共振器長は GPON レーザー ダイオードの性能にどのような影響を与えますか?

ちょっと、そこ！ GPON レーザー ダイオードのサプライヤーとして、私は最近、共振器の長さがこれらの小さな強力なレーザー ダイオードの性能にどのような影響を与えるかについて多くの質問を受けています。そこで、このトピックについて座って私の考えを共有したいと思いました。

まず、GPON レーザー ダイオードとは何かを簡単に説明します。 GPON (ギガビット パッシブ オプティカル ネットワーク) は、光ファイバー ネットワーク テクノロジーの一種です。 GPON システムのレーザー ダイオードは、電気信号を光信号に変換する重要なコンポーネントであり、長距離にわたる高速データ伝送を可能にします。

さて、本題であるキャビティ長についてです。レーザー ダイオードのキャビティは基本的に、光の増幅が行われる 2 つのミラー間の空間です。これは、光子が前後に跳ね返り、その過程で増幅される一種の光学的な「レース トラック」と考えることができます。

1. しきい値電流

共振器長が GPON レーザー ダイオードに与える最も重要な影響の 1 つは、しきい値電流によるものです。しきい値電流は、レーザー光の放射を開始するためにレーザー ダイオードに印加する必要がある電流の最小量です。

一般に、共振器長が短いほど、しきい値電流が低くなります。何故ですか？そうですね、より短い空洞では、光子は反射されるまでにそれほど遠くまで移動する必要がありません。これは、途中での吸収と散乱による損失が少ないことを意味します。その結果、キャビティ内の利得が損失を超える点に到達するまでに必要なエネルギーが少なくなり (電流が少なくなり)、レーザーが発振を開始します。

一方、共振器長が長くなると、より高いしきい値電流が必要になります。光子はより長い距離を移動する必要があり、吸収または散乱の可能性が高くなります。したがって、これらの損失を補償してレーザー発振を実現するには、より多くの電流を注入する必要があります。

サプライヤーとしての私たちにとって、これは重要です。なぜなら、閾値電流が低いということは消費電力が少ないことを意味するからです。何千ものレーザー ダイオードが存在する可能性がある GPON システムでは、ダイオードあたりの消費電力がわずかに削減されただけでも、大幅なエネルギーの節約につながる可能性があります。したがって、アプリケーションで低電力動作が必要な場合は、より短いキャビティ長のレーザー ダイオードを検討することをお勧めします。

2. 出力電力

出力パワーは、GPON レーザー ダイオードのもう 1 つの重要な性能指標です。それはダイオードが放出する光パワーの量です。

一般に、キャビティ長が長いほど出力が高くなります。より長いキャビティでは、光子が利得媒質と相互作用するためのより多くのスペースがあります。これは、光子が励起原子を刺激して、同じ周波数、位相、方向の別の光子を放出する誘導放出の機会が増えることを意味します。その結果、より多くの光子が生成され、出力が増加します。

ただし、キャビティ長が長くなると、すべてがバラ色になるわけではありません。先に述べたように、キャビティが長くなると損失も大きくなります。したがって、トレードオフがあります。ある時点で、非常に長い空洞内での損失の増加が、より多くの誘導放出による利点を上回り始め、出力パワーが減少し始める可能性があります。

当社のお客様にとって、長距離伝送または複数の光学コンポーネントの駆動に高出力レーザー ダイオードが必要な場合は、より長いキャビティ長を持つレーザー ダイオードが良い選択となる可能性があります。ただし、電力消費と損失増加の可能性も考慮する必要があります。

3. 分光特性

GPON レーザー ダイオードのスペクトル特性は、キャビティ長にも影響されます。レーザー ダイオードのスペクトルは、レーザー ダイオードが放射する波長の範囲を指します。

通常、共振器長が短いほどスペクトルが広くなります。これは、キャビティが短いと縦モード（キャビティ内の異なる共振周波数）が少なくなるからです。モードの数が少ないと、エネルギーがより広い波長範囲に広がり、より広いスペクトルが得られます。

一方、共振器長が長くなると、スペクトルが狭くなる可能性があります。より長いキャビティでは、より多くの縦モードが存在し、モードの間隔がより狭くなります。これは、エネルギーがより狭い範囲の波長の周囲に集中し、結果としてスペクトルが狭くなるということを意味します。

GPON システムでは、光ネットワーク内の他の波長との干渉のリスクが軽減されるため、狭いスペクトルが好まれることがよくあります。したがって、複数の波長が同時に使用される高密度の波長分割多重 (DWDM) 環境で作業している場合は、より長いキャビティ長を持つレーザー ダイオードの方が適している可能性があります。

4. 変調帯域幅

変調帯域幅は、データを送信するためにレーザー ダイオードを変調 (オン/オフ) できる周波数の範囲です。

通常、キャビティ長が短いほど、変調帯域幅が高くなります。キャビティが短いと、光子の往復時間が短くなります。これは、レーザーが入力電流の変化に対してより迅速に応答できることを意味します。その結果、より高い周波数で変調できるようになり、より高速なデータ送信が可能になります。

一方、キャビティ長が長くなると、変調帯域幅が低くなります。長い共振器内での光子の往復時間が長いということは、レーザーが入力電流の変化に応答するのに時間がかかることを意味します。そのため、高速に変調することができず、データ伝送速度が制限されます。

10G やさらに高速な GPON システムなどの高速データ伝送アプリケーションを使用している場合は、キャビティ長が短いレーザー ダイオードが適している可能性があります。当社は、さまざまな速度要件を満たすために、さまざまなキャビティ長を備えた一連のレーザー ダイオードを提供しています。たとえば、私たちの10G GPON ONU BOSA レーザー ダイオードは高速性能を提供するように設計されており、それを達成するために比較的短いキャビティ長を持つ可能性があります。

5. 温度に対する感度

GPON レーザー ダイオードでは温度感度が重要な考慮事項です。レーザー ダイオードの性能は温度によって大きく変化する可能性があります。

キャビティ長が短いレーザー ダイオードは、一般に温度の影響を受けにくくなります。光子の移動経路が短いため、温度による利得媒質の屈折率変化がレーザー発振プロセスに影響を与える可能性が低くなります。これは、短キャビティのレーザー ダイオードのしきい値電流、出力パワー、およびスペクトル特性が、より広い温度範囲にわたってより安定していることを意味します。

一方、キャビティ長が長いレーザーダイオードは、温度の影響を受けやすくなります。光子の経路が長くなると、温度による屈折率の変化の影響を受けやすくなり、発振波長のシフト、しきい値電流の変化、出力パワーの変動が生じる可能性があります。

屋外や産業環境など、広い温度範囲の環境でアプリケーションを使用する場合は、キャビティ長が短いレーザー ダイオードの方が適切な選択となる可能性があります。私たちも持っています2.5G GPON ONU BOSA レーザー ダイオード温度安定性が良好になるように設計されたオプションは、このような用途に適している可能性があります。

正しい選択をする

GPON レーザー ダイオードのサプライヤーとして、当社はお客様のアプリケーションがそれぞれ異なることを理解しています。消費電力、出力電力、スペクトル特性、変調帯域幅、温度感度などの観点から、特定の要件を考慮する必要があります。

低電力、高速、温度安定性のソリューションをお探しの場合は、当社の1.25G EPON ONU BOSA レーザー ダイオードぴったりかもしれません。キャビティ長が比較的短いため、上で説明した利点が得られます。

一方、長距離伝送に高出力と狭いスペクトルが必要な場合は、より長いキャビティ長を備えた 10G または 2.5G オプションの方が適している可能性があります。

私たちは、お客様が正しい選択をできるようお手伝いいたします。ネットワーク オペレーター、機器メーカー、インテグレーターのいずれであっても、必要な技術サポートとアドバイスを提供できます。当社の GPON レーザー ダイオードについてさらに詳しく知りたい場合、または特定のアプリケーション要件について話し合いたい場合は、お気軽にお問い合わせください。ぜひご相談させていただき、お客様のニーズにどのように対応できるかを検討させていただきます。

参考文献

• W. ケヒナー (2006)。固体レーザー工学。スプリンガー。
• アグラワル、GP (2012)。光ファイバー通信システム。ワイリー。