ऑप्टिकल फाइबर में किस प्रकार का प्रकाश प्रयोग किया जाता है

ऑप्टिकल फाइबर मुख्य रूप से दृश्य प्रकाश (visible light) के बजाय इन्फ्रारेड प्रकाश का उपयोग करता है, क्योंकि इसमें सिग्नल का क्षीणन (attenuation) कम होता है। सामान्य तरंग दैर्ध्य (wavelengths) 1310nm और 1550nm हैं, जहाँ सिलिका ग्लास फाइबर में न्यूनतम हानि होती है (0.2 dB/km जितनी कम)। लेज़र या LED प्रकाश उत्पन्न करते हैं, जो फाइबर के कोर के भीतर पूर्ण आंतरिक परावर्तन (total internal reflection) के माध्यम से डेटा ले जाता है।

प्रकाश प्रकार का अवलोकन

आधुनिक दूरसंचार के पीछे का मुख्य आधार इन्फ्रारेड प्रकाश है, विशेष रूप से 1310 nm और 1550 nm के बीच तरंग दैर्ध्य के साथ। यह कोई मनमाना चुनाव नहीं है; यह सिलिका ग्लास की भौतिकी द्वारा संचालित एक गणना किया हुआ इंजीनियरिंग निर्णय है। इन तरंग दैर्ध्य पर, सिग्नल की हानि, या क्षीणन, अपने पूर्ण न्यूनतम स्तर पर होती है, जो लगभग 0.2 डेसिबल प्रति किलोमीटर (dB/km) है। यह कम क्षीणन लंबी दूरी के संचार की आधारशिला है, जिससे डेटा सिग्नल प्रवर्धन (amplification) की आवश्यकता से पहले 100 किलोमीटर से अधिक की यात्रा कर सकता है। तुलना के लिए, एक मानक तांबे के केबल को लगभग हर 5 किमी पर सिग्नल बूस्टिंग की आवश्यकता होगी।

सामान्य दृश्य लाल प्रकाश, जैसे कि 650 nm लेज़र पॉइंटर से निकलने वाला प्रकाश, कभी-कभी 50 मीटर से कम दूरी वाले बहुत कम लागत वाले प्लास्टिक फाइबर के लिए उपयोग किया जाता है, लेकिन 3 dB/km से अधिक का इसका उच्च क्षीणन इसे गंभीर डेटा ट्रांसमिशन के लिए बेकार बना देता है। असली जादू इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम में होता है। 1550 nm तरंग दैर्ध्य विशेष रूप से बेशकीमती है क्योंकि यह सिलिका फाइबर के पूर्ण निम्नतम हानि विंडो के साथ संरेखित है और लंबी दूरी एवं पनडुब्बी केबलों के लिए मानक है। इसके अलावा, प्रकाश स्रोत स्वयं साधारण बल्ब नहीं हैं; वे सेमीकंडक्टर लेज़र डायोड हैं या, कम मांग वाले अनुप्रयोगों के लिए, लाइट एमिटिंग डायोड (LEDs) हैं। इस उद्देश्य के लिए एक विशिष्ट इंडियम गैलियम आर्सेनाइड फॉस्फाइड (InGaAsP) लेज़र डायोड 1 और 10 मिलीवाट के बीच बिजली का उत्पादन कर सकता है, जिसकी स्पेक्ट्रल चौड़ाई 5 nm से कम होती है, और इसका परिचालन जीवनकाल 100,000 घंटे से अधिक होता है।

इन्फ्रारेड प्रकाश का चयन, विशेष रूप से 1310 nm और 1550 nm पर, फाइबर ऑप्टिक तकनीक का एक मूलभूत स्तंभ है, जो सिग्नल की हानि को कम करने और डेटा ट्रांसमिशन दूरी एवं दक्षता को अधिकतम करने के लिए ग्लास फाइबर के अंतर्निहित भौतिक गुणों द्वारा निर्धारित होता है।

प्रकाश का एक व्यापक स्पेक्ट्रम क्रोमैटिक डिस्पर्शन (chromatic dispersion) का कारण बनेगा, जहाँ पल्स के भीतर प्रकाश की अलग-अलग गति इसे फैलने का कारण बनती है, जिससे लंबी दूरी पर डेटा दूषित हो जाता है। लेज़र डायोड से निकलने वाली संकीर्ण, सुसंगत (coherent) बीम इस प्रभाव को कम करती है, जिससे उच्च डेटा दर की अनुमति मिलती है जिसे अक्सर गीगाबिट्स प्रति सेकंड (Gbps) या प्रति चैनल टेराबिट्स प्रति सेकंड (Tbps) में मापा जाता है। इन लेज़र की मॉड्यूलेशन गति एक अन्य महत्वपूर्ण कारक है, जिसमें आधुनिक मॉडल डिजिटल जानकारी को एन्कोड करने के लिए प्रति सेकंड अरबों बार चालू और बंद होने में सक्षम हैं।

सामान्य प्रकाश स्रोत

फाइबर ऑप्टिक सिस्टम स्थापित करते या उन पर काम करते समय, सही प्रकाश स्रोत चुनना एक महत्वपूर्ण निर्णय है जो बजट के साथ प्रदर्शन को संतुलित करता है। दो प्राथमिक मुख्य स्रोत लेज़र डायोड (LDs) और लाइट एमिटिंग डायोड (LEDs) हैं। उनके बीच का चुनाव यह नहीं है कि कौन सा कुल मिलाकर बेहतर है, बल्कि यह है कि विशिष्ट कार्य के लिए कौन सा बेहतर है। LDs लंबी दूरी के बैकबोन के लिए उच्च शक्ति और गति प्रदान करते हैं, जबकि LEDs एक इमारत या परिसर के भीतर कम दूरी, कम-डेटा-दर वाले लिंक के लिए एक लागत प्रभावी समाधान प्रदान करते हैं।

लेज़र डायोड (LDs) उच्च-प्रदर्शन अनुप्रयोगों के लिए निर्विवाद विजेता हैं। उनका मुख्य लाभ एक अत्यधिक समांतर (collimated) और सुसंगत बीम है, जो सिंगल-मोड फाइबर के छोटे 8 से 10 माइक्रोमीटर कोर में अत्यंत कुशल कपलिंग की अनुमति देता है। टेलीकॉम सिस्टम में उपयोग किया जाने वाला एक विशिष्ट डिस्ट्रीब्यूटेड फीडबैक (DFB) लेज़र एक सटीक 1550 nm तरंग दैर्ध्य पर काम करता है, एक संकीर्ण 3 mW ऑप्टिकल बीम उत्सर्जित करता है, और इसकी स्पेक्ट्रल चौड़ाई 0.1 nm से कम होती है। यह संकीर्ण स्पेक्ट्रम महत्वपूर्ण है क्योंकि यह क्रोमैटिक डिस्पर्शन को काफी कम कर देता है, जो वह घटना है जहाँ प्रकाश की अलग-अलग गति दूरी के साथ सिग्नल को धुंधला कर देती है।

[Image showing the process of total internal reflection inside an optical fiber]

यह LDs को रिपीटर की आवश्यकता से पहले 100 किलोमीटर से अधिक की दूरी पर 10 Gbps, 40 Gbps, या यहाँ तक कि 100 Gbps की चौंका देने वाली गति से डेटा प्रसारित करने में सक्षम बनाता है। इस प्रदर्शन के लिए समझौता एक उच्च घटक लागत है, जो आमतौर पर $100 से $500 प्रति यूनिट तक होती है, और वोल्टेज की वृद्धि और बैक रिफ्लेक्शन के प्रति अधिक संवेदनशीलता होती है, जिसके लिए अधिक जटिल और महंगे ड्राइवर सर्किट की आवश्यकता होती है। उनकी विफलता का औसत समय (MTTF) प्रभावशाली 100,000 घंटे से अधिक (निरंतर संचालन के लगभग 11 वर्ष) है।

लेज़र डायोड का उपयोग

फाइबर ऑप्टिक अनुप्रयोग के लिए सही लेज़र डायोड का चयन करना एक सटीक इंजीनियरिंग निर्णय है जो सीधे सिस्टम के प्रदर्शन, पहुंच और स्वामित्व की कुल लागत को प्रभावित करता है। सभी लेज़र एक जैसे नहीं बनाए जाते हैं; फैब्री-पेरोट (FP), डिस्ट्रीब्यूटेड फीडबैक (DFB), या वर्टिकल-कैविटी सरफेस-एमिटिंग लेज़र (VCSEL) के बीच का चुनाव डेटा दर, ट्रांसमिशन दूरी और स्पेक्ट्रल शुद्धता जैसी विशिष्ट तकनीकी आवश्यकताओं पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, डेटा सेंटर बैकबोन को 100 किमी लिंक के लिए DFB लेज़र की सटीकता की आवश्यकता होती है, जबकि सर्वर रैक इंटरकनेक्ट 100 मीटर की दूरी के लिए कम लागत वाले VCSEL का उपयोग कर सकता है। परिचालन मानकों—तरंग दैर्ध्य स्थिरता, आउटपुट पावर, मॉड्यूलेशन गति और स्पेक्ट्रल चौड़ाई—को समझना एक ऐसे नेटवर्क को डिजाइन करने के लिए महत्वपूर्ण है जो अनावश्यक लेज़र प्रदर्शन पर अतिरिक्त खर्च किए बिना विश्वसनीय, उच्च गति डेटा ट्रांसमिशन प्रदान करता है।

फैब्री-पेरोट (FP) लेज़र मध्यवर्ती दूरी और डेटा दरों के लिए सबसे आम और किफायती लेज़र स्रोत हैं। वे 1310 nm तरंग दैर्ध्य के आसपास काम करते हैं, जहाँ मानक सिंगल-मोड फाइबर में क्रोमैटिक डिस्पर्शन शून्य के करीब होता है, लेकिन उनकी अपेक्षाकृत 3-5 nm की व्यापक स्पेक्ट्रल चौड़ाई अंततः उनकी पहुंच को लगभग 20 किलोमीटर और उनकी डेटा दर को लगभग 2.5 गीगाबिट्स प्रति सेकंड (Gbps) तक सीमित कर देती है। उनकी 3 mW की विशिष्ट आउटपुट पावर इन अनुप्रयोगों के लिए पर्याप्त है। $20 से $80 की सीमा में यूनिट लागत के साथ, वे एंटरप्राइज लोकल एरिया नेटवर्क (LAN) और कम दूरी के महानगरीय लिंक के लिए एक लागत प्रभावी समाधान का प्रतिनिधित्व करते हैं जहाँ DFB लेज़र के अल्ट्रा-परफॉर्मेंस की आवश्यकता नहीं होती है। उनकी विफलता का औसत समय (MTTF) आमतौर पर 200,000 घंटे से अधिक आंका जाता है।

डिस्ट्रीब्यूटेड फीडबैक (DFB) लेज़र उच्च-प्रदर्शन, लंबी दूरी के बैकबोन नेटवर्क के लिए उद्योग मानक हैं। उनकी प्रमुख विशेषता एक एकीकृत ग्रेटिंग संरचना है जो उन्हें एकल अनुदैर्ध्य मोड (single longitudinal mode) पर काम करने के लिए मजबूर करती है, जिसके परिणामस्वरूप 0.1 nm से कम की असाधारण संकीर्ण स्पेक्ट्रल चौड़ाई प्राप्त होती है। यह सटीकता गैर-परक्राम्य है; यह क्रोमैटिक डिस्पर्शन को कम करती है, जिससे डेटा सिग्नल बिना पुनर्जनन (regeneration) के 10 Gbps, 40 Gbps, या 100 Gbps की गति से 80 किलोमीटर से अधिक की यात्रा कर सकते हैं। DFB लेज़र मुख्य रूप से 1550 nm बैंड पर ट्यून किए जाते हैं, जहाँ फाइबर क्षीणन सबसे कम (~0.2 dB/km) होता है। ये लेज़र काफी अधिक शक्तिशाली होते हैं, जिनमें एकीकृत ऑप्टिकल एम्पलीफायरों वाले सिस्टम के लिए आउटपुट पावर 10 mW से 40 mW से अधिक होती है।

LED विकल्प

एक विशिष्ट 850 nm LED की स्पेक्ट्रल चौड़ाई लगभग 40 nm होती है, और एक 1300 nm LED की चौड़ाई 80 nm तक हो सकती है। यह अंतर्निहित विशेषता उनकी प्रभावी डेटा दर को लगभग 100 से 200 Mbps और गंभीर मॉडल और क्रोमैटिक डिस्पर्शन के कारण मल्टी-मोड फाइबर पर उनकी ट्रांसमिशन दूरी को 2 किलोमीटर से कम तक सीमित कर देती है। हालांकि, यह प्रदर्शन शॉर्ट-लिंक, कम-बजट परिदृश्यों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए पर्याप्त से अधिक है, जैसे फैक्ट्री फ्लोर सेंसर नेटवर्क से लेकर बिल्डिंग ऑटोमेशन सिस्टम तक। उनके प्रमुख लाभ निर्विवाद हैं: असाधारण दीर्घायु, पर्यावरणीय कारकों के प्रति अत्यधिक सहनशीलता, और एक यूनिट लागत जो अक्सर एक बुनियादी लेज़र डायोड की तुलना में 80-90% कम होती है।

एक मानक SLED उस क्षेत्र से प्रकाश उत्सर्जित करता है जो लगभग 50 माइक्रोमीटर व्यास का होता है, जो पारंपरिक 62.5 μm मल्टी-मोड फाइबर के कोर के साथ अच्छी तरह से मेल खाता है। यह अपेक्षाकृत आसान कपलिंग की अनुमति देता है, जिससे 2% से 5% की विशिष्ट कपलिंग दक्षता प्राप्त होती है। हालांकि, यह विस्तृत उत्सर्जन क्षेत्र अत्यधिक डाइवर्जेंट आउटपुट बीम का परिणाम देता है जिसमें 120-डिग्री हाफ-पावर एंगल होता है, जो फाइबर में लॉन्च की जा सकने वाली ऑप्टिकल पावर की मात्रा को सीमित करता है। 850 nm पर एक विशिष्ट SLED की चिप से कुल आउटपुट पावर 500 μW हो सकती है, लेकिन केवल लगभग 15 μW (या -18.2 dBm) ही सफलतापूर्वक फाइबर में इंजेक्ट किया जाता है। उनकी मॉड्यूलेशन बैंडविड्थ भी सीमित है, आमतौर पर 50 से 100 MHz के आसपास, जो डेटा दर को सीमित करती है। इसके विपरीत, एक ELED की संरचना लेज़र की तरह अधिक होती है, जो चिप के किनारे से प्रकाश को निर्देशित करती है। यह 30-डिग्री हाफ-पावर एंगल के साथ अधिक दिशात्मक आउटपुट देता है, जिससे 5% से 10% की उच्च कपलिंग दक्षता सक्षम होती है और परिणामस्वरूप 40 μW से 60 μW (-14 dBm से -12.2 dBm) की लॉन्च की गई शक्ति प्राप्त होती है। यह थोड़ी अधिक लागत पर आता है, जिसमें बुनियादी SLED के लिए $10 से $20 की तुलना में ELED की कीमत लगभग $25 से $40 होती है।

एक औद्योगिक संयंत्र में 500 मीटर की दूरी पर एक सरल RS-232 या RS-485 डेटा लिंक के लिए, $20 के PIN फोटो डायोड रिसीवर के साथ जोड़ा गया $15 का LED-आधारित ट्रांसमीटर $50 से कम की कुल घटक लागत पर एक अविश्वसनीय रूप से मजबूत और विश्वसनीय संचार चैनल बनाता है। यह सिस्टम 20 से अधिक वर्षों तक 10,000 घंटों में 0.1% से कम की विफलता दर के साथ विश्वसनीय रूप से संचालित हो सकता है।

तरंग दैर्ध्य चयन के कारण

फाइबर ऑप्टिक्स में विशिष्ट तरंग दैर्ध्य का चुनाव—मुख्य रूप से 850 nm, 1310 nm, और 1550 nm—मनमाना नहीं है। यह सिलिका ग्लास के मूलभूत भौतिक गुणों और लागत को कम करते हुए प्रदर्शन को अधिकतम करने की आर्थिक आवश्यकता द्वारा संचालित एक विचार-विमर्श इंजीनियरिंग निर्णय है। प्रत्येक तरंग दैर्ध्य बैंड एक विशिष्ट क्षीणन विंडो (attenuation window) से मेल खाता है जहाँ सिग्नल की हानि स्थानीय रूप से न्यूनतम होती है।

उदाहरण के लिए, 1550 nm विंडो में पूर्ण न्यूनतम हानि होती है, जो लगभग 0.18–0.2 dB/km है, जो 1310 nm (~0.35 dB/km) पर होने वाले क्षीणन से 50% कम है। यह सीधे तौर पर सिग्नल को महंगे प्रवर्धन की आवश्यकता से पहले ट्रांसमिशन दूरी में 75% की वृद्धि में बदल देता है। केवल क्षीणन के अलावा, क्रोमैटिक डिस्पर्शन, घटक उपलब्धता और कुल सिस्टम लागत जैसे कारक चयन को निर्धारित करते हैं। 1310 nm पर मानक सिंगल-मोड फाइबर के 80 किमी की यात्रा करने वाला 10 Gbps सिग्नल, 1550 nm पर उसी सिग्नल की तुलना में 50% कम डिस्पर्शन-प्रेरित पल्स ब्रोडनिंग का अनुभव कर सकता है, लेकिन 1310 nm पर उच्च क्षीणन अक्सर बहुत लंबे लिंक के लिए 1550 nm को बेहतर विकल्प बनाता है। कुशल और लागत प्रभावी ऑप्टिकल नेटवर्क डिजाइन करने के लिए इन समझौतों को समझना महत्वपूर्ण है।

सिग्नल हानि (क्षीणन) को कम करना:

तरंग दैर्ध्य चयन का प्राथमिक चालक क्षीणन को कम करना है, जो फाइबर के माध्यम से यात्रा करते समय प्रकाश सिग्नल का क्रमिक कमजोर होना है। अल्ट्रा-प्योर सिलिका ग्लास के आंतरिक अवशोषण गुण तीन मुख्य निम्न-हानि विंडो बनाते हैं। 850 nm पर पहली विंडो में लगभग 2.5–3.5 dB/km का क्षीणन होता है, जो इसके उपयोग को 5 किलोमीटर से कम की कम दूरी वाले मल्टी-मोड अनुप्रयोगों तक सीमित करता है। 1310 nm पर दूसरी विंडो मानक सिंगल-मोड फाइबर (SMF) के लिए शून्य-डिस्पर्शन बिंदु है और इसमें 0.35 dB/km का कम क्षीणन होता है। यह एक 10 mW सिग्नल को लगभग 25 किमी तक यात्रा करने की अनुमति देता है इससे पहले कि इसकी शक्ति -28 dBm की सामान्य रिसीवर संवेदनशीलता सीमा तक गिर जाए। तीसरी और सबसे महत्वपूर्ण विंडो 1550 nm पर केंद्रित है, जहाँ क्षीणन अपने पूर्ण न्यूनतम 0.18–0.2 dB/km तक गिर जाता है। यह एक सिग्नल को 100 किमी से अधिक की यात्रा करने में सक्षम बनाता है, जो 850 nm की तुलना में पहुंच में 400% की वृद्धि है, जिससे यह अंतर-शहर और पनडुब्बी केबलों के लिए निर्विवाद विकल्प बन जाता है। वित्तीय प्रभाव भारी है; 1550 nm का उपयोग करने से 1000 किमी लिंक में एम्पलीफायरों की संख्या 20% कम हो सकती है, जिससे बड़े नेटवर्क रोलआउट के लिए पूंजीगत व्यय (CAPEX) में लाखों डॉलर की बचत होती है।

सिग्नल विरूपण (डिस्पर्शन) का प्रबंधन:

क्षीणन एकमात्र दुश्मन नहीं है। क्रोमैटिक डिस्पर्शन, प्रकाश पल्स का फैलना क्योंकि अलग-अलग तरंग दैर्ध्य थोड़ी अलग गति से यात्रा करते हैं, उच्च डेटा दरों पर एक महत्वपूर्ण सीमित कारक बन जाता है। जबकि 1310 nm मानक SMF के लिए शून्य-डिस्पर्शन तरंग दैर्ध्य है, जिसका अर्थ है कि पल्स का फैलना अपने न्यूनतम स्तर पर है, 1550 nm क्षेत्र लगभग 17–20 ps/(nm·km) के महत्वपूर्ण सकारात्मक डिस्पर्शन का अनुभव करता है। 100 किमी की यात्रा करने वाले 0.1 nm स्पेक्ट्रल चौड़ाई वाले सिग्नल के लिए, यह 170–200 ps का पल्स स्प्रेड पैदा कर सकता है, जो अधिकतम डेटा दर को गंभीर रूप से सीमित कर सकता है।

इसे दूर करने के लिए, इंजीनियरों को डिस्पर्शन-शिफ्टेड फाइबर (DSF) या डिस्पर्शन-कंपनसेटिंग मॉड्यूल (DCMs) का उपयोग करना चाहिए, जो कुल सिस्टम लागत में 15–30% जोड़ते हैं। यही कारण है कि मध्यवर्ती दूरी के 10 गीगाबिट ईथरनेट लिंक के लिए, 1310 nm को अक्सर पसंद किया जाता है—यह डिस्पर्शन प्रबंधन के अतिरिक्त खर्च और जटिलता से बचाता है। इसके विपरीत, 850 nm विंडो मल्टी-मोड फाइबर में अत्यधिक मोडल डिस्पर्शन (modal dispersion) से ग्रस्त है, जो इसके उपयोगी बैंडविड्थ-दूरी उत्पाद को 62.5 μm फाइबर के लिए लगभग 500 MHz·km तक सीमित कर देता है, प्रभावी रूप से 300 मीटर से कम दूरी के लिए डेटा दरों को 10 Gbps पर सीमित कर देता है।

घटक उपलब्धता और सिस्टम लागत:

तरंग दैर्ध्य चयन ऑप्टिकल घटकों की व्यावसायिक उपलब्धता और परिपक्वता से भारी रूप से प्रभावित होता है। 1310 nm और 1550 nm उपकरणों के लिए पारिस्थितिकी तंत्र विशाल और अत्यधिक प्रतिस्पर्धी है। 10 Gbps अनुप्रयोग के लिए 1310 nm DFB लेज़र की लागत $150–$200 हो सकती है, जबकि लंबी दूरी के लिए उच्च-शक्ति वाले 1550 nm संस्करण की लागत $400–$600 हो सकती है। एर्बियम-डोप्ड फाइबर एम्पलीफायरों (EDFAs) का विकास, जो केवल 1525–1565 nm रेंज (C-बैंड) में प्रभावी ढंग से काम करते हैं, एक ऐतिहासिक प्रगति थी जिसने 1550 nm को लंबी दूरी के संचार की रीढ़ के रूप में मजबूत किया।

एक EDFA $5,000–$15,000 की लागत पर 20–30 dB का गेन (gain) प्रदान कर सकता है (एक सिग्नल को 100 से 1000 गुना बढ़ाना), जो हर 80 किमी पर एक महंगा इलेक्ट्रॉनिक रिपीटर तैनात करने की तुलना में कहीं अधिक किफायती है। इस तकनीकी सफलता ने डेंस वेवलेंथ-डिवीजन मल्टीप्लेक्सिंग (DWDM) को व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य बना दिया, जिससे 80 से 160 व्यक्तिगत तरंग दैर्ध्य, प्रत्येक 100 Gbps ले जाने वाले, एक एकल फाइबर पर प्रसारित किए जा सकते हैं, जिससे 16 टेराबिट प्रति सेकंड डेटा पाइपलाइन बनती है। 850 nm बैंड VCSELs ($20 से कम) और मल्टी-मोड ट्रांसीवर की अत्यंत कम लागत के कारण लोकप्रिय बना हुआ है, जिससे यह 150 मीटर से कम के किसी भी लिंक के लिए डेटा सेंटर इंटरकनेक्ट की आर्थिक नींव बन गया है। चुनाव अंततः एक गणना किए गए समझौते पर निर्भर करता है: 1550 nm पर बेहतर प्रदर्शन के लिए उच्च प्रारंभिक घटक लागत का भुगतान करें, या 850 nm पर घटक लागत में 70–80% की कमी के लिए दूरी और गति की सीमाओं को स्वीकार करें।

प्रकाश स्रोत प्रदर्शन की तुलना

एक औद्योगिक सेटिंग में 100 Gbps डेटा सेंटर लिंक की आवश्यकताएं 10 Mbps सेंसर नेटवर्क से मौलिक रूप से भिन्न होती हैं। प्रदर्शन में अंतर काफी अधिक है: एक 1550 nm DFB लेज़र एक विशिष्ट 850 nm LED (100 nm चौड़ाई) की तुलना में लगभग 100,000 गुना अधिक स्पेक्ट्रल शुद्धता (0.1 nm चौड़ाई) प्रदान करता है, जिससे ट्रांसमिशन दूरी 200 गुना अधिक (100 किमी बनाम 0.5 किमी) संभव हो पाती है। इस बीच, इन विकल्पों के बीच घटक लागत 500% से अधिक भिन्न हो सकती है।

• आउटपुट पावर और लिंक बजट: फाइबर में लॉन्च की गई ऑप्टिकल पावर की मात्रा सीधे अधिकतम ट्रांसमिशन दूरी निर्धारित करती है। एक हाई-पावर DFB लेज़र 10-40 mW (+10 से +16 dBm) उत्सर्जित करता है, जो 30-35 dB कुल हानि भत्ते के साथ लंबी दूरी के लिंक के लिए पर्याप्त मार्जिन प्रदान करता है। एक विशिष्ट VCSEL 1-2 mW (0 से +3 dBm) आउटपुट देता है, जो 6-8 dB हानि बजट के साथ 300 मीटर तक के डेटा सेंटर लिंक के लिए उपयुक्त है। इसके विपरीत, एक LED केवल 0.01-0.05 mW (-20 से -13 dBm) लॉन्च करता है, जो मल्टी-मोड फाइबर के साथ भी प्रभावी रेंज को 2 किमी से कम तक सीमित करता है।
• स्पेक्ट्रल विशेषताएं और डिस्पर्शन: स्पेक्ट्रल चौड़ाई सीधे क्रोमैटिक डिस्पर्शन के माध्यम से अधिकतम डेटा दर और दूरी को सीमित करती है। एक DFB लेज़र का अल्ट्रा-संकीर्ण 0.1 nm स्पेक्ट्रम न्यूनतम पल्स स्प्रेडिंग के साथ 80 किमी पर 100 Gbps ट्रांसमिशन सक्षम बनाता है। 3-5 nm स्पेक्ट्रल चौड़ाई वाला फैब्री-पेरोट लेज़र डिस्पर्शन संचय के कारण 20 किमी पर 2.5 Gbps तक सीमित है। एक LED का व्यापक 40-100 nm उत्सर्जन स्पेक्ट्रम इसे मात्र 1-2 किमी पर 200 Mbps तक सीमित कर देता है, जिससे यह हाई-स्पीड अनुप्रयोगों के लिए अनुपयुक्त हो जाता है।
• मॉड्यूलेशन बैंडविड्थ और डेटा दर: अधिकतम स्विचिंग गति प्राप्त करने योग्य डेटा दरें निर्धारित करती है। VCSELs लागत-कुशल गति में आगे हैं, जो डेटा केंद्रों में 100-300 मीटर की पहुंच के लिए प्रति चैनल 25-56 Gbps का समर्थन करते हैं। DFB लेज़र 40-80 किमी की दूरी के लिए उन्नत मॉड्यूलेशन प्रारूपों का उपयोग करके 100-400 Gbps प्राप्त कर सकते हैं। LEDs की बैंडविड्थ सबसे सीमित है, आमतौर पर 50-200 MHz, जो उन्हें इष्टतम एन्कोडिंग योजनाओं के साथ भी 250 Mbps से कम तक सीमित करती है।
• विश्वसनीयता और परिचालन जीवनकाल: विफलता का औसत समय (MTTF) तकनीकों के बीच काफी भिन्न होता है। LEDs 500,000-1,000,000 घंटे MTTF (57-114 वर्ष) के साथ असाधारण दीर्घायु प्रदान करते हैं। VCSELs 25°C परिचालन तापमान पर 300,000-500,000 घंटे (34-57 वर्ष) प्रदान करते हैं। DFB लेज़र का MTTF 100,000-200,000 घंटे (11-23 वर्ष) है, जिसे समय के साथ विश्वसनीयता बनाए रखने के लिए अधिक सावधानीपूर्वक थर्मल प्रबंधन और पावर नियंत्रण की आवश्यकता होती है।
• अनुप्रयोग-विशिष्ट अनुकूलन: प्रत्येक तकनीक विशिष्ट परिदृश्यों में उत्कृष्ट प्रदर्शन करती है। LEDs औद्योगिक नियंत्रण प्रणालियों में हावी हैं जहाँ 500m-2km की दूरी पर 10-100 Mbps डेटा दरें पर्याप्त हैं और $20−$50 ट्रांसीवर लागत महत्वपूर्ण है। VCSELs डेटा सेंटर अनुप्रयोगों के लिए अनुकूलित हैं जिन्हें $100-$200 ट्रांसीवर बजट के साथ 100-300m पर 25-100 Gbps की आवश्यकता होती है। DFB लेज़र टेलीकॉम बैकबोन नेटवर्क के लिए आवश्यक हैं जिन्हें 80-100km स्पैन पर 100+ Gbps की आवश्यकता होती है, जहाँ प्रदर्शन आवश्यकताओं द्वारा $500-1,000 ट्रांसीवर लागत जायज है।

प्रदर्शन तुलना स्पष्ट अनुप्रयोग सीमाओं को प्रकट करती है: LEDs कम गति वाले अनुप्रयोगों के लिए प्रति लिंक सबसे कम लागत प्रदान करते हैं, VCSELs कम दूरी के हाई-स्पीड लिंक के लिए सर्वोत्तम लागत-से-प्रदर्शन अनुपात प्रदान करते हैं, और DFB लेज़र लंबी दूरी के ट्रांसमिशन के लिए समझौता रहित प्रदर्शन प्रदान करते हैं।