LED と VCSEL|EF Testing with LED|フルーク・ネットワークス

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101 シリーズ:LED vs. VCSEL

マーク・マリンズ

今日の高速光ファイバー・ネットワークでは、850nm 垂直共振器面発光レーザー(VCSEL)が使用されているため、テストに発光ダイオード(LED)光源が使われる理由について疑問に思っている方もいらっしゃるのではないでしょうか。この疑問を解消するために、これら 2 つの光源の違いについて説明します。

過去の教訓

光ファイバーが 10 および 100 Mbps イーサネット向けに初めて導入され、62.5μm マルチモード・ファイバー (OM1) には LED 光源が用いられてきました。スポット・サイズ約 100μm の LED 光源は、OM1 光ファイバーの 62.5μm コア部全体に光を入射し、数年にわたって 10 と 100 Mbps アプリケーションで良好に機能してきました。しかし、LED(最大レート約 622 Mb/s )は 1 Gb/s 以上の伝送速度をサポートすることができず、高速化のニーズに対応しきれなくなりました。

LED、VCSEL、シングルモード・レーザーの比較

高速化に対応するための 1 つの方法として、シングルモード・ファイバー・アプリケーションで使用されるファブリ・ペロー型レーザーなどの利用がありましたが、マルチモードを用いた 1 Gb/s 短距離伝送ではコストがかかりすぎ、またスポット・サイズが約 10μm と非常に小さいため、シングルモード・ファイバー以外での使用は実用的ではありませんでした。

この問題を解決するために、高速データ・レートをサポートする安価な高出力 850nm VCSEL が開発されましたが、LED と比べてスポット・サイズが小さいため (35μm) 、コア径 の小さい 50μm マルチモード・ファイバーを使用する必要がありました。また、VCSEL とともに使用するために、ファイバーの最適化も必要でした。このため、OM3 レーザー最適化マルチモード・ファイバー、続いて高帯域幅に対応する OM4 レーザー最適化ファイバーが導入されました(OM についての以前のブログを参照してください)

なぜレーザー最適化が必要なのでしょうか?LED とは異なり、VCSEL はファイバー・コア部より狭い範囲に光を入射するだけでなく、マルチモード・ファイバーのすべてのモード(光路)を励振しません。また、VCSEL はモードを均一に励振しません。VCSEL の出力は VCSEL によって異なります。このため、VCSEL は異なるモードを異なる時間に励振し、光パルスは異なる時間に受信器に到達します。モード遅延時間差 (DMD) として計算されるこういったパルスの拡散は、帯域幅に悪影響を及ぼします。DMD を最小限に抑え、帯域幅を最大化するために、レーザー最適化マルチモード・ファイバーはグレーデッド・インデックス・プロファイルを特徴とし、すべてのモードがほぼ同時に受信器に到達します。

LED を使ってテストする理由

光ファイバーのライブ・ネットワークでは、VCSEL が光源として使用されているのに、光ファイバー・リンクのテストに LED 光源を使用するのは理に適っていないように思えます。実はその理由はとても単純です。

ファイバー・コア部より広い範囲に光を入射し、より多くのモードを励振する LED 光源と比較して、限定モード励振の VCSEL 光源は多くのモードを励振しません。これによりテスト中に、ファイバー・コアの不備や接続のずれなどの高損失イベントが検出されず、楽観的すぎる損失測定結果や不良リンクの合格判定につながる可能性があります。こういった理由から業界規格は、悲観的な結果を報告する LED 全モード励振を推奨しています。

LED を使用すると、不良リンクの誤った合格判定を回避することができますが、すべてのモード(コアの外側伝搬する高次モードおよびコアの中心近くを伝搬する低次モード)が励振されると、損失測定にばらつきが生じたり、楽観的すぎる結果が報告されたりする可能性があります。損失要件が非常に厳しい今日の 40 および 100 Gig マルチモード・ファイバー・リンクでは、悲観的な結果は許されません。小さなばらつきでさえも合格/不合格を左右します。

VCSEL 光源テスト - 悲観的な結果、楽観的な結果、正確な結果

ばらつきを低減し、励振状態を制御して、最も正確で再現性の高いテスト結果を得るための最良の方法は、エンサークルド・フラックス (EF) を用いる方法です。現在、TIA および ISO/IEC の両規格は、マルチモード・ファイバー・テストEF テストを要件としています。EF テストは、コアへの入射を限定モード励振にすることなく、また過度に楽観的な損失測定結果を生み出すことなく、VCSEL のレーザー励振条件と一致するようにより精密に光を出射します。フルーク・ネットワークスの CertiFiber® Pro 光損失測定試験セットは、EF 規格に準拠したテスターです。

EF 規格準拠の試験の詳細については、ここからホワイトペーパーをダウンロードしてください。


 
 
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