光收發(fā)模塊外殼及光收發(fā)模塊

網(wǎng)上有很多關(guān)于光收發(fā)模塊外殼及光收發(fā)模塊,帶你走進(jìn)激光光模塊的知識(shí)，也有很多人為大家解答關(guān)于光收發(fā)模塊外殼及光收發(fā)模塊的問題，今天瑞達(dá)豐光模塊外殼加工廠(www.xindifood.com)為大家整理了關(guān)于這方面的知識(shí)，讓我們一起來看下吧!

本文目錄一覽：

1、光收發(fā)模塊外殼及光收發(fā)模塊

2、光口模塊是什么？

光收發(fā)模塊外殼及光收發(fā)模塊

光模塊作為通信網(wǎng)絡(luò)核心的傳輸器件一直關(guān)注度很高，但是細(xì)分應(yīng)用領(lǐng)域、技術(shù)、品類、術(shù)語非常多，容易搞得一頭霧水。談起光模塊，我們到底在說什么，本文希望從幾個(gè)角度把市場(chǎng)關(guān)注度高的名詞串聯(lián)分類一遍，把大家的身份變成光模塊公司的老板，從客戶需求的起點(diǎn)開始，采購(gòu)器件，選擇技術(shù)路線，確定封裝工藝，一步步生產(chǎn)出一只光模塊。

一、收到客戶需求之后，設(shè)計(jì)一個(gè)光模塊的整體框架

今天是大風(fēng)光模塊公司成立的好日子，開張第一天就收到了很多大客戶的競(jìng)標(biāo)通知，作為公司管理、設(shè)計(jì)、工藝、采購(gòu)一把手負(fù)責(zé)人，我們要根據(jù)客戶需求仔細(xì)分析怎么滿足客戶需求中標(biāo)大份額。

客戶A：數(shù)據(jù)中心500米傳輸距離、100G傳輸速率，QSFP28接口，考慮整體系統(tǒng)成本；

客戶B：5G前傳10km 25G灰光BiDi，SFP28接口，考慮穩(wěn)定性、互通性和成本；

客戶C：骨干網(wǎng)100G DWDM網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，100km傳輸距離，CFP/CFP2接口，誤碼率等性能指標(biāo)很高

收到這樣的一系列需求，雖然只言片語，但是決定了我們光模塊設(shè)計(jì)生產(chǎn)上每一個(gè)細(xì)節(jié)的選擇。

選擇1—封裝方式及工藝路線：氣密性封裝（TO-CAN、BOX、蝶形）、非氣密性封裝（COB、COC等）；

選擇2—光芯片類型：VCSEL、DFB、EML、窄線寬可調(diào)諧；

選擇3—設(shè)計(jì)路線：?jiǎn)瓮ǖ馈⒍嗤ǖ溃?/p>

選擇4—調(diào)制方式：NRZ、PAM4、相干（QPSK/16QAM/64QAM等）；

選擇5—未來發(fā)展：永不滿足的速率、外包光引擎、硅光等；

這些選項(xiàng)分別與產(chǎn)品性能需求的某些指標(biāo)直接相關(guān)，也與最終的產(chǎn)品可靠性、成本息息相關(guān)。光模塊行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)，是多個(gè)參數(shù)組合優(yōu)化的過程，追求性能（速率、小型化、傳輸距離）的同時(shí)，會(huì)帶來很大的功耗、散熱壓力；為解決散熱等問題，又會(huì)帶來成本壓力；控制成本又會(huì)帶來穩(wěn)定性可靠性等風(fēng)險(xiǎn)。因此，雖然我們做工作叫封裝，產(chǎn)品外觀和電氣接口都是標(biāo)準(zhǔn)化的，但是光模塊包含了大量設(shè)計(jì)和工藝的經(jīng)驗(yàn)，理解客戶需求，權(quán)衡性能、功耗、成本、可靠性等指標(biāo)，是我們大風(fēng)光模塊公司的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

光模塊產(chǎn)品應(yīng)用在整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)環(huán)節(jié)，除了早期的電路交換（接線員接電話那種）和無線空口（手機(jī)到鐵塔上的天線）之外，基本所有網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)節(jié)都要使用光模塊。因此我們也應(yīng)該對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)基本術(shù)語有一定的了解，這樣才知道我們的光模塊用在哪里。

1）電信市場(chǎng)：

FTTH/PON：簡(jiǎn)單說就是家庭寬帶，也包括公司的寬帶（FTTO，一般統(tǒng)稱FTTx）等接入環(huán)節(jié)，采用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)叫PON。光模塊用量上億，速率1M-10G都有，突發(fā)需求較多（每個(gè)用戶的數(shù)據(jù)需求是突然開始突然結(jié)束的），和其他網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)中基本時(shí)時(shí)刻刻都有信號(hào)在傳輸?shù)募夹g(shù)需求不太一樣，是專門的光模塊細(xì)分市場(chǎng)。

無線接入網(wǎng)：鐵塔上的基站到接入機(jī)房的這一段。光模塊用量百萬級(jí)別，速率1G-25G都有，傳輸距離幾百米到10千米左右。

ODN：長(zhǎng)距離傳輸網(wǎng)絡(luò)，跨區(qū)、跨省等大流量調(diào)度，會(huì)引入DWDM、相干技術(shù)。光模塊用量萬到十萬級(jí)別，速率基本升級(jí)到100G乃至200G/400G等，傳輸距離上百千米。

2）數(shù)通市場(chǎng)：

ETHERNET：一般數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸，在行業(yè)分析報(bào)告或者統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中，被稱作以太網(wǎng)，也有人將數(shù)通光模塊叫做以太網(wǎng)光模塊。這個(gè)市場(chǎng)上百萬出貨量，傳輸距離從幾米到2km，速率10G/25G/40G/100G/200G/400G等，迭代升級(jí)較快。

DCI：類似電信市場(chǎng)中的ODN，數(shù)據(jù)中心之間的長(zhǎng)距離鏈接。國(guó)內(nèi)的需求較少，因?yàn)檎咭?guī)定只有三大運(yùn)營(yíng)商能跨省拉光纖。但是海外需求很多，谷歌、亞馬遜都是自己建設(shè)的骨干網(wǎng)，還可以找運(yùn)營(yíng)商收錢呢，這里應(yīng)用的光模塊其實(shí)就是運(yùn)營(yíng)商骨干網(wǎng)的光模塊，DWDM、相干等高級(jí)技術(shù)都有應(yīng)用，速率100G甚至更高，傳輸距離40KM/80KM/100KM甚至更長(zhǎng)。

二、封裝方式的選擇

2.1、氣密封裝

根據(jù)客戶的需求，在室外、溫濕度變化較大等情況下，由于激光器芯片受水蒸氣腐蝕以及溫度對(duì)波長(zhǎng)的影響很大，我們考慮采用氣密封裝的路線，將激光器芯片密封在充滿惰性氣體的金屬+密封窗的管殼中。

根據(jù)具體的傳輸距離、芯片發(fā)熱量、成本需求、通道數(shù)等，還可以具體選擇不同的氣密封裝方式：

1）TO-CAN封裝：激光器安裝于小型熱沉（散熱片），通過金絲與電氣引腳連接。其上再封裝金屬管帽和用于透出激光的密封窗。TO-CAN封裝體積緊湊成本相對(duì)較低，但其缺點(diǎn)是體積過小，難以加裝更大的散熱器件，大功率大電流長(zhǎng)距離場(chǎng)景下不太適合，用在電信市場(chǎng)10km 10G/25G比較合適，比如基站前傳、家庭寬帶等領(lǐng)域。

做成TO-CAN之后，相當(dāng)于具備了基本的激光器封裝，但是激光器發(fā)射的光斑直徑和光纖還是不一樣，還要進(jìn)一步和透鏡、光纖進(jìn)行耦合對(duì)準(zhǔn)，把絕大部分能量聚焦到光纖里，全部封裝好后就做成了TOSA（我們只說了激光器發(fā)射這一端，另一端就是換成接收器芯片，就叫ROSA，統(tǒng)稱OSA）。

2）蝶形封裝：為了解決大功率需求，可以采用蝶形封裝，在更大的熱沉（有更高溫控需求的還可以選配TEC溫控）上安裝激光器，透鏡、隔離器等光學(xué)器件也安裝在金屬外殼內(nèi)。蝶形封裝相當(dāng)于激光器+光路全部封裝好，從分類上講，其實(shí)一個(gè)蝶形封裝器件相當(dāng)于一個(gè)OSA，是比TO-CAN更高一級(jí)的器件了。

3）BOX封裝：BOX封裝是蝶形封裝的一種特殊形式，主要針對(duì)多通道需求。多通道的問題我們后面會(huì)展開講，這里簡(jiǎn)單帶過，在一個(gè)封裝內(nèi)，集成多個(gè)激光器，然后通過一根光纖對(duì)外傳輸，對(duì)溫度控制、氣密性可靠性等有較高要求的情況下，用這種封裝就對(duì)了！

2.2、非氣密封裝

自從數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)開始大規(guī)模使用光模塊之后，由于數(shù)據(jù)中心配置了空調(diào)、環(huán)境監(jiān)控等設(shè)備，整體的工作環(huán)境比在室外風(fēng)吹日曬的電信市場(chǎng)優(yōu)化了很多，同時(shí)光模塊用量又很大，對(duì)成本控制提出了更高要求，因此逐步發(fā)展出非氣密封裝。非氣密封裝的技術(shù)持續(xù)迭代，可靠性快速提升，能夠勝任的場(chǎng)景也在逐漸增加。非氣密性封裝簡(jiǎn)單說就是將光芯片直接貼/焊在線路板上，通過環(huán)氧樹脂等膠水進(jìn)行簡(jiǎn)單的密封保護(hù)，減少了大量輔助器件，節(jié)約成本、提高集成度。

小結(jié)：氣密封裝使用金屬+玻璃為脆弱的光芯片構(gòu)建了嚴(yán)密的保護(hù)，能夠應(yīng)對(duì)各種使用環(huán)境，根據(jù)不同的器件設(shè)計(jì)需求有幾種具體封裝方式，但整體器件較多、需要成本較高的柔性線路板FPC（俗稱“軟板”）將高頻信號(hào)從氣密殼中引出，導(dǎo)致成本相對(duì)較高。工作環(huán)境相對(duì)可控、可靠性能夠達(dá)到要求的情況下，采用非氣密封裝能夠優(yōu)化成本。

三、光芯片的選擇

根據(jù)傳輸距離、調(diào)制方式、成本等綜合考慮，有多種芯片可供選擇。光芯片的選擇上還需要考慮供應(yīng)鏈情況，部分熱門產(chǎn)品早期起量階段經(jīng)常缺貨，跳票、交貨推遲情況很常見。芯片行業(yè)規(guī)模效應(yīng)非常顯著，所以很多芯片廠優(yōu)先保大客戶供應(yīng)，作為小廠只能找替代廠商、替代方案等，拿到芯片的價(jià)格也差異很大，需求量大的光模塊公司拿到的芯片價(jià)格可能比小廠低20-30%，這也是光模塊行業(yè)重要的競(jìng)爭(zhēng)因素。

3.1、VCSEL

VCSEL芯片是成本最低的芯片種類，代價(jià)是發(fā)光的角度較大，一般配合比較粗的多模光纖使用，但是多模光纖價(jià)格較高，考慮系統(tǒng)總成本，一般在短距離（幾米的AOC和100米左右的SR光模塊）場(chǎng)景下應(yīng)用。

3.2、DFB

DFB芯片是在原始的FP激光器上加工出光柵，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的波長(zhǎng)選擇，輸出波長(zhǎng)精度較高。DFB芯片的發(fā)光角較小，能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的光路耦合，因此在中長(zhǎng)距離應(yīng)用較多（500米、2km等），成本相對(duì)適中。

3.3、EML

EML芯片是成本最高的芯片種類之一，由一顆發(fā)射芯片（可以是DFB/DBR等）加外吸收調(diào)制器構(gòu)成。在工作時(shí)，激光器芯片始終處于發(fā)光狀態(tài)，通過控制吸收芯片的開關(guān)（簡(jiǎn)單理解就是透明、不透明），控制EML激光器的信號(hào)輸出。

這里我們要再說明一下光信號(hào)傳輸中發(fā)生了什么。1）不同波長(zhǎng)的光在光纖中的傳輸速度是不同的；2）激光器芯片加電壓開始發(fā)光時(shí)，在飛秒級(jí)別的微觀時(shí)間維度內(nèi)，發(fā)射的波長(zhǎng)有一定的變化（啁啾zhoujiu）。基于這兩個(gè)現(xiàn)象，DFB芯片收到一個(gè)電信號(hào)后發(fā)出一個(gè)激光信號(hào)（其中包含一定范圍的波長(zhǎng)成分），經(jīng)過光纖長(zhǎng)距離傳輸時(shí)會(huì)發(fā)生色散，也就是不同波長(zhǎng)的信號(hào)到達(dá)接收端的時(shí)間差較大，可能形成信號(hào)的干擾。如下圖所示，DFB激光器發(fā)射端兩個(gè)脈沖信號(hào)，由于不同波長(zhǎng)在光纖中傳輸速度不同，到達(dá)接收端的時(shí)間有先后，嚴(yán)重的情況下，兩個(gè)脈沖信號(hào)混在一起（碼間干擾），導(dǎo)致無法通信。

使用EML激光器的優(yōu)勢(shì)在于，激光器芯片處于穩(wěn)定工作狀態(tài)，發(fā)射的波長(zhǎng)更加“純凈”，通過外調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制后，長(zhǎng)距離傳輸后得到的信號(hào)質(zhì)量依然很高。因此EML適合長(zhǎng)距離（10km、20km、40km甚至更高）傳輸應(yīng)用。但由于增加了外吸收調(diào)制器，且面向長(zhǎng)距離場(chǎng)景芯片整體質(zhì)量要求也更高，因此同速率的EML芯片成本比DFB芯片高50%甚至高幾倍。

另一方面，外吸收調(diào)制器的響應(yīng)速度比DFB直接調(diào)制更高，在某些調(diào)制技術(shù)領(lǐng)域（如PAM4，后面會(huì)進(jìn)一步展開），更加適合使用。

3.4、可調(diào)諧窄線寬（簡(jiǎn)稱“可調(diào)激光器”）

前文提到長(zhǎng)距離傳輸存在色散問題，EML能夠解決啁啾帶來的問題，但是激光器固有的發(fā)射波長(zhǎng)范圍（即“線寬”）依舊存在，在超長(zhǎng)距離ODN（80km、100km甚至更長(zhǎng)）等應(yīng)用中色散問題依然突出。另一方面，超長(zhǎng)距離傳輸干線需要考慮整體系統(tǒng)成本，從北京到上海鋪設(shè)大量光纖需要很多成本，因此引入DWDM（密集波分復(fù)用）技術(shù)，在一根光纖中傳輸不同波長(zhǎng)的信號(hào)，大幅增加單根光纖的傳輸能力，降低長(zhǎng)途干線整體系統(tǒng)成本。這兩方面需求，需要通過可調(diào)諧窄線寬激光器來滿足。

可調(diào)諧窄線寬激光器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，方案也比較多，有電流控制、溫度控制、機(jī)械控制等等，以外腔機(jī)械控制方案為例，在普通激光器外增加光柵結(jié)構(gòu)，通過機(jī)械控制調(diào)整輸出波長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)更加精確的波長(zhǎng)控制。可調(diào)諧激光器過去應(yīng)用的領(lǐng)域相對(duì)較少，但隨著5G前傳可能引入波分技術(shù)，部分廠商也在嘗試使用可調(diào)諧激光器的可能性，未來需求情況可能有較大的變化。

小結(jié)：低成本短距離選用VCSEL芯片，中距離選擇DFB芯片，中長(zhǎng)距離以及特殊調(diào)制需求下選擇EML芯片，超長(zhǎng)距離以及某些特殊應(yīng)用選擇可調(diào)諧窄線寬激光器。

四、設(shè)計(jì)路線的選擇

我們根據(jù)使用環(huán)境選擇封裝形式、根據(jù)傳輸距離和其他性能要求選擇了激光器種類，接下來就要根據(jù)傳輸速率，選擇通道數(shù)和調(diào)制方式了。一開頭我們講到了光模塊幾個(gè)不能兼得的關(guān)鍵指標(biāo)，體現(xiàn)在設(shè)計(jì)上就有多種組合，芯片等級(jí)（性能和成本）、通道數(shù)（小型化、散熱、封裝難度）、調(diào)制方式（電芯片成本、可靠性、設(shè)計(jì)難度），要在這些環(huán)節(jié)綜合取舍最后確定光模塊的設(shè)計(jì)方案。

4.1 單通道：

最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方式，一個(gè)光模塊里面裝一個(gè)激光器一個(gè)接收器，一收一發(fā)，加上其他一些光學(xué)組件、PCB板上有各種電芯片，就組成了一個(gè)單通道的光模塊。

常見的比如1個(gè)10G芯片用NRZ調(diào)制做成10G光模塊、1個(gè)10G芯片用超頻調(diào)制做成25G前傳光模塊、1個(gè)50G芯片用PAM4調(diào)制做成100G DR1數(shù)據(jù)中心光模塊，都是這樣單通道的設(shè)計(jì)路線。

4.2 多通道：

由于激光器芯片升級(jí)的難度很大，現(xiàn)在成熟的最高就是單波50G速率的，但是客戶對(duì)帶寬需求的渴望增長(zhǎng)很快，400G甚至800G都提上了日程，我們就想出了用多個(gè)激光器和多個(gè)接收器拼在一起做成更高傳輸速率的光模塊，也就是多通道設(shè)計(jì)方案。

多通道方案又面臨一個(gè)問題，怎么跟光纖連接來傳輸呢？

1）多纖方案：最簡(jiǎn)單的就是每個(gè)激光器連一根光纖直接對(duì)外傳輸。這樣做好處是光模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，器件相對(duì)較少，成本較低。問題是傳輸需要4根光纖，如果距離比較長(zhǎng)，1km光纖也要好幾十塊錢的成本，4根光纖就上百的成本，用量大的話還是有不小的成本壓力。所以多纖方案大多用在中短距離場(chǎng)景。比如500米的100G PSM4、幾米到幾十米短距離的AOC/SR4等。

2）單纖方案：如果傳輸距離較長(zhǎng)，就要考慮減少光纖用量，我們可以提供單纖方案給客戶選擇。單纖方案利用波分復(fù)用CWDM原理，通過4個(gè)不同波長(zhǎng)的激光器，用合波器件（MUX）合并到一根光纖進(jìn)行傳輸，再用分波器件（DeMUX）分離出4個(gè)不同的波長(zhǎng)分別檢測(cè)。

這里又有兩種技術(shù)路線，第一種是用TFF濾波片的方式，比如蘇州旭創(chuàng)的100G CWDM4方案，四個(gè)不同波長(zhǎng)的激光器前安裝對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的濾波片，以下圖為例：

紅色芯片的光穿過紅色濾波片之后在反射片上反射回來，遇見了桔黃色濾波片，紅光就穿不過去了，只能繼續(xù)反射回來；而桔黃色激光器的光可以穿過桔黃色濾波片到達(dá)反射片；紅光和桔黃光都反射了一圈又回到黃色濾波片，他們倆都穿不過去，又反射回去，但是黃色激光器的光能夠穿過黃色濾波片；紅色桔黃色黃色光一起反射了一圈又遇見藍(lán)色濾波片，都穿不過去繼續(xù)反射，而藍(lán)色光芯片的光穿過了藍(lán)色濾波片和他們仨匯合，一起耦合進(jìn)了一根光纖。

另一種技術(shù)路線使用AWG的方式，比如找天孚通信AWG代工做的100G CWDM4方案，四顆不同波長(zhǎng)的激光器，通過AWG芯片合分波，之后耦合到一根光纖進(jìn)行輸出。

這兩種細(xì)分方案各有特點(diǎn)，AWG器件對(duì)溫度比較敏感，需要較高的溫控能力，附帶的成本相對(duì)較高（同等良率和出貨量情況下），但生產(chǎn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)相對(duì)簡(jiǎn)單。TFF方案對(duì)溫度敏感性沒那么高，但是器件設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造難度較大，需要較高的設(shè)計(jì)、鍍膜、耦合對(duì)準(zhǔn)等技術(shù)能力。

五、調(diào)制方式的選擇

調(diào)制方式的選擇和前文設(shè)計(jì)路線是相輔相成的，我們這里就直接針對(duì)主要的調(diào)制方式進(jìn)行一個(gè)比較，以及實(shí)現(xiàn)這些調(diào)制方式需要增加的額外電芯片進(jìn)行一個(gè)比較。

5.1 NRZ調(diào)制：

傳統(tǒng)光模塊調(diào)制以NRZ（not return to zero）為主，激光器高/低功率分別對(duì)應(yīng)二進(jìn)制的1和0信號(hào)。NRZ原理很容易理解，舉一個(gè)例子，假設(shè)要發(fā)送一段二進(jìn)制信號(hào)：100111，則激光器實(shí)際發(fā)射的光功率如下圖，功率超過上面虛線則判定為1，低于下面的虛線則判定為0。NRZ模式下光模塊中只需要基礎(chǔ)的驅(qū)動(dòng)芯片（driver）、放大器（TIA、LA）、時(shí)鐘修復(fù)（CDR）及主控芯片（MCU或ASIC）等簡(jiǎn)單的電芯片即可。

5.2 PAM4調(diào)制：

為實(shí)現(xiàn)更高速率，由于光芯片直接升級(jí)難度和成本較高，因此引入PAM4調(diào)制技術(shù)。PAM4光信號(hào)功率的判決分為4個(gè)閾值，低于最低閾值判定為00、最低到中間閾值之間判定為01、中間到高閾值之間判定為10，超過高閾值判定為11。通過更密集的功率判定設(shè)計(jì)，使得相同的時(shí)間內(nèi)能夠傳輸2倍的數(shù)據(jù)量。還是剛才的例子，要發(fā)送數(shù)字信號(hào)：100111，激光器發(fā)射的光功率變成下圖的樣子。

這里就要強(qiáng)調(diào)一下大家經(jīng)常混淆的兩個(gè)概念，我們說激光器芯片的速率一般指波特率，也就是真實(shí)的一秒鐘能發(fā)送多少個(gè)完整脈沖（比如25G EML芯片，一秒鐘發(fā)送25*10^9個(gè)脈沖，實(shí)際更多一些，還有鏈路開銷等這里就忽略了）；但是通過高階調(diào)制技術(shù)一個(gè)脈沖可能代表幾位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，則實(shí)際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量稱作比特率（比如1個(gè)25G EML芯片PAM4調(diào)制之后做成了單通道50G的光模塊，那我們直接說50G PAM4光模塊，意思就是比特率是50G，波特率是25G）。

由于PAM4調(diào)制需要對(duì)功率精確的控制，判定閾值也更窄，對(duì)光纖色散導(dǎo)致的信號(hào)干擾要求更嚴(yán)格，因此大部分需要使用EML激光器。同時(shí)，在NRZ電芯片的基礎(chǔ)上，還增加信號(hào)處理的DSP芯片（將數(shù)字信號(hào)兩個(gè)一組，轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)）。

5.3 超頻方案：

為降低成本，開發(fā)出了超頻技術(shù)，用設(shè)計(jì)速率（還記得波特率嗎？）較低的芯片，傳輸較高速率（還記得比特率嗎？）的信號(hào)，比如5G前傳中用10G波特率光芯片，“強(qiáng)行”加給他一個(gè)25G速率的信號(hào)。激光器發(fā)光不是一上電壓就滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的，中間有一個(gè)爬坡的過程，我們說10G速率的芯片，指的是1秒鐘能夠發(fā)射完完整整的10*10^9個(gè)脈沖。但是超頻的思路很簡(jiǎn)單，還是這個(gè)10G芯片，我就非要給你通一個(gè)25G的信號(hào)讓你1秒鐘發(fā)射25*10^9個(gè)脈沖，那連續(xù)的一個(gè)“1”一個(gè)“0”信號(hào)過來，激光器功率爬坡還沒來得及爬到頂點(diǎn)就又開始下坡，最終表現(xiàn)就是超頻的信號(hào)質(zhì)量劣化，識(shí)別閾值降低。還是以數(shù)字信號(hào)：100111為例，在連續(xù)的10-01交替時(shí)，激光功率就達(dá)不到最高點(diǎn)，只能把判決閾值（圖上的兩條虛線）縮窄，這就導(dǎo)致超頻光模塊能“容忍”的干擾、誤差和傳輸距離較低。

超頻方案帶來技術(shù)上的難度，在相對(duì)中短距離比較成熟，需要在發(fā)射端CDR調(diào)整參數(shù)，接受側(cè)做均衡處理，從芯片角度來說與NRZ使用的電芯片種類相同，但是在參數(shù)設(shè)計(jì)、電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域需要仔細(xì)調(diào)試，經(jīng)過大量仿真和測(cè)試，挑選最好的判決閾值以降低誤碼率。目前超頻方案很多采用的是三菱的10G TOSA。

5.4 相干調(diào)制：

前面三種調(diào)制的本質(zhì)都是強(qiáng)度調(diào)制，只利用了光功率的強(qiáng)度或者說正弦波（載波）的振幅一個(gè)指標(biāo)來表征（調(diào)制）二進(jìn)制的信號(hào)（基帶信號(hào)）。但是正弦波還有相位這個(gè)參數(shù)，相干調(diào)制就是利用相干的原理，把相位和振幅兩個(gè)參數(shù)都用上。

相干調(diào)制有兩個(gè)好處：1、可以在一個(gè)信號(hào)周期中傳輸更多數(shù)據(jù)（看起來效果和PAM4類似）；2、還能利用三角函數(shù)和差化積公式（初中就學(xué)過呢）實(shí)現(xiàn)超強(qiáng)抗干擾能力。因此相干調(diào)制在超長(zhǎng)距離傳輸中有不可取代的優(yōu)勢(shì)。

相干調(diào)制具體怎么實(shí)現(xiàn)、對(duì)光模塊來說需要哪些器件結(jié)構(gòu)呢？

太長(zhǎng)不看版本：

1）光芯片：相干光模塊發(fā)射端和接收端各需要一個(gè)頻率相位穩(wěn)定的激光器芯片（3.4部分講過的窄線寬激光器），根據(jù)相干調(diào)制的級(jí)別，發(fā)射端需要2^(x-1)個(gè)鈮酸鋰材料的馬赫曾德爾MZ調(diào)制器芯片（也有用其他調(diào)制器的，MZ比較常見）；接收端還需要接收器芯片；

2）電芯片：需要高端DSP芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)編解碼和計(jì)算（也叫PBSR，處理加法、乘法和傅里葉變換），高速ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換）芯片，驅(qū)動(dòng)器芯片，主控芯片等；

3）其他器件：VOA（光功率開關(guān)）、各類光路器件及散熱、外殼等。

詳細(xì)說明版本：

最終發(fā)射的光信號(hào)是經(jīng)過相位調(diào)制的信號(hào)，共有4種波形符號(hào)（Q就是4的意思），每個(gè)符號(hào)代表兩位二進(jìn)制原始數(shù)據(jù)，因此實(shí)現(xiàn)了2倍的比特率。

以上是最簡(jiǎn)單的QPSK相干調(diào)制，或者說“4”PSK，可以1位光符號(hào)，傳輸2位電信號(hào)。

搞這么復(fù)雜是為什么呢？簡(jiǎn)單來說就以兩路信號(hào)解釋，信號(hào)光強(qiáng)度Es(t)和本征激光器光強(qiáng)度EL(t)是兩個(gè)三角函數(shù)：

兩者混合后探測(cè)器接收到的電流

平方展開之后積化和差公式一頓操作，會(huì)得到很多頻率是2ω的分量，就被低通濾波器過濾掉了，最后能通過低通濾波器幸存進(jìn)入DSP芯片處理的分量只有：

可以看到相干光模塊最終只有信號(hào)電流Ps被放大，且輸出電流大小與本征激光器功率PL的平方根正相關(guān)，因此即便長(zhǎng)距離傳輸來的信號(hào)電流很微弱了，通過足夠高的本征電流功率還是能夠在接收端獲得足夠大的輸出電流，接收器靈敏度可以做到很高。這就是相干調(diào)制在超長(zhǎng)距離應(yīng)用的必勝法寶。

除了QPSK，還有更高階的16QAM、64QAM等，調(diào)制方式和器件類似，只是數(shù)量指數(shù)級(jí)增加，而實(shí)現(xiàn)的效果呢，有一個(gè)很容易理解的方式：小學(xué)奧數(shù)排列組合題目：二進(jìn)制有0和1兩種可能，如果一個(gè)時(shí)間點(diǎn)要傳播2位/4位/8位數(shù)字信號(hào)，那么有多少種光信號(hào)的可能性？

很簡(jiǎn)單，2位的話共有2*2=4種波形（參考QPSK波形和二進(jìn)制對(duì)應(yīng)的那張圖）

4位的話共有2*2*2*2=16種波形，也就是16QAM調(diào)制，用1個(gè)25G激光器就能調(diào)成100G的光模塊！

8位的話共有2^8=64種波形，也就是64QAM，用1個(gè)50G激光器就能調(diào)成400G的光模塊！

而且由于相干調(diào)制的特點(diǎn)+三角函數(shù)和差化積公式+強(qiáng)大的DSP計(jì)算能力，還能大幅提高信號(hào)還原準(zhǔn)確度，超長(zhǎng)距離傳輸之后也能恢復(fù)出準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，因此雖然結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜成本很高，但是相干光模塊還是在80km、100km、200km等長(zhǎng)距離市場(chǎng)占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位。

小結(jié)

前面我們從選擇芯片，到調(diào)制方式，到封裝工藝，把一個(gè)光模塊完整的設(shè)計(jì)過程大致走了一遍，面對(duì)客戶的各種需求，我們大風(fēng)光模塊公司都有信心拿出滿足客戶性能需求、盡量保證低成本的設(shè)計(jì)方案，下面就是我們應(yīng)對(duì)不同需求提供的方案清單。

這里再補(bǔ)充說明一下，表格中的產(chǎn)品最后都有一串我們前文沒有展開的代碼，這個(gè)指的是光模塊的外形。由于光模塊外形和接口有全球通用的標(biāo)準(zhǔn)，客戶一般也會(huì)指定要哪種外形。簡(jiǎn)單來說，SFP/SFP+SFP28/SFP56/QSFP28/QSFP-DD都是小型化的外形，對(duì)應(yīng)不同的接口速率；CFP/CFP2等是比較大的外形，能容納更多器件以及更好的散熱。

六、未來發(fā)展方向選擇

作為大風(fēng)光模塊公司優(yōu)秀的管理者，我們深知不能埋頭拉車，還要抬頭看路的道理，對(duì)未來技術(shù)和產(chǎn)業(yè)模式發(fā)展的方向也有深入的思考，總結(jié)下來，未來可能有三個(gè)比較大的發(fā)展趨勢(shì)。

6.1 永不滿足的速率：

光模塊行業(yè)是為電信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的，這兩個(gè)下游市場(chǎng)又面臨上網(wǎng)速率需求越來越快、云計(jì)算業(yè)務(wù)量越來越大的壓力，因此對(duì)光模塊的速率有不斷增加的需求。

為滿足更高的速率要求，光模塊行業(yè)有三個(gè)發(fā)展方向：

1）更快的單通道速率：難度較大，激光器材料工藝端，現(xiàn)在50G剛剛成熟，100G還在早期研發(fā)階段；

2）更多通道數(shù)：考慮整體性價(jià)比，通道數(shù)多=體積變大=單位機(jī)架面積上插的光模塊數(shù)量變少=機(jī)房的土地房屋配套設(shè)備等整體成本綜合考慮；

3）更高階的調(diào)制方式：考慮整體性價(jià)比， 高階調(diào)制需要更強(qiáng)大的DSP芯片，電芯片成本大幅增加，發(fā)熱量也大幅增加，帶來散熱成本和可靠性等其他問題

6.2 外包光引擎：

光模塊行業(yè)中，大客戶關(guān)系、芯片供應(yīng)鏈能力、方案設(shè)計(jì)工藝優(yōu)化等know how經(jīng)驗(yàn)是各家差異化的重點(diǎn)。反而在生產(chǎn)制造上，可能出現(xiàn)專業(yè)化分工的趨勢(shì)。比如很多海外光模塊公司，由于人力成本和供應(yīng)鏈完善程度越來越難和中國(guó)等企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，很多公司轉(zhuǎn)型成設(shè)計(jì)為主，生產(chǎn)交由東南亞建廠的OEM大廠Fabrinet等專業(yè)代工廠商完成。

未來隨著光模塊產(chǎn)品迭代的研發(fā)投入越來越高，生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)逐步走出工藝、良率和成本控制能力突出的專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)，產(chǎn)業(yè)鏈整體的結(jié)構(gòu)可能發(fā)生進(jìn)一步的重塑。未來有可能產(chǎn)業(yè)鏈會(huì)繼續(xù)深入分工，光模塊整體光學(xué)部分——光引擎（光芯片、散熱、光學(xué)組件、管殼等全部封裝在一起）全部交由專業(yè)代工廠生產(chǎn)，模塊廠只負(fù)責(zé)搞定下游客戶、上游光芯片以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)，拿到光引擎之后，焊接上PCB+電芯片，裝上外殼進(jìn)行測(cè)試之后就可以銷售了。

6.3 硅光技術(shù)：

硅光技術(shù)發(fā)展了很多年，一直是行業(yè)熱門話題。目前展示較多的硅光子技術(shù)有兩種：1）用于數(shù)據(jù)中心光模塊，將調(diào)制器、CWDM器件、耦合器件使用CMOS工藝集成加工在一個(gè)晶圓上；

2）用于相干光模塊，將MZ調(diào)制器、分路合路器、耦合器使用CMOS工藝集成加工在一個(gè)晶圓上。

硅光技術(shù)從根本上，是希望通過集成度、自動(dòng)化程度更高的硅基工藝，解決光模塊行業(yè)過去分立式器件、人工參與的工序很多、自動(dòng)化程度不高等問題，從而獲得明顯的成本優(yōu)勢(shì)。然而，理想很豐滿現(xiàn)實(shí)很骨感，硅光技術(shù)面臨幾個(gè)大的物理定律決定的性能瓶頸：

1、由于硅本身發(fā)光性能很差，光模塊核心的激光器還是需要用III-V族材料制造，通過沉積工藝把III-V族材料生長(zhǎng)在硅晶圓上，兩種材料晶格結(jié)構(gòu)不同（晶格失配）導(dǎo)致外延層有很多缺陷，因此目前主流產(chǎn)品激光器還是分立式為主，依舊需要人工對(duì)準(zhǔn)、測(cè)試等；

2、硅的熱脹冷縮比較明顯，而光模塊對(duì)波導(dǎo)尺寸的要求很高，光柵等器件的尺寸直接決定了發(fā)射波長(zhǎng)等重要性能參數(shù)，導(dǎo)致硅光產(chǎn)品穩(wěn)定性受影響；

3、CMOS工藝的尺度過小，蝕刻和生長(zhǎng)工藝工件尺寸在0.5μm量級(jí) ，而光纖纖芯直徑在10-40μm量級(jí)，光信號(hào)從直徑差異較大的兩個(gè)載體相互傳輸時(shí)會(huì)產(chǎn)生極大損耗（模場(chǎng)匹配損耗）

為解決這些問題產(chǎn)業(yè)界推出了一系列方案：1）外延生長(zhǎng)中可以先在Si晶圓上生長(zhǎng)過渡層，逐步過渡到和III-V族材料結(jié)構(gòu)接近的狀態(tài)再外延生長(zhǎng)；2）增加熱膨脹器件抵消硅材料的熱脹冷縮；3）制作光柵、Tapper等器件提升耦合效率。這些方案或多或少能解決前述性能瓶頸，但是增加很多器件尤其是活動(dòng)器件，導(dǎo)致產(chǎn)品良率、成本又出現(xiàn)問題，最后還是無法發(fā)揮硅光技術(shù)的成本優(yōu)勢(shì)。

目前硅光行業(yè)和半導(dǎo)體類似，形成了設(shè)計(jì)公司+代工廠的模式，以及Intel的IDM模式，從行業(yè)發(fā)展角度看，仍需要代工廠加工工藝上有重大突破，硅光產(chǎn)品才可能在性能、成本、可靠性等多個(gè)維度與傳統(tǒng)光模塊正面競(jìng)爭(zhēng)。當(dāng)前更優(yōu)的策略可能是，仍以傳統(tǒng)光模塊產(chǎn)品為主，跟進(jìn)硅光技術(shù)的研發(fā)，如果出現(xiàn)工藝重大突破，仍然能夠保持在光模塊終端市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

光口模塊是什么？

光口即光纖接口的簡(jiǎn)稱，是用來連接光纖線纜的物理接口。

利用了光從光密介質(zhì)到光疏介質(zhì)產(chǎn)生的全反射原理，一般有SC/ST/FC等類型，常應(yīng)用于機(jī)房，機(jī)柜等大型設(shè)備上的一個(gè)光纖帶寬接口。

光模塊的作用就是光電轉(zhuǎn)換，發(fā)送端把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，通過光纖傳送后，接收端再把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

光模塊(optical module)由光電子器件、功能電路和光接口等組成，光電子器件包括發(fā)射和接收兩部分。

以上就是關(guān)于光收發(fā)模塊外殼及光收發(fā)模塊,帶你走進(jìn)激光光模塊的知識(shí)，后面我們會(huì)繼續(xù)為大家整理關(guān)于光收發(fā)模塊外殼及光收發(fā)模塊的知識(shí)，希望能夠幫助到大家！