全球首个面向GPON/10G GPON融合的硅基片上四路复用器

  据爱光学报道，新一轮科技革命和产业变革在全球深入发展，互联网技术和智能终端等产业也不断完善和发展，尤其是2020年爆发了新冠肺炎疫情之后，在线教育、在线办公、在线医疗等新兴业务迅猛发展，互联网作为基础设施对人类社会发展的支撑作用不断凸显。

  目前，随着用户的带宽需求不断增长，现有接入网技术亟需不断升级以适应更大带宽要求。作为当前主流宽带接入技术，无源光网络(Passive Optical Network，PON)正经历从EPON/GPON到10G PON的升级发展历程，推动全球宽带接入市场步入千兆时代。

  另一方面，现网存有大量GPON/EPON在线设备，并不可能一蹴而就全部替换为10G PON系统。这意味着GPON/EPON与10G PON将形成并存局面。因此，如何保证不影响现有业务的前提下进行平滑升级演进到10G PON网络是一个非常实际且重要的问题。

  为解决该问题，人们提出了一种四路复用架构，即：同时对GPON双通道(1310/1490 nm)和10G GPON双通道(1270/1577 nm)进行合/分，从而保证GPON向10G GPON的平滑演进。在此架构中，其核心器件为四路复用-解复用器件，以往通常采用分立元件组装封装而成。其弊端是成本高、尺寸大且不易封装，远不能满足未来集成化小型化收发芯片的发展需求。

  因此，亟需发展新一代片上集成四路复用-解复用器，其挑战在于1310/1490/1270/1577 nm等四波长通道中心波长跨度极大且波长间隔和通道带宽极其不均匀，采用阵列波导光栅、微环滤波器等常见结构难以实现。

  最近，浙江大学戴道锌教授团队提出和实现了国际首个片上四路复用器，采用了独特的多模波导光栅滤波器级联结构(如图1所示)，相关结果发表于Photonics Research 2021年第5期。

图1 提出的硅基四路复用器结构示意图

  该结构的特点是：充分利用多模波导光栅滤波器的灵活性和扩展性，圆满解决了其通道波长跨度大和带宽不均匀带来的设计难题，实现了1270、1310、1490及1577nm通道合/分，其带宽均接近于国际电信联盟标准所要求的~20、~40、~20和~5 nm，且各通道获得了具有低损耗(<0.5 dB)和低串扰(<?24 dB)的高性能平顶型光谱响应。

  戴道锌教授表示，与分立式元件组装的四路复用器相比，该团队所实现的硅基片上四路复用器具有小尺寸和高性能等突出优势，为进一步实现单片集成收发芯片奠定关键器件基础，可显著降低收发模块复杂度及尺寸，并促进PON网络升级换代。

  在此基础上，未来还可进一步与光探测器/光调制器等有源器件实现功能集成，推动收发一体化芯片的发展。