Les types de sources utilisés comprennent les LED, les lasers, les lasers Fabry-Perot (FP), les lasers à rétroaction distribuée (DFB) et les lasers à émission de surface à cavité verticale (VCSEL). Tous convertissent les signaux électriques en signaux optiques, mais sont par ailleurs des appareils très différents. Tous trois sont de minuscules dispositifs semi-conducteurs (puces) de la taille d’un grain de sable. Les LED et les VCSEL sont fabriqués sur des tranches semi-conductrices de manière à émettre de la lumière depuis la surface de la puce, tandis que les lasers fp et DFB émettent depuis le côté de la puce à partir d'une cavité laser créée au milieu de la puce.
Les lasers et les LED sont des appareils très différents, comme vous pouvez le voir sur ce diagramme de leur rendement lumineux en fonction du courant de commande. Les LED sont de simples émetteurs qui génèrent plus de puissance lumineuse à mesure que le courant de commande augmente jusqu'à ce que des courants plus élevés les réchauffent et que leur puissance lumineuse diminue, limitant la puissance totale de sortie. Les lasers commencent comme des LED, générant plus de lumière avec plus de courant de commande, mais la lumière est confinée dans de petites zones de la puce semi-conductrice appelée cavité laser, horizontalement à l'intérieur de la puce pour la plupart des lasers mais verticalement dans un VCSEL. Comme tous les lasers, une fois un Lorsqu'une certaine quantité de lumière est générée à l'intérieur de la cavité laser, l'appareil devient un « laser » – acronyme de « amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement ». Une fois que l'appareil atteint un certain niveau de courant, il dépasse le seuil laser et le rendement lumineux devient beaucoup plus élevé avec une faible augmentation du courant.
Les courbes LI aident à montrer pourquoi les lasers ont une bande passante plus élevée que les LED. Les LED sont modulées sur des plages de courant plus élevées pour allumer et éteindre la lumière. Les lasers sont polarisés au seuil puis modulés avec de petits changements de courant pour obtenir de grands changements de rendement lumineux. La plus petite taille des lasers permet également de les moduler plus facilement et plus rapidement. Généralement, les LED sont limitées à des liaisons de plusieurs centaines de mégabits/seconde, tandis que les lasers conviennent à des liaisons de 25-50 gigabits par seconde lorsqu'ils sont modulés directement. (Des débits binaires plus élevés sont possibles en ayant le laser allumé en permanence (CW) et en le modulant en externe.
Les LED ont une puissance de sortie beaucoup plus faible que les lasers et leur faisceau lumineux plus grand et divergent les rend plus difficiles à coupler dans les fibres, ce qui les limite généralement à une utilisation avec des fibres multimodes. Les LED ont une bande passante bien inférieure à celle des lasers et sont limitées aux systèmes fonctionnant jusqu'à environ 250 MHz ou environ 200 Mb/s.
Les lasers ont des flux lumineux plus petits et plus étroits et sont facilement couplés à des fibres monomodes, ce qui les rend idéaux pour les liaisons longue distance à haut débit. Les lasers ont une capacité de bande passante très élevée, la plupart étant utiles bien au-delà de 10 GHz ou 10 Gb/s.
Les VCSEL sont un appareil étrange. Ils utilisent des astuces de fabrication de semi-conducteurs pour créer une cavité laser verticale dans la puce afin que la lumière sorte par le haut, ce qui facilite le couplage à la fibre. Mais la structure du dispositif n’est réalisable que pour des sources d’environ 850 nm, la longueur d’onde utilisée pour la fibre multimode.
En raison de leurs méthodes de fabrication, les LED et les VCSEL sont peu coûteux à fabriquer. Les lasers sont plus chers car la création de la cavité laser à l'intérieur du dispositif est plus difficile. La puce doit être séparée de la plaquette semi-conductrice et chaque extrémité recouverte avant même que le laser puisse être testé pour voir s'il est bon.
Comparaison de la sortie spectrale d'une LED et d'un VCSEL, tous deux avec une longueur d'onde centrale d'environ 850 nm.
Une autre grande différence entre les LED et les deux types de lasers est la sortie spectrale. Les LED ont une sortie spectrale très large qui leur fait subir une dispersion chromatique dans la fibre, tandis que les lasers ont une sortie spectrale étroite qui souffre très peu de dispersion chromatique. Dans la fibre multimode, la bande passante des LED est fortement limitée par la dispersion chromatique en raison de sa grande largeur spectrale (la lumière aux longueurs d'onde plus longues se propage plus rapidement que la lumière aux longueurs d'onde plus courtes, provoquant une dispersion). Cela ajoute à l'avantage du VCSEL pour les réseaux à plus haut débit.
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