为了进一步提高光模块光学耦合效率和出光光功率， 设计和优化了400G光收发模块，使用带有透镜的无源器件作为光学耦合的重要部件，以提高耦合效率；采用输入/输出缓冲区信息规范(IBIS)模型对光模块的高频电路进行分析与优化；最后，对光模块进行了光学设计、链路仿真和测试。测试结果表明：设计的光收发模块眼图较为清晰，光眼图抖动为2.3 ps左右，各个通道具有较好的一致性，202 s内无误码；信号传输100 m后，未出现丢包情况，系统性能比较稳定。
光模块 多路并行收发驱动电路 短距离传输 印制电路板埋铜技术 optical module, multiplex parallel transceiver dri
1 长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130022
2 苏州联讯仪器股份有限公司设备部，江苏 苏州 215000
为了测试高速通信光模块在极端环境下的工作性能，并提升其出厂测试效率，设计了高速通信光模块热控系统。使用该系统不仅可以实现单独测试QSFP-DD封装模式的光模块，还可以实现双通道并行测试QSFP-28封装模式的光模块，成功使光模块测试效率提升一倍。首先，根据半导体制冷器的特性设计了待测试件热电制冷器组件，Flotherm的仿真结果表明热电制冷器组件可用。接着，根据半导体制冷器的原理及特性，设计了热排散系统。最后，将热控系统与水冷机的控温效率和效果做对比。实验结果表明：热控系统可以在110 s内实现光模块壳温在0~65 ℃之间的快速调控。热控系统基本满足对常用封装方式的高速通信光模块的控温需求，且相对于水冷机而言，具有小型化、低噪音、零震动的优势，更利于光模块集成化测试。
光纤通信 热控系统 热仿真 光模块 optical fiber communication thermal control system thermal simulation optical module 红外与激光工程
2023, 52(5): 20220705
1 深圳市恒宝通光电子股份有限公司，广东深圳 518000
2 深圳恒朴光电科技有限公司，广东深圳 518000
近年来，双密度四通道小型可插拔封装（QSFP-DD）形式的200/400 Gbit/s光模块，以其相对低功耗和体积小便于高密度部署的优势得到电信市场和数据中心市场的青睐，但高速率和小体积带来的散热条件恶化问题限制了QSFP-DD光模块的使用环境。文章采用有限元方法对QSFP-DD模块进行热学建模仿真，研究了200 Gbit/s QSFP-DD 4通道长距离（LR4）光模块在高温环境下的内部温度场，验证了导热垫对改善模块内部散热条件的效果，并实测了模块在高温环境下的性能，为QSFP-DD光模块的设计和应用提供了参考。
双密度四通道小型可插拔封装光模块 导热垫 热分析 QSFP-DD optical modules thermal pad thermal analysis
1 武汉邮电科学研究院, 武汉 430074
2 武汉光迅科技股份有限公司, 武汉 430074
随着第五代移动通信(5G)网络全面部署, 光通信产业进入到全面快速发展的阶段。根据数据中心光模块的市场需求, 光模块在未来必然向高速率和低价格方向发展。文章所研究的400 Gbit/s双密度四通道小型可插拔封装(QSFP-DD)光收发模块采用近高斯光束理论进行光路设计, 并通过ZEMAX软件进行光路仿真分析, 使用优化函数对球面参数进行优化, 最终得到耦合效率为74.8%, 分析不同偏移下的耦合效率以得到误差范围。对接触面的菲涅尔反射进行分析, 对比不同研磨角度下的器件性能以及模块高温传纤测试, 通过对比选择斜8 °进行适配。根据实验结果对比协议要求, 文章的光路设计搭配斜8 °的光纤可以很好地满足使用场景。
数据中心 光通信 400 Gbit/s光模块 光路仿真 回波损耗 dater center optical communication 400 Gbit/s optical module simulation of light path return loss
1 武汉邮电科学研究院, 武汉 430074
2 武汉光迅科技股份有限公司, 武汉 430205
如今数据中心的业务流量需求急剧上升, 很多服务商早已开始着手400 Gbit/s以太网通信系统的建设。相比于100 Gbit/s光模块, 400 Gbit/s光模块可提供更高的传输带宽以及更低的功耗和成本。针对上述需求, 文章提出了一种应用于数据中心光通信网络系统的400 Gbit/s光收发模块设计方案。首先介绍了400 Gbit/s光模块的相关协议及标准, 然后给出了模块的总体设计框架, 主要从速率转换、发射、接收和监控4部分进行了阐述, 最后对该模块进行了测试。测试结果表明, 该模块符合各项协议与标准的规定, 是一种能实现数据中心400 Gbit/s以太网传输的良好解决方案。
数据中心 光通信 400 Gbit/s以太网 400 Gbit/s光模块 data center optical communication 400 Gbit/s Ethernet 400 Gbit/s optical module
1 武汉邮电科学研究院, 武汉 430074
2 武汉光迅科技股份有限公司, 武汉 430205
针对传统C波段高速光模块传输距离过短的问题, 文章对一种准相干接收技术进行了研究, 结合现有25 Gbit/s光模块进行了实验, 并讨论了准相干接收技术的应用方案。研究发现, 准相干接收技术以外差相干检测技术为基础, 具有结构简单和成本低等优点, 在不使用额外的电或光色散补偿技术的前提下, 准相干接收机也能有效减少色散对高速光模块传输距离的影响。实验结果表明, 准相干接收机对因色散而劣化的光信号具有很强的处理能力, 使用准相干接收机可以显著提高光模块的传输灵敏度, 能够将采用传统强度调制技术的C波段25 Gbit/s光模块的传输距离从当前的10 km左右延长至25 km以上。
准相干接收机 C波段 25 Gbit/s光模块 色散 quasi-coherent receiver C-band 25 Gbit/s optical transceiver chromatic dispersion
1 北京交通大学理学院光信息科学与技术研究所发光与光信息技术教育部重点实验室，北京 100044
2 中国科学院半导体研究所集成光电子学实验室，北京 101408
光通信系统中，高阶调制技术能以较低的电子速率实现更高的系统容量和更高的频谱效率，四阶脉冲幅度调制(PAM4)为以太网高速通信提供了一种有效可行的解决方案。为了满足集成化、低成本的需要，提出一种 PAM4传输方案，并利用商用 2.5GHz光器件通过双通道耦合的方法，实现了 5Gbit/sPAM4信号的传输实验方案; 并设计一种离线 DSP方案，对传输实验结果的数据进行优化。测试结果显示得到了较好的眼图，表明该方案应用于短距互联，可提高系统传输效率。
光模块 四阶脉冲幅度调制 光纤通信系统 数字信号处理 opticalmodule PAM4 opticalfibercommunicationsystem DSP
科锐安通讯技术(上海)有限公司, 上海 201203
线路侧光模块CFP2-DCO在4G/5G网络建设中具有重要而广泛的应用, 而光信噪比(OSNR)指标是评估其性能的重要参数。光纤通信系统中的偏振模色散(PMD)及色度色散(CD)的干扰, 对OSNR性能有重要的影响, PMD及CD的干扰对系统OSNR造成的劣化即为PMD、CD的OSNR代价。探讨了OSNR的不同测试方法, 并针对通信设备制造商在实验室对OSNR进行测试的需求, 搭建了一种OSNR及PMD、CD干扰代价的自动化测试平台。利用该平台对CFP2-DCO的OSNR及PMD、CD的OSNR代价进行了测试, 并进一步测试得到叠加PMD、CD干扰后的OSNR代价及PMD、CD与OSNR的关系曲线。测试结果表明: PMD、CD的干扰越大, 通信系统对OSNR的要求越高, 因此应尽量降低系统的PMD、CD干扰, 从而可以优化系统性能, 提高通信质量。
数字相干光模块 密集波分复用 可重构光分插复用器 光信噪比 光传送网 偏振模式色散 色度色散 digtal coherent opic module dense wavelength division multiplexing reconfigurable optical add drop multiplexer optical signal-to-noise ratio optical transmission network polarization mode dispersion chromatic dispersion
科锐安通讯技术(上海)有限公司, 上海 201203
线路侧光模块CFP2-DCO在4G/5G网络建设中具有重要而广泛的应用, 而光信噪比(OSNR)指标是评估其性能的重要参数。对OSNR的不同测试方法进行了探讨, 并针对通信设备制造商在实验室对OSNR容限进行测试的需求, 提出了一种对CFP2-DCO的OSNR指标自动化测试的方法, 测试了发射端根升余弦(RRC)滤波器滚降(roll-off)系数的设置以及接收端载波相位恢复(CPR)窗口大小的设置对OSNR的代价, 并结合实际对roll-off和CPR窗口大小的选择进行了分析。测试结果表明, 对于QPSK的几种调制模式, RRC的roll-off值的选取对OSNR的代价几乎可以忽略; 对于16QAM调制模式, RRC的roll-off为0.5时, OSNR的代价最小; 对于8QAM调制模式, roll-off值为0.2时, OSNR代价最小; 对于Differential QPSK模式, 选用比较窄的8 symbols的窗口可以获得最好的性能。而对于相邻通道没有OOK调制和DCF的系统, non-differential算法可以起到好的效果。该测试方法对通信设备制造商的DWDM及ROADM系统性能测试及评估具有指导及借鉴意义。
数字相干光模块CFP2-DCO 密集波分复用 可重构光分插复用器 光信噪比 前向纠错 光传送网 digital coherent optical module CFP2-DCO DWDM ROADM OSNR FEC OTN
粗波分复用(CWDM)是一种低成本高可靠性的通信技术, 在城域网等领域得到了广泛的应用。基于CWDM技术, 设计开发了符合行业标准的100 G光模块, 该光模块采用QSFP28封装, 并对光模块发射接收性能进行了测试和优化。经验证该光模块发射光眼图满足30% margin, 接收灵敏度小于-10 dBm, 可满足高速数据通信系统的要求。
光模块 coarse wavelength division multiplexing (CWDM) CWDM 100 G 100G QSFP28 QSFP28 optical transceiver module
