國內(nèi)外光通信調(diào)制器技術(shù)新進(jìn)展上課講義

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(hào)一般是TDM的連續(xù)碼流,如PDH、SDH等。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，特別是互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，數(shù)據(jù)信息的傳送量越來越大，客戶信號(hào)中基于分組交換的分組信號(hào)的比例逐步增加。分組信號(hào)與連續(xù)碼流的特點(diǎn)完全不同，它具有隨機(jī)性、突發(fā)性，因此如何傳送這一類信號(hào)，就成為光通信技術(shù)要解決的重點(diǎn)。另外，傳送數(shù)據(jù)信號(hào)的光收發(fā)模塊及設(shè)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(shè)備系統(tǒng)是有很大區(qū)別的。在接入網(wǎng)中，所實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)即為ATM-PON、EPON或GPON等。在核心網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)IP等數(shù)據(jù)信號(hào)在光層（包括在波分復(fù)用系統(tǒng)）的直接承載，就是大家熟知的IPoverOptical的技術(shù)

2、。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(shù)據(jù)信號(hào)。起初只考慮了對(duì)ATM的承載，后來，通過SDH網(wǎng)絡(luò)承載的數(shù)據(jù)信號(hào)的類型越來越多，例如FR、ATM、IP、10M-baseT、FE、GE、10GE、DDN、FDDI、FiberChannel、FICON、ESCON等。于是，人們提出了許多將IP等信號(hào)送進(jìn)SDH虛容器VC的方法，起初是先將IP或Ethernet裝進(jìn)ATM，然后再映射進(jìn)SDH傳輸，即IP/EthernetoverATM，再overSDH。后來，又把中間過程省去，直接將IP或Ethernet送到SDH，如PPP、LAPS、SDL、GFP等，即IPove

3、rSDH、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(shí)現(xiàn)商品化。同時(shí)，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(shí)驗(yàn)室研制開發(fā)成功，正在考慮為其制定標(biāo)準(zhǔn)。此外，利用波分復(fù)用等信道復(fù)用技術(shù)，還可以將系統(tǒng)容量進(jìn)一步提高。目前32X10Gb/s（即320Gb/s）的DWDM系統(tǒng)已普遍應(yīng)用，160X10Gb/s（即1.6Tb/s）的系統(tǒng)也投入了商用，實(shí)驗(yàn)室中超過10Tb/s的系統(tǒng)已在多家公司開發(fā)出來。光時(shí)分復(fù)用OTDM、孤子技術(shù)等已有很大進(jìn)展。毫無疑問，這些對(duì)于骨干網(wǎng)的傳輸是非常有利的。信號(hào)超長(zhǎng)距離的傳

4、輸從宏觀來說，對(duì)光纖傳輸?shù)囊螽?dāng)然是傳輸距離越遠(yuǎn)越好、所有研究光纖通信技術(shù)的機(jī)構(gòu),都在這方面下了很大工夫。特別是在光纖放大器出現(xiàn)以后,這方面的記錄接連不斷。不僅每個(gè)跨距的長(zhǎng)度不斷增加，例如，由當(dāng)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(shù)的角度看，光纖放大器其在拉曼光纖放大器的出現(xiàn)，為增大無再生中繼距離創(chuàng)造了條件。同時(shí)，采用有利于長(zhǎng)距離傳送的線路編碼，如RZ或CS-RZ碼；采用FEC、EFEC或SFEC等技術(shù)提高接收靈敏度；用四L補(bǔ)償和PMD補(bǔ)償技術(shù)解決光通道代價(jià)和選用合適

5、的光纖及光器件等措施，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)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(zhǎng)距離傳輸。光傳輸與交換技術(shù)的融合隨著對(duì)光通信的需求由骨干網(wǎng)逐步向城域網(wǎng)轉(zhuǎn)移，光傳輸逐漸靠近業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)。在應(yīng)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(yīng)城域網(wǎng)的需要。作為業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，比較靠近用戶，特別對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)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(wù)的接入功能。這樣的光通信技術(shù)實(shí)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(wù)傳送平臺(tái)MSTP,就是一個(gè)典型的實(shí)例。基于SDH的MSTP是指在SDH的平臺(tái)上，同時(shí)實(shí)現(xiàn)TDM、ATM、以太網(wǎng)等業(yè)務(wù)的接入

6、處理和傳送，提供統(tǒng)一網(wǎng)管的多業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)設(shè)備。實(shí)際上，有些MSTP設(shè)備除了提供上述業(yè)務(wù)外，還可以提供FR、FDDI、FiberChannel、FICON、ESCON等眾多類型的業(yè)務(wù)。除了基于SDH的MSTP之外，還可以有基于WDM的MSTP。實(shí)際上是將WDM的每個(gè)波道分別用作各個(gè)業(yè)務(wù)的通道，即可以用透?jìng)鞯姆绞?，也可以支持各種業(yè)務(wù)的接入處理，如在FE、GE等端口中嵌入以太網(wǎng)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(wù)提供能力。進(jìn)一步在光層網(wǎng)絡(luò)中，將傳輸與交換功能相結(jié)合的結(jié)果，則導(dǎo)出了自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)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

7、了能實(shí)現(xiàn)原來光傳送網(wǎng)的固定型連接（硬連接）夕卜，在信令的控制下，還可以實(shí)現(xiàn)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?；ヂ?lián)網(wǎng)發(fā)展需求與下一代全光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，IP業(yè)務(wù)呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)。預(yù)測(cè)表明，IP將承載包括語音、圖像、數(shù)據(jù)等在內(nèi)的多種業(yè)務(wù)，構(gòu)成未來信息網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)；同時(shí)以WDM為核心、以智能化光網(wǎng)絡(luò)（ION）為目標(biāo)的光傳送網(wǎng)進(jìn)一步將控制信令引入光層，滿足未來網(wǎng)絡(luò)對(duì)多粒度信息交換的需求，提高資源利用率和組網(wǎng)應(yīng)用的靈活性。因此如何構(gòu)建能夠有效支持IP業(yè)務(wù)的下一代光網(wǎng)絡(luò)已成為人們廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)之一。對(duì)承載業(yè)務(wù)的光網(wǎng)絡(luò)而言，下一步面臨的主要問題不僅僅是要求

8、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(diǎn)上實(shí)現(xiàn)光交換，其目的是通過光層和IP層的適配與融合，建立一個(gè)經(jīng)濟(jì)高效、靈活擴(kuò)展和支持業(yè)務(wù)QoS等的光網(wǎng)絡(luò)，滿足IP業(yè)務(wù)對(duì)信息傳輸與交換系統(tǒng)的要求。智能化光網(wǎng)絡(luò)吸取了IP網(wǎng)的智能化特點(diǎn)，在現(xiàn)有的光傳送網(wǎng)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(wù)和對(duì)底層網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制，而且具有高可靠性、可擴(kuò)展性和高有效性等突出特點(diǎn)，并支持不同的技術(shù)方案和不同的業(yè)務(wù)需求，代表了下一代光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的發(fā)展方向。研究表明，隨著IP業(yè)務(wù)的爆發(fā)性增長(zhǎng)，電信業(yè)和IT業(yè)正處于融合與沖突的洗牌”階段，新技術(shù)呼之欲出。尤其是隨著軟件控制（軟光”

9、技術(shù)）的使用，使得今天的光網(wǎng)絡(luò)將逐步演進(jìn)為智能化的光網(wǎng)絡(luò)，它允許運(yùn)營(yíng)者更加有效地自動(dòng)配置業(yè)務(wù)和管理業(yè)務(wù)量，同時(shí)還將提供良好的恢復(fù)機(jī)制，以支持帶有不同QoS需求的業(yè)務(wù)，從而使運(yùn)營(yíng)者可以建設(shè)并靈活管理的光網(wǎng)絡(luò)，并開展一些新的應(yīng)用，包括帶寬租賃、波長(zhǎng)業(yè)務(wù)、光層組網(wǎng)、光虛擬專用網(wǎng)（OVPN）等新業(yè)務(wù)。綜上所述，以高速光傳輸技術(shù)、寬帶光接入技術(shù)、節(jié)點(diǎn)光交換技術(shù)、智能光聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心，并面向IP互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的光波技術(shù)已構(gòu)成了今天的光纖通信研究熱點(diǎn),在未來的一段時(shí)間里，人們將繼續(xù)研究和建設(shè)各種先進(jìn)的光網(wǎng)絡(luò)，并在驗(yàn)證有關(guān)新概念和新方案的同時(shí)，對(duì)下一代光傳送網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行更全面、更深入地研究。從技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)角度

10、來看，WDM技術(shù)將朝著更多的信道數(shù)、更高的信道速率和更密的信道間隔的方向發(fā)展。從應(yīng)用角度看，光網(wǎng)絡(luò)則朝著面向IP互聯(lián)網(wǎng)、能融入更多業(yè)務(wù)、能進(jìn)行靈活的資源配置和生存性更強(qiáng)的方向發(fā)展,尤其是為了與近期需求相適應(yīng)，光通信技術(shù)在基本實(shí)現(xiàn)了超高速、長(zhǎng)距離、大容量的傳送功能的基礎(chǔ)上，將朝著智能化的傳送功能發(fā)展。國內(nèi)外光通信調(diào)制器技術(shù)新進(jìn)展時(shí)間:2007-09-1416:26:16|作者：張瑞君|來源:CEM|瀏覽:3345次光調(diào)制器是高速、長(zhǎng)距離光通信的關(guān)鍵器件，也是最重要的集成光學(xué)器件之一。國內(nèi)外光調(diào)制器已取得很大進(jìn)展，其性能不斷提高，不僅大大提高了速率和帶寬，還增加了集成密度。此外，隨著光調(diào)制器技術(shù)的

11、不斷提高，還開發(fā)出不少新型光調(diào)制器件和集成模塊。目前，10Gb/s速率的光調(diào)制器已成熟，40Gb/s的光調(diào)制器已成為主流技術(shù)。國外光調(diào)制器技術(shù)新進(jìn)展在各種調(diào)制器技術(shù)中，LiNbO3電光（EO）M-Z調(diào)制器和電吸收（EA）調(diào)制器是二種倍受關(guān)注的競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)。LiNbO3光調(diào)制器LN光調(diào)制器是高速光通信系統(tǒng)中最有前途的器件，一直是國內(nèi)外研發(fā)的熱門器件。目前，國際上LN光調(diào)制器的調(diào)制帶寬已達(dá)到100GHz以上，還開發(fā)出一些新型LN調(diào)制器。表1為國外最新開發(fā)的LN光調(diào)制器類型、所采用結(jié)構(gòu)與技術(shù)、及其典型參數(shù)與特點(diǎn)。此外，已成為主流技術(shù)的40Gb/s調(diào)制器不僅僅是10Gb/s器件的升級(jí)，而且是技術(shù)上的飛躍。

12、表2為典型的40Gb/sX-切LN調(diào)制器的參數(shù)與特點(diǎn)。Mintera等系統(tǒng)廠商不僅驗(yàn)證了40Gb/sX-切LN調(diào)制器技術(shù)，還進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)10000公里的40Gb/sDWDM傳輸演示。電吸收型半導(dǎo)體光調(diào)制器電吸收（EA）型半導(dǎo)體光調(diào)制器有高速、低嗯啾、易與激光器集成的優(yōu)點(diǎn)。美國加利福尼亞大學(xué)研制出級(jí)聯(lián)行波EA光調(diào)制器，通過MOCVD生長(zhǎng)技術(shù)，采用在半絕緣InP襯底上的應(yīng)變補(bǔ)償InGaAsP量子阱結(jié)構(gòu)，獲得了-25dBm的平均光輸出功率、50dB的高消光比和高達(dá)30GHz的光開關(guān)容量。這種級(jí)聯(lián)調(diào)制器配上色散為-6ps/nm的色散補(bǔ)償光纖（DCF），脈沖可被線性壓縮到4.2ps,適用于100Gb/sO

13、TDM系統(tǒng)中的光脈沖源。CyOptics公司利用InP技術(shù)開發(fā)出具有36GHz帶寬的40G調(diào)制器，其尺寸小于1英寸，功耗只有以前的1/4。其它調(diào)制器聚合物高速光強(qiáng)度調(diào)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(zhǎng)途通信系統(tǒng)。電光（EO）聚合物M-Z調(diào)制器已實(shí)現(xiàn)100GHz的帶寬。用發(fā)色團(tuán)聚胺脂交聯(lián)合成的新型EO聚合物調(diào)制器，在1.34mi工作波長(zhǎng)獲得了3.6V的低開關(guān)電壓和26dB的高消光比。美國得克薩斯大學(xué)和南加利福尼亞大學(xué)還開發(fā)出采用1X2Y型定向波導(dǎo)耦合器的聚合物EO調(diào)制器。光調(diào)制器集成與模塊光調(diào)制器發(fā)展方向是實(shí)現(xiàn)更高數(shù)據(jù)率和增加集成密度。光調(diào)制器模塊是在組件基礎(chǔ)上發(fā)

14、展的實(shí)用化功能組件，已開發(fā)了光調(diào)制器與可變光衰減器（VOA）的集成、相位調(diào)制器集成、MZI與相位調(diào)制器串聯(lián)集成、調(diào)制器與激光二極管（LD）集成、調(diào)制器與光電二極管（PD）集成等多種集成器件與模塊?？烧{(diào)諧激光器與LN光調(diào)制器的集成是全光網(wǎng)絡(luò)中最有希望的光源，已實(shí)現(xiàn)了LN調(diào)制器與固定波長(zhǎng)連續(xù)波（CW）激光器和可調(diào)諧激光器的集成。JDSU推出了業(yè)界第一個(gè)全可調(diào)激光調(diào)制器一一通用型的集成可調(diào)激光調(diào)制器（TLM）,在一個(gè)模塊中集成了寬范圍可調(diào)激光源、10GLN光調(diào)制器、波長(zhǎng)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(diào)制器集成模塊技術(shù)已成熟，正在發(fā)展下一代低成本的40Gb/sE

15、A光調(diào)制器集成模塊。行波電極EA調(diào)制器與DFBLD的單片集成技術(shù)是高速寬帶光通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的最新發(fā)展方向。已有將EA調(diào)制器與8個(gè)DFB激光器集成的光源芯片。美加州大學(xué)開發(fā)出EA調(diào)制器/寬調(diào)諧激光器集成光源，注入電流為75mA時(shí)輸出功率為1.2mW,CW可調(diào)范圍為41nm，可產(chǎn)生51個(gè)不同的波長(zhǎng)信道，在整個(gè)調(diào)諧范圍內(nèi)SMSR35dB。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(qiáng)度調(diào)制器。日本SOC新技術(shù)研究室實(shí)現(xiàn)了將監(jiān)視PD與LN調(diào)制器的集成封裝。如今，大多數(shù)城域網(wǎng)和區(qū)域網(wǎng)DWDM系統(tǒng)集成商都采用符合MSA協(xié)議的轉(zhuǎn)發(fā)模塊技術(shù)，外調(diào)制的光轉(zhuǎn)發(fā)模塊包括電吸收（EA）調(diào)制和LN調(diào)制等。隨著通用

16、轉(zhuǎn)發(fā)器”概念的日益興盛，LN光調(diào)制器極有可能成為未來標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制器方案。目前，由多家企業(yè)就10Gb/s轉(zhuǎn)發(fā)器的光、電和機(jī)械性能標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成的協(xié)議大大提高了器件性價(jià)比。集成的轉(zhuǎn)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(jià)格僅為原來的1/3。我國光調(diào)制器技術(shù)新進(jìn)展我國的光調(diào)制器技術(shù)也取得許多新進(jìn)展。重慶航偉光電科技有限公司、浙江大學(xué)、南京大學(xué)以及上海交通大學(xué)等均都開發(fā)出達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平光調(diào)制器。LN光調(diào)制器我國的LN光調(diào)制器從器件設(shè)計(jì)、工藝制作到性能都取得了較大的進(jìn)展。清華大學(xué)采用低損耗的T型復(fù)合行波電極結(jié)構(gòu)技術(shù)，制作出40GHzLN光調(diào)制器，其半波電壓v5V,調(diào)制器在2938GHz區(qū)域

17、（8mm波段）內(nèi)相對(duì)調(diào)制指數(shù)變化v3.5dB。該大學(xué)還采用厚電極共面波導(dǎo)（CPW）行波電極技術(shù)研制出60GHz帶寬LN光調(diào)制器，使小尺寸電極實(shí)現(xiàn)了寬帶調(diào)制。北京世維通光通訊技術(shù)有限公司研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的10Gb/sLN調(diào)制器，具有光插入損耗低、調(diào)制消光比高、零嗯啾或可調(diào)嗯啾、調(diào)制速度高、工作帶寬大、性能對(duì)波長(zhǎng)敏感性小的特點(diǎn)，在低損耗鈦擴(kuò)散波導(dǎo)制作、窄間距厚電極制作和襯底模抑制等方面都有所創(chuàng)新，可用于SDH、DWDM光通信系統(tǒng)等應(yīng)用領(lǐng)域。此外，該公司還建立了國內(nèi)首條可生產(chǎn)高速LN光調(diào)制器的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線。電光調(diào)制器我國電光調(diào)制器新進(jìn)展及其典型性能參數(shù)與特點(diǎn)如表3所示。其它調(diào)制器我國在其它光調(diào)

18、制器方面的新進(jìn)展有：華東師范大學(xué)采用一個(gè)可移動(dòng)抗反射膜的Si機(jī)械式抗反射開關(guān)（MARS）器件結(jié)構(gòu)技術(shù)研制出具有插損低和入射與反射對(duì)比度高的微型F-P機(jī)械式光調(diào)制器，可用于高數(shù)據(jù)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(xué)還采用表面微機(jī)械工藝技術(shù)，在摻磷的硅襯底上研制出具有F-P結(jié)構(gòu)的新型微機(jī)械光調(diào)制器。中科院半導(dǎo)體所通過合理選擇SOI光波導(dǎo)的埋層和包層的厚度，設(shè)計(jì)和制作了綜合性能良好的多模干涉M-ZSOI熱光調(diào)制器，其調(diào)制深度為91%，功耗為0.35W,調(diào)制速度約為27s。此外，浙江大學(xué)、北京郵電大學(xué)等研制的40GHz超高速Q(mào)W行波EA光調(diào)制器也取得較大進(jìn)展。光調(diào)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(shù)已取得較大突破，在DFB-LD與EA型外調(diào)制器集成方面有顯著進(jìn)展，已研制出2.5G和10Gb/sDFBQWLD+EA調(diào)制器PIC組件和單片光集成器件技術(shù)。中科院半導(dǎo)體所和清華大學(xué)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(diào)制DF