平面光波导芯片技术现状和趋势
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
FBG(光纤光栅):目前基本无应用
MZI 级联
AWG（阵列波导光栅）
•C/DWDM/UDWDM •主流技术
光波分复用芯片AWG的应用情况
• 5G前传 • 数据通信 • 高速光传输 • ROADM
前传网中波分模块的市场需求
面向5G前传的应用—基于WDM-PON是理想的选择
5G前传的主要技术方案：光纤直连、有源波分、WDM-PON
Light Counting数据显示：IR（0.5-2KM）需求量最大，2018年达到300 万只，到2023年，需求量将翻倍，接近600万只。
PLC技术在100G数据产品的应用
100G CWDM4/CLR4 100G LAN-WDM
Tosa AWG波导芯片
Rosa
由于AWG方案有低成本、尺寸小的优 势，目前在100G CWDM4/CLR4产品里 有大量的应用，在未来200G及400G数 据中心里面，这一优势将更加明显
器
CWDM4
件
Splitter
从产业化角度看各种材料的应用，材料平台不同，应用领域也不一样。
硅光芯片和平面光波导芯片的对比
硅光芯片截面
PLC芯片截面
6mLeabharlann Baidu0.2 m
SiO2
μ 0.5μm Si
n=3.5
Si substrate
BPSG μ 6μm core
SiO2 Si substrate
n=1.47
平面光波导芯片技术产业发展现状和趋势 （产业视角）
马卫东 博士
平面光波导芯片背景 技术现状及趋势 产业化现状 总结
光通信用光芯片的分类
材料平台
InP,GaAs LiNbO3 Silicon(硅光) Silica（PLC）
相关器件
LD
有
源
VCSEL
器
PD/APD
件
Modulator
VOA
无
源
DWDM
优势 可单片集成调制器及接收器，尺寸小
传输损耗小，耦合损耗小
劣势
传输和耦合损耗大，无激光器, WDM 波长随温度敏感
不能做激光器，接收器及调制器，
代表性产品：
• 100G相干模块 • 100G PSM4
代表性产品：
• AWG • CWDM4\LAN-WDM • VOA\MCS
硅和二氧化硅材料温度特性对比
波长 • 上下波单元可以扩展以实现更高的上下
通道数不同方向的波长与同一共享可调
波长上下单元相连
MCS器件:Splitter+OSW
MCS技术比较
PLC Splitters + MEMS Switches
Insertion Loss Cumulative Xtalk Block Extinction Wavelength Dependence Size Power Consumption Warmup Time Thermal Xtalk Cost/port
波长间隔0.2nm以下(相应频率间隔小于25GHz)的波分复用。 1997年Bell Labs创造的最高纪录是206个波，到1999年11月，
Lucent在贝尔实验室实现了超密集波分复用UDWDM（1022个）， 波长间隔为10GHz。 PON中应用：
诺西于2010年提出UDWDM-PON方案，波长间隔3GHz，C波段支持1000个波长,可 支持1000个用户,每个用户每个用户独立使用一对波长，速率千兆并具有每个 用户接入带宽10 Gbit/s的潜力。
特点： • 功耗低，尺寸小 • 实现了QPSK调制器，相干接收
不足： • 硅光传输损耗大，系统应用需
EDFA放大 • 需外接ITLA激光器器件
100G PSM4硅光嵌入式光模块（Luxtera）
特点： • 光栅耦合器 • 距离2KM，低成本 • 不需要波分
波分复用技术的发展现状
TFF(薄膜光学滤波器)：16波及以下
QSFP28 DEMUX，可直接将PD贴装到芯片端面，属于混合集成封装，很有性价比优势
光波分复用芯片AWG的应用情况
• 5G前传 • 数据通信 • 高速光传输 • ROADM
96波50GHz AWG—增加端口数，提高传输容量
IL<4.0dB(芯片级) 相邻通道串扰>25dB
超密集波分复用器件（UDWDM）
PLC型MCS：MZI级联
MEMS ★★★ ★★★ ★★★ ★★★ ☆ ★★★ ★★★ ★★★ ☆
PLC型MCS ★★ ★ ★ ★ ★★★ ☆ ☆ ☆ ★★★
光迅科技拥有PLC光芯片及器件完整产业链
Accelink Wuhan
• Chip Design • Chip Packaging • Chip Testing
AWG是广泛使用在WDM上的解复用器件，目前商用产品的最小间 隔为12.5GHz。
Cyclic AAWG—单通道双波，提高通道利用率
G.metro,城域接入型WDM
• 2014年中国联通牵头启动了G.metro 标准化工作 • 2018年2月完成，编号为G.698.4
新型循环性AWG
C Red or C Blue Cyclic 50GHz or 100GHz -40~85℃温漂<+/-30pm IL<6.0dB
对电信运营商来讲，配纤资源较为丰富，但是接入主干光纤则是宝贵的资 源。WDM-PON架构可较大幅度节约主干接入光纤需求，降低成本。
光波分复用芯片AWG的应用情况
• 5G前传 • 数据通信 • 高速光传输 • ROADM
数据中心用100G光模块需求情况
Shipments of 100G bE transceivers by reach(historical data and forecast)
Si Photonics：
SiO2：
Wavelength Shift 0.8nm@ △10℃
Wavelength Shift 0.11nm@ △10℃
材料特性不同，其优势领域也不一样。相比较而言， SiO2材料温漂系数较小，适合做波分器件。
硅光目前批量商用产品
基于硅光芯片的100G相干CFP模块（ACAICA）
基于PLC技术的ROADM芯片及器件发展
下一代ROADM技术—CDC ROADM
Source：Fujitsu
Colorless/Directionless/Contentionle
ss ROADM • 上下波单元引入多播光开关，可以实现
任意波长从任意端口上下到任意方向 • 上下波单元端口波长无关 • 上下波单元端口可上下不同方向的相同
MZI 级联
AWG（阵列波导光栅）
•C/DWDM/UDWDM •主流技术
光波分复用芯片AWG的应用情况
• 5G前传 • 数据通信 • 高速光传输 • ROADM
前传网中波分模块的市场需求
面向5G前传的应用—基于WDM-PON是理想的选择
5G前传的主要技术方案：光纤直连、有源波分、WDM-PON
Light Counting数据显示：IR（0.5-2KM）需求量最大，2018年达到300 万只，到2023年，需求量将翻倍，接近600万只。
PLC技术在100G数据产品的应用
100G CWDM4/CLR4 100G LAN-WDM
Tosa AWG波导芯片
Rosa
由于AWG方案有低成本、尺寸小的优 势，目前在100G CWDM4/CLR4产品里 有大量的应用，在未来200G及400G数 据中心里面，这一优势将更加明显
器
CWDM4
件
Splitter
从产业化角度看各种材料的应用，材料平台不同，应用领域也不一样。
硅光芯片和平面光波导芯片的对比
硅光芯片截面
PLC芯片截面
6mLeabharlann Baidu0.2 m
SiO2
μ 0.5μm Si
n=3.5
Si substrate
BPSG μ 6μm core
SiO2 Si substrate
n=1.47
平面光波导芯片技术产业发展现状和趋势 （产业视角）
马卫东 博士
平面光波导芯片背景 技术现状及趋势 产业化现状 总结
光通信用光芯片的分类
材料平台
InP,GaAs LiNbO3 Silicon(硅光) Silica（PLC）
相关器件
LD
有
源
VCSEL
器
PD/APD
件
Modulator
VOA
无
源
DWDM
优势 可单片集成调制器及接收器，尺寸小
传输损耗小，耦合损耗小
劣势
传输和耦合损耗大，无激光器, WDM 波长随温度敏感
不能做激光器，接收器及调制器，
代表性产品：
• 100G相干模块 • 100G PSM4
代表性产品：
• AWG • CWDM4\LAN-WDM • VOA\MCS
硅和二氧化硅材料温度特性对比
波长 • 上下波单元可以扩展以实现更高的上下
通道数不同方向的波长与同一共享可调
波长上下单元相连
MCS器件:Splitter+OSW
MCS技术比较
PLC Splitters + MEMS Switches
Insertion Loss Cumulative Xtalk Block Extinction Wavelength Dependence Size Power Consumption Warmup Time Thermal Xtalk Cost/port
波长间隔0.2nm以下(相应频率间隔小于25GHz)的波分复用。 1997年Bell Labs创造的最高纪录是206个波，到1999年11月，
Lucent在贝尔实验室实现了超密集波分复用UDWDM（1022个）， 波长间隔为10GHz。 PON中应用：
诺西于2010年提出UDWDM-PON方案，波长间隔3GHz，C波段支持1000个波长,可 支持1000个用户,每个用户每个用户独立使用一对波长，速率千兆并具有每个 用户接入带宽10 Gbit/s的潜力。
特点： • 功耗低，尺寸小 • 实现了QPSK调制器，相干接收
不足： • 硅光传输损耗大，系统应用需
EDFA放大 • 需外接ITLA激光器器件
100G PSM4硅光嵌入式光模块（Luxtera）
特点： • 光栅耦合器 • 距离2KM，低成本 • 不需要波分
波分复用技术的发展现状
TFF(薄膜光学滤波器)：16波及以下
QSFP28 DEMUX，可直接将PD贴装到芯片端面，属于混合集成封装，很有性价比优势
光波分复用芯片AWG的应用情况
• 5G前传 • 数据通信 • 高速光传输 • ROADM
96波50GHz AWG—增加端口数，提高传输容量
IL<4.0dB(芯片级) 相邻通道串扰>25dB
超密集波分复用器件（UDWDM）
PLC型MCS：MZI级联
MEMS ★★★ ★★★ ★★★ ★★★ ☆ ★★★ ★★★ ★★★ ☆
PLC型MCS ★★ ★ ★ ★ ★★★ ☆ ☆ ☆ ★★★
光迅科技拥有PLC光芯片及器件完整产业链
Accelink Wuhan
• Chip Design • Chip Packaging • Chip Testing
AWG是广泛使用在WDM上的解复用器件，目前商用产品的最小间 隔为12.5GHz。
Cyclic AAWG—单通道双波，提高通道利用率
G.metro,城域接入型WDM
• 2014年中国联通牵头启动了G.metro 标准化工作 • 2018年2月完成，编号为G.698.4
新型循环性AWG
C Red or C Blue Cyclic 50GHz or 100GHz -40~85℃温漂<+/-30pm IL<6.0dB
对电信运营商来讲，配纤资源较为丰富，但是接入主干光纤则是宝贵的资 源。WDM-PON架构可较大幅度节约主干接入光纤需求，降低成本。
光波分复用芯片AWG的应用情况
• 5G前传 • 数据通信 • 高速光传输 • ROADM
数据中心用100G光模块需求情况
Shipments of 100G bE transceivers by reach(historical data and forecast)
Si Photonics：
SiO2：
Wavelength Shift 0.8nm@ △10℃
Wavelength Shift 0.11nm@ △10℃
材料特性不同，其优势领域也不一样。相比较而言， SiO2材料温漂系数较小，适合做波分器件。
硅光目前批量商用产品
基于硅光芯片的100G相干CFP模块（ACAICA）
基于PLC技术的ROADM芯片及器件发展
下一代ROADM技术—CDC ROADM
Source：Fujitsu
Colorless/Directionless/Contentionle
ss ROADM • 上下波单元引入多播光开关，可以实现
任意波长从任意端口上下到任意方向 • 上下波单元端口波长无关 • 上下波单元端口可上下不同方向的相同