У данашњој ери{0}}усредсређеној на податке, од 5Г базних станица до интерконекција центара података и видео преноса високе{2}}резолуције, сви информациони путеви се ослањају на основну компоненту: оптички предајник.
Као „почетна тачка“ оптичког комуникационог система, оптички предајник је одговоран за претварање електричних сигнала у оптичке сигнале и њихово повезивање у оптичко влакно. Овај чланак се бави техничким принципима, кључним компонентама, основним спецификацијама и индустријским технолошким трендовима оптичких предајника за 2024-2025.
1. Шта је анОптицал Трансмиттер?
Оптички предајник је електро-уређај за оптичку конверзију. На физичком нивоу, његов оперативни ток рада може се сажети у три корака:
Обрада уноса:Прима електричне сигнале од мрежне опреме (као што су прекидачи и рутери).
Електро{0}}оптичка конверзија:Модулише извор светлости (ласерску диоду или ЛЕД) преко управљачког кола, претварајући 0/1 бита електричног сигнала у светлосне импулсе који представљају стања укључења/искључења или промене фазе.
Излаз спојнице:Ефикасно убризгава светлост у оптичко влакно (сингле-моде или мулти-моде) користећи сочива или технике директног спајања.
У зависности од сценарија примене, предајници се обично пакују унутар оптичких модула који се могу прикључити (као што су СФП, КСФП-ДД, ОСФП) или као део оптичких предајника за емитовање-видео предајника и система за пренос аналогних оптичких влакана.
2. Анализа компоненти основне технологије
Оптички предајник-високих перформанси се углавном састоји од следећа три дела, који представљају значајан део техничких потешкоћа и трошкова:
2.1 Извор светлости: ВЦСЕЛ, ФП, ДФБ и ЕМЛ
Извор светлости одређује таласну дужину предајника, снагу и раздаљину преноса.
ВЦСЕЛ (вертикална-површина шупљине-емитујући ласер):Доминира на кратким{0}}раздаљинама (унутар 100 метара) у више{2}}модним апликацијама, као што су СР (Схорт Ранге) оптички модули у центрима података. Предности укључују ниску потрошњу енергије, ниску цену и лакоћу интеграције низова-великих размера.
ФП (Фабри-Перо ласер):Користи се за рану-фазу кратких-до-примјена на средњим удаљеностима; тренутно се постепено укида у-апликацијама високе брзине у корист ДФБ ласера.
ДФБ (Ласер са дистрибуираним повратним информацијама):Радни коњ за један{0}}начин преноса. Постиже излаз у једном уздужном режиму преко уграђене-решетке, што резултира уском спектралном ширином и ниском дисперзијском казном, погодном за удаљености од 10 км до 80 км у мрежама метроа и дугим-магнетним линијама.
ЕМЛ (електро{0}}апсорпциони модулисани ласер):Тренутно главни избор за 400Г/800Г велике{2}}кичмене мреже. Он интегрише ласер са електро-модулатором апсорпције, превазилазећи ефекат „цимпања“ повезан са директно модулисаним ласерима (ДМЛ) на високим фреквенцијама, подржавајући појединачне- стопе таласне дужине од 100 Гбпс и више.
2.2 Коло возача
Ласерске диоде захтевају стабилну струју пристрасности и струју модулације. Драјверски чипови у предајницима велике{1}}брзине захтевају високу линеарност (посебно за ПАМ4 модулацију) и ниску потрошњу енергије. Како се брзине повећавају на 112Гбпс, па чак и на 224Гбпс, дизајн чипа драјвера постао је критично уско грло које ограничава перформансе предајника.
2.3 Паковање и оптичко спајање
Прецизност паковања за предајнике треба да достигне нивое испод -микрона. За силицијумске фотоничке (Силицон Пхотоницс) предајнике, технологија флип{2}}чипа се често користи за интеграцију ласерског чипа са фотонским чипом заснованим на силицијуму{3}}, спајањем светлости у таласовод кроз спајање ивица или спајање са решетком.
3. Кључни индикатори учинка
Приликом оцењивања или избораоптички предајници, инжењери би требало да се фокусирају на следеће кључне параметре:
таласна дужина:850 нм (више- режим), 1310 нм (нула дисперзија), 1550 нм (најмањи губитак). ЦВДМ и ДВДМ технологије користе више таласних дужина између 1260нм и 1650нм за мултиплексирање са поделом таласних дужина.
Излазна оптичка снага:Обично се мери у дБм. Веће удаљености преноса захтевају већу излазну снагу, која се мора држати испод прага нелинеарног ефекта оптичког влакна.
Однос изумирања (ЕР):Однос просечне оптичке снаге за логичку "1" према логичкој "0". Већи однос екстинкције резултира бољим односом сигнала-према-шуму на пријемнику и нижом стопом битних грешака (БЕР).
Дијаграм ока:Интуитивна метрика за квалитет сигнала. У тестирању предајника велике брзине, дијаграм ока мора да буде у складу са ИЕЕЕ стандардима или спецификацијама маске за очи (Мулти-Споразум са више извора), обезбеђујући минимално подрхтавање и шум.
Централна таласна дужина и спектрална ширина:За ДВДМ системе, таласна дужина предајника мора да се закачи на мрежу коју је одредио ИТУ-Т. Ужа спектрална ширина повећава толеранцију на хроматску дисперзију.
4. Трендови у индустрији: Еволуција са 400Г на 1,6Т
Вођени експоненцијалним растом потражње за пропусним опсегом од обуке модела АИ и рачунарства у облаку,оптички предајниктехнологија пролази кроз невиђене промене:
4.1 Долазак ере једне-200Г таласне дужине
800Г оптички модули се тренутно примењују у великој мери, интерно користећи архитектуре предајника као што су 8к100Гбпс или 4к200Гбпс. Водећи произвођачи у индустрији развијају једно-ЕМЛ 200Г таласне дужине и силицијумске фотонске модулаторе, утирући пут оптичким модулима од 1,6Т.
4.2 Убрзана комерцијализација силицијумске фотонике
Традиционални дискретни предајници (ДФБ са засебним модулатором) суочавају се са уским грлима у погледу цене и{0}}интеграције велике густине. Силицијум фотоника користи ЦМОС процесе да интегрише модулаторе на силицијумску подлогу, у комбинацији са екстерним или хибридним-интегрисаним ИИИ-В ласерима, постижући висок-принос, јефтину-велику- интеграцију фотонске интеграције.
4.3 Линеар Дриве Плуггабле Оптицс (ЛПО) и Цо{1}}упаковане оптике (ЦПО)
Да би се смањила потрошња енергије у АИ рачунарским центрима, појављује се ЛПО технологија. ЛПО предајници елиминишу традиционални ДСП (дигитални процесор сигнала), користећи линеарне драјверске чипове за директно покретање ласера, смањујући потрошњу енергије за приближно 50%. Гледајући даље унапред, ЦПО технологија има за циљ да пакује оптичке предајнике заједно са комутационим чипом, суштински решавајући проблем високог{3}}губитка електричног сигнала високе фреквенције у траговима ПЦБ-а.
4.4 Пробоји у литијум ниобату са танким-филмом (ТФЛН)
У потрази за већим пропусним опсегом и мањом потрошњом енергије, танкослојни литијум ниобатни модулатори{0}} постали су жариште истраживања. Они нуде супериорну линеарност и велики пропусни опсег у поређењу са силицијумским фотонским и ИнП модулаторима, што их поставља да играју значајну улогу у следећој-генерацији 1,6Т/3,2Т предајника.
5. Закључак
Оптички предајник није само физичка почетна тачка оптичких комуникација, већ и "језгро мотора" који одређује пропусни опсег мреже, удаљеност преноса и цену система.
За индустријске кориснике, када бирају решења оптичких предајника, од суштинске је важности да гледају даље од параметра „рате“. Свеобухватна евалуација треба да укључи:
Сценарио апликације:Међусобна{0}}међуповезаност унутар центара података у односу на{1}}кичмене телекомуникационе мреже на дугим раздаљинама.
Структура трошкова:ВЦСЕЛ решења су погодна за велике-прилике на кратким{1}}размерама; ЕМЛ и силицијум фотоника су погодни за сценарије високих{2}}перформанси.
Поузданост ланца снабдевања:Капацитет за{0}}ласерске чипове велике брзине остаје мали. Одабир произвођача са независним могућностима истраживања и развоја чипова или стабилним ланцима снабдевања је кључан.
Са експлозијом потражње за рачунарском снагом вештачке интелигенције, индустрија оптичких комуникација прелази са традиционалног модела „оптике која покреће електричну енергију“ ка новој ери „мрежа које дефинишу оптику“. Као полазна тачка оптичке мреже, сваки технолошки скок у оптичким предајницима ће дефинисати плафон пропусног опсега за следећу генерацију дигиталне и интелигентне инфраструктуре.
