400 Gbit/s FR4光收发模块的研究

邓 琨，高万超，陈 意，付永安，孙莉萍

(1. 武汉邮电科学研究院，武汉 430074； 2. 武汉光迅科技股份有限公司，武汉 430205)

0 引 言

随着云计算、超清影视和物联网等新型业务的大规模应用和发展，数据中心对流量和带宽的需求急剧增长，这也迫使光模块不断向更高速率和更低功耗升级，且这种趋势仍处于攀升状态。随着之前业务重点关注的400 Gbit/s通信技术在这几年的迅速发展，数据中心光通信网络已逐渐开始从100 Gbit/s向400 Gbit/s互联过渡，因此400 Gbit/s网络系统终将成为数据中心部署的新一代高速传输技术[1]。其中光模块作为一种实现光/电和电/光转换功能的光器件，在光通信系统中负责电/光信号之间的高速率数据交换，是数据中心光通信网络系统中不可缺少的一部分。

本文参考100 Gbit/s Lambda 多源协议(Multi Source Agreement，MSA)和由电气和电子工程师协会(Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE)制定的IEEE 802.3cu协议等其他相关协议标准，提出了一种基于4阶脉冲幅度调制(4-Level Pulse Amplitude Modulation，PAM4)技术的400 Gbit/s光模块设计方案。首先阐述了400 Gbit/s光模块的基本原理、结构框图和主要测试指标，然后对该模块的性能进行了测试与分析，测试分析结果表明了本方案在400 Gbit/s光通信网络中应用的可行性。

1 相关标准介绍

如今400 Gbit/s以太网接口已逐渐应用于各大互联网公司的数据中心， IEEE自2013年3月起就启动了对400 Gbit/s Ethernet(400 GE)接口的标准化的研究工作，且在2017年12月正式得到批准并发布了IEEE 802.3bs 400 GE(包括200 GE)协议标准，以及在2020年4月发布了IEEE 802.3cu 400 GE(包括100 GE)协议标准[2]，其中400 GE光模块主要采用的几种物理层技术方案如表1所示。

表1 400 GE光模块接口物理层技术方案……