眾所周知，40G模塊是下一代高速率和大容量的光網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)與關(guān)鍵部件。伴隨40G光模塊大規(guī)模部署初現(xiàn)端倪，100G調(diào)制編碼格式也漸漸浮出水面。面對(duì)眾多特征各異的傳輸碼型，在綜合考慮其他系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的基礎(chǔ)上，業(yè)界主要從傳輸距離、通路間隔、向下兼容、模塊成本與傳輸性能的平衡等方面進(jìn)行綜合選擇。目前，烽火科技旗下的武漢電信器件公司（WTD）已相繼成功開發(fā)了40GTransponder和CFP系列光收發(fā)模塊產(chǎn)品，為設(shè)備商和系統(tǒng)集成商縮減開發(fā)周期提供了方便。WTD密切關(guān)注業(yè)界動(dòng)向，在攻克了高速數(shù)字信號(hào)處理（DSP）技術(shù)與模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）技術(shù)方面的難關(guān)后，又將目光投向了相干光通信領(lǐng)域。
相干檢測(cè)與DSP技術(shù)相結(jié)合，可以在電域進(jìn)行載波相位同步和偏振跟蹤，清除了傳統(tǒng)相干接收的兩大障礙。基于DSP的相干接收機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有硬件透明性；可在電域補(bǔ)償各種傳輸損傷，簡(jiǎn)化傳輸鏈路，降低傳輸成本；支持多進(jìn)制調(diào)制格式和偏振復(fù)用，實(shí)現(xiàn)高頻譜效率的傳輸。結(jié)合目前國(guó)內(nèi)光通信行業(yè)實(shí)際情況來看，這無疑是一種非常理想的高速解決方案。業(yè)界近年來對(duì)于100G模塊的研究和開發(fā)動(dòng)向也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。那么，WTD在偏振復(fù)用相干檢測(cè)光模塊產(chǎn)品的開發(fā)過程中采用了怎樣的技術(shù)思路呢？
一．相干光通信技術(shù)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)
相干光通信充分利用了相干通信方式所具有的混頻增益、出色的信道選擇性及可調(diào)性等特點(diǎn)。與IM/DD系統(tǒng)相比，相干光通信系統(tǒng)具有以下獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：
1.靈敏度高，中繼距離長(zhǎng)
相干光通信的一個(gè)最主要的優(yōu)點(diǎn)是能進(jìn)行相干探測(cè)，從而改善接收機(jī)的靈敏度。在相干光通信系統(tǒng)中，經(jīng)相干混合后輸出的光電流的大小與信號(hào)光功率和本振光功率的乘積成正比。在相同的條件下，相干接收機(jī)比普通接收機(jī)提高靈敏度約18dB，可以達(dá)到接近散粒噪聲極限的高性能，因此也增加了光信號(hào)的無中繼傳輸距離。
2.選擇性好，通信容量大
相干光通信的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是可以提高接收機(jī)的選擇性。在直接探測(cè)中，接收波段較寬，為抑制噪聲的干擾，探測(cè)器前通常需要放置窄帶濾光片，但其頻帶仍然很寬。在相干外差探測(cè)中，探測(cè)的是信號(hào)光和本振光的混頻光，因此只有在中頻頻帶內(nèi)的噪聲才可以進(jìn)入系統(tǒng)，而其他噪聲均被帶寬較窄的微波中頻放大器濾除�？梢姡獠钐綔y(cè)有良好的濾波性能，這在相干光通信的應(yīng)用中會(huì)發(fā)揮重大作用。此外，由于相干探測(cè)優(yōu)良的波長(zhǎng)選擇性，相干接收機(jī)可以使波分復(fù)用系統(tǒng)的頻率間隔大大縮小，即密集波分復(fù)用(DWDM)，取代傳統(tǒng)光復(fù)用技術(shù)的大頻率間隔，具有以波分復(fù)用實(shí)現(xiàn)更高傳輸速率的潛在優(yōu)勢(shì)。
3.可以用電子學(xué)的均衡技術(shù)來補(bǔ)償光纖中光脈沖的色散效應(yīng)
如果外差檢測(cè)相干光通信中的中頻濾波器的傳輸函數(shù)正好與光纖的傳輸函數(shù)相反，即可降低光纖色散對(duì)系統(tǒng)的影響。
二．WTD開發(fā)高速偏振復(fù)用相干檢測(cè)光模塊的技術(shù)考量
為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、有效、可靠的相干光通信，WTD在利用相干光通信技術(shù)開發(fā)高速偏振復(fù)用相干檢測(cè)光模塊產(chǎn)品系列時(shí)主要考慮了以下幾個(gè)技術(shù)要點(diǎn)。
1.采用高標(biāo)準(zhǔn)的光源技術(shù)
相干光纖通信系統(tǒng)中對(duì)信號(hào)光源和本振光源的要求比較高，它要求光譜線窄、頻率穩(wěn)定度高。光源本身的譜線寬度決定了系統(tǒng)所能達(dá)到的最低誤碼率，應(yīng)盡量減小，同時(shí)半導(dǎo)體激光器的頻率對(duì)工作溫度與注入電流的變化非常敏感，其變化量一般在每攝氏度幾十吉赫茲和每毫安幾十吉赫茲左右，因此，為使頻率穩(wěn)定，除注入電流和溫度穩(wěn)定外，還應(yīng)采取其他穩(wěn)頻措施，使光頻保持穩(wěn)定。
2.在接收技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)突破
相干檢測(cè)的接收技術(shù)包括兩部分，一部分是光的接收技術(shù)，另一部分是中頻之后的各種制式的解調(diào)技術(shù)。
平衡接收法：在頻移鍵控(FSK)制式中，由于半導(dǎo)體激光器在調(diào)制過程中難免帶有額外的幅度調(diào)制噪聲，利用平衡接收方法可以減少調(diào)幅噪聲。平衡法的主要思想是當(dāng)光信號(hào)從光纖進(jìn)入后，本振光經(jīng)偏振控制以保證與信號(hào)的偏振狀態(tài)相適應(yīng)，本振光和信號(hào)光同時(shí)經(jīng)過偏振分束器分為兩路，分別輸入兩個(gè)相同的PIN光電檢測(cè)器，使得兩個(gè)光電檢測(cè)器輸出的是等幅度而反相的包絡(luò)信號(hào)，再將這兩個(gè)信號(hào)合成后，使得調(diào)頻信號(hào)增加1倍，而寄生的調(diào)幅噪聲相互抵消，直流成分也抵消，達(dá)到消除調(diào)幅噪聲影響的要求。
偏振控制技術(shù)：相干光通信系統(tǒng)接收端必須要求信號(hào)光和本振光的偏振同偏，才能取得良好的混頻效果，提高接收質(zhì)量。信號(hào)光經(jīng)過單模光纖長(zhǎng)距離傳輸后，偏振態(tài)是隨機(jī)起伏的，為了解決這個(gè)問題，提出了很多方法，如采用保偏光纖、偏振控制器和偏振分集接收等方法。光在普通光纖中傳輸時(shí)，相位和偏振面會(huì)隨機(jī)變化，保偏光纖就是通過工藝和材料的選擇使得光相位和偏振保持不變的特種光纖，但是這種光纖損耗大，價(jià)格也非常昂貴；偏振控制器主要是使信號(hào)光和本振光同偏，這種方法響應(yīng)速度比較慢，環(huán)路控制的要求也比較高；偏振分集接收主要是利用信號(hào)光和本振光混頻后，由偏振分束元件將混合光分成兩個(gè)相互垂直的偏振分量，本振光兩個(gè)垂直偏振分量由偏振控制器控制，使兩個(gè)分量功率相等，這樣當(dāng)信號(hào)光中偏振隨機(jī)起伏也許造成其中一個(gè)分支中頻信號(hào)衰落，但另一個(gè)分支的中頻信號(hào)仍然存在，所以該系統(tǒng)最后得到的解調(diào)信號(hào)幾乎和信號(hào)光的偏振無關(guān)，該技術(shù)響應(yīng)速度比較快，比較實(shí)用，但實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜。
3.采用外光調(diào)制技術(shù)
由于半導(dǎo)體激光器光載波的某一參數(shù)直接調(diào)制時(shí)，總會(huì)附帶產(chǎn)生對(duì)其他參數(shù)的寄生振蕩，如幅移鍵控(ASK)直接調(diào)制伴隨著相位的變化，而且調(diào)制深度也會(huì)受到限制。另外，還會(huì)遇到頻率特性不平坦及張弛振蕩等問題。因此，在相干光通信系統(tǒng)中，除FSK可以采用直接注入電流進(jìn)行頻率調(diào)制外，其他都是采用外光調(diào)制方式。
4.合理運(yùn)用非線性串?dāng)_控制技術(shù)
由于在相干光通信中，常采用密集波分復(fù)用技術(shù)。因此，光纖中的非線性效應(yīng)可能使相干光通信中的某一信道的信號(hào)強(qiáng)度和相位受到其他信道信號(hào)的影響，而形成非線性串?dāng)_。
三．WTD40G/100G高速光收發(fā)模塊的技術(shù)成果
業(yè)界近年來在光器件方面取得了很大的進(jìn)步，其中激光器的輸出功率、線寬、穩(wěn)定性和噪聲，以及光電探測(cè)器的帶寬、功率容量和共模抑制比都得到了很大的改善，微波電子器件的性能也大幅提高，這些進(jìn)步使得相干光通信系統(tǒng)商用化變?yōu)榭赡�。�?0G/100G高速光收發(fā)模塊領(lǐng)域，WTD開發(fā)的40G光收發(fā)模塊正逐步采用公司自主開發(fā)的40G光器件及40GPIN管芯，產(chǎn)品采用的偏振復(fù)用相干檢測(cè)技術(shù)、40G光器件側(cè)向耦合光纖構(gòu)件設(shè)計(jì)、DPSK/DQPSK模塊延遲干涉控制和高速光電組件及其芯片倒裝結(jié)構(gòu)等方案獨(dú)具創(chuàng)新性，產(chǎn)品在長(zhǎng)距離傳輸上具有更好的色度色散容限、偏振模色散容限和抗非線性的性能，光信噪比、抖動(dòng)特性、色散容限等重要指標(biāo)達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品先進(jìn)水平，目前正力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的40G/100G高速率大容量高端光器件以及完全國(guó)產(chǎn)化的目標(biāo)。在100G光收發(fā)模塊產(chǎn)品領(lǐng)域，WTD已開展相關(guān)技術(shù)的開發(fā)和方案設(shè)計(jì)工作，目前正朝向提供40G/100G高速光收發(fā)模塊完整解決方案的目標(biāo)邁進(jìn)。伴隨高速光收發(fā)模塊產(chǎn)品在一批國(guó)內(nèi)外知名系統(tǒng)設(shè)備商的數(shù)據(jù)通信設(shè)備上的批量應(yīng)用，在我國(guó)國(guó)家重點(diǎn)工程，高速城域網(wǎng)重點(diǎn)工程以及高速骨干網(wǎng)中工程已越來越多地采用了WTD的高速光收發(fā)模塊，產(chǎn)品更引起了日本和歐洲的一些著名設(shè)備制造商的關(guān)注，2012年有望在國(guó)際市場(chǎng)上取得突破。WTD成功開發(fā)的40G/100G高速光收發(fā)模塊將以低成本的優(yōu)勢(shì)，滿足全球高速模塊旺盛的市場(chǎng)需求，從而帶動(dòng)整個(gè)光通信產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。
