Gigabit ingen match för laser med inbyggd modulator

Mindre, billigare och lägre styrspänningar är de stora fördelarna med den nya telekomlasern med integrerad modulator från Ericsson Components i Kista. Den är med andra ord skräddarsydd för telekomsystem på 2,5 Gbit/s och mer.

Det finns två metoder att modulera en telekomlaser. Det enklaste sättet är så kallad direktmodulering där databitarna switchar lasern av och på. Det fungerar utmärkt vid lägre datahastigheter men vid 2,5 Gbit/s och 1 550 nm börjar breddningen av spektrat, det vill säga kvittringen eller på engelska "chirp", bli för stor för att mottagaren ska kunna tolka signalen korrekt när den transmitterats över en längre sträcka.

Lösningen är då att driva lasern med en konstant ström och modulera ljuset med en extern modulator. Den lösningen brukar vara dyrare och klumpigare.

Men för ett drygt halvår sedan lanserade Ericsson Components en laser med integrerad modulator.

- Det finns tre stora fördelar med den nya lösningen, förklarar Olof Sahlén på FORC, Fiber Optical Research Center, på Ericsson Components i Kista.

- Lasern tar mindre plats, modulationsspänningarna är lägre och dessutom blir det billigare.

Idag klarar lasern 2,5 Gbit/s med överföringsavstånd upp till 600 km på en vanlig standardfiber, mätt med en bitfelshalt på mindre än 10-12.

Nästa medlem i produktfamiljen blir en modell för 10 Gbit/s. Olof Sahlén vill dock inte avslöja när den lanseras men antyder att det inte är allt för långt bort i tiden.

Komponenten klarar idag transmission på en standarfiber upp till 40 km eller upp till 75 km om man kan acceptera en försämring av signalkvaliteten på 2 decibel.

Inte bara fördelar

För lägre bithastigheter är emellertid en direktmodulerad DFB-laser ett bättre alternativ. Den nya lasern med integrerad modulator är komplexare. Det krävs ett extra steg i epitaxin med tillhörande processsteg vid tillverkningen plus att den tar dubbla ytan jämfört med en DFB-laser.

- Det pågår också arbete runt om i världen för att förbättra vanliga DFB-lasrar så att de kan användas för högre bithastigheter, säger Olof Sahlén.

En annan nackdel är att den integrerade modulatorn något begränsar uteffekten och våglängdsområdet. Enda möjligheten är då att använda en extern modulator.

Skifta nyans

På Ericsson går arbetet vidare med att förbättra lasern. Det handlar inte bara om att öka bithastigheterna.

- Vi kommer bland annat att försöka göra lasern elektriskt avstämbar i frekvens. Det är en funktion som behövs i framtida våglängdsmultiplexerade system, förklarar Olof Sahlén.

Men Ericsson är inte ensamma om den nya typen av laser. Det finns ytterligare fyra, fem företag som arbetar med liknande produkter.

- Riktigt hur nära en produkt de hunnit vet vi inte.

Per Henricsson

Absorberar ljuset

I Ericsson Components nya laser med integrerad modulator har man kombinerat en laser med en absorberande modulator på samma substrat. Delarna är elektriskt isolerade från varandra men optiskt förbundna med en vågledare.

Laserdelen är en konventionell telekomlaser, det vill säga en DFB-laser. DFB kommer från engelskans distributed feedback och syftar på det gitter som bestämmer vilken frekvens lasern får. Det aktiva skiktet kan nämligen lasra inom ett relativt stort våglängdsområde på 50 nm och med flera moder.

För att bara få en mod görs skiktet tunt och för att låsa frekvensen justeras avståndet mellan linjerna i gittret. Man hamnar på någon nanometer när. Den sista finjusteringen görs med temperaturen. Lasern är därför monterad på ett Peltierelement som både har till uppgift att kyla bort överskottsvärmen och att reglera temperaturen så att våglängden blir den rätta.

Modulatorn kan antingen absorbera ljuset eller låta det passera opåverkat. Skillnaden i intensitet är cirka tio decibel vid två volts styrspänning vilket är fullt tillräckligt för telekomtilllämpningar.

Modulatorn fungerar inom ett 10-20 nm brett våglängds-intervall. Den högsta modulationsbandbredd som Ericsson visat på forskningskomponenter är cirka 35 GHz, vilket är tillräckligt för bithastigheter uppemot 40 Gbit/s.