulacji (szybkości transmisji danych) i większej odległości.
W DML informacje są umieszczane na wiązce optycznej przez modulowanie prądu zasilającego, który jest wejściowym sygnałem elektrycznym włączania/wyłączania generowanym przez układ scalony sterownika i jest bezpośrednio przekazywany do układu diody laserowej w celu wprowadzenia modulowanego sygnału optycznego. DML jest pojedynczym układem scalonym z prostym obwodem elektrycznym, dzięki czemu idealnie nadaje się do układów wymagających niewielkiej powierzchni i niskiego zużycia energii, tak więc może być stosowany w niewielkiej obudowie QSFP28.
Bezpośrednia modulacja właściwości lasera zmienia współczynnik załamania światła, co prowadzi do dużej dyspersji chromatycznej. Wydajność DML pogarsza się zatem na dłuższych zasięgach powyżej 10 km z powodu większych dyspersji chromatycznych i mniejszej odpowiedzi częstotliwościowej.
Stosunkowo niski w porównaniu z EML współczynnik ekstynkcji (wyjściowy sygnał optyczny „1” w porównaniu z „0”) DML spowodowany włączaniem/wyłączaniem prądu zasilającego staje się wyższy wraz ze wzrostem prądu zasilającego (wejściowy/wyłączony sygnał elektryczny), jednak zmniejsza się, jeśli prąd staje się zbyt duży.
Dyspersja chromatyczna w DML jest spowodowana przez dryfowanie długości fali lasera z powodu zmiany współczynnika załamania światła w jego obszarze aktywnym, wskutek zmieniających się ilości wprowadzanego prądu. Lasery DML są zazwyczaj stosowane w modułach optycznych: 100G QSFP28 PSM4 / 25G SFP28 LR, 100G QSFP28 CWDM4 / 25G SFP28 BiDi o zasięgu 10 km oraz 100G QSFP28 LR4.
EML - electro-absorption modulated laser
EML, czyli laser modulowany elektroabsorpcją, składa się z laserów diodowych o rozproszonym sprzężeniu zwrotnym (DFB) zintegrowanych z modulatorem elektroabsorpcji (EAM) w jednym układzie scalonym. W przypadku DFB rozproszony reflektor Bragga służy do dokładnego zablokowania pożądanej długości fali. DFB działa w trybie fali ciągłej (CW), a sygnały włączenia/wyłączenia napięcia wejściowego są przekazywane do sekcji EAM w celu wygenerowania optycznych sygnałów wyjściowych.
Dlatego same właściwości lasera nie są zmieniane przez proces modulacji, ponieważ znajdują się w DML. Moc wyjściowa DFB jest dostosowywana w celu uzyskania odpowiedniej mocy wyjściowej, następnie EAM odpowiada za modulowanie światła dla wyjścia NRZ lub PAM4 w zależności od potrzeb.
W porównaniu z DML, EML ma mniejszą dyspersję chromatyczną ze stabilną długością fali podczas pracy z dużą prędkością, ponieważ prąd sygnału wejściowego do sekcji laserowej nie jest modulowany, a zatem nie zmienia się. Pasmo przenoszenia EML zależy od pojemności w sekcji EAM, która umożliwia wysoką prędkość roboczą, większą niż 40 GHz. Wygaśnięcie w EML jest spowodowane absorpcją, gdyż współczynnik zmienia się wraz z modulowanym napięciem przekazywanym do sekcji EAM, a współczynnik ekstynkcji staje się wyższy przy dużym napięciu wejściowym (sygnał elektryczny on/off).
Lasery EML ze względu na mniejszą dyspersję chromatyczną stosowane są głównie przy wyższych przepływnościach (>25 Gbps) i większych zasięgach (>10-40 km).
Lasery EML są zazwyczaj stosowane w modułach optycznych 100G QSFP28 ER4 i ZR, 100G PAM4 CWDM oraz CFP/CFP2/CFP4.
Porównanie DML i EML
Ogólnie rzecz biorąc, DML są używane w aplikacjach o niższej prędkości transmisji danych i krótszych odległościach (do 10 km), podczas gdy EML obsługuje większe odległości przy wyższych prędkościach transmisji danych.
Moduły optyczne z laserem DML są tańsze i znajdują zastosowanie w mniej więcej 95% wszystkich aplikacji 100 Gbps. Moduły optyczne z laserem EML z uwagi na zastosowanie zewnętrznego modulatora pozwalają na osiągnięcie większych dystansów i „czystszego” sygnału, są droższe i wybierane zazwyczaj dla długich linków optycznych.
Pobór mocy modułów optycznych z laserem EML
Pobór mocy wkładek z laserem EML jest większy niż dla wkładek z laserem DML i czasami zdarza się, że przekracza wartość maksymalnego poboru mocy wkładki określonego standardem MSA klasa 6 - 4,5 W. W związku z pojawieniem się większych przepływności 100/200/400 Gbps … rozwoju technologii oraz zmiany wymagań sprzętowych we wrześniu 2019 roku standard MSA został rozszerzony i pojawiły się dwie dodatkowe klasy: 7 do 5 W i 8 do 10 W.
Jest to jednak stosunkowo nieodległa zmiana, dlatego większość dostępnych urządzeń jeszcze tego standardu nie wspiera. Wybierając wkładki z laserem EML, koniecznie sprawdź, jaki mają pobór mocy oraz czy Twoje urządzenie sieciowe sobie z nim poradzi. Najnowsza na dzień pisania tego artykułu klasa 8 standardu MSA to aż 10 W, czyli dwa razy więcej ciepła do odprowadzenia w porównaniu z poprzednim standardem i część urządzeń może mieć duży problem z odprowadzeniem tak dużej ilości ciepła.
Zastosowanie wkładki o zbyt dużym poborze mocy to w najlepszym przypadku nie podniesienie się linku, a w najgorszym przypadku - nawet uszkodzenie drogiego urządzenia sieciowego.
W Salumanus wierzymy, że dobre sieci to sieci ekonomiczne, dzięki którym nasi partnerzy mogą efektywne funkcjonować i osiągać wysoką stopę zwrotu z inwestycji.
Skupiamy się na takim doborze rozwiązań, aby sprostały wymaganiom szybko zmieniającego się świata telekomunikacji. Pomagamy budować dobre sieci teleinformatyczne.