Zu den verwendeten Quellentypen gehören LEDs, Laser, Fabry-Perot-Laser (FP), Distributed-Feedback-Laser (DFB) und Vertical-Cavity-Surface-Emitting-Laser (VCSELs). Alle wandeln elektrische Signale in optische Signale um, sind aber ansonsten recht unterschiedliche Geräte. Bei allen dreien handelt es sich um winzige Halbleiterbauelemente (Chips), die tatsächlich die Größe von Sandkörnern haben. LEDs und VCSELs werden auf Halbleiterwafern hergestellt, sodass sie Licht von der Oberfläche des Chips emittieren, während fp- und DFB-Laser von der Seite des Chips aus einen in der Mitte des Chips erzeugten Laserhohlraum emittieren.
Laser und LEDs sind recht unterschiedliche Geräte, wie Sie aus diesem Diagramm ihrer Lichtleistung als Funktion des Antriebsstroms ersehen können. LEDs sind einfache Emitter, die mit steigendem Antriebsstrom mehr Licht erzeugen, bis höhere Ströme sie aufheizen und ihre Lichtleistung abnimmt, wodurch die Gesamtleistung begrenzt wird. Laser beginnen wie LEDs und erzeugen mehr Licht mit mehr Antriebsstrom, aber das Licht ist auf kleine Bereiche im Halbleiterchip, den sogenannten Laserhohlraum, beschränkt, bei den meisten Lasern horizontal im Chip, bei einem VCSEL jedoch vertikal Wird im Laserhohlraum eine bestimmte Lichtmenge erzeugt, wird das Gerät zu einem „Laser“ – ein Akronym für „Lichtverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission“. Sobald das Gerät einen bestimmten Strompegel erreicht, überschreitet es die Laserschwelle und die Lichtleistung wird bei geringem Stromanstieg deutlich höher.
Die LI-Kurven helfen zu zeigen, warum Laser eine höhere Bandbreite haben als LEDs. LEDs werden über höhere Strombereiche moduliert, um die Lichtausgabe pulsierend ein- und auszuschalten. Laser werden an der Schwelle vorgespannt und dann mit kleinen Stromänderungen moduliert, um große Änderungen in der Lichtleistung zu erzielen. Die geringere Größe von Lasern erleichtert auch die schnellere Modulation. Im Allgemeinen sind LEDs auf Verbindungen mit mehreren hundert Megabit/Sekunde beschränkt, während Laser bei direkter Modulation für Verbindungen mit 25-50 Gigabit pro Sekunde geeignet sind. (Höhere Bitraten sind möglich, wenn der Laser ständig eingeschaltet ist (CW) und extern moduliert wird.
LEDs haben eine viel geringere Ausgangsleistung als Laser und ihr größeres, divergierendes Lichtaustrittsstrahlmuster macht es schwieriger, sie in Fasern einzukoppeln, was im Allgemeinen ihre Verwendung mit Multimode-Fasern einschränkt. LEDs haben eine viel geringere Bandbreite als Laser und sind auf Systeme beschränkt, die mit bis zu etwa 250 MHz oder etwa 200 Mbit/s arbeiten.
Laser haben kleinere, dichtere Lichtleistungen und lassen sich leicht an Singlemode-Fasern koppeln, was sie ideal für Hochgeschwindigkeitsverbindungen über große Entfernungen macht. Laser verfügen über eine sehr hohe Bandbreitenkapazität, wobei die meisten weit über 10 GHz oder 10 Gbit/s nutzbar sind.
VCSELs sind ein seltsames Gerät. Sie verwenden Tricks bei der Halbleiterherstellung, um einen vertikalen Laserhohlraum im Chip zu erzeugen, sodass das Licht oben austritt und es so leicht in die Faser eingekoppelt werden kann. Die Gerätestruktur war jedoch nur für ~850-nm-Quellen realisierbar, die Wellenlänge, die für Multimode-Fasern verwendet wird.
Aufgrund ihrer Herstellungsmethoden sind LEDs und VCSELs kostengünstig herzustellen. Laser sind teurer, weil es schwieriger ist, den Laserhohlraum im Inneren des Geräts zu erzeugen. Der Chip muss vom Halbleiterwafer getrennt und jedes Ende beschichtet werden, bevor der Laser überhaupt auf seine Funktionsfähigkeit getestet werden kann.
Vergleich der spektralen Leistung einer LED und eines VCSEL, beide mit einer Mittenwellenlänge um 850 nm.
Ein weiterer großer Unterschied zwischen LEDs und beiden Lasertypen ist die spektrale Leistung. LEDs haben eine sehr breite spektrale Leistung, was zu einer chromatischen Dispersion in der Faser führt, während Laser eine schmale spektrale Leistung haben, die nur einer sehr geringen chromatischen Dispersion unterliegt. In Multimode-Fasern ist die Bandbreite von LEDs aufgrund ihrer großen spektralen Breite stark durch die chromatische Dispersion begrenzt (Licht bei längeren Wellenlängen breitet sich schneller aus als Licht bei kürzeren Wellenlängen, was zu Dispersion führt). Dies erhöht den Vorteil von VCSEL für Netzwerke mit höherer Geschwindigkeit.
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