【书 名】甚短距离光传输技术
【作 者】国家自然科学计基金委员会材料与工程科学部 著
【出版者】科学出版社
【索书号】TN929.1/7413
【阅览室】自然科学阅览室
内容简介
《甚短距离光传输技术》从光电子器件及其在光通信领域的应用出发，介绍了甚短距离光传输技术的组成、原理、实现方案、技术性能、关键技术以及在高速互连领域内的应用等。《甚短距离光传输技术》重点阐述了垂直腔面发射激光器的原理、工艺和特性；10Gb/s和40Gb/s传输方案的具体实现及其性能指标；甚短距离光传输涉及到的各项关键技术，如新型多模光纤技术、CWDM复用技术、硅探测器技术、高速光电集成(OEIC)技术以及相关高速网络技术等。
概述
20世纪80年代以来，光通信系统从最初传送几公里、速率在每秒兆比特量级的准同步数字系列系统迅速发展到现在传送几千公里、速率超过每秒太比特量级的密集波分复用系统。各种光通信技术的进步极大地推动了整个信息技术的发展，可以说光通信技术构成了现代信息社会的基础。
对于光纤骨干网来讲，能够传送的信息量越大越好，这样可以降低单位信息传送成本。对光纤线路的要求是传的距离越远越好，从而增大中继距离，减少中继设备，降低建设和运行维护成本，提高可靠性。例如，掺铒光纤放大器和拉曼放大器出现以后，无电再生中继距离从几十公里增加到了几千公里。在实际应用中，不仅有长距离传送的要求，还有短距离或甚短距离传送的要求。例如，计算机网络的事实标准——以太网技术，其作用距离不过几百米，但是速率却达到了千兆和万兆；在中心交换节点，一个端口的速率可以达到10Gb/s，总的吞吐量达到几百个Gb/s，机房之间和机架之间可能传10Gb/s或40Gb/s的信息；在设备内部由于总速率的提高，信号总线的速率也越来越高，40Gb/s设备内部就要用到2.5Gb/s以上的总线。
以上问题可以简单表示为：如何在较短距离内传送高速大容量的信息？这种较短距离可以是机房到机房之间、机架到机架之间、机框到机框之间、机盘到机盘之间、机盘内部或计算机内部的连接，其传输速率一般超过10Gb/s，传送距离小于600m。对于这样高速率的信息，用电连接已经不适应，采用光传送技术是解决这一问题的最优选。在较短距离内传送高速大容量的信息是光通信技术发展的又一个新课题。
现有的同步光网络系统是按长距离骨干网设计的，采用的是比较昂贵的串行光发射和接收设备，对光纤线路的要求较高，必须对整个光纤链路进行细致的设计、模拟。而短距离光传送方式与骨干网有很大的不同，由于距离较短，可以不必考虑复杂的光纤线路设计，如色散和非线性等问题，不需要解决光放大等中继问题，对光源的要求也相应降低。此时再采用串行光传送设备显然代价太高，而采用并行传送的方式可以降低每根光纤上的传送速率，降低对光器件的要求，减少连接成本。据统计，百分之八十的10Gb/s数据通信链路连接在100m距离以内，对廉价10Gb/s收发器的需求极为广阔。
甚短距离光传输(VSR，Very Short Reach)技术正是在这种背景下产生的。在2000年到2003年间，光网络互连论坛(OIF，Optical Internetworking Forum)相继通过了VSR的5个建议(VSR4-1.0，VSR4-2.0，VSR4-3.0，VSR4-4.0和VSR4-5.0)以及40Gb/s的VSR5部分建议。CISCO公司和CIENA公司于2000年底首先联合发布了基于VSR4-1.0的产品，它采用850nm的垂直腔面发射激光器(VCSEL，Vertical Cavity Surface Emitting Laser)阵列作为光源，12根并行多模光纤带实现了超过300m的10Gb/s速率传送。
国际电信联盟ITU-T也于2001年底制定了VSR标准：G.693 (optical in-terfaces for intra-office systems，又叫做G.vsr)。目前，关于甚短距离光传输的标准仍在由各个国际组织制定之中。
可以说，VSR技术的目的是采用最经济的光通信技术在短距离传输上占据市场，其最关键技术便是VCSEL。OIF的几个建议中，除VSR4-2.0/5.0采用1310nm光源外，其他三个建议都是采用850nm的VCSEL做光源。目前的骨干网普遍采用长波长1.3μm和1.5μm边发射的激光光源，而没有采用850nm的VCSEL，这是由器件工艺水平和光纤传输特性等决定的，如最低损耗窗口、最佳色散窗口等。
VCSEL相对于传统的边发射激光器来讲，最大的优势在于低成本。GaAs基的VCSEL研究和制造已经很成熟，价格非常便宜，二三美元就可以买到。工作于1.3-1.5μm波段的InGaAsP/InP激光器，由于异质材料间的折射率差很小，难以有效研制出高反射率的DBR(Distributed Bragg Reflector)来实现VCSEL结构，因此目前长波长的VCSEL还不成熟，无法应用于长距离通信系统；但对于成本非常敏感的短距离应用场合，例如接入网、光纤通道和存储区域网、以太网以及VSR等应用场合，VCSEL是比较好的选择。
硅材料对850nm波段的光有较好的响应，并且硅基光电探测器与硅微电子工艺兼容，易于实现硅基的光电集成，如光探测器和前置放大电路、信号处理电路的集成，可实现硅基OEIC(Optical Electronic Integrated Circuit，光电集成电路)光接收芯片规模化生产，从而能使硅基光接收机造价降低，因此硅基光接收机和VCSEL光发射机组成的收发器在甚短距离光传输上有很重要的应用。
