Интегральная Фотоника

Когерентные приемо-передатчики позволяют достичь высокой скорости передачи данных, а также обеспечить более эффективное использование пропускной способности оптоволоконных каналов благодаря возможности детектирования и использования фазовой информации сигнала.

100G/400G PAM4 модули являются одним из ключевых элементов современных оптических коммуникационных систем. Они используют технику модуляции PAM4 (Pulse Amplitude Modulation with 4 levels) для передачи данных на скоростях 100 Гбит/с и 400 Гбит/с.

Принцип работы этих модулей основан на изменении амплитуды импульсов света, чтобы кодировать информацию. В отличие от более простой техники двоичной амплитудной модуляции (BAM), где каждый символ представлен одним уровнем амплитуды, в PAM4 каждый символ представлен четырьмя уровнями амплитуды.

Для достижения этого используются высокоскоростные лазерные диоды или лазерный источник света, способные создавать короткие и интенсивные импульсы света. Эти импульсы проходят через оптическое волокно и приходят к фотоприемнику, который обратно преобразует оптический сигнал в электрический сигнал.

На стороне приемника сигнала проводится обработка и демодуляция сигнала PAM4, чтобы извлечь передаваемую информацию. Для этого используются специальные алгоритмы обработки сигнала, такие как линейное сочетание (linear equalization) и решающее устройство (decision device), которые позволяют достичь высокой скорости передачи данных.

100G/400G PAM4 модули имеют большую пропускную способность по сравнению с более старыми технологиями модуляции, такими как NRZ (Non-Return to Zero). Они могут быть использованы в различных приложениях связи, включая центры обработки данных (data centers), телекоммуникационные системы и другие высокоскоростные оптические коммуникационные системы.

Интегральные волноводы являются ключевыми компонентами фотоники, которые позволяют управлять и направлять поток света на кристаллическом чипе. Они основаны на принципе распространения оптической энергии в виде электромагнитных волн по специально созданным структурам.

Принцип работы интегральных волноводов базируется на использовании оптического явления, называемого полным отражением. Полное отражение происходит при переходе света из среды с более высоким показателем преломления (обычно это материал подложки) в среду с более низким показателем преломления (например, слой фоторезиста). В результате этого явления свет остается запертым и может быть направлен по определенной траектории.

Основная конструкция интегрального волновода состоит из двух или более слоев материала с различными показателями преломления. Обычно используются методы литографии и химической обработки для создания этих структур на поверхности кристаллического чипа. В результате получается плоский волновод, где свет распространяется вдоль определенной траектории.

Интегральные волноводы могут быть различных типов, таких как прямые (straight), изгибаемые (bent) или спиральные (spiral). Это позволяет создавать разнообразные схемы и компоненты на основе этих структур, такие как делители мощности, фазовращатели, модуляторы и детекторы.

Принцип работы интегральных волноводов заключается в передаче и управлении светом по заданной траектории без значительных потерь. Они играют ключевую роль в современной фотонике для достижения высокой скорости передачи данных и минимизации помех при обработке оптических сигналов.

Устройства для связи внутри платы, также известные как Co-packaged Optics (CPO), представляют собой технологию, которая интегрирует оптические модули непосредственно на поверхности чипа электронного устройства. Они обеспечивают высокую пропускную способность и малую задержку передачи данных на коротких расстояниях.

Принцип работы CPO основан на использовании компактных оптических модулей, которые содержат лазерный и фотодетекторный элементы, а также необходимую оптическую систему для направления светового потока. Эти модули размещены близко к процессорам или другим активным элементам на самой плате.

В процессе работы CPO использует волноводы для руководства светом от лазера до приемника. Волноводы могут быть выполнены из материалов с высоким показателем преломления, чтобы минимизировать потери сигнала. Лазер генерирует оптический сигнал, который затем направляется через волновод к фотодетектору. Фотодетектор преобразует оптический сигнал обратно в электрический, который затем может быть обработан процессором или другими устройствами на плате.

Преимущества работы CPO включают высокую пропускную способность, низкую задержку и малый размер. Они также позволяют достичь более компактного дизайна системы, что особенно важно для современных вычислительных устройств с большой плотностью компонентов. Кроме того, использование оптической связи помогает снизить потребление энергии и повысить производительность системы.