低功率光学技术在高数据速率应用收集能量的机会
时间：10-02
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降低功耗的逃跑数据网络相关的几乎已经成为重要的增长速度和带宽来应对不断增长的需求。光学技术不仅提供性能，而且具有降低能源需求在骨干层通过无源光网络（PON）的潜力，并在芯片级和设备，如光存储和低功耗光学收发器。
本文将概述一些理念和技术在光网络行业的发展，将导致减少功耗下。此外，它会推测可能出现的能量收集技术在这一领域的机会。一个明显的竞争者是光无线通信系统，可用于扩展光纤骨干进入家庭、办公室，还是企业，都在新的应用和改造。
热了这些高速光器件、模块和子系统获取最可能的来源。一个组件的审查将突出莱尔德ETEC薄膜模块，适合光学应用，加上功率转换和管理设备的设计与操作的热电发电机（TEG），如直流/直流转换器，可从公司包括线性技术，并加强低压增压器厂商的设备包括先进的线性器件和试金石半导体。
网络容量的比赛
光纤电缆是用于高速数据网络的实现技术。在数据中心，在1和10 Gbps运行光纤网络运行的蒸汽。升级路径的40 Gbps系统已经到位。企业系统升级到10 Gbps。但对于互联网骨干网、城域和长途网络，人类在不久的将来达到100 Gbps。
需求驱动的多条战线上。它是由基于视频的多媒体应用不仅通过电缆连接到家庭和企业，也通过互联网的巨大越来越多启用智能无线设备。此外，发展中国家的基础设施正在迅速扩大，并有望延续，至少在未来十年。
然而，在该行业的全球碳足迹增长的关注。虽然目前，ICT产业负责的比例相对较小，全球温室气体排放量（2到2.5%根据ITU），预计将增长2020倍。光网络技术作为主要手段，实现速度和能力的提高，要求数据通信和电信网络。鲜为人知的是，光纤也可以帮助减少电力消耗。
同时，许多国家和国际措施一直在试图提高效率并保持能源需求控制在ICT领域推出。的greentouch1联盟就是一个例子。公司成立于2010，它包括运营商、服务提供商和设备制造商，以及全球领先的大学和研究机构专门从事电信技术的一个重要数。它的使命是提供2015，建筑规范和路线图，通过比较2010个层次的因素1000提高网络效率。几个项目正在进行中，主要集中在降低功耗。
纤维的效率
无源光网络（PON）已稳步成为一个关键技术，在战斗中保持成本和功耗下降。这一点对多点的结构，利用共享光纤和无源光分路器，已在美国和欧洲，成为流行的电信运营商正在加速增长在亚洲。吉比特无源光网络（GPON）让位给10 GPON，GPON系统下开发40。一个以太网兼容的版本（GEPON）帮助迁移。
一年前（2012），该greentouch财团宣布了PON技术，旨在减少能源消耗的光纤到户网络。所谓的比特交织的PON（bipon），该协议将使目前的技术，30次降低功耗的同时提高性能和降低成本。
硅光子学
在芯片级，继续努力提高处理器和光纤骨干网之间的通信链路。IBM已经使用光互连在服务器自2008和利用光纤收发器提供在POWER7的超级计算机需要的性能。
但随着对驱动器的速度越来越快，高带宽的数据传输在今天的更复杂的设备和系统，研究光互连开始偿还。无论是单片集成和堆叠芯片架构显示潜力。被称为硅光子学，这项技术的关键是要尽可能多地整合到硅。一个关键的障碍已被集成激光器在芯片上，这仅仅是开始。
IBM已经开发出一种方法，结合光学和电气元件到一个单一的90 nm的几何形状，硅片衬底。被称为“硅纳米光子学2，集成的功能包括调制器、锗探测器，和高度紧凑的波分复用器（WDM），以及常规的、高性能的数字和模拟CMOS电路。
图1：IBM的硅光子技术将使完全集成在一个芯片上的光学和电气电路。蓝色的光波导传输高速光信号，而黄铜线进行高速的电子信号。
高数据率传输和接收（超过25 Gbps）的数据，减少交通拥堵。并行光数据流送入使用WDM技术的单纤维。可扩展性是一个固有的特征，随着光通信提供计算机系统部件之间的数据百万兆字节遥远的未来愿景，根据IBM。积蓄力量可能是高度集成的技术特征。
其他硅光子学的公司，如kotura，在整合利用硅和硅锗光学元件的低功耗方面取得重大突破的过程。虽然激光不是单片集成，它可以组装成芯片封装。公司的光纤收发器，说要大大减少尺寸和功率的服务器和超级计算机的要求。
在小数据中心，低功耗光学设备将高速电子信号的光信号，并将它们通过光纤（芯片板/机架服务器）在任何距离。数据转换光电气在接收端。在比赛进行到100 Gbps，kotura是包装四25 Gbps收发器为QSFP包。设备支持WDM，消耗3.5 W。然而，这种类型的集成，消除了小部分数百人工装配，节省成本和空间，以及降低整体功耗。
内存存储
研究继续在欧洲和日本光学随机存取存储器（RAM），不仅是超低功耗的自己的设备，但它可以消除所需的功率开关和转换器的电光转换和相关的能源需求。这可能导致更大规模的光学RAM系统高速率的光信号处理。光分组交换的可能，反过来，显著降低高速整体功耗，高数据速率的光通信系统。
用光内存更换电子电路是一个艰难的挑战，但最终以超高效的光路由和处理的关键。一队来自日本的NTT实现了全光存储器的一个只有30西北电力消耗，比以前降低了300倍。
来自比利时的研究机构的研究人员，IMEC和根特大学，连同其他欧洲机构，已经开发出非常小的、快速的光学存储器的最小的功率消耗。该设备包括微盘激光器用直径7.5μ米，由磷化铟膜。不仅可以与其他类型的设备使用硅线的记忆细胞相互连接，而且设备可以使用成熟的硅工艺制造，性价比高。
热管理
由光电元件的热耗散的能量一直被认为是可行的。科学家们指出，当高光强度，硅吸收这一过程被称为双光子吸收的光子（TPA）。的光能量损失TPA可以转换成电能，可以用来驱动芯片。
来自中佛罗里达大学的研究小组开发的双光子光伏（tppv）效应可收获高达40%的运营商失去了通过TPA。这个过程也可以用在光驱动传感器的光纤网络和其他设备使用III-V材料，表现出相同的吸收效应，硅。
但当能量收集在微芯片领域目前仍然在研究的领域，有技术和设备的市售的热管理和收获中使用的光学和光子学应用热能。
从莱尔德热产品的薄膜热电模块的ETEC系列是专为稳定温度光电电信和光子学应用。薄膜技术允许更小的封装，但设备都以十倍的热抽的每单位面积的密度比常规设备。针对大功率器件如光收发器，激光二极管和光电二极管，ETEC设备的低电流应用的物理空间的限制约束的理想。热泵的密度范围从75到90瓦/厘米2。
图2：薄膜热电ETEC模块从莱尔德热产品光通信应用的理想选择。
这个莱尔德ETEChv37模块尺寸仅为3.39×2.05×0.62毫米（6.9毫米2），与最大尿流率3.7 W在25°C.稍大hv56模块是在10.2毫米2与最大尿流率4.8 W在25°C.模块还具有精确的温度控制，优于2毫秒响应时间，并符合RoHS标准。本公司已在其optotec系列广泛的传统的热电模块的范围。
能源管理
从光电子器件收获热能通常需要热电发电机（TEG）。莱尔德提供了一个选择的ETEG系列。然而，一旦收获，能量需要被管理。对于这类应用的最流行的设备是LTC3108从线性技术。这种高度集成的直流/直流转换器与TEG以及热电和太阳能电池。升压拓扑工作在输入电压下降到20 mV。
图3：线性技术的LTC3108直流/直流转换器的理想管理的剩余能量的热电发电机（TEG）收获。
该装置包括一个小的升压变压器，并提供了一个独立的电源管理解决方案。LDO是2.2伏3毫安，足够功率的外部微处理器。主程序的输出是四个固定电压和主机可以使第二输出。存储电容器提供电源，当输入电压源不可用。
另一个流行的选择是eh4205微功率升压低压升压模块先进的线性器件。它转换成直流低电压（75 mV最小）到一个更高的交流或直流电压。输入电压可能来自光电二极管，TEG或电磁发电机。它的权力本身的输入电压，启动低至230μW额定输入阻抗是50欧姆（950欧姆版本，eh4295，也可）。车载变压器连接到专用的MOSFET阵列，专为这个应用程序。输入去耦电容集成然后滤波器输入信号驱动变压器。
图4：先进的线性器件的微功耗低压升压模块。
它可以结合公司的能量收集模块，eh300 / 301，可用于涓流充电电池或超级电容器。整流桥可以增加用户产生一个全波整流的直流输出。直流输出可用于驱动电流兼容电子电路直接。
能量收集应用程序提供的最低电压较高，这ts3300电源管理IC试金石半导体是值得考虑的。它结合了高效率升压调节器和低压差线性稳压器在单一封装。从0.6 V电源电压，该装置可在1.2到3 V连接的升压稳压器输出LDO的输入提供至少75毫安，作为一个提升和附加功能后调节器，如降压-升压，可以提供。
该装置可用于调节电压后缓存在超级电容器。LDO可提供高达100 mA输出电流在255 mV的电压差，降低纹波电压的升压稳压器的三倍。
收集的机会
新兴的高速光网络技术可能产生在未来能源收获一些机会。在芯片级，很有可能开始供电，或部分供电，利用光学元件产生的热光电电路或激光。
这种技术可以扩展到涓流充电电池或超级电容器，它本身能远程单位。无线光网络系统开始出现，设计安装在企业或校园，扩展现有的网络在办公室或建筑物之间的连接需要额外的大容量。这样的网络扩展可能位于的地方是没有主电源。电池供电的光网络单元或终端可能是可行的，和能量收集技术可以用来提供电源或充电电池，因为它们目前在传统的无线传感器网络。
提供更高的功率较大的单位甚至小需要安装，太阳能可能是一个更可行的解决方案。看到Digi-Key的文章手机电池的能量收集在深入了解这一问题的更多。
光网络的其他应用的设想，以提供一个安全的方式远程监控与数据采集在极端条件下，如在矿山，在从电火花必须避免任何危险。
最后，室内无线光网络产品可提供高速，在新建和改造应用的高带宽网络。目的是避免安装或繁琐的布线网络和开关面板更换。它可能是非常可取的有自主供电的远程单位，和理想的能量收集技术。
概要
光网络技术将为高速普及，信息和通信技术领域的高带宽需求。对各级降低功耗的日益关注，从芯片到服务器场，结合无线光网络的潜力，很可能是保证持续专注于潜在的能量收集。通过光电设备直接发出的热能是力量最可能的来源，可清除，管理，存储和再利用。
本文将概述一些理念和技术在光网络行业的发展，将导致减少功耗下。此外，它会推测可能出现的能量收集技术在这一领域的机会。一个明显的竞争者是光无线通信系统，可用于扩展光纤骨干进入家庭、办公室，还是企业，都在新的应用和改造。
热了这些高速光器件、模块和子系统获取最可能的来源。一个组件的审查将突出莱尔德ETEC薄膜模块，适合光学应用，加上功率转换和管理设备的设计与操作的热电发电机（TEG），如直流/直流转换器，可从公司包括线性技术，并加强低压增压器厂商的设备包括先进的线性器件和试金石半导体。
网络容量的比赛
光纤电缆是用于高速数据网络的实现技术。在数据中心，在1和10 Gbps运行光纤网络运行的蒸汽。升级路径的40 Gbps系统已经到位。企业系统升级到10 Gbps。但对于互联网骨干网、城域和长途网络，人类在不久的将来达到100 Gbps。
需求驱动的多条战线上。它是由基于视频的多媒体应用不仅通过电缆连接到家庭和企业，也通过互联网的巨大越来越多启用智能无线设备。此外，发展中国家的基础设施正在迅速扩大，并有望延续，至少在未来十年。
然而，在该行业的全球碳足迹增长的关注。虽然目前，ICT产业负责的比例相对较小，全球温室气体排放量（2到2.5%根据ITU），预计将增长2020倍。光网络技术作为主要手段，实现速度和能力的提高，要求数据通信和电信网络。鲜为人知的是，光纤也可以帮助减少电力消耗。
同时，许多国家和国际措施一直在试图提高效率并保持能源需求控制在ICT领域推出。的greentouch1联盟就是一个例子。公司成立于2010，它包括运营商、服务提供商和设备制造商，以及全球领先的大学和研究机构专门从事电信技术的一个重要数。它的使命是提供2015，建筑规范和路线图，通过比较2010个层次的因素1000提高网络效率。几个项目正在进行中，主要集中在降低功耗。
纤维的效率
无源光网络（PON）已稳步成为一个关键技术，在战斗中保持成本和功耗下降。这一点对多点的结构，利用共享光纤和无源光分路器，已在美国和欧洲，成为流行的电信运营商正在加速增长在亚洲。吉比特无源光网络（GPON）让位给10 GPON，GPON系统下开发40。一个以太网兼容的版本（GEPON）帮助迁移。
一年前（2012），该greentouch财团宣布了PON技术，旨在减少能源消耗的光纤到户网络。所谓的比特交织的PON（bipon），该协议将使目前的技术，30次降低功耗的同时提高性能和降低成本。
硅光子学
在芯片级，继续努力提高处理器和光纤骨干网之间的通信链路。IBM已经使用光互连在服务器自2008和利用光纤收发器提供在POWER7的超级计算机需要的性能。
但随着对驱动器的速度越来越快，高带宽的数据传输在今天的更复杂的设备和系统，研究光互连开始偿还。无论是单片集成和堆叠芯片架构显示潜力。被称为硅光子学，这项技术的关键是要尽可能多地整合到硅。一个关键的障碍已被集成激光器在芯片上，这仅仅是开始。
IBM已经开发出一种方法，结合光学和电气元件到一个单一的90 nm的几何形状，硅片衬底。被称为“硅纳米光子学2，集成的功能包括调制器、锗探测器，和高度紧凑的波分复用器（WDM），以及常规的、高性能的数字和模拟CMOS电路。
图1：IBM的硅光子技术将使完全集成在一个芯片上的光学和电气电路。蓝色的光波导传输高速光信号，而黄铜线进行高速的电子信号。
高数据率传输和接收（超过25 Gbps）的数据，减少交通拥堵。并行光数据流送入使用WDM技术的单纤维。可扩展性是一个固有的特征，随着光通信提供计算机系统部件之间的数据百万兆字节遥远的未来愿景，根据IBM。积蓄力量可能是高度集成的技术特征。
其他硅光子学的公司，如kotura，在整合利用硅和硅锗光学元件的低功耗方面取得重大突破的过程。虽然激光不是单片集成，它可以组装成芯片封装。公司的光纤收发器，说要大大减少尺寸和功率的服务器和超级计算机的要求。
在小数据中心，低功耗光学设备将高速电子信号的光信号，并将它们通过光纤（芯片板/机架服务器）在任何距离。数据转换光电气在接收端。在比赛进行到100 Gbps，kotura是包装四25 Gbps收发器为QSFP包。设备支持WDM，消耗3.5 W。然而，这种类型的集成，消除了小部分数百人工装配，节省成本和空间，以及降低整体功耗。
内存存储
研究继续在欧洲和日本光学随机存取存储器（RAM），不仅是超低功耗的自己的设备，但它可以消除所需的功率开关和转换器的电光转换和相关的能源需求。这可能导致更大规模的光学RAM系统高速率的光信号处理。光分组交换的可能，反过来，显著降低高速整体功耗，高数据速率的光通信系统。
用光内存更换电子电路是一个艰难的挑战，但最终以超高效的光路由和处理的关键。一队来自日本的NTT实现了全光存储器的一个只有30西北电力消耗，比以前降低了300倍。
来自比利时的研究机构的研究人员，IMEC和根特大学，连同其他欧洲机构，已经开发出非常小的、快速的光学存储器的最小的功率消耗。该设备包括微盘激光器用直径7.5μ米，由磷化铟膜。不仅可以与其他类型的设备使用硅线的记忆细胞相互连接，而且设备可以使用成熟的硅工艺制造，性价比高。
热管理
由光电元件的热耗散的能量一直被认为是可行的。科学家们指出，当高光强度，硅吸收这一过程被称为双光子吸收的光子（TPA）。的光能量损失TPA可以转换成电能，可以用来驱动芯片。
来自中佛罗里达大学的研究小组开发的双光子光伏（tppv）效应可收获高达40%的运营商失去了通过TPA。这个过程也可以用在光驱动传感器的光纤网络和其他设备使用III-V材料，表现出相同的吸收效应，硅。
但当能量收集在微芯片领域目前仍然在研究的领域，有技术和设备的市售的热管理和收获中使用的光学和光子学应用热能。
从莱尔德热产品的薄膜热电模块的ETEC系列是专为稳定温度光电电信和光子学应用。薄膜技术允许更小的封装，但设备都以十倍的热抽的每单位面积的密度比常规设备。针对大功率器件如光收发器，激光二极管和光电二极管，ETEC设备的低电流应用的物理空间的限制约束的理想。热泵的密度范围从75到90瓦/厘米2。
图2：薄膜热电ETEC模块从莱尔德热产品光通信应用的理想选择。
这个莱尔德ETEChv37模块尺寸仅为3.39×2.05×0.62毫米（6.9毫米2），与最大尿流率3.7 W在25°C.稍大hv56模块是在10.2毫米2与最大尿流率4.8 W在25°C.模块还具有精确的温度控制，优于2毫秒响应时间，并符合RoHS标准。本公司已在其optotec系列广泛的传统的热电模块的范围。
能源管理
从光电子器件收获热能通常需要热电发电机（TEG）。莱尔德提供了一个选择的ETEG系列。然而，一旦收获，能量需要被管理。对于这类应用的最流行的设备是LTC3108从线性技术。这种高度集成的直流/直流转换器与TEG以及热电和太阳能电池。升压拓扑工作在输入电压下降到20 mV。
图3：线性技术的LTC3108直流/直流转换器的理想管理的剩余能量的热电发电机（TEG）收获。
该装置包括一个小的升压变压器，并提供了一个独立的电源管理解决方案。LDO是2.2伏3毫安，足够功率的外部微处理器。主程序的输出是四个固定电压和主机可以使第二输出。存储电容器提供电源，当输入电压源不可用。
另一个流行的选择是eh4205微功率升压低压升压模块先进的线性器件。它转换成直流低电压（75 mV最小）到一个更高的交流或直流电压。输入电压可能来自光电二极管，TEG或电磁发电机。它的权力本身的输入电压，启动低至230μW额定输入阻抗是50欧姆（950欧姆版本，eh4295，也可）。车载变压器连接到专用的MOSFET阵列，专为这个应用程序。输入去耦电容集成然后滤波器输入信号驱动变压器。
图4：先进的线性器件的微功耗低压升压模块。
它可以结合公司的能量收集模块，eh300 / 301，可用于涓流充电电池或超级电容器。整流桥可以增加用户产生一个全波整流的直流输出。直流输出可用于驱动电流兼容电子电路直接。
能量收集应用程序提供的最低电压较高，这ts3300电源管理IC试金石半导体是值得考虑的。它结合了高效率升压调节器和低压差线性稳压器在单一封装。从0.6 V电源电压，该装置可在1.2到3 V连接的升压稳压器输出LDO的输入提供至少75毫安，作为一个提升和附加功能后调节器，如降压-升压，可以提供。
该装置可用于调节电压后缓存在超级电容器。LDO可提供高达100 mA输出电流在255 mV的电压差，降低纹波电压的升压稳压器的三倍。
收集的机会
新兴的高速光网络技术可能产生在未来能源收获一些机会。在芯片级，很有可能开始供电，或部分供电，利用光学元件产生的热光电电路或激光。
这种技术可以扩展到涓流充电电池或超级电容器，它本身能远程单位。无线光网络系统开始出现，设计安装在企业或校园，扩展现有的网络在办公室或建筑物之间的连接需要额外的大容量。这样的网络扩展可能位于的地方是没有主电源。电池供电的光网络单元或终端可能是可行的，和能量收集技术可以用来提供电源或充电电池，因为它们目前在传统的无线传感器网络。
提供更高的功率较大的单位甚至小需要安装，太阳能可能是一个更可行的解决方案。看到Digi-Key的文章手机电池的能量收集在深入了解这一问题的更多。
光网络的其他应用的设想，以提供一个安全的方式远程监控与数据采集在极端条件下，如在矿山，在从电火花必须避免任何危险。
最后，室内无线光网络产品可提供高速，在新建和改造应用的高带宽网络。目的是避免安装或繁琐的布线网络和开关面板更换。它可能是非常可取的有自主供电的远程单位，和理想的能量收集技术。
概要
光网络技术将为高速普及，信息和通信技术领域的高带宽需求。对各级降低功耗的日益关注，从芯片到服务器场，结合无线光网络的潜力，很可能是保证持续专注于潜在的能量收集。通过光电设备直接发出的热能是力量最可能的来源，可清除，管理，存储和再利用。
现代采用新结构已制成各种结构的动态单频激光二极管、量子阱激光二极管、双稳态激光二极管。激光二极管同探测器或场效应晶体管集成在同一衬底上的光集成或光电集成器件也有新进展。
现代采用新结构已制成各种结构的动态单频激光二极管、量子阱激光二极管、双稳态激光二极管。激光二极管同探测器或场效应晶体管集成在同一衬底上的光集成或光电集成器件也有新进展。
现代采用新结构已制成各种结构的动态单频激光二极管、量子阱激光二极管、双稳态激光二极管。激光二极管同探测器或场效应晶体管集成在同一衬底上的光集成或光电集成器件也有新进展。
现代采用新结构已制成各种结构的动态单频激光二极管、量子阱激光二极管、双稳态激光二极管。激光二极管同探测器或场效应晶体管集成在同一衬底上的光集成或光电集成器件也有新进展。
现代采用新结构已制成各种结构的动态单频激光二极管、量子阱激光二极管、双稳态激光二极管。激光二极管同探测器或场效应晶体管集成在同一衬底上的光集成或光电集成器件也有新进展。