Patrik har fått snurr på Järfällas avstämbara laser

– Det är ett fantastiskt team som vi fått ihop här i Järfälla. Det är det roligaste med jobbet, alla människor som faktiskt bevisat hur duktiga de är. Vi har ändå lyckats ta oss fram för att idag vara en volymleverantör av väldigt avancerade halvledarlasrar. Det känns jättekul, säger Patrik Evaldsson, vd för Finisar Sweden.

Patrik Evaldsson har en lång meritlista inom optoområdet – fylld med medvind och motvind.

Mellan åren 1988 och 1993 var han i USA, där han doktorerade inom fiberoptiska komponenter på AT&T Bell Labs i New Jersey. Som färdig industridoktor flyttade han hem. Först arbetade han för Lars Thylén, professor i fotonik på KTH, därefter på Ericsson.

– På Ericsson var jag bland annat med i ett stort Europaprojekt där vi byggde upp en testbädd i Stockholm tillsammans med olika operatörer, berättar han.

Kort efter det att optoföretaget Optillion grundades i december 1999 av elektronikprofessor Christer Svensson, Lars Thylén och entreprenören Jan Nilsson fick Patrik Evaldsson frågan om han var intresserad av företagets vd-stol. Siktet var inställt på att tillverka billiga transceivrar för 10 Gigabit Ethernet, men år 2005 tvingades Optillion i konkurs efter en rad räddningsförsök.

– Optillion var en väldigt intensiv resa för mig fram till slutet av 2004. Då kontaktades jag för det här jobbet. I maj året därpå började jag. Och här har jag nu varit i snart nio år.

Tajt mellan utveckling och produktion
När Patrik kom in drevs verksamheten fortfarande under namnet Syntune (se rutan). Ett år efter att företaget grundats, år 2003, togs riskkapital in vilket var startskottet för att kunna investera i verksamheten och dra igång den på allvar.

– När jag började var vi åtta-tio personer och vi satt vid brandstationen i Kista. Idag är vi 96 anställda här i Järfälla och vi expanderar. Det handlar inte om någon drastisk personalökning under detta år, men vi rekryterar lite hela tiden.

Av de anställda arbetar drygt två tredjedelar i fabriken där lasrarna tillverkas.
 

I järfällafabriken använder Finisar Sweden skivor i 2-tumsformat vid lasertillverkningen.

Lasrarna tillverkas i indiumfosfid eller olika materialkombinationer av indiumfosfid. Skivorna som används är 2 tum. Och volymerna har nu nått över 100 00 chip årligen.

Av den övriga personalen jobbar knappt tio med administration och drygt 20 med utveckling.

– Men det är svårt att dra en gräns mellan de 65–70 som jobbar i produktionen och de som utvecklar. När vi utvecklar nya processer är ju även de som jobbar i produktionen involverade. Närheten mellan produktion och utveckling är väldigt viktigt för oss som utvecklar laserchip, förklarar Patrik Evaldsson.

Grunden till lasern är en arkitektur, kallad MGY (Modulated Grating Y-branch).

Styr frekvensen med tre strömmar
Redan på ett tidigt stadium fick Syntune exklusiv rättighet till arkitekturen, som utvecklats inom EU-projektet Newton. Patentet ägs av forskningsinstitutet Imec, universitetet i Gent och brittiska Gayton Photonics.

– Nyckeln till det vi gör är att man på ett och samma indiumfosfidsubstrat monolitiskt kan kombinera MGY-lasern som ger avstämbarheten med en förstärkare för att få ut mer effekt.
 

En MGY-laser har utseende som ett Y, där de två parallella benen fungerar som var sin reflektor. Hela chipet – även vågledarna – är byggt i indiumfosfid eller varianter av materialet som kan fås att leda ljuset. När de ger reflektion vid samma våglängd får man ut ljuset vid just den våglängden. Lasern integrerar även en optisk förstärkare (SOA) monolitiskt.

Y:et i lasernamnet kommer av utseendet på själva chipet, där de två parallella benen i Y:et fungerar som var sin reflektor (se figur). När de två reflektorerna är upplinjerade att ge reflektion vid samma våglängd får man ut ljuset vid exakt den våglängden.

Avstämbarheten kommer av att man styr strömmen genom de två reflektorerna samt den del som förenar reflektorerna, kallad fasen. Således väljer man önskad våglängd genom att skruva på de tre strömmarna.

– Genom att driva ström skickar man in laddningsbärare och då ändras brytningsindex i reflektorn. Det gör att du ändrar var i frekvensområdet som toppen på reflektionen finns, säger Patrik Evaldsson.

Med tekniken kan man skapa lasrar som täcker hela det så kallade C-bandet – från 191,70 THz till 196,10 THz – med 89 kanaler som är separerade med 50 GHz.

På chipet är även en egenutvecklad optisk förstärkare (Semiconductor Optical Amplifier, SOA) integrerad. Förutom att förstärkaren ser till att lasern leverera tillräckligt mycket ljus i exempelvis telekomtillämpningar används den för att mörklägga mellan kanalerna.

– För att kunna hoppa från en kanalen till en annan måste man kunna stänga av ljuset. Det gör vi med förstärkaren och det är en väldigt viktig funktion.

Detta är grunden till den första produkten som släpptes redan innan amerikanska Finisar – världsledande på optisk kommunikation med knappt 10 00 anställda – köpte den svenska verksamheten för drygt två år sedan.

Med modulator ombord

Då tog man chipet. Stoppade in den i en kapsel med en fiber som sticker ut för att den ska bli lättare att använda. Sammalunda sker idag. En typisk produkt är Finisars F7500, som används i våglängdsmultiplexerade (DWDM) tillämpningar vid datatakter från 10 bit/s och uppåt.

– Här tillverkar vi lasrarna på wafers och klyver upp dem i små chip. Resten av förädlingen görs på andra ställen inom Finisar. Vi har två stora produktionsanläggningar, en i Kina och en i Malaysia, där all kapsling och montering sker.

Moderbolagets huvudprodukt är transceivrar eller transpondrar, där man integrerat sändare, mottagare och elektronik. I dessa är den svenska lasern en liten, men viktig del.

– Över 90 procent av det vi tillverkar här levereras internt, men Finisar säljer även våra lasrar externt. Våra konkurrenter köper av oss, och vi köper av dem. Sådan är branschen, man kan inte tillverka allt, förklarar Patrik Evaldsson.

Lösningen med laser och förstärkare på samma chip representerar en av två huvudfamiljer från Finisar Sweden. Den andra integrerar även en modulator.

– För att få ut information på fibern behöver du nått som modulerar informationen. Antingen kan man ha lasrarna och modulatorn i olika kapslar som kopplas ihop med en fiber eller så integrerar man modulatorn på chipet. Det senare är vår viktigaste produkt idag.

Allt högre bithastighet
Patrik Evaldsson berättar att man redan från start beslutat att lägga fokus på att integrera modulatorn på chipet.

– Det var nog ett av våra allra viktigaste beslut. Idag är det nyckelkomponenten i företagets 10 Gbit-system i telekom.

Amerikanska Finisars kunder är främst de stora systemleverantörerna inom tele- och datakomindustrin. Likaså köper företag som bygger lagringscentraler världen över utrustning direkt från Finisar.

– Sen ser vi en kraftig tillväxt inom utbyggnaden av serveranläggningar. Alla företag, även vi själva, har enorma dataanläggningar numera.

En tydlig trend inom både tele- och datakomtillämpningar är att bithastigheten blir allt högre. Hittills har huvudvolymen varit 10 bit-system, men Finisars produkter används även för 40 och 100 Gbit-system.

– 40 Gbit/s växer starkt, framförallt på datakomsidan, medan den snabbast växande marknaden på telekomsidan är 100 Gbit/s. Det är den man intäktsmässigt tror blir störst under de närmaste åren, påpekar Patrik Evaldsson.

Tre konkurrenter på 10 Gbit/s
Under en överskådlig framtid kommer dock de största volymerna fortsatt att vara 10 bit – speciellt som den marknad fortfarande växer kraftigt.

Bland konkurrenterna på 10 bit-system räknar Finisar egentligen bara två företag: JDS Uniphase och Oclaro. Båda dessa företag tillverkar lasrar i indiumfosfid med liknande grundteknik och prestanda och har samma vertikalintegrerade affärsmodell.

De tre konkurrenterna är de enda i världen som kan tillverka extremt effektiva avstämbara 10 bit-moduler i storleken av en tumme.

– På 100 Gbit är det idag som det var på 10 Gbit för tio år sedan. Stora lådor byggs ihop av en mängd delar. Men redan kan man se en krympningstendens mot pluggbara transceiver-moduler som ryms i en slot i ett system.

Men för att på sikt kunna nå ett verkligt kompakt format på 100 bit måste integrationsgraden öka även på chipnivå.

Från bulkig låda till tumstorlek
Framåt ser Patrik Evaldsson främst två utmaningar. Den ena är att integrera modulatorn vid 100 bit/s. Den andra är att skapa lasrar med ännu smalare linjebredd.  

– Det är de två nyckelteknikerna på chipnivå som vi jobbar med här just nu.

Vid 10 bit/s använder man så kallad on/off-teknik för att kommunicera med ettor och nollor. Vid 100 bit/s tittar man istället på att gå tillbaka till koherent kommunikation liksom att övergå till effektivare modulationsformat – som modulerar både amplitud och fas – för att utnyttja fibern bättre.

För att kunna generar de olika modulationsformaten vid 100 bit/s behöver man i princip fyra olika modulatorer. En uppenbar konsekvens av det är att chipyta ökar, vilket i sin tur innebär att större tumstorlek på wafern är ett naturligt steg.

– Ja, så är det och vi jobbar aktivt med att ta det steget, men idag kan jag inte säga när vi kommer att gå till 3 eller 4 tumsskivor.

Dagens bulkiga lådlösningar på 100 bit-området gör att det finns utrymme för ett större antal konkurrerande lösningar, inte enbart de som använder lasrar i indiumfosfid.

– När man bygger större lådor har integrationsgraden på chipnivå inte så stor betydelse. När vi i framtiden ska krympa lösningarna tror jag däremot att vi är tillbaka till en indiumfosfidbaserad monolitisk teknik.

– Så på längre sikt är vi bara tre som kan pressa storlek och pris, säger Patrik Evaldsson nöjt.