光收發(fā)模塊,什么是光收發(fā)模塊

光收發(fā)模塊,什么是光收發(fā)模塊

通信網(wǎng)干線傳輸容量的不斷擴(kuò)大及速率的不斷提高使得光纖通信成為現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)的主要傳輸手段，在現(xiàn)在的光通信網(wǎng)絡(luò)中，如廣域網(wǎng)(WAN)、城域網(wǎng)(MAN)、局域網(wǎng)(LAN)所需要的作為核心光電子器件之一的光收發(fā)模塊的種類(lèi)越來(lái)越多，要求也越來(lái)越高，復(fù)雜程度也以驚人的速度發(fā)展。光收發(fā)模塊的急劇增加導(dǎo)致了多樣性，需要不斷發(fā)展相關(guān)技術(shù)滿(mǎn)足這樣應(yīng)用需求。下面就其發(fā)展方向進(jìn)行分析。

1.發(fā)展的方向之一：小型化

光收發(fā)模塊作為光纖接入網(wǎng)的核心器件推動(dòng)了干線光傳輸系統(tǒng)向低成本方向發(fā)展，使得光網(wǎng)絡(luò)的配置更加完備合理。光收發(fā)模塊由光電子器件、功能電路和光接口等結(jié)構(gòu)件組成，光電子器件包括發(fā)射和接收兩部分，發(fā)射部分包括LED、VCSEL、FP LD、DFB LD等幾種光源；接收部分包括PIN型和APD型兩種光探測(cè)器。

目前的光通信市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，通信設(shè)備要求的體積越來(lái)越小，接口板包含的接口密度越來(lái)越高。傳統(tǒng)的激光器和探測(cè)器分離的光模塊，已經(jīng)很難適應(yīng)現(xiàn)代通信設(shè)備的要求。為了適應(yīng)通信設(shè)備對(duì)光器件的要求，光模塊正向高度集成的小封裝發(fā)展。高度集成的光電模塊使用戶(hù)無(wú)須處理高速模擬光電信號(hào)，縮短研發(fā)和生產(chǎn)周期，減少元?dú)饧少?gòu)種類(lèi)，減少生產(chǎn)成本，因此也越來(lái)越受到設(shè)備制造商的青睞。

目前光收發(fā)模塊中的光電器件的封裝由較大尺寸的雙列直插形式為主發(fā)展為以同軸封裝形式為主；光接口等結(jié)構(gòu)件從ST、FC發(fā)展到SC及更小尺寸的LC、MT-RJ型連接口形式，相應(yīng)的光收發(fā)模塊的封裝形式也從金屬封裝發(fā)展到塑料封裝，由單接口的分離模塊發(fā)展到雙接口的收發(fā)一體模塊。管腳排列及封裝由雙列直插20腳、16腳分離模塊發(fā)展到單排9腳(1X9)、雙排9腳(2X9)以及今后的雙排10腳和雙排20腳的收發(fā)一體模塊。SFF（Small Form Factor）小封裝光模塊采用了先進(jìn)的精密光學(xué)及電路集成工藝，尺寸只有普通雙工SC（1X9）型光纖收發(fā)模塊的一半，在同樣空間可以增加一倍的光端口數(shù)，可以增加線路端口密度，降低每端口的系統(tǒng)成本。又由于SFF小封裝模塊采用了與銅線網(wǎng)絡(luò)類(lèi)似的MT-RJ接口，大小與常見(jiàn)的電腦網(wǎng)絡(luò)銅線接口相同，有利于現(xiàn)有以銅纜為主的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備過(guò)渡到更高速率的光纖網(wǎng)絡(luò)以滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)帶寬需求的急劇增長(zhǎng)。

小封裝光收發(fā)模塊以其外觀封裝體積小的優(yōu)勢(shì)，使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的光纖接口數(shù)目增加了一倍，單端口速率達(dá)到吉比特量級(jí)，能夠滿(mǎn)足INTERNET時(shí)代網(wǎng)絡(luò)帶寬需求的快速增長(zhǎng)。可以說(shuō)小封裝光收發(fā)模塊技術(shù)代表了新一代光通信器件的發(fā)展趨勢(shì)，是下一代高速網(wǎng)絡(luò)的基石。國(guó)外各大光模塊供應(yīng)商已生產(chǎn)了各種用于不同速率和距離的小封裝光模塊，國(guó)內(nèi)一些光器件供應(yīng)商（像上海大亞光電）也開(kāi)始研發(fā)和生產(chǎn)各速率SFF小封裝光模塊。

2.發(fā)展的方向之二：低成本、低功耗

通信設(shè)備的體積越來(lái)越小，接口板包含的接口密度越來(lái)越高，要求光電器件向低成本、低功耗的方向發(fā)展。

目前光器件一般均采用混合集成工藝和氣密封裝工藝，下一步的發(fā)展將是非氣密的封裝，需要依靠無(wú)源光耦合(非X-Y-Z方向的調(diào)整)等技術(shù)進(jìn)一步提高自動(dòng)化生產(chǎn)程度，降低成本。隨著光收發(fā)模塊市場(chǎng)需求的迅速增長(zhǎng)，功能電路部分專(zhuān)用集成電路的供應(yīng)商也逐漸增多，供應(yīng)商在規(guī)?；?、系列化方面的積極投資使得此類(lèi)IC的性能越來(lái)越完善，成本也越來(lái)越低，從而縮短了光收發(fā)模塊的開(kāi)發(fā)周期，降低了成本。尤其是處理高速、小信號(hào)、高增益的前置放大器采用的是GaAs工藝和技術(shù)，SiGe技術(shù)的發(fā)展，使得這類(lèi)芯片的成品率及制造成本得到很好的控制，同時(shí)可進(jìn)一步降低功耗。另外采用非制冷激光器也進(jìn)一步降低了光模塊的制造成本。目前的小封裝光模塊也都采用低電壓3.3v供電，保證了端口的增加不會(huì)提高系統(tǒng)的功耗。

3.發(fā)展的方向之三：高速率

人們對(duì)信息量要求越來(lái)越多，對(duì)信息傳遞速率要求越來(lái)越快，作為現(xiàn)代信息交換、處理和傳輸主要支柱的光通信網(wǎng)，一直不斷向超高頻、超高速和超大容量發(fā)展，傳輸速率越高、容量越大，傳送每個(gè)信息的成本就越來(lái)越小。長(zhǎng)途大容量方面當(dāng)前的熱點(diǎn)是10 Gbit/s 和40Gbit/s，據(jù)ElectroniCast最新的市場(chǎng)研究，10 Gbit/s數(shù)據(jù)通信收發(fā)模塊的全球總消費(fèi)量將從2001年的1.57億美元增長(zhǎng)到2010年的90億美元。2001年早期使用10 Gbit/s數(shù)據(jù)通信收發(fā)器的數(shù)量不到10萬(wàn)個(gè)，但到2003年，10 Gbit/s數(shù)據(jù)通信收發(fā)模塊將增加到200萬(wàn)個(gè)。在接下來(lái)的幾年內(nèi)仍將會(huì)猛烈增長(zhǎng)，2005年將會(huì)達(dá)到700萬(wàn)個(gè)。在整個(gè)消費(fèi)領(lǐng)域，繼10-gigabit 光纖通道之后，10-gigabit以太網(wǎng)將會(huì)有強(qiáng)烈的影響。目前SDH單通道光系統(tǒng)正向40Gbit/s沖擊。高速系統(tǒng)和器件方面,很多公司今年推出了40Gbit/s系統(tǒng)。40Gbit/s方面目前的重點(diǎn)產(chǎn)品技術(shù)是：大功率波長(zhǎng)可調(diào)/固定激光器、 40G調(diào)制器（Inp EAM、LiNbO3EOM、Polymer EOM）、高速電路（InP、GeSi材料）、波長(zhǎng)鎖定器、低色散濾波器、動(dòng)態(tài)均衡器、喇曼放大器、低色散開(kāi)關(guān)、40Gbit/sPD（PIN、APD）、可調(diào)色散補(bǔ)償器組件（TU-DCM），前向糾誤（FEC）等。

從現(xiàn)階段電路技術(shù)來(lái)說(shuō)，40Gbit/s已接近“電子瓶頸”的極限。速率再高，引起的信號(hào)損耗、功率耗散、電磁輻射（干擾）和阻抗匹配等問(wèn)題難以解決，即使解決，則要花費(fèi)非常大的代價(jià)。

4.發(fā)展的方向之四：遠(yuǎn)距離

光收發(fā)模塊的另一個(gè)發(fā)展方向是遠(yuǎn)距離。如今的光網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)距離越來(lái)越遠(yuǎn)，這要求遠(yuǎn)程收發(fā)器來(lái)與之匹配。典型的遠(yuǎn)程收發(fā)器信號(hào)在未經(jīng)放大的條件下至少能傳輸100公里，其目的主要是省掉昂貴的光放大器，降低光通訊的成本?；趥鬏斁嚯x上的考慮，很多遠(yuǎn)程收發(fā)器都選擇了1550波段(波長(zhǎng)范圍約為1530到1565nm)作為工作波段，因?yàn)楣獠ㄔ谠摲秶鷥?nèi)傳輸時(shí)損耗最小，而且可用的光放大器都是工作在該波段。

5.發(fā)展的方向之五：熱插拔

未來(lái)的光模塊必須支持熱插拔，即無(wú)需切斷電源，模塊即可以與設(shè)備連接或斷開(kāi)，由于光模塊是熱插拔式的，網(wǎng)絡(luò)管理人員無(wú)需關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)就可升級(jí)和擴(kuò)展系統(tǒng)，對(duì)在線用戶(hù)不會(huì)造成什么影響。熱插拔性也簡(jiǎn)化了總的維護(hù)工作，并使得最終用戶(hù)能夠更好地管理他們的收發(fā)模塊。同時(shí)，由于這種熱交換性能，該模塊可使網(wǎng)絡(luò)管理人員能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)升級(jí)要求，對(duì)收發(fā)成本、鏈路距離以及所有的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行總體規(guī)劃，而無(wú)需對(duì)系統(tǒng)板進(jìn)行全部替換。支持這熱插拔的光模塊目前有GBIC和SFP（Small Form pluggable），由于SFP與SFF的外型大小差不多，它可以直接插在電路板上，在封裝上較省空間與時(shí)間，且應(yīng)用面相當(dāng)廣，因此，其未來(lái)發(fā)展很值得期待，甚至有可能威脅到SFF的市場(chǎng)。