Giriş Giriş Giriş

Küresel veri trafiğinin sürekli büyümesi optik iletişim teknolojisindeki yenilikleri yönlendirdi. Her fiber optik bağlantının kalbinde, optik alıcı, gelişmiş malzemelerden yararlanan ve çarpık fotonik sinyallerin (DSP) dönüştürüldüğü kritik görevi yerine getirdi. Bu gelişmeler, son on yılda, 800 Gbps'nin verilerini desteklemek için ağ operatörlerine olanak sağladı ve aynı anda gelişmiş malzemelerden yararlanan sofistike, entegre sistemlere dayanıyordu.Bu makaleye göre, 20.

Vakıflar: Optik Bir Alıcının Rolü

Optik bir alıcının temel işlevi tespit edilir: gelen optik alanı eşitleme, doğrulanmış bir hata düzeltmesi (FEC) ve alıcının performansı doğrudan en az tespit edilebilir sinyal gücü (sensitivite), achievable sinyal-to-noise oranı (CDR) ve daha fazla, DSP, eşitleme için, ileri bir hata düzeltmesi (FEC) ve bu özelliklerin en yüksek limitleri doğrudan doğruya doğrulayarak, en yüksek çözünürlükteki tüm yenilikleri belirler.

Photodetector Teknolojilerinin Evrimi

Yüksek Hızlı PIN Photodiodes'un Yükselişi

PIN fotodiode, en yaygın olarak kullanılan fotodetector'u basitlik, düşük gerilim operasyonu ve yüksek lineerlik nedeniyle ticari alıcılarda tutuyor. İlk 2010'larda, ticari PIN cihazları büyük ölçüde 10-25 Gbps operasyonu ile sınırlıydı. orta ölçekli 800 Gbps, epit olmayan büyümedeki gelişmeler -özellikle de IEEE 802.3'e kadar standartlaştırılmış olan bant genişliğine göre daha küçük bir şekilde yükseltilebilir.

Avalanche Genişletilmiş Reach için Fotodiodes

Avalanche fotodiodes (APDs) iç kazanmaktadır - neredeyse 10-20 dB – bu, yüksek gürültü faktörlerinden gelen alıcı duyarlılığı artırmak ve PIN'lerin elde ettiği uzun süreli ürünler için gerekli hale getirir.

Hybrid ve Entegre Fotodetector Çözümleri

Son on yılın büyük bir eğilimi, veri odaklı transistör ve hibrit fotodetektörlerin diğer optik ve elektronik işlevleri ile çok gürültülü bir şekilde entegre edilmesi ve optimizasyonda, reponsivitelere ulaşmada, 0 / W 1550 nm ve bant genişliğine 60 GHz ile entegre edilmiş devreler için çok gürültülü olarak kabul edildi.

Mimari Değiştirir: Doğrudan Eşleştirmeden

Doğrudan-Deteksiyon Alıcıları - Hala Relevant

Kısa erişim uygulamaları (≤10 km) örneğin veri merkezi interconnects ve erişim ağları, doğrudan algılama 400G-Di ve 800G-SR8 gibi standartlarda kabul edilir. Ancak, doğrudan algılama, ana akım optik sinyalin yokluğu ile sınırlıdır. Yerel oscillaizasyon kontrolüne ihtiyaç duymaz ve karmaşık DSP - 400G-Di ve 800G-SR8 gibi standartların kabul edilmesi gerekir.

Coherent Alıcılar - Uzun Süreli Büyümenin Motorları

2010 yılında koherent algılamanın yaygın ticari dağılımı muhtemelen optik alıcı mimarisindeki en önemli evrimdi. Coherent alıcılar, gelen sinyali yerel oscillator (LO) ile 90 ° hibrit, iki veya dörtlü (Q) yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan ve yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan 8 boyutlu diskogonal modüller ile birlikte kullanıma açılmıştır.

Dijital Signal Processing – Modern Alıcıların “Brain”

Linear Eşitleştirmeden Doğrulanma

DSP, tüm yüksek hızlı alıcıların vazgeçilmez bir bileşeni haline geldi. Doğrudan-detect sistemlerinde, basit beslemeli eşitleştirici sistemler (FFE) ve karar geri bildirim eşitleyicileri (DFE), kutuplaşma ve ölçeklendirme algoritmaları (ISI) ile uyumlu olmayan yöntemlerden (eski modlama algoritmaları veya veri-aidleştirilmiş yöntemlerden) daha karmaşık hale getirdi.DSP zinciri son derece karmaşıktır: son derece yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte hızlanan yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte artış gösterir.

Düşük Güç ve Adaptif DSP Mimarlıkları

Veri oranları 1.6 Tbps ve ötesinde, DSP güç tüketimi önemli bir kısıtlama haline gelir. Son yenilikler, bağlantı marjına dayalı olarak yeniden yapılandırılabilir (ADC) ve gürültü şekillendirmeye izin verildiğinde, ADC'den DSP çekirdeğine kadar sıkılmış veya sparse klibini birleştirir.Buluçlama hızlama algoritmalarının tekrar yapılandırılması için bu tür güç koşulları için izin verilen yüksek çözünürlükte işlem performansına yardımcı olur.

Ambalaj ve Entegrasyon Trendleri

Co-Packaged Optiklere Hareket

2025 Anahtar ve line-card bant genişliği artışları arttıkça, alıcı modülü ile ev sahibi ASIC arasındaki elektrik arayüzü, optik alıcıları (CPO) kullanarak tekrarlama ve yüksek hızlı seri bağlantıları (örneğin, DSP) doğrudan geçiş ASIC'nin bir kısmını aynı pakete sokarak.

Gelişmiş malzemeler ve Heterojen Entegrasyon

Başka bir önemli evrim, farklı materyal platformlarının en iyi özelliklerini birleştirmek için heterojen entegrasyon kullanımıdır. Örneğin, InP dedektörlerinde silikon fotonik (InP) demettörler, C- ve L-bands'ta yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, silikon fotonik nikansiyonlar maliyet ve yoğunlukta başarılı olur. Son alıcılar mikro-transfer baskı veya wafer kullanarak, bu tür nano-parçacıklı devrelere bağlanmak için daha fazla yardımcı olur.

Network Architectures ve Standartları Üzerine Etkisi

Son on yılın alıcı evrimi, internet altyapısının hızlı ölçeklendirilmesine doğrudan izin verdi: Anahtar başarılar şunları içerir:

  • [FONT=0]400G ve 800G Ethernet: [Dönder: [Dönder: · 8,3 veya 64 Gbaud QPSK) yüksek bant genişliği PIN ve koherent DSP olmadan mümkün olmazdı.
  • [FONT:0]Koherent Pluggables: CFP2-DCO, QSFP-DD ve OSFP form faktörleri, birçok durumda dış yükselteçlere izin veren bağlantılara ortak bir tespit getirdi.
  • [Uygunluk ve Ultra-Long-Haul: [DÜDÜ:1] APD tabanlı alıcılar, 8 b /s /Hz'nin üzerinde fiber çift başına 20 Tbps kapasite elde ettiler.

Eşleştirmenin doğrudan tespitinden geçiş ve daha önce ayrı transponder ve line kartları gerektiren mesafeler için tek bir tutarlılık dağıtabilir.

Meydanlar ve Fırsatlar

Gürültü, Linearity ve Power Beauty

İlerlemeye rağmen, önemli zorluklar kalır. Veriler şerit başına 1.6 Tbps'ye tırmanmak için tırmanmak için, alıcı bant genişliğini korumak için 130 GHz'yi aşmalıdır, düşük gürültüyü ve yüksek lineerliği korumak için ticarete devam eder.

Maliyet ve Tedarik Zinciri

Modern koherent alıcıların karmaşıklığı - Çok sayıda fotonik ve elektronik fiş, hassas montaj ve sofistike test - kısa süreli uygulamalar için port nispeten yüksek maliyetle şarj edilebilir. Endüstri konsorsiyumları ve otomatik elyaflar gibi kontraseptür maliyetlerini azaltır.

Future Road (Beyond 2025)

Önümüzdeki on yıl muhtemelen birkaç dönüştürücü değişiklik göreceksiniz:

  • [DSPT:0) Full Photonic Integration:[DFLT:1] Tüm optik (DSP-free) eşitleme ve yenileme, yavaş elektronik şişeleri ortadan kaldırabilir ve geçici olmayan optik döngüler ve interferometrik örneklerde araştırma ultra yüksek hızlı bir yenileme için söz verir.
  • [FONT=0]Quantum-Enhanced Alıcılar: Komplike ışık kullanarak, homojen yükselteçli yükselteçler veya foton-sayılı hesaplar, standart kuantum sınırının ötesinde hassasiyete yol açabilir.
  • [FONT:0)Makine-Learning-Optimized Alıcılar: [DSP karmaşıklığı büyüdükçe, optik kanal eşitleme için özel olarak tasarlanmış olan sinir ağ hızlandırıcıları geleneksel algoritmaların yerini alabilir. Böyle “öğrenme alıcılar”, verim ve performans marjını geliştirmek için adapte olabilir.
  • [FONT:0]Heterogeneous Wavelong Bands: Yeni kablo döşeme olmadan fiber kapasiteyi genişletmek için, S-, C- ve L-bands (veya ötesinde) üniformalı performans gerekli olacaktır. Multi-band coherent alıcılar geniş bantlı dedektörleri ve tunable LOs zaten geliştirme altında.

Özetle, son on yılda optik alıcı mimarlıklarının evrimi, ayrık, doğrudan uçlu bir ön uçların yüksek oranda entegre, tutarlı, uyumlu, DSP tabanlı modüller, günlük küresel iletişim altyapısının üzerindeki basamakları ve endüstrideki gelişmeleri takip ederken, yüksek çözünürlükte 40 kat artış sağladı.

[[0|kaynaklar ve Okuma[[Dönler: 1)

  • K. Kikuchi, “Koherent Optik Fiber Haberleşmenin Takdirleri”, [[0)Gazete Teknolojisi ), vol. 34, hayır. 1, pp. 157-179, 2016.
  • R. Nagarajan ve al., "InP Photonic Integrated Circuits", [[0)IEEE Kuantum Elektronikinde Seçme Konular Dergisi), vol. 16, 5, pp. 1113-1125, 2010
  • "OIF 400ZR Uygulama Sözleşmesi", Optik İnternet Çalışma Forumu, 2020.ETHFLT:0)OIF).
  • M. D. Feng ve al., "Co-Packaged Optik: 51.2 Tbps Anahtarlara Yol", [[0)Optical Fiber İletişim Konferansı (OFC) 2023) , kağıt W4G.1....Ücretsiz:2|