ارتباطات نوری منسجم با دقت تولید می شود

 

سیستم‌های ارتباطی نوری منسجم برای دستکاری همزمان دامنه، فاز و حالت‌های پلاریزاسیون نور به ساخت دقیق متکی هستند. برای حفظ یکپارچگی سیگنال در فواصل انتقال بیش از 1000 کیلومتر، این سیستم‌ها به تحمل‌های اجزای اندازه‌گیری شده در میکرومتر و دقت طول موج زیر{1} نانومتری نیاز دارند.

 

 

چالش تولید سیستم های ارتباط نوری منسجم

 

سیستم‌های نوری سنتی فقط شدت نور را تعدیل می‌کنند، اما سیستم‌های ارتباطی نوری منسجم، داده‌ها را در سه پارامتر مستقل رمزگذاری می‌کنند. اندازه‌گیری فاز در رادیان‌ها انجام می‌شود، انتخاب طول موج در طیف باند C بین تقریباً 1527 نانومتر و 1565 نانومتر عمل می‌کند، و حالت‌های پلاریزاسیون به دو جهت میدان الکترومغناطیسی متعامد تقسیم می‌شوند. تجهیزات تولیدی باید تلورانس ها را به اندازه کافی محکم نگه دارند تا از خطاهای فازی که در فواصل فیبر انباشته می شوند جلوگیری شود.

این پیچیدگی با پردازشگرهای سیگنال دیجیتال که آسیب‌های فیبر را جبران می‌کنند، افزایش می‌یابد. تراشه های DSP جبران پراکندگی، مولتی پلکسینگ پلاریزاسیون، بازیابی فاز حامل، یکسان سازی و تصحیح خطای جلو را انجام می دهند. این پردازنده‌ها به ساخت نیمه‌رسانا در گره‌های فرآیندی به کوچکی 3 ​​نانومتر نیاز دارند، جایی که حتی تغییرات سطح اتمی{3}} بر عملکرد تأثیر می‌گذارد.

 

یکپارچه‌سازی مؤلفه‌ها نیاز به تراز زیر{0} میکرومتری دارد

 

فرستنده‌های گیرنده منسجم، اجزای سازنده{0}دقیق چندگانه را در قالب‌های فشرده مانند ماژول‌های QSFP28 با ابعاد 18.4 × 93.4 میلی‌متر × 8.5 میلی‌متر در فرم فاکتورها ادغام می‌کنند. ماژول جمع و جور QSFP-DD تراکم پورت بالاتری را امکان پذیر می‌کند و حداکثر ۳۶ پورت در هر سوئیچ 1U را پشتیبانی می‌کند. در این بسته‌های کوچک، تولیدکنندگان باید:

مجموعه های لیزری قابل تنظیمکه دقت طول موج را در محدوده تحمل پیکومتر حفظ می کند. ماژول ELSFP Coherent هشت لیزر 1310 نانومتری با قدرت-بالا را با دقت طول موج استثنایی و کنترل پهنای خط یکپارچه می‌کند. هر گونه دریفت طول موج باعث تداخل با کانال های مجاور در سیستم های چندپلکسی تقسیم طول موج متراکم می شود.

مدارهای مجتمع فوتونیکساخته شده بر روی بسترهای ایندیوم فسفید یا سیلیکون. ادغام عمودی Coherent شامل مدارهای مجتمع فوتونیک InP و توسعه پردازنده سیگنال دیجیتال داخلی است. این تراشه ها شامل تعدیل کننده ها، تقویت کننده های نوری و آشکارسازهایی با اندازه ویژگی زیر 100 نانومتر هستند.

ساختارهای کوپلینگ نوریجایی که فیبر به تراشه می رسد. ناهماهنگی فقط به اندازه 1 میکرومتر باعث از دست رفتن بیش از 3 دسی بل می شود و در واقع قدرت سیگنال را به نصف کاهش می دهد. آرایه لنزهای دوبعدی تولید ویفر{5}}در سطحی را امکان‌پذیر می‌سازد که یکنواختی بی‌سابقه، پهنای باند بالاتر و هزینه کمتر را از طریق کوپلینگ دقیق- بالا ارائه می‌دهد.

 

پردازش سیگنال دیجیتال به ساخت نیمه هادی پیشرفته نیاز دارد

 

DSP نشان‌دهنده پرتحرک‌ترین مؤلفه. 3-nm-بر اساس DSP است که در مسابقه اتصال‌پذیرهای منسجم 800G رقابت می‌کنند. در این گره فرآیند، گیت‌های ترانزیستوری تقریباً 5 نانومتر عرض دارند و فقط ده‌ها اتم سیلیکون در عرض خود دارند.

نیازهای تولید در گره های 3 نانومتری:

لیتوگرافی فرابنفش شدیداستفاده از نور با طول موج 13.5 نانومتر برای الگوبرداری از ویژگی ها. هزینه تجهیزات بیش از 150 میلیون دلار در هر واحد است و در خلاء فوق العاده{3}}برای جلوگیری از جذب EUV توسط مولکول های هوا کار می کند.

تکنیک‌های الگوسازی چند-جایی که سازندگان هر لایه تراشه را چندین بار با تغییرات جزئی در معرض دید قرار می دهند. تراز بین نوردهی های متوالی باید در 2 نانومتر باشد تا از اتصال کوتاه یا مدار باز الکتریکی جلوگیری شود.

رسوب لایه اتمیبرای رشد دی الکتریک های دروازه ای با ضخامت فقط 7-10 لایه اتمی. تامین کنندگان پیشرو مانند Broadcom، Marvell و Coherent در حال ادغام عمودی تولید اجزای حیاتی برای تامین امنیت و کوتاه کردن زمان تولید هستند.

قدرت پردازش مستقیماً بر قابلیت های سیستم تأثیر می گذارد. نسل بعدی پردازنده های سیگنال دیجیتال 3 نانومتری مصرف انرژی را کاهش می دهد و در عین حال عملکرد تصحیح خطا را حفظ می کند. کوچک شدن هر گره پردازشی 15 تا 20 درصد کاهش توان یا افزایش عملکرد معادل را امکان پذیر می کند.

 

تلورانس مونتاژ موتور نوری به محدودیت های کوانتومی نزدیک می شود

 

موتور نوری سیگنال های الکتریکی را به نور مدوله شده تبدیل می کند. طراحان نوری نمودارهای مداری را توسعه می دهند که عملکرد لیزرها، تعدیل کننده ها و آشکارسازهای نور را به تصویر می کشد، سپس سیستم نوری را قبل از تبدیل طرح به چیدمان های تراشه برای تولید ریخته گری نیمه هادی شبیه سازی می کنند.

پلتفرم‌های فوتونیک سیلیکونی با اجزای مجزا به چگالی یکپارچه دست می‌یابند، اما چالش‌های تولید را معرفی می‌کنند:

کنترل ابعادی موجبردر ± 5 نانومتر مشخصه های انتشار را تعیین می کند. تغییر عرض 10 نانومتری در موجبر 400 نانومتری{4}}عرض، ضریب شکست مؤثر را تقریباً 0.01 تغییر می‌دهد و باعث خطاهای فاز قابل اندازه‌گیری می‌شود.

زبری سطحRMS زیر 1 نانومتر از تلفات پراکندگی نوری جلوگیری می کند. تولید باید سطوح موجبر را صاف‌تر از آینه‌های خانگی با سه مرتبه قدر صیقل یا رسوب دهد.

پایداری دمادر طول مونتاژ بر ضریب شکست تأثیر می گذارد. ضریب نوری حرارتی سیلیکون 1.8 × 10-4 K-1 به این معنی است که یک درجه تغییر دما طول مسیر نوری را به میزان 180 نانومتر در هر میلی متر از موجبر تغییر می دهد. پردازنده‌های منسجم به دقت بالاتری نیاز دارند، و برای جلوگیری از خطاهای بیتی- از لغزش‌های چرخه، نیازمند تحمل‌های بهبود یافته برای قطبش-ردیابی اتلاف وابسته و وضعیت قطبش هستند.

 

 

ساخت دقیق، عملکرد ارتباط نوری منسجم را امکان پذیر می کند

 

سیستم های کنترل کیفیت باید پارامترهایی را اندازه گیری کنند که تجهیزات نوری سنتی نمی توانند ارزیابی کنند. مترولوژی فشرده شامل مجموعه ای جامع از ابزارها، ابزارها و روش ها برای اندازه گیری تمام پارامترهای حیاتی است، با یک برنامه جامع QA که تضمین می کند هر محصول نوری تحت بازرسی کامل قرار می گیرد.

تجزیه و تحلیل نمودار صورت فلکیکیفیت سیگنال را با ترسیم نمادهای دریافتی در صفحه فاز پیچیده- دامنه اندازه گیری می کند. بزرگی بردار خطا، انحراف از موقعیت‌های ایده‌آل را با اهداف ساخت کمتر از 8 درصد برای قالب‌های مدولاسیون 16-QAM تعیین می‌کند.

آزمایش نسبت سیگنال نوری به-نویزحساسیت فرستنده گیرنده را تأیید می کند. گیرنده‌های ارتباط نوری منسجم به بهبود حساسیت 20 دسی‌بل-100 برابر حساس‌تر از ارتباطات غیر-منسجم می‌رسند. این مزیت 20 دسی بل به معنی رسیدن فواصل ارتباطی به هزاران کیلومتر در مقابل ده‌ها کیلومتر برای سیستم‌های تشخیص مستقیم مدولاسیون-شدت است.

تأیید تحمل پراکندگیتضمین می‌کند که فرستنده‌های گیرنده از شرایط فیبر{0}در دنیای واقعی استفاده می‌کنند. مقدار پراکندگی رنگی قابل تحمل در گیرنده بسته به طرح مدولاسیون بسیار متفاوت است، با فرستنده و گیرنده هایی که تحمل کمتری دارند و نیاز به واحدهای جبران پراکندگی دارند.

 

تجهیزات آزمایشی پیشرفته تولید-حجمی بالا را فعال می‌کند

 

خطوط تولیدی که روزانه صدها فرستنده گیرنده را پردازش می کنند به سیستم های تست خودکار نیاز دارند. ماژول‌های تست فوتونیک مبتنی بر Quantifi Photonics PXI برای ادغام در پلت‌فرم‌های مونتاژ و بسته‌بندی که توسط شرکت‌های پیشرو برای تولید- با حجم بالا استفاده می‌شوند، طراحی شده‌اند.

توالی های تست ده ها پارامتر را در عرض چند ثانیه اندازه گیری می کنند:

خصوصیات فرستندهتوان خروجی، دقت طول موج، خلوص طیفی و کیفیت مدولاسیون را تأیید می کند. WaveShaper 500B/X انعطاف‌پذیری بی‌نظیری را برای آزمایش تولید فرستنده‌های نوری، شکل‌دهی تضعیف سیگنال در باندهای Super C- و L- با پوشش بیش از 12.4 هرتز ارائه می‌دهد.

اندازه گیری حساسیت گیرندهحداقل قدرت سیگنال قابل تشخیص را تعیین می کند. تجهیزات تست نویز کالیبره شده را تزریق می‌کنند و قدرت سیگنال را در حین نظارت بر نرخ خطای بیت کاهش می‌دهند. مشخصات تولید معمولاً به BER کمتر از 10-12 در توان ورودی مشخص شده نیاز دارد.

تایید پردازنده سیگنال دیجیتالعملکرد صحیح الگوریتم های یکسان سازی تطبیقی ​​را تایید می کند. مبدل‌های دیجیتالی-به{3}آنالوگ و آنالوگ-دیجیتال با سرعت بالا-با پردازشگر سیگنال دیجیتال کار می‌کنند، که به عنوان مغز دیجیتال پردازش داده‌های پیشرفته را برای به حداکثر رساندن ظرفیت، دسترسی و قابلیت اطمینان انجام می‌دهد.

 

ادغام عمودی پیچیدگی تولید را نشان می دهد

 

الزامات دقت، آسیب‌پذیری‌های زنجیره تامین را ایجاد می‌کند که تولیدکنندگان از طریق یکپارچه‌سازی عمودی آن را برطرف می‌کنند. قابلیت های یکپارچه عمودی برای رشد مواد، ساخت، پوشش و مونتاژ، با تضمین کیفیت دقیق، خطرات و عدم قطعیت های زنجیره تامین را به حداقل می رساند.

کنترل یکپارچه سازندگان:

تولید مواد بستراز رشد کریستال بسترهای فسفید ایندیوم به تراکم نقص کمتر از 500 عیب در هر سانتی متر مربع نیاز دارند. 6-ساخت ویفر InP در هر دو کارخانه ایالات متحده و اروپا معرفی شد تا به طور قابل توجهی هزینه قالب را برای دستگاه‌های اپتوالکترونیک InP از جمله لیزر، آشکارساز و لوازم الکترونیکی کاهش دهد.

رسوب پوشش نوریبا کنترل ضخامت لایه تا 2± نانومتر. پلاریزه کننده شبکه سیمی مبتنی بر متا نسل بعدی، نسبت خاموشی 50 دسی بل و بازده 98.5% را با پوشش ضد انعکاس دو طرفه-به دست می آورد. این پوشش‌ها به سیستم‌های رسوب‌گذاری خلاء نیاز دارند که فشار زیر 10-7 torr را حفظ کنند.

مونتاژ نهایی و بسته بندیدر محیط های کنترل شده ذرات آلودگی بزرگتر از 0.5 میکرومتر باعث تلفات نوری یا خرابی الکتریکی می شوند. تولید خانگی مواد نوری ویژه مشکلات بالقوه کیفیت و زنجیره تامین را از بین می برد.

 

رشد بازار سرمایه گذاری در تولید را هدایت می کند

 

زیرساخت های تولید دقیق نیاز به سرمایه گذاری قابل توجهی دارد. اندازه بازار تجهیزات نوری منسجم در سال 2024 به 28.79 میلیارد دلار ارزش گذاری شد و پیش بینی می شود تا سال 2032 به 47.74 میلیارد دلار برسد که در طول دوره پیش بینی با CAGR 7.20 درصد رشد می کند.

این رشد از کاربردهای متعدد ناشی می شود:

مرکز داده به هم متصل می شودبه فرستنده‌های فشرده{0} و کارآمد نیاز دارید. خوشه‌های آموزشی هوش مصنوعی و ارتقای ابر مقیاس ابر باعث ایجاد CAGR 16.31 درصدی برای اپتیک‌های بیش از 400 گیگابیت در ثانیه می‌شوند، با پیش‌بینی افزایش 60 درصدی محموله‌های 800G در سال 2025. اپراتورهای Hyperscale هزاران فرستنده گیرنده را به صورت ماهانه مستقر می‌کنند و ظرفیت تولیدی را می‌خواهند که سالانه میلیون‌ها واحد اندازه‌گیری می‌شود.

شبکه‌های مترو و مسافت طولانی-استفاده از فناوری ارتباطات نوری منسجم برای بهره وری طیف. با توان خروجی TX بالاتر (ماژول‌های OpenZR+ اکنون دارای قدرت خروجی TX تا +4 dBm هستند)، ظهور اکوسیستم 400ZR قابل کارکرد، و نرم‌افزار سازنده تجهیزات شبکه جدیدتر که از اپتیک‌های قابل اتصال شخص ثالث پشتیبانی می‌کند، اپراتورهای شبکه راهی برای پذیرش بیشتر دارند.

زیرساخت 5Gاستقرار فرستنده گیرنده تخصصی را هدایت می کند. معماری انشعاب 5G، فرستنده گیرنده های 25G SFP28 CWDM را وارد کابینت های فضای باز می کند که باید نوسانات دمایی گسترده را تحمل کنند. این برنامه‌های{6}}زیست محیطی خشن به مدارک فرآیند تولید و تست قابلیت اطمینان بیشتری نیاز دارند.

 

فناوری های نوظهور نیازهای دقیق را افزایش می دهند

 

سیستم‌های-نسل بعدی تلورانس‌های تولیدی شدیدتری را می‌طلبند. اولین لیزر 400G مدوله‌شده الکترودیفرانسیل جذبی صنعت، چالش‌های حیاتی را برطرف می‌کند و بر اساس موفقیت 200G D-EML که در بررسی‌های نوآوری Lightwave در سال ۲۰۲۵ به رسمیت شناخته شد، مقابله می‌کند.

تحولات آینده عبارتند از:

اپتیک بسته بندی شده شرکتقرار دادن موتورهای نوری به طور مستقیم روی سیلیکون سوئیچ. اپتیک‌های بسته‌بندی شده مشترک می‌توانند با قرار دادن موتورهای نوری مستقیماً روی بستر سوئیچ، مصرف برق سوئیچ را تا حدود 30 درصد کاهش دهند. این ادغام نیاز به قالب های نوری و الکترونیکی دارد که با ابعاد سازگار ساخته شده و با دقت زیر 10 میکرومتر مونتاژ شده باشند.

انتقال 200 گیگابیت بر ثانیه در هر خطدو برابر شدن سرعت جریان به عنوان نقطه عطفی در جهت فعال کردن سرعت‌های بالاتر از 200G در هر خط، نمایش‌های پیوند 300G در هر خط از لیزرهای مدوله‌شده جذب الکترو{3}}دیفرانسیلی پیشرفته استفاده می‌کنند. سرعت‌های بالاتر، نمودارهای چشمی سیگنال را فشرده می‌کند، و نیاز به لرزش کمتر و پاسخ فرکانسی بهتر از همه اجزا دارد.

ارتباطات کوانتومی{0}}ایمناضافه کردن سخت افزار رمزگذاری این نمایش، فرستنده‌های توزیع کلید کوانتومی مدولار را در QSFP-۲۸ فرم فاکتور قابل اتصال با فرستنده‌های نوری-400G ZR QSFP{6}}DD DCO با عملکرد بالا یکپارچه می‌کند. سیستم های کوانتومی به قابلیت تشخیص تک فوتون با وضوح زمان کمتر از 100 پیکو ثانیه نیاز دارند.

 

دقت تولید، اقتصاد اطلاعات را امکان پذیر می کند

 

تولید ارتباطات نوری منسجم، تقاطع ساخت نیمه هادی در مقیاس نانو، مجموعه نوری دقیق، و{0}}طراحی آنالوگ با سرعت بالا را نشان می دهد. پیش‌بینی می‌شود که بازار منسجم اپتیک تا سال 2027 به 13 میلیارد دلار برسد و فرستنده‌های قابل اتصال پیش‌بینی می‌شود با بالاترین نرخ رشد کنند و بیشترین رشد حجم را در پنج سال آینده داشته باشند.

چالش تولید همچنان با افزایش نرخ داده ها و کاهش عوامل شکل در حال تکامل است. فرستنده و گیرنده منسجم 800G QSFP-DD از موتور نوری پیشرفته IC-TROSA بر روی فناوری اختصاصی تراشه فسفید ایندیوم بهره می‌برد و توان خروجی نوری فرستنده -7dBm برای 800ZR و 0dBm را برای سیستم‌های ROADM-based ارائه می‌کند. هر نسلی نیازمند تکنیک‌های جدید تولید، کنترل فرآیند سخت‌تر و تجهیزات آزمایشی پیچیده‌تر است.

موفقیت تولیدکنندگان را ملزم می‌کند که به ده‌ها رشته به طور همزمان تسلط داشته باشند-از رشد کریستال و رسوب لایه نازک- تا طراحی مدار با سرعت بالا-و توسعه آزمایش خودکار. نتیجه از زیرساخت های ارتباطی جهانی پشتیبانی می کند که روزانه اگزابایت داده را حمل می کند، با قابلیت اطمینان بیش از 99.999٪ و نرخ خطای بیت زیر یک خطا در هر تریلیون بیت ارسال شده.