Chức năng mô-đun thu phát quang hoạt động thông qua Photonics

 

 

Mô-đun thu phát quang chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang và ngược lại bằng nguyên lý quang tử. Chức năng của mô-đun thu phát quang học tập trung vào các tia laser bán dẫn phát ra ánh sáng và bộ tách sóng quang nhận ánh sáng, cho phép truyền dữ liệu hai chiều qua cáp quang. Quá trình chuyển đổi quang điện này xảy ra thông qua thao tác có kiểm soát đối với các photon ở bước sóng gần{2} hồng ngoại.

 

 

Các thành phần quang tử lõi cho phép chuyển đổi tín hiệu

 

Chức năng mô-đun thu phát quang học cơ bản dựa vào hai cụm quang tử con-hoạt động song song. TOSA (Tập hợp-quang phụ truyền) xử lý các tín hiệu đi ra, trong khi ROSA (Tập hợp-phụ quang nhận) xử lý các tín hiệu đến.

Bên trong TOSA, điốt laser bán dẫn đóng vai trò là nguồn sáng chính. Những thiết bị này khai thác hiệu ứng cơ học lượng tử trong vật liệu bán dẫn để tạo ra ánh sáng kết hợp. Khi các electron kết hợp lại với các lỗ trong lớp tiếp xúc p{2}}n của chất bán dẫn, các photon được phát ra ở các bước sóng cụ thể-thường là 850nm đối với các ứng dụng phạm vi ngắn-và 1310nm hoặc 1550nm đối với khoảng cách xa hơn.

Bộ tách sóng quang trong ROSA hoạt động theo quy trình ngược lại. Khi các photon tấn công vật liệu bán dẫn của bộ tách sóng quang, chúng sẽ tạo ra các cặp lỗ trống electron thông qua hiệu ứng quang điện. Điều này tạo ra dòng điện tỷ lệ thuận với cường độ tín hiệu quang đến.

Bộ khuếch đại chuyển tiếp (TIA) ngay lập tức chuyển đổi dòng điện của bộ tách sóng quang thành tín hiệu điện áp. Sự khuếch đại này rất cần thiết vì dòng quang thường nằm trong phạm vi microampe và cần được tăng cường trước khi các mạch xử lý tín hiệu số có thể giải thích nó.

 

Đường dẫn chuyển đổi điện-sang{1}}quang

 

Quá trình truyền bắt đầu khi thiết bị mạng gửi tín hiệu dữ liệu điện đến giao diện điện của bộ thu phát. Các tín hiệu này mang thông tin kỹ thuật số được mã hóa dưới dạng biến thể điện áp, thường hoạt động ở tốc độ nhiều{1} gigabit. Hiểu chức năng của mô-đun thu phát quang ở giai đoạn này cho thấy tín hiệu điện biến đổi thành xung ánh sáng như thế nào.

Chip điều khiển điều khiển các tín hiệu điện này trước khi chúng đến diode laser. Trình điều khiển phải hoàn thành hai nhiệm vụ quan trọng: duy trì dòng điện phân cực DC trên dòng ngưỡng của laser (dòng điện tối thiểu cần thiết để phát laser) và đặt thêm dòng điều chế mang dữ liệu thực tế.

VCSEL (Laze phát ra bề mặt khoang dọc-) đã trở nên chiếm ưu thế trong các bộ thu phát hiện đại vì chúng yêu cầu dòng điện ngưỡng thấp hơn-khoảng 1-2mA so với 30mA đối với laze phát ra từ cạnh truyền thống. Dòng ngưỡng thấp hơn trực tiếp giúp giảm mức tiêu thụ điện năng, điều này có ý nghĩa quan trọng trong môi trường trung tâm dữ liệu dày đặc, nơi có hàng nghìn bộ thu phát hoạt động đồng thời.

Đầu ra laser trải qua quá trình điều chế cường độ. Trong điều chế bật{1}}khóa (OOK) đơn giản, bit "1" tương ứng với công suất quang cao và "0" tương ứng với công suất quang thấp hoặc không có công suất. Các bộ thu phát tiên tiến hơn sử dụng mã hóa PAM-4 (Điều chế biên độ xung), sử dụng bốn mức công suất riêng biệt để truyền hai bit trên mỗi ký hiệu, tăng gấp đôi tốc độ dữ liệu một cách hiệu quả mà không làm tăng tần số điều chế.

Các mô-đun tốc độ cao-hiện đại kết hợp các cơ chế phản hồi. Một photodiode màn hình lấy mẫu một phần đầu ra laser và cung cấp thông tin này trở lại mạch điều khiển. Vòng phản hồi này bù đắp cho những thay đổi do nhiệt độ-gây ra trong hiệu suất laser và duy trì công suất quang ổn định trong các điều kiện môi trường thay đổi.

 

Tích hợp Silicon Photonics nâng cao hiệu suất

 

Quang tử silicon thể hiện sự thay đổi mô hình trong cách sản xuất bộ thu phát quang học. Công nghệ này tích hợp các thành phần quang tử trực tiếp vào chip silicon bằng cách sử dụng các quy trình chế tạo tương thích với CMOS{1}}, thay đổi cơ bản chức năng của mô-đun thu phát quang thông qua mật độ tích hợp cao hơn.

Cách tiếp cận này cung cấp một số lợi thế. Chi phí sản xuất giảm do quang tử silicon tận dụng cơ sở hạ tầng chế tạo chất bán dẫn hiện có. Mật độ tích hợp tăng đáng kể-nhiều chức năng quang tử mà trước đây yêu cầu các thành phần riêng biệt giờ đây có thể cùng tồn tại trên một con chip có kích thước chỉ vài mm.

Quang tử silicon vượt trội trong việc tạo ra các thành phần quang học thụ động như ống dẫn sóng, bộ tách và bộ điều biến. Ánh sáng truyền qua các ống dẫn sóng silicon có kích thước khoảng vài trăm nanomet, cho phép tạo ra các mạch quang phức tạp trong không gian tối thiểu.

Tuy nhiên, quang tử silicon phải đối mặt với một thách thức cơ bản: silicon là chất bán dẫn có dải cấm gián tiếp, khiến nó không hiệu quả trong việc phát xạ và phát hiện ánh sáng ở các bước sóng viễn thông. Các kỹ sư giải quyết vấn đề này thông qua sự tích hợp không đồng nhất, liên kết các vật liệu bán dẫn III{1}}V (phát ra và phát hiện ánh sáng hiệu quả) trên nền silicon.

Những phát triển gần đây về quang tử silicon đã cho phép các bộ thu phát 400G và 800G ở dạng nhỏ gọn. Các công ty hiện đang phát triển bộ thu phát 1.6T sử dụng mạch tích hợp quang tử silicon, nhắm mục tiêu vào các ứng dụng trung tâm dữ liệu AI, nơi nhu cầu băng thông tiếp tục leo thang.

 

Quản lý bước sóng trong hệ thống quang tử

 

Các bước sóng khác nhau phục vụ các mục đích khác nhau trong máy thu phát quang. Bộ thu phát sợi quang đơn{1}}chế độ đơn thường hoạt động ở bước sóng 1310nm hoặc 1550nm vì những bước sóng này có mức suy giảm tối thiểu ở sợi silica-dưới 0,5 dB/km ở bước sóng 1310nm và thậm chí thấp hơn ở bước sóng 1550nm.

Hệ thống cáp quang đa mode thường sử dụng bước sóng 850nm, trong đó VCSEL cung cấp nguồn sáng-hiệu quả về mặt chi phí. Mặc dù sợi đa mode có độ suy giảm và phân tán phương thức cao hơn so với sợi-chế độ đơn, nhưng chi phí thành phần thấp hơn khiến nó trở nên hấp dẫn đối với các ứng dụng có phạm vi tiếp cận ngắn dưới 300 mét.

Công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) nhân công suất bằng cách truyền đồng thời nhiều bước sóng qua một sợi quang. CWDM (WDM thô) sử dụng các bước sóng cách nhau 20nm trên phạm vi 1270-1610nm. DWDM (WDM dày đặc) đóng gói các kênh chặt chẽ hơn nhiều, với khoảng cách 0,8nm (100 GHz) hoặc 0,4nm (50 GHz) trong băng tần C (1530-1565nm), cho phép 80 kênh trở lên trên một sợi quang.

Laser có thể điều chỉnh tăng thêm tính linh hoạt khi vận hành. Thay vì duy trì lượng hàng tồn kho cho từng bước sóng cố định, các nhà khai thác mạng có thể triển khai các bộ thu phát bằng tia laser có thể điều chỉnh để điều chỉnh bước sóng đầu ra theo lệnh. Bộ thu phát có thể điều chỉnh hiện đại sử dụng tia laser khoang bên ngoài-được điều chỉnh bằng nhiệt hoặc hệ thống vi cơ điện tử (MEMS) để đạt được điều chỉnh bước sóng trên 40-80 kênh.

 

 

Điều chế nâng cao thông qua kỹ thuật quang tử

 

Truyền quang kết hợp điều khiển ánh sáng theo ba chiều: biên độ, pha và phân cực. Cách tiếp cận này khai thác được nhiều dung lượng thông tin hơn từ mỗi bước sóng so với phương pháp điều chế cường độ đơn giản. Chức năng mô-đun thu phát quang tiên tiến trong các hệ thống mạch lạc cho phép tốc độ truyền từ 400G trở lên.

Trong các hệ thống mạch lạc, máy phát sử dụng bộ điều biến Mach{0}}Zehnder hoặc bộ điều biến quang điện- để mã hóa dữ liệu trên cả thành phần cùng pha và cầu phương của sóng ánh sáng. Truyền dẫn phân cực kép-tăng gấp đôi công suất bằng cách điều chỉnh đồng thời hai trạng thái phân cực trực giao.

Bộ thu trong bộ thu phát mạch lạc yêu cầu tích hợp quang tử phức tạp. Nó trộn tín hiệu đến với ánh sáng từ tia laser dao động cục bộ, tạo ra các tần số nhịp mang dữ liệu được mã hóa. Bộ tách sóng quang cân bằng ghi lại cả thông tin về biên độ và pha mà các bộ chuyển đổi tương tự-sang{4}}kỹ thuật số tốc độ cao sẽ số hóa để xử lý.

Chip xử lý tín hiệu số (DSP) đã trở thành một phần không thể thiếu trong các bộ thu phát quang hiện đại. Các bộ xử lý chuyên dụng này bù đắp cho những suy giảm của sợi quang như phân tán màu sắc và phân tán chế độ phân cực vốn có thể hạn chế khoảng cách truyền dẫn. Thuật toán sửa lỗi chuyển tiếp (FEC) được triển khai trong DSP có thể khôi phục dữ liệu ngay cả khi tỷ lệ tín hiệu-trên-nhiễu thường gây ra lỗi.

Phương pháp thiết kế-đồng{1}}điện tử quang tử đã cho phép bộ thu phát 400G ZR+ truyền dữ liệu trên 100-120km mà không cần bộ khuếch đại quang. Khoảng cách này trước đây yêu cầu thiết bị DWDM chuyên dụng, nhưng các bộ thu phát có thể cắm kết hợp hiện đã tích hợp chức năng đó trong hệ số dạng QSFP-DD tiêu chuẩn.

 

Quản lý nhiệt trong thiết bị quang tử

 

Điốt laze là thành phần-nhạy cảm với nhiệt độ. Bước sóng đầu ra của laser phản hồi phân tán (DFB) thay đổi khoảng 0,1nm mỗi độ C. Trong các hệ thống DWDM có khoảng cách kênh 50 GHz (khoảng 0,4nm), sự thay đổi nhiệt độ không được kiểm soát sẽ khiến bước sóng trôi sang các kênh lân cận, tạo ra nhiễu xuyên âm.

Bộ làm mát nhiệt điện (TEC) cung cấp khả năng ổn định nhiệt độ chủ động. Các thiết bị ở trạng thái rắn-này sử dụng hiệu ứng Peltier để bơm nhiệt ra khỏi diode laser, duy trì nhiệt độ trong phạm vi ±0,01 độ . Một nhiệt điện trở theo dõi nhiệt độ laser và mạch điều khiển điều chỉnh dòng điện TEC để duy trì điểm đặt.

Bộ thu phát tốc độ cao-phải đối mặt với nhiều thách thức về nhiệt hơn. Mô-đun DD 400G QSFP-có thể tiêu hao 12-14 watt, trong khi mô-đun 800G có thể vượt quá 20 watt. Mật độ năng lượng này đòi hỏi thiết kế nhiệt cẩn thận để tránh hiện tượng quá nhiệt làm giảm hiệu suất hoặc rút ngắn tuổi thọ của các bộ phận.

Quang tử silicon mang lại lợi thế về nhiệt vì silicon có tính dẫn nhiệt tuyệt vời (150 W/m·K). Nhiệt sinh ra trong các thành phần quang tử lan truyền nhanh chóng trên đế silicon, làm giảm các điểm nóng cục bộ. Tuy nhiên, độ nhạy bước sóng của các thiết bị quang tử silicon vẫn yêu cầu quản lý nhiệt độ, đặc biệt đối với các ứng dụng quan trọng về bước sóng.

 

Đổi mới truyền dẫn hai chiều

 

Bộ thu phát hai chiều truyền và nhận trên một sợi quang, cắt giảm một nửa mức sử dụng sợi quang và giảm chi phí lắp đặt. Các mô-đun này sử dụng các bước sóng khác nhau cho mỗi hướng-ví dụ: 1310nm cho truyền ngược dòng và 1550nm cho truyền tải xuôi dòng. Chức năng mô-đun thu phát quang trong cấu hình BiDi yêu cầu phân tách bước sóng chính xác.

Thiết kế quang tử kết hợp các phần tử chọn lọc-bước sóng. Bộ lọc WDM hoặc bộ tuần hoàn quang học tách hai bước sóng, định tuyến ánh sáng đi ra sợi quang và ánh sáng đi tới bộ tách sóng quang. Thiết kế của bộ lọc phải cung cấp khả năng cách ly cao giữa các kênh để ngăn ánh sáng truyền vào bộ thu, điều này sẽ làm tràn tín hiệu đến.

Bộ thu phát BiDi (Hai chiều) đặc biệt phổ biến trong triển khai Fiber-đến-the-Home (FTTH) và các kết nối trung tâm dữ liệu nơi số lượng sợi bị hạn chế. Chúng cũng được sử dụng trong các mạng truyền dẫn 5G kết nối các thiết bị vô tuyến từ xa với thiết bị xử lý băng cơ sở.

Những phát triển gần đây hơn bao gồm các phương pháp tiếp cận sợi quang đơn mode song song. Bộ thu phát PSM4 (Chế độ đơn song song 4 làn) sử dụng bốn sợi riêng biệt để truyền và bốn sợi để nhận, với mỗi sợi mang 25 Gbps để đạt được công suất tổng hợp 100G. Cách tiếp cận này cân bằng giữa chi phí (sử dụng tia laser ít tốn kém hơn) so với số lượng sợi quang.

 

Công nghệ quang tử mới nổi

 

Quang học đóng gói (CPO) Co- đại diện cho sự phát triển tiếp theo. Thay vì các bộ thu phát có thể cắm vào ổ cắm-bảng mặt trước, CPO tích hợp động cơ quang tử trực tiếp vào gói ASIC chuyển đổi. Điều này giúp loại bỏ các SerDe điện (serializer-deserializer) hiện đang tạo ra những thách thức về mức tiêu thụ điện năng và tính toàn vẹn tín hiệu ở tốc độ cao.

Giải pháp CPO cho cổng chuyển mạch 3.2T và 6.4T đang được phát triển. Nền tảng Spectrum-X của NVIDIA kết hợp các bộ chuyển mạch quang tử silicon sử dụng CPO để kết nối GPU với cổng 1.6T. Việc tích hợp quang tử giúp giảm độ trễ, giảm mức tiêu thụ điện năng từ 30-40% so với quang học có thể cắm và cho phép mật độ cổng cao hơn.

Các công nghệ truyền động tuyến tính như LPO (Quang học cắm tuyến tính) đơn giản hóa giao diện điện. Các bộ thu phát truyền thống bao gồm DSP phức tạp và mạch định thời gian lại để tái tạo các tín hiệu bị suy giảm do vết đồng. Các mô-đun LPO bỏ qua mạch điện này, dựa vào khả năng cân bằng của ASIC máy chủ. Việc giảm thiết bị điện tử này làm giảm mức tiêu thụ điện năng và chi phí mô-đun, mặc dù nó giới hạn phạm vi tiếp cận điện ở mức 1-2 mét.

Laser chấm lượng tử mang đến những khả năng hấp dẫn. Những laser bán dẫn này sử dụng các chấm lượng tử có kích thước nano làm vùng hoạt động, mang lại sự ổn định nhiệt độ tốt hơn và dòng điện ngưỡng có khả năng thấp hơn so với laser giếng lượng tử thông thường. Một số công ty đang khám phá công nghệ chấm lượng tử cho-bộ thu phát thế hệ tiếp theo, mặc dù việc triển khai thương mại vẫn còn hạn chế.

 

Các yếu tố hiệu suất thực tế-trên thế giới

 

Khả năng lý thuyết của các thành phần quang tử phải đối mặt với những hạn chế thực tế. Suy hao chèn tích lũy tại mỗi điểm kết nối quang. Đầu nối LC tạo ra mức suy hao 0,3-0,5 dB. Các mối nối sợi tăng thêm 0,1 dB. Khoảng cách sợi quang 10km góp phần làm suy giảm khoảng 3-4 dB ở 1310nm. Những yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến chức năng mô-đun thu phát quang trong các mạng được triển khai.

Ngân sách liên kết-sự khác biệt giữa công suất đầu ra của máy phát và độ nhạy của máy thu-phải vượt quá tổng suy hao đường dẫn có biên đối với các mối nối lão hóa và sửa chữa. Bộ thu phát LR 10GBASE-thường cung cấp ngân sách liên kết 15-20 dB để truyền 10km, tính toán tất cả tổn thất trong khi vẫn duy trì tỷ lệ lỗi bit dưới 10^-12.

Hiệu ứng phân tán trở nên đáng kể ở tốc độ dữ liệu cao hơn. Sự phân tán màu làm cho các thành phần bước sóng khác nhau truyền đi với tốc độ khác nhau, trải rộng các xung quang và hạn chế khoảng cách truyền tối đa. Ở 10G, phân tán màu giới hạn sợi quang chế độ đơn-tiêu chuẩn ở khoảng 80km trước khi cần bù tán sắc. Bộ thu phát mạch lạc với DSP loại bỏ phần lớn hạn chế này.

Sự phân tán phương thức trong sợi đa mode tạo ra các vấn đề tương tự. Các chế độ truyền khác nhau truyền đi những độ dài đường đi khác nhau, gây ra hiện tượng giãn xung. Sợi đa mode OM4 hỗ trợ 10GBASE-SR đến 400 mét, trong khi sợi OM5 mới hơn mở rộng phạm vi này lên 440 mét thông qua băng thông phương thức được tối ưu hóa.

 

Tiêu chuẩn ngành và khả năng tương tác

 

Thỏa thuận nhiều nguồn (MSA) xác định hệ số dạng bộ thu phát và giao diện điện để đảm bảo khả năng tương tác. SFP MSA đã thiết lập hệ số dạng nhỏ gọn và trở nên phổ biến. SFP+ đã mở rộng phạm vi này lên 10G, SFP28 lên 25G và SFP56 lên 50G-tất cả đều có trong các gói tương thích về mặt cơ học.

QSFP (Có thể cắm-hệ số dạng bốn hình dạng nhỏ) tổng hợp bốn kênh. QSFP+ hỗ trợ 40G (4×10G), QSFP28 hỗ trợ 100G (4×25G) và QSFP{10}}DD (Mật độ kép) hỗ trợ lên tới 400G với tám làn điện. OSFP cung cấp khả năng xử lý năng lượng cao hơn cho các ứng dụng 400G và 800G trong đó nhu cầu về nhiệt vượt quá khả năng QSFP{15}}DD.

Tiêu chuẩn Ethernet IEEE 802.3 chỉ định các đặc điểm của lớp vật lý. 100GBASE-SR4 xác định khả năng truyền bốn làn-trên sợi quang đa chế độ đến 100 mét. 100GBASE-LR4 sử dụng bốn bước sóng (CWDM) trên sợi quang chế độ đơn- cho phạm vi phủ sóng 10 km. Tiêu chuẩn 400GBASE{13}}DR4 chỉ định 400G trên bốn sợi quang đơn mode{16}}song song đến 500 mét.

Mô hình dữ liệu OpenConfig và YANG cho phép phần mềm-điều khiển các thông số thu phát được xác định. Các nhà khai thác mạng có thể giám sát dữ liệu Giám sát chẩn đoán kỹ thuật số (DDM)-nhiệt độ, công suất phát, công suất thu, dòng điện phân cực laser-và điều chỉnh các thông số vận hành mà không cần truy cập vật lý vào thiết bị.

 

Những cân nhắc triển khai thực tế

 

Các vấn đề tương thích vẫn là một thách thức chung. Không phải tất cả các bộ thu phát đều hoạt động trong mọi thiết bị, ngay cả khi tương thích về mặt vật lý. Các nhà cung cấp thiết bị mạng đôi khi triển khai các bước kiểm tra để từ chối mô-đun-của bên thứ ba, yêu cầu mã hóa tương thích trong EEPROM của bộ thu phát. Hiểu chức năng của mô-đun thu phát quang học sẽ giúp chẩn đoán các vấn đề tương thích này.

Xử lý thích hợp ngăn ngừa thất bại. Giao diện quang học là điểm dễ bị tổn thương nhất. Sự nhiễm bẩn của các mặt cuối của đầu nối gây ra suy giảm tín hiệu hoặc lỗi liên kết. Một hạt bụi, thường có kích thước 1-10 micromet, có thể chặn ánh sáng đáng kể khi nó nằm trên ống sắt của đầu nối quang, có đường kính lõi chỉ 9 micromet đối với sợi quang đơn mode.

Thủ tục cài đặt quan trọng. Kỹ thuật viên phải luôn kiểm tra các mặt đầu nối bằng kính hiển vi sợi quang trước khi ghép nối, làm sạch bằng khăn lau-không chứa cồn và xơ vải thích hợp, đồng thời sử dụng nắp chống bụi bất cứ khi nào đầu nối chưa được kết thúc. Những cách thực hành đơn giản này giúp ngăn ngừa phần lớn các sự cố thu phát quang trong mạng sản xuất.

Xác minh ngân sách điện năng trong quá trình cài đặt ngăn ngừa các vấn đề trong tương lai. Việc sử dụng máy đo công suất quang và nguồn sáng để đo tổn thất chèn thực tế sẽ xác nhận rằng liên kết sẽ hoạt động đáng tin cậy. Phép đo này phát hiện các vấn đề như mối nối không tốt, sợi bị xoắn hoặc đầu nối bị hỏng trước khi liên kết đi vào sản xuất.

 

Giám sát và chẩn đoán hiệu suất

 

Bộ thu phát quang hiện đại thực hiện chức năng Giám sát quang học kỹ thuật số (DOM) hoặc Giám sát chẩn đoán kỹ thuật số (DDM). Cảm biến bên trong đo các thông số chính cứ sau vài trăm mili giây, lưu trữ kết quả vào các thanh ghi có thể đọc được. Những khả năng giám sát này rất cần thiết cho chức năng của mô-đun thu phát quang trong môi trường sản xuất.

Giám sát nhiệt độ cảnh báo người vận hành về các vấn đề về nhiệt. Nếu bộ thu phát liên tục chạy ở mức cao nhất trong phạm vi hoạt động của nó, điều đó có thể cho thấy khả năng làm mát khung gầm không đủ. Xu hướng hiện tại của tia laser có thể dự đoán sự cố tia laser sắp xảy ra-việc tăng dần dòng điện lệch để duy trì công suất quang không đổi cho thấy sự suy giảm của tia laser.

Nguồn quang nhận được cung cấp chỉ báo tình trạng liên kết ngay lập tức. Sự sụt giảm đột ngột có thể cho thấy sợi quang bị đứt hoặc mất mát mới được đưa vào. Sự suy giảm dần dần có thể cho thấy sự nhiễm bẩn tích tụ trên các đầu nối hoặc sự lão hóa của bộ phát ở đầu xa.

Giám sát công suất phát xác minh rằng tia laser hoạt động theo thông số kỹ thuật. Một số bộ thu phát hỗ trợ điều chỉnh công suất phát được điều khiển bằng phần mềm-, cho phép người vận hành giảm công suất đầu ra đối với các liên kết ngắn, điều này có thể cải thiện hiệu suất của bộ thu bằng cách tránh quá tải.

Ngưỡng cảnh báo và cảnh báo kích hoạt thông báo khi các thông số vượt quá phạm vi bình thường. Các ngưỡng này thường được đặt cấu hình tại nhà máy nhưng có thể được tùy chỉnh cho các tình huống triển khai cụ thể. Giám sát chủ động cho phép bảo trì trước khi xảy ra lỗi, cải thiện độ tin cậy của mạng tổng thể.

Các nguyên lý quang tử làm nền tảng cho hoạt động của bộ thu phát quang đã phát triển từ những điều tò mò trong phòng thí nghiệm đến các bộ phận được sản xuất hàng loạt-cho phép cơ sở hạ tầng truyền thông toàn cầu. Khi nhu cầu băng thông tiếp tục tăng, đặc biệt là do khối lượng công việc AI và điện toán đám mây, việc tích hợp quang tử sẽ càng trở nên phức tạp hơn. Chức năng của mô-đun thu phát quang học vẫn bắt nguồn từ nền tảng vật lý cơ bản về tạo, truyền và phát hiện ánh sáng, nhưng những đổi mới về kỹ thuật vẫn tiếp tục vượt qua ranh giới của những gì có thể đạt được trong các gói nhỏ gọn,{3}}hiệu quả về mặt chi phí.

 

---

Câu hỏi thường gặp

 

Máy thu phát quang sử dụng bước sóng nào và tại sao?

Bộ thu phát quang chủ yếu hoạt động ở ba bước sóng: 850nm, 1310nm và 1550nm. Các bước sóng này được chọn dựa trên đặc tính của sợi quang. Bước sóng 850nm hoạt động tốt với sợi quang đa mode và VCSEL-chi phí thấp cho khoảng cách ngắn dưới 300 mét. Hệ thống sợi quang đơn chế độ-sử dụng 1310nm hoặc 1550nm vì sợi silica có độ suy giảm tối thiểu ở các bước sóng này-khoảng 0,35 dB/km ở 1310nm và 0,25 dB/km ở 1550nm. Cửa sổ 1550nm cũng được hưởng lợi từ công nghệ khuếch đại sợi pha tạp erbium{19}}, cho phép truyền dẫn đường dài.

Quang tử silicon khác với các máy thu phát quang truyền thống như thế nào?

Quang tử silicon tích hợp các thành phần quang học vào chip silicon bằng quy trình sản xuất chất bán dẫn tiêu chuẩn. Máy thu phát truyền thống sử dụng các linh kiện rời rạc được lắp ráp trên bảng mạch in. Quang tử silicon cho phép mật độ tích hợp cao hơn, chi phí sản xuất theo khối lượng thấp hơn và hệ số dạng nhỏ hơn. Tuy nhiên, silicon không thể phát ra hoặc phát hiện ánh sáng ở bước sóng viễn thông một cách hiệu quả, đòi hỏi phải tích hợp lai với chất bán dẫn III-V. Công nghệ này vượt trội ở các thành phần và bộ điều biến thụ động trong khi vẫn phụ thuộc vào chất bán dẫn truyền thống cho tia laser và bộ tách sóng quang. Điều này thể hiện sự phát triển cơ bản trong kiến ​​trúc chức năng mô-đun thu phát quang.

Nguyên nhân gây ra lỗi thu phát quang trong trung tâm dữ liệu?

Các dạng lỗi phổ biến nhất bao gồm đầu nối quang bị nhiễm bẩn, chiếm khoảng 70% các sự cố liên kết quang. Các vấn đề liên quan đến nhiệt độ-làm tia laser bị suy giảm hoặc lệch bước sóng. Hư hỏng vật lý do xử lý không đúng cách có thể làm nứt sợi quang hoặc làm hỏng ống nối đầu nối. Các sự cố về điện như tăng vọt điện áp hoặc ESD có thể làm hỏng mạch điều khiển hoặc bộ tách sóng quang. Sự không tương thích giữa bộ thu phát và thiết bị chủ tạo ra các vấn đề về thiết lập liên kết. Những lỗi này làm gián đoạn chức năng của mô-đun thu phát quang và yêu cầu khắc phục sự cố mang tính hệ thống. Chủ động làm sạch, quy trình xử lý thích hợp, làm mát đầy đủ và giám sát DOM thường xuyên sẽ ngăn ngừa hầu hết các lỗi.

Bạn có thể kết hợp các loại bộ thu phát khác nhau trong cùng một mạng không?

Bộ thu phát ở cả hai đầu của liên kết sợi phải sử dụng bước sóng, loại sợi và định dạng điều chế tương thích. Bạn không thể kết nối trực tiếp bộ thu phát 1310nm với bộ thu phát 1550nm hoặc bộ thu phát một chế độ với bộ thu phát đa chế độ. Tuy nhiên, các hệ số dạng khác nhau (SFP, QSFP) có thể tương tác với nhau miễn là chúng có chung thông số kỹ thuật quang học tương thích. Bộ thu phát BiDi yêu cầu các cặp phù hợp có bước sóng bổ sung. Tốc độ dữ liệu phải phù hợp-bộ thu phát 10G không thể giao tiếp với bộ thu phát 25G nếu không có thiết bị chuyển đổi tốc độ. Luôn xác minh khả năng tương thích quang học trước khi triển khai các loại bộ thu phát hỗn hợp.