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聊聊400G用到的调制器

jf_78858299 来源:光通信小虎 作者:朱虎 2023-05-29 15:26 次阅读

上期提到了400G的调制方法,400G局域网确定使用PAM4,而骨干网选用多路子载波QPSK、16QAM比较有优势。

PAM4、QPSK、16QAM在400G里面这么火,与当前100G系统调制实现方式有什么区别吗?

其实技术不会突然跃进,当前100G用到的调制器,完全能满足400G的应用需求。(QPSK已经用于当前100G骨干网),下面盘点下:

直接调制(直接调制激光器称为DML)

直接调制实现原理就是:在阈值以上,激光器出光功率与驱动电流成正比。

设置四个不同的驱动电流,就得到四个不同的幅度的PAM4信号。直接调制最大的问题就是频率啁啾。

图片

电吸收(EA)调制,属于外调制,一般将电吸收调制器与激光器集成到一起,称为EML

电吸收调制原理是:Franz_Keldysh效应和stark效应,但主要是stark效应。stark效应简单说来就是半导体量子井材料在外加电场作用下,禁带宽度会变小。爱因斯坦的光电效应指出半导体中吸收光子能量与其禁带宽度相等,当禁带宽度边小时,能吸收的波长就边长了。换句话说:施加电场,对长波长吸收强度更大。

图片

因此可以通过改变电场大小,调整对光信号的吸收率,从而产生PAM4信号

图片

MZ调制器(马赫曾德调制器):

MZ调制器属于全能型选手,幅度,相位,QAM调制统统不在话下

图片

单个MZ调制器大体上可以分为三个功能区

  1. 分光:将光信号分成完全一样的两路光,这样做是为了使它们之间具有相干性,一般用Y分支或MMI完成此功能。
  2. 相位控制:用加热的方法,控制调制器的工作相位点;用电信号,改变折射率从而改变调制相位(电光效应、等离子色散效应)
  3. 合光:将两路加载有信息的光载波合到一起,与分光的结构一样。

MZ调制器是如何完成调制的呢,看看光载波在MZ调制器里面经历的变化就清楚了,在不考虑损耗情况下:

光载波首先经过Y分支,被等分成两路光信号,它们幅度和相位都相等,在坐标轴上幅度A和相位Φ表示成红点。![图片](http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/kjZ38TriakZBZeFCXiblhXicAcj8sf8TOSQwqjobIK7yp5rnMicgsh6R9rGGicdhywtKPMtLVHjBpXSesUnVXgBuzIw/640?wx_fmt=jpeg&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1)

两路光信号经过各自的传输路径,仅仅发生相位改变,相位改变量与传输的物理距离,以及施加电场信号强度有关

图片

两路相位不同的光信号在出口处合成新的信号E。图片

合成信号E的幅度仅取决于E1与E2的相位差Δθ(已知两边长E1,E2和他们之间的夹角Δθ,求平行四边形对角线可是高中知识哦)

也就是说,通过改变两路的相位差,可以实现幅度调制。例如当相位差是0时,输出幅度达到最大,当相位差是π时,输出幅度就是0;还可以选取更多不同相位差,获得其他幅度。

图片

如果保持E1和E2相位差不变,可以实现相位调制,例如E1为0相位,E2为90°相位,则合成一个45°相位的信号;E1为π相位,E2为3π/2相位,则合成一个225°相位的信号。

图片

之前提到过,QAM调制就是正交幅度调制,需要两个相差π/2的幅度信号合成。按照这个思路把两个MZ组合到一起,并将其中一个MZ相移动π/2, 就可以合成QAM信号。

图片

综合来讲,对于非硅光方案的PAM4,EML可以取得价格和性能的平衡,应该会成为首选,但是在硅光方案里面,PAM4应该用EA或MZ外调制实现;而对于QAM,基本只有MZ调制器,能改变的只有制作MZ的材料,选取电光系数或者等离子色散效应更强的材料体系,以降低调制器驱动电压。

结合400G调制再加上400G封装方案(CFP2/CFP8//QSFP-DD/CDFP),感觉400G才是硅光真正用武的地方,在100G硅光不一定有成本优势,没有硅光也可以玩的很好;而对于400G,要么用硅光实现,要么就很难实现!

前几天跟一位光通信行业前辈交流,她说光通信行业新兴技术生产周期只有一年半,就算你工作了10年又如何,不学习新知识,一年半的时间你就过时了。当时听了,觉得压力很大!像我这样工作时间不长的人,更应该每天学习!

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