可調(diào)激光器的應(yīng)用現(xiàn)狀及未來(lái)

1、可調(diào)激光器的應(yīng)用現(xiàn)狀及未來(lái)可調(diào)諧激光器因其優(yōu)異的性能、越來(lái)越低價(jià)格而正引起系統(tǒng)商和運(yùn)營(yíng)商的關(guān)注，從近兩年的發(fā)展路程我們可以看到，可調(diào)激光器的應(yīng)用正日趨廣泛,技術(shù)也日益成熟，而可調(diào)激光器也是可調(diào)器件中最重要的器件，因此本文即就當(dāng)前可調(diào)激光器的現(xiàn)狀和未來(lái)做一簡(jiǎn)單探討。前言目前可調(diào)諧激光器可以分為很多類，如果從可調(diào)范圍來(lái)講，可分為窄范圍可調(diào)激光器和寬范圍可調(diào)激光器，窄范圍可調(diào)激光器在幾百GHz范圍內(nèi)可調(diào)，而寬范圍可調(diào)激光器在整個(gè)C波段可調(diào)。；如果按照激光器不同結(jié)構(gòu)來(lái)劃分的話，可分為分布反饋（DF日激光器、分布布拉格反射（DBR激光器、采樣光柵DBR（SG-DBR激光器、外腔激光器（ECI）和垂直腔表

2、面發(fā)射激光器（VCSEQ等等；如果從實(shí)現(xiàn)技術(shù)上看主要分為：電流控制技術(shù)、溫度控制技術(shù)和機(jī)械控制技術(shù)等類型。其中電控技術(shù)是通過(guò)改變注入電流實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的調(diào)諧，具有ns級(jí)調(diào)諧速度，較寬的調(diào)諧范圍，但輸出功率較小，基于電控技術(shù)的主要有SG-DBR（采樣光柵DBR和GCSR輔助光柵定向耦合背向取樣反射）激光器。溫控技術(shù)是通過(guò)改變激光器有源區(qū)折射率，從而改變激光器輸出波長(zhǎng)的。該技術(shù)簡(jiǎn)單，但速度慢，可調(diào)帶寬窄，只有幾個(gè)nm基于溫控技術(shù)的主要有DFB（分布反饋）和DBR（分布布拉格反射）激光器。機(jī)械控制主要是基于MEMS微機(jī)電系統(tǒng)）技術(shù)完成波長(zhǎng)的選擇，具有較大的可調(diào)帶寬、較高的輸出功率?；跈C(jī)械控制技術(shù)的主要有

3、DFBECLffiVCSE博結(jié)構(gòu)。在2.5G市場(chǎng)，可調(diào)激光器相比固定波長(zhǎng)激光器的優(yōu)勢(shì)也許沒(méi)有那么明顯，不過(guò)在10G市場(chǎng)，可調(diào)激光器與固定波長(zhǎng)激光器的差距就拉大了，目前有多個(gè)供應(yīng)商在該領(lǐng)域展開激烈競(jìng)爭(zhēng)。他們提供的解決方案包括了連續(xù)波可調(diào)激光器，這種激光器一般與LiNbO3調(diào)制器協(xié)同工作。到目前為止，只有兩種可調(diào)技術(shù)通過(guò)了TelecordiaGR-468認(rèn)證測(cè)試。對(duì)電信系統(tǒng)供應(yīng)商而言，在選擇那種技術(shù)最重要的考慮要素是看其穩(wěn)定性如何。性能上的差別還可以通過(guò)其他措施補(bǔ)救，但可靠性很差的話就無(wú)法補(bǔ)救了。SG-DB幅一種固態(tài)激光器，可以通過(guò)電流控制來(lái)調(diào)諧波長(zhǎng)，裝配工藝與DFB工藝類似，目前代表性廠商是Ag

4、ility。而其他競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)，如外腔激光器（ECD則依賴機(jī)械調(diào)節(jié)方式來(lái)調(diào)諧波長(zhǎng)，這會(huì)引起可靠性的降低，而且裝配復(fù)雜性也大大增加（相對(duì)SG-DBR。利用VCSE胴樣也可以制成可調(diào)激光器，這種方式通常要集成光泵浦芯片和分離SOA5片。這種三芯片結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致相當(dāng)高的封裝復(fù)雜性。其調(diào)諧方式也通過(guò)機(jī)械方式，如MEMS現(xiàn)在還無(wú)法確定那種可調(diào)激光器技術(shù)會(huì)最后勝出，因?yàn)槊糠N技術(shù)都有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，應(yīng)該說(shuō)現(xiàn)在不同的應(yīng)用就需要不同的技術(shù)，那種靠一種可調(diào)激光器技術(shù)就能打遍天下無(wú)敵手的神話是不會(huì)發(fā)生的。在2003年和2004年，可調(diào)激光器一度被人們炒的很熱，不過(guò)從目前的情況來(lái)看可調(diào)激光器市場(chǎng)逐漸恢復(fù)平靜和穩(wěn)定，可調(diào)激

5、光器的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，包括庫(kù)存/備份，動(dòng)態(tài)波長(zhǎng)供給和保護(hù)倒換，測(cè)試測(cè)量等。不過(guò)其最吸引的一個(gè)應(yīng)用是可重配置光分插復(fù)用器（ROADM。從2005年Surpercomm展會(huì)上我們可以看到，ROADMJ市場(chǎng)已經(jīng)踏入快速增長(zhǎng)的快車道，多個(gè)系統(tǒng)大廠紛紛推出最新研制的ROADMf品，這無(wú)疑為苦苦等待的可調(diào)激光器廠商注入了一針強(qiáng)心劑。庫(kù)存/備份三四年前，可調(diào)激光器還是市場(chǎng)上的熱點(diǎn)，被認(rèn)為實(shí)現(xiàn)智能光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵因子，可以為運(yùn)營(yíng)商提供更大彈性、更快波長(zhǎng)供應(yīng)速度，并最終實(shí)現(xiàn)更低的成本。不過(guò)在當(dāng)前電信泡沫的陰影還未完全消除的時(shí)候，心有余悸的運(yùn)營(yíng)商仍對(duì)新技術(shù)的應(yīng)用保持謹(jǐn)慎態(tài)度，從過(guò)去更關(guān)心技術(shù)先進(jìn)程度到如今的成本節(jié)約為中

6、心的策略說(shuō)明，那些不能幫助運(yùn)營(yíng)商節(jié)省資金的技術(shù)是沒(méi)有前途的。絕大部分系統(tǒng)供應(yīng)商依舊相信未來(lái)長(zhǎng)途光網(wǎng)絡(luò)將是波長(zhǎng)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的天下，這些網(wǎng)絡(luò)可以在很短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)新的波長(zhǎng)分配，由于采用超長(zhǎng)距離傳輸技術(shù)而無(wú)須使用再生器，從而節(jié)省大筆開支?，F(xiàn)在唯一的問(wèn)題是一一這些系統(tǒng)什么時(shí)候才能投入實(shí)際商業(yè)鋪設(shè)？與此同時(shí)，可調(diào)激光器供應(yīng)商正在努力地證明這種技術(shù)照樣可以幫助靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)節(jié)省開支，因?yàn)樵诳深A(yù)見的未來(lái)，這些靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)仍會(huì)占據(jù)主導(dǎo)地位。可調(diào)激光器供應(yīng)商認(rèn)為短期內(nèi)的最首要應(yīng)用是備份和一次性供應(yīng)（OTP。為了演示備份應(yīng)用，我們可以假設(shè)一種簡(jiǎn)單小型的網(wǎng)絡(luò)（如圖1）。該網(wǎng)絡(luò)擁有4個(gè)節(jié)點(diǎn)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)在每個(gè)方向都有32路波長(zhǎng)（速率為

7、OC-48/STM-16,2.5-Gbit/sec）?，F(xiàn)在假設(shè)網(wǎng)絡(luò)上一個(gè)節(jié)點(diǎn)上的發(fā)射/接收（T/R）電路包已經(jīng)出現(xiàn)故障，假如這個(gè)T/R對(duì)采用固定波長(zhǎng)技術(shù)，如DFBJ術(shù)，每一個(gè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)一個(gè)備份，如果一個(gè)T/R市面上的價(jià)格按10000美元計(jì)算的話，那單單就庫(kù)存一項(xiàng)投資就高達(dá)32萬(wàn)美元，如果在加上運(yùn)輸和庫(kù)存場(chǎng)地的成本，這個(gè)數(shù)字還會(huì)更高。Figure1Sparingpower如果這個(gè)T/R采用寬范圍可調(diào)激光器的話,那所需備份T/R卡的數(shù)量將會(huì)大大減少。在每個(gè)節(jié)點(diǎn)配置一個(gè)備份可調(diào)激光器所提供的安全性不會(huì)低于那些采用固定波長(zhǎng)激光器方案的水準(zhǔn)。如果一個(gè)可調(diào)T/R市面價(jià)格為11000美元，僅比固定波長(zhǎng)T/R高

8、10%,那所需的總備份開支僅為44000美元，相比上述的32萬(wàn)美元節(jié)省86%勺開支。這些備份可立刻應(yīng)用到這些節(jié)點(diǎn)上,甚至省掉了場(chǎng)地費(fèi)用和運(yùn)輸費(fèi)用。如果這些可調(diào)T/R現(xiàn)在可以配置到網(wǎng)絡(luò)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)上，來(lái)用于一次編程（OTP領(lǐng)域，這將會(huì)節(jié)省更多成本?？偟目烧{(diào)T/R成本（排除備份開支）將達(dá)到282萬(wàn)美元，盡管使用固定波長(zhǎng)T/R的成本將是256萬(wàn)美元，少26萬(wàn)美元。不過(guò)如果考慮備份所節(jié)約成本的話，可調(diào)方案仍有很大優(yōu)勢(shì)，尤其適合10G系統(tǒng)。除了上述我們談到的因素外，可調(diào)激光器仍有許多其他值得關(guān)注的潛在優(yōu)勢(shì)，如在先前的例子里，使用可調(diào)T/R方案的每個(gè)節(jié)點(diǎn)每年維護(hù)費(fèi)用大約在1萬(wàn)美元左右，而固定波長(zhǎng)方案的維護(hù)費(fèi)

9、用將達(dá)到31萬(wàn)美元。由于采用可調(diào)激光器技術(shù)，可以適應(yīng)未來(lái)智能光網(wǎng)絡(luò)的需求，滿足新興業(yè)務(wù)要求等等。正如人們所預(yù)期的那樣，將可調(diào)激光器作為備件應(yīng)用也許是運(yùn)營(yíng)商們最關(guān)注的。“備件對(duì)我們來(lái)說(shuō)確實(shí)是一塊成本，對(duì)我們的設(shè)備供應(yīng)商也是“，MCI副總裁JackWimmer說(shuō)，“在一個(gè)地點(diǎn)只需存放一兩個(gè)備件而不是160個(gè)的主意真的非常棒。我們采購(gòu)的可調(diào)激光器的第一項(xiàng)應(yīng)用就是作為備件?！?004年MCI宣布打造一條新的超長(zhǎng)途（ULH）DWDM5網(wǎng)絡(luò)，這條下一代傳輸網(wǎng)絡(luò)主要設(shè)備來(lái)自CIENA和西門子，入選的設(shè)備如CIENA的Corestream光傳輸和交換平臺(tái)以及西門子的SURPASShiT7500DWD峽備都采用

10、了可調(diào)激光器技術(shù)。CIENA表示其可調(diào)激光器完全符合10G收發(fā)信機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，可通過(guò)精簡(jiǎn)激光硬件降低網(wǎng)絡(luò)投資、通過(guò)遠(yuǎn)程設(shè)置簡(jiǎn)化管理，同時(shí)顯著降低維護(hù)和零部件要求。其實(shí)早在2003年7月，德國(guó)電信和西門子宣布開始對(duì)包含SUPASSliT7500的1000公里光網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行區(qū)域，性試驗(yàn)。西門子SUPASSliT7500當(dāng)時(shí)采用的是Agility3105/3106CW連續(xù)波寬范圍可調(diào)激光器。AT&T也同樣將可調(diào)激光器作為備件使用，還有一些固定波長(zhǎng)的應(yīng)用也使用可調(diào)激光器，即在系統(tǒng)安裝的時(shí)候調(diào)到指定波長(zhǎng)，之后就不再改變了。AT&T也已經(jīng)部署了西門子的SURPASShiT7500系統(tǒng)，該系統(tǒng)配有智能

11、光交換機(jī)和能在80個(gè)信道范圍內(nèi)調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)發(fā)器。因?yàn)椴恍枰A(yù)定光波長(zhǎng)，所以可以更快地為用戶提供波長(zhǎng)備份，而且需要的轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)量減少了，成本也會(huì)降低?！拔覀兿嘈趴烧{(diào)激光器將幫助我們節(jié)約庫(kù)存”，AT&T發(fā)言人表示，“我們可以在任何系統(tǒng)中采用任何轉(zhuǎn)發(fā)器，調(diào)到任何波長(zhǎng)。”該運(yùn)營(yíng)商表示，可調(diào)激光器使得開通業(yè)務(wù)的速度更快了，因?yàn)椴辉傩枰獮槊總€(gè)波長(zhǎng)單獨(dú)定制器件了。SBC實(shí)驗(yàn)室的PhilWisseman說(shuō)，SBC正在考察的絕大多數(shù)DWD陳統(tǒng)都使用可調(diào)激光器。他不能想象在大規(guī)模部署DWD陳統(tǒng)時(shí)不使用可調(diào)激光器，原因很簡(jiǎn)單，就是大量固定激光器的備件要占用很多成本。對(duì)于備件和固定波長(zhǎng)的應(yīng)用，窄范圍可調(diào)激光器已經(jīng)足

12、夠了?！坝腥さ氖?，過(guò)去幾個(gè)月，我們發(fā)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)商們真正感興趣的是全C波段可調(diào)的激光器”，IDC高級(jí)分析師SterlingPerrin報(bào)告說(shuō)，“這讓我認(rèn)為可調(diào)激光器的初衷一一波長(zhǎng)可重配置或者動(dòng)態(tài)調(diào)整波長(zhǎng)的功能一一正合運(yùn)營(yíng)商的心思。雖然運(yùn)營(yíng)商們還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)可重配置的目標(biāo)，但它似乎已經(jīng)在它們的藍(lán)圖中了。它們對(duì)能讓它們的設(shè)施盡可能適應(yīng)未來(lái)需要的技術(shù)總是很感興趣?！盧OADM可重構(gòu)的光分插復(fù)用器（ROADM是目前業(yè)界的熱點(diǎn)話題，在2004/2005年的OFC會(huì)議以及Surpercomm展會(huì)上，Surpercomm逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，很多廠商都紛紛推出最新研制的ROADMJ備和相關(guān)子系統(tǒng)和器件，不過(guò)ROAD

13、ME網(wǎng)絡(luò)中大規(guī)模采用還要等待價(jià)格的下降和技術(shù)的進(jìn)一步成熟。HeavyReading在日前發(fā)布的ROAD調(diào)查報(bào)告中指出，超過(guò)60%勺服務(wù)提供商計(jì)劃和準(zhǔn)備采用這種技術(shù)。HeavyReading的報(bào)告并沒(méi)有給出清晰的時(shí)間表，但他們認(rèn)為光網(wǎng)絡(luò)向智能交換城域光網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)不可避免。相比傳統(tǒng)OADM可重構(gòu)的ROAD隰有如下優(yōu)點(diǎn)：一是運(yùn)營(yíng)公司可根據(jù)需要在任意節(jié)點(diǎn)上/下波長(zhǎng)，僅僅通過(guò)操作鍵盤即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，這不僅大大簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)，而且節(jié)省了人工配置所需的費(fèi)用；二是ROADM!用了交換矩陣，可將環(huán)形的網(wǎng)絡(luò)變成靈活的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；適當(dāng)?shù)膯尾ㄩL(zhǎng)功率控制也是ROADMI要功能，可以幫助運(yùn)營(yíng)商更好地進(jìn)行功率管理。所有這些

14、都是運(yùn)營(yíng)商喜歡ROADMJ原因。除此之外，ROADMT以在整個(gè)波長(zhǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)信號(hào)噪聲均衡，將殘余色散保持在轉(zhuǎn)發(fā)器允許范圍內(nèi),運(yùn)營(yíng)公司一直盼望著可配置的DWD燎統(tǒng)能在網(wǎng)絡(luò)中采用，但不能忍受有關(guān)設(shè)備的高昂費(fèi)用，但這種情況可能或者已經(jīng)有所改善。在2005年的OFCffiSurpercomm展會(huì)上，多家廠商推出新一代基于WS豉術(shù)的低成本ROADM使其價(jià)格逐步接近于傳統(tǒng)的OADM勺價(jià)格，可以預(yù)言，ROADMEtOADM勺腳步將逐漸加快。事實(shí)上一些運(yùn)營(yíng)公司如AT&TSBC公司和Verizon公司都已經(jīng)推出了ROADM:備的需求建議書。Verizon在日前發(fā)布的10億美元光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備RFP中就特別強(qiáng)調(diào)RO

15、AD題能，預(yù)計(jì)這部分設(shè)備需求約2億美元，為了爭(zhēng)奪這一豐厚的光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備大餐，多家設(shè)備供應(yīng)商參與了競(jìng)爭(zhēng)，富士通、思科、泰樂(lè)以及Mahi等公司均展開渾身解數(shù)來(lái)爭(zhēng)奪該合同。AT&T也正在部署ROADM該公司的發(fā)言人表示：“我們認(rèn)為更遐功能和可重配置功能都很有價(jià)值?？烧{(diào)發(fā)射器解決了庫(kù)存/備件問(wèn)題并縮短了業(yè)務(wù)開通時(shí)間。ROADMM共了靈活性并進(jìn)一步縮短了業(yè)務(wù)開通時(shí)間。波長(zhǎng)完全可調(diào)再加上自由配置上下路將最終實(shí)現(xiàn)按需使用波長(zhǎng)?！睆S商情況目前可調(diào)激光器市場(chǎng)依然面臨供應(yīng)商過(guò)多的局面，包括Intel、BookhamAgility、Iolon、Opnext、Santur、PrincetonOptronics、

16、Vitesse、NEL以及QDI等廠商，分析師認(rèn)為這并非是一個(gè)好現(xiàn)象，兼并不可避免。事實(shí)上已經(jīng)有多家供應(yīng)商宣布退出該市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)好象并沒(méi)有公司涉獵此領(lǐng)域。但是國(guó)外近年來(lái)生產(chǎn)可調(diào)濾波器、可調(diào)衰減器等配套廠家的數(shù)量有增加的趨勢(shì)。在這里限于篇幅我們僅介紹一些比較有代表性的廠商和產(chǎn)品，我們先以Agility通訊公司的產(chǎn)品為例，該公司的可調(diào)激光器是一款集采樣光柵DBR激光器（SG-DBR、一個(gè)半導(dǎo)體光放大器（SOA以及一個(gè)MZ調(diào)制器（MZM）于一體的新型整合發(fā)射器芯片，所有這些部件均集成在一個(gè)InP芯片上。通過(guò)調(diào)節(jié)MZMW個(gè)懸臂上的驅(qū)動(dòng)電壓就可以獲得零嗯啾或負(fù)嗯啾。ModuhfarAinpli(»

17、;iFronlMfrrafGainRearMirrorQW0v«£u1d«MQWActive圖2:Agility可調(diào)激光器結(jié)構(gòu)示意圖Intel的可調(diào)激光器是基于已收購(gòu)的新?？怂?newfocus)技術(shù)的寬范圍可調(diào)激光器，其激光器能提供20mW勺功率輸出，可調(diào)范圍達(dá)40nm,可滿足C波段(1525nmto1565nm)任意通道的調(diào)制。適合于骨干網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。英特爾C波段可調(diào)激光器設(shè)計(jì)由一個(gè)外腔半導(dǎo)體激光器(ECDL)組成。此激光器完全裝配在14針蝶型定尺寸封裝的熱電冷卻器(TEC)的陶瓷平臺(tái)上。ECDL采用了基于標(biāo)準(zhǔn)具的寬可調(diào)諧范圍的熱激活濾波器的專用設(shè)計(jì)，從而能實(shí)現(xiàn)可

18、選波長(zhǎng)單模操作。在此設(shè)計(jì)內(nèi)部沒(méi)有活動(dòng)部件。英特爾可調(diào)激光器的部件數(shù)量和裝配復(fù)雜程度與標(biāo)準(zhǔn)的分布反饋式(DFB)激光器不相上下。Mirror圖3：Intel可調(diào)激光器結(jié)構(gòu)示意圖作為一個(gè)領(lǐng)先的可調(diào)激光器制造商Santur公司在2004年推出了SFF可調(diào)激光器，并宣布其可調(diào)激光器已經(jīng)銷售給Opnext公司了，在2005年OFC上又發(fā)布其最新研制的30mWE范圍C波段全可調(diào)激光器，據(jù)稱這是目前商用可調(diào)激光器中功率最高的一款產(chǎn)品。這些產(chǎn)品均在小型化和成本節(jié)省方面下足了工夫。新的可調(diào)激光器是建立在Santur已獲成功的寬范圍可調(diào)DFB陣列技術(shù)上，該技術(shù)已經(jīng)廣泛用在Santur的各類產(chǎn)品上。新的可調(diào)激光器可

19、用在城域和長(zhǎng)途DWDMR域。該產(chǎn)品原理示意圖參看圖4 WM-r,.iriipimtuI'UbpLLiik圖4：Santur可調(diào)激光器結(jié)構(gòu)示意圖Santur表示其新型可調(diào)激光器雖然采用DFB陣歹U技術(shù)，但與傳統(tǒng)的排列方式不同的是，這款30mW勺可調(diào)激光器內(nèi)部增加了一個(gè)SOA同時(shí)采用外部MEM板射鏡取代combiner來(lái)挑選適當(dāng)?shù)腄FB波長(zhǎng)。這種反射鏡放在了校準(zhǔn)透鏡的焦平面位置上，這種方法可以大大簡(jiǎn)化芯片的結(jié)構(gòu)，由于無(wú)須進(jìn)行有源/無(wú)源轉(zhuǎn)換，這種芯片可以做到跟固定波長(zhǎng)DFB一樣的尺寸，同時(shí)輸出功率的損耗大大減少。該DFB陣列芯片包含12個(gè)激光器，波長(zhǎng)間隔在2.8nm,這些激光器共享同一增益介質(zhì)，如前所述，新芯片尺寸與固定波長(zhǎng)DFB激光器類似，而且無(wú)須額外的處理工序一一只不過(guò)mask工藝略有不同而已。除此之外，iolon公司作為第一家提供優(yōu)異性能和高輸出功率的寬范圍可調(diào)激光器生產(chǎn)廠家，其可調(diào)激光器采用外腔設(shè)計(jì)，在整個(gè)可調(diào)范圍內(nèi)都具有很高的輸出功率，單模純凈度和穩(wěn)定性。完全符合Telcordia認(rèn)證，可在C和L波段調(diào)節(jié)，iolon三年前就開始為全球電信設(shè)備商量產(chǎn)這些產(chǎn)品。目前已成功鋪設(shè)在北美或