國內外光通信調制器技術新進展

1、光通信從一開始就是為傳送基于電路交換的信息的，所以客戶信號一般是 TDM的連續(xù)碼流，如PDH、SDH等。隨著計算機網絡，特別是互聯網的發(fā)展，數據信息的傳送量越來越大， 客戶信號中基于 分組交換 的分組信號的比例逐步增加。分組信號與連續(xù)碼流的特點完全不 同，它具有隨機性、突發(fā)性，因此如何傳送這一類信號，就成為光通信技術 要解決的重點。另外，傳送數據信號的光收發(fā)模塊及設備系統(tǒng)與傳統(tǒng)的傳送連續(xù)碼流的光收發(fā)模塊及設備系統(tǒng)是有很大區(qū)別的。在接入網中，所實現的系統(tǒng)即為ATM-PON、EPON或GPON等。在核心網，實現IP等數據信號在光層（包括在波分復用系統(tǒng)）的直接承載，就是大家熟知的IP over Op

2、tical的技術。由于SDH系統(tǒng)的良好特性及已有的大量資源，可充分利用原有的SDH系統(tǒng)來傳送數據信號。起初只考慮了對 ATM的承載，后來，通過 SDH網絡承載的數據信號的類型越來越多，例 如 FR、ATM、IP、10M-baseT、FE、GE、10GE、DDN、FDDI、Fiber Channel、FICON、 ESCON 等。于是，人們提出了許多將IP等信號送進SDH虛容器VC的方法，起初是先將IP或Ethernet 裝進ATM，然后再映射進 SDH傳輸，即IP/Ethernet over ATM，再over SDH。后來，又把 中間過程省去，直接將 IP或Ethernet送到SDH，女口

3、PPP、LAPS、SDL、GFP等，即IP over SDH、POS 或 EOS。不斷增加的信道容量光通信系統(tǒng)能從 PDH發(fā)展到SDH，從155Mb/s發(fā)展到10Gb/s，近來，40GB/S已實現商品 化。同時，還正在探討更大容量的系統(tǒng)，如160Gb/s （單波道）系統(tǒng)已在實驗室研制開發(fā)成功，正在考慮為其制定標準。此外，利用波分復用等信道復用技術，還可以將系統(tǒng)容量進一步提高。目前32X10Gb/s （即卩320Gb/s）的DWDM 系統(tǒng)已普遍應用，160X10Gb/s （即卩1.6Tb/s）的系統(tǒng)也投入了商用，實驗室中超過10Tb/s的系統(tǒng)已在多家公司開發(fā)出來。光時分復用OTDM、孤子技術等已

4、有很大進展。毫無疑問，這些對于骨干網的傳輸是非常有利的。信號超長距離的傳輸從宏觀來說，對光纖傳輸的要求當然是傳輸距離越遠越好，所有研究 光纖通信技術的機構， 都在這方面下了很大工夫。 特別是在光纖放大器 出現以后，這方面的記錄接連不斷。 不僅每 個跨距的長度不斷增加， 例如，由當初的20km 40km，最多為80km,增加到120km、160km。 而且，總的無再生中繼距離也在不斷增加，如從600km左右增加到3000km、4000km。從技術的角度看，光纖放大器其在拉曼光纖放大器的出現，為增大無再生中繼距離創(chuàng)造了條件。同時，采用有利于長距離傳送的線路編碼，如RZ或CS-RZ碼；采用FEC、E

5、FEC或SFEC等技術提高接收靈敏度；用 色散補償和PMD補償技術解決光通道代價和選用合適的 光纖及光器件等措施，已經可以實現超過STM-64或基于10Gb/s的DWDM系統(tǒng)，4000km無電再生中繼器的超長距離傳輸。光傳輸與交換技術的融合隨著對光通信的需求由骨干網逐步向城域網轉移，光傳輸逐漸靠近業(yè)務節(jié)點。在應用中人們覺得光通信僅僅作為一種傳輸手段尚未能完全適應城域網的需要。作為業(yè)務節(jié)點，比較靠近用戶，特別對于數據業(yè)務的用戶，希望光通信既能提供傳輸功能，又能提供多種業(yè)務的接入功能。這樣的光通信技術實際上可以看作是傳輸與交換的融合。目前已廣泛使用的基于 SDH的多業(yè)務傳送平臺 MSTP，就是一個

6、典型的實例。基于SDH的MSTP是指在SDH的平臺上，同時實現 TDM、ATM、以太網等業(yè)務的接入處 理和傳送，提供統(tǒng)一網管的多業(yè)務節(jié)點設備。實際上，有些MSTP設備除了提供上述業(yè)務外，還可以提供 FR、FDDI、Fiber Channel、FICON、ESCON等眾多類型的業(yè)務。除了基于SDH的MSTP之外，還可以有基于 WDM的MSTP。實際上是將 WDM的每個波 道分別用作各個業(yè)務的通道，即可以用透傳的方式， 也可以支持各種業(yè)務的接入處理，如在FE、GE等端口中嵌入以太網 2層甚至3層交換功能等，使WDM系統(tǒng)不僅僅具有傳送能力， 而且具有業(yè)務提供能力。進一步在光層網絡中，將傳輸與交換功能

7、相結合的結果，則導出了自動交換光網絡 ASON的概念。ASON除了原有的光傳送平面和管理平面之外， 還增加了控制平面，除了能實現原 來光傳送網的固定型連接（硬連接）夕卜，在信令的控制下，還可以實現交換的連接（軟連接） 和混合連接。即除了傳送功能外，還有交換功能。互聯網發(fā)展需求與下一代全光網絡發(fā)展趨勢近年來，隨著互聯網的迅猛發(fā)展，IP業(yè)務呈現爆炸式增長。預測表明，IP將承載包括語音、圖像、數據等在內的多種業(yè)務，構成未來信息網絡的基礎；同時以WDM為核心、以智能化光網絡（ION ）為目標的光傳送網進一步將控制信令引入光層，滿足未來網絡對多粒度信 息交換的需求，提高資源利用率和組網應用的靈活性。因此

8、如何構建能夠有效支持IP業(yè)務的下一代光網絡已成為人們廣泛關注的熱點之一。對承載業(yè)務的光網絡而言，下一步面臨的主要問題不僅僅是要求超大容量和寬帶接入等明顯需求，還需要光層能夠提供更高的智能性和在光節(jié)點上實現光交換，其目的是通過光層和IP層的適配與融合，建立一個經濟高效、靈活擴展和支持業(yè)務QoS等的光網絡，滿足IP業(yè)務對信息傳輸與交換系統(tǒng)的要求。智能化光網絡吸取了 IP網的智能化特點，在現有的光傳送網上增加了一層控制平面，這層控制平面不僅用來為用戶建立連接、提供服務和對底層網絡進行控制，而且具有高可靠性、可擴展性和高有效性等突出特點，并支持不同的技術方案和不同的業(yè)務需求，代表了下一代光網絡建設的發(fā)

9、展方向。研究表明，隨著IP業(yè)務的爆發(fā)性增長，電信業(yè)和IT業(yè)正處于融合與沖突的洗牌”階段，新技術呼之欲出。尤其是隨著軟件控制（軟光”技術）的使用，使得今天的光網絡將逐步演進為智能化的光網絡，它允許運營者更加有效地自動配置業(yè)務和管理業(yè)務量，同時還將提供良網絡，并開展一些新的應用，包括帶寬租賃、波長業(yè)務、光層組網、光虛擬專用網（OVPN）等新業(yè)務。綜上所述，以高速光傳輸技術、寬帶光接入技術、節(jié)點光交換技術、智能光聯網技術為核心， 并面向IP互聯網應用的光波技術已構成了今天的光纖通信研究熱點，在未來的一段時間里，人們將繼續(xù)研究和建設各種先進的光網絡，并在驗證有關新概念和新方案的同時，對下一代光傳送網的

10、關鍵技術進行更全面、更深入地研究。從技術發(fā)展趨勢角度來看，WDM技術將朝著更多的信道數、更高的信道速率和更密的信道間隔的方向發(fā)展。從應用角度看，光網絡則朝著面向IP互聯網、能融入更多業(yè)務、能進行靈活的資源配置和生存性更強的方向發(fā)展， 尤其是為了與近期需求相適應，光通信技術在基本實現了超高速、長距離、大容量的傳送功能的基礎上，將朝著智能化的傳送功能發(fā)展。國內外光通信調制器技術新進展時間:2007-09-14 16:26:16 | 作者：張瑞君|來源:CEM |瀏覽:3345次光調制器是高速、長距離光通信的關鍵器件，也是最重要的集成光學器件之一。國內外光調制器已取得很大進展，其性能不斷提高，不僅大

11、大提高了速率和帶寬，還增加了集成密度。此外，隨著光調制器技術的不斷提高，還開發(fā)出不少新型光調制器件和集成模塊。目前，10Gb/s速率的光調制器已成熟，40Gb/s的光調制器已成為主流技術。國外光調制器技術新進展在各種調制器技術中，LiNbO3電光（EO）M-Z調制器和電吸收（EA ）調制器是 二種倍受關注的競爭技術。LiNbO3光調制器LN光調制器是高速光通信系統(tǒng)中最有前途的器件，一直是國內外研發(fā)的熱門器件。目前，國際上 LN光調制器的調制帶寬已達到 100GHz以上，還開發(fā)出一些 新型LN調制器。表1為國外最新開發(fā)的LN光調制器類型、所采用結構與技術、及其典型參數與特點。此外，已成為主流技術

12、的40Gb/s調制器不僅僅是10Gb/s器件的升級，而且是技 術上的飛躍。表 2為典型的40Gb/s X-切LN調制器的參數與特點。 Mintera等系 統(tǒng)廠商不僅驗證了 40Gb/s X-切LN調制器技術，還進行了長達 10000公里的 40Gb/s DWDM 傳輸演示。電吸收型半導體光調制器電吸收（EA ）型半導體光調制器有高速、低啁啾、易與激光器集成的優(yōu)點。美國加利福尼亞大學研制出級聯行波EA光調制器，通過 MOCVD生長技術，采用在半絕緣InP襯底上的應變補償InGaAsP量子阱結構，獲得了-25dBm的平 均光輸出功率、50dB的高消光比和高達 30GHz的光開關容量。這種級聯調制

13、器配上色散為-6ps/nm的色散補償光纖（DCF ）,脈沖可被線性壓縮到 4.2ps，適 用于100Gb/s OTDM 系統(tǒng)中的光脈沖源。CyOptics公司利用InP技術開發(fā)出具有36GHz帶寬的40G調制器，其尺寸小于1英寸，功耗只有以前的1/4。其它調制器聚合物高速光強度調制器已廣泛用于模擬光纖傳輸系統(tǒng)、公共接入電視分配系統(tǒng)及 WDM 光纖長途通信系統(tǒng)。電光（EO）聚合物 M-Z調制器已實現100GHz 的帶寬。用發(fā)色團聚胺脂交聯合成的新型EO聚合物調制器，在 1.34 ym工作波長獲得了 3.6V的低開關電壓和 26dB的高消光比。美國得克薩斯大學和南加利福尼亞大學還開發(fā)出采用1 X2

14、Y型定向波導耦合器的聚合物EO調制器。光調制器集成與模塊光調制器發(fā)展方向是實現更高數據率和增加集成密度。光調制器模塊是在組件基礎上發(fā)展的實用化功能組件，已開發(fā)了光調制器與可變光衰減器 （VOA）的集成、 相位調制器集成、MZI與相位調制器串聯集成、 調制器與激光二極管 （LD ）集成、 調制器與光電二極管（PD）集成等多種集成器件與模塊。可調諧激光器與LN光調制器的集成是全光網絡中最有希望的光源，已實現了 LN調制器與固定波長連續(xù)波 （CW）激光器和可調諧激光器的集成。 JDSU推出了業(yè) 界第一個全可調激光調制器 一一通用型的集成可調激光調制器 （TLM），在一個模 塊中集成了寬范圍可調激光源

15、、 10G LN光調制器、波長鎖定器、 VOA和PD五 種不同功能的分立光器件。目前，10Gb/s的EA調制器集成模塊技術已成熟，正在發(fā)展下一代低成本的40Gb/s EA光調制器集成模塊。行波電極EA調制器與DFB LD的單片集成技術是高速寬帶光通信網絡系統(tǒng)的最新發(fā)展方向。已有將EA調制器與8個DFB激光器集成的光源芯片。美加州大學開發(fā)出EA調制器/寬調諧激光器集成光源，注入電流為75mA時輸出功率為1.2mW，CW可調范圍為41nm,可產生51個不同的 波長信道，在整個調諧范圍內SMSR 35dB。小型光通信系統(tǒng)還需要將PD與LN芯片一起集成封裝的光強度調制器。日本SOC新技術研究室實現了將

16、監(jiān)視PD與LN調制器的集成封裝。如今，大多數城域網和區(qū)域網 DWDM系統(tǒng)集成商都采用符合 MSA協議的轉發(fā)模 塊技術，外調制的光轉發(fā)模塊包括電吸收（EA ）調制和LN調制等。隨著 通用轉發(fā)器”概念的日益興盛，LN光調制器極有可能成為未來標準的調制器方案。目前，由多家企業(yè)就10Gb/s轉發(fā)器的光、電和機械性能標準達成的協議大大提高了器 件性價比。集成的轉發(fā)器模塊尺寸比傳統(tǒng)的插盤縮小了1/10，功耗下降2/3，而價格僅為原來的1/3。我國光調制器技術新進展我國的光調制器技術也取得許多新進展。重慶航偉光電科技有限公司、浙江大學、南京大學以及上海交通大學等均都開發(fā)出達到國內先進水平光調制器。LN光調制

17、器我國的LN光調制器從器件設計、工藝制作到性能都取得了較大的進展。清華大學采用低損耗的T型復合行波電極結構技術，制作出 40GHz LN光調制器，其半 波電壓v 5V，調制器在 2938GHz區(qū)域（8mm波段）內相對調制指數變化v 3.5dB。該大學還采用厚電極共面波導（CPW）行波電極技術研制出 60GHz帶寬LN光調制器，使小尺寸電極實現了寬帶調制。北京世維通光通訊技術有限公司研制出具有自主知識產權的10Gb/s LN調制器，具有光插入損耗低、調制消光比高、零啁啾或可調啁啾、調制速度高、工作帶寬 大、性能對波長敏感性小的特點，在低損耗鈦擴散波導制作、窄間距厚電極制作 和襯底模抑制等方面都有

18、所創(chuàng)新，可用于 SDH、DWDM光通信系統(tǒng)等應用領域。 此外，該公司還建立了國內首條可生產高速LN光調制器的產業(yè)化生產線。電光調制器我國電光調制器新進展及其典型性能參數與特點如表3所示。其它調制器我國在其它光調制器方面的新進展有：華東師范大學采用一個可移動抗反射膜的Si機械式抗反射開關（MARS ）器件結構技術研制出具有插損低和入射與反射對 比度高的微型F-P機械式光調制器，可用于高數據傳輸速率、較寬頻譜和較低總 封裝成本的光纖到家系統(tǒng)。該大學還采用表面微機械工藝技術，在摻磷的硅襯底 上研制出具有F-P結構的新型微機械光調制器。中科院半導體所通過合理選擇SOI光波導的埋層和包層的厚度，設計和制作了綜合性能良好的多模干涉 M-Z SOI熱光調制器，其調制深度為91%，功耗為0.35W , 調制速度約為27 ys。此外，浙江大學、北京郵電大學等研制的40GHz超高速QW行波EA光調制器也取得較大進展。光調制器集成與模塊由于我國光子集成（PIC ）和光電集成（OEIC ）器件技術已取得較大突破，在 DFB-LD與EA型外調制器集成方面有顯著進展，已研制出2.5G和10Gb/s DFBQW LD+ EA調制器PIC組件和單片光集成器件技術。中科院半導體所和清華大學研制出高速DFB + EA集成光源芯片及模塊，單片集成單脊條形EA調制DFB激光器的