相干光学正从骨干网扩展至每一条城域与 DCI 链路:无源层必须持续小型化,性能不可妥协。
相干正迈向 800G 及以上,模块需在更小空间内集成更多光学功能。每颗无源器件均须同步缩小,波长与损耗预算却日趋收紧。
城域 DCI 平台靠提升单机架单元的通道数扩容。监测、均衡与增益平坦功能成倍增加,每项均须适配模块外形,而非由模块迁就器件。
经过数十个放大跨段后,插损增加零点几个 dB、PDL 增加一丝一毫,消耗的都是 OSNR 余量。无源器件体积虽小,对传输距离的影响却不容忽视。
相干模块内部、线路沿途,无源光层都由三石园供应——损耗、偏振、尺寸,每一处都较真。
相干 ZR/ZR+ 模块中,mini EDFA(高亮部分)仅配置于 TX 输出一处,将调制后的信号提升至 0 dBm 发射功率;RX 接收方向不进行放大,光信号直接穿过偏振分束器与相干接收机返回。
沿图从左往右看:主机电接口将信号交给 DSP,TX 方向依次经过 DAC → 驱动器 → IQ 调制器,两个偏振合并后进入单级 mini EDFA booster(输入隔离器、980/1550 nm 泵浦 WDM、掺铒光纤、输出隔离器),再接入 TX 光纤。RX 方向,光先进入偏振分束器与相干接收机(PD、TIA 与混频器),本振同样来自同一只可调激光器;恢复出的信号经 ADC 返回 DSP。红框圈出的是 booster 的无源核心:框内的隔离器、泵浦 WDM 与掺铒光纤全部由三石园供货;橙色泵浦位于框外,是该放大器唯一的有源器件。
该器件是 booster,而非线路放大器。ZR/ZR+ 可插拔模块里的 mini EDFA 只有一级增益——输入 隔离器、980/1550 nm 泵浦 WDM、一段短掺铒光纤与输出隔离器,由一只 980 nm 泵浦驱动。该器件将调制后的 TX 信号提升至 0 dBm 发射功率,支撑多跨段 ROADM 传输,其功能即止于此:放大的仅为单个波道,无需第二级,无需增益平坦滤波器,也无需 VOA,这与需整形整个 DWDM 频谱的线路侧 EDFA 性质不同。
这只 booster 里的无源器件全部出自三石园。隔离器和 泵浦 WDM 做成 2-in-1 混合器件,塞进模块的外形限制;偏振敏感的 TX 通路上,PM 变体保证消光比。当设计上确需增益整形时,增益平坦滤波器和 VOA 可将同等程度的小型化方案应用于线卡。
模块内一条典型的 Mini EDFA 无源链路,包含 Tap/PD 监测、隔离器、泵浦 WDM、EDF、GFF、TOF 与 VOA(虚线框为同封装混合器件)。链上每一件无源器件均由三石园供货。
沿链路从左往右看:信号从 Input 进入,先由 Tap + PD 抽样监测功率;隔离器阻挡反射,WDM 将泵浦光耦合进第一级增益。两级之间,WDM + 隔离器 + GFF + WDM 组件在抑制自激的同时拉平增益。第二级 EDF 之后,隔离器与 Tap + PD 监测输出,TOF 滤除 ASE,VOA 设定发射功率。虚线框内为集成于一件混合器件的几项功能,一个封装可替代一排分立器件。
相干传输如今是 DCI 和长途链路的默认选项——从线路放大器到 ZR 级可插拔模块,几乎每条相干链路都离不开掺铒光纤放大器(EDFA)。EDFA 增益块正是三石园无源器件的用武之地:隔离器、WDM 耦合器、增益平坦滤波器、Tap 监测器与 VOA,全部做成微型混合器件。
搭建 EDFA 的构件。在线路和多级 EDFA 里,IWDM(隔离器 + 1550/980 nm WDM)、IGFF(隔离器 + 增益平坦滤波器)和 WIGW 混合器件将泵浦耦合、隔离与增益平坦几级功能集成于单件熔接器件;Tap PD 盯住输入输出功率,MEMS VOA 拉平 DWDM 频谱。
ZR 模块里的 EDFA。800G 级 ZR/ZR+ 可插拔模块将微 EDFA 集成于板卡,空间较以往更为紧张:折叠 IWDM 与 2-in-1 双隔离器+WDM 混合器件减少盘纤与熔接点,使整只 mini-EDFA 可装入模块外形;偏振敏感通路交由 PM 变体保证消光比,且全部通过 Telcordia GR-1221 / GR-1073 认证。
不过并非每个档次都需要 EDFA:400G 及以下,ZR/ZR+ 模块的无源核心是 PMTC 偏振分束/合束器;只有更高速率、更长距离的设计才会加入 Mini EDFA。规律相同:模块速率越高、板面越紧张,无源器件就越需小型化与高集成度。三石园的小型化路线从标准混合器件(ITPD 5.5×25 mm)延伸至小型化 2.6×22 mm、超小型 1.4×17 mm、折叠式 1.8×12 mm,直至 N-in-1 阵列。客户提供模块外形,链路即按此设计。
小型化对三石园并非新课题:十余年来公司持续出货尺寸不断缩小的混合器件。隔离器与 WDM 功能最初为 5.5×25 mm 封装内的分立器件,现已实现 2.6×22 mm、超小型 1.4×17 mm、折叠式 1.8×12 mm,以及可替代一整排器件的 N-in-1 阵列。即便规格进一步收紧,公司需要解决的也并非新的几何问题,而是延续已推行多年的技术路线。
多轨 EDFA。上图跟的是模块内的一只 mini-EDFA;模块之外,线卡和子系统正走向多轨——多条并行链路共享放大,省下每轨的空间和泵浦功率。阵列化无源器件承接这个趋势:4-in-1 隔离器将四路集成于一只隔离器的占位(≤Φ2.2 × L≤25 mm);2-in-1 IWDM 把两只隔离器+WDM 并进一个封装;8-in-1 / 2-in-1 环形器将同样的集成思路扩展至小型与多路光放大系统。多端口方案并不限于环形器,N-in-1 的思路贯穿隔离器、WDM 与混合器件各条产品线。
所有产品均符合 Telcordia GR-1221 / GR-1073 可靠性体系。
支持定制波长方案、封装外形与混合组合,样片全球发货。
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