由于智能手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備對(duì)互聯(lián)網(wǎng)流量的需求日益增長(zhǎng)，40 Gb/s和100 Gb/s系統(tǒng)已引入到骨干網(wǎng)絡(luò)中。為了進(jìn)一步擴(kuò)展傳輸容量，在現(xiàn)有光纖上進(jìn)行400 Gb/s和1 Tbps系統(tǒng)傳輸，預(yù)計(jì)采用16 QAM雙子載波，基于DSP的濾波技術(shù)和非線性補(bǔ)償技術(shù)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)途大容量傳輸。需要一種線寬小于300 kHz、波長(zhǎng)寬可調(diào)范圍且精度為±1.5 GHz的可調(diào)激光器，具備緊湊結(jié)構(gòu)和低功耗特性。

在過去十年中，可調(diào)諧激光器集成技術(shù)的進(jìn)步與對(duì)更小體積的需求同步。2011年，可調(diào)諧激光器遵循MSA實(shí)現(xiàn)ITLA。到2015年，采用uITLA外形尺寸，為原始ITLA封裝體積的22%。2019年，nanoITLA外形尺寸進(jìn)一步縮小，占uITLA體積的39%。

在100G ZR相干接入中使用QSFP28插接模塊需進(jìn)一步集成激光器。在QSFP28模塊，功耗較低、尺寸略小，需使用更小體積、功耗更低的專用激光器解決方案。

1、FURUKAWA

1）uITLA

標(biāo)準(zhǔn)ITLA尺寸為74.0×30.5毫米，而uITLA尺寸為37.5×20.0毫米。

激光芯片具有不同發(fā)射波長(zhǎng)的DFB陣列、MMI耦合器、SOA（補(bǔ)償MMI耦合器損耗）組成。DFB激光陣列共有12個(gè)，通過溫度控制實(shí)現(xiàn)全C波段或全L波段輸出。波長(zhǎng)鎖定器由兩個(gè)PD和一個(gè)波長(zhǎng)濾光片組成，實(shí)現(xiàn)光輸出與波長(zhǎng)之間的反饋控制。模塊內(nèi)有兩個(gè)TEC，分別獨(dú)立控制激光芯片或波長(zhǎng)濾光片的溫度。

表1展示標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。

表2展示為標(biāo)準(zhǔn)使用的Telcordia GR-468-CORE9的可靠性測(cè)試項(xiàng)目。在75°C下持續(xù)工作2000小時(shí)后，光纖輸出功率±10%，波長(zhǎng)±10 pm，均符合規(guī)范要求。施加600 V后，光纖輸出功率±10%，波長(zhǎng)±10 pm，結(jié)果均符合規(guī)范。

2）nanoITLA

開發(fā)一款采用新型設(shè)計(jì)的集成波長(zhǎng)可調(diào)諧激光芯片及PLC波長(zhǎng)鎖定器。在激光芯片中，在增益區(qū)前后分別配備兩種不同類型的波長(zhǎng)選擇性反射器（DBR+環(huán)形諧振腔），輸出端集成SOA。每個(gè)反射器上集成微加熱器，通過局部加熱控制濾波譜。DBR具有八個(gè)反射峰且反射率幾乎相同。利用DBR和環(huán)形諧振器的 Vernier效應(yīng)實(shí)現(xiàn)寬帶可調(diào)諧。

圖3展示激光模塊，包括可調(diào)諧波長(zhǎng)激光芯片、TEC、光分束器、光隔離器、透鏡、PD以及PLC波長(zhǎng)鎖。采用PLC作為波長(zhǎng)鎖相器件，取代空間光學(xué)系統(tǒng)，PLC折射率差為5%，實(shí)現(xiàn)最小化尺寸1.7 mm × 2.5 mm。圖4展示PLC光路原理圖。環(huán)形諧振器長(zhǎng)度分別為2565.0 µm和2565.3 µm，頻率相差20 GHz。

nanoITLA尺寸為25.1 mm × 15.6 mm × 6.4 mm，體積比uITLA小一半，可容納QSFP-DD 或OSP封裝中。

圖7展示器件實(shí)現(xiàn)41 nm波長(zhǎng)調(diào)諧范圍，光纖輸出功率達(dá)到17 dBm，微加熱器的最大功耗為220 mW。所有波長(zhǎng)獲得小于100 kHz窄線寬。當(dāng)環(huán)境溫度在–5°C至80°C范圍內(nèi)時(shí)，激光輸出波長(zhǎng)精度保持在±0.5 GHz以內(nèi)。

Lumentum的nanoITLA基于獨(dú)-有ECL技術(shù)，封裝體積比uITLA產(chǎn)品小40%（滿足QSFP-DD/OSFP設(shè)計(jì)需求），ECL具有較長(zhǎng)腔長(zhǎng)，可產(chǎn)生業(yè)內(nèi)最窄光譜線寬（<100 kHz），頻率精度達(dá)±1.5 GHz，輸出功率最高可達(dá)+18 dBm，典型功耗為2.5 W  ，是下一代100/400/800G相干系統(tǒng)的理想光源。

ECLs已成為電信行業(yè)最-先-進(jìn)的解決方案，能夠提供高質(zhì)量、低噪聲、窄線寬和寬調(diào)諧范圍的激光束。早期的ECL激光器需要使用自由空間的光學(xué)元件，如透鏡和反射鏡，作為外部腔體。這種自由空間耦合效率較低，增加制造和裝配復(fù)雜性，帶來成本問題。

2019年，NeoPhotonics（Lumentum）通過獨(dú)立芯片制造外部腔體，將其與激光芯片連接，雖然兩個(gè)芯片連接仍存在一定的制造復(fù)雜性，但更具可行性且更易于擴(kuò)展。

3、EFFECT Photonics

ECLs一直是行業(yè)電信領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)，擴(kuò)大激光器產(chǎn)量的最佳方法是盡可能將多個(gè)激光功能（增益介質(zhì)、激光腔和波長(zhǎng)鎖定）單片集成。

EFFECT Photonics通過使用多個(gè)環(huán)形諧振器及其他光學(xué)元件，單片集成的InP可調(diào)諧激光器，包括增益區(qū)、激光腔體、光放大器和波長(zhǎng)鎖定器。

EFFECT Photonics開發(fā)出一種全新PicoITLA（pITLA）模塊，將所有激光功能集成于一個(gè)封裝中，成為適用于相干應(yīng)用的全-球-最小ITLA，體積為nanoITLA模塊的20%。

Effect Photonics總部位于埃因霍溫，于2022年從Viasat收購相干DSP資源，計(jì)劃將其與ITLA技術(shù)結(jié)合，以在光互連市場(chǎng)中展開競(jìng)爭(zhēng)。pico-ITLA低功耗、可調(diào)諧，專為相干傳輸需求設(shè)計(jì)。

對(duì)于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，Coherent旗下Steelerton DSP的100ZR DSP產(chǎn)品已于2024年年中開始發(fā)貨。EFFECT Photonics的100ZR最初在ECOC 2022展會(huì)報(bào)告中被提及，但尚未正式面世。

Effect Photonics發(fā)布兩款OIF MSA ITLA。pITLA輸出14dBm，C波段，適配100G ZR相干光模塊；nITLA功率17dBm，面向400G/800G ZR長(zhǎng)距相干傳輸。

最后核心參數(shù)對(duì)比一覽表。

參考文獻(xiàn)： 微信公眾號(hào)·光芯之路

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