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EML vs. DML: tecnologie laser essenziali nell'ottica 100G/200G/400G/800G

Updated on lug 30, 2022
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go to 400gCon la migrazione dei grandi data center verso infrastrutture ad altissima velocità, le tecnologie di comunicazione ottica sono in grado di tenere il passo con un numero sempre crescente di utenti, dispositivi e applicazioni. I transceiver QSFP28 e QSFP-DD sono oggi ampiamente utilizzati per i data center e i servizi cloud.

Questi transceiver 100G/200G/400G/800G supportano lunghe distanze da 2 km a 40 km. Attualmente utilizzano prevalentemente laser a modulazione diretta (DML) o laser a modulazione ad assorbimento (EML). Questo articolo illustra le basi dell'EML e del DML e ne evidenzia le principali differenze.

Laser a modulazione diretta (DML)

DML si riferisce a un laser a modulazione diretta. Questo laser è anche chiamato diodo laser a retroazione distribuita (DFB), poiché utilizza una struttura di retroazione distribuita per la modulazione diretta. Un DML utilizza un singolo chip con un design semplice del circuito elettrico, quindi può essere una scelta ottimale per una configurazione compatta del circuito con un basso consumo di energia.

Il DML modula i segnali elettrici di ingresso on/off generati da un circuito integrato di pilotaggio per inserire informazioni sul raggio ottico. Le informazioni vengono quindi applicate direttamente al chip del diodo laser per produrre un segnale ottico modulato.

La velocità di modulazione e la distanza di trasmissione variano leggermente a seconda dell'ampiezza della linea spettrale del laser. Quanto più stretta è l'ampiezza della linea spettrale, tanto maggiore è la velocità di modulazione e la distanza di trasmissione. In generale, i DML hanno un'ampiezza della linea spettrale relativamente ridotta.

Vantaggi di DML

  • I DML tendono ad essere molto più stabili rispetto a laser come FP abd DBR, poiché il reticolo e la riflessione non sono solo alle due estremità della cavità del laser, ma sono quasi continui lungo la cavità stessa.

  • I DML sono caratterizzati da un singolo chip e da un design semplice dei circuiti, che li rende più compatti e si adattano a configurazioni di dimensioni più ridotte.

  • I DML generalmente costano relativamente meno e hanno un basso consumo energetico, poiché i segnali ottici sono modulati dalla variazione di corrente in un DML.

  • Rispetto ai laser Fabry-Perot, i DML hanno un'ampiezza della linea spettrale più stretta, il che significa maggiore velocità di modulazione e maggiore distanza di trasmissione.

Limiti di DML

  • Nei DML c'è un'elevata dispersione cromatica perché la modulazione diretta modifica direttamente le proprietà del laser.

  • I DML hanno relativamente risposta in frequenza bassa e un rapporto di estinzione poiché sono tutti limitati dalla frequenza di rilassamento.

  • Gli spostamenti di frequenza associati, insieme alla dispersione nella fibra, causano il degrado delle prestazioni di un DML su lunghe distanze (>10km).

Laser modulato ad elettroassorbimento (EML)

EML si riferisce a un laser modulato ad elettroassorbimento. Un diodo EML è strutturalmente simile a un diodo DML. La differenza è che è presente un modulatore di elettroassorbimento (EAM) integrato in un singolo chip.

Il diodo laser opera in condizioni di onda continua (CW). In un diodo EML, la modulazione del segnale avviene sulla sezione EAM anziché sulla sezione elettrica. Ciò significa che i segnali ottici in uscita sono generati quando i segnali di ingresso on/off sono applicati alla sezione EAM.

Vantaggi di EML

  • Gli EML presentano una bassa dispersione cromatica poiché il processo di modulazione non modifica costantemente le proprietà del laser.

  • Gli EML possono operare a velocità di modulazione più elevate e hanno chirp molto più basso rispetto ai DML.

  • Le EML sono la scelta ideale per la trasmissione ad alta velocità e a lunga distanza, grazie alla minore dispersione nella fibra.

Limiti dell'EML

  • Gli EML consumano più energia in quanto il modulatore ad assorbimento elettrico (EAM) è integrato nel chip.

  • Gli EML richiedono una configurazione elettrica e una disposizione dei diodi più complessa.

  • Gli EML generalmente costano di più perché utilizzano l'assorbimento elettrico per modulare i segnali.

EML vs. DML

La precedente introduzione a EML e DML dimostra che sono molto diversi tra loro. La parte che segue approfondirà e metterà in evidenza le loro differenze in aspetti chiave.

Principio di funzionamento

Il DML è progettato con una struttura a feedback distribuito e la sua guida d'onda è dotata di un reticolo di diffrazione per consentire un funzionamento stabile, realizzando così una modulazione diretta. Mentre l'EML non può avere il laser modulato direttamente e si affida principalmente a un modulatore esterno, chiamato anche modulatore di elettroassorbimento. La differenza di principio di funzionamento si traduce in caratteristiche e funzioni diverse.

Parametri chiave

La figura seguente mostra il confronto tra DML e EML su una serie di parametri chiave.

Parametro DML EML
Velocità Fino a 100G 25G e oltre
Raggiungere 2-10km 10 km e oltre
Maturità del mercato Maturo Più avanzato
Affidabilità Buono Meglio
Rapporto di estinzione Buono Meglio
Consumo di energia 4.0W 4.5W
Conformi alla MSA

Caso d'uso

A causa di limitazioni quali la maggiore dispersione cromatica e la minore risposta in frequenza, i DML sono utilizzati principalmente per applicazioni a velocità relativamente bassa (≤25Gbps) e a breve distanza (2-10km) nelle telecomunicazioni e nei centri dati.

Per contro, gli EML hanno una marcia in più nelle applicazioni con velocità più elevate e trasmissioni su distanze più lunghe, grazie alla loro minore dispersione cromatica. Possono operare a velocità più elevate con un chirp molto più basso, il che li rende una scelta ideale nei sistemi di comunicazione ottica coerente a lungo raggio ad alte prestazioni.

Naturalmente, gli EML non sono un'opzione economica nelle applicazioni a bassa velocità di trasmissione dati (1G-10G), poiché hanno un costo relativamente più elevato.

use case of EML and DML

I transceiver FS favoriscono la migrazione 100G/200G/400G/800G

FS offre una linea completa di moduli transceiver 100G/200G/400G/800G. Essi sfruttano diverse tecnologie laser per aiutare gli utenti a realizzare reti di data center 100G/200G/400G/800G ad alte prestazioni. Le due figure seguenti mostrano tutti i moduli transceiver FS con DML o EML.

Moduli transceiver FS con DML/DFB
Categoria Prodotto Distanza
100G QSFP28-PIR4-100G 500m
QSFP28-FR-100G 2km
QSFP28-IR4-100G 2km
QSFP28-PSM4-100G 2km
QSFP28-LR4-100G 10km
QSFP28-EIR4-100G 10km
Q28-100/112G-10 10km
Q28-100/112G-20 20km
QSFP28-100G-BX20 20km
Q28-100/112G-40 40km
200G QSFP56-FR4-200G 2km
QSFP56-LR4-200G 10km
400G QDD-DR4-400G-Si 500m

I moduli transceiver FS 100G/200G/400G sono dotati di DML o EML per consentire la trasmissione di dati ad alta velocità su distanze variabili da 500m a 80km. Per facilitare la migrazione a 800G, i moduli transceiver FS 800G sfruttano appieno l'EML per gestire distanze da 500m a 10km. Si rivelano una scelta flessibile e affidabile per diverse applicazioni nelle reti di data center 100G/200G/400G/800G.

Conclusione

In sintesi, sia EML che DML hanno i loro pro e contro. Sono in grado di offrire le migliori prestazioni se utilizzati nel giusto scenario applicativo. Tuttavia, prima di prendere una decisione affrettata, è necessario prendere in considerazione una serie di fattori come l'infrastruttura di rete e il budget aziendale.

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