EML vs DML: entenda as diferenças entre os lasers

Tecnologia laser: EML vs DML  

Os transceptores 100G QSFP28 estão, atualmente, sendo fortemente implementados e, embora os modelos originais destes modulos usem o EML (Lasers Modulados de Eletro-absorção), a rápida escassez do EML obrigou os projetistas de transceptores ópticos a buscarem uma solução alternativa usando o DML (Laser Modulado Diretamente).  

Agora a variedade de produtos disponíveis dobrou, gerando muitas perguntas sobre as diferenças entre as soluções EML e DML em relação a custo e desempenho.  

O que é um Laser?  

Laser é um acrônimo para “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” (Amplificação da Luz por Emissão Estimulada de Radiação). Em outros termos, uma corrente elétrica é aplicada a um material chamado “meio de ganho óptico” que estimula os elétrons. Isto significa que os elétrons no material têm energia extra, e pouco tempo depois eles perderão essa energia. Quando perdem a energia, eles liberam um fóton (uma partícula de luz). A liberação de fótons é a parte “emissão estimulada de radiação” do laser.  

Neste ponto, a luz ainda é fraca. Os espelhos laterais fazem ricochetear a luz para frente e para trás e atingem outras partes do material, fazendo com que essas partes também liberem fótons, gerando mais luz, esse processo é chamado de “amplificação de luz”. Quando todo o material está produzindo luz, chamamos de saturação, é a partir daí que se cria um feixe de luz muito forte em um comprimento de onda muito estreito, que chamamos de feixe de laser. 

A luz se move através do material entre os dois espelhos que refletem a luz para frente e para trás entre eles. Um dos espelhos, entretanto, reflete apenas parcialmente a luz, permitindo que alguns feixes escapem. A luz que escapa forma o raio laser. 

Fonte: researchgate.net 

1) DML (Directly Modulated Laser):  

Os modelos DML consistem em uma estrutura de feedback distribuído com uma grade de difração (componente óptico que contém uma série de ranhuras, paralelas e muito próximas entre si, com ou sem espelho entre elas e o vidro que são justamente os elementos responsáveis pela difração) no guia de onda promovendo uma operação estável para modulação direta, também chamado de DFB “Distributed Feedback” laser. Com os lasers DML, a velocidade de modulação e a distância de transmissão variam de acordo com a largura da linha espectral do laser. Neste caso, a largura da linha é mais estreita, a velocidade de modulação (taxa de dados) é mais alta e a distância é mais longa.   

Basicamente, sequências de “1 “s e “0 “s são colocadas sobre o sinal óptico modulando a corrente de injeção, ou seja, como um sinal elétrico on/off. Portanto, o modelo de um DML requer que a corrente elétrica module diretamente o sinal óptico ligando o laser “on” para produzir “1” ou “off” para produzir “0”. Esta corrente de injeção modulada é produzida por um CI externo e aplicada ao laser para gerar a saída óptica.   

Mas a modulação direta altera as propriedades do laser, como seu índice de refração, levando a uma grande dispersão cromática. O desempenho de um DML se degrada em alcances mais longos (>10km) devido a maiores dispersões cromáticas, menor resposta de frequência, e uma taxa de extinção relativamente baixa quando comparado com os EMLs.  

O DML é um chip que fornece um layout de circuito elétrico mais simples para operação. Portanto, ele produzirá um modelo mais compacto e de menor consumo de energia.  

2) EML ( Electro-absorption Modulated Laser ):  

Um EML é um laser integrado com um modulador externo chamado modulador de eletro-absorção ou EAM integrado dentro de um único chip.  

A estrutura é a mesma de um DML, mas ao contrário do DML, o EML não tem sua modulação de sinal no lado elétrico, mas no lado do EMA. Isso significa que o sinal elétrico gera um sinal óptico contínuo, enquanto o sinal elétrico on/off é aplicado após o EAM, modulando o sinal óptico.   

Ao contrário do modelo DML, o modelo EML não tem o laser diretamente modulado, fazendo com que as propriedades do laser não sejam alteradas. Os EMLs são vantajosos em aplicações com velocidades mais altas e transmissão de maior distância devido a sua menor dispersão cromática e comprimento de onda estável sob operação de alta velocidade.  

O modelo EML exige mais energia para operar, bem como um layout elétrico mais complexo.  

Conclusão:  

Ambos os modelos EML e DML estão respeitando a norma MSA (diretrizes para avaliação da qualidade de um sistema de medição) e são usados em transceptores 100G QSFP28. De fato, um QSFP28 LR4 pode ser feito com base nos dois modelos e isto é muito importante para entender as diferenças em termos de desempenho entre os dois.