ऑप्टिकल ट्रांसीवर मॉड्यूल फ़ंक्शन फोटोनिक्स के माध्यम से काम करता है

 

 

एक ऑप्टिकल ट्रांसीवर मॉड्यूल फोटोनिक सिद्धांतों का उपयोग करके विद्युत संकेतों को ऑप्टिकल सिग्नल में परिवर्तित करता है और इसके विपरीत। ऑप्टिकल ट्रांसीवर मॉड्यूल फ़ंक्शन सेमीकंडक्टर लेजर पर केंद्रित होता है जो प्रकाश उत्सर्जित करता है और फोटोडिटेक्टर जो प्रकाश प्राप्त करते हैं, फाइबर ऑप्टिक केबल के माध्यम से द्विदिश डेटा ट्रांसमिशन को सक्षम करते हैं। यह फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण निकट अवरक्त तरंग दैर्ध्य पर फोटॉन के नियंत्रित हेरफेर के माध्यम से होता है।

 

 

कोर फोटोनिक घटक सिग्नल रूपांतरण सक्षम करते हैं

 

मौलिक ऑप्टिकल ट्रांसीवर मॉड्यूल फ़ंक्शन एक साथ काम करने वाली दो फोटोनिक उप-असेंबली पर निर्भर करता है। टीओएसए (ट्रांसमिटिंग ऑप्टिकल सब-असेंबली) आउटगोइंग सिग्नल को संभालती है, जबकि आरओएसए (रिसीविंग ऑप्टिकल सब-असेंबली) आने वाले सिग्नल को प्रोसेस करती है।

टीओएसए के अंदर, सेमीकंडक्टर लेजर डायोड प्राथमिक प्रकाश स्रोत के रूप में काम करते हैं। ये उपकरण सुसंगत प्रकाश उत्पन्न करने के लिए अर्धचालक सामग्रियों में क्वांटम यांत्रिक प्रभावों का उपयोग करते हैं। जब इलेक्ट्रॉन अर्धचालक के p{2}}n जंक्शन में छिद्रों के साथ पुनः संयोजित होते हैं, तो फोटॉन विशिष्ट तरंग दैर्ध्य पर उत्सर्जित होते हैं {{3}आमतौर पर कम दूरी के अनुप्रयोगों के लिए 850nm और लंबी दूरी के लिए 1310nm या 1550nm।

ROSA में फोटोडिटेक्टर रिवर्स प्रक्रिया से संचालित होता है। जब फोटॉन फोटोडिटेक्टर के अर्धचालक पदार्थ से टकराते हैं, तो वे फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के माध्यम से इलेक्ट्रॉन छिद्र जोड़े उत्पन्न करते हैं। यह आने वाले ऑप्टिकल सिग्नल की तीव्रता के आनुपातिक विद्युत प्रवाह बनाता है।

एक ट्रांसइम्पेडेंस एम्पलीफायर (टीआईए) फोटोडिटेक्टर के करंट को तुरंत वोल्टेज सिग्नल में बदल देता है। यह प्रवर्धन आवश्यक है क्योंकि फोटोकरंट अक्सर माइक्रोएम्पीयर रेंज में होता है और डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग सर्किट द्वारा इसकी व्याख्या करने से पहले इसे बढ़ावा देने की आवश्यकता होती है।

 

विद्युतीय-से-ऑप्टिकल रूपांतरण पथ

 

ट्रांसमिशन प्रक्रिया तब शुरू होती है जब नेटवर्किंग उपकरण ट्रांसीवर के इलेक्ट्रिकल इंटरफ़ेस पर विद्युत डेटा सिग्नल भेजता है। ये सिग्नल वोल्टेज विविधताओं के रूप में एन्कोडेड डिजिटल जानकारी ले जाते हैं, जो आमतौर पर मल्टी{1}}गीगाबिट गति पर काम करते हैं। इस स्तर पर ऑप्टिकल ट्रांसीवर मॉड्यूल फ़ंक्शन को समझने से पता चलता है कि विद्युत सिग्नल प्रकाश दालों में कैसे परिवर्तित होते हैं।

लेजर डायोड तक पहुंचने से पहले एक ड्राइवर चिप इन विद्युत संकेतों को कंडीशन करता है। ड्राइवर को दो महत्वपूर्ण कार्य पूरे करने होंगे: लेजर की थ्रेशोल्ड करंट (लेज़िंग के लिए आवश्यक न्यूनतम करंट) के ऊपर एक डीसी बायस करंट बनाए रखना और वास्तविक डेटा ले जाने वाले मॉड्यूलेशन करंट को सुपरइम्पोज़ करना।

वीसीएसईएल (वर्टिकल - कैविटी सरफेस - उत्सर्जक लेजर) आधुनिक ट्रांसीवर में प्रमुख हो गए हैं क्योंकि उन्हें पारंपरिक एज-उत्सर्जक लेजर के लिए 30 एमए के मुकाबले लगभग 1 - 2 एमए के आसपास कम थ्रेशोल्ड धाराओं की आवश्यकता होती है। कम थ्रेशोल्ड करंट सीधे बिजली की खपत को कम करता है, जो घने डेटा सेंटर वातावरण में महत्वपूर्ण रूप से मायने रखता है जहां हजारों ट्रांसीवर एक साथ काम करते हैं।

लेजर आउटपुट तीव्रता मॉड्यूलेशन से गुजरता है। सरल ऑन{1}}ऑफ कीइंग (OOK) मॉड्यूलेशन में, एक "1" बिट उच्च ऑप्टिकल पावर और "0" कम या कोई पावर नहीं के अनुरूप होता है। अधिक उन्नत ट्रांसीवर PAM-4 (पल्स एम्प्लिट्यूड मॉड्यूलेशन) एन्कोडिंग का उपयोग करते हैं, जो प्रति प्रतीक दो बिट्स संचारित करने के लिए चार अलग-अलग पावर स्तरों का उपयोग करता है, जो मॉड्यूलेशन आवृत्ति को बढ़ाए बिना डेटा दर को प्रभावी ढंग से दोगुना कर देता है।

आधुनिक उच्च गति मॉड्यूल में फीडबैक तंत्र शामिल होता है। एक मॉनिटर फोटोडायोड लेजर आउटपुट के एक हिस्से का नमूना लेता है और इस जानकारी को नियंत्रण सर्किटरी में वापस फीड करता है। यह फीडबैक लूप लेजर प्रदर्शन में तापमान प्रेरित बदलावों की भरपाई करता है और बदलती पर्यावरणीय परिस्थितियों में लगातार ऑप्टिकल पावर आउटपुट बनाए रखता है।

 

सिलिकॉन फोटोनिक्स एकीकरण प्रदर्शन को आगे बढ़ाता है

 

सिलिकॉन फोटोनिक्स ऑप्टिकल ट्रांससीवर्स के निर्माण के तरीके में एक आदर्श बदलाव का प्रतिनिधित्व करता है। यह तकनीक CMOS संगत निर्माण प्रक्रियाओं का उपयोग करके फोटोनिक घटकों को सीधे सिलिकॉन चिप्स पर एकीकृत करती है, उच्च एकीकरण घनत्व के माध्यम से ऑप्टिकल ट्रांसीवर मॉड्यूल फ़ंक्शन को मौलिक रूप से बदल देती है।

यह दृष्टिकोण कई लाभ प्रदान करता है। विनिर्माण लागत में कमी आती है क्योंकि सिलिकॉन फोटोनिक्स मौजूदा अर्धचालक निर्माण बुनियादी ढांचे का लाभ उठाता है। एकीकरण घनत्व में नाटकीय रूप से वृद्धि होती है -कई फोटोनिक फ़ंक्शन जिनके लिए पहले अलग-अलग घटकों की आवश्यकता होती थी, अब केवल कुछ मिलीमीटर मापने वाली एक चिप पर सह-अस्तित्व में रह सकते हैं।

सिलिकॉन फोटोनिक्स वेवगाइड, स्प्लिटर्स और मॉड्यूलेटर जैसे निष्क्रिय ऑप्टिकल घटकों को बनाने में उत्कृष्टता प्राप्त करता है। प्रकाश कुछ सौ नैनोमीटर के आकार वाले सिलिकॉन वेवगाइड के माध्यम से फैलता है, जिससे न्यूनतम स्थान में जटिल ऑप्टिकल सर्किट की अनुमति मिलती है।

हालाँकि, सिलिकॉन फोटोनिक्स को एक मूलभूत चुनौती का सामना करना पड़ता है: सिलिकॉन एक अप्रत्यक्ष बैंडगैप सेमीकंडक्टर है, जो इसे दूरसंचार तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश उत्सर्जन और पता लगाने के लिए अक्षम बनाता है। इंजीनियरों ने इसे सिलिकॉन सब्सट्रेट पर विषम एकीकरण, बॉन्डिंग III-V सेमीकंडक्टर सामग्री (जो कुशलता से प्रकाश उत्सर्जित और पता लगाता है) के माध्यम से हल किया है।

सिलिकॉन फोटोनिक्स में हाल के विकास ने कॉम्पैक्ट फॉर्म कारकों में 400G और 800G ट्रांसीवर को सक्षम किया है। कंपनियां अब सिलिकॉन फोटोनिक इंटीग्रेटेड सर्किट का उपयोग करके 1.6T ट्रांसीवर विकसित कर रही हैं, जो एआई डेटा सेंटर अनुप्रयोगों को लक्षित कर रही हैं जहां बैंडविड्थ की मांग बढ़ती जा रही है।

 

फोटोनिक सिस्टम में तरंग दैर्ध्य प्रबंधन

 

विभिन्न तरंग दैर्ध्य ऑप्टिकल ट्रांसीवर में विभिन्न उद्देश्यों को पूरा करते हैं। एकल {{1}मोड फाइबर ट्रांसीवर आमतौर पर 1310nm या 1550nm पर काम करते हैं क्योंकि ये तरंग दैर्ध्य सिलिका फाइबर में न्यूनतम क्षीणन का अनुभव करते हैं {{4}1310nm पर 0.5 dB/km से कम और 1550nm पर और भी कम।

मल्टीमोड फाइबर सिस्टम आमतौर पर 850 एनएम तरंग दैर्ध्य का उपयोग करते हैं, जहां वीसीएसईएल लागत प्रभावी प्रकाश स्रोत प्रदान करते हैं। जबकि मल्टीमोड फाइबर सिंगल मोड फाइबर की तुलना में उच्च क्षीणन और मोडल फैलाव प्रदर्शित करता है, कम घटक लागत इसे 300 मीटर से कम दूरी के अनुप्रयोगों के लिए आकर्षक बनाती है।

वेवलेंथ डिवीजन मल्टीप्लेक्सिंग (डब्ल्यूडीएम) प्रौद्योगिकियां एक ही फाइबर के माध्यम से एक साथ कई तरंग दैर्ध्य संचारित करके क्षमता को बढ़ाती हैं। CWDM (मोटे WDM) 1270{8}}1610nm रेंज में 20nm की दूरी पर स्थित तरंग दैर्ध्य का उपयोग करता है। DWDM (डेंस WDM) चैनलों को अधिक कसकर पैक करता है, C-बैंड (1530-1565nm) में 0.8nm (100 GHz) या 0.4nm (50 GHz) की रिक्ति के साथ, एक फाइबर पर 80 या अधिक चैनल सक्षम करता है।

ट्यून करने योग्य लेजर परिचालन लचीलापन जोड़ते हैं। प्रत्येक निश्चित तरंग दैर्ध्य के लिए इन्वेंट्री बनाए रखने के बजाय, नेटवर्क ऑपरेटर ट्यून करने योग्य लेजर के साथ ट्रांसीवर तैनात कर सकते हैं जो कमांड पर अपने आउटपुट तरंग दैर्ध्य को समायोजित करते हैं। आधुनिक ट्यून करने योग्य ट्रांसीवर 40-80 चैनलों में तरंग दैर्ध्य ट्यूनिंग प्राप्त करने के लिए थर्मली - ट्यून किए गए बाहरी कैविटी लेजर या माइक्रो - इलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम (एमईएमएस) का उपयोग करते हैं।

 

 

फोटोनिक इंजीनियरिंग के माध्यम से उन्नत मॉड्यूलेशन

 

सुसंगत ऑप्टिकल ट्रांसमिशन प्रकाश को तीन आयामों में हेरफेर करता है: आयाम, चरण और ध्रुवीकरण। यह दृष्टिकोण सरल तीव्रता मॉड्यूलेशन की तुलना में प्रत्येक तरंग दैर्ध्य से कहीं अधिक सूचना क्षमता निकालता है। सुसंगत प्रणालियों में उन्नत ऑप्टिकल ट्रांसीवर मॉड्यूल फ़ंक्शन 400G और उससे अधिक की ट्रांसमिशन दर को सक्षम बनाता है।

सुसंगत प्रणालियों में, ट्रांसमीटर प्रकाश तरंग के दोनों चरण और चतुर्भुज घटकों पर डेटा को एन्कोड करने के लिए मैक {0}ज़ेन्डर मॉड्यूलेटर या इलेक्ट्रो{1}ऑप्टिक मॉड्यूलेटर का उपयोग करता है। दोहरी ध्रुवीकरण संचरण दो ऑर्थोगोनल ध्रुवीकरण राज्यों को एक साथ संशोधित करके क्षमता को फिर से दोगुना कर देता है।

एक सुसंगत ट्रांसीवर में रिसीवर को परिष्कृत फोटोनिक एकीकरण की आवश्यकता होती है। यह आने वाले सिग्नल को स्थानीय ऑसिलेटर लेजर से प्रकाश के साथ मिलाता है, जिससे बीट फ्रीक्वेंसी बनती है जो एन्कोडेड डेटा को ले जाती है। संतुलित फोटोडिटेक्टर आयाम और चरण दोनों की जानकारी कैप्चर करते हैं, जो उच्च {{2}स्पीड एनालॉग {{3} से {{4}डिजिटल कन्वर्टर्स प्रसंस्करण के लिए डिजिटाइज़ करते हैं।

डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग (डीएसपी) चिप्स आधुनिक ऑप्टिकल ट्रांसीवर का अभिन्न अंग बन गए हैं। ये विशेष प्रोसेसर रंगीन फैलाव और ध्रुवीकरण मोड फैलाव जैसे फाइबर हानि की भरपाई करते हैं जो अन्यथा ट्रांसमिशन दूरी को सीमित कर देंगे। डीएसपी में कार्यान्वित फॉरवर्ड एरर करेक्शन (एफईसी) एल्गोरिदम डेटा को पुनर्प्राप्त कर सकता है, तब भी जब सिग्नल - से {{3} शोर अनुपात सामान्य रूप से त्रुटियों का कारण बनता है।

फोटोनिक {{0}इलेक्ट्रॉनिक सह {{1}डिज़ाइन दृष्टिकोण ने 400G ZR+ ट्रांससीवर्स को ऑप्टिकल एम्पलीफायरों के बिना 100{6}}120 किमी से अधिक डेटा संचारित करने में सक्षम बनाया है। इस दूरी के लिए पहले समर्पित DWDM उपकरण की आवश्यकता होती थी, लेकिन सुसंगत प्लग करने योग्य ट्रांसीवर अब उस कार्यक्षमता को एक मानक QSFP-DD फॉर्म फैक्टर में एकीकृत करते हैं।

 

फोटोनिक उपकरणों में थर्मल प्रबंधन

 

लेज़र डायोड तापमान के प्रति संवेदनशील घटक होते हैं। एक वितरित फीडबैक (डीएफबी) लेजर का आउटपुट तरंग दैर्ध्य लगभग 0.1 एनएम प्रति डिग्री सेल्सियस बदलता है। 50 गीगाहर्ट्ज़ चैनल स्पेसिंग (लगभग 0.4एनएम) वाले डीडब्ल्यूडीएम सिस्टम में, अनियंत्रित तापमान भिन्नताएं आसन्न चैनलों में तरंग दैर्ध्य बहाव का कारण बनेंगी, जिससे क्रॉसस्टॉक का निर्माण होगा।

थर्मोइलेक्ट्रिक कूलर (टीईसी) सक्रिय तापमान स्थिरीकरण प्रदान करते हैं। ये ठोस अवस्था वाले उपकरण लेजर डायोड से गर्मी को दूर करने के लिए पेल्टियर प्रभाव का उपयोग करते हैं, जिससे तापमान ±0.01 डिग्री के भीतर बना रहता है। एक थर्मिस्टर लेजर तापमान की निगरानी करता है, और नियंत्रण सर्किटरी सेटपॉइंट को बनाए रखने के लिए टीईसी करंट को समायोजित करता है।

उच्च गति वाले ट्रांसीवर को अतिरिक्त तापीय चुनौतियों का सामना करना पड़ता है। एक 400G QSFP-DD मॉड्यूल 12-14 वाट का अपव्यय कर सकता है, जबकि 800G मॉड्यूल 20 वाट से अधिक का हो सकता है। यह पावर घनत्व ओवरहीटिंग को रोकने के लिए सावधानीपूर्वक थर्मल डिज़ाइन की मांग करता है जो प्रदर्शन को ख़राब करता है या घटक जीवनकाल को छोटा करता है।

सिलिकॉन फोटोनिक्स थर्मल लाभ प्रदान करता है क्योंकि सिलिकॉन में उत्कृष्ट तापीय चालकता (150 W/m·K) होती है। फोटोनिक घटकों में उत्पन्न गर्मी सिलिकॉन सब्सट्रेट में तेजी से फैलती है, जिससे स्थानीय हॉट स्पॉट कम हो जाते हैं। हालाँकि, सिलिकॉन फोटोनिक उपकरणों की तरंग दैर्ध्य संवेदनशीलता को अभी भी तापमान प्रबंधन की आवश्यकता होती है, विशेष रूप से महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों के लिए तरंग दैर्ध्य।

 

द्विदिशीय ट्रांसमिशन नवाचार

 

द्विदिश ट्रांसीवर एक ही फाइबर पर संचारित और प्राप्त करते हैं, जिससे फाइबर का उपयोग आधा हो जाता है और स्थापना लागत कम हो जाती है। ये मॉड्यूल प्रत्येक दिशा के लिए अलग-अलग तरंग दैर्ध्य का उपयोग करते हैं। उदाहरण के लिए, अपस्ट्रीम के लिए 1310nm और डाउनस्ट्रीम ट्रांसमिशन के लिए 1550nm। BiDi कॉन्फ़िगरेशन में ऑप्टिकल ट्रांसीवर मॉड्यूल फ़ंक्शन को सटीक तरंग दैर्ध्य पृथक्करण की आवश्यकता होती है।

फोटोनिक डिज़ाइन में तरंग दैर्ध्य {{0}चयनात्मक तत्व शामिल होते हैं। एक डब्लूडीएम फिल्टर या ऑप्टिकल सर्कुलेटर दो तरंग दैर्ध्य को अलग करता है, आउटगोइंग लाइट को फाइबर तक और आने वाली लाइट को फोटोडिटेक्टर तक पहुंचाता है। फ़िल्टर के डिज़ाइन को ट्रांसमीटर प्रकाश को रिसीवर में लीक होने से रोकने के लिए चैनलों के बीच उच्च अलगाव प्रदान करना चाहिए, जो आने वाले सिग्नल को अवरुद्ध कर देगा।

BiDi (द्विदिशात्मक) ट्रांसीवर विशेष रूप से फ़ाइबर {{0} से - होम (FTTH) परिनियोजन और डेटा सेंटर इंटरकनेक्ट में आम हैं जहां फ़ाइबर की संख्या सीमित है। इनका उपयोग दूरस्थ रेडियो इकाइयों को बेसबैंड प्रसंस्करण उपकरण से जोड़ने वाले 5जी फ्रंटहॉल नेटवर्क में भी किया जाता है।

हाल के विकासों में समानांतर एकल -मोड फ़ाइबर दृष्टिकोण शामिल हैं। PSM4 (समानांतर सिंगल मोड 4 लेन) ट्रांसीवर ट्रांसमिशन के लिए चार अलग-अलग फाइबर और रिसेप्शन के लिए चार अलग-अलग फाइबर का उपयोग करते हैं, प्रत्येक फाइबर 100G समग्र क्षमता प्राप्त करने के लिए 25 Gbps ले जाता है। यह दृष्टिकोण फाइबर गणना के विरुद्ध लागत (कम महंगे लेजर का उपयोग करके) को संतुलित करता है।

 

उभरती फोटोनिक प्रौद्योगिकियाँ

 

सह{0}}पैकेज्ड ऑप्टिक्स (सीपीओ) अगले विकास का प्रतिनिधित्व करता है। फ्रंट पैनल सॉकेट में प्लग करने योग्य ट्रांसीवर के बजाय, सीपीओ फोटोनिक इंजन को सीधे स्विच एएसआईसी पैकेज पर एकीकृत करता है। यह इलेक्ट्रिकल सर्डेस (सीरियलाइज़र - डीसेरियलाइज़र) को समाप्त करता है जो वर्तमान में उच्च गति पर बिजली की खपत और सिग्नल अखंडता चुनौतियां पैदा करता है।

3.2T और 6.4T स्विच पोर्ट के लिए CPO समाधान विकास में हैं। NVIDIA के स्पेक्ट्रम-X प्लेटफ़ॉर्म में GPU को 1.6T पोर्ट के साथ जोड़ने के लिए CPO का उपयोग करके सिलिकॉन फोटोनिक्स स्विच शामिल किया गया है। फोटोनिक एकीकरण विलंबता को कम करता है, प्लग करने योग्य ऑप्टिक्स की तुलना में बिजली की खपत में 30-40% की कटौती करता है, और उच्च पोर्ट घनत्व को सक्षम बनाता है।

एलपीओ (लीनियर प्लगेबल ऑप्टिक्स) जैसी लीनियर ड्राइव प्रौद्योगिकियां विद्युत इंटरफ़ेस को सरल बनाती हैं। पारंपरिक ट्रांसीवर में तांबे के अंशों से खराब हुए संकेतों को पुन: उत्पन्न करने के लिए जटिल डीएसपी और रेटिमिंग सर्किटरी शामिल है। एलपीओ मॉड्यूल मेजबान एएसआईसी की समकारी क्षमताओं पर भरोसा करते हुए, इस सर्किटरी को छोड़ देते हैं। इलेक्ट्रॉनिक्स में यह कमी बिजली की खपत और मॉड्यूल लागत को कम करती है, हालांकि यह विद्युत पहुंच को 1-2 मीटर तक सीमित कर देती है।

क्वांटम डॉट लेजर दिलचस्प संभावनाएं प्रदान करते हैं। ये सेमीकंडक्टर लेजर सक्रिय क्षेत्र के रूप में नैनोस्केल क्वांटम डॉट्स का उपयोग करते हैं, जो पारंपरिक क्वांटम वेल लेजर की तुलना में बेहतर तापमान स्थिरता और संभावित रूप से कम थ्रेशोल्ड धाराएं प्रदान करते हैं। कई कंपनियां अगली पीढ़ी के ट्रांसीवर के लिए क्वांटम डॉट तकनीक की खोज कर रही हैं, हालांकि वाणिज्यिक तैनाती सीमित है।

 

वास्तविक-विश्व प्रदर्शन कारक

 

फोटोनिक घटकों की सैद्धांतिक क्षमताओं को व्यावहारिक बाधाओं का सामना करना पड़ता है। प्रत्येक ऑप्टिकल कनेक्शन बिंदु पर सम्मिलन हानि जमा हो जाती है। एक एलसी कनेक्टर 0.3-0.5 डीबी की हानि उत्पन्न करता है। फ़ाइबर स्प्लिसेज़ एक और 0.1 डीबी जोड़ते हैं। 10 किमी का फाइबर विस्तार 1310 एनएम पर लगभग 3-4 डीबी क्षीणन का योगदान देता है। ये कारक तैनात नेटवर्क में ऑप्टिकल ट्रांसीवर मॉड्यूल फ़ंक्शन को सीधे प्रभावित करते हैं।

लिंक बजट {{0}ट्रांसमीटर आउटपुट पावर और रिसीवर संवेदनशीलता के बीच का अंतर- उम्र बढ़ने और मरम्मत के मार्जिन के साथ कुल पथ हानि से अधिक होना चाहिए। एक 10GBASE-LR ट्रांसीवर आम तौर पर 10 किमी ट्रांसमिशन के लिए 15-20 डीबी लिंक बजट प्रदान करता है, जो 10^-12 से नीचे बिट त्रुटि दर बनाए रखते हुए सभी नुकसानों के लिए जिम्मेदार होता है।

उच्च डेटा दरों पर फैलाव प्रभाव महत्वपूर्ण हो जाते हैं। रंगीन फैलाव विभिन्न तरंग दैर्ध्य घटकों को अलग-अलग गति से यात्रा करने का कारण बनता है, ऑप्टिकल दालों को फैलाता है और अधिकतम संचरण दूरी को सीमित करता है। 10G पर, रंगीन फैलाव मानक एकल मोड फाइबर को फैलाव मुआवजे की आवश्यकता से पहले लगभग 80 किमी तक सीमित कर देता है। डीएसपी के साथ सुसंगत ट्रांसीवर इस बाधा को काफी हद तक खत्म कर देते हैं।

मल्टीमोड फाइबर में मोडल फैलाव समान समस्याएं पैदा करता है। विभिन्न प्रसार मोड अलग-अलग पथ लंबाई की यात्रा करते हैं, जिससे नाड़ी फैलती है। OM4 मल्टीमोड फाइबर 10GBASE-SR को 400 मीटर तक सपोर्ट करता है, जबकि नया OM5 फाइबर अनुकूलित मोडल बैंडविड्थ के माध्यम से इसे 440 मीटर तक बढ़ाता है।

 

उद्योग मानक और अंतरसंचालनीयता

 

मल्टी-सोर्स एग्रीमेंट्स (एमएसए) इंटरऑपरेबिलिटी सुनिश्चित करने के लिए ट्रांसीवर फॉर्म फैक्टर और इलेक्ट्रिकल इंटरफेस को परिभाषित करते हैं। एसएफपी एमएसए ने कॉम्पैक्ट फॉर्म फैक्टर स्थापित किया जो सर्वव्यापी हो गया। SFP+ ने इसे 10G, SFP28 से 25G, और SFP56 से 50G तक बढ़ा दिया है। सभी यांत्रिक रूप से संगत पैकेजों में।

क्यूएसएफपी (क्वाड स्मॉल फॉर्म-फैक्टर प्लगेबल) चार चैनलों को एकत्रित करता है। QSFP+ 40G (4×10G) को सपोर्ट करता है, QSFP28 100G (4×25G) को सपोर्ट करता है, और QSFP-DD (डबल डेंसिटी) आठ इलेक्ट्रिकल लेन के साथ 400G तक को सपोर्ट करता है। ओएसएफपी 400जी और 800जी अनुप्रयोगों के लिए उच्च पावर हैंडलिंग प्रदान करता है जहां थर्मल मांग क्यूएसएफपी -डीडी क्षमताओं से अधिक है।

IEEE 802.3 ईथरनेट मानक भौतिक परत विशेषताओं को निर्दिष्ट करते हैं {{1}GBASE{2}}SR4 मल्टीमोड फाइबर पर 100 मीटर तक चार{4}लेन ट्रांसमिशन को परिभाषित करता है{{6}GBASE{7}LR4 10 किमी तक पहुंच के लिए सिंगल{9}मोड फाइबर पर चार तरंग दैर्ध्य (CWDM) का उपयोग करता है। 400GBASE-DR4 मानक 500 मीटर तक चार समानांतर सिंगल{16}मोड फाइबर पर 400G निर्दिष्ट करता है।

OpenConfig और YANG डेटा मॉडल ट्रांसीवर मापदंडों के सॉफ़्टवेयर परिभाषित नियंत्रण को सक्षम करते हैं। नेटवर्क ऑपरेटर डिजिटल डायग्नोस्टिक्स मॉनिटरिंग (डीडीएम) डेटा तापमान की निगरानी कर सकते हैं, बिजली संचारित कर सकते हैं, बिजली प्राप्त कर सकते हैं, लेजर बायस करंट प्राप्त कर सकते हैं और उपकरण तक भौतिक पहुंच के बिना ऑपरेटिंग मापदंडों को समायोजित कर सकते हैं।

 

व्यावहारिक परिनियोजन विचार

 

अनुकूलता संबंधी मुद्दे एक आम चुनौती बने हुए हैं। सभी ट्रांसीवर सभी उपकरणों में काम नहीं करते, भले ही वे भौतिक रूप से संगत हों। नेटवर्क उपकरण विक्रेता कभी-कभी ऐसे चेक लागू करते हैं जो तीसरे पक्ष के मॉड्यूल को अस्वीकार कर देते हैं, जिसके लिए ट्रांसीवर के EEPROM में संगत कोडिंग की आवश्यकता होती है। ऑप्टिकल ट्रांसीवर मॉड्यूल फ़ंक्शन को समझने से इन संगतता समस्याओं का निदान करने में मदद मिलती है।

उचित संचालन विफलताओं को रोकता है। ऑप्टिकल इंटरफ़ेस सबसे कमजोर बिंदु है. कनेक्टर एंडफेस के संदूषण के कारण सिग्नल खराब हो जाता है या लिंक विफलता हो जाती है। एक एकल धूल कण, आमतौर पर आकार में 1 - 10 माइक्रोमीटर, ऑप्टिकल कनेक्टर के फ़ेरूल पर बैठने पर महत्वपूर्ण प्रकाश को अवरुद्ध कर सकता है, जिसमें सिंगल-मोड फाइबर के लिए केवल 9 माइक्रोमीटर का कोर व्यास होता है।

स्थापना प्रक्रियाएँ मायने रखती हैं। तकनीशियनों को हमेशा संभोग से पहले फाइबर माइक्रोस्कोप के साथ कनेक्टर एंडफेस का निरीक्षण करना चाहिए, उचित अल्कोहल और लिंट फ्री वाइप्स से साफ करना चाहिए, और जब भी कनेक्टर समाप्त नहीं होते हैं तो डस्ट कैप का उपयोग करना चाहिए। ये सरल प्रथाएं उत्पादन नेटवर्क में अधिकांश ऑप्टिकल ट्रांसीवर समस्याओं को रोकती हैं।

स्थापना के दौरान पावर बजट सत्यापन भविष्य की समस्याओं को रोकता है। वास्तविक सम्मिलन हानि को मापने के लिए ऑप्टिकल पावर मीटर और प्रकाश स्रोत का उपयोग यह पुष्टि करता है कि लिंक विश्वसनीय रूप से काम करेगा। यह माप लिंक के उत्पादन में जाने से पहले खराब स्पाइस, किंक्ड फाइबर, या क्षतिग्रस्त कनेक्टर जैसी समस्याओं को पकड़ लेता है।

 

प्रदर्शन निगरानी और निदान

 

आधुनिक ऑप्टिकल ट्रांसीवर डिजिटल ऑप्टिकल मॉनिटरिंग (डीओएम) या डिजिटल डायग्नोस्टिक्स मॉनिटरिंग (डीडीएम) कार्यों को लागू करते हैं। आंतरिक सेंसर हर कुछ सौ मिलीसेकंड में प्रमुख मापदंडों को मापते हैं, और परिणामों को पढ़ने योग्य रजिस्टरों में संग्रहीत करते हैं। ये निगरानी क्षमताएं उत्पादन वातावरण में ऑप्टिकल ट्रांसीवर मॉड्यूल फ़ंक्शन के लिए आवश्यक हैं।

तापमान की निगरानी ऑपरेटरों को थर्मल समस्याओं के प्रति सचेत करती है। यदि कोई ट्रांसीवर लगातार अपनी ऑपरेटिंग रेंज के उच्च अंत पर चलता है, तो यह अपर्याप्त चेसिस कूलिंग का संकेत दे सकता है। लेज़र बायस वर्तमान रुझान आसन्न लेज़र विफलता की भविष्यवाणी कर सकते हैं। निरंतर ऑप्टिकल शक्ति बनाए रखने के लिए लेज़र पूर्वाग्रह धारा को धीरे-धीरे बढ़ाने से लेज़र गिरावट का पता चलता है।

प्राप्त ऑप्टिकल पावर तत्काल लिंक स्वास्थ्य संकेत प्रदान करता है। अचानक गिरावट फाइबर के टूटने या नए शुरू हुए नुकसान का संकेत दे सकती है। धीरे-धीरे गिरावट से कनेक्टर्स पर संदूषण जमा होने या सुदूर अंत में ट्रांसमीटर की उम्र बढ़ने का संकेत मिल सकता है।

ट्रांसमिट पावर मॉनिटरिंग यह सत्यापित करती है कि लेजर विशिष्टताओं के भीतर काम करता है। कुछ ट्रांसीवर सॉफ़्टवेयर नियंत्रित ट्रांसमिट पावर समायोजन का समर्थन करते हैं, जिससे ऑपरेटरों को छोटे लिंक के लिए आउटपुट पावर कम करने की अनुमति मिलती है, जो ओवरलोड से बचकर रिसीवर के प्रदर्शन में सुधार कर सकता है।

जब पैरामीटर सामान्य सीमा से अधिक हो जाते हैं तो अलार्म और चेतावनी सीमाएँ सूचनाएं ट्रिगर करती हैं। ये सीमाएँ आमतौर पर फ़ैक्टरी में कॉन्फ़िगर की जाती हैं लेकिन विशिष्ट परिनियोजन परिदृश्यों के लिए अनुकूलित की जा सकती हैं। सक्रिय निगरानी विफलता होने से पहले रखरखाव को सक्षम बनाती है, जिससे समग्र नेटवर्क विश्वसनीयता में सुधार होता है।

ऑप्टिकल ट्रांसीवर ऑपरेशन के अंतर्निहित फोटोनिक सिद्धांत प्रयोगशाला की जिज्ञासाओं से लेकर वैश्विक संचार बुनियादी ढांचे को सक्षम करने वाले बड़े पैमाने पर उत्पादित घटकों तक विकसित हुए हैं। जैसे-जैसे बैंडविड्थ की मांग बढ़ती जा रही है, विशेष रूप से एआई वर्कलोड और क्लाउड कंप्यूटिंग द्वारा संचालित, फोटोनिक एकीकरण और भी अधिक परिष्कृत हो जाएगा। ऑप्टिकल ट्रांसीवर मॉड्यूल फ़ंक्शन प्रकाश उत्पादन, प्रसार और पता लगाने की मौलिक भौतिकी में निहित है, लेकिन इंजीनियरिंग नवाचार कॉम्पैक्ट, लागत प्रभावी पैकेजों में जो हासिल किया जा सकता है उसकी सीमाओं को आगे बढ़ाना जारी रखता है।

 

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अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्नों

 

ऑप्टिकल ट्रांसीवर किस तरंग दैर्ध्य का उपयोग करते हैं और क्यों?

ऑप्टिकल ट्रांसीवर मुख्य रूप से तीन तरंग दैर्ध्य पर काम करते हैं: 850nm, 1310nm, और 1550nm। इन तरंग दैर्ध्य को फाइबर ऑप्टिक विशेषताओं के आधार पर चुना जाता है। 850एनएम तरंगदैर्ध्य 300 मीटर से कम दूरी के लिए मल्टीमोड फाइबर और कम लागत वाले वीसीएसईएल के साथ अच्छी तरह से काम करता है। एकल -मोड फाइबर सिस्टम 1310 एनएम या 1550 एनएम का उपयोग करते हैं क्योंकि सिलिका फाइबर में इन तरंग दैर्ध्य पर न्यूनतम क्षीणन होता है - 1310 एनएम पर लगभग 0.35 डीबी/किमी और 1550 एनएम पर 0.25 डीबी/किमी। 1550nm विंडो को अर्बियम -डोप्ड फाइबर एम्पलीफायर तकनीक से भी लाभ मिलता है, जो लंबी दूरी के ट्रांसमिशन को सक्षम बनाता है।

सिलिकॉन फोटोनिक्स पारंपरिक ऑप्टिकल ट्रांसीवर से कैसे भिन्न है?

सिलिकॉन फोटोनिक्स मानक अर्धचालक विनिर्माण प्रक्रियाओं का उपयोग करके ऑप्टिकल घटकों को सिलिकॉन चिप्स पर एकीकृत करता है। पारंपरिक ट्रांसीवर मुद्रित सर्किट बोर्डों पर इकट्ठे किए गए अलग-अलग घटकों का उपयोग करते हैं। सिलिकॉन फोटोनिक्स उच्च एकीकरण घनत्व, मात्रा में कम विनिर्माण लागत और छोटे फॉर्म कारकों को सक्षम बनाता है। हालाँकि, सिलिकॉन दूरसंचार तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश का कुशलतापूर्वक उत्सर्जन या पता नहीं लगा सकता है, जिसके लिए III-V अर्धचालकों के साथ हाइब्रिड एकीकरण की आवश्यकता होती है। लेज़रों और फोटोडिटेक्टरों के लिए पारंपरिक अर्धचालकों पर निर्भर रहते हुए भी प्रौद्योगिकी निष्क्रिय घटकों और मॉड्यूलेटरों में उत्कृष्टता प्राप्त करती है। यह ऑप्टिकल ट्रांसीवर मॉड्यूल फ़ंक्शन आर्किटेक्चर में एक मौलिक विकास का प्रतिनिधित्व करता है।

डेटा केंद्रों में ऑप्टिकल ट्रांसीवर विफलताओं का क्या कारण है?

सबसे आम विफलता मोड में दूषित ऑप्टिकल कनेक्टर शामिल हैं, जो लगभग 70% ऑप्टिकल लिंक समस्याओं के लिए जिम्मेदार हैं। तापमान से संबंधित समस्याएँ लेजर क्षरण या तरंग दैर्ध्य बहाव का कारण बनती हैं। अनुचित संचालन से होने वाली शारीरिक क्षति से फाइबर में दरार आ सकती है या कनेक्टर फ़ेरुल्स को क्षति पहुँच सकती है। वोल्टेज स्पाइक्स या ईएसडी जैसे विद्युत मुद्दे ड्राइवर सर्किट या फोटोडिटेक्टर को नुकसान पहुंचा सकते हैं। ट्रांससीवर्स और होस्ट उपकरण के बीच असंगति लिंक स्थापना समस्याएं पैदा करती है। ये विफलताएँ ऑप्टिकल ट्रांसीवर मॉड्यूल फ़ंक्शन को बाधित करती हैं और व्यवस्थित समस्या निवारण की आवश्यकता होती है। सक्रिय सफाई, उचित संचालन प्रक्रियाएं, पर्याप्त शीतलन और नियमित डीओएम निगरानी अधिकांश विफलताओं को रोकती है।

क्या आप एक ही नेटवर्क में विभिन्न प्रकार के ट्रांसीवर को मिला सकते हैं?

फाइबर लिंक के दोनों सिरों पर ट्रांसीवर को संगत तरंग दैर्ध्य, फाइबर प्रकार और मॉड्यूलेशन प्रारूप का उपयोग करना चाहिए। आप 1310nm ट्रांसीवर को 1550nm ट्रांसीवर से, या एकल मोड ट्रांसीवर को मल्टीमोड ट्रांसीवर से सीधे कनेक्ट नहीं कर सकते। हालाँकि, विभिन्न फॉर्म फैक्टर (एसएफपी, क्यूएसएफपी) तब तक परस्पर क्रिया कर सकते हैं जब तक वे संगत ऑप्टिकल विनिर्देश साझा करते हैं। BiDi ट्रांससीवर्स को पूरक तरंग दैर्ध्य के साथ मिलान जोड़े की आवश्यकता होती है। डेटा दर का मिलान होना चाहिए{{7}एक 10G ट्रांसीवर, दर रूपांतरण उपकरण के बिना 25G ट्रांसीवर के साथ संचार नहीं कर सकता है। मिश्रित ट्रांसीवर प्रकारों को तैनात करने से पहले हमेशा ऑप्टिकल संगतता को सत्यापित करें।