全球首個面向GPON/10G GPON融合的硅基片上四路復用器

  據愛光學報道，新一輪科技革命和產業變革在全球深入發展，互聯網技術和智能終端等產業也不斷完善和發展，尤其是2020年爆發了新冠肺炎疫情之后，在線教育、在線辦公、在線醫療等新興業務迅猛發展，互聯網作為基礎設施對人類社會發展的支撐作用不斷凸顯。

  目前，隨著用戶的帶寬需求不斷增長，現有接入網技術亟需不斷升級以適應更大帶寬要求。作為當前主流寬帶接入技術，無源光網絡(Passive Optical Network，PON)正經歷從EPON/GPON到10G PON的升級發展歷程，推動全球寬帶接入市場步入千兆時代。

  另一方面，現網存有大量GPON/EPON在線設備，并不可能一蹴而就全部替換為10G PON系統。這意味著GPON/EPON與10G PON將形成并存局面。因此，如何保證不影響現有業務的前提下進行平滑升級演進到10G PON網絡是一個非常實際且重要的問題。

  為解決該問題，人們提出了一種四路復用架構，即：同時對GPON雙通道(1310/1490 nm)和10G GPON雙通道(1270/1577 nm)進行合/分，從而保證GPON向10G GPON的平滑演進。在此架構中，其核心器件為四路復用-解復用器件，以往通常采用分立元件組裝封裝而成。其弊端是成本高、尺寸大且不易封裝，遠不能滿足未來集成化小型化收發芯片的發展需求。

  因此，亟需發展新一代片上集成四路復用-解復用器，其挑戰在于1310/1490/1270/1577 nm等四波長通道中心波長跨度極大且波長間隔和通道帶寬極其不均勻，采用陣列波導光柵、微環濾波器等常見結構難以實現。

  最近，浙江大學戴道鋅教授團隊提出和實現了國際首個片上四路復用器，采用了獨特的多模波導光柵濾波器級聯結構(如圖1所示)，相關結果發表于Photonics Research 2021年第5期。

圖1 提出的硅基四路復用器結構示意圖

  該結構的特點是：充分利用多模波導光柵濾波器的靈活性和擴展性，圓滿解決了其通道波長跨度大和帶寬不均勻帶來的設計難題，實現了1270、1310、1490及1577nm通道合/分，其帶寬均接近于國際電信聯盟標準所要求的~20、~40、~20和~5 nm，且各通道獲得了具有低損耗(<0.5 dB)和低串擾(<?24 dB)的高性能平頂型光譜響應。

  戴道鋅教授表示，與分立式元件組裝的四路復用器相比，該團隊所實現的硅基片上四路復用器具有小尺寸和高性能等突出優勢，為進一步實現單片集成收發芯片奠定關鍵器件基礎，可顯著降低收發模塊復雜度及尺寸，并促進PON網絡升級換代。

  在此基礎上，未來還可進一步與光探測器/光調制器等有源器件實現功能集成，推動收發一體化芯片的發展。