光收發器
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-20
光收發器的實例教程
在此示例中，Ansys Circuit和INTERCONNECT用于對2.5D集成光收發器進行電光信號完整性仿真。該收發器由通過interposer層連接的電集成電路(EIC)和光子集成電路(PIC)組成。
Ansys Circuit用于對信號路徑的電學部分進行建模，INTERCONNECT用于對光學部分進行建模。單向信號傳輸用于連接信號路徑的電學部分和光學部分。Interposer層上的信號路徑使用Ansys HFSS 3D電磁仿真計算出的S參數進行建模。
概述
了解仿真工作流和關鍵結果。
收發器信號路徑始于EIC上的driver，該driver通過interposer將10Gb/sNRZ信號發送到PIC上的耗盡型環形調制器。調制后的光信號經過一個代表信道損耗的衰減器，到達接收器上的光電探測器。光電流驅動接收信號通過interposer層返回到EIC上的電阻。
步驟1：發射器電路
該電路用于仿真EIC上的driver和PIC上的環形調制器之間發射器信號路徑的電學部分。
發射器電路由代表調制器driver的電壓源、Interposer層的狀態空間模型單元以及環形調制器的等效電路組成。Interposer層狀態空間模型基于Ansys HFSS進行3D電磁仿真計算出的電S參數生成。
環形調制器等效電路由兩個電阻和一個電容組成，分別代表調制器PN結的電阻和電容。等效電路中結電容兩端的電壓保存在一個文本文件中，并在下一步中用作環形調制器光學模型的輸入。
步驟2：光信道
Lumerical INTERCONNECT用于模擬由激光源、發射器和接收器組成的光信道。
上一步中記錄在文本文件中的電壓由“Signal Voltage”元件讀取，并用于驅動發射器中的環形調制器模型。
展開 所需的消耗品是一對光收發器和光纖。
2.穩定開關在兩個左右信號中斷時相對穩定，三個繼電器后信號會衰減，只適合200米左右的短距離傳輸；橋式傳輸省時省力，但穩定性稍差，受多種因素影響。光纖組網方式比較簡單，光收發器成對使用，一端連接攝像頭，另一端連接機房交換機，光收發器之間用皮光纖連接。光纖網絡耗材價格低廉，穩定可靠。
附件下載
聯系工作人員獲取附件
在這個示例中，我們基于Mercante等人的工作[1]模擬了一種薄膜鈮酸鋰（LNOI）相位調制器。通過利用引入的各向異性介電常數特性，我們在CHARGE中計算了由射頻引發的電容電場（E場）。然后，這些電場用于通過Pockels效應在電信波長下計算鈮酸鋰中的電光折射率擾動。接著，我們在FEEM中計算了擾動的LN波導的光學模式，以及TE基模的電壓相關相位調制性能，包括損耗和VπL。
概述
背景
光收發器將電信號轉換為光信號。所有的計算都始于電子領域，然后通過將信號從電信號轉換為光信號，我們可以提升更多的通道，擁有更大的帶寬，這可以在長距離傳輸中顯著減小信號衰減。這些器件在互聯網的長距離傳輸中起著至關重要的作用，以滿足流量和延遲需求的日益增長。我們可以將光收發器及光電探測器視作連接到互聯網超級高速公路的出口和入口。
這些器件通常采用Mach-Zehnder干涉結構，其中載波被分到兩個傳輸通道，并在輸出處重新耦合。通過施加有數據信息的電信號來改變兩個臂中的光的相位，將導致在輸出處出現相干性。Mach-Zehnder干涉結構通常用作非常敏感的光學儀器，但在這種情況下，光的相位被有意地調制，因此此類器件通常被稱為Mach-Zehnder調制器（MZM）。當前，已經使用了多種材料平臺和物理效應來實現這種功能。在這個示例中，我們關注鈮酸鋰中的Pockel效應。
大多數用于相位調制的物理機制都比較弱，導致器件整體需要非常大的尺寸。另一方面，一些特殊材料可能會導致傳輸損耗較大，或者難以與其它光學和電子集成。鈮酸鋰具有較大的吸收帶寬和明顯的各向異性，因此可以實現低損耗和高調制效率。傳統的晶體鈮酸鋰已經得到廣泛的應用，但是晶體鈮酸鋰的制備方法無法制備高折射率差的光波導。
展開 之所所硅光子在AOC光收發器領域取得很好的成績，是因為可以通過量產大幅降低成本，而此前的AOC采用的是基于化合物半導體的分立元件，價格相對比較高。
傳統光通信模塊是將三五族半導體芯片、高速電路硅芯片、無源光器件及光纖封裝而成，其中的成本主要來自三五族半導體芯片及系統封裝。雖然其傳輸速度可達40Gbit/s以上，但是比起使用電纜傳輸而言，價格卻昂貴得多，因此近年來，高速硅光電組件變成一項相當炙手可熱的題材，主要研究目的就是希望借由芯片量產技術降低芯片生產成本、提升良率，另一方面，可以縮小硅光電、光學組件的尺寸，進一步和后端電路整合在一起，以降低封裝成本。
總體而言，采用硅光子技術的最大特點就是成本低、速度快。當然，硅光子若進一步發展還存在兩大難題。一是，使光元件和光收發器大幅實現小型化和低耗電量化的方法。另一個是，進一步實現大容量化的王牌——密集波分復用(DWDM)技術的利用。
如今的光子晶體未采用硅基，因為很難采用硅基以高效率制作有源器件。不過，結合發光的鍺和硅等技術的話，就有可能實現硅基光子晶體。
另一方面，高速硅光子光傳輸可能需要DWDM。該技術早在15年前就已普遍用于長距離通信用設備等，但用于硅光子則非常難。其中一個原因是，各個光元件發出的光的波長以及通過波導的光的波長因溫度變化存在巨大偏差。將長距離通信設備使用的溫度控制功能用于硅光子技術的成本過高，不現實。但也有研究人員認為，相對于電傳輸，利用DWDM是光傳輸的本質優勢，必須要推進利用DWDM的研究開發，最近，MIT的研究人員還在開發使波導不依賴于溫度的技術。
從技術角度來看，硅光信號調制器及硅鍺光偵器已發展得相當成熟，其操作速度皆可達25Gbit/s以上，唯一的考慮在于如何減少硅光信號調制器的尺寸大小、提高對溫度的穩定性，及增加硅鍺光偵器的靈敏度等。
展開 用于光子學的硅基解決方案存在許多負面影響，例如激光器、調制器和放大器。使用硅的好處遠遠超過負面影響。GlobalFoundries 正在利用 300 毫米晶圓生產技術和硅行業的規模來推動有源和無源組件在單個晶圓上的集成，從而帶來巨大的成本優勢。
除了 45CLO 工藝外，GlobalFoundries 還將帶來差異化的封裝技術。這些技術使他們能夠利用異構 3D 集成與經典邏輯過程，例如上面顯示的 Lightmatter 芯片。它們可以粘合磷化銦激光器，與外部激光器相比，節省空間、功率和成本。最后，他們提供無源光纖連接工藝，將單根光纖滑入蝕刻的 V 型凹槽，引導它們進入波導。這允許更高的光纖數量，因此允許更高的帶寬密度。除了帶寬密度，在集成復雜度和成本方面也有優勢。
目前，大多數硅光子用于光收發器，其中 GlobalFoundries 處于領先地位。400G 技術正在大規模部署，早期的 800G 技術開始出現。數據中心內外的數據流量激增導致機架內通信中斷。目前在數據中心機架內，大多數通信目前是通過短距離銅纜完成的。但其實銅纜已無法滿足擴展需求，SiPh 驅動的光纖是唯一的出路。在不久的將來，即使是芯片到芯片互連也需要轉向光學，否則用于 I/O 的功率百分比將消耗大部分封裝功耗預算。
光收發器之外的下一波的光子學將是共同封裝的光學器件。左圖為帶光模塊的當前型號，右圖為帶封裝的型號。電子、光學和激光組件目前都放置在距離開關 ASIC 很遠的地方。隨著我們繼續擴展帶寬需求，這將限制擴展并增加功耗。將電子器件、光學器件集成到單個單片芯片中，同時使其更靠近開關 ASIC，將大大節省功耗。
展開 
光收發器的相關專題、標簽、搜索
光收發器的最新內容
在此示例中，Ansys Circuit和INTERCONNECT用于對2.5D集成光收發器進行電光信號完整性仿真。該收發器由通過interposer層連接的電集成電路(EIC)和光子集成電路(PIC)組成。
Ansys Circuit用于對信號路徑的電學部分進行建模，INTERCONNECT用于對光學部分進行建模。單向信號傳輸用于連接信號路徑的電學部分和光學部分。
概述
背景
光收發器將電信號轉換為光信號。所有的計算都始于電子領域，然后通過將信號從電信號轉換為光信號，我們可以提升更多的通道，擁有更大的帶寬，這可以在長距離傳輸中顯著減小信號衰減。這些器件在互聯網的長距離傳輸中起著至關重要的作用，以滿足流量和延遲需求的日益增長。我們可以將光收發器及光電探測器視作連接到互聯網超級高速公路的出口和入口。
可插拔光收發器等
在高分辨率視頻流、虛擬現實、物聯網（IoT）、高性能計算（HPC）以及人工智能和機器學習（AI/ML）的驅動下，全球網絡和數據中心對數據的需求日益增長，因而需要增加帶寬、降低延遲和功耗。
光學技術最初只在遠距離通信中占主導地位，但隨著可插拔光收發器提高了機架之間和機架內部的帶寬密度，光學技術也已滲透到較近距離通信的數據中心。
所需的消耗品是一對光收發器和光纖。
2.穩定開關在兩個左右信號中斷時相對穩定，三個繼電器后信號會衰減，只適合200米左右的短距離傳輸；橋式傳輸省時省力，但穩定性稍差，受多種因素影響。光纖組網方式比較簡單，光收發器成對使用，一端連接攝像頭，另一端連接機房交換機，光收發器之間用皮光纖連接。光纖網絡耗材價格低廉，穩定可靠。
功能配置
電轉光（光轉電）和光轉光光纖收發器是兩種常見的類型，前者可以將電信號轉換為光信號，以實現基于銅纜布線的設備的連接，來延長傳輸距離；而后者則可以實現單多模的轉換，單雙纖的轉換以及波長的轉換（主要是將1310nm、1550nm的常規波長轉換為WDM波長）。
和光纖收發器相比，交換機的功能要復雜得多，是由其網絡操作系統決定的。根據網絡層，它們可以分為第2層、第3層和第4層交換機。
目前，大多數硅光子用于光收發器，其中 GlobalFoundries 處于領先地位。400G 技術正在大規模部署，早期的 800G 技術開始出現。數據中心內外的數據流量激增導致機架內通信中斷。目前在數據中心機架內，大多數通信目前是通過短距離銅纜完成的。但其實銅纜已無法滿足擴展需求，SiPh 驅動的光纖是唯一的出路。
機房端的4光1/2電或者8光1/2電光纖交換機，直接取代了多臺1光1電光纖收發器，通過光纖光纖交換機的千兆網口直接連接到NVR，減少了機房端一臺網絡交換機的應用。
對于光通訊器件而言，除了散熱，溫度的控制更為重要，例如溫度的變化會影響主動器件如光收發器Laser Diode或Tunable laser的輸出功率穩定度而影響訊號品質，也會造成被動器件如AWG 等的光波長偏移而失效。許多高功率電子以及光通訊器件在研發過程中，熱的問題已成為技術發展的瓶頸。
光纖之間以及光纖與收發器之間光連接器的生產方式仍需進一步創新，以滿足客戶對精確度與低成本的需求。但是，幾乎沒有生產技術能夠滿足這種物美價廉的需求。
降低成本的方式之一當然是降低光學模塊中芯片的價格。生產芯片的方法有許多種，一種稱為硅片集成（wafer-scale lntegration）的技術有助于降低成本。
除了FD-SOI，其他SOI產品也已經成功應用于汽車電子中，例如Power-SOI用在LIN/CAN收發器的控制單元中、Photonics-SOI用作光收發器的交換機中等。當前汽車上平均有330美元的電子元器件，未來的自動駕駛汽車將更加依賴高性能、高可靠、高集成能力的芯片，而SOI解決方案可以為自動駕駛提供賦能。
