왜 파장 선택은 광학적인 수신기 성과를 모읍니다

이 문서는 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털 방식으로 디지털

파장의 물리학–Receiver 상호 작용

광검출기 책임 및 Quantum 효율성

광학 수신기의 심장은 사건 광자 변환을 전기 전류로 변환하는 광검출기입니다. 검출기의 responsivity](와트 당 앰버서더)는 파장의 강력한 기능입니다. ]pin photodiodes 및 avalanche photodiodes (APDs)]-PWN의 파장을 측정하는 것은, 전류의 전류의 범위가 증가하는 파장의 범위가 증가하는 것입니다.

어두운 현재와 탄 소음

어둠의 현재-광선의 부재에서 광다이오드를 통해 흐르는 누설 전류는 파장 의존도가 높습니다. 더 긴 파장 검출기 (예: L 밴드를 위해 설계된)에서 어두운 전류는 더 좁은 밴드갭 재료 때문에 더 높기 경향이 있으며 수신기 감도를 저하 할 수 있습니다. 또한 shot noise] 총 전류 (사진 전류 + 어두운 전류)와 스케일을 나타냅니다. 낮은 전류를 가진 낮은 전류를 가진 낮은 전류를 달성하는 것은 매우 중요합니다.

표준 파장 밴드와 수신기 미터에 충격

광케이블 통신은 여러 파장 밴드로 구성되며, 각 점멸, 분산 및 비선형 특성이 있습니다. 아래 표는 가장 일반적인 밴드와 수신기 성능에 대한 전형적인 충격을 요약합니다.

850 nm (다중 상태를 위한 O 밴드)

일반적으로 ]vertical-cavity Surface-emitting Lasers (VCSELs))의 짧은 위치 다중 상태 링크 (데이터 센터, 지역 네트워크)에서 사용. 850 nm에서, 섬유 손실은 약 3dB / km 및 modal 분산 한계는 약 300 m에 도달. 수신기는 종종 증가 [[FLT:[FLT:[2]]]]의 낮은 비용과 유연성을 가지고 높은 광력을 처리해야합니다.

1310nm (O 밴드)

이 파장은 표준 싱글모드 섬유 (SMF)의 0 분산 점의 가까이에 앉아 있습니다. 묽게함은 온건한 (≈0.35 dB/km), 최소한도 크롬 분산에서 수신기 이익, 온건한 자료 비율 (최대 10 Gbps)에 intersymbol 방해를 감소시킵니다. 더 높은 속도를 위해 (100 Gbps 및 그 후에), 분산 보상은 아직도 필요합니다. 1310 nm는 중간 위치 및 접근을 위해 공증자가 외부 보상 없이 외부 보상을 운영할 수 있는 접근을 위해 기인됩니다.

1550nm (C 밴드)

Erbium-doped fiber amplifier (EDFA) 증폭 밴드는 1550 nm의 긴 운반 및 잠수함 시스템에 대한 작업자입니다. 감쇠는 ≈0.2 dB / km로 떨어지며 광 증폭기를 수천 킬로미터에 능가합니다. 1550 nm의 수신기는 가장 낮은 신호 손실, 매우 높은 감도 (---30 dBm의 일관성 수신기)을 허용합니다. 그러나 chrom]chrom][FLT]]chrom][FLT]]][FLT]]][FLT]]][FLT]]]][FLT]]]]][FLT]]]]]]]][FLT]]]]]]]]][FLT]]]][FLT][F[F[FLT]]]]]]][FLT][F[F[F[F]]]]]][F[F]]]]]]][F[F]]]]]]]]]][F]]]]]]]][F]]][F]]]]

L-밴드 (1565–1625 nm)

L-band는 C-band를 넘어 사용 가능한 스펙트럼을 확장하고, 더 많은 채널을 가진 파장 디비전 다중화 (DWDM)를 허용한다. L-band의 수신기는 더 높은 섬유 손실과 더 강한 4 파 믹싱 (FWM) ] 분산 차이 때문에. 장시간 InGaAs 흡수 층을 가진 전문화한 photodiodes는, 수시로 약간 낮은 책임 및 더 어두운 체계에 대 한 더 높은 수준의 비정상적인 가동을 위한 더 높은 수요를 전시.

파장-Dependent 소음 기계장치

증폭기 Spontaneous 방출 (ASE) 소음

ASE는 광학 증폭기의 소음 수치를 갖는 데 필요한 경우, EDFA에서 ASE 소음이 링크를 따라 축적됩니다. 광학 증폭기의 소음 수치는 이득 스펙트럼에 따라 다릅니다. EDFA 이익 피크 (≈1530-1560 nm)의 파장은 직접 수신기의 광학 신호 대역 비율 (OSNR)을 개선합니다. 증폭기의 평면 영역 내에서 채널을 선택하면 ASE 유도 된 비트 오류에서 처벌을 줄일 수 있습니다.

비선형 임계

파장 선택은 ] 자체 단계 변조 (SPM), cross-phase 변조 (XPM), FWM]와 같은 비선형 효과에 영향을 미칩니다. DWDM 시스템에서, 채널은 0-dispersion 파장 (≈1310 nm) 근처에 배치되어 FWM]를 사용하여 더 이상 비선형성 신호를 겪고 있습니다.

파장 선택의 Practical Trade-Offs

데이터 속도 및 대역폭 제약

높은 심볼 비율 (≥56 GBd)의 경우, 수신기의 3 dB 대역폭은 왜곡없이 신호를 캡처하는 충분해야합니다. 더 긴 파장에서 광다이드 커패시턴스는 더 낮은 (더 큰 depletion 폭에 따라), 대역폭 제한을 증가 할 수 있습니다. 그러나 광진 캐리어의 전송 시간은 흡수 깊이로 증가합니다. 국가 - 예술 [[FLT : 0]]uni-traveling-carrier (LT) [FLT]] [FLT]]] [FLT]]]] [FLT]]]] [FLT]]]]] [FLT]]]]]] [FLT]]]]]] [FLT]]]]] [FLT]]]]]]] [FLT]]] [FLT] [FLT]]]] [FLT]]]] [FLT] [F]]]] [F]]]] [F] [F] [F]]]]]] [F] [F]] [F] [F]]] [F]]]]]]]]]]] [F] [F]]

Coherent versus 직접 감지

]coherent receivers, 파장 선택은 로컬 진동자 (LO) 레이저 단계 소음 및 편광 정렬에 영향을 미칩니다. LO 파장은 신호 파장 편류가 될 때 더 열심히 몇 백 MHz 내에서 신호를 일치해야 합니다. 고급 디지털 위상 추정 알고리즘은 더 큰 파장 잡각을 견딜 수 있지만 시스템 마진은 여전히 LO 파장이 튜닝을 위해 외부의 파장이 튜닝을 허용하는 경우, 파장이 튜닝을 위한 고정 범위가 되도록 결정됩니다. (예: 1550nm)

비용 및 구성 요소 가용성

단일 파장 밴드에 표준 재고를 단순화하지만, 하위 채택 성능이 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 짧은 위치 데이터 센터 링크에서 1550 nm를 사용하는 것은 냉각 레이저 다이오드 및 EDFA에 대한 필요성 때문에 비싸다. 긴 ‐ 운반에 850 nm를 사용하여 높은 손실로 인해 불가능합니다. 시스템 디자이너는 성능이 증가하는 파장 별 소스, 검출기 및 증폭기의 비용을 무게해야합니다.

파장 팔레트 확장: S‐Band, U‐Band, 그리고 Beyond

현재 연구는 S-band (1460–1530 nm)와 U-band (1625–1675 nm)를 통해 추가 용량을 잠금 해제합니다. 수신기의 경우, 이러한 밴드는 현재 과제를 나타냅니다: photodiodes는 종종 낮은 응답률 (흡입 층 제약), 어두운 전류는 더 높은 크기의 순서가 될 수 있습니다. ]hybrid 광검출기 (예 : 1) (예 : Si-G-Deps) 및 매우 높은 수준의 ‐-Muldulssion 시스템.

결론: 파장 Optimization를 위한 실제적인 가이드라인

광학 수신기에 최적의 파장을 선택하면 한 가지 크기 ‐ 피트 ‐ 모든 결정에서 멀리. 다음 체크리스트는 시스템 건축가가가 정보를 알려 드릴 수 있습니다 무역 ‐ 오프:

  • 짧은 도달 (<1 km):) 낮은 비용 VCSEL 및 핀 포토다이오드와 850 nm를 사용합니다. 열소성을 극복하기 위해 높은 수신된 전력을 유지하십시오.
  • 중요한(1–40km): 1310 nm는 저분해 보상 없이 낮은 분산과 우수한 감도를 제공합니다. 직접 감지 수신기는 간단하고 비용 효과적입니다.
  • ] 장시간에 (>100 km): EDFA 이득과 일관성 검출을 가진 1550 nm (C 밴드)는 가장 높은 감도 및 도달을 전달합니다. 크롬 분산을 관리하기 위하여 분산 보상 또는 DSP를 사용하십시오.
  • 초고용량:L-band와 결국 S-band로 확장. 모니터 수신기 어두운 전류 및 ASE 소음 처벌. APD를 사용하여 더 긴 파장에서 감도를 높일 수 있습니다.

5G의 폭발적인 성장, 사물 인터넷, 및 인공 지능은 더 높은 데이터 속도 요구할 것입니다. 결과적으로, 파장 선택은 링크 ‐ 수준에 주의깊은 학문 및 최적화를 가치가 있는 광학 수신기 디자인의 구석석 남아 있을 것입니다. 파장, 수신기 소음 및 비선형 장애 사이 상호 작용을 주인 엔지니어는, 다음 10 년간 강력한 고성능 네트워크를 건설하기 위하여 잘 갖춰진 것입니다.

외부 참조