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经济形势而非技术阻碍了SOA的发展
作者: 发布时间:2010-01-21 08:27:03 来源:《光波通信》2009年12/2010年1月

Meghan Fuller Hanna,《Lightwave》资深编辑

在经济形势变差的背景下,业界长时间期待的能够推动SOA发展的应用终于开始显现了。仍然坚守这个领域的制造商们坚信它终会成为全光网络的“晶体管”。

在很多应用中,半导体光放大器(SOA)的作用与掺铒光纤放大器(EDFA)类似,例如在发射机后作为后置放大器,在接收机前作为前置放大器,或在光纤链路中作放大器,以及在传输系统中单纯作为线路放大器。SOA制造商一度希望它能够与EDFA直接竞争,但这种情况似乎并未出现。

而现在,推动SOA市场的新应用开始逐渐显现。SOA的机会出现在掺铒光纤的放大窗口(主要集中在C波段)之外。与EDFA不同,SOA的光放大范围从1060nm(主要用于医疗领域)直到1600nm,这使得它能够广泛适用于接入、城域和广域网。但是,由于经济上的不确定性,这些应用被推迟了。目前仍然留在SOA市场中的制造商有Alphion、Amphotonix、CIP Technologies、InPhenix和Thorlabs Quantum Electronics。

由于与EDFA相比具有波长优势,GPON曾经被认为可能是SOA机会最大的应用。Chris Peterson是Alphion的市场营销副总裁。他指出,当传输距离在20公里以内,光网络终端(ONT)在32路时,GPON可以不需要放大或延伸技术。但如果将GPON的传输距离扩展到其逻辑极限,即60公里和128路ONT时,就必须增加功率预算。而且其下行(1490nm)和上行(1390nm)都工作在EDFA放大窗口之外。另外,Peterson还指出上行链路有个问题必须考虑:当128路ONT汇集到光纤线路终端(OLT)时,其数据传输突发性非常高。光纤放大器无法适应突发数据放大的要求,只有SOA才能相对容易地解决这个问题。

对突发数据的良好支持,也使得SOA在包交换城域以太网中找到一席之地。EDFA适合于稳定传输链路,尤其是平均功率稳定的系统,譬如SONET/SDH网络。在突发传输时,EDFA必须增加额外的功率控制单元,否则就只能工作在线性模式下。ThorLabs Quantum Electronics的CTO Peter Heim说,在这种场合下,SOA就显示出了很强的竞争力。Thorlabs目前就在为运营商部署的乡镇级包交换网络提供部分SOA器件。

uKf光波通信
图1

“不过这种应用所需的数量非常有限,”Heim承认,“但这种应用的增长速度却非常快。我认为目前的经济环境已经在推动它的发展。”

在长距离传输系统,尤其在运营商采用OIF认可的、基于相干检测和偏振复用技术的10Gbps传输系统中,SOA也会发现新的市场。根据Heim的解释,Thorlabs Quantum Electronics专门为这类应用开发了一种对偏振不敏感的SOA,并起名叫增强型光放大器(Booster Optical Amplifiers,BOA)。“我们正在与所有提供这一类系统的主要运营商合作,在接收路径上部署BOA。”Heim说。

WDM-PON的承诺uKf光波通信
目前,运营商在发展WDM-PON上的投入还比较保守,而SOA很可能会在这种网络中找到大量应用的机会。在WDM-PON中,一种被称为反射SOA(RSOA)的器件可以充当调制器的作用。它最吸引人的优势是同时具备反射和放大能力。CIP Technologies的CTO David Smith解释说,RSOA将会在每一路ONT或每个家庭单元中得到应用。

在WDM-PON应用中,一定宽度的波长会从中心节点或OLT中产生,并通过波长选择器,通常是一个阵列波导光栅(AWG)进入网络,然后再通过AWG传输到达每个ONT上的RSOA。“来自中心节点的光到达反射SOA后,它会接收被滤波器选择的波长并将其反射回去,”Smith说,“控制SOA开关来操作终端的数据信号,实际上就是在调制(这些波长),这样可以实现类似WDM的发射功能。而且它对波长没有选择性,不需要产生新的波长。它要做的就是接收、调制并将光能量反射回去。”

采用RSOA可以消除每个ONT上所需的发射器件,从而降低成本,因此非常适合用于WDM-PON。不过即便如此,无论采用RSOA与否,目前的经济环境都可能使WDM-PON显得太过昂贵。“WDM-PON最大的问题是它的能力已远远超过目前市场的需求。”Heim沉思到,“所以这种技术很难定价。在Verizon的网络中,如何才能找到一条大家都感兴趣的分阶段部署的道路呢?”

为了进一步降低成本,一些制造商正在尝试部署不需要冷却的RSOA。目前的RSOA必须进行冷却才能保证获得所需的性能指标,而增加制冷器就会提高成本和功率消耗。Heim称其为RSOA面临的“最大技术问题”。“目前在0o到50oC间,RSOA的性能已经可以控制得比较好,但要将温度范围扩大10o到15oC就很困难了。”他承认,“这是由物理学原理决定的——能级带隙会随温度改变而改变,结果导致波长也随之改变。这一现象是无法避免的。”

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图2

尽管如此,Heim相信RSOA与其可能的替代者,注入锁定法布里-波罗激光器相比,“优势明显”。Heim承认,Thorlabs Quantum Electronics“已经在其上投入了大量努力”。CIP和Amphotonix目前也在提供RSOA器件。

不过,也不是所有的SOA制造商都在WDM-PON市场看到了机会。“我们认为这很困难,”Alphion的Peterson说,“反射SOA是否能够引起[WDM-PON的]兴趣还很难说。”他认为,真正能够引起兴趣的应用是不断增长的10G EPON。数据速率从1Gbps提高到10Gbps会引起接收灵敏度的显着降低。Peterson称,在接收器中嵌入SOA,以提高10G信号前端的功率预算的方法,正被业界尤其是远东地区广泛关注。“我们正在与相关方就这个问题展开深入探讨。”他承认。

未来的走向uKf光波通信
最近,一些发展趋势可能会帮助SOA进一步提高其性价比。目前,光子集成(PIC)和硅基光子技术正在引领单片集成器件的发展潮流,而SOA在这一领域的竞争力显然比EDFA大很多。SOA很容易就可以与其它器件集成在一起。

有两种办法可以实现集成:SOA直接单片集成,或在其它半导体基片上混合集成。“采用磷化铟的SOA可以作为有源器件,”CIP的Smith说,“而硅基材料可以用作无源器件,包括耦合器、分路器、滤波器和波导器件。”

而未来,SOA可能更希望成为阵列器件。Thorlabs Quantum Electronics合并了Covega Technologies,Heim称这家公司是为电信应用提供分离式SOA的最大供应商,有成千的器件正在目前的网络中使用。不过他也承认未来的电信技术会更多地依赖于阵列器件。标准的分立SOA,其成本主要集中在封装上。如果能够同时将四个SOA集成在一个基片上,则成本可以降低到原来的四分之一。事实上,他说:“分立的蝶形封装单功能器件从来没有获得过显着优势。但是采用阵列技术,就可以降低成本,提高竞争力。”

对未来的应用而言,制造商相信SOA会在非线性处理领域大展宏图,包括波长转换、复用/解复用和高速光开关。SOA的开关速度非常快,典型值达到纳秒级甚至更低。

“不过这要等待很长时期。”Smith说,“在超快光开关领域暂时还看不到SOA的商业应用,但世界上很多研究机构正在购买这些器件。”

Smith相信,总有一天SOA会在发射器中广泛存在。“它可以通过优化应用到所有的业务类型中,包括用于WDM-PON中的调制器,调谐式外腔激光器中的增益模块,或用于线路放大器、前置放大器、后置放大器和开关等。它就像电子电路中的晶体管一样,通过设计调整会成为适应不同应用的通用建筑材料。”

“全光处理器也将基于SOA。”Heim说,“它会成为这类器件的晶体管。但这一幕出现起码还要等待10年之久。”

  
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