談談CPO的光源問題

最近關於Sivers Semiconductor的新聞很多,該公司股價飆升了約2000%,主要原因是其面向CPO的光學業務。首先需要注意的是,光學業務只是其少數業務;其主要業務是用於衛星通訊的射頻、無線和相控陣天線。我很驚訝,在SpaceX上市後,很少有人討論Sivers Semiconductor可能成為其收購目標——因為這才是其真正的優勢所在。我仍然不相信IPO後衛星通訊行業會迎來繁榮,所以我們還是繼續討論其他話題吧。

我看到的另一個論點是,Sivers 的 CPO 方法本身存在缺陷,因為使用波分復用 (WDM) 不如使用單個強大的外部雷射器。

為了進一步解釋這一點,你應該知道目前有兩種不同的觀點:

超高功率雷射器:其理念是製造一台功率極高的雷射器,並將其置於機架外部。光束到達光引擎後,被分成多個平行通道,並使用矽光電晶片上的資料對每個通道進行調製。相干公司展示了一款400mW的超高功率雷射器,而Lumentum公司則展示了一款800mW至1W的“超高功率”(SHP)雷射器。

CW-WDM雷射器:另一種方法是Sivers和Ayar Labs等公司正在採用的方案。這種光源從一開始就是多色的,每種顏色大約有50-65mW的功率。8條通道的總功率仍然是400mW,但無需在光引擎處進行功率分配。由於使用了不同的光顏色,因此可以用資料調製每一種顏色的光。

但是,WDM 的 CPO 方法真的比 UHP 雷射器差嗎?值得注意的是,Lumentum 公司雖然經常因其 SHP 雷射器而備受讚譽,但他們也擁有一款非常優秀的 CW-WDM 雷射器:8 個波長,每個波長最高可達 100 mW。此外,圍繞 CW-WDM 技術還有一整套多源協議 (MSA)。

如果CW-WDM從一開始就存在如此多的缺陷,為什麼Lumentum的產品還在MSA中?為什麼他們也是MSA的成員?請注意,Coherent也在MSA中。看出其中的矛盾了嗎?

真正的答案是,UHP雷射器和WDM雷射器只是解決同一問題的兩種不同方法,Lumentum之所以同時採用這兩種架構,是為了分散風險,避免押注那種架構最終會勝出。原因如下:

SHP雷射器方案需要800mW的功率,因為它需要在另一側分成多個通道。因此,分光後每個通道都需要足夠的功率。為了進行比較,我們以Coherent公司生產的400mW單色UHP雷射器為例。為簡化計算,假設通道內沒有損耗,400mW的功率在8個通道上分別可獲得50mW的功率。

如果你觀察Sivers的WDM雷射器,你會發現它們分佈在8條通道上,每條通道的功率為50mW。與單色UHP雷射器方案相比,調製器層面上並無區別。

大致可以看出它們是如何等效的。如果真的要考慮損耗,請記住,單個超高功率雷射器需要 1:8 的功率比,而 WDM 方案則不需要。這會增加損耗預算,並且需要更高功率的雷射器作為初始配置。WDM 則需要處理復用器/解復用器的損耗。雙方都存在問題。

採用WDM技術意味著可以在單根光纖上傳輸更多資料,而UHP雷射器分束後則需要使用多根光纖。WDM技術具有UHP雷射器分束後所不具備的頻寬密度。

最終重要的是調製器可用的雷射功率,而不是外部雷射源的功率。單台雷射器運行 800mW 的功率會帶來散熱問題,而以較低功率運行 8 個通道則更容易控制每台雷射器的散熱。

雷射功率越高,其本身並非像許多光學評論所宣揚的那樣是優點。更高的功率固然有利於訊號雜訊比 (SNR) 和誤位元率 (BER),但更高的功率也意味著更高的發熱量,而雷射器恰恰最怕高溫,因為高溫會使其壽命急劇下降。即使雷射器位於機架外部,可靠性仍然是 CPO(復合光路)採用者最關心的問題之一(會議資料顯示雷射器性能尚可,但目前尚無大規模應用的資料)。

Sivers 面臨的真正危險不是他們採用 WDM 技術,而是 Lumentum 利用更高品質的 WDM 雷射器在他們擅長的領域擊敗他們。

與報告資料的比較表

(半導體行業觀察)