Y9T335 相干光模块用于不同领域的重点与难点
今天算是聊个闲话吧，正在改明天要用的PPT，光模块产业短短三十年，当初从光纤通信这个大行业逐渐细分出来，成为一个相对独立的产业链环节，模块两侧的信号被“标准化”，目的是供需双方都能降低产业成本。
无论是DFB、VCSEL、PIN、EML还是TOSA、COSA，模块，测试仪表等等，大家都能找到同类的客户，找到多个供应商，标准件比定制件更便宜，这是很多行业都有的特点。
降低成本，是通信发展的核心目标，但不是光模块发展的主要趋势，从模块调到整个行业角度来看，就能理解光模块的技术路线的选择了。
400G的模块比100G贵，但是可以降低通信成本，400G相干模块比400G以太网模块也贵，可有些场景还是义无反顾的选它，这也是为了降低成本。
打个比方，你花10块钱买了一个箱子，后来你做了两件事，第一件事就是砍价，9块钱卖不卖？ 第二件事就是买大箱子，花15块钱买一个箱子，一个两倍容积的箱子。
第一个是实打实的降低成本，第二个是等效降低成本
我们光模块的比特率，从45M 比特/秒，到现在的800G 比特/秒，走的就是这条路。等效降成本的路。
光模块选择DD还是相干，走的也是这条“等效”路。DD是直接检测，灵敏度有限，需要每隔一段就得“中继”一下，也就是咱喝点稀饭，一顿饭支持我们跋涉20km，那就得每隔二十公里设置一个饭馆，饭馆也是要花钱的。相干是“干涉接收”，信号光和LO的本地光进行干涉，信号光是能量，本地光也是能量，干涉所用的混频器，也叫乘法器，就是俩能量相乘，约等于自带干粮补充能量，一顿饭支持我们走40km，（同样前提下）只需每隔四十公里设置一个饭馆就行。省钱。
电中继，就是给每一个人，建一个单独的饭馆，EDFA或者SOA的光中继，就是大食堂，谁来都可以吃饭，吃完饭赶路即可。光中继更省钱。
EDFA是大型食堂，SOA是小食堂，EDFA是掺铒光纤放大器，掺铒光纤可以用好几米，好几十米，伙房很大很大，把泵浦光加工放到信号光的能量上去。SOA是个芯片，用的是微米和毫米来做单位的，小伙房。
既然是“等效”，就有前提条件，对于家里需要俩箱子的，第二件事就作对了，可有些人并不需要俩箱子，一个就够用了，那么第二件事看似便宜，但实际上是浪费，还有些家里现在只需一个箱子，可但是媳妇已怀孕，非常明确的知道后续会用到更多的箱子，那么买大箱子这个事情就是未雨绸缪，就是战略规划。
未雨绸缪也好，战略规划也好，这里边会有不确定性，乌云来了但雨不一定下到咱家，媳妇怀孕，不一定在咱家坐月子，有可能在婆家娘家亲戚家呢，比如疫情期间串门走亲戚，咔一下，只能在亲戚家过日子，这就是不确定性。
既然是“等效”，对于相干模块来说，是比DD有优势，可但是一个东方大国幅员辽阔，需要部署的是五千公里，那么减小中继数量就有等效降低成本的意义。可如果俩服务器，相距一百米，用相干就是浪费了，一个电瓶车就能解决的距离，你告我说，你买一列火车吧。
这就是同样的800G模块，在数据中心的30米，50米，500米, 2km...，用起来了，都是DD，不选相干。
相干在一万公里的干线，几百公里的城域，几十公里的数据中心之间，将来的20km PON等等....，他们省成本的重点不一样。并且由于提前规划，而导致了一些不确定性带来的风险。
比如干线传输，从100G时代向400G相干做规划时，有考虑过用654光纤，后来发现还是用652吧，那么对于想在654光纤上提前投资和部署的厂子，就是承担的“不确定性”风险了。
比如现在的400G干线传输要用到C+L波段，但是如果L波段的放大器最终部署时，发现不符合当初预期，就有可能让某些厂承担这种“不确定”性的风险了。
抵抗不确定性风险，也有不同的选择，未雨绸缪的“未”是提前量，有些人在雨前一小时才能判断，有些老农民可以提前一年就开始估算下一年的雨季时间和雨量大小。
越靠近下雨时间，不确定性越小，但是留给我们的机会也少，很多事情会变的急迫，比如好多厂今年突然看到800G有订单了，急匆匆的要研发，时间紧任务重压力巨大。
“未”的提前量越大，不确定性越强，如某创某为，提前好几年就开始储备技术，储备人才，这是看到800G订单了，这个储备就有大收益，可但是，万一没有呢，今年春节的时候，大家伙都认为今年是以太网模块的“谷”底，是不是？
现在的一个热词，薄膜铌酸锂，这就有很大的不确定性。把铌酸锂做成薄膜，当然很好，可是怎么做，很多工艺有不确定性，不知道能不能攻克，比如，薄膜刻蚀的残留物，如何清除？比如薄膜很容易被挤裂，铌酸锂的薄膜不同方向，热膨胀的系数不一样，明天公众号写一写这个，用水晶来封装铌酸锂薄膜，因为水晶的热膨胀系数也有方向性，可以避免铌酸锂薄膜破裂。这些就是不确定性，不知道这些技术在用的时候，会出现什么问题。
约等于，咱家有宝宝了，要未雨绸缪给娃定了目标，考上清华，规划时，娃在婴儿时期学什么，幼儿时期学什么，小学中学，都给规划了，可但是落地执行的时候，发现，
有些娃真考上了，有些娃跨领域应用了，学习的知识，不用于考清华，还可以考北大啊...这也算技术产业落地了。
但是，很多新技术以及这些新技术的参与者们，其实面临的是更残酷的竞争结果。
研究了半天，感觉浪费了，但其实不会。比如十几年前的光学频分复用技术，现在拿过来作为“子载波”相干技术，可能对于下一代PON的相干通信有帮助。
比如十几年前的DPSK的技术，<2022合集上>，没有用在相干光模块里，相比较QPSK，8QAM，16QAM而言，一个通道的相干接收DPSK没有竞争力，可但是，现在又拿出来用于PON的ONU啊，一个通道足够了。可以拿来用于激光雷达了，那原本就只是一个通道的接收。<2023-11-25的通信技术用于激光雷达>，有视频回放，可以看下。
那么对于所谓的技术规划，储备，有实力的大厂会尽量多的研究，市场机会无论什么时间来，哪一条技术会落地，对于大厂而言，都是菜。
这一个多月，我在整理ECOC，会发现，华为在前期的技术研究上花了大功夫，铌酸锂在研究，磷化铟在研究，砷化镓在研究，硅光在研究，基于砷化镓的VCSEL在研究，基于砷化镓的量子点技术在研究，基于硅和砷化镓的结合层在研究...，基于硅和铌酸锂也在研究...
回到主题，相干模块在不同领域的重点。
相干，在海底光缆，在超长距，在城域和短距数据中心，其实差异很大。
对于干线而言，从100G，到200G相干，往400G发展，干线最大的问题在于物理距离是不变的。
北京和深圳之间的长度，并不会因为你用400G替代100G而改变地理位置。可是，400G的信号传输距离，在不改变其他条件时，由于带宽提高而导致通信距离缩短。
那么，400G在干线，有两个方向可以探索，
一，不能加带宽，采用复杂编码提高容量，这样就不会引入由于带宽提升而导致的通信距离降低，“距离带宽积”，这是词贯穿了我们通信人的一生。
二，不增加编码复杂度，这样就不会由于编码代价而导致的通信距离降低。
采用67GBd，16QAM，带宽不用很高，复杂编码所需的信噪比代价，会降低通信距离。
采用130GBd，QPSK，不需要付出额外的编码代价，但是带宽高了以后，带来俩问题，什么器件才能用在130GBd上，第二就是同样的QPSK，30GBd和130GBd，频谱不一样。
这两年的新闻，说的是，进行了五千公里的传输，七千公里的传输试验等等。在干线上，最后选择而来130GBd的QPSK，因为产业发展，带宽可以提升，编码代价是永恒存在的。编码的不确定性，走到了接近确定性的“节点”。
为什么400GZR没有这些焦虑，因为人家的几十公里的传输，100G时代就没有用过相干模块，到400G时代第一次用，压根不需要考虑干线在几千公里的纠结，16QAM用起来，降低光器件的带宽是很重要的，因为便宜，对于干线在乎几千公里那个范畴的缩短距离，在DCI之间不是问题，不是选项。
回到干线，130GBd的QPSK，比32GBd的QPSK，比67GBd的QPSK，符号的时间间隔降低了，信号的频域就会展宽。一个信号用积木来表示的话，长宽高，就是时间、频率和幅度，他们的体积要求不变，能量不变的话，脉冲宽度（时间轴）减小，幅度不变，则频宽就增加了。我们体重一样的俩人，要么高，要么胖，肉不会凭空消失。能量也是的。
那么，130GBd选择QPSK，就需要更宽的频率范围，67GBd 16QAM需要150GHz频谱宽度才够用，就从1550的C波段，开始要启动16xxnm的波段。带来的一个问题，EDFA的增益谱不够了，EDFA是伙房，要扩建，但有没有能力，怎么办。
EDFA扩大频谱，也就有了几个方向，EDF是掺铒光纤，那就从光纤和铒下手，一个方向是改光纤，那么是不是光纤的氧化硅里再掺点东西，比如磷，比如铝，改善一下长波长的增益谱，降低一下损耗。另一个是改铒，不用铒，用铋可以不？用其他元素可以不？用SOA可以不？
这就是业内热热闹闹研究的用于替代EDFA或改善EDFA的各种技术。
还有一个就是联合，你EDFA可以用一段，我再选点其他技术用一段，把伙房盖起来。
Y9T317 用于超宽带干线通信的放大器研究磷铝共掺啊，铋铒联合啊，这些的。
<2023合集上>华为超宽带SOA
<2023合集上> C+L波段EDFA的新元素掺杂
这些个事儿，都是为了解决光学中继放大谱，是有不确定因素的。技术难点可能被攻克，可能不会。
再一个就是薄膜铌酸锂，因为选择QPSK，就需要被迫提升光学调制器的带宽，另外超长距的传输，对信噪比要求很高。
磷化铟的带宽够，但是InP是半导体，掺杂的P-InP，n-Inp，有吸收损耗，这些在短一点的距离，可以接受，长距就不能接受了。原因在于信噪比，信号大很好，噪声低也很高，当没有能力控制噪声的时候，就希望信号足够大。P-InP把光吸收了一部分，载流子吸收，那吸收的可不是噪声，是信号啊。
硅光就更不行了，损耗更大，硅光的信噪比，只能支持它用于比InP再远一点的距离。硅的损耗，除了载流子吸收损耗，还有侧壁粗糙度的损耗等等。
这时候，干线想起来铌酸锂了，铌酸锂这个材料，损耗很小，另外线性度很高，理论上的带宽也很大。当然，理论和实践是区别在于，铌酸锂当时的工艺能力，让它的带宽只有20GHz左右，远远达不到理论的70GHz以上的现实。
铌酸锂主要是被金属电极拖了后腿，波导很长的话，金属的趋肤效应就带不动了，猪队友。
铌酸锂做薄膜的目的是，挽救一下金属电信号的射频带宽，因为光学材料铌酸锂，薄膜不薄膜的，泡克尔斯电光系数又没变化。
一旦要做薄膜，就有了新的不确定性，
一个是怎么样切薄膜，或者怎么样长薄膜，这个技术也研究了几十年，最后用离子刀的方式切薄片，被产业固化下来，基于离子切片的技术提出来，做成样品，至今也得十五个年头了，已然可以商用化。
一个是薄膜放在哪里啊？放到硅上？氧化硅上？金属上？陶瓷上？薄膜放的时候用胶水黏合？用玻璃键合？将来用在产品上，高低温变化时，会有应力吗？会被挤碎吗？ 都在研究，也都不确定是否能攻克
一个是怎么在薄膜上刻槽做波导，以前铌酸锂不用刻槽的，现在需要，那就是新工艺，研究了怎么做图形转移，用电子束来刻？用光刻？用什么波长的光来刻？紫外光？深紫外？极紫外？
图形转移到铌酸锂上，那就得选什么方法刻，用金刚石刀？用腐蚀液的湿法刻蚀？用气体干刻？ 用气体干法刻蚀的话，用什么气体？是惰性气体硬轰？还是用反应气体来做化学反应？惰性气体的话，选哪一种？反应气体的话，选择哪一种？
薄膜做好了，波导刻好了，放电极吧，电极怎么放？ 放得太近了，金属对光有吸收，放得太远了，调制不上信号怎么办
能不能找到一个新的电极材料，不用金属行不行用其他的导电材料行不行？
....
这些都是事儿，源于要在干线上实现400G相干光模块的部署，好几年了，产业还在考清华前的苦读时期，今天要背语文，明天要练数学，忙的很。
相干模块用在数据中心，这个事情的重点就变了，传输距离不是第一优先级，也不需要考虑EDFA中继放大的食堂中继管饭的事儿了。
这就是相干下沉里的一些变化，
第一个变化，波段不再拘泥于C波段，而是C波段也好，O波段也好，哪个好用用哪个。
干线几千公里的传输，“多跨”中继，中继成本最低的是EDFA，而EDFA恰恰是工作在C波段的。数据中心那点距离，咱不要中继了，选择C波段，可以重用产业链，选择O波段，可以另起炉灶用DFB。
DFB也比DBR可调谐窄线宽激光器，比ECL外腔可调谐窄线宽激光器，要便宜多了。
这两年用于下沉的相干技术，第一个想到的低成本策略就是用便宜激光器。
第二个变化是，不用俩激光器了，长距的传统相干模块，用来干涉的光，一个是信号光，是几千里外的那个激光器调制上去的，一个是本地光，是内部的激光器给的。俩信号干涉，提升信噪比。
现如今的“同源”相干的模块，信号光是远处那个激光器调制上去的，用于振荡的那个光，也不用本地了，让远处的那个激光器“分”一点功率我们吧
就是以前600里加急，出发时在家吃饭，到达目的地后，驿站管饭。现在的省钱方案，出发前吃饭的时候少吃点，一块饼掰成两半，一半现在吃，另一半到达目的地后，拿出来吃。
这种方案，是省钱了，但是，需要偏振跟踪，这个技术里就有了各种偏振跟踪有多快，有多准，用什么技术跟踪，用什么技术锁定....，研究吧。
用于下沉的相干技术除了波段和激光器的选择外，还有DSP，都知道DSP很贵，那能不能取消啊。以太网光模块的LPO就是想取消DSP，热量就大，价格还贵，下沉的相干模块也想着取消DSP，便宜点。
这些不确定性，就是，当初既然选择DSP用于高速以太网，用于相干，就不是白选的，是有作用的，现在去除之后，性能下降，如何来弥补，比如LPO要考虑射频损耗的问题，下沉的DSP要考虑如何分离相位等等。
把相干用于数据中心，可以采用更复杂的调制格式，这个信噪比的代价，是能接受的，但对于，把可调谐改为固定波长，把彩光改为灰光，把内差相干改为同源干涉，把DSP去掉（又想着用简单调制格式来替代复杂调制格式了？？？？回旋镖）....， 是目前的研究重点，也是不确定性的来源。
干线的传输，肯定是用相干模块，只是用什么相干而已。
数据中心的相干下沉，除了可选相干外，还可以选DD直接检测啊，相干考虑的是如何降成本，DD（就是传统以太网）想的是如何提升性能，延长传输距离，比如800G的模块，在4km以内，几乎确定的都是用以太网这种强度调制的PAM4和直接检测的非相干技术，但是10km呢，20km呢，万一，我们用硅光的IM-DD，用EML的IM-DD技术，努努力，比下沉的相干先攻克这个难题呢，
他们在不长不短的距离“交汇”处，存在竞争关系，比如写了很多800G LR4的偏振如何处理啊，DSP如何优化算法啊，色散如何补偿啊，如何纠错啊....，挂劲儿往前奔，期待在DD和相干的竞争中，早日落地。
相干用于PON，也就是50G PON之后，TDM时分复用的传统IM-DD的方式，在接入网中，还有机会吗？如有，相干就不用，如无，相干就得用。
所以，有实力的大厂，在PON做未雨绸缪，研究研究相干在于PON有没有机会，有什么缺陷
这里头带来的问题是反而不是技术层面的。
相比较而言，相干在干线上不存在选择，肯定是用的。数量也很少，波及的产业链的上下游，对于用不用相干这个方向，没有分歧。分歧的只是技术细节而已。
相干在数据中心这个层面，波及的上下游也不大，大的数据中心厂家很少，主要的高速模块供应链也很小。
但是，相干用于PON，这个事情，首先在理解上的偏差就来了，从学术到产业，历经的时间有长有短，但是肯定需要时间的，其次是从学术到产业，成功失败都是有概率的，恰恰PON的全产业链是模块数量最多，对技术的理解也容易固化的这么一个场景，听到一个新的词，就认为可以商用，就可以立即商用...
就一句话，你说，能不能挣钱吧，能，就买设备，不能就算了，这种想法很有意思的。
这些想法原因GPON ONU等等，技术非常固定，买设备雇人生产就行，确定到不能再确定的技术路线，打开机器就干活。
相干PON，则不同，能不用产业化，不确定，具体哪一个相干技术可以在PON上产业化，也不确定，是子载波的方式？那频偏怎么处理？频谱重叠怎么处理？突发增益如何快速切换？....， 单载波的话，如何降低成本，是一个通道还是用传统的四个通道的相干？ 在PON这种容量不高的状态下，四通道会不会浪费？
....
相干用于PON，不确定性是最大的，因为天然的成本冲突，PON这个词词来源就是为了低成本，用无源节点替代了有源的交换机。相干模块天然就比DD的之间检测要更贵。
其次是性能的冲突，PON已然在接入网的层面，通信的总容量需求比起干线或者数据中心来，小的很，没有什么大容量的需求，其实也没有长距离的需求，而相干模块恰恰技术优点在于大容量且长距离。
