Á tímum -gagnamiðlægra gagna nútímans, allt frá 5G grunnstöðvum til gagnavera samtengja og háskerpuvídeósendinga, treysta allar hraðbrautir upplýsinga á kjarnahluta: sjónsendi.
Sem „upphafspunktur“ sjónsamskiptakerfis er sjónsendirinn ábyrgur fyrir því að umbreyta rafmerkjum í ljósmerki og tengja þau inn í ljósleiðarann. Þessi grein kafar ofan í tæknilegar meginreglur, lykilhluta, kjarnaforskriftir og tækniþróun í iðnaði ljóssenda fyrir 2024-2025.
1. Hvað er anOptískur sendir?
Sjónsendir er raf-ljósumbreytibúnaður. Við líkamlega lagið er hægt að draga saman verkflæði þess í þremur skrefum:
Inntaksvinnsla:Tekur við rafboðum frá netbúnaði (svo sem rofum og beinum).
Raf-ljósviðskipti:Stýrir ljósgjafanum (leysir díóða eða LED) í gegnum drifrás, breytir 0/1 bita rafmerksins í ljóspúlsa sem tákna kveikt/slökkt ástand eða fasabreytingar.
Tenging úttak:Dælir ljósinu á skilvirkan hátt inn í ljósleiðara (eins-ham eða multi-ham) með því að nota linsur eða beintengitækni.
Það fer eftir umsóknaratburðarásinni, sendum er venjulega pakkað inn í stinga ljósleiðara (eins og SFP, QSFP-DD, OSFP) eða sem hluti af útsendingar-sjónrænum vídeósendum og hliðstæðum ljósleiðaraflutningskerfum.
2. Greining á kjarnatækniþáttum
Hár-ljóssendir samanstendur aðallega af eftirfarandi þremur hlutum, sem standa fyrir umtalsverðum hluta af tæknilegum erfiðleikum og kostnaði:
2.1 Ljósgjafi: VCSEL, FP, DFB og EML
Ljósgjafinn ákvarðar bylgjulengd sendisins, afl og sendingarfjarlægð.
VCSEL (Lóðrétt-Cavity Surface-Emitting Laser):Drottnar yfir stuttri-vegalengd (innan 100 metra) fjöl-stillingaforrita, eins og SR (Short Range) sjóneiningar innan gagnavera. Kostirnir eru meðal annars lítil orkunotkun, lágur kostnaður og auðveld samþætting fylkis í stórum- mæli.
FP (Fabry-Perot Laser):Notað fyrir snemma-stig stutt-til-miðlungs fjarlægðar; nú er verið að hætta í áföngum í háum-umsóknum í þágu DFB-leysis.
DFB (Distributed Feedback Laser):Vinnuhesturinn fyrir sendingu í einni-stillingu. Það nær einni lengdarstillingu út frá innbyggðu -risti, sem leiðir til þröngrar litrófslínubreidd og lítillar dreifingarviðbótar, hentugur fyrir vegalengdir frá 10 km til 80 km í neðanjarðarlestarnetum og langlínum-.
EML (Electro-absorption Modulated Laser):Sem stendur er almennt val fyrir 400G/800G háhraða grunnnetkerfi-. Það samþættir leysir með raf-gleypnimótara, sigrast á „típ“-áhrifunum sem tengjast beint stilltum leysigeislum (DML) á háum tíðnum, og styður staka-bylgjulengdarhraða upp á 100 Gbps og lengra.
2.2 Ökumannshringrás
Laser díóða þarf stöðugan hlutdrægni og mótunarstraum. Ökumannskubbar í háhraða sendum krefjast mikillar línuleika (sérstaklega fyrir PAM4 mótun) og lítillar orkunotkunar. Þar sem hraðinn eykst í 112Gbps og jafnvel 224Gbps hefur hönnun ökumannsflísa orðið mikilvægur flöskuháls sem takmarkar frammistöðu sendis.
2.3 Pökkun og sjóntenging
Pökkunarnákvæmni sendenda þarf að ná undir-míkróngildum. Fyrir sílikon ljóseinda (Silicon Photonics) senda er flip-flístækni oft notuð til að samþætta leysiflöguna við kísil-ljóseindaflöguna, tengja ljós inn í bylgjuleiðarann í gegnum brúntengi eða risttengingu.
3. Helstu árangursvísar
Við mat eða valoptískir sendar, verkfræðingar ættu að einbeita sér að eftirfarandi lykilbreytum:
Bylgjulengd:850nm (marg-stilling), 1310nm (núll dreifing), 1550nm (lægsta tap). CWDM og DWDM tækni notar margar bylgjulengdir á milli 1260nm og 1650nm fyrir bylgjulengdarskiptingu.
Úttak ljósafl:Venjulega mælt í dBm. Lengri sendingarvegalengdir krefjast hærra úttaksafls, sem verður að halda undir ólínulegum áhrifaþröskuldi ljósleiðarans.
Útrýmingarhlutfall (ER):Hlutfall meðalsjónafls fyrir rökfræði "1" og rökfræði "0". Hærra slökkvihlutfall leiðir til betra merki-til-suðs við móttakara og lægra bitvilluhlutfall (BER).
Augnmynd:Leiðandi mælikvarði fyrir merkjagæði. Í prófunum á háhraða sendanda verður augnskýringarmyndin að vera í samræmi við IEEE staðla eða MSA (Multi-Source Agreement) augngrímuforskriftir, sem tryggja lágmarks umfram titring og hávaða.
Miðbylgjulengd og litrófsbreidd:Fyrir DWDM kerfi verður bylgjulengd sendisins að læsast á ristina sem tilgreint er af ITU-T. Mjórri litrófsbreidd eykur þol gegn litdreifingu.
4. Stefna í iðnaði: Þróun frá 400G í 1,6T
Knúið áfram af veldisvexti í bandbreiddareftirspurn frá þjálfun gervigreindarlíkana og skýjatölvu,sjónsendirtæknin er að ganga í gegnum áður óþekktar breytingar:
4.1 Tilkoma einni-bylgjulengdar 200G tímabilsins
Nú er verið að beita 800G ljóseiningum í mælikvarða, sem notar sendiarkitektúr eins og 8x100Gbps eða 4x200Gbps. Leiðandi framleiðendur iðnaðarins eru að þróa einnar-bylgjulengdar 200G EML og sílikon ljóseindamótara, sem ryður brautina fyrir 1,6T ljóseiningar.
4.2 Hröðun markaðssetning kísilljóseinda
Hefðbundnir stakir sendir (DFB með aðskildum mótara) standa frammi fyrir flöskuhálsum í kostnaði og samþættingu með mikilli-þéttleika. Kísilljóseindafræði nýtir CMOS ferla til að samþætta mótara á kísilundirlagi, ásamt ytri eða blendinga-samþættum III-V leysigeislum, sem ná háum-afköstum, litlum-kostnaði stór-ljóseindasamþættingu.
4.3 Linear Drive Pluggable Optics (LPO) og Co-Packaged Optics (CPO)
Til að draga úr orkunotkun í gervigreind tölvumiðstöðvum er LPO tækni að koma fram. LPO sendir útrýma hefðbundnum DSP (Digital Signal Processor), með því að nota línulega reklaflís til að keyra leysirinn beint, sem dregur úr orkunotkun um það bil 50%. Þegar horft er lengra fram í tímann miðar CPO tæknin að því að pakka sjónrænum sendum saman við skiptikubbinn og leysa í grundvallaratriðum vandamálið um hátíðni rafmerkjataps í PCB sporum.
4.4 Bylting í þunnri-mynd litíumníóbati (TFLN)
Í leitinni að meiri bandbreidd og minni orkunotkun hafa þunn-filmu litíum níóbat mótarar orðið að heitum rannsóknarreitum. Þeir bjóða upp á yfirburða línuleika og mikla bandbreidd samanborið við ljóseinda- og InP mótara úr sílikon, sem staðsetur þá til að gegna mikilvægu hlutverki í næstu-kynslóð 1.6T/3.2T sendum.
5. Niðurstaða
Sjónsendirinn er ekki aðeins líkamlegur upphafspunktur sjónsamskipta heldur einnig „kjarnavélin“ sem ákvarðar netbandbreidd, sendingarfjarlægð og kerfiskostnað.
Fyrir notendur iðnaðarins, þegar þeir velja ljósleiðaralausnir, er nauðsynlegt að horfa lengra en aðeins „hraða“ færibreytuna. Alhliða mat ætti að innihalda:
Umsóknarsvið:Stutt-samtenging innan gagnavera á móti langdrægum-fjarskiptanetum.
Kostnaðaruppbygging:VCSEL lausnir eru hentugar fyrir stór-stærri skammtíma-forrit; EML og sílikon ljóseindatækni henta fyrir-afkastamikil atburðarás.
Áreiðanleiki aðfangakeðju:Afkastageta fyrir háhraða leysiflögur er enn lítil. Það skiptir sköpum að velja framleiðendur með sjálfstæða rannsókna- og þróunargetu fyrir flís eða stöðugar aðfangakeðjur.
Með sprengingu í eftirspurn eftir gervigreind tölvuafli, er ljósfjarskiptaiðnaðurinn að breytast frá hefðbundnu líkani „rafmagnsdrifandi ljósfræði“ í átt að nýju tímabili „ljóstækni sem skilgreinir net“. Sem upphafspunktur ljósnetsins mun hvert tæknistökk í sjónsendum skilgreina bandbreiddarþakið fyrir næstu kynslóð stafrænna og greindra innviða.
