NOEIC和中國(guó)信科集團(tuán)共同展示首款4x200G硅光發(fā)射機(jī)

  ICC訊 據(jù)愛(ài)光學(xué)消息，隨著云服務(wù)、AI、以及5G應(yīng)用的蓬勃發(fā)展，全球流量持續(xù)爆發(fā)，因此對(duì)數(shù)據(jù)中心通信端口帶寬的要求也在不斷提升。在400GbE標(biāo)準(zhǔn)—IEEE (電氣和電子工程師協(xié)會(huì)) 802.3bs標(biāo)準(zhǔn)完成之后，業(yè)界越來(lái)越多的目光，開(kāi)始聚焦于面向下一代的800G光收發(fā)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的研究。

Hongguang Zhang, Miaofeng Li, Yuguang Zhang, et al. 800 Gbit/s transmission over 1 km single-mode fiber using a four-channel silicon photonic transmitter[J]. Photonics Research, 2020, 8(11): 11001776.

  800G可插拔光模塊MSA工作組已于2019年9月成立，并且IEEE也于近期完成了對(duì)800G及以上帶寬的評(píng)估工作。基于PAM-4(4 Pulse Amplitude Modulation, 第四代脈沖幅度調(diào)制)信號(hào)格式的4×200G方案，作為面向800G光接口的潛在應(yīng)用方案之一，其可以在現(xiàn)有400G光模塊架構(gòu)上通過(guò)速率升級(jí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)演進(jìn)，因此在數(shù)據(jù)中心光接口中極具競(jìng)爭(zhēng)力。

  因此，為滿足800G光模塊的要求，國(guó)際上已經(jīng)出現(xiàn)了一些關(guān)于超高速單波200 Gb/s光發(fā)射技術(shù)的研究和報(bào)道，例如基于諸如硅、磷化銦、硅基有機(jī)聚合物、鈮酸鋰薄膜等材料的調(diào)制器。其中，由于硅光技術(shù)可以與成熟的硅集成電路工藝平臺(tái)兼容且適用于高密度光子集成，因此被認(rèn)為是面向下一代數(shù)據(jù)中心光互連中最具前景的應(yīng)用方案之一。

  然而，由于硅材料中存在相對(duì)較弱且較慢的載流子色散效應(yīng)，從而基于純硅方案的電光調(diào)制器在性能方面受到限制—通常3 dB帶寬僅~30 GHz左右，因此要實(shí)現(xiàn)800 Gb/s的高速硅光發(fā)射機(jī)仍面臨很大挑戰(zhàn)。近日，來(lái)自國(guó)家信息光電子創(chuàng)新中心和中國(guó)信息通信科技集團(tuán)的張紅廣博士和李淼峰博士，在Photonics Research2020年第11期上首次展示了一款基于硅光技術(shù)的4×200 Gb/s集成發(fā)射機(jī)。

800 Gb/s硅光集成發(fā)射機(jī)示意圖

  該發(fā)射機(jī)中，通過(guò)光電共封技術(shù)將4通道的高速硅光調(diào)制器芯片和高速電驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行集成封裝。為了更好地平衡調(diào)制效率和插入損耗以及提高硅光調(diào)制器帶寬，在硅光調(diào)制器中分別采用了摻雜濃度為~5×1017 cm-3的耗盡型PN結(jié)和T形結(jié)構(gòu)的差分行波電極。

  同時(shí)，為了更好地實(shí)現(xiàn)與調(diào)制器行波電極的阻抗匹配，專門針對(duì)光調(diào)制器芯片對(duì)電驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行了協(xié)同設(shè)計(jì)。測(cè)試后，發(fā)現(xiàn)光調(diào)制器芯片的3 dB帶寬為60 GHz，封裝后的發(fā)射機(jī)3 dB帶寬為40 GHz。再結(jié)合發(fā)端以及收端的離線數(shù)據(jù)信號(hào)處理技術(shù)，該發(fā)射機(jī)實(shí)現(xiàn)了4×120 Gb/s OOK(On-Off Keying，二進(jìn)制啟閉鍵控)信號(hào)和 4×200 Gb/s PAM-4信號(hào)的光調(diào)制。并且，4×200 Gb/s PAM-4信號(hào)在經(jīng)過(guò)1 km標(biāo)準(zhǔn)單模光纖后，4個(gè)通道的誤碼率(衡量數(shù)據(jù)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸精確性的指標(biāo))仍然可以滿足SD-FEC(soft-decision forward error correction，軟判決前向糾錯(cuò))技術(shù)的閾值要求。

  國(guó)家信息光電子創(chuàng)新中心的肖希博士和中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所的祁楠教授均認(rèn)為，此次報(bào)道的800 Gb/s硅光發(fā)射機(jī)代表了當(dāng)前硅光調(diào)制技術(shù)的最先進(jìn)水平。特別是在調(diào)制速率上達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄120 Gbaud，展現(xiàn)出硅光技術(shù)的巨大升級(jí)潛力，可有效支撐下一代光模塊向800G乃至超Tb/s持續(xù)演進(jìn)。

  撰稿 | 國(guó)家信息光電子創(chuàng)新中心 肖希