真不是誇張,沒有光模組就沒有光通訊!

網路通訊頻道發表於2022-05-07

100多年來,人類從簡單的電報通訊發展到如今的5G通訊,生活發生了翻天覆地的變化,直播、VR/AR、超清視訊會議、遠端醫療、自動駕駛和智慧家居等應用越來越廣泛。而所有這些,都需要基於高速的資料傳輸。

因為高速訊號在銅纜中迅速衰減而無法實現長距離傳輸,同時,由於光比無線電訊號的傳輸頻率高出1000倍以上,有效提高了資訊的傳輸速率;於是,光纖逐漸成為了主流的傳輸介質。

在計算機、儲存器、交換機內部,資料是以電訊號的形式處理和傳遞的。那麼,如何把電訊號轉化成光訊號進入光纖?又或者如何把光纖中的光訊號轉化為電訊號,接入到通訊系統中呢?

於是,光模組——通訊界的魔法師,就此應運而生!他實現了光電轉換。

1 光模組的江湖地位

光模組從誕生至今,一直擁有著不可撼動的江湖地位!通訊界的大佬們這麼評價:

“沒有光模組就沒有光通訊。”

“光模組是所有5G承載技術都需要的。”

“無論哪種5G承載標準與技術,最終都離不開光模組的支援,長距離、低成本、高速率的光模組是實現5G低成本廣覆蓋的關鍵要素。”

……

2 光模組的功能

光模組通常由光發射元件(含鐳射器)、光接收元件(含探測器)、驅動電路和光電介面等組成,結構如下圖所示。

光模組結構示意圖(SFP+封裝)(圖片來源於光模組白皮書)

在光通訊中,資訊的傳送與接收都是靠光模組來實現的:

1. 在傳送端,光模組完成電/光轉換。

2. 光在光纖中傳輸。

3. 在接收端,光模組實現光/電轉換。

3 光模組的發展

光模組是5G網路物理層的基礎構成單元,廣泛應用於無線及傳輸裝置。面向5G承載,25/50/100 Gb/s高速光模組將逐步在前傳、中傳和回傳接入層引入,N×100/200/400 Gb/s高速光模組將在回傳匯聚和核心層引入。

光模組的發展趨勢和技術路線,如下圖所示。

下面從光模組的3個主要特徵來介紹。

封裝形式

封裝形式標準的確定,使得各個廠商生產的光模組得以相容、互聯互通。

封裝形式是光模組最重要的特徵。隨著光電子器件的發展,器件和晶片頻寬逐漸增加。器件和晶片的頻寬增加,伴隨著光子整合技術的發展,光模組也實現了更高速率傳輸,更小尺寸封裝。

下圖展示了光模組封裝形式的發展。

傳輸速率

高速率的資料傳輸,使得5G的各種應用成為可能。

傳輸速率指每秒傳輸的位元數,單位為Mb/s或Gb/s。光模組從早期的155 Mb/s,逐漸攀升:622 Mb/s、1.25Gb/s、2.5Gb/s、10Gb/s、25、50、100 Gb/s、200 Gb/s、400 Gb/s、800 Gb/s。

為了實現更高的速率,通常有以下3種解決方案:

傳輸距離

在光通訊領域,更快更遠一直是通訊人的不懈追求。

光模組傳輸距離,前期主要有SR(100 m)、LR(10 km)、ER(40 km)、ZR(80 km)幾種,隨著資料中心網路的建設,為了更具價效比的佈線,又進一步衍生出了DR(500 m)、FR(2 km)兩種傳輸距離。常見的光模組傳輸距離如下:

速率越高傳輸的距離越短。如果距離超過了上述極限,可以使用EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier,摻鉺光纖放大器)等光纖放大器放大微弱的光訊號,使其傳輸更遠;或者使用相干光模組傳輸。當然兩者都不便宜,需要付出額外的成本。

伴隨著5G時代的到來,物聯網的普及,產生的資訊呈爆炸式增長,對整個通訊系統基礎的物理層提出了更高的傳輸效能要求。光模組作為重要的組成部分,必將持續為通訊發展貢獻必要的力量!

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