使用集成光学色散补偿器，在30公里单模光纤（SMF）上实现C波段312 Gbps PAM8传输

《Journal of Lightwave Technology》：C-Band 312 Gbps PAM8 Transmission Over 30 km SMF Using Integrated Optical Dispersion Compensator

硅光子学芯片集成紧凑型光色散补偿器，通过光子芯片上的 chirped waveguide Bragg grating 实现大色散补偿和宽带宽传输，验证了30 km单模光纤上200 Gbps速率PAM4信号及25 km光纤VSB PAM4信号的传输性能，采用低延迟DSP简化接收处理。

　　

摘要：

强度调制直接检测（IM/DD）技术被认为是一种低成本、高容量、低延迟的解决方案，适用于数据中心网络（DCNs）和无源光网络（PONs）等短距离光连接应用。然而，色散（CD）是限制传输距离的主要因素。硅光子技术的发展大大减小了光色散补偿器（ODCs）的尺寸，并有望取代传统的色散补偿光纤。在本文中，我们展示了一种基于片上啁啾波导布拉格光栅（CWBG）的紧凑型ODC，该光栅能够同时实现较大的色散补偿和宽频带。利用这种片上ODC，我们在30公里的单模光纤（SMF）上实现了超过200 Gbps的C波段PAM4/PAM8传输，并在25公里SMF上实现了光残留边带（VSB）PAM4信号传输，同时仅需简单的接收机数字信号处理（DSP）和低延迟。

引言

互联网流量的激增持续对低成本、高容量和低延迟的短距离光连接解决方案提出了更高的要求[1]。强度调制直接检测（IM/DD）链路本身具有低成本的特点，尽管色散（CD）是限制其传输距离的主要因素。目前，通过100 Gbaud 4级脉冲幅度调制（PAM4）实现了每通道200 Gbps的传输速率，应用于数据中心网络（DCNs）[2]、[3]、[4]、[5]、[6]。即使采用Mach-Zehnder调制器（MZM）进行理想啁啾管理，并在O波段部署粗波分复用（CWDM4），其支持的最大传输距离也仅限于6公里[7]。从长远来看，由于光纤色散造成的系统损耗与波特率的平方成正比，传输距离将进一步缩短。对于光纤接入应用，ITU-T标准化的50G无源光网络（PON）选择了1,342纳米波段的下行波长，在典型的20公里链路中，光纤色散累积达到约77 ps/nm，这使得1 dB的功率损耗容忍度（约37.5 ps/nm）翻倍[8]。同样，未来的100G/200G IM/DD PON将面临更大的光纤色散挑战。作为IM/DD的替代方案，数字相干链路充分利用数字信号处理（DSP）有效克服色散影响并显著延长传输距离，但基于DSP的色散补偿所需的有限脉冲响应（FIR）滤波器阶数及其功耗与累积色散总量成正比，这也是相干模块的平均售价和数据处理延迟仍然远高于IM/DD模块的原因之一。尽管已经提出了一些先进的DSP算法来减轻IM/DD系统的色散损耗，例如最大似然序列估计、Volterra非线性均衡器（VNLEs）和神经网络[9]、[10]，但这些方法带来的改进有限，并削弱了IM/DD系统的低成本/低功耗/低延迟优势。相比之下，基于传统色散补偿光纤（DCFs）或模块的光色散补偿器（ODCs）为IM/DD系统提供了一种更可行的解决方案，具有低延迟和低功耗的特点。然而，基于DCF的ODCs体积较大且色散补偿固定，给系统集成和灵活部署带来了挑战。此外，DCF还会引入额外的插入损耗、延迟和非线性效应，从而降低IM/DD系统的性能。