在當(dāng)今通信工程領(lǐng)域，隨著人工智能（AI）技術(shù)的迅猛發(fā)展，AI 數(shù)據(jù)訓(xùn)練及應(yīng)用對(duì)算力和網(wǎng)絡(luò)的需求呈爆發(fā)式增長(zhǎng)，涉及海量的數(shù)據(jù)傳輸和實(shí)時(shí)交互。光模塊作為網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)的 “快遞員”，為 “算力高速公路” 承載著海量數(shù)據(jù)的收發(fā)，其重要地位愈發(fā)凸顯。下面我們將全方位深入了解光模塊。

光模塊的定義與應(yīng)用

光模塊是一種實(shí)現(xiàn)電信號(hào)與光信號(hào)相互轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件。在發(fā)送端，它將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，通過(guò)光纖進(jìn)行傳送；在接收端，則把光信號(hào)再轉(zhuǎn)換回電信號(hào)。光模塊的應(yīng)用極為廣泛，網(wǎng)絡(luò)中的路由器、交換機(jī)、服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備等的無(wú)縫連接和協(xié)作都離不開(kāi)它。

光模塊的組成

光模塊通常主要由光發(fā)射組件、光接收組件、光接口、底座、電路板和電接口金手指等部分構(gòu)成。這些組件協(xié)同工作，確保光模塊能夠高效、穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換和傳輸。

光模塊的速率

光模塊接口速率指每秒傳輸比特?cái)?shù)，常見(jiàn)單位有 Mbps、Gbps 及 Tbps。目前，光模塊的主要傳輸速率包括 1Gbps、10Gbps、25Gbps、 40Gbps、100Gbps、200Gbps、400Gbps、800Gbps 等。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)光模塊速率的要求也在持續(xù)提高。

光模塊的封裝

封裝可簡(jiǎn)單理解為光模塊的外觀和接口形式。封裝標(biāo)準(zhǔn)由標(biāo)準(zhǔn)化組織確定，這使得各個(gè)廠商生產(chǎn)的光模塊能夠兼容、互聯(lián)互通。光模塊行業(yè)中使用多的標(biāo)準(zhǔn)化組織是 IEEE（電氣與電子工程師學(xué)會(huì)）和 MSA（Multi - Source Agreement，多源協(xié)議） ，其中 MSA 是對(duì) IEEE 標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充。
常見(jiàn)的光模塊封裝有 GBIC、SFP、SFP +、SFP28、QSFP +、QSFP28、CFP、CFP2、CFP4、CFP8、QSFP - DD、OSFP 等。

• SFP（Small Form - Factor Pluggable）：小封裝可熱插拔，是 GBIC 光模塊的升級(jí)版本，支持熱插拔，體積比 GBIC 減少一半，支持千兆和百兆速率。
  

  

• SFP +（Small Form - factor Pluggable Plus）：增強(qiáng)型小封裝可熱插拔，與 SFP 具有相同外觀尺寸，但功耗更小、速率更高，支持萬(wàn)兆速率。
  

  

• SFP28（Small Form - factor Pluggable 28）：小封裝可熱插拔 28，是 SFP + 的升級(jí)版，外觀尺寸相同，可支持單通道 25Gbps 速率。
• QSFP +（Quad Small Form - factor Pluggable Plus）：四通道增強(qiáng)型小封裝可熱插拔，同時(shí)支持 4 通道傳輸，單通道可支持 10Gbps 速率，通過(guò) 4 通道傳輸實(shí)現(xiàn) 40Gbps 速率。
  

  

• QSFP28（Quad Small Form - factor Pluggable 28）：四通道小封裝可熱插拔 28，同時(shí)支持 4 通道傳輸，單通道可支持 25Gbps 到 40Gbps 速率，通過(guò) 4 通道傳輸實(shí)現(xiàn)超 100Gbps 速率，與 QSFP + 外觀尺寸相同，但速率不同。
  

  

• CFP/CFP2/CFP4/CFP8（C Form - factor Pluggable）：C 型可插拔，CFP 光模塊傳輸速率范圍為 100Gbps ~ 400Gbps，是在 SFP 基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)，尺寸更大。CFP2 的尺寸是 CFP 的二分之一，CFP4 的尺寸是 CFP 的四分之一，CFP8 是針對(duì) 400G 的封裝類(lèi)型。
  

  

• QSFP - DD（Quad Small Form - factor Pluggable - Double Density）：雙密度四通道小型可插拔封裝，可兼容 QSFP +/QSFP28 等 QSFP 封裝，將 QSFP 的 4 通道增加為 8 通道，單通道速率可達(dá) 25Gbps、50Gbps、100Gbps，可支持 200Gbps、400Gbps 或 800Gbps 速率。
  

  

• OSFP（Octal Small Form - factor Pluggable）：八通道小型封裝熱插拔，具有 8 個(gè)高速電氣通道，每個(gè)通道速率可達(dá) 100Gbps，總帶寬可支持 200Gbps、400Gbps、800Gbps 以及 1.6Tbps 速率，尺寸比 QSFP - DD 略大。
  

  

隨著光模塊性能和傳輸帶寬的提升，其封裝方式也在不斷演進(jìn)，朝著更高傳輸速率、更小尺寸、更低功耗與更高密度的方向發(fā)展。

光模塊的傳輸距離

光模塊的傳輸距離分為短距、中距和長(zhǎng)距三種，一般認(rèn)為 2 km 及以下為短距離，30 km 及以上為長(zhǎng)距離。實(shí)際使用中，光信號(hào)在光纖中傳輸會(huì)受到損耗和色散的限制。

• 損耗：指光信號(hào)在光纖介質(zhì)中傳輸時(shí)強(qiáng)度逐漸減弱的現(xiàn)象，單位以 dB/km 表示。光信號(hào)的損耗主要來(lái)源于光纖材料吸收損耗、散射損耗、彎曲損耗以及連接器 / 接頭損耗等。通常，單模光纖相對(duì)多模光纖損耗較小。
• 色散：指不同頻率或不同模式的光信號(hào)在光纖中傳播速度不同，導(dǎo)致光脈沖展寬，引起信號(hào)失真的現(xiàn)象，單位以 ps/(nm?km) 表示。色散會(huì)使相鄰脈沖重疊，導(dǎo)致誤碼率升高，限制光纖的傳輸速率和無(wú)中繼傳輸距離。

光模塊的傳輸模式

根據(jù)光信號(hào)在光纖中的傳輸模式，光纖可分為單模光纖（SMF）和多模光纖（MMF），相應(yīng)地，光模塊也分為單模光模塊和多模光模塊。

• 單模光模塊：與單模光纖配套使用，單模光纖纖芯較細(xì)，使用光的單一模式傳送信號(hào)，傳輸過(guò)程中色散較小，傳輸容量大，通常用于長(zhǎng)距離傳輸。
• 多模光模塊：與多模光纖配套使用，多模光纖纖芯較粗，使用光的多種不同模式傳送信號(hào)，傳輸過(guò)程中色散較大，傳輸性能比單模光纖差，但成本低，適用于較小容量、短距傳輸。

光模塊的中心波長(zhǎng)

中心波長(zhǎng)指光信號(hào)傳輸所使用的光波段，單位為 nm（納米）。中心波長(zhǎng)越長(zhǎng)，光信號(hào)在光纖中的損耗越小，傳輸距離越遠(yuǎn)。常用的光模塊中心波長(zhǎng)主要有 850 nm 波段、1310 nm 波段以及 1550 nm 波段。

除上述三種波段外，還有用于波分系統(tǒng)的 CWDM 和 DWDM 波段。這些波長(zhǎng)在設(shè)備上呈現(xiàn)為 “彩光” 光模塊，通過(guò)不同顏色的光（即不同波長(zhǎng)）來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，每個(gè)顏色代表一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)通道，從而在單根光纖上實(shí)現(xiàn)多個(gè)波長(zhǎng)信號(hào)的傳輸，極大地提高了光纖的傳輸容量和效率。而 850 nm、1310 nm 和 1550 nm 波段由于中心波長(zhǎng)相對(duì)單一，也稱(chēng)為 “灰光” 或 “黑白光”，更適合用于短距離、低成本的網(wǎng)絡(luò)連接，例如 IP 網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景。

光模塊的光功率

光模塊光功率是衡量光模塊性能的參數(shù)之一，包括發(fā)射光功率、接收光功率、過(guò)載光功率和接收靈敏度等指標(biāo)，直接影響光纖通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性與傳輸質(zhì)量。

• 發(fā)射光功率：指光模塊發(fā)送端光源發(fā)出的光強(qiáng)度，單位為 dBm，需保持穩(wěn)定以確保信號(hào)傳輸質(zhì)量。
• 接收光功率：表示接收端可識(shí)別的平均光功率范圍，下限為接收靈敏度值，上限為過(guò)載光功率，單位為 dBm。
• 過(guò)載光功率：又稱(chēng)為飽和光功率，指光模塊接收端能承受的輸入光功率，單位為 dBm，當(dāng)接收光功率大于過(guò)載光功率時(shí)會(huì)導(dǎo)致誤碼，甚至設(shè)備損壞。
• 接收靈敏度：指光模塊在滿(mǎn)足一定誤碼率條件下的可接收光功率，單位為 dBm。

光模塊的接口類(lèi)型

光模塊對(duì)接光纖時(shí)的物理連接器類(lèi)型常見(jiàn)的有 SC、LC、MPO 等。

• SC（Square Connector）：一種標(biāo)準(zhǔn)的方形光纖連接器，具有良好的穩(wěn)定性和耐用性。初設(shè)計(jì)用于接入網(wǎng)絡(luò)中的用戶(hù)端設(shè)備，現(xiàn)在也廣泛應(yīng)用于各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
  

  

• LC（Little Connector）：一種小型化的光纖連接器，具有較小的尺寸和較高的精度，可用于單模或多模光纖，廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、電信網(wǎng)絡(luò)等高密度布線(xiàn)環(huán)境。
  

  

• MPO（Multi - fiber Push On）：一種多芯光纖連接器，可以同時(shí)連接多根光纖，通常用于高密度布線(xiàn)環(huán)境中的并行數(shù)據(jù)傳輸，如數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的服務(wù)器互聯(lián)或交換機(jī)之間的高速鏈路。
  

  

光模塊的命名

不同廠家對(duì)光模塊命名有各自的規(guī)則，IEEE、MSA 等組織也提供了規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。以 100G 光模塊為例，IEEE 802.3 定義的命名規(guī)范包含了多種參數(shù)信息。

例如，某 100G 光模塊命名為 100GBASE - LR4，表示光模塊速率為 100 Gbps、支持的傳輸距離為 10 km、光模塊支持 4 通道。在實(shí)際使用中，一些廠家的光模塊命名還包括了封裝類(lèi)型，如 QSFP28 - 100G - S40K，其中 QSFP28 表示封裝類(lèi)型為 QSFP28，100G 表示光模塊的接口速率，S 表示單模，40K 表示支持的傳輸距離為 40 km。總之，不同廠家的光模塊命名雖有差異，但通常包含封裝類(lèi)型、傳輸速率、光纖類(lèi)型、傳輸距離、工作波長(zhǎng)等信息。

光模塊的新技術(shù)

光模塊制造的在于封裝技術(shù)。目前，COB（Chip on Board，板上芯片）為高速光模塊的主流封裝方案。COB 通過(guò)將裸芯片（光芯片與電芯片）直接貼裝在 PCB 基板上，并采用引線(xiàn)鍵合實(shí)現(xiàn)電氣連接，顯著提升了集成度，同時(shí)具備體積小、散熱好、成本低等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于 400G、800G 等高速模塊中。
為滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)對(duì)更高帶寬和更低功耗的需求，光模塊技術(shù)正沿著一條清晰路徑不斷演進(jìn)，主要方向包括以下三種關(guān)鍵技術(shù)。