Coherent 광통신은 정밀하게 제작됩니다.

 

코히어런트 광통신 시스템은 빛의 진폭, 위상 및 편광 상태를 동시에 조작하기 위해 정밀 제조에 의존합니다. 이러한 시스템에는 1,000km를 초과하는 전송 거리에서 신호 무결성을 유지하기 위해 마이크로미터 단위로 측정된 구성요소 공차와{1}나노미터 미만의 파장 정확도가 필요합니다.

 

 

코히어런트 광통신 시스템의 제조 과제

 

기존 광학 시스템은 빛의 강도만 조절하지만, 일관성 있는 광학 통신 시스템은 세 가지 독립적인 매개변수에 걸쳐 데이터를 인코딩합니다. 위상 측정은 라디안 단위로 이루어지며 파장 선택은 약 1527 nm ~ 1565 nm 사이의 C- 대역 스펙트럼 내에서 작동하며 편광 상태는 두 개의 직교 전자기장 방향으로 나뉩니다. 제조 장비는 광섬유 거리에 걸쳐 누적되는 위상 오류를 방지할 수 있을 만큼 엄격한 공차를 유지해야 합니다.

광섬유 손상을 보상하는 디지털 신호 프로세서로 인해 복잡성이 증가합니다. DSP 칩은 분산 보상, 편광 역다중화, 반송파 위상 복구, 등화 및 순방향 오류 수정을 수행합니다. 이러한 프로세서에는 3나노미터 정도의 작은 프로세스 노드에서 반도체 제조가 필요하며, 원자{3}} 수준의 변화도 성능에 영향을 미칩니다.

 

구성요소 통합에는 서브-마이크로미터 정렬이 필요합니다.

 

코히런트 트랜시버는 여러 정밀 제조 구성요소를{0}}18.4mm × 93.4mm × 8.5mm 크기의 QSFP28 모듈만큼 작은 폼 팩터에 통합합니다. 소형 QSFP-DD 모듈은 더 높은 포트 밀도를 허용하여 1U 스위치당 최대 36개의 포트를 지원합니다. 이러한 작은 패키지 내에서 제조업체는 다음 사항을 조정해야 합니다.

조정 가능한 레이저 어셈블리피코미터 허용 오차 내에서 파장 정확도를 유지합니다. Coherent의 ELSFP 모듈은 뛰어난 파장 정확도와 선폭 제어 기능을 갖춘 8개의 고출력 1310nm 레이저를 통합합니다.{1} 모든 파장 드리프트는 Dense Wavelength Division Multiplexing 시스템에서 인접 채널에 간섭을 일으킵니다.

광자 집적 회로인듐 인화물 또는 실리콘 기판에서 제조됩니다. Coherent의 수직적 통합에는 InP 광자 집적 회로와-내부 디지털 신호 프로세서 개발이 포함됩니다. 이 칩에는 100나노미터 미만의 피처 크기를 가진 변조기, 광 증폭기 및 검출기가 포함되어 있습니다.

광결합 구조섬유가 칩과 만나는 곳. 1마이크로미터만 잘못 정렬해도 삽입 손실이 3dB를 초과하여 신호 전력이 효과적으로 절반으로 줄어듭니다. 2D 렌즈 배열은 고정밀 결합을 통해 전례 없는 균일성, 더 높은 대역폭, 더 낮은 비용을 제공하는 웨이퍼-수준 제조를 가능하게 합니다.

 

디지털 신호 처리에는 고급 반도체 제조가 필요합니다

 

DSP는 800G 코히어런트 플러그형 경쟁에서 경쟁하고 있는 가장 기술적으로 까다로운 구성요소인 . 3-nm- 기반 DSP 솔루션을 나타냅니다. 이 프로세스 노드에서 트랜지스터 게이트의 너비는 약 5나노미터이며 너비 전체에 수십 개의 실리콘 원자가 포함되어 있습니다.

3nm 노드에서 제조하려면 다음이 필요합니다.

극자외선 리소그래피13.5nm 파장의 빛을 사용하여 형상을 패턴화합니다. 장비 비용은 장치당 1억 5천만 달러를 초과하며 초-고진공에서 작동하여 공기 분자에 의한 EUV 흡수를 방지합니다.

다중-패터닝 기술제조업체는 약간의 오프셋을 사용하여 각 칩 레이어를 여러 번 노출합니다. 연속 노출 간의 정렬은 전기 단락이나 개방 회로를 방지하기 위해 2나노미터 이내로 유지되어야 합니다.

원자층 증착게이트 유전체를 단지 7-10 원자층 두께로 성장시키는 것입니다. Broadcom, Marvell, Coherent와 같은 선도적인 공급업체는 공급을 확보하고 리드 타임을 단축하기 위해 핵심 부품 생산을 수직적으로 통합하고 있습니다.

처리 능력은 시스템 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. 차세대 3nm 디지털 신호 프로세서는 오류 수정 성능을 유지하면서 전력 소비를 줄입니다. 처리 노드를 축소할 때마다 전력이 15~20% 감소하거나 그에 상응하는 성능이 향상됩니다.

 

광학 엔진 조립 공차가 양자 한계에 접근함

 

광학 엔진은 전기 신호를 변조된 빛으로 변환합니다. 광학 설계자는 레이저, 변조기 및 광 검출기의 기능을 캡처하는 회로 다이어그램을 개발한 다음 광학 시스템을 시뮬레이션한 후 설계를 반도체 파운드리 제조용 칩 레이아웃으로 변환합니다.

실리콘 포토닉스 플랫폼은 개별 구성요소로는 불가능한 통합 밀도를 달성하지만 제조상의 어려움이 따릅니다.

도파관 치수 제어±5 나노미터 이내가 전파 특성을 결정합니다. 400nm-폭 도파관의 10nm 폭 변화는 유효 굴절률을 약 0.01만큼 이동시켜 측정 가능한 위상 오류를 발생시킵니다.

표면 거칠기1나노미터 RMS 미만에서는 광학 산란 손실을 방지합니다. 제조업에서는 가정용 거울보다 3배 더 매끄러운 도파관 표면을 연마하거나 증착해야 합니다.

온도 안정성조립하는 동안 굴절률에 영향을 미칩니다. 실리콘의 열-광학 계수 1.8 × 10⁻⁴ K⁻²는 1도의 온도 변화로 광 경로 길이가 도파관 밀리미터당 180nm만큼 이동한다는 것을 의미합니다. 코히어런트 프로세서는 더 높은 정밀도를 요구하며, 사이클 슬립으로 인한 비트 오류를 ​​방지하기 위해 극성-종속 손실 및 극성 상태 추적에 대한 향상된 허용 오차가 필요합니다.

 

 

정밀 제조로 일관된 광통신 성능 구현

 

품질 관리 시스템은 기존 광학 장비가 평가할 수 없는 매개변수를 측정해야 합니다. 집중 계측에는 모든 중요한 매개변수를 측정하기 위한 포괄적인 도구, 도구 및 방법이 포함되며, 모든 광학 제품이 전체 검사를 받도록 보장하는 포괄적인 QA 프로그램이 포함됩니다.

별자리 다이어그램 분석복소 진폭-위상 평면에 수신된 기호를 표시하여 신호 품질을 측정합니다. 오류 벡터 크기는 16-QAM 변조 형식에 대해 8% 미만의 제조 목표를 갖고 이상적인 위치와의 편차를 정량화합니다.

광신호-대-잡음비 테스트트랜시버 감도를 확인합니다. 코히어런트 광통신 수신기는 비코히어런트 통신보다 20dB-100배 더 민감한 감도 향상을- 달성합니다. 이러한 20dB 이점은 강도 변조 직접 감지 시스템의 통신 거리가 수십 킬로미터에 달하는 것에 비해 수천 킬로미터에 달하는 것으로 해석됩니다.

분산 허용 오차 검증트랜시버가 실제-광섬유 상태를 처리하도록 보장합니다. 수신기에서 허용되는 색 분산의 양은 변조 방식에 따라 크게 달라지며, 낮은 허용 오차를 갖는 트랜시버에는 분산 보상 장치가 필요합니다.

 

고급 테스트 장비로 대량-생산 가능

 

매일 수백 개의 트랜시버를 처리하는 제조 라인에는 자동화된 테스트 시스템이 필요합니다. Quantifi Photonics PXI- 기반 포토닉스 테스트 모듈은 선도적인 기업에서 대량 생산에 사용되는 조립 및 패키징 플랫폼에 통합되도록 설계되었습니다.-

테스트 시퀀스는 몇 초 내에 수십 개의 매개변수를 측정합니다.

송신기 특성화출력 전력, 파장 정확도, 스펙트럼 순도 및 변조 품질을 검증합니다. WaveShaper 500B/X는 광 트랜시버의 생산 테스트를 위한 탁월한 유연성을 제공하여 12.4THz 이상의 적용 범위로 Super C- 및 L{3}}대역에서 신호 감쇠를 형성합니다.

수신기 감도 측정감지 가능한 최소 신호 전력을 결정합니다. 테스트 장비는 비트 오류율을 모니터링하면서 보정된 잡음을 주입하고 신호 전력을 감쇠시킵니다. 제조 사양에서는 일반적으로 지정된 입력 전력에서 10⁻² 미만의 BER을 요구합니다.

디지털 신호 프로세서 검증적응형 등화 알고리즘의 올바른 작동을 확인합니다. 고속-디지털---아날로그 및 아날로그---디지털 변환기는 디지털 신호 프로세서와 함께 작동합니다. 디지털 신호 프로세서는 용량, 범위 및 안정성을 극대화하기 위해 고급 데이터 처리를 수행하는 디지털 두뇌 역할을 합니다.

 

수직적 통합으로 제조 복잡성 해결

 

정밀성 요구 사항은 제조업체가 수직적 통합을 통해 해결하는 공급망 취약성을 만듭니다. 엄격한 품질 보증을 통해 재료 성장, 제조, 코팅 및 조립을 위한 수직 통합 기능을 통해 공급망 위험과 불확실성을 최소화합니다.

통합 제조업체 제어:

기판재료 생산결정 성장에서. 인듐 인화물 기판은 평방 센티미터당 500개 결함 미만의 결함 밀도를 요구합니다.{2}}인치 InP 웨이퍼 제조는 레이저, 검출기 및 전자 장치를 포함한 InP 광전자 장치의 다이 비용을 크게 줄이기 위해 미국과 유럽 공장 모두에 도입되었습니다.

광학 코팅 증착±2나노미터까지 레이어 두께를 제어합니다. 차세대 -메타-와이어 기반 와이어 그리드 편광판은 양면 반사 방지 코팅으로 50dB 소광비와 98.5% 효율을 달성합니다. 이러한 코팅에는 10⁻⁻torr 미만의 압력을 유지하는 진공 증착 시스템이 필요합니다.

최종 조립 및 포장통제된 환경에서. 0.5마이크로미터보다 큰 오염 입자는 광학적 손실이나 전기적 오류를 유발합니다. -특수 광학 재료를 자체 생산하여 잠재적인 품질 및 공급망 문제를 제거합니다.

 

시장 성장이 제조 투자를 주도합니다

 

정밀 제조 인프라에는 상당한 자본 투자가 필요합니다. 코히어런트 광학 장비 시장 규모는 2024년에 287억 9천만 달러로 평가되었으며, 예측 기간 동안 연평균 성장률(CAGR) 7.20%로 성장하여 2032년까지 477억 4천만 달러에 이를 것으로 예상됩니다.

이러한 성장은 다양한 애플리케이션에서 비롯됩니다.

데이터 센터 상호 연결작고 전력 효율이 높은-트랜시버가 필요합니다. AI 교육 클러스터와 하이퍼스케일 클라우드 업그레이드는 400Gbps 이상의 광학 장치에 대해 16.31%의 CAGR을 촉진하고 있으며, 800G 출하량은 2025년에 60% 증가할 것으로 예상됩니다. 하이퍼스케일 사업자는 매월 수천 개의 트랜시버를 배포하므로 연간 수백만 단위로 측정되는 제조 용량이 필요합니다.

지하철 및 장거리{0}}네트워크스펙트럼 효율성을 위해 일관된 광통신 기술을 채택합니다. 더 높은 TX 출력 전력(OpenZR+ 모듈은 이제 최대 +4dBm의 TX 출력 전력을 가짐), 상호 운용 가능한 400ZR 에코시스템의 부상, 타사 플러그형 광학 장치를 지원하는 최신 네트워크 장비 제조업체 소프트웨어 출시로 인해 네트워크 운영자는 더 큰 채택을 위한 경로를 갖게 되었습니다.

5G 인프라특수 트랜시버 배포를 주도합니다. 5G 분할-아키텍처는 25G SFP28 CWDM 트랜시버를 넓은 온도 변화를 견뎌야 하는 실외 캐비닛에 밀어 넣습니다. 이러한 혹독한-환경 애플리케이션에는 추가 제조 공정 인증 및 신뢰성 테스트가 필요합니다.

 

새로운 기술로 인해 정밀도 요구 사항이 증가함

 

차세대-세대 시스템은 더욱 엄격한 제조 공차를 요구합니다. 업계 최초의 400G 차동 전자{3}}흡수 변조 레이저는 2025년 Lightwave 혁신 리뷰에서 인정받은 200G D{5}}EML의 성공을 기반으로 중요한 과제를 해결합니다.

향후 개발에는 다음이 포함됩니다.

공동 패키지 광학 장치스위치 실리콘에 광학 엔진을 직접 배치합니다. 공동 패키지 광학 장치는 광학 엔진을 스위치 기판에 직접 배치하여 스위치 레벨 전력 소비를 약 30%까지 줄일 수 있습니다. 이러한 통합을 위해서는 호환 가능한 크기로 제작되고 10마이크로미터 미만의 정확도로 조립된 광학 및 전자 다이가 필요합니다.

레인 전송당 200Gbps현재 속도를 두 배로 늘립니다. 레인당 200G 이상의 속도를 구현하기 위한 이정표로서 레인당 300G 링크 시연에서는 고급 차동 전기{3}}흡수 변조 레이저를 사용합니다. 속도가 높을수록 신호 아이 다이어그램이 압축되므로 모든 구성 요소에서 더 낮은 지터와 더 나은 주파수 응답이 필요합니다.

양자{0}}보안 통신암호화 하드웨어 추가. 이 데모에서는 고성능 400G ZR QSFP-DD DCO 광 트랜시버와 QSFP{2}}28 플러그형 폼 팩터의 모듈식 양자 키 분배 트랜시버를 통합합니다. 양자 시스템에는 100피코초 미만의 타이밍 분해능을 갖춘 단일 광자 감지 기능이 필요합니다.

 

제조 정밀도로 정보 경제 활성화

 

코히어런트 광통신 제조는 나노스케일 반도체 제조, 정밀 광학 조립 및 고속-아날로그 설계의 교차점을 나타냅니다. 코히어런트 광학 시장은 2027년까지 약 130억 달러에 이를 것으로 예상되며, 플러그형 트랜시버는 향후 5년 동안 가장 높은 비율로 성장하고 가장 큰 규모 성장에 기여할 것으로 예상됩니다.

데이터 속도가 증가하고 폼 팩터가 축소됨에 따라 제조 문제는 계속 진화하고 있습니다. 800G 코히어런트 QSFP-DD 트랜시버는 독점 인화인듐 칩 기술에 기반한 고급 IC-TROSA 광학 엔진을 활용하여 800ZR의 경우 -7dBm, ROADM 기반 라인 시스템의 경우 0dBm의 송신기 광 출력을 제공합니다. 각 세대에는 새로운 제조 기술, 더욱 엄격한 공정 제어, 더욱 정교한 테스트 장비가 필요합니다.

성공을 거두려면 제조업체는 결정 성장과 박막 증착에서 고속 회로 설계와 자동화된 테스트 개발에 이르기까지 -수십 가지 분야를 동시에 숙달해야 합니다.- 그 결과 매일 엑사바이트 규모의 데이터를 전송하는 글로벌 통신 인프라를 지원하며, 신뢰성은 99.999%를 초과하고 비트 오류율은 전송된 1조 비트당 1 오류 미만입니다.