आज के डेटा केंद्रित युग में, 5जी बेस स्टेशनों से लेकर डेटा सेंटर इंटरकनेक्ट और हाई डेफिनिशन वीडियो ट्रांसमिशन तक, सभी सूचना राजमार्ग एक मुख्य घटक पर निर्भर करते हैं: ऑप्टिकल ट्रांसमीटर।
ऑप्टिकल संचार प्रणाली के "प्रारंभिक बिंदु" के रूप में, ऑप्टिकल ट्रांसमीटर विद्युत संकेतों को ऑप्टिकल सिग्नल में परिवर्तित करने और उन्हें ऑप्टिकल फाइबर में जोड़ने के लिए जिम्मेदार है। यह लेख 2024-2025 के लिए ऑप्टिकल ट्रांसमीटरों के तकनीकी सिद्धांतों, प्रमुख घटकों, मुख्य विशिष्टताओं और उद्योग प्रौद्योगिकी रुझानों पर प्रकाश डालता है।
1. एक क्या है?ऑप्टिकल ट्रांसमीटर?
एक ऑप्टिकल ट्रांसमीटर एक इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल रूपांतरण उपकरण है। भौतिक स्तर पर, इसके परिचालन वर्कफ़्लो को तीन चरणों में संक्षेपित किया जा सकता है:
इनपुट प्रोसेसिंग:नेटवर्क उपकरण (जैसे स्विच और राउटर) से विद्युत संकेत प्राप्त करता है।
इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल रूपांतरण:ड्राइवर सर्किट के माध्यम से प्रकाश स्रोत (लेजर डायोड या एलईडी) को मॉड्यूलेट करता है, विद्युत सिग्नल के 0/1 बिट को प्रकाश पल्स में परिवर्तित करता है जो चालू/बंद स्थिति या चरण परिवर्तन का प्रतिनिधित्व करता है।
युग्मन आउटपुट:लेंस या डायरेक्ट कपलिंग तकनीकों का उपयोग करके प्रकाश को ऑप्टिकल फाइबर (सिंगल {{0}मोड या मल्टी{1}}मोड) में कुशलतापूर्वक इंजेक्ट करता है।
एप्लिकेशन परिदृश्य के आधार पर, ट्रांसमीटरों को आम तौर पर प्लग करने योग्य ऑप्टिकल मॉड्यूल (जैसे एसएफपी, क्यूएसएफपी {{0} डीडी, ओएसएफपी) के अंदर या प्रसारण {{1} ग्रेड वीडियो ऑप्टिकल ट्रांसमीटर और एनालॉग ऑप्टिकल फाइबर ट्रांसमिशन सिस्टम के हिस्से के रूप में पैक किया जाता है।
2. कोर प्रौद्योगिकी घटकों का विश्लेषण
एक उच्च प्रदर्शन ऑप्टिकल ट्रांसमीटर में मुख्य रूप से निम्नलिखित तीन भाग होते हैं, जो तकनीकी कठिनाई और लागत के एक महत्वपूर्ण हिस्से के लिए जिम्मेदार होते हैं:
2.1 प्रकाश स्रोत: वीसीएसईएल, एफपी, डीएफबी, और ईएमएल
प्रकाश स्रोत ट्रांसमीटर की तरंग दैर्ध्य, शक्ति और संचरण दूरी निर्धारित करता है।
वीसीएसईएल (ऊर्ध्वाधर-गुहा सतह-उत्सर्जक लेजर):कम दूरी (100 मीटर के भीतर) मल्टी मोड अनुप्रयोगों, जैसे डेटा केंद्रों के भीतर एसआर (शॉर्ट रेंज) ऑप्टिकल मॉड्यूल पर हावी है। फायदों में कम बिजली की खपत, कम लागत और बड़े पैमाने पर सरणी एकीकरण में आसानी शामिल है।
एफपी (फैब्री-पेरोट लेजर):शुरुआती चरण में छोटे चरण से लेकर मध्यम दूरी के अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जाता है; वर्तमान में DFB लेज़रों के पक्ष में उच्च-दर अनुप्रयोगों में इसे चरणबद्ध तरीके से समाप्त किया जा रहा है।
डीएफबी (वितरित फीडबैक लेजर):एकल-मोड ट्रांसमिशन के लिए वर्कहॉर्स। यह निर्मित झंझरी के माध्यम से एकल अनुदैर्ध्य मोड आउटपुट प्राप्त करता है, जिसके परिणामस्वरूप एक संकीर्ण वर्णक्रमीय लाइनविड्थ और कम फैलाव जुर्माना होता है, जो मेट्रो नेटवर्क में 10 किमी से 80 किमी तक की दूरी और लंबी दूरी ट्रंक लाइनों के लिए उपयुक्त है।
ईएमएल (इलेक्ट्रो-अवशोषण मॉड्यूलेटेड लेजर):वर्तमान में 400G/800G उच्च स्पीड बैकबोन नेटवर्क के लिए मुख्यधारा की पसंद। यह एक लेज़र को इलेक्ट्रो{{4}अवशोषण मॉड्यूलेटर के साथ एकीकृत करता है, जो उच्च आवृत्तियों पर सीधे मॉड्यूलेटेड लेज़रों (डीएमएल) से जुड़े "चिरप" प्रभाव पर काबू पाता है, 100 जीबीपीएस और उससे अधिक की एकल तरंग दैर्ध्य दरों का समर्थन करता है।
2.2 ड्राइवर सर्किट
लेजर डायोड को स्थिर बायस करंट और मॉड्यूलेशन करंट की आवश्यकता होती है। उच्च गति ट्रांसमीटरों में ड्राइवर चिप्स को उच्च रैखिकता (विशेषकर PAM4 मॉड्यूलेशन के लिए) और कम बिजली की खपत की आवश्यकता होती है। जैसे-जैसे गति 112 जीबीपीएस और यहां तक कि 224 जीबीपीएस तक बढ़ती है, ड्राइवर चिप डिजाइन ट्रांसमीटर प्रदर्शन को सीमित करने वाली एक महत्वपूर्ण बाधा बन गई है।
2.3 पैकेजिंग और ऑप्टिकल कपलिंग
ट्रांसमीटरों के लिए पैकेजिंग परिशुद्धता को माइक्रोन से कम के स्तर तक पहुंचने की आवश्यकता है। सिलिकॉन फोटोनिक्स (सिलिकॉन फोटोनिक्स) ट्रांसमीटरों के लिए, फ्लिप{2}चिप तकनीक का उपयोग अक्सर सिलिकॉन आधारित फोटोनिक चिप के साथ लेजर चिप को एकीकृत करने के लिए किया जाता है, जो एज कपलिंग या ग्रेटिंग कपलिंग के माध्यम से प्रकाश को वेवगाइड में जोड़ता है।
3. प्रमुख प्रदर्शन संकेतक
मूल्यांकन या चयन करते समयऑप्टिकल ट्रांसमीटर, इंजीनियरों को निम्नलिखित प्रमुख मापदंडों पर ध्यान देना चाहिए:
तरंग दैर्ध्य:850एनएम (मल्टी-मोड), 1310एनएम (शून्य फैलाव), 1550एनएम (न्यूनतम हानि)। CWDM और DWDM प्रौद्योगिकियाँ तरंग दैर्ध्य विभाजन मल्टीप्लेक्सिंग के लिए 1260nm और 1650nm के बीच कई तरंग दैर्ध्य का उपयोग करती हैं।
आउटपुट ऑप्टिकल पावर:आमतौर पर dBm में मापा जाता है। लंबी संचरण दूरी के लिए उच्च आउटपुट पावर की आवश्यकता होती है, जिसे ऑप्टिकल फाइबर के नॉनलाइनियर प्रभाव सीमा से नीचे रखा जाना चाहिए।
विलुप्ति अनुपात (ईआर):तर्क "1" से तर्क "0" के लिए औसत ऑप्टिकल शक्ति का अनुपात। उच्च विलुप्ति अनुपात के परिणामस्वरूप रिसीवर पर बेहतर सिग्नल {{3} से - शोर अनुपात और कम बिट त्रुटि दर (बीईआर) होती है।
नेत्र आरेख:सिग्नल गुणवत्ता के लिए एक सहज मीट्रिक। उच्च गति ट्रांसमीटर परीक्षण में, नेत्र आरेख को आईईईई मानकों या एमएसए (मल्टी - स्रोत अनुबंध) आई मास्क विनिर्देशों के अनुरूप होना चाहिए, जिससे न्यूनतम अतिरिक्त घबराहट और शोर सुनिश्चित हो सके।
केंद्र तरंगदैर्घ्य और वर्णक्रमीय चौड़ाई:डीडब्ल्यूडीएम सिस्टम के लिए, ट्रांसमीटर की तरंग दैर्ध्य को आईटीयू -टी द्वारा निर्दिष्ट ग्रिड पर लॉक होना चाहिए। एक संकीर्ण वर्णक्रमीय चौड़ाई रंगीन फैलाव के प्रति सहनशीलता को बढ़ाती है।
4. उद्योग के रुझान: 400G से 1.6T तक विकास
एआई मॉडल प्रशिक्षण और क्लाउड कंप्यूटिंग से बैंडविड्थ मांग में तेजी से वृद्धि से प्रेरित,ऑप्टिकल ट्रांसमीटरप्रौद्योगिकी में अभूतपूर्व परिवर्तन हो रहे हैं:
4.1 एकल तरंगदैर्घ्य 200जी युग का आगमन
800G ऑप्टिकल मॉड्यूल वर्तमान में बड़े पैमाने पर तैनात किए जा रहे हैं, आंतरिक रूप से 8x100Gbps या 4x200Gbps जैसे ट्रांसमीटर आर्किटेक्चर का उपयोग कर रहे हैं। अग्रणी उद्योग निर्माता एकल तरंगदैर्घ्य 200जी ईएमएल और सिलिकॉन फोटोनिक मॉड्यूलेटर विकसित कर रहे हैं, जो 1.6टी ऑप्टिकल मॉड्यूल के लिए मार्ग प्रशस्त कर रहे हैं।
4.2 सिलिकॉन फोटोनिक्स का त्वरित व्यावसायीकरण
पारंपरिक असतत ट्रांसमीटर (अलग मॉड्यूलेटर के साथ डीएफबी) लागत और उच्च घनत्व एकीकरण में बाधाओं का सामना कर रहे हैं। सिलिकॉन फोटोनिक्स सिलिकॉन सब्सट्रेट पर मॉड्यूलेटर को एकीकृत करने के लिए सीएमओएस प्रक्रियाओं का लाभ उठाता है, जो बाहरी या हाइब्रिड {{2}एकीकृत III{3}V लेज़रों के साथ संयुक्त होता है, जिससे उच्च {{4}उपज, कम लागत में बड़े पैमाने पर फोटोनिक एकीकरण प्राप्त होता है।
4.3 लीनियर ड्राइव प्लगेबल ऑप्टिक्स (एलपीओ) और सह-पैकेज्ड ऑप्टिक्स (सीपीओ)
एआई कंप्यूटिंग केंद्रों में बिजली की खपत को कम करने के लिए एलपीओ तकनीक उभर रही है। एलपीओ ट्रांसमीटर पारंपरिक डीएसपी (डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर) को खत्म करते हैं, लेजर को सीधे चलाने के लिए लीनियर ड्राइवर चिप्स का उपयोग करते हैं, जिससे बिजली की खपत लगभग 50% कम हो जाती है। आगे की ओर देखते हुए, सीपीओ तकनीक का लक्ष्य स्विचिंग चिप के साथ ऑप्टिकल ट्रांसमीटरों को पैकेज करना है, जो मूल रूप से पीसीबी ट्रेस में उच्च आवृत्ति विद्युत सिग्नल हानि के मुद्दे को हल करता है।
4.4 पतली फिल्म लिथियम नाइओबेट (टीएफएलएन) में सफलताएं
उच्च बैंडविड्थ और कम बिजली की खपत की खोज में, पतली फिल्म लिथियम नाइओबेट मॉड्यूलेटर एक शोध हॉटस्पॉट बन गए हैं। वे सिलिकॉन फोटोनिक और InP मॉड्यूलेटर की तुलना में बेहतर रैखिकता और उच्च बैंडविड्थ प्रदान करते हैं, जो उन्हें अगली पीढ़ी के 1.6T/3.2T ट्रांसमीटरों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाने के लिए सक्षम बनाता है।
5। उपसंहार
ऑप्टिकल ट्रांसमीटर न केवल ऑप्टिकल संचार का भौतिक प्रारंभिक बिंदु है, बल्कि नेटवर्क बैंडविड्थ, ट्रांसमिशन दूरी और सिस्टम लागत का निर्धारण करने वाला "कोर इंजन" भी है।
उद्योग उपयोगकर्ताओं के लिए, ऑप्टिकल ट्रांसमीटर समाधान चुनते समय, केवल "दर" पैरामीटर से परे देखना आवश्यक है। एक व्यापक मूल्यांकन में शामिल होना चाहिए:
अनुप्रयोग परिदृश्य:डेटा केंद्रों के भीतर कम दूरी के इंटरकनेक्शन बनाम लंबी दूरी के दूरसंचार नेटवर्क की तुलना में।
लागत संरचना:वीसीएसईएल समाधान बड़े पैमाने पर छोटी दूरी के अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं; ईएमएल और सिलिकॉन फोटोनिक्स उच्च प्रदर्शन परिदृश्यों के लिए उपयुक्त हैं।
आपूर्ति श्रृंखला विश्वसनीयता:उच्च गति वाले लेज़र चिप्स की क्षमता सीमित बनी हुई है। स्वतंत्र चिप अनुसंधान एवं विकास क्षमताओं या स्थिर आपूर्ति श्रृंखला वाले निर्माताओं को चुनना महत्वपूर्ण है।
एआई कंप्यूट पावर की मांग में विस्फोट के साथ, ऑप्टिकल संचार उद्योग "इलेक्ट्रिसिटी ड्राइविंग ऑप्टिक्स" के पारंपरिक मॉडल से "ऑप्टिक्स डिफाइनिंग नेटवर्क" के एक नए युग की ओर संक्रमण कर रहा है। ऑप्टिकल नेटवर्क के शुरुआती बिंदु के रूप में, ऑप्टिकल ट्रांसमीटरों में प्रत्येक तकनीकी छलांग अगली पीढ़ी के डिजिटल और बुद्धिमान बुनियादी ढांचे के लिए बैंडविड्थ सीमा को परिभाषित करेगी।
