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Y8T266 华为单波200Gbps EML

更新时间:2022-09-23 14:09:08 阅读量:1524

今年ECOC,昨天晚上华为对他家200Gbps的EML做了一个技术报告。

先看一下结论:

  • 覆盖CWDM4波长:1271nm、1331nm

  • 封装后的EML带宽:58GHz

  • 传输速率:200Gbps@PAM4

  • TEDCQ<2.5dB

  • 传输2km BER代价:0.5dB@200Gbps PAM4

  • 消光比:4.5dB@1 Vpp

基于200Gbps的单通道速率,x4可支持800G光模块,x8可支持1.6T光模块,在2km传输中,DML基本无法实现,目前是EML与SiPh硅光方案进行PK的时间节点。

在OFC2022年的PPT中,有35页PPT写的是Lumentum、Broadcom(Avago)、HHI、ETRI、NTT等各家100G、200G EML的技术路线。

今年Google谈下一代通信发展技术路线时,对200Gbps/ch的分析,认为基于低成本无制冷的EML,由于其存在一定的啁啾,会在传输中受到色散容限的距离限制,传输距离只能实现1km


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华为的EML优化,基于这个结论,降低啁啾,且加了TEC,也就是低啁啾&制冷,可将EML在200Gbps的速率下传输2km的距离。


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比较尴尬的是,华为并没有给出具体的EML设计细节,以及封装细节。我们从他们的只言片语中先尝试看看。

红色是华为提及的几个技术点

采用对接耦合,具有更低的Vpp,更好的消光比,更大的带宽,和更低的啁啾。

对接耦合工艺流程在2020合集的413-415页


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对接,是相对于倏逝波式的耦合方式。之前写过一个华为与HHI合作的EML,就以HHI的InP平台,做一个对接的解释。

下图红色部分是MQW的多量子阱有源层。可以用来做激光器、SOA、探测器和电吸收调制器等光学器件。


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后来,HHI又有一个双层有源层的结构用作探测器的吸收层,或者电吸收调制器的吸收层,这个就是基于倏逝波进行调制的,上下两层波导的好处可以避免对接点引起的可靠性风险,劣势就是耦合有损耗,导致光功率小,需要更大的调制电压摆幅


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对接生长,则需要先生长用于激光器的量子阱,然后局部挖空,进行二次生长EAM区域的量子阱,工艺复杂一些。好处就是性能更好。目前产业界EML的主流工艺是基于对接生长。


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EML的啁啾,源于调制区的电场变化会串联影响到DFB的折射率,导致DFB有少量的波长随外加电场的变化而变化,如果拉长对接区的无源波导,则可以降低二者的互相影响,带来另一个可能存在的问题,就是出光功率不够大。 华为在这次的技术报告中没有提及出光功率,但在测试框图中,看到了SOA,大概率是用来弥补光功率的。


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用RWG的结构来降低成本

RWG也就是Y8T214中提到的“浅脊”,用浅脊有两个原因,一个是降低外延的次数降低成本,第二是用了含铝的量子阱来提高带宽,而含铝材料对于BH结构的多次外延生长工艺是有严苛要求的,因为铝是一个很活泼的金属。

Y8T214 区分激光器或调制器的浅脊、深脊与BH掩埋结构

目前产业界用于DFB、EML的量子阱材料就两种,InGaAsP和AlGaInAs,用AlGaInAs的所谓含铝量子阱,性能要好一些,对外延工艺的要求也更难一点。

华为选择含铝材料做量子阱


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优化失谐波长

对于DFB的量子阱和EAM的量子阱,要做更精细的激射光谱和吸收光谱边界的间隙设计,常见的是10nm的波长间隔,对消光比有好处,但需要较大的调制摆幅,如果把10nm的波长间隔收窄到7nm左右,牺牲消光比,可以换来小的调制摆幅


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华为用的是1Vpp,有两个好处,一是可以提高带宽,摆幅越小,高低电平的切换时间才越短,速率就越高。二是可以取消驱动芯片,采用DSP直接加载调制电压。

华为还提到了降低焊垫电容,圆形焊盘要做金丝键合,一般的直径需要在60微米附近,这个焊盘与底部电极就会寄生一个电容,这个电容加上PN结电容,增大了RC常数,降低总的带宽,需要额外控制。


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之前写过一些降低焊垫电容的部分,不知道华为这次用的什么材料,不妨猜一猜。


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华为还提到用氮化铝基板的台阶设计,来提高封装工艺能力,封装后的EML有58GHz的带宽。

技术细节依然没有,基于台阶的金丝线弧,在OFC的PPT中有原来Lumentum用于200Gbps EML的一个仿真结果。可以参考一下。


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用氮化铝做封装基本,是氮化铝具有高导热的能力,以及热膨胀系数与InP一致的特点。



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