光模塊提升帶寬的方法有兩種：1）提高每個通道的比特速率，如直接提升波特率，或者保持波特率不變，使用復雜的調(diào)制解調(diào)方式（如PAM4）；2）增加通道數(shù)，如提升并行光纖數(shù)量，或采用波分復用（CWDM、DWDM）。波分復用技術(shù)可以實現(xiàn)單根光纖對多個波長信號的傳輸，這會成倍提升光纖的傳輸容量，已經(jīng)被廣泛應用在光通訊的中長距離傳輸和數(shù)據(jù)中心的互聯(lián)中。 P6o-H$ a+  
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目前光模塊的波分復用組件主要有兩種實現(xiàn)技術(shù)：基于空間光學的TFF（薄膜濾波器Thin-Film Filters），基于PLC（集成平面光波導 Planar Light Circuit ）的陣列波導光柵(Arrayed Waveguide Grating，AWG)、刻蝕衍射光柵（Echelle Diffraction Grating, EDG）、級聯(lián)MZI陣列（Mach-Zehnder interferometer, MZI）等。其中TFF(基于Z-BLOCK)和AWG(陣列波導光柵)是兩種最常用、最典型的MUX/DEMUX子組件。 r!J?Lc])8  
TFF（Thin Film Filter）薄膜濾光片技術(shù)，在光模塊里所用的TFF技術(shù)主要采用Z-block方法來實現(xiàn)。利用自由空間光學（Free Space Optics）設計，結(jié)合準直器，用4個CWDM波長的濾光片通過微光學的方式進行合波和分波。通過波分復用/解復用器，在一根光纖中傳輸1271nm、1291nm、1311nm、1331nm四個波長信號。 $5a%hK  
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為了簡化封裝工藝，以減小尺寸和降低成本，人們開發(fā)了基于集成光學技術(shù)的CWDM4 AWG芯片。AWG（Arrayed Waveguide Grating）平面陣列波導光柵技術(shù)，基于CWDM4-AWG的芯片目前已經(jīng)成熟且大規(guī)模應用于100Gbps CWDM4 QSFP28的產(chǎn)品中。 N}j^55M_]  
最早的CWDM4 AWG芯片，輸入/輸出端口位于兩端，如下圖所示。為了便于繞纖并集成于光纖收發(fā)模塊中，人們開發(fā)了單側(cè)輸入/輸出的CWDM4 AWG芯片，通過彎曲波導將輸入端口繞至輸出端，如圖所示。這樣的設計，也進一步簡化了波導與光纖陣列之間的耦合工藝。當然，由于芯片寬度有限，波導彎曲半徑小于1mm，會引入一定的彎曲損耗。 =H2.1 :'  
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一個CWDM4光纖收發(fā)模塊中，需要兩個CWDM4 AWG芯片，一個用于光信號的復用發(fā)射，另一個用于光信號的解復用接收。發(fā)射端的CWDM4 AWG芯片目前主要采用圖所示的單側(cè)輸入/輸出結(jié)構(gòu)，而在接收端，解復用的各個波長終將被光探測器檢測，無需耦合到單模光纖中繼續(xù)傳輸。為此，接收端CWDM4 AWG芯片通常采用圖4所示的兩側(cè)輸入/輸出結(jié)構(gòu)，輸出端口采用多模光波導，并將輸出端面拋光成45°斜面，實現(xiàn)光束的90度轉(zhuǎn)折，入射在光探測器陣列上，后者被直接貼裝在PCB板上。 9% AL f 9  
Z-block和AWG均有各自的優(yōu)缺點，Z-block技術(shù)具有損耗低和信道質(zhì)量好的優(yōu)點，基于Z-block技術(shù)的CWDM4模塊，能支持100G或更高速率的信號傳輸10公里及以上。在應用趨勢上，AWG多應用于傳統(tǒng)光模塊接收端，具備極佳的成本優(yōu)勢和封裝優(yōu)勢。 目前這兩種方案都有廠商在應用。 ]V
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下面介紹一下TFF技術(shù)中的幾個重要組件。 Ga}&%  
Z-block aqAWaO  
波分復用/解復用組件是高速率光模塊最為重要的部件之一，而Z-block是波分復用/解復用組件里面核心的器件。 Qd$!?h  
如下圖為Z-block的典型結(jié)構(gòu)，中間是一個處理過的斜方棱鏡（也是平行四邊形玻璃基板），斜方棱鏡的背面部分區(qū)域鍍了高反射膜，另一側(cè)貼有不同波長的WDM濾波片，每個濾光片只能讓當前通道波長的光信號通過，并且反射其它通道的波長，也即選擇一特定波長的光束通過。 B0}f,J\  
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從右側(cè)4個準直器發(fā)射的光信號,分別透過對應的濾波片,經(jīng)不同反射次數(shù),到達左側(cè)公共端的準直器,耦合到輸出光纖中。這個過程就實現(xiàn)光路的MUX。例如，含有四個波長的準直光束從入射端依設計角度射入，1271通道直接透過濾波片1，從斜方棱鏡增透膜區(qū)域輸出；1291信號通過濾光片2后入射到棱鏡上的反射膜區(qū)域，正好被反射到濾波片1上，濾波片1再次將它反射到棱鏡上增透膜區(qū)域，并從增透膜區(qū)域輸出；以此類推，1311/1331信號經(jīng)過來回反射，也最終從block增透膜區(qū)域輸出，整個光路在Block中呈現(xiàn)Z字型，也因此叫Z-block。 J|2OmbJ