八路 DFB 合波掉 9 分贝，每路 100 毫瓦够不够

外置光源的光模块把八颗分布式反馈激光器（Distributed Feedback Laser，DFB）合成一路送进硅光芯片，每颗做到 100 mW 看起来余量充足。把链路走一遍，8 路合波掉 9.5 dB，片上再分光掉 9.5 dB，每路到调制器只剩负 1 dBm，比 1 mW 的需求还差 1 dB。同一份 9 dB 付了两次，这才是功率预算真正被吃掉的地方。

一句话答案 集成式光源的合波与分光各扣 9.5 dB，100 mW 单管因此不够用，要么加片上光放大，要么改成一波长一根光纤的模块式供光。

合波损耗是 10lgN，躲不开

合波损耗是指 N 路光合并成一路时由能量分配决定的 10lgN 衰减。八路合一是 9.03 dB，与器件做得多好无关，只与路数有关。三级 Y 分支级联的理论值就是 9.03 dB，每级 3.01 dB，实测再加 0.15 dB 的超出损耗，合计 9.5 dB。

这一刀砍在总功率上。八颗 100 mW 的管子合起来是 800 mW，29 dBm，过完合波器剩 100 mW，20 dBm。总功率没变少，变的是形态：八份 20 dBm 变成一份 20 dBm，每一路的信息还在，但每一路的功率被摊到八分之一。

麻烦在于硅光芯片要的是八路分开的光。片上还得再做一次 1 乘 8 分光，又是一次 9.5 dB。同一份 9.03 dB 的物理规律，在同一个模块里收了两遍费。

9.03 dB 的分配是均分的。八路各占八分之一，任何一路想多拿，其余七路就少拿。这正是合波与放大的区别：放大器加的是总功率，合波器只是把总功率重新分配，一分不多。

把每一段拆开看更清楚。合波 9.5 dB 里 9.03 是分配，0.47 是超额；耦合 1.5 dB 是模场失配，边缘耦合器的典型值；连接器 0.5 dB 是盲插的公差；片上分光 9.5 dB 又是一次分配加超额。四段里两段是物理，两段是工艺。

图 1　八通道外置光源的功率预算瀑布（依据原文第 2 节链路结构测算）

走一遍链路，剩负 1 dBm

按公开参数测算一遍，口径取 2026 年 Chinese Optics Letters 上八通道阵列的实测值。单管出光 100 mW，20 dBm，200 GHz 间隔，波长偏差小于 0.18 nm，边模抑制比大于 35 dB。

链路是这样：20 dBm 出发，减 9.5 dB 合波，减 1.5 dB 光纤到芯片的边缘耦合，减 0.5 dB 盲插连接器，减 9.5 dB 片上分光，剩下负 1.0 dBm，也就是 0.79 mW。硅光微环调制器要 1 mW 到 2 mW 的连续光才能给出 0 dBm 的调制输出，缺口 1 到 4 dB。

波长偏差还有一项。八通道的偏差控制在 0.18 nm 以内，对应 200 GHz 栅格的十分之一。偏差大了，合波器的通带要对准，插损从 0.47 dB 涨到 1.2 dB，等于把放大器的余量吃掉一半。

论文的解法是在合波之后集成一只半导体光放大器，用增益把合波损耗补回来。增益 8 dB 时，每路到调制器是正 7 dBm，余量够了，代价是 1.2 W 的额外电功耗和 6 dB 的噪声系数。

信噪比的账要单独算。激光器的相对强度噪声低于负 145 dB/Hz，进放大器之前的信噪比在 45 dB 以上，过完 6 dB 噪声系数的放大器掉到 39 dB，再被调制器与接收机的噪声一压，端到端剩 26 dB。200G 的四电平信号要求 22 dB，余量 4 dB。

单管提功率，账算不过来

把单管功率往上提是另一条路，但电光转换效率不帮忙。DFB 的墙插效率按 15% 算，100 mW 光要 667 mW 电，八颗 5.33 W。这个数字放在 1.6 Tb/s 上就是 3.33 pJ/bit，还没算调制器和跨阻。

表注：链路含合波 9.5 dB、耦合 1.5 dB、连接器 0.5 dB、分光 9.5 dB，墙插效率 15%，速率 1.6 Tb/s，模块式按每波长一根光纤、省去合波与分光计。

放大器补得上，但补得不干净

片上放大器能把 4 dB 的缺口补掉，代价记在噪声和热上。半导体光放大器的噪声系数约 6 dB，输入信号的信噪比过完它要掉 6 dB，调制器的输出消光比跟着变差。八路一起放大时，总输入 8 dBm，输出 16 dBm，已经贴近 17 dBm 的饱和输出功率，增益压缩 1 dB。

失效场景出在温度上。放大器增益随结温下降，每升 10 摄氏度掉 0.8 dB，机箱内 25 摄氏度的温升就是 2 dB。设计时按 8 dB 增益留的 4 dB 余量，在夏天高温加老化后被吃掉一半，剩下的 2 dB 要同时兜住波长漂移和连接器污染。

处置办法是把工作点从饱和功率往回退 3 dB，并让放大器的偏置电流跟随温度补偿。退 3 dB 意味着单管功率要从 100 mW 提到 140 mW，或者接受每路到调制器只有正 4 dBm。

图 2　集成式与模块式两种供光架构的光路（依据原文第 2 节结构绘制）

选型判据：如果模块面板密度高于每机箱 16 口，就用集成式加片上放大，代价是 4.08 pJ/bit 的光源能耗；如果端口数少于 8 口且布线空间允许，就改成一波长一根光纤，代价是八倍的连接器数量和插损一致性管理。

一个判断：那 9 dB 是架构选出来的

通行说法把合波损耗当成外置光源的固有代价，这个说法只对集成式架构成立。合波是把八个波长塞进一根光纤的必然结果，分光是因为芯片上有八个调制器而只有一根输入光纤。两头都由架构决定，不是物理定律决定。把光纤增加到八根，两头的 9.5 dB 同时消失，链路从负 1 dBm 变成正 18 dBm，单管功率可以从 100 mW 降到 3.2 mW。

这条判断的失效边界在光纤管理上。八根光纤意味着每个模块八个连接器、每个机箱按 32 口算是 256 根光纤，配线架的密度、插损一致性和现场清洁都变成主要成本。行业标准里同时保留了模块式与集成式两种物理形态，正是因为这 9 dB 该不该省，取决于端口数而不是光学。

分界线大致在 8 口。少于 8 口，省下的 5 W 电和简化的链路值得多拉七根光纤；多于 16 口，光纤管理的代价超过省下的电。

模块式还有一个隐性成本。八根光纤各带一个波长，现场换纤要对上号，插错一根整条链路就少一路，运维靠标签和色码，这部分不落在物料表上。

模块式的代价可以量化。32 口机箱、每口八根光纤，光纤总数 256 根，按每根 2 毫米外径算，一束 512 毫米宽，配线架要两层。现场插损按每根 0.5 dB、标准差 0.15 dB 分布，256 根里有 5% 超过 0.8 dB，这部分只能靠模块端的功率余量兜。

按 1.6T 模块走一遍选型

按以下约束走一遍选型：单模块 1.6 Tb/s，八路 200G，机箱 32 口，单口功耗预算 4 pJ/bit，面板进深 300 mm，单模块成本上限 800 美元，机房进液温度 45 摄氏度。

候选三个。A 档是集成式，八颗 100 mW 加片上放大 8 dB。B 档是集成式，八颗 250 mW 不加放大。C 档是模块式，八根光纤，每根 3.2 mW。

逐项对比。能耗上 C 最优 0.11 pJ/bit，A 是 4.08，B 是 8.33，B 直接超预算一倍。器件数量上 C 最差，一个机箱要多 224 个连接器。热上 A 最差，放大器带来 1.2 W 的额外热源，落在 45 摄氏度进液的冷板上还要再抬 3 K。成本上 B 最高，八颗 250 mW 的管子单价是 100 mW 的两倍多。

选定 A 档。理由是 32 口的面板密度下，C 档的 256 根光纤会把配线架占满，现场插损一致性也无法保证；4.08 pJ/bit 压在 4 pJ/bit 的预算线上，还有 0.08 的余量，靠后退 3 dB 工作点能守住。

代价与风险有三条。光源能耗贴着预算线，任何一处插损超标都会把这 0.08 吃光，连接器要按 0.3 dB 而不是 0.5 dB 选；放大器的 6 dB 噪声系数让链路 OSNR 从 32 dB 掉到 26 dB，200G 的误码门限只剩 4 dB 余量；1.2 W 的额外热功耗集中在 8 毫米见方的芯片上，局部热流密度到 240 W 每平方厘米，要靠导热垫直接压到冷板。

再看封装。八颗 DFB 与合波器、放大器做在同一块磷化铟衬底上，芯片尺寸约 6 乘 2 毫米，耦合到光纤要 1.5 dB 的模场转换。阵列的波长偏差 0.18 nm 对应成品率九成，收紧到 0.1 nm，成品率掉到七成五。

一句话：功率预算不是被激光器吃掉的，是被架构里那两次 9 dB 吃掉的。

文献依据：开放获取期刊论文（CC BY 4.0）

文献标题：Compact monolithic eight-channel DFB laser array with high power, narrow linewidth, and high power flatness for optical I/O

作者：Yue Zhang, Zhuoying Wang, Zhenxing Sun, Rulei Xiao, Xiangfei Chen

期刊卷期：Chinese Optics Letters, 2026, 24(8), 081408

DOI 或链接： https://doi.org/10.3788/COL202624.081408

配图说明：自行绘制，图 1 为据公开参数测算的数据图，图 2 为原理示意，非原文原图复制

改动声明：基于开放获取文献的独立解读，标题、结构、行文、表格、案例与配图为原创

来源：21ic电子网