聊聊400G用到的调制器

上期提到了400G的调制方法，400G局域网确定使用PAM4，而骨干网选用多路子载波QPSK、16QAM比较有优势。

PAM4、QPSK、16QAM在400G里面这么火，与当前100G系统调制实现方式有什么区别吗？

其实技术不会突然跃进，当前100G用到的调制器，完全能满足400G的应用需求。（QPSK已经用于当前100G骨干网），下面盘点下：

直接调制（直接调制激光器称为DML）

直接调制实现原理就是：在阈值以上，激光器出光功率与驱动电流成正比。

设置四个不同的驱动电流，就得到四个不同的幅度的PAM4信号。直接调制最大的问题就是频率啁啾。

电吸收(EA)调制，属于外调制，一般将电吸收调制器与激光器集成到一起，称为EML

电吸收调制原理是：Franz_Keldysh效应和stark效应，但主要是stark效应。stark效应简单说来就是半导体量子井材料在外加电场作用下，禁带宽度会变小。爱因斯坦的光电效应指出半导体中吸收光子能量与其禁带宽度相等，当禁带宽度边小时，能吸收的波长就边长了。换句话说：施加电场，对长波长吸收强度更大。

因此可以通过改变电场大小，调整对光信号的吸收率，从而产生PAM4信号

MZ调制器（马赫曾德调制器）:

MZ调制器属于全能型选手，幅度，相位，QAM调制统统不在话下

单个MZ调制器大体上可以分为三个功能区

1. 分光：将光信号分成完全一样的两路光，这样做是为了使它们之间具有相干性，一般用Y分支或MMI完成此功能。
2. 相位控制：用加热的方法，控制调制器的工作相位点；用电信号，改变折射率从而改变调制相位（电光效应、等离子色散效应）
3. 合光：将两路加载有信息的光载波合到一起，与分光的结构一样。

MZ调制器是如何完成调制的呢，看看光载波在MZ调制器里面经历的变化就清楚了，在不考虑损耗情况下：

光载波首先经过Y分支，被等分成两路光信号，它们幅度和相位都相等，在坐标轴上幅度A和相位Φ表示成红点。![图片](http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/kjZ38TriakZBZeFCXiblhXicAcj8sf8TOSQwqjobIK7yp5rnMicgsh6R9rGGicdhywtKPMtLVHjBpXSesUnVXgBuzIw/640?wx_fmt=jpeg&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1)

两路光信号经过各自的传输路径，仅仅发生相位改变，相位改变量与传输的物理距离，以及施加电场信号强度有关

两路相位不同的光信号在出口处合成新的信号E。

合成信号E的幅度仅取决于E1与E2的相位差Δθ（已知两边长E1，E2和他们之间的夹角Δθ，求平行四边形对角线可是高中知识哦）

也就是说，通过改变两路的相位差，可以实现幅度调制。例如当相位差是0时，输出幅度达到最大，当相位差是π时，输出幅度就是0；还可以选取更多不同相位差，获得其他幅度。

如果保持E1和E2相位差不变，可以实现相位调制，例如E1为0相位，E2为90°相位，则合成一个45°相位的信号；E1为π相位，E2为3π/2相位，则合成一个225°相位的信号。

之前提到过，QAM调制就是正交幅度调制，需要两个相差π/2的幅度信号合成。按照这个思路把两个MZ组合到一起，并将其中一个MZ相移动π/2， 就可以合成QAM信号。

综合来讲，对于非硅光方案的PAM4，EML可以取得价格和性能的平衡，应该会成为首选，但是在硅光方案里面，PAM4应该用EA或MZ外调制实现；而对于QAM，基本只有MZ调制器，能改变的只有制作MZ的材料，选取电光系数或者等离子色散效应更强的材料体系，以降低调制器驱动电压。

结合400G调制再加上400G封装方案（CFP2/CFP8//QSFP-DD/CDFP），感觉400G才是硅光真正用武的地方，在100G硅光不一定有成本优势，没有硅光也可以玩的很好；而对于400G，要么用硅光实现，要么就很难实现！

前几天跟一位光通信行业前辈交流，她说光通信行业新兴技术生产周期只有一年半，就算你工作了10年又如何，不学习新知识，一年半的时间你就过时了。当时听了，觉得压力很大！像我这样工作时间不长的人，更应该每天学习！