光子集成 Photonics]Integration 助推100- Gbps DWDM 的光子集成技术 作者: Matt Traverso, Opnext 基于分立封装元器件的传统光发送接收技术,已经无法满足100 Gbps DWDM的需求。光子集 成技术的引入成为必然。 针对10 Gbps dwdm光学接口需求增长的问题,光互 联论坛(OIF)已经开始制定相应的光发送机和接收机的 实施协议(IA)。历史上,光收发模块多源协议(MSA) 以及IA已经严格地规定了光电、电光转换的方法,例如 针对10-Gbps光模块的 XMD MSA,以及针对40-Gbps光 模块的 XLMD MSA。由于这些调制方案都是基于开(1) 关(0)键控的强度调制,MSA可以简化OE/EO转换 相应地针对100 Gbps dWdM,OIF已经开始着手双 偏振正交相移键控(DP-QPSK)和相干检测的结合。这 种调制机制需要更复杂的光传输接收机制,因而应用光子 QPSK调制的星座图 集成可以优化设计。 分在两个不同的偏振态上,使得波特率减半。其次,信号 由相位调制,每个符号包含两个比特,再将所需的波特率 100- Gbps DWDM中应用 DP-QPSK的动机减半,这使得波特率降至25bps,系统对于各种影响的容 DP-QPSK调制技术由于低波特率特性,受到了下一代忍性比100Gbps更强。(值得一提的是,本文采用名义上 高速率光传输的关注。光纤传输对于信号的影响与波特率的1000bps和25Gbps来表述,事实上为了适应OTN的映 成比例。例如,光纤的色散会导致脉冲红段频率传输速度射,以及前向纠错编码的冗余,实际的码率可能会更高) 慢,蓝段频率传输速度快,使得脉冲频谱展宽。对于一段 除了低波特率外, DP-QPSK还有更多的优势。 固定长度的光纤,高速传输系统由于比特长度较短,受到10Gbps及以下码率(波特率和比特率相同)应用了简单 频谱展宽的影响更大。因此,低波特率减少了色散的影响。的OEEO强度调制转换。从40Gbps开始,不少公司都开 另外,低波特率的主要目的在于提高频谱利用率。发了至少四种不同的调制方案。这种调制方案的分歧,使 DWDM系统常常在同一根光纤中传输尽可能多的波长,得40G光网络市场往往采用客户定制的光发送机和接收 实现光纤带宽的最大化利用。长距系统的信道波长间隔机,甚至特殊的定制IC。结果使得技术成本较高 是50GH,系统中的滤波器,例如可重构光上下复用器 客户定制的40G产品有各种劣势,它促使光网络产 ( ROADM)和波长复用/解复用器都是基于这个波长间隔。业界集中力量开始制定100 Gbps DWDM系统的标准调制 滤波器频谱截断特性限制了波特率的上限, 利用目方案,例如 DP-QPSK及其关联的技术,以实现扩容方案 前的光纤网络,必须选择基于低波特率的100-bps调制的经济化 技术 DP-QPSK调制技术利用两种基本的方法降低光发送机和接收机综述 100-Gbps比特率码流的波特率(如图1)。首先,信号被 OIF定义的100Gbps光发送机如图2所示,为集成 12)Oct/Nov2010LightwaveChina光波通信www./wc.com
࠼ ጱणׯ Photonics Integration 12 Oct/Nov 2010 Lightwave China ܝ⊷䗮ֵ www.lwc.com.cn ዺླྀ 100-Gbps DWDM रຍׯጱण࠼ڦ ኍܔ 100-Gbps DWDM ࠼ბথ੨Ⴔ൱ሺڦ࿚༶Ljࢻ࠼ ஃ༇DŽOIFDžᅙঢ়ਸ๔ۨ၎ᆌ࠼ڦ݀ໃऐࢅথऐڦ ํแၹᅱDŽIADžă૦๏ฉLj࠼݀ఇܠᇸၹᅱDŽMSADž ᅜत IA ᅙঢ়ჹ߭ࡀںۨକۉ࠼Ă࠼ۉገݛڦ࣑݆Lj૩ස ኍܔ 10-Gbps ࠼ఇڦ XMD MSALjᅜतኍܔ 40-Gbps ࠼ ఇڦ XLMD MSAăᆯᇀኄၵۙݛӄۼएᇀਸDŽ1Dž ࠲DŽ0Dž॰੦ڦഽ܈ۙLjMSA ᅜ०ࣅ OE/EO ገ࣑ă ၎ᆌںኍܔ 100-Gbps DWDMLjOIF ᅙঢ়ਸ๔ጣມ ೋናኟ၎ᅎ॰੦DŽDP-QPSKDžࢅ၎߅ॠ֪ڦࢇăኄ ዖۙऐႴᄲ߸ްሗد࠼ڦথऐLjᅺܸᆌᆩ࠼ጱ णׯᅜᆫࣅยऺă 100-Gbps DWDM Ёᑨ⫼ DP-QPSK ⱘࡼᴎ DP-QPSK ۙरຍᆯᇀگհ༬୲༬ႠLjڟକူᅃپ ୲ᆖၚᇑհ༬ڦࡽᇀ႑ܔد္࠼ጀă࠲ڦد࠼୲ߛ ܈د୲ೕࢤ؋ዂஞڞࣷොڦ္࠼Բ૩ă૩සLjׯ Ljઢೕ୲د܈Lj๑ڥஞ؋ೕቛăܔᇀᅃ ڟLj܌ড܈ဣཥᆯᇀԲ༬دߛLj္࠼ڦ܈ۨࠦ ೕቛڦᆖၚ߸ۇٴăᅺُLjگհ༬୲३ณକොڦᆖၚă ଷྔLjگհ༬୲ڦዷᄲణڦሞᇀ༵ߛೕ૧ᆩ୲ă DWDM ဣཥሞཞᅃ࠼ߵ္ዐدీڦܠհLj ߰क़հڢ႑ڦਐဣཥ૧ᆩăࣅۇٴፌڦټ္࠼၄ํ 50GHzLjဣཥዐڦ୳հഗLj૩සዘ࠼ࠓฉူްᆩഗ DŽROADMDžࢅհްᆩ / ްᆩഗۼएᇀኄ߲հक़߰ă ୳հഗೕপ༬Ⴀ၌କհ༬୲ڦฉ၌LjᅺُLj૧ᆩణ മ࠼ڦྪ္ஏLjՂႷስएᇀگհ༬୲ڦ 100-Gbps ۙ रຍă DP-QPSK ۙरຍ૧ᆩଇዖएԨݛڦ݆ইگ 100-Gbps Բ༬୲ஓୁڦհ༬୲DŽස 1DžăံLj႑ࡽԥ ݴሞଇ߲փཞڦೋናༀฉLj๑ڥհ༬୲३ӷăഄْLj႑ࡽ ᆯ၎࿋ۙLj߲ࡽޙԈࡤଇ߲Բ༬LjምॽႴڦհ༬୲ ३ӷLjኄ๑ڥհ༬୲ই 25GbpsLjဣཥܔᇀ߳ዖᆖၚڦඹ ඨႠԲ 100-Gbps ߸ഽăDŽኵڥᅃ༵ڦLjԨ࿔֑ᆩఁᅭฉ ڦ 100Gbps ࢅ 25Gbps ઠຎLj๚ํฉྺକᆌ OTN ڦᆙ พLjᅜतമၠৰٱՊஓڦරᇆLjํाڦஓ୲ీࣷ߸ߛDž أ କ گ հ ༬ ୲ ྔLjDP-QPSK ࣏ ᆶ ߸ ܠ ڦ ᆫ ă 10Gbps तᅜူஓ୲DŽհ༬୲ࢅԲ༬୲၎ཞDžᆌᆩକ०ڇ ڦ OE/EO ഽ܈ۙገ࣑ăٗ 40Gbps ਸ๔Ljփณࠅິۼਸ ݀କณ຺ዖփཞڦۙݛӄăኄዖۙݛӄݴڦഇLj๑ থࢅໃऐ݀࠼ڦۨࢽᆩਜ਼ׇྫྫ֑ஏྪ࠼ 40G ڥ ऐLjฯ༬ڦ ۨICăࡕ๑ڥरຍׯԨডߛă ਜ਼ࢽۨڦ 40G ׂᆶ߳ዖଝLjٝ๑࠼ྪஏׂ ᄽহणዐ૰ଉਸ๔ۨ 100Gbps DWDM ဣཥڦՔጚۙ ݛӄLj૩ස DP-QPSK तഄ࠲ڦरຍLjᅜํ၄કඹݛӄ ăࣅঢ়षڦ ܝথ䗕ᴎᬊᴎ㓐䗄 OIF ۨᅭڦ 100-Gbps ࠼݀ໃऐස 2 ๖Ljྺणׯ 㗙˖Matt TraversoˈOpnext एᇀݴ૬ހጎᇮഗॲدڦཥ࠼݀ໃথरຍLjᅙঢ়݆ፁ 100-Gbps DWDM ڦႴ൱ă࠼ጱण ׯरຍڦᆅׯྺՂă QPSK ۙڦ႓ፗ 1
ONECHIP PHoT。N|cs A New Era in Photonic Integration 0 PON TRANSCEIVERS BREAK NEW GROUND IN G CosT PERForMance One chip's low cost, high-performance PIC-based EPON and GPON transceivers will help you: Deploy FTTx more cost-effectively than ever before Meet consumer and business demand for high-bandwidth voice, data and video services One Chip integrates all the active and passive optical functions required for an optical transceiver onto a single, Indium Phosphide(In P)-based chip This enables significant improvements over current Main Phone:+1(613)226-6117 transceiver designs in: Toll-free:+1(866)652-4627 Cost Reliability Fax:+1(613)226-7871 Performance Email:sales@onechipphotonics.com or info( @onechipphotonics com One Chip,s PIC-based transceivers can be assembled, tested and manufactured using industry-standard, automated processes, which www.onechipphotonics.com enable us to rapidly respond to your needs
光子集成 Photonics]Integration Driver 1 Modulator t Driver Modulator 2 Lasor R2. g即w Driver 100 bps DP-QPSK的光发送机枢国。(来源:OIF100G超长距DWDM框架文件)100 Gbps DP-QPSK的光接收机枢图。(来源OF100G超长距DWDM枢架文件) 的偏振复用正交(PM-Q)调制器。发送机由两大部分组成:布局和电子互联的布局 偏振部分和QPSK调制器部分。偏振分光比由偏振旋转器如前所述,光互联由于光纤绕纤以及偏振控制的需求 以及波导光学特性决定。如图中所示,调制器1和2构成而变得庞大笨拙。电子互联也受到定位螺孔冗余的体积和 了X偏振的单QPSK调制器,调制器3和4构成了Y偏难度、以及不同数据线的高波特率的限制。光子集成方案 振的单QPSK调制器 的封装解决了这个问 OIF定义的100bps光接收机为集成的双偏振外差 然而,光子集成面临的一大挑战是如何将分立器件集 相干接收机(如图3)。IA定义的光接收机包含三个部分成到一个封装中。例如,MZI调制器常用铌酸锂( LiNbO3) 偏振部分、光学合波部分和高速检测部分。偏振部分由含调制器实现,DWDM系统的激光器往往由铟磷基的半导 有高性能偏振分束器和偏振旋转器的保偏波导构成。90体构成。不幸的是,这两种材料在单独封装中不能共存 度合波器依赖于良好的光学耦合特性以及之前器件的偏振两种材料会互相污染,导致器件失效。OIF为了解决兼容 性。最后为10Gbps及更低速率的接收机,高速光探测性问题,已经提出采用兼容材料基实现功能的方案 器和运算放大器必须有高带宽、高增益以及低噪声特性。 光发送机和光接收机的OFIA包括了机械封装和电 子接口。这种做法使得设计者可以不必了解发送机和接收 光子集成 机内部材料和技术。这种设计框图使得光发送机和接收机 DP-QPSK的光发送机和接收机都需要多种器件来支的设计者可以采用最适合他们的技术和生产工艺,对于光 持其正常运行。光发送机包含偏振部分和调制部分,接子集成来说很理想。 收机包括偏振部分、光复用部分和高速光探测和电子处我们期待OIF的IA可以对1000 bps DWDM系统的 理部分。 发展有所帮助。采用光子集成技术可以通过40bps系统 传统设计需要将这些元器件分立封装,以优化每个单的技术,推动实现高速光子技术更健壮的供应链。匹w 元的性能。这种做法面临三重挑战:互联的复杂性、体积 庞大、不同器件材料基不同, 上接第26页 光发送机和光接收机的光子集成方案至少解决了一些 需的。MEF已经定义了许多专门为移动回传应用的策 问题。光子集成通过将大部分参数敏感的器件放在统一结 构中实现,解决了互联复杂性的问题。 DP-QPSK光接收 略和调度组合,芯片厂家也开始设计并提供芯片,用 机的传统分立方案需要五条保偏光纤的互联。这种分立结来支持无线运营商从3G到40无线业务的升级。 无论是否有个别光纤厂家致力于对无线回传的有 构的生产复杂性较高,也需要多个分立元器件指标参数的线汇聚,运营商都会发现当他们转向2世纪以太网 折衷。 使用光子集成的光发送机和光接收机在模块体积上有世界时,网络设备不能依靠先前的TDM硬件,也不 很大的优势。传统设计中,每一个器件都有单独的密封包 能基于企业网世界的以太网架构。电信级以太网设备 装,要被单独放在系统板卡中。这些封装的外壳很显然扩 必须建立在特有的定制的芯片产品上,为服务提供商 大了系统体积,而且其实最大的体积代价来自盘绕光纤的 提供从电路交换向以太网和IP世界的迁移。wc 14)Oct/Nov2010LightwaveChina光波通信www./wc.com
࠼ ጱणׯ Photonics Integration 14 Oct/Nov 2010 Lightwave China ܝ⊷䗮ֵ www.lwc.com.cn ڦೋናްᆩኟDŽPM-QDžۙഗă݀ໃऐᆯଇۇٴևݴፇׯǖ ೋናևࢅݴ QPSK ۙഗևݴăೋና࠼ݴԲᆯೋናገഗ ᅜतհ࠼ڞბ༬Ⴀਦۨăසዐ๖Ljۙഗ 1 ࢅ 2 ׯࠓ କ X ೋናڇڦ QPSK ۙഗLjۙഗ 3 ࢅ 4 ׯࠓକ Y ೋ ናڇڦ QPSK ۙഗă OIF ۨᅭڦ 100Gbps ࠼থऐྺणڦׯມೋናྔֶ ၎߅থऐDŽස 3DžăIA ۨᅭ࠼ڦথऐԈࡤෙ߲ևݴǖ ೋናևݴĂ࠼ბࢇհևߛࢅݴॠ֪ևݴăೋናևݴᆯࡤ ᆶߛႠీೋናݴຐഗࢅೋናገഗڦԍೋհׯࠓڞă90 ೋናڦ༬Ⴀᅜतኮമഗॲࢇ᳘ბ࠼ڦࡻհഗᅈડᇀଆࢇ܈ ༬Ⴀăፌࢫ ྺ10Gbps त߸گ୲ڦথऐLjߛ࠼༑֪ ഗࢅሏ໙ۇٴݣഗՂႷᆶټߛĂߛሺᅮᅜतگሯำ༬Ⴀă ᄤ䲚៤ܝ DP-QPSK ࠼ڦ݀ໃऐࢅথऐۼႴᄲܠዖഗॲઠኧ LjথݴևۙࢅݴೋናևࡤໃऐԈ݀࠼ሏႜăኟഄ تጱۉࢅ֪༑࠼ߛࢅݴᆩևް࠼ĂݴऐԈઔೋናև ևݴă ڇ߲ࣅጎLjᅜᆫހ૬ݴႴᄲॽኄၵᇮഗॲऺཥยد ᇮڦႠీăኄዖፔ݆௬ଣෙዘǖࢻڦްሗႠĂ༹ओ ಕۇٴĂփཞഗॲଙएփཞă ࠼݀ໃऐ࠼ࢅথऐ࠼ڦጱणݛׯӄณਦକᅃၵ ࿚༶ă࠼ጱणׯཚࡗॽۇٴևݴ֖ຕ௺ڦߌഗॲݣሞཥᅃ ࠓዐํ၄LjਦକࢻްሗႠڦ࿚༶ăDP-QPSK ࠼থ ऐدڦཥݴ૬ݛӄႴᄲཉԍೋ࠼္ࢻڦăኄዖݴ૬ ڦຕ֖૬ᇮഗॲኸՔݴ߲ܠLjᄺႴᄲߛሗႠডิׂްڦࠓ ችዔă ๑ᆩ࠼ጱण࠼ڦׯ݀ໃऐ࠼ࢅথऐሞఇ༹ओฉᆶ ڦۇٴᆫăدཥยऺዐLjᅃ߲ഗॲۼᆶڦ܀ڇހԈ ጎLjᄲԥݣ܀ڇሞဣཥӱਸ਼ዐăኄၵހጎڦྔ၂ક ڦ္࠼ઠጲಎජॏپओ༹ڦۇٴፌܸഄํओLj༹କဣཥۇٴ քਆăڦࢻጱۉࢅքਆ සമຎLjࢻ࠼ᆯᇀ࠼္ජ္ᅜतೋና੦ڦႴ൱ ܸՎڥಕۇٴԩጜăۉጱࢻᄺڟۨ࿋அරᇆڦ༹ओࢅ వ܈Ăᅜतփཞຕ၍ߛڦհ༬୲ڦ၌ă࠼ጱणݛׯӄ ހڦጎਦକኄ߲࿚༶ă ܸLj࠼ጱणׯ௬ଣڦᅃۇٴසࢆॽݴ૬ഗॲण ڟׯᅃ߲ހጎዐă૩සLjMZI ۙഗᆩᮺ໗ᯜDŽLiNbO3Dž ۙഗํ၄LjDWDM ဣཥڦघ࠼ഗྫྫᆯᯇଡएڦӷڞ ༹ׯࠓăփ႞ڦLjኄଇዖଙሞހ܀ڇጎዐփీࠌ٪Lj ଇዖଙࢻࣷ၎කLjڞዂഗॲ฿ၳăOIF ྺକਦग़ඹ Ⴀ࿚༶Ljᅙঢ়༵֑ᆩग़ඹଙएํ၄ࠀీݛڦӄă ࠼݀ໃऐ࠼ࢅথऐڦ OIF IA Ԉઔକऐႁހጎۉࢅ ጱথ੨ăኄዖፔ݆๑ڥยऺኁᅜփՂକ݀ໃऐࢅথ ऐాևଙࢅरຍăኄዖยऺ๑࠼ڥ݀ໃऐࢅথऐ ࠼ᇀܔᅝLj߾ׂิࢅरຍڦ்ࢇᆩፌ֑ᅜኁऺยڦ ጱणׯઠຫၙă ்ځ OIF ڦ IA ᅜܔ 100Gbps DWDM ဣཥڦ ݀ቛᆶӻዺă֑ᆩ࠼ጱणׯरຍᅜཚࡗ 40Gbps ဣཥ ă૾ᆌࠃڦॳ߸ጱरຍ࠼ߛ၄ํۯླྀरຍLjڦ 100Gbps DP-QPSK࠼ڦ݀ໃऐăDŽઠᇸǖOIF 100GגਐDWDMॐ࿔ॲDž 100Gbps DP-QPSK࠼ڦথऐăDŽઠᇸǖOIF 100GגਐDWDMॐ࿔ॲDž 2 3 ႴڦăMEF ᅙঢ়ۨᅭକႹܠጆோྺᅎد࣮ۯᆌᆩڦ֧ ࢅۙ܈ፇࢇLjႊೌॆᄺਸ๔ยऺժ༵ࠃႊೌLjᆩ ઠኧ၍ሏᆐฆٗ 3G ڟ 4G ၍ᄽခڦืपă ஃޏᆶ߲՚࠼္ॆዂ૰ᇀܔ၍ڦد࣮ᆶ ၍ࣹLjሏᆐฆࣷۼ݀၄ړ்ገၠ 21 ๘ुᅜྪ ๘হ้LjྪஏยԢփీᅈ੍ံമڦ TDM ᆘॲLjᄺփ ీएᇀഓᄽྪ๘হڦᅜྪॐࠓăۉ႑पᅜྪยԢ ՂႷॺ૬ሞ༬ᆶڦۨڦႊೌׂฉLjྺޜခ༵ࠃฆ ദᅎăڦ๘হ IP ࢅྪᅜၠ࣑ୟۉٗࠃ༵ ฉথڼ26ᄻ