1 中山大学 电子与信息工程学院，广州 510275
2 中山大学 广东省光电信息处理芯片与系统重点实验室，广州 510275
单边带（SSB）直接检测系统由于其低成本、简单的系统架构以及对色散的高鲁棒性，是解决80 km数据中心光互连（DCI）极具吸引力的方案。然而，信号间拍频干扰（SSBI）将是SSB直接检测系统中面临的主要问题。为了解决SSB直接检测系统中的SSBI损伤问题，文章分别对基于同相/正交（IQ）调制器和双臂马赫曾德尔调制器（DDMZM）的SSB直接检测系统展开研究。针对这两种SSB直接检测系统，分别提出了一种基于时域迭代的SSB信号重构算法和基于DDMZM的无SSBI直接检测方案。通过对算法实现原理的阐述以及仿真与实验系统的搭建，并结合仿真和实验结果，探讨了这两种方案在SSBI损伤消除方面的有效性和可行性。
数据中心光互连 单边带直接检测 信号间拍频干扰 单边带信号重构 DCI SSB direct detection SSBI SSB signal reconstruction
杭州电子科技大学通信工程学院，浙江 杭州 310016
在基于阵列波导光栅（AWG）的光互连数据中心中，提出了一种改进的多信道矩阵接收方案，该方案允许每个节点同时接收任意一组波长。该方案基于差错控制编码理论设计了只需要使用少量接收机、固定波长滤波器和一个波长可变滤波器的组合。通过OptiSystem软件仿真验证了在10 Gbit/s和40 Gbit/s的传输速率下，新旧接收方案的接收差异。实验表明，该方案可以有效降低发射功率和减少接收端所需固定波长滤波器的数量，节约了数据中心的设备成本和功耗。
光通信 光互连数据中心 阵列波导光栅 矩阵接收 光学学报
2023, 43(13): 1306006
1 上海交通大学 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室, 上海 200240
2 中兴通讯股份有限公司, 广东 深圳 518055
3 移动网络和移动多媒体技术国家重点实验室, 广东 深圳 518055
系统地开展了基于光刻及湿法显影工艺制备的聚合物光波导散射损耗的理论及实验研究。研究了包括粗糙度、波导尺寸和工作波长等主要参数对散射损耗的影响, 采用激光共聚焦显微镜测量了光波导侧壁及上下表面的粗糙度。实验结果表明, 波导侧壁的平均粗糙度约为60nm, 是上下表面粗糙度的3倍。因此, 散射损耗主要由侧壁粗糙引起, 其大小是上下表面粗糙引入散射损耗的9倍。基于上述理论及实验结果, 通过优化波导设计, 制备了工作于1310nm波长、平均损耗为0.35dB/cm的低损耗单模聚合物光波导, 其作为高速高密度光背板的关键传输介质具有良好的应用前景。
1 重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065
2 上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室，上海 200240
光路由器作为实现信号传输与数据交换的基本元器件，被广泛应用于片上光互连网络中。二维光路由器可以有效降低系统复杂度，并且可以满足片上光互连网络中多种拓扑结构对路由的需求。因此，提出一种基于单个微环谐振器的小尺寸、低损耗二维光路由器方案。所提方案仅采用单个微环谐振器，即可实现二维的路由切换。该二维光路由器的最大串扰为－11.65 dB，尺寸仅为100 μm×65 μm，具有结构简单、尺寸小等优势，可被广泛应用于信号处理系统、通信系统和互联系统中。
集成光学 集成光学器件 光路由器 光互连网络 硅光子学 光学学报
2022, 42(22): 2213002
吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点实验室, 长春 130012
随着网络传输数据的爆炸式增长, 传统集成电路芯片面临着难以进一步提升交换速率及继续扩大容量等挑战。相较于传统电子芯片, 硅基光子器件具有交换速度快、功耗低、带宽大和与CMOS工艺兼容性好等优点, 可满足下一代全光交换网络、数据中心和高性能计算光互连的迫切需求, 被视为在后摩尔时代突破芯片容量最具前途的解决方案, 受到日益广泛关注。文章介绍了硅基光子芯片中光开关单元及阵列的技术原理和发展现状, 重点论述了MZI型、MRR型开关单元, 以及常见阵列拓扑结构, 介绍了近年来大规模光开关阵列的国内外研究进展, 讨论了未来硅基光开关及阵列研究中面临的主要问题和解决方法。
光互连 硅基光子 光开关 拓扑架构 光开关阵列 集成光子 optical interconnection silicon light optical switch topology framework optical switch array integrated photonics
杭州电子科技大学通信工程学院, 浙江 杭州 310000
无源光互连数据中心由于其低成本、低功耗和高速率受到了广泛关注。在无源光互连数据中心中,同时可用的信道数目不能超过可用波长数,波长数量也限制了总吞吐量。为了减少光互连数据中心的波长需求、提高光互连数据中心的波长利用率与可扩展性,将NRZ+Manchester信号结合偏振复用应用于光互连数据中心,实现机架内4个服务器共享一条波长,从而将吞吐量提升4倍。通过仿真验证了该方案在10 Gbit/s速率下能够只使用16个波长实现机架内64个服务器的光互连,在25 Gbit/s速率下只使用8个波长就能够实现32个服务器的光互连。该方案能够节省75%的波长数量,降低设备成本,提高光互连数据中心的吞吐量。
光通信 光互连数据中心 偏振复用 叠加信号 无源光互连 光学学报
2021, 41(15): 1506001
1 浙江大学信息与电子工程学院, 浙江 杭州 310027
2 之江实验室智能网络研究中心, 浙江 杭州 310027
3 中兴通讯股份有限公司移动网络和移动多媒体技术国家重点实验室, 浙江 杭州 518055
光互连具有低功耗、大带宽等优越性能,可以实现数据中心节点数与交换容量的大幅增大。提出了一种基于阵列波导光栅(AWGR)的新型大容量光互连架构,通过可调波长转换器与AWGR提供波长路由,并利用分布式控制实现快速配置与低延迟。无缓冲的光交换机可能产生数据包争用,基于光纤延迟线的光缓冲可用于争用解决。详细描述了分别适用于严格无阻塞网络与大规模互连的两种实现方案,对所提架构在不同网络规模、流量模式、缓冲容量下的性能进行分析对比,仿真结果表明,该架构可以互连32768个节点,且具有低延迟与大吞吐量。
光通信 光互连架构 无阻塞网络 低延迟 高吞吐量 丢包率 光学学报
2021, 41(14): 1406002
华中科技大学武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430074
随着云计算和数据中心的高速发展,片上集成光互连和光处理凭借在集成度、速度、带宽及功耗等方面的独特优势,成为突破传统电子瓶颈的关键技术。同时,光子具有频率、偏振、时间、复振幅及空间结构等多个物理维度,可发展为多维混合复用技术,进一步提升光互连和光处理的带宽。结合光场多个物理维度资源,分别对片上集成多维光互连和光处理的关键技术进行了回顾,并对其未来发展趋势进行总结和展望。
中国激光
2021, 48(12): 1206001
1 中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点实验室, 北京 100083
2 河南仕佳光子科技股份有限公司河南省光电芯片与集成重点实验室, 河南 鹤壁 458030
数据中心光互连正朝着高速方向发展。针对数据中心光互连过程,采用折射率差为1.5%的石英基二氧化硅光波导,设计并制备了光电集成的小型化、低损耗、小输出模场的四通道粗波分解复用芯片,该芯片满足高速数据中心200 Gbit·s -1/400 Gbit·s -1的传输速率要求,最小插入损耗小于1.07 dB,1 dB带宽大于13.7 nm,3 dB带宽大于16.1 nm,偏振相关损耗小于0.08 dB,相邻串扰大于24 dB,非相邻串扰大于30 dB。所设计的芯片完全满足高速数据中心光互连的波分复用芯片商用要求。
光学器件 粗波分解复用 数据中心光互连 石英基
随着互联网行业的高速发展, 数据中心光互连的扩展成为必然趋势, 数据中心波长资源不足将成为限制数据中心发展的重要因素。提出了一种波长重用无源光互连方案, 将2个信号调制在同一光载波上, 通过光正交调制技术使信号实现无误码传输。同时, 采用偏振复用技术, 将数据中心光互连所需波长数目减少为原来的14, 由此提高波长资源的利用率。
波长重用 偏振复用 无源光互连 数据中心 正交调制 wavelength reuse polarization multiplexing passive optical interconnection data centers quadrature modulation
