国内外光通信调制器技术新进展.doc

光通信从一开始就是为传送基于电路交换的信息的，所以客户信号一般是TDM的连续码流，如PDH、SDH等。随着计算机网络，特别是互联网的发展，数据信息的传送量越来越大，客户信号中基于分组交换的分组信号的比例逐步增加。分组信号与连续码流的特点完全不同，它具有随机性、突发性，因此如何传送这一类信号，就成为光通信技术要解决的重点。 另外，传送数据信号的光收发模块及设备系统与传统的传送连续码流的光收发模块及设备系统是有很大区别的。在接入网中，所实现的系统即为ATM-PON、EPON或GPON等。在核心网，实现IP等数据信号在光层（包括在波分复用系统）的直接承载，就是大家熟知的IP over Optical的技术。 由于SDH系统的良好特性及已有的大量资源，可充分利用原有的SDH系统来传送数据信号。起初只考虑了对ATM的承载，后来，通过SDH网络承载的数据信号的类型越来越多，例如FR、ATM、IP、10M-baseT、FE、GE、10GE、DDN、FDDI、Fiber Channel、FICON、ESCON等。 于是，人们提出了许多将IP等信号送进SDH虚容器VC的方法，起初是先将IP或Ethernet装进ATM，然后再映射进SDH传输，即IP/Ethernet over ATM，再over SDH。后来，又把中间过程省去，直接将IP或Ethernet送到SDH，如PPP、LAPS、SDL、GFP等，即IP over SDH、POS或EOS。 不断增加的信道容量 光通信系统能从PDH发展到SDH，从155Mb/s发展到10Gb/s，近来，40GB/s已实现商品化。同时，还正在探讨更大容量的系统，如160Gb/s（单波道）系统已在实验室研制开发成功，正在考虑为其制定标准。此外，利用波分复用等信道复用技术，还可以将系统容量进一步提高。目前3210Gb/s（即320Gb/s）的DWDM系统已普遍应用，16010Gb/s（即1.6Tb/s）的系统也投入了商用，实验室中超过10Tb/s的系统已在多家公司开发出来。光时分复用OTDM、孤子技术等已有很大进展。毫无疑问，这些对于骨干网的传输是非常有利的。 信号超长距离的传输 从宏观来说，对光纤传输的要求当然是传输距离越远越好，所有研究光纤通信技术的机构，都在这方面下了很大工夫。特别是在光纤放大器出现以后，这方面的记录接连不断。不仅每个跨距的长度不断增加，例如，由当初的20km、40km，最多为80km，增加到120km、160km。而且，总的无再生中继距离也在不断增加，如从600km左右增加到3000km、4000km。 从技术的角度看，光纤放大器其在拉曼光纤放大器的出现，为增大无再生中继距离创造了条件。同时，采用有利于长距离传送的线路编码，如RZ或CS-RZ码；采用FEC、EFEC或SFEC等技术提高接收灵敏度；用色散补偿和PMD补偿技术解决光通道代价和选用合适的光纤及光器件等措施，已经可以实现超过STM-64或基于10Gb/s的DWDM系统，4000km无电再生中继器的超长距离传输。 光传输与交换技术的融合 随着对光通信的需求由骨干网逐步向城域网转移，光传输逐渐靠近业务节点。在应用中人们觉得光通信仅仅作为一种传输手段尚未能完全适应城域网的需要。作为业务节点，比较靠近用户，特别对于数据业务的用户，希望光通信既能提供传输功能，又能提供多种业务的接入功能。这样的光通信技术实际上可以看作是传输与交换的融合。目前已广泛使用的基于SDH的多业务传送平台MSTP，就是一个典型的实例。 基于SDH的MSTP是指在SDH的平台上，同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入处理和传送，提供统一网管的多业务节点设备。实际上，有些MSTP设备除了提供上述业务外，还可以提供FR、FDDI、Fiber Channel、FICON、ESCON等众多类型的业务。 除了基于SDH的MSTP之外，还可以有基于WDM的MSTP。实际上是将WDM的每个波道分别用作各个业务的通道，即可以用透传的方式，也可以支持各种业务的接入处理，如在FE、GE等端口中嵌入以太网2层甚至3层交换功能等，使WDM系统不仅仅具有传送能力，而且具有业务提供能力。 进一步在光层网络中，将传输与交换功能相结合的结果，则导出了自动交换光网络ASON的概念。ASON除了原有的光传送平面和管理平面之外，还增加了控制平面，除了能实现原来光传送网的固定型连接（硬连接）外，在信令的控制下，还可以实现交换的连接（软连接）和混合连接。即除了传送功能外，还有交换功能。 互联网发展需求与下一代全光网络发展趋势 近年来，随着互联网的迅猛发展，IP业务呈现爆炸式增长。预测表明，IP将承载包括语音、图像、数据等在内的多种业务，构成未来信息网络的基础；同时以WDM为核心、以智能化光网络（ION）为目标的光传送网进一步将控制信令引入光层，满足未来网络对多粒度信息交换的需求，提高资源利用率和组网应用的灵活性。因此如何构建能够有效支持IP业务的下一代光网络已成为人们广泛关注的热点之一。 对承载业务的光网络而言，下一步面临的主要问题不仅仅是要求超大容量和宽带接入等明显需求，还需要光层能够提供更高的智能性和在光节点上实现光交换，其目的是通过光层和IP层的适配与融合，建立一个经济高效、灵活扩展和支持业务QoS等的光网络，满足IP业务对信息传输与交换系统的要求。 智能化光网络吸取了IP网的智能化特点，在现有的光传送网上增加了一层控制平面，这层控制平面不仅用来为用户建立连接、提供服务和对底层网络进行控制，而且具有高可靠性、可扩展性和高有效性等突出特点，并支持不同的技术方案和不同的业务需求，代表了下一代光网络建设的发展方向。 研究表明，随着IP业务的爆发性增长，电信业和IT业正处于融合与冲突的“洗牌”阶段，新技术呼之欲出。尤其是随着软件控制（“软光”技术）的使用，使得今天的光网络将逐步演进为智能化的光网络，它允许运营者更加有效地自动配置业务和管理业务量，同时还将提供良好的恢复机制，以支持带有不同QoS需求的业务，从而使运营者可以建设并灵活管理的光网络，并开展一些新的应用，包括带宽租赁、波长业务、光层组网、光虚拟专用网（OVPN）等新业务。 综上所述，以高速光传输技术、宽带光接入技术、节点光交换技术、智能光联网技术为核心，并面向IP互联网应用的光波技术已构成了今天的光纤通信研究热点，在未来的一段时间里，人们将继续研究和建设各种先进的光网络，并在验证有关新概念和新方案的同时，对下一代光传送网的关键技术进行更全面、更深入地研究。 从技术发展趋势角度来看，WDM技术将朝着更多的信道数、更高的信道速率和更密的信道间隔的方向发展。从应用角度看，光网络则朝着面向IP互联网、能融入更多业务、能进行灵活的资源配置和生存性更强的方向发展，尤其是为了与近期需求相适应，光通信技术在基本实现了超高速、长距离、大容量的传送功能的基础上，将朝着智能化的传送功能发展。国内外光通信调制器技术新进展 时间:2007-09-14 16:26:16 | 作者:张瑞君 | 来源:CEM | 浏览:3345次 光调制器是高速、长距离光通信的关键器件，也是最重要的集成光学器件之一。国内外光调制器已取得很大进展，其性能不断提高，不仅大大提高了速率和带宽，还增加了集成密度。此外，随着光调制器技术的不断提高，还开发出不少新型光调制器件和集成模块。目前，10Gb/s速率的光调制器已成熟，40Gb/s的光调制器已成为主流技术。国外光调制器技术新进展在各种调制器技术中，LiNbO3电光（EO）M-Z调制器和电吸收（EA）调制器是二种倍受关注的竞争技术。LiNbO3光调制器LN光调制器是高速光通信系统中最有前途的器件，一直是国内外研发的热门器件。目前，国际上LN光调制器的调制带宽已达到100GHz以上，还开发出一些新型LN调制器。表1为国外最新开发的LN光调制器类型、所采用结构与技术、及其典型参数与特点。此外，已成为主流技术的40Gb/s调制器不仅仅是10Gb/s器件的升级，而且是技术上的飞跃。表2为典型的40Gb/s X-切LN调制器的参数与特点。Mintera等系统厂商不仅验证了40Gb/s X-切LN调制器技术，还进行了长达10000公里的40Gb/s DWDM传输演示。电吸收型半导体光调制器电吸收（EA）型半导体光调制器有高速、低啁啾、易与激光器集成的优点。美国加利福尼亚大学研制出级联行波EA光调制器，通过MOCVD生长技术，采用在半绝缘InP衬底上的应变补偿InGaAsP量子阱结构，获得了-25dBm的平均光输出功率、50dB的高消光比和高达30GHz的光开关容量。这种级联调制器配上色散为-6ps/nm的色散补偿光纤（DCF），脉冲可被线性压缩到4.2ps，适用于100Gb/s OTDM系统中的光脉冲源。CyOptics公司利用InP技术开发出具有36GHz带宽的40G调制器，其尺寸小于1英寸，功耗只有以前的1/4。其它调制器聚合物高速光强度调制器已广泛用于模拟光纤传输系统、公共接入电视分配系统及WDM光纤长途通信系统。电光（EO）聚合物M-Z调制器已实现100GHz的带宽。用发色团聚胺脂交联合成的新型EO聚合物调制器，在1.34m工作波长获得了3.6V的低开关电压和26dB的高消光比。美国得克萨斯大学和南加利福尼亚大学还开发出采用12Y型定向波导耦合器的聚合物EO调制器。光调制器集成与模块光调制器发展方向是实现更高数据率和增加集成密度。光调制器模块是在组件基础上发展的实用化功能组件，已开发了光调制器与可变光衰减器（VOA）的集成、相位调制器集成、MZI与相位调制器串联集成、调制器与激光二极管（LD）集成、调制器与光电二极管（PD）集成等多种集成器件与模块。可调谐激光器与LN光调制器的集成是全光网络中最有希望的光源，已实现了LN调制器与固定波长连续波（CW）激光器和可调谐激光器的集成。JDSU推出了业界第一个全可调激光调制器通用型的集成可调激光调制器（TLM），在一个模块中集成了宽范围可调激光源、10G LN光调制器、波长锁定器、VOA和PD五种不同功能的分立光器件。目前，10Gb/s的EA调制器集成模块技术已成熟，正在发展下一代低成本的40Gb/s EA光调制器集成模块。行波电极EA调制器与DFB LD的单片集成技术是高速宽带光通信网络系统的最新发展方向。已有将EA调制器与8个DFB激光器集成的光源芯片。美加州大学开发出EA调制器/宽调谐激光器集成光源，注入电流为75mA时输出功率为1.2mW，CW可调范围为41nm,可产生51个不同的波长信道，在整个调谐范围内SMSR35dB。小型光通信系统还需要将PD与LN芯片一起集成封装的光强度调制器。日本SOC新技术研究室实现了将监视PD与LN 调制器的集成封装。如今，大多数城域网和区域网DWDM系统集成商都采用符合MSA协议的转发模块技术，外调制的光转发模块包括电吸收（EA）调制和LN调制等。随着“通用转发器”概念的日益兴盛，LN光调制器极有可能成为未来标准的调制器方案。目前，由多家企业就10Gb/s 转发器的光、电和机械性能标准达成的协议大大提高了器件性价比。集成的转发器模块尺寸比传统的插盘缩小了1/10，功耗下降2/3，而价格仅为原来的1/3。我国光调制器技术新进展我国的光调制器技术也取得许多新进展。重庆航伟光电科技有限公司、浙江大学、南京大学以及上海交通大学等均都开发出达到国内先进水平光调制器。LN光调制器我国的LN光调制器从器件设计、工艺制作到性能都取得了较大的进展。清华大学采用低损耗的T型复合行波电极结构技术，制作出40GHz LN光调制器，其半波电压5V，调制器在2938GHz区域(8mm波段)内相对调制指数变化3.5dB。该大学还采用厚电极共面波导（CPW）行波电极技术研制出60GHz带宽LN光调制器，使小尺寸电极实现了宽带调制。北京世维通光通讯技术有限公司研制出具有自主知识产权的10Gb/s LN调制器，具有光插入损耗低、调制消光比高、零啁啾或可调啁啾、调制速度高、工作带宽大、性能对波长敏感性小的特点，在低损耗钛扩散波导制作、窄间距厚电极制作和衬底模抑制等方面都有所创新，可用于SDH、DWDM光通信系统等应用领域。此外，该公司还建立了国内首条可生产高速LN光调制器的产业化生产线。电光调制器我国电光调制器新进展及其典型性能参数与特点如表3所示。 其它调制器我国在其它光调制器方面的新进展有：华东师范大学采用一个可移动抗反射膜的Si机械式抗反射开关（MARS）器件结构技术研制出具有插损低和入射与反射对比度高的微型F-P机械式光调制器，可用于高数据传输速率、较宽频谱和较低总封装成本的光纤到家系统。该大学还采用表面微机械工艺技术，在掺磷的硅衬底上研制出具有F-P结构的新型微机械光调制器。中科院半导体所通过合理选择SOI光波导的埋层和包层的厚度，设计和制作了综合性能良好的多模干涉M-Z SOI热光调制器，其调制深度为91%，功耗为0.35W，调制速度约为27s。此外，浙江大学、北京邮电大学等研制的40GHz超高速QW行波EA光调制器也取得较大进展。光调制器集成与模块由于我国光子集成（PIC）和光电集成（OEIC）器件技术已取得较大突破，在DFB-LD与EA型外调制器集成方面有显著进展，已研制出2.5G和10Gb/s DFB QW LD+ EA调制器PIC组件和单片光集成器件技术。中科院半导体所和清华大学研制出高速DFBEA集成光源芯片及模块，单片集成单脊条形EA调制