NOEIC和中國信科集團共同展示首款4x200G硅光發射機

  ICC訊 據愛光學消息，隨著云服務、AI、以及5G應用的蓬勃發展，全球流量持續爆發，因此對數據中心通信端口帶寬的要求也在不斷提升。在400GbE標準—IEEE (電氣和電子工程師協會) 802.3bs標準完成之后，業界越來越多的目光，開始聚焦于面向下一代的800G光收發技術和標準的研究。

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800G及以上帶寬的評估工作?；赑AM-4(4 Pulse Amplitude Modulation, 第四代脈沖幅度調制)信號格式的4×200G方案，作為面向800G光接口的潛在應用方案之一，其可以在現有400G光模塊架構上通過速率升級實現系統演進，因此在數據中心光接口中極具競爭力。

  因此，為滿足800G光模塊的要求，國際上已經出現了一些關于超高速單波200 Gb/s光發射技術的研究和報道，例如基于諸如硅、磷化銦、硅基有機聚合物、鈮酸鋰薄膜等材料的調制器。其中，由于硅光技術可以與成熟的硅集成電路工藝平臺兼容且適用于高密度光子集成，因此被認為是面向下一代數據中心光互連中最具前景的應用方案之一。

  然而，由于硅材料中存在相對較弱且較慢的載流子色散效應，從而基于純硅方案的電光調制器在性能方面受到限制—通常3 dB帶寬僅~30 GHz左右，因此要實現800 Gb/s的高速硅光發射機仍面臨很大挑戰。近日，來自國家信息光電子創新中心和中國信息通信科技集團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的4×200 Gb/s集成發射機。

800 Gb/s硅光集成發射機示意圖

  該發射機中，通過光電共封技術將4通道的高速硅光調制器芯片和高速電驅動芯片進行集成封裝。為了更好地平衡調制效率和插入損耗以及提高硅光調制器帶寬，在硅光調制器中分別采用了摻雜濃度為~5×1017 cm-3的耗盡型PN結和T形結構的差分行波電極。

  同時，為了更好地實現與調制器行波電極的阻抗匹配，專門針對光調制器芯片對電驅動芯片進行了協同設計。測試后，發現光調制器芯片的3 dB帶寬為60 GHz，封裝后的發射機3 dB帶寬為40 GHz。再結合發端以及收端的離線數據信號處理技術，該發射機實現了4×120 Gb/s OOK(On-Off Keying，二進制啟閉鍵控)信號和 4×200 Gb/s PAM-4信號的光調制。并且，4×200 Gb/s PAM-4信號在經過1 km標準單模光纖后，4個通道的誤碼率(衡量數據在規定時間內數據傳輸精確性的指標)仍然可以滿足SD-FEC(soft-decision forward error correction，軟判決前向糾錯)技術的閾值要求。

  國家信息光電子創新中心的肖希博士和中國科學院半導體研究所的祁楠教授均認為，此次報道的800 Gb/s硅光發射機代表了當前硅光調制技術的最先進水平。特別是在調制速率上達到了創紀錄120 Gbaud，展現出硅光技術的巨大升級潛力，可有效支撐下一代光模塊向800G乃至超Tb/s持續演進。

  撰稿 | 國家信息光電子創新中心 肖希