Инжекционные лазеры
В основу физических принципов конструирования инжекционных лазеров (ИЛ) для телекоммуникаций заложен довольно обширный диапазон требований к такого рода оборудованию. Обязательно должны учитываться, например, непрерывный и импульсный режимы работы, низкий пороговый ток, широкая полоса модуляции, линейная зависимость мощности излучения от тока, малая излучающая площадь, малые шумы, большой ресурс работы, одномодовый и в пределе одночастотный режим работы.
Лазеры, приемники и усилители изготовлены обычно из квантово-размерных эпитаксиальных структур на основе фосфида индия с использованием МОС-гидридной технологии. Известны конструкции активного элемента лазерного диода типа «зарощенная меза» и «гребневидная меза».
Большинство лазеров для связи имеют резонаторы Фабри-Перо. Однако в последние годы в магистральных линиях связи на большие расстояния для высокоскоростных волоконно-оптических систем передачи информации стали использоваться лазеры с резонаторами с распределенной обратной связью (РОС).
В линиях связи со спектральным уплотнением каналов требуются динамически стабильные режимы одночастотного лазера с очень узкой спектральной линией. Этим требованиям больше всего отвечают лазеры с распределенными брегговскими зеркалами (РБЗ) c шириной линии генерации менее 1 МГц.
Наиболее полно требованиям телекоммуникаций отвечают лазеры с длиной волны излучения 1,3 и 1,55 мкм (малые оптические потери в стекловолокне). Они показывают ватт-амперные характеристики ЛД в диапазоне температур с длиной волны 1,3 мкм. Лазеры работают при температуре до +100°C без охлаждения и имеют мощность излучения до 50 мВт.
Важной экономической и технической проблемой является введение волоконно-оптических систем связи массового распространения (кабельное телевидение, сети передачи данных, телефоны и пр.). Для этих целей требуются неохлаждаемые лазеры, обладающие повышенной надежностью и малой себестоимостью. Минимальное значение порогового тока на этих лазерах 1–3 мА, ресурс работы до 500 тыс. ч. По спектральному составу используемые лазеры в связи могут иметь как многомодовый, так и одномодовый в пределе одночастотный режим генерации в зависимости от скорости и дальности передачи информации.
В волоконно-оптических линиях связи большое распространение получили конструкции лазерных модулей типа 8 или14 pin – DIL или «Баттерфляй». Основными элементами лазерного модуля являются ЛД, ФД, ТЭМО, оптический изолятор, одномодовый световод со сферической линзой на конце. Линейный ряд отечественных лазерных модулей, разработанных для связи, а также их характеристики приведены в табл. 1.
Таблица 1
Приемники оптического излучения
Наряду с лазерными диодами в волоконно-оптических линиях связи, конечно же, необходимы приемники оптического излучения. В настоящее время отечественной промышленностью созданы приемники излучения в спектральном диапазоне от ультрафиолета до глубокой инфракрасной области, работающие в диапазоне скоростей приема до 2,5 Гбит/с.
Наиболее широкое применение в волоконно-оптических линиях связи нашли приемные оптические модули на основе р-i-n фотодиодов с длиной волны излучения 500 до 1600 нм. Для высокоскоростных ВОСП разработаны приемные модули, имеющие в своем составе твердотельный усилитель с полосой до 2,5 ГГц.
Основные параметры приемного модуля ФДМ-14–2К и приемного модуля с предусилителем ФДУ-1 представлены в табл. 2 и 3. Модули имеют волоконно-оптический выход с коннектором типа FC/PC как в одномодовом, так и в многомодовом исполнении.
Табл. 2
Табл. 3
Оптические усилители
Усиление оптических сигналов рассматривалось первоначально как сопутствующее явление, наблюдаемое при исследовании процессов в лазерных устройствах. Однако с развитием волоконно-оптической техники и технологии оно стало самостоятельным направлением развития оптической техники.
Основные типы усилителей, используемых в ВОЛС: эрбиевые, полупроводниковые и параметрические. Для примера характеристики полупроводниковых усилителей приведены в табл. 4.
Табл.4.
Особо отмечу, что практически все представленные в публикации оптоэлектронные компоненты для ВОЛС (лазерные диоды, приемники излучения, усилители) выпускаются у нас в России и соответствуют лучшим зарубежным образцам. Они уже нашли самое широкое применение в отечественной промышленности, а также поставляются на экспорт.
