사용되는 광원 유형에는 LED, 레이저, FP(패브리페로) 레이저, DFB(분산 피드백) 레이저 및 VCSEL(수직 공동 표면 방출 레이저)이 포함됩니다. 모두 전기 신호를 광 신호로 변환하지만 그 외에는 완전히 다른 장치입니다. 세 가지 모두 실제로 모래알 크기의 작은 반도체 장치(칩)입니다. LED와 VCSEL은 반도체 웨이퍼에 제작되어 칩 표면에서 빛을 방출하는 반면, fp 및 DFB 레이저는 칩 중앙에 생성된 레이저 캐비티에서 칩 측면에서 방출됩니다.
레이저와 LED는 구동 전류의 함수로서 광 출력을 보여주는 이 다이어그램에서 볼 수 있듯이 상당히 다른 장치입니다. LED는 더 높은 전류로 인해 가열되고 광 출력이 감소하여 총 전력 출력을 제한할 때까지 구동 전류가 증가함에 따라 더 많은 광 출력을 생성하는 간단한 이미터입니다. 레이저는 LED처럼 시작하여 더 많은 구동 전류로 더 많은 빛을 생성하지만 빛은 레이저 캐비티라고 하는 반도체 칩의 작은 영역에 제한됩니다. 대부분의 레이저에서는 칩 내부에 수평으로, VCSEL에서는 수직으로 모든 레이저와 마찬가지로 1년에 한 번 레이저 공동 내부에서 일정량의 빛이 생성되면 장치는 "레이저"가 됩니다. 이는 "복사 유도 방출에 의한 광 증폭"의 약어입니다. 장치가 특정 전류 수준에 도달하면 레이저 임계값을 통과하고 전류가 거의 증가하지 않고도 광 출력이 훨씬 높아집니다.
LI 곡선은 레이저가 LED보다 대역폭이 더 높은 이유를 보여줍니다. LED는 더 높은 전류 범위에서 변조되어 광 출력을 켜고 끕니다. 레이저는 임계값에서 바이어스된 다음 작은 전류 변화로 변조되어 광 출력의 큰 변화를 얻습니다. 레이저의 크기가 작을수록 더 쉽게 더 빠르게 변조할 수 있습니다. 일반적으로 LED는 수백 메가비트/초 링크로 제한되는 반면, 레이저는 직접 변조 시 초당 25-50기가비트 링크에 적합합니다. (레이저를 항상 켜놓고(CW) 외부에서 변조하면 더 높은 비트 전송률이 가능합니다.
LED는 레이저보다 전력 출력이 훨씬 낮으며 더 크고 발산하는 광 출력 빔 패턴으로 인해 광섬유에 결합하기가 더 어려워지고 일반적으로 다중 모드 광섬유와 함께 사용하는 것이 제한됩니다. LED는 레이저보다 대역폭이 훨씬 적으며 최대 약 250MHz 또는 약 200Mb/s로 작동하는 시스템으로 제한됩니다.
레이저는 더 작고 더 조밀한 광 출력을 가지며 단일 모드 광섬유에 쉽게 결합되므로 장거리 고속 링크에 이상적입니다. 레이저는 매우 높은 대역폭 기능을 갖고 있으며 대부분 10GHz 또는 10Gb/s를 훨씬 넘는 데 유용합니다.
VCSEL은 이상한 장치입니다. 그들은 반도체 제조 기술을 사용하여 칩에 수직 레이저 캐비티를 만들어 빛이 상단으로 나오도록 하여 섬유에 쉽게 결합할 수 있도록 합니다. 그러나 장치 구조는 다중 모드 광섬유에 사용되는 파장인 ~850nm 소스에서만 실현 가능했습니다.
제조 방법으로 인해 LED와 VCSEL은 제조 비용이 저렴합니다. 레이저는 장치 내부에 레이저 캐비티를 만드는 것이 더 어렵기 때문에 더 비쌉니다. 레이저가 좋은지 테스트하기 전에 칩을 반도체 웨이퍼에서 분리하고 각 끝 부분을 코팅해야 합니다.
중심 파장이 약 850nm인 LED와 VCSEL의 스펙트럼 출력 비교.
LED와 두 가지 레이저 유형의 또 다른 큰 차이점은 스펙트럼 출력입니다. LED는 매우 넓은 스펙트럼 출력을 가지므로 광섬유에서 색 분산이 발생하는 반면, 레이저는 색 분산이 거의 발생하지 않는 좁은 스펙트럼 출력을 갖습니다. 다중 모드 광섬유에서 LED의 대역폭은 스펙트럼 폭이 크기 때문에 색분산에 의해 크게 제한됩니다(더 긴 파장의 빛은 더 짧은 파장의 빛보다 빠르게 이동하여 분산을 유발합니다). 이는 고속 네트워크에 대한 VCSEL의 이점을 추가합니다.
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