Для увеличения объёма передаваемых данных в оптических трансиверах требуются мультиволновые источники света. Однако увеличение размера массива лазеров приводит к усилению теплового взаимодействия, что может повлиять на эффективность и надёжность лазеров.
В исследовании, опубликованном в журнале IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, доктор Дэвид Коэн и его команда разработали экспериментально подтверждённую термооптическую модель лазера. Модель продемонстрирована на примере, где требуется трансивер с 64 выходными каналами лазера.
Для определения энергоэффективной, надёжной и компактной конфигурации были изучены следующие входные параметры:
* количество лазеров, которые могут поместиться в одном кристалле;
* размер лазерного кристалла;
* выходная мощность на усиление лазера;
* температура окружающей среды;
* стратегия управления тепловыми режимами;
* интеграция и внешние лазеры.
Были сделаны несколько интересных выводов:
* существует явный компромисс между площадью лазерного массива и общей тепловой стойкостью. Меньшая площадь массива резко увеличивает тепловое взаимодействие и температуру;
* увеличение длины лазера позволяет генерировать больше света на секцию усиления и снижает тепловое сопротивление лазера. Однако это должно быть сбалансировано с дополнительными оптическими потерями, вызванными длинной секцией усиления. Увеличение ширины лазера и размещение большего количества лазеров в одном кристалле резко увеличивает тепловое взаимодействие;
* внешние лазеры, которым необходимо преодолеть потери при соединении с оптоволокном, страдают при высоких температурах окружающей среды и с трудом достигают требуемой выходной мощности. Однако преимущество внешнего лазера заключается в том, что его можно термически отделить от мощных электронных чипов, например, от сетевого коммутатора с интегрированной оптикой.
Эти результаты помогут разработчикам понять компромиссы при проектировании лазерных массивов, предоставляя инструменты для оценки влияния проектных решений и ключевых показателей производительности. Результаты проверки модели будут опубликованы на конференции CLEO.
Предоставлено Институтом инженеров электротехники и электроники (IEEE).