全球首個(gè)面向GPON/10G GPON融合的硅基片上四路復(fù)用器

  據(jù)愛(ài)光學(xué)報(bào)道，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革在全球深入發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能終端等產(chǎn)業(yè)也不斷完善和發(fā)展，尤其是2020年爆發(fā)了新冠肺炎疫情之后，在線教育、在線辦公、在線醫(yī)療等新興業(yè)務(wù)迅猛發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)作為基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)人類社會(huì)發(fā)展的支撐作用不斷凸顯。

  目前，隨著用戶的帶寬需求不斷增長(zhǎng)，現(xiàn)有接入網(wǎng)技術(shù)亟需不斷升級(jí)以適應(yīng)更大帶寬要求。作為當(dāng)前主流寬帶接入技術(shù)，無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(Passive Optical Network，PON)正經(jīng)歷從EPON/GPON到10G PON的升級(jí)發(fā)展歷程，推動(dòng)全球?qū)拵Ы尤胧袌?chǎng)步入千兆時(shí)代。

  另一方面，現(xiàn)網(wǎng)存有大量GPON/EPON在線設(shè)備，并不可能一蹴而就全部替換為10G PON系統(tǒng)。這意味著GPON/EPON與10G PON將形成并存局面。因此，如何保證不影響現(xiàn)有業(yè)務(wù)的前提下進(jìn)行平滑升級(jí)演進(jìn)到10G PON網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)非常實(shí)際且重要的問(wèn)題。

  為解決該問(wèn)題，人們提出了一種四路復(fù)用架構(gòu)，即：同時(shí)對(duì)GPON雙通道(1310/1490 nm)和10G GPON雙通道(1270/1577 nm)進(jìn)行合/分，從而保證GPON向10G GPON的平滑演進(jìn)。在此架構(gòu)中，其核心器件為四路復(fù)用-解復(fù)用器件，以往通常采用分立元件組裝封裝而成。其弊端是成本高、尺寸大且不易封裝，遠(yuǎn)不能滿足未來(lái)集成化小型化收發(fā)芯片的發(fā)展需求。

  因此，亟需發(fā)展新一代片上集成四路復(fù)用-解復(fù)用器，其挑戰(zhàn)在于1310/1490/1270/1577 nm等四波長(zhǎng)通道中心波長(zhǎng)跨度極大且波長(zhǎng)間隔和通道帶寬極其不均勻，采用陣列波導(dǎo)光柵、微環(huán)濾波器等常見(jiàn)結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)。

  最近，浙江大學(xué)戴道鋅教授團(tuán)隊(duì)提出和實(shí)現(xiàn)了國(guó)際首個(gè)片上四路復(fù)用器，采用了獨(dú)特的多模波導(dǎo)光柵濾波器級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)(如圖1所示)，相關(guān)結(jié)果發(fā)表于Photonics Research 2021年第5期。

圖1 提出的硅基四路復(fù)用器結(jié)構(gòu)示意圖

  該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：充分利用多模波導(dǎo)光柵濾波器的靈活性和擴(kuò)展性，圓滿解決了其通道波長(zhǎng)跨度大和帶寬不均勻帶來(lái)的設(shè)計(jì)難題，實(shí)現(xiàn)了1270、1310、1490及1577nm通道合/分，其帶寬均接近于國(guó)際電信聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)所要求的~20、~40、~20和~5 nm，且各通道獲得了具有低損耗(<0.5 dB)和低串?dāng)_(<?24 dB)的高性能平頂型光譜響應(yīng)。

  戴道鋅教授表示，與分立式元件組裝的四路復(fù)用器相比，該團(tuán)隊(duì)所實(shí)現(xiàn)的硅基片上四路復(fù)用器具有小尺寸和高性能等突出優(yōu)勢(shì)，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)單片集成收發(fā)芯片奠定關(guān)鍵器件基礎(chǔ)，可顯著降低收發(fā)模塊復(fù)雜度及尺寸，并促進(jìn)PON網(wǎng)絡(luò)升級(jí)換代。

  在此基礎(chǔ)上，未來(lái)還可進(jìn)一步與光探測(cè)器/光調(diào)制器等有源器件實(shí)現(xiàn)功能集成，推動(dòng)收發(fā)一體化芯片的發(fā)展。