A mai adatközpontú korszakban, az 5G-bázisállomásoktól az adatközponti összeköttetésekig és a nagy-felbontású videoátvitelig minden információs út egy alapvető összetevőre, az optikai adóra támaszkodik.
Az optikai kommunikációs rendszer "kiindulópontjaként" az optikai adó felelős az elektromos jelek optikai jelekké alakításáért és az optikai szálba való csatolásáért. Ez a cikk az optikai adók 2024-2025 közötti műszaki alapelveivel, kulcsfontosságú összetevőivel, alapvető specifikációival és iparági technológiai trendjeivel foglalkozik.
1. Mi az anOptikai jeladó?
Az optikai adó egy elektro{0}}optikai átalakító eszköz. A fizikai rétegben a működési munkafolyamat három lépésben foglalható össze:
Bemeneti feldolgozás:Elektromos jeleket fogad a hálózati berendezésektől (például kapcsolóktól és útválasztóktól).
Elektro{0}}optikai átalakítás:A fényforrást (lézerdióda vagy LED) egy meghajtó áramkörön keresztül modulálja, az elektromos jel 0/1 bitjét fényimpulzusokká alakítva, amelyek be-/ki állapotokat vagy fázisváltozásokat jelentenek.
Csatoló kimenet:Hatékonyan fecskendezi be a fényt egy optikai szálba (egy{0}}módusú vagy több-módusú) lencsék vagy közvetlen csatolási technikák segítségével.
Az alkalmazási forgatókönyvtől függően az adók általában csatlakoztatható optikai modulokba (például SFP, QSFP-DD, OSFP) vagy sugárzott-minőségű videooptikai adók és analóg optikai átviteli rendszerek részeként vannak csomagolva.
2. Az alapvető technológiai összetevők elemzése
A nagy teljesítményű{0}}optikai adó főként a következő három részből áll, amelyek a műszaki nehézségek és költségek jelentős részét teszik ki:
2.1 Fényforrás: VCSEL, FP, DFB és EML
A fényforrás határozza meg az adó hullámhosszát, teljesítményét és átviteli távolságát.
VCSEL (függőleges{0}}üregfelszín-kibocsátó lézer):Uralja a rövid-távolságú (100 méteren belüli) több-módú alkalmazásokat, például az SR (Short Range) optikai modulokat az adatközpontokban. Az előnyök közé tartozik az alacsony energiafogyasztás, az alacsony költség és a nagyméretű{4}}tömb-integráció egyszerűsége.
FP (Fabry{0}}Perot Laser):Korai-stádiumú rövid---közepes távolságú alkalmazásokhoz használják; jelenleg fokozatosan megszűnik a nagy-sebességű alkalmazásokban a DFB lézerek javára.
DFB (elosztott visszacsatoló lézer):Az igásló az egymódusú{0}}átvitelhez. Egyetlen longitudinális módú kimenetet ér el a beépített-rácson keresztül, ami szűk spektrális vonalszélességet és alacsony szórási büntetést eredményez, így alkalmas 10-80 km távolságra metróhálózatokban és hosszú{5}}távú fővonalakban.
EML (elektro{0}}abszorpciós modulált lézer):Jelenleg a 400G/800G nagy sebességű{2}}gerinchálózatok fő választása. Integrál egy lézert egy elektro-abszorpciós modulátorral, leküzdve a magas frekvenciájú, közvetlenül modulált lézerekhez (DML) társuló "csiripelés" effektust, és támogatja a 100 Gbps-os és annál nagyobb hullámhosszú{5}}egyetlen hullámhosszt.
2.2 Meghajtó áramkör
A lézerdiódák stabil előfeszítő áramot és modulációs áramot igényelnek. A nagy sebességű{1}}adókban lévő meghajtó chipek nagy linearitást (különösen a PAM4 modulációhoz) és alacsony energiafogyasztást igényelnek. Ahogy a sebesség 112 Gbps-ra, sőt 224 Gbps-ra nő, az illesztőprogram-chip kialakítása kritikus szűk keresztmetszetgé vált, amely korlátozza az adó teljesítményét.
2.3 Csomagolás és optikai csatolás
Az adók csomagolási pontosságának el kell érnie a{0}}mikron alatti szintet. A szilícium fotonika (Silicon Photonics) jeladóknál a flip{2}}chip technológiát gyakran használják a lézerchip és a szilícium-alapú fotonikus chip integrálására, amely élcsatoláson vagy rácsos csatoláson keresztül a fényt a hullámvezetőbe kapcsolja.
3. Főbb teljesítménymutatók
Értékeléskor vagy kiválasztáskoroptikai adók, a mérnököknek a következő kulcsfontosságú paraméterekre kell összpontosítaniuk:
Hullámhossz:850 nm (multi{1}}mód), 1310 nm (nulla diszperzió), 1550 nm (legkisebb veszteség). A CWDM és DWDM technológiák több hullámhosszt használnak 1260 nm és 1650 nm között a hullámhosszosztásos multiplexeléshez.
Kimeneti optikai teljesítmény:Általában dBm-ben mérik. A hosszabb átviteli távolságok nagyobb kimeneti teljesítményt igényelnek, amelyet az optikai szál nemlineáris hatásküszöbe alatt kell tartani.
Kioltási arány (ER):Az „1” logikai átlagos optikai teljesítmény aránya a „0” logikai teljesítményhez. A magasabb kioltási arány jobb jel-/-zaj arányt eredményez a vevőnél, és alacsonyabb bithibaarányt (BER).
Szem diagram:A jelminőség intuitív mérőszáma. A nagysebességű-adóteszteknél a szemdiagramnak meg kell felelnie az IEEE szabványoknak vagy az MSA (Multi-Source Agreement) szemmaszk specifikációinak, biztosítva a minimális túlzott jittert és zajt.
Középpont hullámhossza és spektrális szélessége:DWDM rendszerek esetén az adó hullámhosszának az ITU-T által meghatározott rácshoz kell illeszkednie. A szűkebb spektrális szélesség növeli a kromatikus diszperzió toleranciáját.
4. Ipari trendek: Evolúció 400G-ról 1,6T-ra
A mesterséges intelligencia modellek képzéséből és a számítási felhőből származó sávszélesség-igény exponenciális növekedése miatt,optikai adóa technológia soha nem látott változásokon megy keresztül:
4.1 Az egy-hullámhosszúság 200 g-os korszakának eljövetele
A 800G optikai modulokat jelenleg nagymértékben telepítik, belsőleg olyan adóarchitektúrákat használva, mint a 8x100Gbps vagy 4x200Gbps. A vezető iparági gyártók egy-hullámhosszú, 200 G-os EML- és szilícium-fotonikus modulátorokat fejlesztenek, megnyitva ezzel az utat az 1,6T optikai modulok előtt.
4.2 A szilíciumfotonika felgyorsított kereskedelmi forgalomba hozatala
A hagyományos diszkrét adók (külön modulátorral rendelkező DFB) szűk keresztmetszetekkel szembesülnek a költségek és a nagy{0}}sűrűségű integráció terén. A szilíciumfotonika a CMOS-folyamatokat használja fel a modulátorok szilíciumhordozóra történő integrálására, külső vagy hibrid -integrált III-V lézerekkel kombinálva, ami nagy-hozamú, alacsony-költségű, nagy- fotonikus integrációt ér el.
4.3 Lineáris meghajtó csatlakoztatható optika (LPO) és társ{1}}csomagolt optika (CPO)
Az AI számítástechnikai központok energiafogyasztásának csökkentése érdekében az LPO technológia kialakulóban van. Az LPO adók kiküszöbölik a hagyományos DSP-t (Digital Signal Processor), lineáris meghajtóchipeket használva a lézer közvetlen meghajtásához, így körülbelül 50%-kal csökkentik az energiafogyasztást. A CPO technológia célja, hogy az optikai adókat a kapcsolóchippel együtt csomagolja össze, alapvetően megoldva a nagy-frekvenciás elektromos jelveszteséget a PCB-nyomokban.
4.4 Áttörés a vékony{1}}lítium-niobát (TFLN) filmben
A nagyobb sávszélesség és az alacsonyabb energiafogyasztás elérése érdekében a vékony{0}}filmes lítium-niobát modulátorok kutatási hotspotokká váltak. Kiváló linearitást és nagy sávszélességet kínálnak a szilícium fotonikus és InP modulátorokhoz képest, így jelentős szerepet játszanak a következő -generációs 1,6T/3,2T adókban.
5. Következtetés
Az optikai adó nemcsak az optikai kommunikáció fizikai kiindulópontja, hanem a hálózati sávszélességet, az átviteli távolságot és a rendszerköltséget meghatározó "mag motor" is.
Az ipari felhasználók számára az optikai távadó-megoldások kiválasztásakor elengedhetetlen, hogy a "ráta" paraméteren túlmenően figyeljenek. Az átfogó értékelésnek tartalmaznia kell:
Alkalmazási forgatókönyv:Az adatközpontokon belüli-rövid távolságú összekapcsolás a hosszútávú-távközlési gerinchálózatokkal szemben.
Költségstruktúra:A VCSEL-megoldások alkalmasak nagyméretű-rövidtávú{1}}alkalmazásokhoz; Az EML és a szilícium fotonika alkalmas nagy-teljesítményű forgatókönyvekre.
Az ellátási lánc megbízhatósága:A nagy sebességű{0}}lézerchipek kapacitása továbbra is szűkös. A független chip-kutatási és fejlesztési képességekkel vagy stabil ellátási láncokkal rendelkező gyártók kiválasztása kulcsfontosságú.
Az AI számítási teljesítmény iránti kereslet robbanásszerű növekedésével az optikai kommunikációs ipar az "elektromos meghajtó optika" hagyományos modelljéről a "hálózatokat meghatározó optika" új korszakára vált át. Az optikai hálózat kiindulópontjaként az optikai adók terén elért minden technológiai ugrás meghatározza a digitális és intelligens infrastruktúra következő generációjának sávszélesség-plafonját.
