Ez az anyag NEM egyetemi jegyzet, hanem hallgatói házi feladat. Az optikai hálózatok alapjai tárgy teljesítéséhez szükséges irodalomkutatási feladat szintjéröl ad tájékoztatást. Kérek mindenkit, hogy a vizsgára ne ebböl, hanem az elöadáson elhangzott anyagból készüljön!
Optikai hálózatok alapjai VCSEL Bevezetés Az optikai távközlés során egy optikai szálon keresztül akarunk információt eljuttatni egy adótól egy vevő felé. Az optikai szál a bemenetére kerülő fényt vezeti el a kimenetéig. Tehát azt mondhatjuk, hogy fény szállítja a számunkra hasznos információt, szemben a villamos berendezéseinkkel, ahol az információt, vagy a villamos feszültség, vagy a villamos feszültség hatására létrejövő elektromágneses tér szállítja. Ugyan a fény is elektromágneses hullám, de az előállításához némileg más természetű forrásra van szükség, mint az elektromos tartományban megismert forrásainknál voltak. Az optikai távközlésben döntően használt fényforrás a félvezető alapú lézer. Habár LED segítségével is képesek vagyunk fényt olcsón előállítani, a lézerek segítségével jobb minőségű kommunikáció érhető el, mivel a lézer kromatikus fényt bocsát ki, kicsi a sávszélessége, és a kialakuló fotonok között nincs fázisugrás. Így egy jól kezelhető, kézben tartható fényforrást kapunk. Az is rendkívül fontos paraméter, hogy megjelentek a félvezető alapú lézerek. Mivel más eszközeink is félvezető alapúak, ezért egyfelől könnyen integrálható más eszközökhöz, másrészt a technológia már készen áll az ilyen lézerek gyártására, mivel más eszközöket már gyártunk hasonló módszerekkel. Éppen ezért ez a lézertípus lényegesen olcsóbb a többi lézernél. A félvezető lézer másik fontos előnye, hogy kisméretű, így a fényforrásaink nem foglalnak nagy helyet, és könnyebb a kis átmérőjű optikai szálhoz illeszteni. A jelenleg használt forrásaink úgynevezett élsugárzók. A lézereink esetén ez egy teljesen kézenfekvő megoldás, mivel az erősítő anyag a két rezonátor között helyezkedik el, így elég kialakítani az erősítő anyagot, és ezek élén a megfelelő reflexiójú határfelületet kialakítani. Azonban, ha a sugárzás irányát 90 fokkal elforgatnánk, és így nem az élén, hanem a felületén sugározna a lézer, akkor az további előnyökkel is járhatna. Ebből a feltételezésből indultak ki amikor elkezdtek foglalkozni a felületen sugárzó lézerekkel a VCSEL( Vertical Cavity Surface Emitting Lasers), azaz Függőleges Üregű Felület Sugárzó Lézer. Ebben a beszámolóban ezen lézer típussal fogok bővebben foglalkozni. Milyen a felépítése, milyen előnyökkel jár, hol alkalmazhatóak, hol tart a fejlesztés.
Lézerekről általában A lézerműködés alapja a stimulált emisszió. A következő ábrán az látható, ahogy a stimulált emisszió létrejön.
Az elektron magasabb energiaszinten van és beérkezik egy stimuláló foton, ennek hatására az elektron még egy fotont (klónt) kibocsát, melynek a beérkező fotonéval azonos a fázisa, a frekvenciája, az iránya és a polarizációja. Így közel koherens fény állítódik elő. Ha a keletkező második fotont visszareflektálnánk az anyagra, akkor az újabb 2 fotont hozna létre. Ezeket ismét visszareflektálva 4 foton jönne létre, melynek egy részét kiengedve, a többit visszareflektálva a hatás tovább gerjeszthető. Ekkor azt mondjuk, hogy a fényt rezonáltatjuk. A rezonancia hatására az erősítő anyagon többször halad át a fény, így több foton vehető ki a rendszerből. Ezzel az erősítési folyamattal jön létre a lézerműködés. Az alábbi kép a rezonátort mutatja be.
A két felület egy tükörként képzelhető el, ami visszaveri a fényt. Az egyik tükör reflexiója nem 100%-os, így azon a részén nyerhető ki a lézerfény. A rezonátor, és az erősítő anyag kialakításából kézenfekvően alakul a lézer felépítése. A lézer a félvezető tömb élén sugározza ki magából a fényt, határfelületeit kell a rezonátornak megfelelően kialakítani.
Az ábra a klasszikus élsugárzó lézer felépítését mutatja. Amint már azt többször hangsúlyoztam, ez szinte a lézer kialakításából következik. Ezzel szemben a VCSEL rezonátora nem vízszintes hanem függőleges kialakítású. Vizsgáljuk meg közelebbről ezt a struktúrát.
VCSEL történelem A VCSEL-eknek van néhány potenciális előnye a hagyományos élsugárzó lézerekhez képest, amit az optikai kommunikációban ki tudunk használni. Ezekkel később foglalkoznék, mivel a részletes felépítésből következnek az alkalmazás előnyei. A legelső VCSEL működést 1965-ben írták le. Ekkor Melngailis foglalkozott ezzel. A működése InSb alapú n+pp+ szennyezésű félvezető eszközön alapult. Amikor ezt az eszközt 10K körülire hűtötték, és mágneses térbe zárták a hordozót, az eszköz koherens sugárzást bocsátott ki 5.2µm hullámhossz környékén. A későbbiekben a felületsugárzó hatást is sikerült kimutatni. Az első VCSEL, ami már az optikai távközlésben használatos 1550nm környékén sugárzott először 1979-ben érték el a Tokioi Műszaki Intézetben. Ezek a kezdeti VCSEL-ek fém alapú tükrökkel voltak ellátva, ami magas áramsűrűséget okozott bennük, valamint még mindig szükség volt hűtésre, amit folyékony nitrogén segítségével oldottak meg. Világosan látszik, hogy a korai VCSEL-ek korán sem voltak hatékonyak, és nem rendelkeztek azokkal az előnyökkel, amik miatt manapság sokat foglalkoznak ezek fejlesztésével. Hiszen a nagy áramsűrűség nagy tápigényt jelent, és mindemellett gondoskodni kellett az eszköz hűtéséről, ráadásul a megszokott hűtési eljárásokhoz képest(hűtőborda, ventilátor) sokkal drasztikusabb megoldás kellett az eszköz működésre bírásához. Az epitaxiális rétegnövesztéssel kialakított tükrök az GaAs/AlGaAs ezközök létrejöttére 1983ig kellett várni. Ez azért fontos állomás, mert a hagyományos félvezető eszközeink gyártásánál is használatos az epitaxiális rétegnövesztési technológia. Egy évvel később laborkörülmények között létrehozták az első
szobahőmérsékleten működő VCSELeket. A technoógia fejlődésével a felhasznált áramerőssége mértéke is csökkent. Napjainkban ez 40mA-t jelent. Az évek folyamán tehát eljutottunk egy olyan eszközhöz melynek a gyártása és a működtetése már nem jelent komolyabb problémát.
VCSEL felépítése A VCSEL felépítéséből adódik a legfontosabb különbség a klasszikus élsugárzó lézerekhez képest. A rezonátor ugyanis nem planárisan, hanem vertikálisan van kialakítva. Az eszközt, beleértve az aktív réteget epitaxiális rétegnövesztéssel hozzák létre. Ez a technológia, valamint, maga a vertikális kialakítás nem tesz lehetővé tetszőleges méretű rezonátort, ahogy az élsugárzó lézereknél ezt megszokhattuk, hanem itt tipikusan 1-3 mikron nagyságú rezonátor hosszat lehet létrehozni. Ezen a hosszon azonban a fénynek vajmi kevés esélye van kellően erős stimulált emissziót létrehozni, így az optikai erősítés ekkora szakaszon rendkívül kicsiny. Ennek a problémának a kiküszöbölésére rendkívül nagy reflexió kialakítása a szükséges, ez több mint 99.9%-ot jelent. Összehasonlításképpen az élsugárzó lézerek esetében a határfelületeken lévő reflexió 30% körüli. A VCSELekben szükséges magas reflexiót már nem lehet elérni fény alapú tükrökkel. Ehhez elosztott tükör struktúrával lehet kialakítani, ez a DBR( Distributed Bragg Reflectors). Ez különböző törésmutatójú, ám azonos rácsállandójú, negyed hullámhossz vastagságú rétegek váltott egymásra növesztéséből áll. A szükséges reflexió eléréséhez 20 és 30 közötti réteg párra van szükség mind alul, mind felül, aminek létrehozását a MBE (molecular beam epitaxy: molekula sugaras rétegnövesztés) fejlődése tett lehetővé. A következő néhány struktúra mutatja VCSELek fejlődését.
Ez mutatja a legelső fajtáját a VCSELeknek. Itt még a fém alapú tükröket használták a rezonátor kialakításához. Ehhez volt szükség még a hűtésre is és nem tudott kellően nagy reflexiót biztosítani.
Ennél a kialakításnál már használták az elosztott tükröket, de csak alul láthatunk elegendően sok eltérő törésmutatójú réteget.
Ez a megoldás már a napjainkban is használatos tükröket alkalmazza a rezonátor kialakítására.
Ez a megoldás annyiban különbözik az előzőtől, hogy epitaxiális visszanövesztéssel eltemetik a rezonátort. A tükrök kialakításánál minél nagyobb a törésmutató különbség a rétegek között, annál kevesebb rétegre van szükség. Ennek következménye, hogy ma még csak inkább a 850-980
nm-es hullámhosszra készülnek VCSEL-ek, mert a GaAlAs anyagrendszerben kapható megfelelő törésmutató különbség. Az 1300 és 1550 nm-es lézerek InGaAsP anyagrendszerben készülnek, amiben ez nem érhető el és így VCSEL nem készíthető belőle. Az 1300 és 1550 nm-es VCSEL készítése ma is intenzív kutatási terület, mivel az egymódusú optikai átvitelhez ilyen hullámhosszra van szükség. A hagyományos oldalsugárzó lézerekhez képest a VCSEL rezonátor kis radiális mérete és az aktív réteg kis vastagsága kis aktív térfogatot eredményez, minek köszönhetően a VCSEL-ek küszöbárama rendkívül alacsony, 1mA alatti. Szintén a kis rezonátor hossznak köszönhetően a lehetséges longitudinális módusok frekvenciában nagyon messze esnek egymástól, így az anyag optikai erősítésének sávszélességébe csak egy tud beleesni.
VCSEL előnyei Ahogy korábban már említettem a VCSELnek vannak bizonyos előnyei, amik az alkalmazását jobbá teszik a hagyományos élsugárzó lézerekkel szemben. Tekintsük át ezeket most annak tekintetében, hogy ismerjük pontosan a VCSEL struktúráját. Vegyük a kialakításból következő legkézenfekvőbb, és talán legfontosabb előnyét. Mivel a lézer rezonátora függőleges irányú, ezért VCSEL gyártása során még a félvezető szeleten tesztelhető, nincs szükség a szelet feldarabolására a teszteléshez. A normál planár sugárzóknál értelemszerűen szét kell vágni a szeletet és az egyes lézereket egyenként kell letesztelni. A VCSELnél erre nincs szükség ami jelentősen leegyszerűsíti a gyártási folyamatot, ennek köszönhetően a termék sokkal olcsóbb lesz. A VCSEL olcsóbbá tette a fényforrásunkat ezáltal, így ez az árcsökkenés lehetővé teszi az újabb optikai alkalmazások elterjedését. Mivel az aktív réteg kicsi, megközelítőleg 1mA nagyságú áram segítségével elérhető a lézerműködés. Ebből következik egy másik lényeges szempont, mégpedig a VCSEL alacsony teljesítményigénye. A kis teljesítményigény miatt kisebb táppal is lehet látni a lézerforrást, és az alacsony tápigény tovább csökkenti a megoldás árát.
A gyártás során további árcsökkenést lehet elérni az eszköz tokozásával. Ezek az eszközöket tokzohatjuk a hagyományos LED tokozási módon. A kis méret, és a felület sugárzó kialakítás miatt sokkal könnyebb ezeket a lézereket tokozni. Valamint lehetőség nyílik úgynevezett flatchip kialakításra is. Ezek a tokozási eljárások pedig hozzásegítenek minket ahhoz, hogy a VCSEL könnyen integrálható legyen a meglévő optikai hálózatainkhoz, illetve más lézer alkalmazásokhoz( pl. nyomtatók). A Fuji Xerox cég két tokozási megvalósítása a következő ábrán látható.
További példa a kis méretre, és az egyszerű tokozásra.
A VCSEL kialakításának nem csak az árban van fontos szerepe. A függőleges rezonátor kialakítás lehetővé teszi az optikai szalagkábelek kialakítását is. A kisebb méret miatt és mivel a lézer felület sugárzó, sokkal egyszerűbb az optikai szál egyik végéhez integrálni. Hasonló okokból egyszerűen és olcsón hozhatunk létre nagyméretű 2 dimenziós lézer tömböt ezzel a lézerfajtával. Az élsugárzók esetében ez még komplikált volt. Ez az elrendezés viszont számos optikai elrendezés esetén sokkal hatékonyabb, és a VCSEL segítségével könnyen megvalósíthatóvá vált. A következő ábra a 2-D megvalósítást hivatott szemléltetni.
További fontos előnye az élsugárzó lézerekkel szemben az, hogy az anyag optikai erősítésének tartományában csak egy módus képes beleesni, szemben mondjuk a Fabry-Perot lézerrel, ahol több módus is beleesik az erősítési tartományban.
Tehát amíg egyes planár sugárzók esetében a sávszélesség problémát okoz, addig a VCSEL kialakítása miatt(itt ez a kicsiny aktív réteget jelenti) a keskeny sávszélesség adott, ami szintén fontos paraméter. A VCSEL előnyei közé sorolható még az is, hogy kicsi a széttartása, valamint, hogy szimmetrikus apertúrája van. A többi fényforráshoz képest a VCSELnek a legjobbak a tulajdonságai ebből a szempontból.
Jól látható, hogy a LEDnek van a leginkább széttartó, az élsugárzó lézernek a legkevésbé szimmetrikus apertúrája. Ezzel szemben a VCSELnek kicsi a széttartása és szimmetrikus is az apertúra.
VCSEL alkalmazásai A VCSELnek fent említett előnyeit kihasználva számos területen használják. Nyilvánvalóan minket főleg az optikai távközlésben használatos alkalmazások érdekelnek elsősorban. De lézereket nem csak az optikai távközlés során használunk, így a VCSEL nyújtotta előnyöket nem csak az optikai kommunikációban használhatjuk ki. Mielőtt rátérnék az optikai kommunikációban használt alkalmazásokra áttekinteném az ezen kívüli VCSEL előfordulásokat. Korábban már volt szó arról, hogy nyomtatókban is használhatóak a VCSEl-ek. A FujiXerox arra használta a VCSEL technológiával készült lézereket, hogy ezek segítségével nagy nyomtatási sebességet, és magas képminőséget érhessen el. A VCSEL tulajdonképpen ezekben az alkalmazásokban fény forrásaként jelentkezik. Ezeket azért érdemes használni, mert viszonylag olcsón lehet egy kisméretű fényforrást a nyomtatóba szerelni és ennek segítségével előállítani a megfelelő színt. További alkalmazási terület lehet a számítógépek optikai egere. Elsőre talán mulatságosnak tűnhet ez az alkalmazási terület, de ismerve a VCSEL előnyeit rögtön láthatjuk, hogy nem is olyan elrugaszkodott dolog ennek a használata. A méreteiből adódóan egy optikai egérbe könnyen elfér. Könnyű tokozási és integrálhatósági tulajdonságainak hála könnyen illeszthető az egér többi réséhez. A VCSEL kis áramfelvétele miatt keveset fogyaszt. Ez egy optikai egér esetében nagyon is fontos szempont. Egy kisméretű tápforrás még nem zavarja az egér használatát. Megspórolunk egy vezetéket, ami megkönnyíti az optikai egér használatát. Egy kis méretű kis tápigényű olcsó fényforrás mindenféleképpen hasznos az optikai egér gyártása során. Ez a terület ráadásul azért is figyelemre méltó, mert egy optikai egérből jóval többet lehet eladni mint színes nyomtatóból, vagy éppen optikai szalagkábelből. A számítógépes
egér egy gyakran használt eszköz így a VCSEL ezekben való alkalmazása gazdasági szempontból is megfontolandó. Egy másik érdekes lehetséges alkalmazási terület az optikai óra. Ebben az esetben az idő mérése az optikai frekvencián alapszik. Ez nem elsősorban háztartásban előforduló óra lesz, hanem a számítógépben órajel előállítására használható optikai óra. Ennek a megoldásnak az az előnye a normál RF órával szemben, hogy stabilabb frekvenciát képes előállítani. Az optikai óra másik nagy előnye, hogy optika szálon az órajel impulzusok továbbvihetők, ott ahol már az RF kábelek túl drágák és már csillapításuk is túl nagy az adott frekvencián. Ilyenkor optikai szálon vihetjük az óraimpulzust. Nagy előnye, hogy a lézer frekvenciája jóvl nagyobb, mint azt RF tartományban elő tudnánk állítani. Ezért megfelelő a VCSEL alkalmazása. Kis méretével, könnyen tokozhatóságával, könnyű integrálhatóságával, kis tápigényével itt is könnyedén felhasználhatjuk az eszközt. Itt viszont már kihasználjuk, hogy egy frekvenciakomponens kibocsátására képes a VCSEL. Ez ugye stabil idő referenciánál nem elhanyagolható szempont. Tehát ennél az alkalmazásnál a VCSEL szinte minden előnyét kihasználjuk. Az optikai óra elővezet egy nagyon érdekes alkalmazási területet, ami részben már kapcsolatban áll az optikai távközléssel, de még nem igazán abban az értelemben, mint azt megszokhattuk. A VCSEL chipekből ugyanis a NEC állítása szerint példátlan erejű szuperszámítógép építhető. Ez annak köszönhető, hogy az adatátviteli utakat nem elektromos vezetéken, hanem optikai szálon keresztül visszük el egyik pontból a másikba. Az optikai szál frekvenciafüggetlensége, kis csillapítása, valamint a VCSELek fejlődése, ami lehetővé teszi gyorsabb impulzusok továbbítását, gyorsabb számítógép megvalósítására képesek. Ugyanis a műveletvégzés sebességét az elektronikus adatátvitel korlátozza. A szakértők szerint hatékonyabb lenne a sok elektronikus adatkapcsolatot egy adatcsövön, optikai szálon átvinni, és az optikai jeleket egy szálon átvinni WDM technológiával. Itt ugyan kis távolságokról van szó, de kihasználjuk az optikai szál adta előnyöket, elsősorban azt, hogy a magas frekvenciájú jelek esetén a szálnak lényegesen kisebb a csillapítása, mint az elektromos vezetékeinknek. Azonban szükséges egy könnyen integrálható lézerforrás is ami lehetőleg kis méretű, erre szolgál a VCSEL. Az, hogy a VCSEL- lel nagy teljesítményű számítógép készíthető egészen biztos. A nagy kérdés az, hogy nem lesz-e túl drága. Itt jön elő a VCSEL fontos előnye a többi optikai berendezéssel szemben, mégpedig az, hogy jóval olcsóbb az előállítása.
A VCSELek alkalmazása tette lehetővé az optikai alapon működő számítógépet is. Kis méretűek, kis tápigényűek, könnyen integrálható, könnyen tokozható, gyártása pedig olcsó. Feltehetően-bár ez csak a szerző szubjektív véleménye- a számítógépeink fejlődése ebben az irányban haladnak majd tovább, mivel egy processzor sebességnövelése már kevésbé hatékony, így több egymással kommunikáló processzorokat alkalmaznak nagyobb teljesítmény elérésben (A dual magos processzorok már elérhetőek). A kommunikációt pedig a fent említett módon végzik. Ha már volt szó az optika elterjedéséről a számítástechnikában, akkor már érthető miért fontos kutatási terület az optikai szalagkábelek alkalmazása. Az optikai szalagkábelekhez hozzá tudják integrálni a kisméretű, felületsugárzó VCSELt. Sokat írtam arról, hogy milyen egyszerű a VCSELt az optikai szálhoz illeszteni. Íme egy példa erre a következő képen. Ugyan ez nem optikai szalagkábel, de jól mutatja milyen egyszerű szálhoz illeszteni a VCSELt.
VCSEL alkalmazásai optikai távközlésben
Miután láthattuk milyen alkalmazásai lehetnek a VCSELnek az optikai kommunikáción kívül. Nézzük meg, hogyan tudjuk a VCSEL adta lehetőségeket kihasználni, és nézzük meg azt is, milyen korlátai lehetnek. A VCSEL technológiát elsősorban multimódusú alkalmazásokban lehet használni. Ennek oka a fizikai kialakításban keresendő. A VCSEL elosztott tükörrendszerrel ér el megfelelő reflexiót. Ezek pedig csak megfelelő törésmutató különbséggel állíthatók elő, ahogy erről már korábban írtam. Jelenleg a 850-980nm tartományban készülnek VCSELEK, mert GaAlAs anyagrendszerben kapható a megfelelő törésmutató különbség. A 850nm-es tartomány pont az egyik optikai tartományban van, csakhogy ez a tartomány a multimódusú szálak tartománya. A multimódusú szálban fellépő módusdiszperzió a sávszélességet 0.5GHz*km-ben korlátozza, tehát a VCSELek főleg rövid összeköttetések esetén használhatóak. Ezen a tartományon plasztik szálakat használnak, amik olcsóbbak, mint az üvegszálak, és rövidebb összeköttetések esetén lehet, hogy elegendő ezek alkalmazása. Ráadásul előfordulhatnak olyan hálózatrészek, ahol valamilyen okból nem cserélték le a meglévő multimódusú szálakat. Ilyen esetekben a VCSEL használható, mert sokkal olcsóbb, mint a DFB vagy a Fabry-Perot lézerek.
POF A POF (palstic optical fiber), egyik kulcsfontosságú alkalmazási területe lehet a VCSELnek. Azt már láttuk, hogy multimódusú szálra van elérhető VCSEL. Kísérleteznek 650-680nm látható tartományban VCSEL előállításával. Ez a rendszer nagyobb magátmérőjű műanyag optikai szálat használna, és akár 3.2Gbps sebesség is elérhető vele. Rövidebb összeköttetések esetén, figyelembe véve a módusdiszperzió hatását életképes lehet ez az alkalmazás. Egy épületen belül például nem feltétlenül van szükségünk több kilométeres összeköttetésre, ráadásul a műanya szálnak egy éületen belüli alkalmazáshoz előnyösebb mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik, mint az üvegszál. Ami a fontos előnye a POF-nak és amiért érdemes vele foglalkozni, az, hogy sokkal könnyebb telepíteni mint a rézvezetéket. Nagyobb sebességre is képes, könnyebb és manapság már olcsóbb a kilométerenkénti ára a műanyag szálnak mint a réznek. Így a POF egy lehetséges új piacot képes megnyitni az optikai kommunikáció számára.
FSO Az FSO (free space optics) egy másik lehetséges alkalmazási területe a VCSEL-nek. A szabadtéri összeköttetések során. A csere értelemszerűen bekövetkezhet az ár és a méret miatt, de a szimmetrikus apertúra is fontos szempont lehet szabadtéri összeköttetések esetén.
Hangolható lézerforrás A hangolható lézerforrás VCSEL alkalmazásával a jövőben komolyan teret hódíthat. Ehhez szükség van egy másik félvezető alapú technológiára is a MEMS-re (microelectromechanical systems). Ha létrehozunk olyan lézereket amik 1550nm környékén képesek sugározni, a MEMS segítségével olyan hangolható lézerforrást készíthetünk, ami képes lehet az optikai kommunikáció számára hasznos tartományban működni. Ennek segítségével előállíthatunk a WDM rendszernek megfelelő jeleket. A VCSEL előnyeit kihasználva ez az eszköz a többcsatornás optikai kommunikációban is használhatóvá válik. Lássuk, hogyan működik az eszköz. A MEMS alapú hangolható VCSEL forrás folytonosan hangolja a hullámhosszat, és a MEMSnek köszönhetően egyszerűen feszültség segítségével. Ez a hangolhatósági módszer jóval egyszerűbb, mint mondjuk a DFB lézerek hangolása.
A lézerforrás kialakításában rejlik az eszköz hatékonysága. A lézerforrás úgy néz ki, hogy az n-DBR és a p-DBR közötti szakaszon van egy keskeny rés. Ez a rés hozzáadódik az aktív
tartomány hosszához. Az aktív réteg hossza meghatározza, hogy mekkora hullámhossza a kibocsátott lézerfénynek. Ennek a résnek a nagyságát tudjuk szabályozni a feszültség hatására a MEMS struktúra segítségével. Ennek köszönhető a folytonos hangolhatóság.
A kép a hangolható forrás lelkét, azt a bizonyos rést mutatja. A következő grafikon azt mutatja, hogy az eszköz segítségével milyen csatornákat tudunk létrehozni az 1550nm-es tartomány környékén.
Jól látható, hogy 20 csatornát létre lehet hozni 1550nm környékén az eszközzel. Ez egy meghatározóan fontos eszköz lehet. Képzeljük csak el mennyivel egyszerűbb ez a megoldás mint a több lézeres, amiből tükrök mozgatásával a megfelelőt kicsatoljuk. Mellesleg a VCSEL-lel megoldott ilyen típusú lézer is sokkal olcsóbb a 2-D kialakítás egyszerűsége miatt. De a MEMS alapú VCSEL hangolható lézer kialakítása is jelenlegi félvezető technológia segítségével egyszerű és olcsó. A szabályozás bonyolultságától is megszabadultunk ennek a segítségével, ami tovább csökkenti a megoldás árát. Nagyon jelentős előny a kis méret. Nem több lézert használunk csak egyet, valamint a VCSEL lézer már eleve kisebb élsugárzó
társainál. Látszik, hogy ezzel a megoldással egyszerűbben tokozható eszközt is kapunk. Kihasználjuk azt is hogy a VCSEL egyetlen hullámhosszon sugároz. A korábban megismert fontos előny, az optikai szálhoz való könnyű integrálást itt is érvényes marad. A többcsatornás rendszerek ezzel az eszközzel egy jelentősen olcsóbb kisebb könnyebben illeszthető eszközt kaptak, amit kihasználhatunk a többcsatornás rendszerekben. A többcsatornás optikai kommunikáció árát drasztikusan lecsökkentheti ez a berendezés, ami a felhasználok számára is előnyökkel járhat.
Összegzés és kitekintés Miután megismerkedhettünk a VCSEL lézerek felépítésével, és előnyeivel láthattunk néhány fontos alkalmazási területet. Megismerhettünk számos megoldást az optikai kommunikáció világából, ami a VCSEL segítségével olcsóbbá teszi a kommunikációt, és teret nyithat számos olyan már VCSEL nélkül is létező alkalmazásnak, ami eddig drágának tűnhetett a drágább vagy éppen kedvezőtlen kialakítású lézerek miatt. Ilyen megoldások a FTTH(Fiber to the Home), amik az árcsökkenés hatására elérhetőbbé váltak. Láthattunk néhány újabb alkalmazási lehetőséet ami kifejezette a VCSELek megjelenésével kerültek elő, de előnyeit könnyen kihasználhatjuk (POS, FSA). Találhattunk néhány fontos eszközt nemcsak a távközlés világában,amik egyszerűbbé teszik életünket, és a VCSEL segítségével olcsóbban juthatunk ezekhez (Nyomtató, optikai egér). Illetve láthattuk, hogy a VCSEL a számítástechnikát is forradalmasíthatja előnyeinek köszönhetően (nagyteljesítményű szuperszámítógép). Láthattuk, hogy a VCSEL azonban szorul még némi fejlesztési területre. Aktív kutatási terület a távközlésben használt hullámhosszakban is létrehozzanak VCSEL-t, hogy ne csak multimódusú, hanem monomódusú szálakon is kihasználhassuk a VCSEL előnyeit. Illetve a jövőben azért is kel foglalkozni a VCSEL-lel, mert találhatunk még hasznos alkalmazási területeket. Bővíthetjük még az amúgy is széles alkalmazási területeit ennek az eszköznek.
Források: http://www.sensorsmag.com/sensors/Technology+Tutorials%2FSensors%2FAcceleration%2F Vibration/Tunable-Lasers-for-Multichannel-Fiber-OpticSensor/ArticleStandard/Article/detail/321349 http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6VM5-4JBF84720&_user=10&_rdoc=1&_fmt=&_orig=search&_sort=d&view=c&_acct=C000050221&_ver sion=1&_urlVersion=0&_userid=10&md5=f98e1db81b1d6f2e74b83a48b6dd5926 http://britneyspears.ac/physics/vcsels/vcsels.htm http://www.rp-photonics.com/vertical_cavity_surface_emitting_lasers.html http://www.hiradastechnika.hu/data/upload/file/2004/2004_02/HT0402-4.pdf http://www.lasercomponents.co.uk/wwwuk/news/vcsel.htm http://www.fujixerox.com/eng/company/technology/vcsel/
