全球首個面向GPON/10G GPON融合的硅基片上四路復(fù)用器

  據(jù)愛光學報道，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革在全球深入發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能終端等產(chǎn)業(yè)也不斷完善和發(fā)展，尤其是2020年爆發(fā)了新冠肺炎疫情之后，在線教育、在線辦公、在線醫(yī)療等新興業(yè)務(wù)迅猛發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)作為基礎(chǔ)設(shè)施對人類社會發(fā)展的支撐作用不斷凸顯。

  目前，隨著用戶的帶寬需求不斷增長，現(xiàn)有接入網(wǎng)技術(shù)亟需不斷升級以適應(yīng)更大帶寬要求。作為當前主流寬帶接入技術(shù)，無源光網(wǎng)絡(luò)(Passive Optical Network，PON)正經(jīng)歷從EPON/GPON到10G PON的升級發(fā)展歷程，推動全球?qū)拵Ы尤胧袌霾饺肭д讜r代。

  另一方面，現(xiàn)網(wǎng)存有大量GPON/EPON在線設(shè)備，并不可能一蹴而就全部替換為10G PON系統(tǒng)。這意味著GPON/EPON與10G PON將形成并存局面。因此，如何保證不影響現(xiàn)有業(yè)務(wù)的前提下進行平滑升級演進到10G PON網(wǎng)絡(luò)是一個非常實際且重要的問題。

  為解決該問題，人們提出了一種四路復(fù)用架構(gòu)，即：同時對GPON雙通道(1310/1490 nm)和10G GPON雙通道(1270/1577 nm)進行合/分，從而保證GPON向10G GPON的平滑演進。在此架構(gòu)中，其核心器件為四路復(fù)用-解復(fù)用器件，以往通常采用分立元件組裝封裝而成。其弊端是成本高、尺寸大且不易封裝，遠不能滿足未來集成化小型化收發(fā)芯片的發(fā)展需求。

  因此，亟需發(fā)展新一代片上集成四路復(fù)用-解復(fù)用器，其挑戰(zhàn)在于1310/1490/1270/1577 nm等四波長通道中心波長跨度極大且波長間隔和通道帶寬極其不均勻，采用陣列波導光柵、微環(huán)濾波器等常見結(jié)構(gòu)難以實現(xiàn)。

  最近，浙江大學戴道鋅教授團隊提出和實現(xiàn)了國際首個片上四路復(fù)用器，采用了獨特的多模波導光柵濾波器級聯(lián)結(jié)構(gòu)(如圖1所示)，相關(guān)結(jié)果發(fā)表于Photonics Research 2021年第5期。

圖1 提出的硅基四路復(fù)用器結(jié)構(gòu)示意圖

  該結(jié)構(gòu)的特點是：充分利用多模波導光柵濾波器的靈活性和擴展性，圓滿解決了其通道波長跨度大和帶寬不均勻帶來的設(shè)計難題，實現(xiàn)了1270、1310、1490及1577nm通道合/分，其帶寬均接近于國際電信聯(lián)盟標準所要求的~20、~40、~20和~5 nm，且各通道獲得了具有低損耗(<0.5 dB)和低串擾(<?24 dB)的高性能平頂型光譜響應(yīng)。

  戴道鋅教授表示，與分立式元件組裝的四路復(fù)用器相比，該團隊所實現(xiàn)的硅基片上四路復(fù)用器具有小尺寸和高性能等突出優(yōu)勢，為進一步實現(xiàn)單片集成收發(fā)芯片奠定關(guān)鍵器件基礎(chǔ)，可顯著降低收發(fā)模塊復(fù)雜度及尺寸，并促進PON網(wǎng)絡(luò)升級換代。

  在此基礎(chǔ)上，未來還可進一步與光探測器/光調(diào)制器等有源器件實現(xiàn)功能集成，推動收發(fā)一體化芯片的發(fā)展。