光学モジュールは単一の光電子装置ではありません. 送信ブロック,受信ブロック,機能回路,光学/電気インターフェースこれらの要素は 電気信号を 光信号に変換し 受信した光を 電気形式に戻し 信号の整合性を保持します
光学 モジュール の 主要 な 部品 は 何 です か
オプティカルモジュールは,4つのトップレベルブロックの周りに構築された電磁光受信機組成である.トーサ,ROSA,機能回路そして光学/電気インターフェース送信側が光を生成し 調節し 受信側が検出し 復元し 回路はドライブ,増幅,制御,デジタル修正を処理しますインターフェースは,ホストシステムとファイバーリンクにモジュールを接続.
建築レベルでは,モジュールは送信経路,aパスを受信する,aコントロール経路送信側は通常,以下に分類される.トーサ受信側は,次のグループに分類される.ROSA機能回路には,ドライバーIC,TIA,DSP, そして制御ユニット光学と電気のインターフェースがモジュールを片側からファイバーと,もう片側からホストボードに接続している.
オプティカルモジュールのコンポーネントレベルビューでは,通常議論される主要な内部デバイスは,レーザーダイオード (LD),光検出器 (PD),光波導体 (WG),光学調節器 (OM),トランスインペダンス増幅器 (TIA),ドライバーICそしてMUX/DEMUXモジュールの性能を単独で定義するものはありません. 実践的なリンクの振る舞いは,彼らが一緒に働く方法から来ます.
| 構成要素 | 氏名 | 主な機能 | 典型 的 な 役割 |
|---|---|---|---|
| LD | レーザーダイオード | 光媒体光を生成する | 送信側 |
| OM | 光学調節器 | 情報を光に載せます | 送信側 |
| WG | 波導体 | 装置を通して光エネルギーを誘導する | 内部光路 |
| ドライバーIC | ドライバ統合回路 | レーザーやモジュレーターに電力を供給する | 送信回路 |
| MUX | マルチプレクサー | 複数のチャンネル/波長を組み合わせる | 送信側/並列光学 |
| デムックス | デマルチプレクサー | 組み合わせたチャンネル/波長を分割する | 横/平行光学を受信 |
| PD | 光検出器 | 受信した光を光電流に変換する | 受信側 |
| TIA | トランスインペダンスアンプ | 光電流を電圧に変換し,それを増幅します | 回路を受信する |
| DSP | デジタル信号プロセッサ | 障害を補償し,信号品質を回復する | 機能回路 |
| MCU / コントロールユニット | マイクロコントローラー/制御論理 | 内部運営と管理を監督する | 制御経路 |
オプティカル モジュール の 信号 経路 の 仕組み
送信側では 電気信号が電気インターフェースを通って 送電し ドライバーステージに 通過しますモジュールは直接レーザーを駆動するか,別々の光学モジュレーターと併用した連続波レーザーを使用する.発信回線は,光ファイバーから発信された光信号を,光ファイバーの出力に転送する.
電気入力 → ドライバIC → レーザーおよび/またはモジュレーター → 光学出力
受信側では 光信号は ファイバーインターフェースを通って 光探知器に入り 光電流に変換されますそして,それを渡すTIA更に処理するのに適した電圧域信号に変換しますダウンストリーム回路は,電気データを復元し,ホスト側の電気インターフェースを通って送信します.
完全な光学モジュールには制御層も含まれます.信号図がLD,PD,MUX,DEMUX,またはDSPに焦点を当てても,実用的なモジュールは依然として監視,バイアス制御,状態管理,インターフェースの監督制御ユニットは,外付け装置ではなく,アーキテクチャの一部であり続けます.
光学モジュールのレーザーダイオード:EEL,FP,DFB,DML,EML,VCSEL
レーザーダイオードは光学モジュールの光源である.基本的には,半導体増幅介質,電気刺激,光学共振構造を使用してレーザー出力を生成する.モジュール設計においてしかし,より重要なエンジニアリング問題は,レーザーの仕組みだけでなく,どのレーザー構造と調節方法が目標の範囲,速度,信号品質要件に最も適しているかです..
構造上の大きな分断はエッジエミットレーザー (EEL)そして垂直空洞の表面発光レーザー (VCSEL)EELでは,共鳴穴はチップの平面に沿って形成され,光は基板に平行して出ます.そして光はチップ表面に垂直に出ますこの構造的差異は,VCSELが短距離トランシーバーと強く関連している理由の1つです.インジアム・フォスフィードベースのレーザーファミリーは,到達範囲とレーン速度要件が上昇するときにより頻繁に使用されます.例えば,コーレントのトランシーバープラットフォーム概要では,VCSELは短距離1.6T開発と InPベースのDML/EMLソリューションを中期および長距離カテゴリーに配置しています.
EELファミリー内では,2つの一般的なサブタイプがあります.FPそしてDFBレーザーファブリー・ペロ (FP)レーザーは古く シンプルで 通常は低速で短距離の送信と関連しています分散されたフィードバック (DFB)レーザーは,単位の長長モード出力をサポートするための格子構造を追加し,より高速でより長い範囲の光学リンクに適しています.
もう一つ重要な分断はDMLそしてEMLA について直接調節レーザー (DML)レーザー注射電流を調節することでデータをコードします これは統合とシンプルさのために魅力的です しかし,エンジニアリングのトレードオフも生み出します活性領域の屈折率も変化します波長を変化させ 振動による分散を 導入します 実用的には 送信距離を制限し 帯域幅を制限します高い絶滅比率を維持するのが難しくなります.
そして電気を吸収する調節レーザー (EML)リアル製品で使用されている形態では,EMLは,DFBレーザーと電気を吸収する調節器コーレントのEMLドキュメントは,デバイスを正確にこのように記述し,高速PAM4伝送のために位置付けています.より広範なトランシーバーロードマップは,EMLをVCSELよりも長い範囲のカテゴリーに位置させます..
参考枠組みの実践的なリーチマップが意味があるのはこのためですVCSELリンクは,約200m,DMLおよそ500mから10kmそしてEMLについて40km以上正確な切断点は常にシステム設計に依存しますが,エンジニアリングの論理は安定しています.より価値のある制御モジュレーションと低チャップになる.
| レーザータイプ | 構造/調節特性 | 主要 な 強み | 主な制限 | 典型的な位置 |
|---|---|---|---|---|
| FP | エッジ発射レーザー,ファブリ・ペロ腔 | シンプルな構造 | 要求の高いリンクの性能上限を下げる | 低速で短距離 |
| DFB | 格子フィードバック付きのエッジ発射レーザー | より良いスペクトル制御 | FPより複雑 | FPより高速で 距離が長い |
| DML | レーザー電流は直接調節されます | 単純化された送信経路 | チープ,帯域幅,絶滅比,到達範囲のトレードオフ | 短距離から中距離 |
| EML | DFBレーザー+電吸収モジュレーター | 信号の質と範囲を向上させる | より複雑な装置構造 | 中から長距離 |
| VCSEL | 表面発光レーザー | 効率的な短距離伝送 | 長距離ファイバーリンクの好ましい経路ではない | 短距離,通常 数百メートル以内 |
光学 調節 器: 情報 が 光 に 読み込まれる 方法
光学調節器 (光学調節器) は,連続的な光学キャリアをデータ搭載信号に変換する装置である.実用的には,電気信号が1つまたは複数の光学パラメータを制御できるようにする.強度,段階,または偏振この機能は,現代の光学モジュールにとって中心的なものです. 送信機の性能は,レーザー自体と同様にモジュレーション方法によって決定されるからです.
シリコンの通路はプラズマ分散効果このアプローチでは,PN-ジャンクション構造は,シリコン波導体内のキャリア濃度を変化させ,屈折率と吸収を変化させます.この相変化は,その後,電磁波のような構造で強度調節に変換できます.マッハ・ゼンダー干渉計 (MZI/MZM)基礎的な光学論文では,シリコン光学調節は,フリーキャリアプラズマ分散効果に基づいていると明示的に記述されています.最近のIntelのシリコンフォトニクス研究では,スケーラブルな光学相互接続のためのMach ゼンダーベースのアーキテクチャの周りに高速統合送信機を構築し続けています..
シリコンモジュレーターの主な魅力は プロセス互換性と統合密度ですCMOS 向け製造論理では,コストに敏感で,大量の光学接続アプリケーションにうまく対応しています.短距離データセンターの相互接続統合,パワー,パッケージのスケールが 原始デバイスのエレガンスと同じくらい重要になります
2つ目の路線はポケルスの効果中薄膜リチウムニオバート (TFLN)折りたたみの指数が直接変化します薄膜リチウムニオバートは,非常に統合されたプラットフォームとリチウムニオバートのクラシック電気光学的な利点を組み合わせているため,特に魅力的になりました薄膜リチウムニオバートモジュレーターに関するNature Communicationsの研究では,このプラットフォームが要求の高いリンクで価値のあるものにする特性を正確に強調しています.大帯域幅,低ドライブ電圧,低損失,コンパクトなフットプリント,低チャイルド(この件について自然)
3つ目の路線は量子限定スターク効果 (QCSE)中InPベースの多量子井戸この経路は,多くの構造の背後にある主要なメカニズムとして紹介されています.EMLデザインの観点から言うと 魅力的なものです高効率,良い絶滅比そして低駆動電圧適している.1080kmクラス伝達
| 物理 的 な メカニズム | 材料プラットフォーム | モジュレーション論理 | 主要 な 特徴 | 典型的な応用 |
|---|---|---|---|---|
| プラズマ分散効果 | シリコン | PN交差点におけるキャリア濃度が屈折率を変化させる;MZI/MZM構造にしばしば使用される | 高度な統合,CMOSを重視し,コストに優れている.帯域幅と電力トレードオフは残っている. | 短距離データセンター相互接続 |
| ポケルスの効果 | 薄膜リチウムニオバート | 電場が直接屈折率を変える | 非常に速い応答,低鳴き声,強い線形性,高度な製造要求 | コレントリンク,バックボーンネットワーク,ハイエンドデータセンター光学 |
| 量子限定スターク効果 | InP 多量子井戸 | 電場が電吸収調節のために吸収縁を移動する | 効率的で,良い消耗比,低電圧 | 中距離から長距離のトランスミッション,EMLベースの設計 |
光検出器 と TIA: 光信号 が また 電気信号 に なる 方法
受信側では,光学モジュールは,受信光を利用可能な電気情報に変換しなければなりません.光検出器 (PD)その役割は,受信した光信号を吸収し,電荷キャリアを生成し,受信した光を反射する光電流を生成することです.
2つの一般的な検出器ファミリーはピン光ダイオードそしてAPD 光ダイオードA についてPIN番号検出器は適度な感度で,一般的に短距離および中距離光通信に適しています.APD逆偏差下で雪崩の倍数によって内部利益を追加します.ハママツの技術注釈は,APDが内部で光電流を倍増し,より高い感度を達成することを説明します.そしてPIN光ダイオードよりも高いS/Nを供給できる受信側が弱い信号で動作するか,より長いリンクをサポートしなければならない場合,APDがしばしば好まれるのはまさにそのためです.
検出器だけでは不十分です.光電極は電流を出力しますが,ほとんどの下流回路は電圧領域信号でより効果的に動作します.トランスインペダンス増幅器 (TIA)TI と アナログ デバイスは TIA によるフロントエンド 役割を同じ実践的な方法で説明します.これは,受容器連鎖の残りの部分に利用可能な帯域幅を維持しながら,光二極電流を電圧に変換します.光学モジュールでは,PDとTIAは2つの分離した部品ではなく,機能的なペアになります.
| 受信元 | 主な機能 | 業績の重要性 | 典型的な使用文脈 |
|---|---|---|---|
| PIN 光ダイオード | 光を光電流に変換する | 中程度の敏感性 | 短距離から中距離の接続 |
| APD 光ダイオード | 光を光電流に変換する | より高い感度,よりよい弱信号性能 | 長距離または低受信電源 |
| TIA | 光電流を電圧に変換し,それを増幅します | PD出力から利用可能な電気復元を可能にします | 受信回路の前端 |
MUX と DEMUX: 光学モジュールはなぜ並列伝送経路を必要とするのか
現代の光学モジュールは,一つの経路を通した光学ストリームを送信する以上のことをします.多くの設計では,帯域幅効率を高めるために複数のチャネルを組み合わせたり分離したりする必要があります.MUXそしてデムックス装置です
A についてマルチプレクサー (MUX)複数の光学チャンネルを1つの出力経路に組み合わせます.デムリプレクサー (DEMUX)システムから見れば,これらの要素が,受信した結合信号を構成チャネルに分離します.パラレル光学トランスミッション可能性が高い
記事の枠組みでは,マルチプレクシングを3つの実践的なカテゴリーに分けています.モード・ディビジョン・マルチプレックス境界線を中心とした経路として提示され,ADCそしてMMIカップラー波長分割マルチプレックス標準的な経路である.AWG,TFFそしてMRR.偏振多重化コーレントモジュールと関連付けられ,偏振スプリッター/組み合わせ器や偏振ローターなどの装置に依存する.
モジュールファミリーが混ざり合わないようにするからです.短距離データコムモジュールは 長期間の設計と同じ マルチプレキシング戦略を必要としませんMUX/DEMUX の設計は,帯域幅の問題であり,モジュール・アーキテクチャの問題でもある.
| マルチプレックス型 | 代表装置 | テクニカルポジショニング | 典型的なモジュール文脈 |
|---|---|---|---|
| モード・ディビジョン・マルチプレックス | ADC,MMI | 前向き/研究が重なる | 先進的または新興的アーキテクチャ |
| 波長分割マルチプレックス | AWG,TFF,MRR | メインストリーム並列波長輸送 | データ・コム・テレコム・オプティック・モジュール |
| 偏振多重化 | 偏光分離器/結合器,偏光回転器 | コーレント特異の光処理 | 一貫したモジュール |
DSP が 光学 モジュール で 果たす 役割
についてDSP送信側では,データはしばしば,光学リンクと変換チェーンが理想的でないため,DACデジタル領域からアナログ領域に移行する.受信側では,復元されたアナログ信号は,ADCこれらのステップは,ファイバー障害やデバイスの非理想性とともに,モジュールが低ビットエラー率を維持するためには修正されなければならない歪みを導入します.
実用的な光学システムでは,DSPは以下のようなタスクに使用される.変形前,時計復元,分散補償,均衡騒音や他の障害を軽減するNTTの技術説明では,受信側DSPは色素分散と光学非線形効果による波形歪みを補償する.配列の位置を表示します. 配列の位置を表示するDSPは,脆弱なアナログリンクではなく,信頼性の高い通信チャンネルのように振る舞うための光路を助ける回路です(この件についてNTTの見直し)
シンプルなモジュール言語では,DSPは,光学ハードウェアが意図された性能限界に近い状態で動作できるようにするものです.避けられない障害の罰を軽減し,BER制御下にある
コンポーネントの選択が範囲,帯域幅,およびアプリケーションの適合性にどのように影響するか
光学モジュールはシステムレベルのアーキテクチャの問題. リンクの範囲はレーザーだけで決定されない. 帯域幅はMUXだけで決定されない. 受容器の感度はPDだけで決定されない.光源がどう動くかによって配線方法,受信機フロントエンド,チャネルアーキテクチャ,デジタル補償戦略が組み合わせられています.
について短距離伝送拡張性や統合性で優れたデバイスやプラットフォームを好むVCSELベースの送信経路あるいはシリコン・フォトニクスベースのモジュレーション経路ありがとうございました中距離・長距離伝送建築はますますDFB/EML型送信機, より強い受信機感受性APD ベースの検出より洗練されたデジタル訂正ですコーレントの自社製品とロードマップの資料は,VCSELを短距離開発,INPベースのEMLまたは関連するモジュールレーザーファミリーを中距離および長距離カテゴリーに配置することで,同じ傾向を反映しています..
光学モジュールでは,すべての主要なデバイスは,距離,データ速度,信号品質,統合方法費用の構造について
よくある質問
光学モジュールの主要構成要素は?
主な構成要素はトーサ,ROSA,機能回路そして光学/電気インターフェースブロックの内側では,最も重要な装置はレーザーダイオード,光学調節器,光検出器,TIA,ドライバーIC,MUX/DEMUXそしてしばしばDSP.
光学トランシーバーにおけるTOSAとROSAの違いは何ですか?
トーサ発信器の光学サブ組成です.光生成と光学出力を処理します.ROSAこれは受信機の光学サブ組成です.光学受信,光検出,および電気復元の最初の段階を処理します.
DML vs EML vs VCSEL: 短距離と長距離の光学モジュールではどちらが使用されますか?
この枠組みではVCSEL短距離リンクと関連しています.200m.DML短距離から中距離に位置しています.500mから10km.EMLより良い信号品質とより長い範囲が必要な場合に使用されます.40km以上.
DSP は光学モジュールで何をするの?
DSPは変換段階と光学チャンネルによって導入された障害を補償する.典型的な機能には,変形前,時計復元,分散補償,均衡そしてBER の改善.
なぜ光学モジュールは MUX と DEMUX を使用するのか?
モジュールは複数の光学チャンネルを組み合わせて分離することができます.パラレルトランスミッション特に設計が複数の波長または他のマルチプレキシング次元を使用して帯域幅を増やす場合.
PINとAPDの光検出器:より長い送信距離でどちらが良いか?
APD受信側がより高い感度を必要とする場合,通常よりよいです.それは雪崩の増殖によって内部利益を提供します.PIN番号短距離および中距離の多くのアプリケーションでよりシンプルでうまく動作しますが,より弱い受信信号を検出する必要がある場合,APDは通常好ましいです.
光学モジュールは単一の光電子装置ではありません. 送信ブロック,受信ブロック,機能回路,光学/電気インターフェースこれらの要素は 電気信号を 光信号に変換し 受信した光を 電気形式に戻し 信号の整合性を保持します
光学 モジュール の 主要 な 部品 は 何 です か
オプティカルモジュールは,4つのトップレベルブロックの周りに構築された電磁光受信機組成である.トーサ,ROSA,機能回路そして光学/電気インターフェース送信側が光を生成し 調節し 受信側が検出し 復元し 回路はドライブ,増幅,制御,デジタル修正を処理しますインターフェースは,ホストシステムとファイバーリンクにモジュールを接続.
建築レベルでは,モジュールは送信経路,aパスを受信する,aコントロール経路送信側は通常,以下に分類される.トーサ受信側は,次のグループに分類される.ROSA機能回路には,ドライバーIC,TIA,DSP, そして制御ユニット光学と電気のインターフェースがモジュールを片側からファイバーと,もう片側からホストボードに接続している.
オプティカルモジュールのコンポーネントレベルビューでは,通常議論される主要な内部デバイスは,レーザーダイオード (LD),光検出器 (PD),光波導体 (WG),光学調節器 (OM),トランスインペダンス増幅器 (TIA),ドライバーICそしてMUX/DEMUXモジュールの性能を単独で定義するものはありません. 実践的なリンクの振る舞いは,彼らが一緒に働く方法から来ます.
| 構成要素 | 氏名 | 主な機能 | 典型 的 な 役割 |
|---|---|---|---|
| LD | レーザーダイオード | 光媒体光を生成する | 送信側 |
| OM | 光学調節器 | 情報を光に載せます | 送信側 |
| WG | 波導体 | 装置を通して光エネルギーを誘導する | 内部光路 |
| ドライバーIC | ドライバ統合回路 | レーザーやモジュレーターに電力を供給する | 送信回路 |
| MUX | マルチプレクサー | 複数のチャンネル/波長を組み合わせる | 送信側/並列光学 |
| デムックス | デマルチプレクサー | 組み合わせたチャンネル/波長を分割する | 横/平行光学を受信 |
| PD | 光検出器 | 受信した光を光電流に変換する | 受信側 |
| TIA | トランスインペダンスアンプ | 光電流を電圧に変換し,それを増幅します | 回路を受信する |
| DSP | デジタル信号プロセッサ | 障害を補償し,信号品質を回復する | 機能回路 |
| MCU / コントロールユニット | マイクロコントローラー/制御論理 | 内部運営と管理を監督する | 制御経路 |
オプティカル モジュール の 信号 経路 の 仕組み
送信側では 電気信号が電気インターフェースを通って 送電し ドライバーステージに 通過しますモジュールは直接レーザーを駆動するか,別々の光学モジュレーターと併用した連続波レーザーを使用する.発信回線は,光ファイバーから発信された光信号を,光ファイバーの出力に転送する.
電気入力 → ドライバIC → レーザーおよび/またはモジュレーター → 光学出力
受信側では 光信号は ファイバーインターフェースを通って 光探知器に入り 光電流に変換されますそして,それを渡すTIA更に処理するのに適した電圧域信号に変換しますダウンストリーム回路は,電気データを復元し,ホスト側の電気インターフェースを通って送信します.
完全な光学モジュールには制御層も含まれます.信号図がLD,PD,MUX,DEMUX,またはDSPに焦点を当てても,実用的なモジュールは依然として監視,バイアス制御,状態管理,インターフェースの監督制御ユニットは,外付け装置ではなく,アーキテクチャの一部であり続けます.
光学モジュールのレーザーダイオード:EEL,FP,DFB,DML,EML,VCSEL
レーザーダイオードは光学モジュールの光源である.基本的には,半導体増幅介質,電気刺激,光学共振構造を使用してレーザー出力を生成する.モジュール設計においてしかし,より重要なエンジニアリング問題は,レーザーの仕組みだけでなく,どのレーザー構造と調節方法が目標の範囲,速度,信号品質要件に最も適しているかです..
構造上の大きな分断はエッジエミットレーザー (EEL)そして垂直空洞の表面発光レーザー (VCSEL)EELでは,共鳴穴はチップの平面に沿って形成され,光は基板に平行して出ます.そして光はチップ表面に垂直に出ますこの構造的差異は,VCSELが短距離トランシーバーと強く関連している理由の1つです.インジアム・フォスフィードベースのレーザーファミリーは,到達範囲とレーン速度要件が上昇するときにより頻繁に使用されます.例えば,コーレントのトランシーバープラットフォーム概要では,VCSELは短距離1.6T開発と InPベースのDML/EMLソリューションを中期および長距離カテゴリーに配置しています.
EELファミリー内では,2つの一般的なサブタイプがあります.FPそしてDFBレーザーファブリー・ペロ (FP)レーザーは古く シンプルで 通常は低速で短距離の送信と関連しています分散されたフィードバック (DFB)レーザーは,単位の長長モード出力をサポートするための格子構造を追加し,より高速でより長い範囲の光学リンクに適しています.
もう一つ重要な分断はDMLそしてEMLA について直接調節レーザー (DML)レーザー注射電流を調節することでデータをコードします これは統合とシンプルさのために魅力的です しかし,エンジニアリングのトレードオフも生み出します活性領域の屈折率も変化します波長を変化させ 振動による分散を 導入します 実用的には 送信距離を制限し 帯域幅を制限します高い絶滅比率を維持するのが難しくなります.
そして電気を吸収する調節レーザー (EML)リアル製品で使用されている形態では,EMLは,DFBレーザーと電気を吸収する調節器コーレントのEMLドキュメントは,デバイスを正確にこのように記述し,高速PAM4伝送のために位置付けています.より広範なトランシーバーロードマップは,EMLをVCSELよりも長い範囲のカテゴリーに位置させます..
参考枠組みの実践的なリーチマップが意味があるのはこのためですVCSELリンクは,約200m,DMLおよそ500mから10kmそしてEMLについて40km以上正確な切断点は常にシステム設計に依存しますが,エンジニアリングの論理は安定しています.より価値のある制御モジュレーションと低チャップになる.
| レーザータイプ | 構造/調節特性 | 主要 な 強み | 主な制限 | 典型的な位置 |
|---|---|---|---|---|
| FP | エッジ発射レーザー,ファブリ・ペロ腔 | シンプルな構造 | 要求の高いリンクの性能上限を下げる | 低速で短距離 |
| DFB | 格子フィードバック付きのエッジ発射レーザー | より良いスペクトル制御 | FPより複雑 | FPより高速で 距離が長い |
| DML | レーザー電流は直接調節されます | 単純化された送信経路 | チープ,帯域幅,絶滅比,到達範囲のトレードオフ | 短距離から中距離 |
| EML | DFBレーザー+電吸収モジュレーター | 信号の質と範囲を向上させる | より複雑な装置構造 | 中から長距離 |
| VCSEL | 表面発光レーザー | 効率的な短距離伝送 | 長距離ファイバーリンクの好ましい経路ではない | 短距離,通常 数百メートル以内 |
光学 調節 器: 情報 が 光 に 読み込まれる 方法
光学調節器 (光学調節器) は,連続的な光学キャリアをデータ搭載信号に変換する装置である.実用的には,電気信号が1つまたは複数の光学パラメータを制御できるようにする.強度,段階,または偏振この機能は,現代の光学モジュールにとって中心的なものです. 送信機の性能は,レーザー自体と同様にモジュレーション方法によって決定されるからです.
シリコンの通路はプラズマ分散効果このアプローチでは,PN-ジャンクション構造は,シリコン波導体内のキャリア濃度を変化させ,屈折率と吸収を変化させます.この相変化は,その後,電磁波のような構造で強度調節に変換できます.マッハ・ゼンダー干渉計 (MZI/MZM)基礎的な光学論文では,シリコン光学調節は,フリーキャリアプラズマ分散効果に基づいていると明示的に記述されています.最近のIntelのシリコンフォトニクス研究では,スケーラブルな光学相互接続のためのMach ゼンダーベースのアーキテクチャの周りに高速統合送信機を構築し続けています..
シリコンモジュレーターの主な魅力は プロセス互換性と統合密度ですCMOS 向け製造論理では,コストに敏感で,大量の光学接続アプリケーションにうまく対応しています.短距離データセンターの相互接続統合,パワー,パッケージのスケールが 原始デバイスのエレガンスと同じくらい重要になります
2つ目の路線はポケルスの効果中薄膜リチウムニオバート (TFLN)折りたたみの指数が直接変化します薄膜リチウムニオバートは,非常に統合されたプラットフォームとリチウムニオバートのクラシック電気光学的な利点を組み合わせているため,特に魅力的になりました薄膜リチウムニオバートモジュレーターに関するNature Communicationsの研究では,このプラットフォームが要求の高いリンクで価値のあるものにする特性を正確に強調しています.大帯域幅,低ドライブ電圧,低損失,コンパクトなフットプリント,低チャイルド(この件について自然)
3つ目の路線は量子限定スターク効果 (QCSE)中InPベースの多量子井戸この経路は,多くの構造の背後にある主要なメカニズムとして紹介されています.EMLデザインの観点から言うと 魅力的なものです高効率,良い絶滅比そして低駆動電圧適している.1080kmクラス伝達
| 物理 的 な メカニズム | 材料プラットフォーム | モジュレーション論理 | 主要 な 特徴 | 典型的な応用 |
|---|---|---|---|---|
| プラズマ分散効果 | シリコン | PN交差点におけるキャリア濃度が屈折率を変化させる;MZI/MZM構造にしばしば使用される | 高度な統合,CMOSを重視し,コストに優れている.帯域幅と電力トレードオフは残っている. | 短距離データセンター相互接続 |
| ポケルスの効果 | 薄膜リチウムニオバート | 電場が直接屈折率を変える | 非常に速い応答,低鳴き声,強い線形性,高度な製造要求 | コレントリンク,バックボーンネットワーク,ハイエンドデータセンター光学 |
| 量子限定スターク効果 | InP 多量子井戸 | 電場が電吸収調節のために吸収縁を移動する | 効率的で,良い消耗比,低電圧 | 中距離から長距離のトランスミッション,EMLベースの設計 |
光検出器 と TIA: 光信号 が また 電気信号 に なる 方法
受信側では,光学モジュールは,受信光を利用可能な電気情報に変換しなければなりません.光検出器 (PD)その役割は,受信した光信号を吸収し,電荷キャリアを生成し,受信した光を反射する光電流を生成することです.
2つの一般的な検出器ファミリーはピン光ダイオードそしてAPD 光ダイオードA についてPIN番号検出器は適度な感度で,一般的に短距離および中距離光通信に適しています.APD逆偏差下で雪崩の倍数によって内部利益を追加します.ハママツの技術注釈は,APDが内部で光電流を倍増し,より高い感度を達成することを説明します.そしてPIN光ダイオードよりも高いS/Nを供給できる受信側が弱い信号で動作するか,より長いリンクをサポートしなければならない場合,APDがしばしば好まれるのはまさにそのためです.
検出器だけでは不十分です.光電極は電流を出力しますが,ほとんどの下流回路は電圧領域信号でより効果的に動作します.トランスインペダンス増幅器 (TIA)TI と アナログ デバイスは TIA によるフロントエンド 役割を同じ実践的な方法で説明します.これは,受容器連鎖の残りの部分に利用可能な帯域幅を維持しながら,光二極電流を電圧に変換します.光学モジュールでは,PDとTIAは2つの分離した部品ではなく,機能的なペアになります.
| 受信元 | 主な機能 | 業績の重要性 | 典型的な使用文脈 |
|---|---|---|---|
| PIN 光ダイオード | 光を光電流に変換する | 中程度の敏感性 | 短距離から中距離の接続 |
| APD 光ダイオード | 光を光電流に変換する | より高い感度,よりよい弱信号性能 | 長距離または低受信電源 |
| TIA | 光電流を電圧に変換し,それを増幅します | PD出力から利用可能な電気復元を可能にします | 受信回路の前端 |
MUX と DEMUX: 光学モジュールはなぜ並列伝送経路を必要とするのか
現代の光学モジュールは,一つの経路を通した光学ストリームを送信する以上のことをします.多くの設計では,帯域幅効率を高めるために複数のチャネルを組み合わせたり分離したりする必要があります.MUXそしてデムックス装置です
A についてマルチプレクサー (MUX)複数の光学チャンネルを1つの出力経路に組み合わせます.デムリプレクサー (DEMUX)システムから見れば,これらの要素が,受信した結合信号を構成チャネルに分離します.パラレル光学トランスミッション可能性が高い
記事の枠組みでは,マルチプレクシングを3つの実践的なカテゴリーに分けています.モード・ディビジョン・マルチプレックス境界線を中心とした経路として提示され,ADCそしてMMIカップラー波長分割マルチプレックス標準的な経路である.AWG,TFFそしてMRR.偏振多重化コーレントモジュールと関連付けられ,偏振スプリッター/組み合わせ器や偏振ローターなどの装置に依存する.
モジュールファミリーが混ざり合わないようにするからです.短距離データコムモジュールは 長期間の設計と同じ マルチプレキシング戦略を必要としませんMUX/DEMUX の設計は,帯域幅の問題であり,モジュール・アーキテクチャの問題でもある.
| マルチプレックス型 | 代表装置 | テクニカルポジショニング | 典型的なモジュール文脈 |
|---|---|---|---|
| モード・ディビジョン・マルチプレックス | ADC,MMI | 前向き/研究が重なる | 先進的または新興的アーキテクチャ |
| 波長分割マルチプレックス | AWG,TFF,MRR | メインストリーム並列波長輸送 | データ・コム・テレコム・オプティック・モジュール |
| 偏振多重化 | 偏光分離器/結合器,偏光回転器 | コーレント特異の光処理 | 一貫したモジュール |
DSP が 光学 モジュール で 果たす 役割
についてDSP送信側では,データはしばしば,光学リンクと変換チェーンが理想的でないため,DACデジタル領域からアナログ領域に移行する.受信側では,復元されたアナログ信号は,ADCこれらのステップは,ファイバー障害やデバイスの非理想性とともに,モジュールが低ビットエラー率を維持するためには修正されなければならない歪みを導入します.
実用的な光学システムでは,DSPは以下のようなタスクに使用される.変形前,時計復元,分散補償,均衡騒音や他の障害を軽減するNTTの技術説明では,受信側DSPは色素分散と光学非線形効果による波形歪みを補償する.配列の位置を表示します. 配列の位置を表示するDSPは,脆弱なアナログリンクではなく,信頼性の高い通信チャンネルのように振る舞うための光路を助ける回路です(この件についてNTTの見直し)
シンプルなモジュール言語では,DSPは,光学ハードウェアが意図された性能限界に近い状態で動作できるようにするものです.避けられない障害の罰を軽減し,BER制御下にある
コンポーネントの選択が範囲,帯域幅,およびアプリケーションの適合性にどのように影響するか
光学モジュールはシステムレベルのアーキテクチャの問題. リンクの範囲はレーザーだけで決定されない. 帯域幅はMUXだけで決定されない. 受容器の感度はPDだけで決定されない.光源がどう動くかによって配線方法,受信機フロントエンド,チャネルアーキテクチャ,デジタル補償戦略が組み合わせられています.
について短距離伝送拡張性や統合性で優れたデバイスやプラットフォームを好むVCSELベースの送信経路あるいはシリコン・フォトニクスベースのモジュレーション経路ありがとうございました中距離・長距離伝送建築はますますDFB/EML型送信機, より強い受信機感受性APD ベースの検出より洗練されたデジタル訂正ですコーレントの自社製品とロードマップの資料は,VCSELを短距離開発,INPベースのEMLまたは関連するモジュールレーザーファミリーを中距離および長距離カテゴリーに配置することで,同じ傾向を反映しています..
光学モジュールでは,すべての主要なデバイスは,距離,データ速度,信号品質,統合方法費用の構造について
よくある質問
光学モジュールの主要構成要素は?
主な構成要素はトーサ,ROSA,機能回路そして光学/電気インターフェースブロックの内側では,最も重要な装置はレーザーダイオード,光学調節器,光検出器,TIA,ドライバーIC,MUX/DEMUXそしてしばしばDSP.
光学トランシーバーにおけるTOSAとROSAの違いは何ですか?
トーサ発信器の光学サブ組成です.光生成と光学出力を処理します.ROSAこれは受信機の光学サブ組成です.光学受信,光検出,および電気復元の最初の段階を処理します.
DML vs EML vs VCSEL: 短距離と長距離の光学モジュールではどちらが使用されますか?
この枠組みではVCSEL短距離リンクと関連しています.200m.DML短距離から中距離に位置しています.500mから10km.EMLより良い信号品質とより長い範囲が必要な場合に使用されます.40km以上.
DSP は光学モジュールで何をするの?
DSPは変換段階と光学チャンネルによって導入された障害を補償する.典型的な機能には,変形前,時計復元,分散補償,均衡そしてBER の改善.
なぜ光学モジュールは MUX と DEMUX を使用するのか?
モジュールは複数の光学チャンネルを組み合わせて分離することができます.パラレルトランスミッション特に設計が複数の波長または他のマルチプレキシング次元を使用して帯域幅を増やす場合.
PINとAPDの光検出器:より長い送信距離でどちらが良いか?
APD受信側がより高い感度を必要とする場合,通常よりよいです.それは雪崩の増殖によって内部利益を提供します.PIN番号短距離および中距離の多くのアプリケーションでよりシンプルでうまく動作しますが,より弱い受信信号を検出する必要がある場合,APDは通常好ましいです.
