光傳輸的案例
華為自研光傳輸芯片獲得重大進展
PAM4(4 Pulse Amplitude Modulation)是新一代信號傳輸技術，其采用4個不同的信號電平來進行信號傳輸，每個符號周期可以表示2個bit的邏輯信息（0、1、2、3），相較于傳統信號傳輸方式，每個信號符號周期可以傳輸更多bit的邏輯信息。
PAM4信號作為下一代數據中心中高速信號互聯的熱門信號傳輸技術，被廣泛應用于200G/400G接口的電信號或光信號傳輸。而50GE則是50Gbps，即6.25GB/s。
華為路由器與電信以太產品線總裁高戟致辭表示："在產業鏈上下游廠家的共同努力下，50G PAM4技術已經成熟，華為基于50G PAM4技術的相關產品都已經正式發布，50GE在國內三大運營商5G承載網試點中進行了規模部署，海外運營商對50GE技術普遍認可，當前華為已經獲得十余個商用合同，未來市場空間值得期待。"
華為表示，論壇上產業鏈上下游伙伴一致表達了對50G PAM4產業前景充滿信心，并表示50G PAM4產品化已經就緒，能夠為5G承載規模商用奠定堅實的產業基礎。
什么是PAM4？
PAM4是PAM(Pulse Amplitude Modulation，脈沖幅度調制)調制技術的一種。PAM信號是繼NRZ(NonReturn-to-Zero)后的熱門信號傳輸技術，也是多階調制技術的代表，當前已被廣泛應用在高速信號互連領域。
NRZ和PAM4信號典型波形如下圖所示。其中，右側為NRZ和PAM4的光眼圖對比，NRZ為單眼波形，PAM4為三眼波形(y軸方向存在3個眼狀圖形)。
從4G至即將到來的5G，流量增長非常迅猛，但與此形成鮮明對照的是，運營商的收入依然以低速增長，兩者的剪刀差越來越大。
展開 基于Lumerical fdtd進行無序光子晶體波導的仿真設計及優化
我們的期望是五邊形氣孔相比于圓柱形氣孔具有更優良的光傳輸特性，對光的局域能力更強，因此先對波導的間隙、光子晶體晶格常數、圓氣孔半徑等參數進行優化，得到最佳的有序五邊形氣孔的光子晶體波導傳輸特性，其次對中間六排的光子晶體引入無序模型，控制五邊形的旋轉無序程度來實現更強的光場局域特性。
圖1 五邊形氣孔的有序型光子晶體波導模型
對于五邊形旋轉度無序的模型，我們引入如圖2(a)所示的高斯分布的旋轉角度，橫坐標為不同的旋轉角度，縱坐標為不同旋轉角度對應取的五邊形數量，無序光子晶體波導見建模如圖2(b)所示。
圖2 五邊形氣孔的無序型光子晶體波導模型
如圖3(a)所示，對有序五邊形光子晶體波導進行優化，隨后與優化后的普通圓形光子晶體波導的傳輸功率進行對比，證明了五邊形光子晶體波導優異的光傳輸特性；其次研究五邊形光子晶體波導的無序程度對光傳輸功率的影響，結果表明6%無序度對光場傳輸貢獻最高(圖3(b))。
圖3 五邊形氣孔的優化結果
圖4展示了優化后的有光子晶體波導的能量傳輸圖，可以發現其具有良好的光波傳輸和光場局域能力。
圖4 (a) 有序光子晶體波導優化后的Pxy (b) 有序光子晶體波導優化后的Pyz
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展開 雙芯d型光纖的數值仿真 ￥800
當光傳輸通過雙芯D型光纖時，由于光的模式耦合和干涉效應，會形成兩個特征性的傳輸模式，被稱為"模式1"和"模式2"。利用這種結構，雙峰檢測技術可以通過光強度的變化來檢測外部環境的物理量。一般而言，當在雙芯D型光纖的一個芯端施加一定的外部壓力或應力時，會導致兩個傳輸模式的相對亮度發生變化。其中一個模式的亮度會增加，而另一個模式的亮度則會減小。通過測量這兩個傳輸模式的光強度變化，可以確定外部力的大小和方向。
雙芯D型光纖的纖芯模式是指光在雙芯D型光纖中的傳輸模式。由于雙芯D型光纖的特殊結構，光傳輸時會產生兩個不同的傳輸模式。一般而言，這兩個傳輸模式被稱為"模式1"和"模式2"。在雙芯D型光纖中，核心A和核心B分別是兩個平行的光纖芯。當光傳輸通過雙芯D型光纖時，由于光的模式耦合和干涉效應，會形成兩個主要的傳輸模式。模式1是一種在兩個纖芯之間發生的耦合效應。在模式1中，光在核心A和核心B之間來回傳輸，形成一種交替的耦合模式。模式1的光強度分布在兩個纖芯之間交替變化，產生類似碟狀的亮暗區域。模式2是一種在纖芯B中傳輸的純粹模式。在模式2中，光屬于核心B，并沿著核心B的光軸傳輸。模式2在纖芯B中的光強度分布均勻，呈現類似單纖芯光纖的光強度分布。這兩個傳輸模式的相對亮度和干涉效應取決于光傳輸的條件和環境。當雙芯D型光纖暴露于外部環境的力、壓力或應力時，會改變模式1和模式2的亮度分布，從而實現對外部物理量的檢測和測量。
本案例基于建立的雙芯D型光纖結構，基于COMSOL軟件數值仿真得到電場分布結果，如圖所示：
感興趣的朋友，歡迎下載模型！
展開 我國通信技術突破性進展，1秒傳輸130塊1TB硬盤數據！
2月12日從中國信息通信科技集團獲悉，我國光通信技術再次取得突破性進展，首次實現1.06Pbit/s超大容量單模多芯光纖光傳輸系統實驗，傳輸容量是目前商用單模光纖傳輸系統最大容量的10倍，可以在1秒之內傳輸約130塊1TB硬盤所存儲的數據。
據悉，該實驗采用了國內在光傳輸系統技術、光器件和光芯片技術、光纖光纜技術上最領先的研究成果，所使用的核心光芯片和光纖均為自主研制，具有完全自主知識產權。標志著我國在“超大容量、超長距離、超高速率”光通信系統研究領域再次邁上了新的臺階。
硅光相干收發芯片由國家信息光電子創新中心、光纖通信技術和網絡國家重點實驗室、光迅科技和烽火通信聯合研制，在一個不到30mm2的硅芯片上集成了包括光發送、調制、接收等近60個有源和無源光元件，且能支持C+L波段同時工作，是目前國內集成度最高的商用光子集成芯片。這次通過工藝及技術突破，解決了單模19芯光纖的通道間串擾難題，相鄰纖芯的隔離度優于-40dB，把“車道”與“車道”之間的干擾和影響降到了最低。
該系統設備在C+L波段內產生了375個光載波，基于硅光相干收發芯片實現了25GHz通道內的178.18Gbit/s DFTs-PDM-16QAM信號光收發，在單模19芯光纖內完成了光傳輸驗證，傳輸總容量達到1.06Pbit/s，凈頻譜效率達到了113bit/s/Hz。經第三方檢測驗證，此次實現的“1.06Pbit/s超大容量單模多芯光纖光傳輸系統”為國內首次，達到了國際先進水平。
(來源：科技日報）
展開 
華為發布600G超高速光網絡解決方案
伴隨云計算、大數據、人工智能等技術逐漸成熟，5G的商用部署期即將來臨，大量新興業務的涌現對網絡帶寬提出了更高要求，電信運營商們迫切需要考慮以最優總體擁有成本(TCO)和單比特傳輸成本來構建超大帶寬的傳輸網絡。
針對于此，華為于第五屆全球超寬帶高峰論壇(UBBF 2018)期間正式發布600G超高速光網絡解決方案。該方案基于華為最新一代的OptiXtreme系列oDSP芯片，能夠支持單波100G-600G速率(可調)，單纖容量高達40T，為業界最高容量。將幫助運營商持續推動光纖價值最大化，提升網絡運營效率，大幅降低網絡TCO。
據光網絡權威咨詢分析機構IHS統計現實，自2011年100G開始規模部署，光網絡的單比特傳輸成本以每年大約30%的速率持續下降，但是隨著100G/200G高速傳輸技術逐漸成熟，最近三年間的單比特成本降幅呈現大幅放緩的趨勢。面臨持續高速增長的帶寬需求，業界需要通過新的技術創新，實現更高效率的超高速傳輸，以推動單比特傳輸成本的進一步下降。
華為此次推出的600G超高速光傳輸系統采用了最新一代OptiXtreme系列oDSP芯片，可支持單波最高速率600G，頻譜效率達到業界最高水平的8bit/s/Hz，比當前最高的單波400G提升了50%，有助于大幅降低單比特成本。相較于上一代高速傳輸平臺。最新推出的600G平臺改進如下：
支持更高的單波速率，單波速率100G到600G可調，實現業界最高頻譜效率，能夠更好地滿足多種傳輸場景的需求，實現單比特成本最優化。
傳輸距離與傳輸速率同時得到大幅提升，其中采用了全新的信道匹配整形技術(Channel-Matched Shaping，簡稱CMS)，使得傳輸系統能夠自動匹配現網信道環境，補償各類真實信道損傷，在提升單波速率、降低單比特成本的同時保障最優的傳輸性能。
展開 GLAD：拉曼增益模擬仿真
mirror/global/flat
mult 1 .5
prop 100 # 傳輸100cm至拉曼增益器
####種子光傳輸
beams/on 2 # 僅傳輸種子光束
beams/off 1
prop 100 # 傳輸至空間濾波器
lens 2 100
prop 100
status/parax
clap/cir/con 2 .03
prop 100
lens 2 100
clap/cir/con 2 .3 # 透過空間濾波器
fitphase/both/list 2
title cleaned seed phase
c # 如圖5, 種子光束經過濾波器后的相位分布
plot/watch ex17_5.plt
plot/iso/phase first=2 last=2 max=1.5 min=-1.5
圖5 種子光經過空間濾波器后的相位分布
###泵浦光、種子光傳輸到拉曼增益器
prop 100
mult 2 .5
beams/on 1 2 # 泵浦光、種子光同時傳輸到拉曼增益器
c
c ** Joint path
c
energy
raman 1 2 100. .005 # 拉曼增益器設置
energy
title depleted pump beam
c #如圖6, 泵浦光經過拉曼增益器后的衰減光強分布
set/density 64 32
plot/watch ex17_6.plt
plot/iso/intensity first=1 last=1
###繪制種子光經過拉曼增益器后光強分布
pause 4
title amplified seed beam
展開 GLAD：拉曼增益模擬仿真
mirror/global/flat
mult 1 .5
prop 100 # 傳輸100cm至拉曼增益器
####種子光傳輸
beams/on 2 # 僅傳輸種子光束
beams/off 1
prop 100 # 傳輸至空間濾波器
lens 2 100
prop 100
status/parax
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prop 100
lens 2 100
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fitphase/both/list 2
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c # 如圖5, 種子光束經過濾波器后的相位分布
plot/watch ex17_5.plt
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圖5 種子光經過空間濾波器后的相位分布
###泵浦光、種子光傳輸到拉曼增益器
prop 100
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c
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energy
raman 1 2 100. .005 # 拉曼增益器設置
energy
title depleted pump beam
c #如圖6, 泵浦光經過拉曼增益器后的衰減光強分布
set/density 64 32
plot/watch ex17_6.plt
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###繪制種子光經過拉曼增益器后光強分布
pause 4
title amplified seed beam
展開 GLAD：拉曼增益模擬仿真
mirror/global/flat
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prop 100 # 傳輸100cm至拉曼增益器
####種子光傳輸
beams/on 2 # 僅傳輸種子光束
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lens 2 100
clap/cir/con 2 .3 # 透過空間濾波器
fitphase/both/list 2
title cleaned seed phase
c # 如圖5, 種子光束經過濾波器后的相位分布
plot/watch ex17_5.plt
plot/iso/phase first=2 last=2 max=1.5 min=-1.5
圖5種子光經過空間濾波器后的相位分布
###泵浦光、種子光傳輸到拉曼增益器
prop 100
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beams/on 1 2 # 泵浦光、種子光同時傳輸到拉曼增益器
c
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c
energy
raman 1 2 100. .005 # 拉曼增益器設置
energy
title depleted pump beam
c
展開 光通信的3個波段新秀，還不知道嗎？
5G網絡迅猛發展，網絡數據傳輸需求呈指數增長，光網絡作為底層的承載網絡，其傳輸能力對5G網絡發展至關重要。
擴展光網絡傳輸能力的一大法寶就是不停深挖光纖可用的波段資源，也就是不斷擴展光網絡的傳輸道路寬度。傳輸道路寬了，光網絡的傳輸能力自然就提升了。
近期，光網絡涌現出波段新秀CE、Cpp、C+L波段，為擴展光網絡傳輸能力增磚加瓦。
下面小編就給大家聊聊光纖的這些波段。
傳統波段
光纖通信顧名思義就是光作為信息載體，光纖作為傳輸介質的通信。但是，不是所有的光都適合光纖通信。光的波長不同（可以簡單理解為顏色不同的光），在光纖中的傳輸損耗就不同。傳輸損耗大的光，就沒辦法攜帶信息在光纖中傳輸了。
經過科學家長期研究，最先發現波長為850nm的光可以作為光通信使用的光，這個波段也被直接稱為850nm波段。但是，850nm波段的波長區域傳輸損耗比較大，也沒有合適的光纖放大器。因此，850nm波段僅適宜于短程傳輸。
而后，科學家又探索出“低損耗波長區域”光波段，也就是1260nm~1625nm區域的光，最適合在光纖中傳輸。傳輸損耗和光波段關系參見下圖。
1260nm~1625nm區域又被細分為五個波段：O波段、E波段、S波段、C波段和L波段。
O波段
O波段波長范圍為：1260nm~1360nm。此波段的光色散導致的信號失真最小，損耗最低，為早期的光通信波段。因此，被命名為O-band（O波段），其中O指“Orignal（原始）”。
展開 光通信有哪些波段？
5G網絡迅猛發展，網絡數據傳輸需求呈指數增長，光網絡作為底層的承載網絡，其傳輸能力對5G網絡發展至關重要。
擴展光網絡傳輸能力的一大法寶就是不停深挖光纖可用的波段資源，也就是不斷擴展光網絡的傳輸道路寬度。傳輸道路寬了，光網絡的傳輸能力自然就提升了。
近期，光網絡涌現出波段新秀CE、Cpp、C+L波段，為擴展光網絡傳輸能力增磚加瓦。
下面小編就給大家聊聊光纖的這些波段
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傳統波段
光纖通信顧名思義就是光作為信息載體，光纖作為傳輸介質的通信。但是，不是所有的光都適合光纖通信。光的波長不同（可以簡單理解為顏色不同的光），在光纖中的傳輸損耗就不同。傳輸損耗大的光，就沒辦法攜帶信息在光纖中傳輸了。
經過科學家長期研究，最先發現波長為850nm的光可以作為光通信使用的光，這個波段也被直接稱為850nm波段。但是，850nm波段的波長區域傳輸損耗比較大，也沒有合適的光纖放大器。因此，850nm波段僅適宜于短程傳輸。
而后，科學家又探索出“低損耗波長區域”光波段，也就是1260nm~1625nm區域的光，最適合在光纖中傳輸。傳輸損耗和光波段關系參見下圖。
1260nm~1625nm區域又被細分為五個波段：O波段、E波段、S波段、C波段和L波段。
O波段
O波段波長范圍為：1260nm~1360nm。此波段的光色散導致的信號失真最小，損耗最低，為早期的光通信波段。因此，被命名為O-band（O波段），其中O指“Orignal（原始）”。
展開 基于OptiSystem的波分+時分復用混合光網絡系統
信號傳輸后的眼圖分析
觀察不同光纖傳輸長度下的誤碼率變化曲線，如圖10所示，隨著傳輸距離的增加，誤碼率在上升。
圖10. 不同光纖傳輸長度下的誤碼率變化曲線
總結展望：本案例設計并仿真了四路波分復用乘以四路時分復用混合光網絡系統結構，分析了系統的波分復用以及時分復用特性，研究了信號光傳輸質量的影響因素。該系統具有將強的拓展性與靈活性，可根據客戶需求，進行調制格式，通信速率和傳輸長度等方面的設計與完善。
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硅光子技術應用的分析
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 幾大類通信系統介紹
通信系統分為以下幾大類：
?光纖通信
?衛星通信
?數字微波通信
?毫米波通信
1、光纖通信
光纖通信技術（optical fiber communications）從光通信中脫穎而出，已成為現代通信的主要支柱之一，在現代電信網中起著舉足輕重的作用。
1）光纖通信的優點
2）光纖通信系統的組成
主要包括光發送、光傳輸和光接收三部分組成。
光發送部分：光端機、電端機。光端機有光源、驅動器和光調制器。
光傳輸部分：光纖和中繼器組成；光纖為載體，中繼器是將經長距離光纖的微弱信號進行放大、整形，形成一定強度的光信號繼續傳輸。經過光、電、光轉換。在一定程度上增加了信號失真。
光接收部分：主要由光電檢波器組成。
2、衛星通信
衛星通信簡單地說就是地球上（包括地面和低層大氣中）的無線電通信站間利用衛星作為中繼而進行的通信。衛星通信系統由衛星和地球站兩部分組成。衛星通信的特點是：通信范圍大；只要在衛星發射的電波所覆蓋的范圍內，從任何兩點之間都可進行通信；不易受陸地災害的影響（可靠性高）；只要設置地球站電路即可開通（開通電路迅速）；同時可在多處接收，能經濟地實現廣播、多址通信（多址特點）；電路設置非常靈活，可隨時分散過于集中的話務量；同一信道可用于不同方向或不同區間（多址聯接）。
展開 Lumerical Mode分析鈮酸鋰定向耦合器的側壁傾角對耦合效率的影響
此時的光場分布也顯示出定向耦合器的單向性。
（二）側壁傾斜
然而，當保持其他參數不變的條件下，使得鈮酸鋰波導側壁從垂直變化到傾斜，情況卻發生比較大變化。入射光此時并不能只耦合到輸出口中的一個了，而是兩個口均有光輸出。這與側壁保持垂直的情況有所不一樣。此時，光場分布也證實了這點。
（三）不同傾斜角的耦合效率
為了進一步考察側壁傾角對耦合效率的影響，小編把傾角改為40°、50°、60°、70°、80°和90°做比較，如下圖所示。側壁較陡直(側壁角一般60—80°)，入射光傳輸到端口2，實現波導間的耦合，這在很多功能器件中至關重要。而波導側壁平緩(側壁角一般小于50°)，入射光傳輸到端口1比較端口2更容易，這就說明不易于實現波導間耦合。
（四）耦合距離的優化
為了優化耦合距離，小編選取了鈮酸鋰實驗樣品比較常見的側壁傾角=65作為考慮對象，并且采用參數掃描方式改變Lc，獲得兩個端口的耦合效率對比，如下圖所示
到最后，總的來說，這篇推文通過簡要的說明和圖片來闡述一件事：鈮酸鋰光子器件在設計時要考慮加工帶來的側壁傾角的影響，這是需要進行分析的。當然，也說明可以通過增加光器件的耦合長度來降低側壁傾角帶來的影響。
參考文獻：【1】薄膜鈮酸鋰集成非線性光學：走向全光信息時代的新路徑
【2】鈮酸鋰光子芯片的制造技術路線
最后，有相關需求歡迎通過公眾號“320科技工作室”與我們聯絡。
展開 激光二極管應用中光束難控？OAS軟件準直鏡仿真來助力
激光二極管準直鏡案例分析
簡介
激光二極管因發射面物理尺寸限制，輸出光束發散角較大，嚴重制約其在激光測距、光通信等需遠距離傳輸或精確聚焦場景的應用。本項目旨在通過 OAS 光學軟件構建仿真模型，設計一款適配 0.635μm 波長的準直鏡系統，將發散光束轉換為平行光束，核心指標為降低遠場發散角以提升光束準直性，為后續工業應用提供光學設計依據。
案例設置與操作
光源構建
采用點光源模擬激光二極管發光特性，在軟件光源庫中設定波長為 0.635μm，匹配可見光波段應用場景。
核心元件配置
搭建包含準直透鏡與分束器的光學系統，準直透鏡選用 BK7 玻璃材料，基于光的折射原理設計曲面參數；分束器.content 表面賦予堆棧膜層，利用薄膜特性優化光束分光與傳輸效率。
參數調整
開啟 Sobol 采樣隨機光線生成功能，設定多核運算模式加速追跡，通過導航窗口完成元件定位與參數關聯。
仿真分析與結果驗證
光束傳播特性
追跡結果顯示，原始發散光束經準直透鏡折射后，通過分束器膜層調控，傳播方向趨于平行，光斑輪廓規整度顯著提升。
準直效果量化
軟件輸出的角度亮度分析圖表明，光束發散角較初始狀態大幅縮減，符合平行光傳輸的核心需求，驗證了膜層設計與透鏡參數的合理性。
可靠性驗證
通過參數靈敏度分析功能，確認系統在元件公差范圍內仍保持穩定準直性能，為實物加工提供容錯依據。
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