波長選択が光学受信機の性能を運転するなぜか

現代の光通信ネットワークでは、動作波長の選択は、受信機の感度、騒音耐性、および全体的なシステムリーチを直接決定する基本的な設計パラメータです。クラウドコンピューティング、ストリーミングビデオ、およびデータセンターインターコネクトからのトラフィックが急上昇し続けているため、エンジニアは、フォトデテクター量子効率からビットレート(BER)フロアまで、あらゆる信号受信のステージに波長選択の影響を及ぼす方法を理解しなければなりません。この記事では、受信機のパフォーマンスに波長をリンクする物理的なメカニズムを探索し、光学バンドの動作を最適化し、光学ガイドを導出します。

波長の物理–受信機の相互作用

光検出器の応答性と量子効率

光学受信機の心臓部は、インシデントフォトンを電気電流に変換する光度計です。 検出器の]応答性(ワット当たりのアンプ)は、波長の強力な機能です。 ピンフォトダイオードとアバランチェフォトダイオード(APD)は、波長範囲で、波長が16nmの波長を低下させるが、波長が波長を低下させる(AGA)。

ダーク・カレントおよびショット・ノイズ

ダーク・電流は光の欠如でフォトダイオードを流れる漏れ電流も波長に依存しています。 長波長検出器(例えば、Lバンド用に設計された)では、暗電流は、より狭いバンドギャップ材料のために高くなる傾向があり、受信機の感度を低下させる可能性があります。 さらに、 ] ショットノイズ は、合計電流(光電流 + ダーク)でスケールアップする。 したがって、波長の応答が低応答性を実現するために、低波長の応答性を実現しています。

標準的な波長帯および受信機のメートルの彼らの影響

光ファイバー通信は、異なる減衰、分散、および非線形特性を持つ複数の波長帯に編成されます。 下の表は、最も一般的なバンドと受信機のパフォーマンスに対する典型的な影響を要約します。

850 nm (多重モードのためのOバンド)

主に、()垂直キャビティ表面発光レーザー(VCSELs)で使用されます。 短い範囲のマルチモードリンク(データセンター、ローカルエリアネットワーク)。 850nmでは、繊維の損失は3dB / km前後で、変調限界は300mに達する。 受信機は、多くの場合、増加する[FLT]に対抗する高光力を処理しなければなりません[FLT]と低音の結合は、低音の効率性の利点[FLT]と低音の効率性の利点[FLT]の効率性は、低音の効率性を向上します。 [FLTF]と低音]と低音の効率性は、低音の低音の低音の低音の低音の低音の低音の低音の低音の低音の低音の低音の低音の低音の低音の低音の低音の低音の低音の低音の低音の低音の低音の低音の低音の低音の低音の低音の低音の低音の低音の低音の低音

1310 nm (O バンド)

この波長は、標準単モード繊維(SMF)のゼロ分散点の近くに位置しています。 減衰は適度(≈0.35 dB/km)ですが、受信機は、最小限のクロマチック分散による利点で、それは適度なデータレート(最大10 Gbps)でインターセムボル干渉を削減します。 より高い速度(100 Gbps以上)のために、分散補償は必要です。 1310 nmは、中距離のメトロおよび外部のネットワークへのアクセスに有利であり、受信機なしでは補償を作動させることができる。

1550 nm (C バンド)

Erbium-doped 繊維のアンプ(EDFA)の増幅バンドは、1550 nm を長期間および潜水システムのためのワークホースにします。 減衰率は、光学アンプを数千キロに及ぶように低下させます。 1550 nm の受信機は、最も低い信号損失を経験し、非常に高い感度(----30° dBm まで)を可能にしました。 しかし、[Fent トランスファー:0.5 km または トランスファー:[F] は、15nm[F] 信号を完全に制御できます。 [F] は、15nm[F] または [F] は、信号を変換します。 [F] 信号は、または [F] は、完全に変換は、15nm] 信号を変換します。 [F] [F] 信号は、または [F] 信号は、または [F] 信号を変換します。 [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] 信号は、または [F] 信号は、 [F] 信号は、 [F] [F] 信号

L-バンド (1565–1625 nm)

L-band は、C-band を超えて使用可能なスペクトルを拡張し、高密度波長分割多重化 (DWDM) をより多くのチャネルで実現します。 L-band の受信機は、より高い繊維の損失とより強い []]] の四波混合 (FWM) を分散する差のために、より高い繊維の損失と強く従わなければなりません。 拡張 InGaAs の吸収層を備えた特化フォトダイオードが使用される、多くの場合、低速応答性および低速低速応答性および低域の低域の要求は、低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低域の低

波長欠接点機構

アンプの自発的な放出(ASE)の騒音

増幅されたシステムでは、EDFAの騒音がリンクに沿って蓄積します。光学アンプの騒音はゲインスペクトルの周囲に変化します。EDFAゲインピーク付近の波長(≈1530〜1560nm)は、レシーバーの光学信号対ノイズ比(OSNR)を直接改善する低騒音の数値を経験します。アンプのフラット領域内のチャネルを選択すると、ASE誘発されたエラーからペナルティを減らすことができます。

非線形インパシデント

波長の選定は、【] 自己相変調(SPM)]、 の断相変調(XPM)、および[]]FWM]]のような非線形効果に影響を及ぼします。 DWDMシステムでは、ゼロ分散波長(XPM)の近くに間隔をあけられたチャネルは、波長帯域の波長に対して、FWAR信号がより長い信号を抑制します(FLT:FLT:FLT:4)。

波長選択における実用トレードオフ

データのレートと帯域幅の制約

高シンボルレート(≥56 GBd)の場合、受信機の3 dB帯域幅は歪みなしで信号をキャプチャするのに十分でなければなりません。 波長が長いと、フォトダイオードキャパシタンスは(より大きい枯渇幅にデュー)下がり、帯域幅の制限を増加させることができます。 しかし、フォト生成されたキャリアの通過時間は、また吸収深さの増加します。 最新アートuni-traveling-carrier(UTCdiodes)と各バンドは、L-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F

凝集した対立直接検出

[]に、凝集した受信機]で、波長の選択は、局所発振器(LO)レーザー位相ノイズと偏光アライメントに影響します。 LO波長は、信号波長が漂流したときに困難になる、数百MHz内の信号に一致しなければなりません。 高度なデジタルフェーズ推定アルゴリズムは、より大きな波長の誤差を許容することができますが、システムマージンは、信号の回転速度が低下する場合には、まだ劣化します。 波長は、Ogは、波長が、波長が低下する範囲で、Og(Og) 波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長が、波長

コストとコンポーネントの可用性

単一の波長帯で標準化することは、在庫を簡素化するが、潜水性能を強制する可能性があります。例えば、短い範囲のデータセンターリンクで1550nmを使用することは、冷却されたレーザーダイオードとEDFAの必要性のために高価です。逆に、850nmを使用して、長期にわたることは高い損失のために不可能です。システムデザイナーは、性能の利益に対する波長固有のソース、検出器、およびアンプのコストを量る必要があります。

波長パレットの拡大:S-バンド、U-バンドおよびを越えて

現在の研究は、S バンド (1460-1530 nm) と U バンド (1625-1675 nm) を探索し、追加の容量を解除します。 受信機の場合、これらのバンドは、多くの場合、低応答性 (吸収層制約の程度) を持ち、暗電流は拡大度の高い順序になることができます。 ] ハイブリッドフォトディテクターの開発と (FLT:1) (S を加速) およびこれらの振動は、これらの振動速度を加速するような、これらの帯域の上昇を加速する可能性があります。 DM およびこれらの振動は、これらの振動は、これらの振動を加速する可能性があります。

結論:波長最適化の実践ガイドライン

光学受信機に最適な波長を選択するのは、一種の----すべての決定から遠いです。次のチェックリストは、システム設計者が通知された取引-offs を作るのを助けることができます。

  • 短距離(<1 km):)の場合、低コストのVCSELとピンフォトダイオードで850nmを使用してください。 蓄熱ノイズを克服するために、高を受けてください。
  • 中距離(1〜40キロ):[]1310 nmは分散補償なしで低分散性と優れた感度を提供します。 直接検出受信機はシンプルで費用対効果が大きいです。
  • 長距離(>100 km):[ 1550 nm (C-band) EDFAゲインとコヒーレント検出により、最高の感度と到達を実現します。分散補償またはDSPを使用して、染色体分散を管理します。
  • 超高容量:[]]は、L-bandおよび最終的にS-bandに拡張します。 モニターレシーバーの暗電流とASEノイズペナルティ。 長い波長で感度を高めるためにAPDを使用して検討してください。

5G、モノのインターネット、人工知能の爆発的な成長は、さらに高いデータレートを要求します。その結果、波長の選択は、リンクレベルの慎重な研究と最適化に値する光学受信機の設計の礎石を維持します。波長、受信機の騒音、および非線形の障害間のインタープレイをマスターするエンジニアは、次の十年の間堅牢で高性能なネットワークを構築するために十分に装備されます。

外部参照[]]