数据中心CWDM4传输技术是什么？( 二 ) ：数据中心CWDM4传输技术是什么

将AWG技术引入数据中心的CWDM4传输系统，波长间隔增加至20nm ，技术难点降低了，但为了集成到QSFP28模块中并规模应用，对AWG芯片的尺寸和成本约束要严苛得多，目前主流的CWDM4AWG芯片，尺寸可以控制在2mm×10mm以内。最早的CWDM4AWG芯片，输入/输出端口位于两端，如图4所示。为了便于绕纤并集成于光纤收发模块中，人们开发了单侧输入/输出的CWDM4AWG芯片，通过弯曲波导将输入端口绕至输出端，如图5所示。这样的设计，也进一步简化了波导与光纤阵列之间的耦合工艺。当然，由于芯片宽度有限，波导弯曲半径小于1mm ，会引入一定的弯曲损耗。

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图4.CWDM4AWG芯片结构—两侧输入/输出

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图5.CWDM4AWG芯片结构—单侧输入/输出
一个CWDM4光纤收发模块中，需要两个CWDM4AWG芯片，一个用于光信号的复用发射，另一个用于光信号的解复用接收。发射端的CWDM4AWG芯片目前主要采用图5所示的单侧输入/输出结构，而在接收端，解复用的各个波长终将被光探测器检测，无需耦合到单模光纤中继续传输。为此，接收端CWDM4AWG芯片通常采用图4所示的两侧输入/输出结构，输出端口采用多模光波导，并将输出端面抛光成45°斜面，实现光束的90度转折，入射在光探测器阵列上，后者被直接贴装在PCB板上。
这种设计有两点好处，其一采用多模波导输出，可以实现AWG通带谱线的平坦化设计，优化信道质量；其二输出光经90度转折后直接入射光探测器阵列，省去了波导阵列与光纤阵列之间的对接耦合，简化了组装工艺。
3)梳状滤波器技术
采用集成光学技术的CWDM4AWG芯片，相对于Z-block技术，尺寸减小，并且装配工艺大大简化，有利于降低成本。但是AWG器件的通带平坦度不好，信道质量劣化，并且损耗比Z-block大得多。
有厂商将电信网中的光学梳状滤波器ITL技术引入数据通信，图6所示为基于集成光学技术的光学梳状滤波器，它是由数个级联的MZI干涉臂组成的。实际上，电信网中的光学梳状滤波器，主要面向DWDM应用，考虑温度稳定性，通常采用GTI谐振腔或者双折射晶体方案，集成光学梳状滤波器无法满足实用条件。

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图6.基于集成光学技术的光学梳状滤波器
但CWDM4传输系统的信道间隔是20nm ，对温漂的容差较大，因此可以采用集成光学梳状滤波器。注意图6中的MZI干涉臂，通过弯曲波导实现光程差，而波导弯曲会产生损耗。光波导可避免产生弯曲损耗的最小弯曲半径，取决于波导的折射率差，为了减小弯曲半径以缩小芯片尺寸，现有供应商采用的是氮化硅波导。然而，折射率差越大的光波导，良率会受影响，并且与光纤的耦合损耗会增大。
光学梳状滤波器是一种1×2端口器件，为了实现1×4波分复用/解复用，需要通过三个梳状滤波器串并联来实现，如图7所示，其中ITL#1的波长间隔是20nm ， ITL#2和ITL#3的波长间隔是40nm 。

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图7.由三个光学梳状滤波器ITL串并联而成的CWDM4芯片
CWDM4系统中的光学梳状滤波器和AWG均采用集成光学技术，前者具有更低的损耗和更好的信道质量，但良率稍低。
3.CWDM4技术对比
Z-block、AWG和ITL三种CWDM技术方案，各自的优缺点对比，如表1所示。
对比可知， Z-block技术具有损耗低和信道质量好的优点，基于Z-block技术的CWDM4模块，甚至能支持100G信号传输10公里。但是该技术的工艺难度高，造成成本居高不下。 AWG技术的损耗最大，信道质量最差，但工艺难度和成本最低，满足数据中心市场降成本的诉求，正在逐步替代Z-block技术的市场。 ITL技术具有媲美Z-block技术的信道质量，损耗也比AWG小得多，组装工艺难度与AWG相当，目前的问题是芯片良率偏低，如这个问题得到解决，将是最好的CWDM4解决方案。
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