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400G光模块技术浅析

导读: 目前在100G系统中,大部分光器件已达到可以商用的程度,但是在相干接收技术中,关键的ADC和DSP芯片量产商用的最大问题就是处理能力和功耗。

   随着IEEE 100 Gbit/s(以下简称100G)以太网标准讨论与制定工作的结束,全球主流厂商正在推动100G的全球部署,并把目光聚焦到400G甚至1 Tbit/s系统上来。同40G/100G一样,400G的部署应该是渐进的方式。为了更有效地利用现有的DWDM(密集波分复用)线路资源,降低投资成本,运营商希望400G能在现有的网络上部署,而不是重新设计和建造一个新的网络以适应400G的传输。这意味着400G必须适应100G/40G或10G的网络设计规划,以实现400G、100G/40G 的混合部署。

  1、400G LAN接口光模块的技术分析

  400G LAN(局域网)接口光模块可能将继续采用100G 以太网中独有的并行传输方式。2011年2月,Finisar在"超越100GE"的研讨会上提出了400 GE模块标准建议,主要支持400 GE-LR16和400 GE-SR16两种应用。其中400 GE-LR16采用16×25 G LAN WDM (1330、1310、1290 和1270 nm 4个波道)来实现,而400 GE~SR16则采用了16×25 G多模光纤接口。此外在物理层定义了CAUI(附加单元接口)-16、CPPI(并行物理接口)-16电接口标准。16×25 G仅仅是100GE的线性扩展,只要工艺达到要求就没有其他技术难点。相比之下,光纤并行将有更多的发展空间,但需要密度更高的光子集成技术的支持才可以使400G商用成为可能。

  此外,Finisar还提出了400G LAN 应用的其他可能方式:第1种是利用已商用化的4O G 的EML(电吸收调制激光器)技术组成10×40 G架构;第2种是依靠提高EML技术,采用4电平幅度调制和DSP(数字信号处理)进行色散补偿的8×50 G的构架;第3种是4×100G的架构,这种架构必须采用复杂的幅度相位调制,如PM-QPSK(偏振复用-正交相移键控),目前还没有能够商用化的技术演示。

  NTT的研究报告也指出,在串行数据传输中,16×25 G、10×40G和8X 50 G这几种架构都有可能。对于50 G,调制方式也有基于MZ(马赫-曾德)的DQPSK(差分正交相移键控)调制、或者OOK(开关键控)调制。每种架构在体积、成本、功耗等方面都各有优缺点。从目前的研究成果来看,DML(直接调制激光器)制作工艺简单,功耗低,但是ER(消光比)很小。EML制作工艺复杂、功耗相对较大,但ER较大,可以获得很清晰的眼图。此外,基于InGaA1As的量子阱EAM(电吸收调制器)减小了由于价带偏移造成的在调制过程中的空穴堆积,因此适合用做高速调制。图1~ 图3分别是NTT 在OFC 2011上展示的用于400 GE 的1300 nm、50 G EML的光谱,注入电流与出纤功率的关系以及传输10和40 km后的输出眼图。

  对于400 GE系统而言,50 G 的OOK调制由于其整个发射端的体积优势,是一种比较好的折中选择。在这种调制方式下,DML相比而言实现起来更加困难。因此可以预言,EML和8×50 G 的OOK调制在400 GE系统中前景看好。

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