Y8T310 波长可调谐激光器与多波长激光器的应用场景
可调谐激光器
多波长激光器
固定波长激光器，容易做，成本低
可调谐波长激光器，太难了，太贵了。
降低库存，只需备一种物料，用波长可调的光模块，但是模块很贵。
用便宜的光模块做备件，但是需要备齐型号，因为不能提前知道哪个出故障。如果车的轮胎是四个不同尺寸，那备胎也需要四个。
多盖楼来放服务器。
少盖楼，让服务器多传流量。
用相干，贵，功耗大
用直调直检，便宜，但做不了一个高速激光器，用几个通道做并联。
前言
9月28号做了一个可调谐激光器三小时的视频解读，上周日在激光器原理，各个激光器类型分析中，也提到了可调谐激光器和多波长激光器。有小伙伴希望把这两个类型的场景再解读一下。
在合集中也写过很多这类激光器的具体实现，
2020合集447-449页、449-451页、451-456页、456-460页、460-462页、462-465页、467-470页、470-471页、19-22页、43-45页...
2021合集上册53-56页、191-195页、305-307页、309-312页、315-318页、318-319页、370-374页...
2021合集下册137-139页、323-327页、417-419页、419-422页、6-8页...
2022合集上册46-47页、55-59页、360-364页...
还有近期4个月写的一些可调谐激光器内容，还没来得及合在一起的
Y8T222、Y8T225、Y8T226、Y8T238、Y8T242、Y8T243、Y8T245、Y8T259、Y8T271、Y8T275、Y8T280...
2021合集上32-37页、2021合集下462-466页、2022合集上64-69页、69-71页、71-72页、72-74页、74-76页、76-80页、78-80页、80-82页、109-111页、157-160页、160-161页、314-316页、347-348页、Y8T22
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可调谐波长激光器的由来
今天写写故事吧，波长可调谐激光器和多波长激光器的应用场景是什么？ 换个问法，什么样的场景下要选择可调谐激光器，或多波长激光器
上世纪50年代，通信技术进入到发展瓶颈期，大家信息通信的需求越来越多，以语音通信为主，就是打电话。
那会儿的传输线是铜缆，信息的传输要满足不断增长的需求，有两个选择
一个选择是，多架设传输线，
第二个选择是，在一根铜缆上进行多个电话信息的“复用”
这两个选择，当然第二个更符合咱们产业趋势，少花钱多办事。要复用就是TDM方式，把1秒钟切割成多份，比如500份的时间，每个通信占一个时间段，一根通信传500路电话，两端就有了调制解调器，用于这些信号进行TDM复用和解复用。
第二个选择带来了新问题，就是为了省钱，一根线上叠加的电话数越来越多，这就成了高频调制，通信的高频传输有个劣势，频率越高，损耗越大，这是金属线的感应磁场和感应电场带来的问题，没办法解决。
损耗很大，传不远，就得隔一段距离加一个“信号放大器”，这也是钱啊。
那怎么办？ 未来如何解决高频信息在铜缆上的“巨大损耗”，通信又到了一个新的抉择点
第一种选择，用“射频空芯管”替代铜线，空芯金属管，控制好射频频率和空芯管的尺寸，就能实现大信息量和低损耗的传输。
这种金属管子，可传分米波。
第二个选择，用光导纤维来替代铜缆，光导纤维就是玻璃丝，可以传微米波，一根纤维可传输的信息量理论上是空芯金属管的100000倍，十万倍。 但是，传不远。
50年代是有光纤的啊，只是50年代的光纤传不远。
在50年代，通信要做出的选择是，
通信容量低，但损耗也低，传的比较远的，空芯射频电磁波导管。很贵。
通信容量高，但损耗大，传不远的光波电磁波导纤维。 很便宜，玻璃丝和金属管相比，又轻又便宜。
当时已经有很多科学家站在分米波的微波通信这个技术路径上了。直到高锟院士的理论横空出世
高锟院士说，玻璃纤维丝通信容量大，但玻璃的损耗并不大。现在看起来很大是因为当时的玻璃制造工艺有杂质。是这些杂质吸收了光，看起来损耗很大。想办法把杂质滤除就行。
高锟院士就找了一家玻璃厂，对，就是康宁，康宁派了几个博士做制作，其中有个化学家，用化学提纯的方法，把纯净的二氧化硅做出来了，之后用这些纯净的粉末柱子重新回炉加热后制作玻璃棒，再拉成丝，
合集2021上第301-305页，是第一根光纤的制作历程。
当方案各有利弊时，才需要做选择，当一个技术路线明显各方面都很行时，毋庸置疑站在光纤这一边。
70年代的光纤
（相比铜缆传输）具有超大的容量、超低的成本、超长的距离，不用权衡性价比，而是性价皆可得。
如果换算一下，2022年的光纤通信技术，有能力让一根光纤支持70亿人同时打电话。
80年代中期，光纤通信正式运营，进入产业化时期，一根光纤可传输45Mbps信息量。
第一代光纤通信（1984-1995） TDM时代
这时候就是用光纤替代铜线，基本的通信方式没有改变，要提高通信容量，就拼命增加TDM的复用率，从45Mbps，到155M，到622M，1.25G，2.5G....
因为互联网时代来临了，著名的win95，就是1995年啊，上网的需求比打电话所需的通信容量要大的多。
光通信产业的压力太大了，那个年代做2.5G激光器难度之大，堪比今天的200Gbps的激光器。
需求在增长，如何实现老百姓的需求，历史上再次走向一个抉择点
第一，多铺光纤
第二，在一根光纤上，多传几个波长，每个波长可传输2.5G，这样也可以啊
90年代，光纤很便宜，但是架线挖沟这些基建成本不便宜啊。
比如从北京到上海1500公里，需要每隔几十公里或者一百公里就要做一次“信号中继”，啥意思呢，光纤进入的光功率不能太大，咱们用个放大镜就能让火柴点燃，用透镜把激光器光耦合到光纤中，能量太大也会把玻璃烧坏啊。
咱光纤比铜缆传的远，是真的，可不是无限远，这时候需要中继。
中继的存在，让前两个选择就没啥区别了，当时的中继技术，OEO，就是把（经过传输的衰减了的）光信号转为电信号，再转成大功率的光信号，进入光纤。
直到另一个技术的出现，打破了选择的僵局。
80年代末，90年代初，EDFA的基本原理出现了，用掺饵光纤做光放大器，就能一次性放大很多波长，直接放大光功率，无需OEO的那种中继。
之前看起来需要性价比权衡利弊的两种方案，有了EDFA做中继，就无需权衡了，即实现WDM的大容量，也实现了低成本。性价皆可实现。
所以多跨段的DWDM波分系统，放在了光纤的低损耗和EDFA的增益谱，二者兼顾的波长范围内。
在互联网开始的那个时代，光模块也独立成一个接口，专门做光电信号的互相转换功能。
上边说的是系统的选择，光模块是服务于光纤通信系统的，要有光信号，就需要激光器做光源，激光器面临两个选择
第一个选择用固定波长激光器，第二个选择用可调谐波长激光器
这两个选择，站在光模块的角度来看倾向于选择固定波长激光器
但是，光模块的格局小了，站在整个通信系统来看，激光器的故障率最高，且没有什么技术手段来完全解决。只能坏了就得换，只换激光器不行，激光器的参数参差不齐，光模块需要一个一个的设置激光器的工作参数，那就得换光模块，换光模块当然越快越好啊，这就得有库存备件。就 像车得有个备胎，具备坏了随时更换的意思。
那么系统对激光器的选择，也有两个
用可调谐波长模块，虽然单个很贵，但是站在大格局下，其实很便宜。
光模块的小格局选择就不重要了，要顾全大局。
这时候的可调谐激光器和固定波长激光器，在产业是并存的，毕竟可调谐激光器不好做。随着DWDM的发展，可调谐激光器的成本越来越低，理论研究越来越深入，生产能力逐步提高，渐渐可调激光器就超过了固定波长激光器。交叉点发生在10G DWDM的时候。
之后一直就是可调谐激光器在DWDM的主力了。
明白当时的选择，也就明白了为什么CWDM4、LWDM4、CWDM6、MWDM12、TWDM4（40G PON）这些在数据中心、5G、 PON等领域的合分波设计时，可调谐激光器无法占有主要地位了吧。
因为波长太少，模块的选择和系统的选择，最终统一到固定波长具有最佳性价比这个观点。
当DWDM进入到相干通信的时代，波长可调谐激光器多了一个技术选择，就是窄线宽，要降低噪声，就得控制线宽。降低线宽，可以降低相位噪声，提升信噪比。
多波长激光器的由来
多波长激光器，也就是光频梳，在DWDM有需求吗，当然是有的。
但在当时多波长激光器压根儿没有被权衡性价比，他就不是个选择项，原因很简单，多波长激光器技术还没有突破，还处在研究阶段，还不是个“产品”。
多波长激光器能被纳入选项，其实是近两年的事儿。
刚才说的是1995年，互联网流量推动DWDM技术，互联网的流量一直是指数型增长，
互联网1.0时代，大约是1995-2003年这个时期，以个人电脑为主。
互联网2.0时代，大约2003-2012年这个时期，出现了分布式数据中心，以及非常少量的大数据中心，约等于几百个、几千个、几万个电脑主机放在一起。
互联网3.0时代，2012-2020年这个时期，出现了超大规模数据中心，数据中心集群，这些流量超大的节点
后互联网时代，2020年，全球新冠需要人们最好“不接触”，信息的传递越来越依赖通信网络，在线教育、远程工作、制造厂生产数据实时处理、在线购物....
流量这么多，数据中心的建设者有两个选择
让服务器多传流量，具有性价比，两年就翻一番，进入拼命更新换代的节奏，就为了少盖楼少花钱
光模块也被迫进入快速迭代时期，和当年一样，你想要100G、400G、800G光模块可以啊，光模块的选择
这两个都用了，相干用在较长距离，如数据中心集群之间的互联，直调直检多通道并行用在较短距离，如数据中心内部楼群内的互联
可这些对光模块未来发展，依然存在巨大挑战，比如OSFP，我们期待传800G，CPO光模块，尺寸比OSFP小一半，传输容量是3200G啊，3.2T的容量在2022年上半年被定下来了。
3.2T，其实有了技术支撑，非常小的硅基微环调制器级联，同时可以实现分波长，调制器，以及波长复用后输出。
那么在光模块里集成一个多波长的激光器，就能实现小型化，高集成度，大容量的光模块。
把多波长激光器，独立成一个配件，也是可以的。
这时候，多波长激光器在数据中心领域，而数据中心既选择了相干DWDM，也选择了直调直检的多通道WDM方案。
多波长激光器，既有DWDM的相干模块需求，也有高速以太网多通道CWDM的需求，我们写过的Intel、UCSB、IMEC、HPE、AyarLbas、Ranovus等厂的多波长激光器的研究者，基本处在硅光集成的主要厂家里，并且是硅光集成技术路线微环调制器研究的主力
