Pengecilan Dan Integrasi Tinggi Menjadi Cadangan Utama dalam Pembangunan Laser

Untuk merealisasikan matlamat peranti boleh pasang koheren generasi seterusnya, laser boleh tala generasi seterusnya mesti mencapai tahap penyepaduan optoelektronik yang baharu.
Perlu diingat bahawa pengecilan dan penyepaduan laser bukan sekadar cabaran saiz, tetapi yang lebih penting, bagaimana untuk meningkatkan kecekapan kuasa laser ini. Berikut ialah beberapa faedah yang ditawarkan oleh laser kecil dari segi kecekapan tenaga yang dipertingkatkan:
Pertama, laser kecil mempunyai voltan operasi dan keperluan semasa yang lebih rendah. Ini kerana reka bentuk laser yang sangat bersepadu sering menggunakan proses dan bahan termaju yang membolehkan voltan dan arus ambang yang jauh lebih rendah daripada laser besar tradisional.
Kedua, reka bentuk padat menyumbang kepada pelesapan haba yang lebih baik. Dalam laser kecil, jarak perjalanan cahaya dalam cip laser adalah lebih pendek, yang membantu meminimumkan kehilangan cahaya dan masalah pelesapan haba.
Di samping itu, laser yang sangat bersepadu boleh mengurangkan kehilangan gandingan. Dalam fotonik, gandingan antara optik ruang bebas dan cip sentiasa menjadi cabaran teknikal. Dengan menyepadukan berbilang fungsi pada satu cip, laser baharu dapat mengelakkan gandingan ini dan kerugian yang berkaitan dengannya.
Penyepaduan fotonik adalah penting untuk mengurangkan saiz dan penggunaan kuasa. Memandangkan semakin banyak komponen disepadukan ke dalam satu cip, kehilangan secara beransur-ansur dikurangkan dan kecekapan transceiver optik meningkat dengan sewajarnya.
Kejayaan dan Cabaran dalam Teknologi Integrasi Laser
Teknologi penyepaduan laser boleh tala telah maju dengan ketara sepanjang dekad yang lalu, sebahagian besarnya memenuhi keperluan mendesak pasaran untuk saiz yang lebih kecil dan integrasi yang lebih tinggi.
Pada tahun 2011, laser boleh tala mengikut garis panduan Perjanjian Pelbagai Sumber (MSA) untuk Penyepaduan Perhimpunan Laser Metala (ITLA), pada mulanya menunjukkan potensi penyepaduan mereka.
Pada tahun 2015, laser boleh tala telah diperkecilkan lagi dan dibawa ke pasaran dalam bentuk mikro-ITLA padat yang hanya 22% daripada saiz pakej ITLA asal, dengan ketara mengurangkan saiz peranti.
Pada tahun 2019, saiznya dikurangkan lagi dengan kemunculan nano ITLA, modul yang hanya 39% daripada ITLA mikro, mencerminkan kesinambungan dan kemajuan berterusan dalam pembangunan teknologi.

Rajah 1: Evolusi faktor bentuk laser boleh tala optik optik koheren 2011-2021
Di sebalik kemajuan yang mengagumkan ini, teknologi penyepaduan laser masih menghadapi cabaran penyepaduan selanjutnya, terutamanya dalam ruang akses koheren 100G ZR, di mana terdapat permintaan yang semakin meningkat untuk peranti boleh pasang QSFP28.
Modul boleh pasang QSFP28 menawarkan penggunaan kuasa yang lebih rendah dan jejak yang lebih kecil daripada modul QSFP-DD, jadi mereka tidak seharusnya menggunakan laser yang sama seperti modul QSFP-DD. Apa yang mereka perlukan - penyelesaian laser khusus dengan jejak yang lebih kecil dan penggunaan kuasa yang lebih rendah.

Rajah 2: Perbandingan faktor bentuk QSFP-DD dan QSFP-28 untuk aplikasi 100G
Untuk mencapai matlamat ini, pembangunan laser monolitik menjadi kritikal.
Sebaik-baiknya, laser sedemikian akan dapat menyepadukan semua fungsi laser utama, termasuk keuntungan, rongga laser, dan loker panjang gelombang, pada cip yang sama, menghasilkan peningkatan yang ketara dalam penyepaduan, pengurangan saiz dan pengurangan dalam penggunaan kuasa. Realisasi teknologi ini akan meletakkan asas yang kukuh untuk pembangunan peranti komunikasi optik generasi akan datang.
Menggalakkan pengurangan saiz lanjut laser boleh tala
Pada masa hadapan, untuk mengurangkan lagi saiz laser boleh tala, adalah perlu untuk merealisasikan tahap integrasi yang tinggi bagi komponen dalaman mereka.
Sebagai contoh, setiap laser boleh tala bergantung pada pemasangan loker panjang gelombang untuk memastikan kestabilan output laser di bawah pelbagai keadaan persekitaran seperti suhu.
Mengintegrasikan pemasangan loker panjang gelombang terus ke cip laser, bukannya melalui sambungan luaran, mengurangkan kesan ruang dan penggunaan tenaga pakej laser dengan ketara.
EFFECT Photonics, peneraju Belanda dalam teknologi integrasi optik, telah menghasilkan penyelesaian yang inovatif: mereka telah membangunkan penyelesaian cip tunggal yang serasi dengan pelbagai jenis laser boleh melaras, yang menyepadukan semua fungsi, termasuk loker panjang gelombang, pada satu cip . Konfigurasi ini sesuai untuk mengurangkan penggunaan kuasa dan memacu pengeluaran besar-besaran.
Dengan menyepadukan semua fungsi laser boleh tala pada satu cip, EFFECT Photonics telah berjaya membangunkan modul pico-ITLA (pITLA) baharu, yang akan menjadi ITLA terkecil untuk aplikasi koheren di seluruh dunia.
pITLA ialah produk yang berpandangan ke hadapan untuk penyepaduan laser boleh tala yang merangkumi semua fungsi laser dalam pakej yang hanya 20% daripada saiz modul nanoITLA. Ia hanya 20% daripada saiz modul nanoITLA. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 6, pITLA kelihatan sangat kecil walaupun jika dibandingkan dengan batang mancis standard.

Rajah 3: Evolusi faktor bentuk modul ITLA optik koheren dan pengurangan saiz, 2011-2023

Kesan laser bersepadu kecil melangkaui kelebihan saiz; ia sama pentingnya untuk meningkatkan kecekapan kuasa. Reka bentuk laser yang lebih padat selalunya boleh beroperasi pada voltan dan arus yang lebih rendah, yang membantu meningkatkan prestasi terma dan meminimumkan kehilangan gandingan.
Dan penyepaduan fotonik adalah faktor utama dalam mencapai peningkatan prestasi ini - dengan menggabungkan berbilang fungsi pada satu cip, kecekapan dapat dimaksimumkan.
Peranti boleh pasang koheren bersaiz koheren QSFP28-yang padat dan jimat tenaga serta laser boleh tala kecil yang disertakan dengan permintaan tinggi semasa kami memajukan penggunaan teknologi koheren 100G dalam rangkaian akses. Modul pITLA daripada EFFECT Photonics merupakan langkah penting dalam proses penyepaduan dan pengecilan ini.
Pada hanya 20% daripada saiz modul nanoITLA, pITLA bukan sahaja memenuhi jangkaan industri untuk saiz yang lebih kecil, tetapi juga menunjukkan usaha berterusan dan pemacu untuk merealisasikan laser boleh tala yang padat, cekap dan berskala di pinggir rangkaian optik.