长：1897 宽：105 高：1052
武汉光模块生产商，价格美丽，直接联系，降低沟通成本，双赢，你想要的都有光模块是一种高性能、紧凑型、热插拔的光电转换器件，广泛应用于各种网络设备，如交换机、路由器、服务器和存储区域网络（SAN）中，用于实现电光/光电转换，从而实现数据在光纤和铜缆之间的传输。SFP光模块因其体积小、功耗低、通用性强等特点，成为现代数据中心、局域网（LAN）和广域网（WAN）中bukehuoque的组成部分。
SFP光模块的工作原理
当SFP光模块插入网络设备的SFP端口中时，它可以自动检测并适应设备的传输速率和模式。模块内部的光电转换芯片负责将电信号转化为光信号，或将接收到的光信号还原为电信号，进而实现数据在光纤和网络设备之间的传输。这一过程涉及编码、调制、解码和解调等一系列复杂的技术操作，确保了数据传输的高效性和准确性。
特点与优势
标准化设计：SFP光模块遵循MSA（Multi-SourceAgreement）规范，这意味着它们可以在不同厂商生产的设备中互换使用，大大增加了灵活性和互操作性。
热插拔功能：无需关闭网络设备电源即可随时插入或移除SFP模块，方便快捷地进行配置更改和故障排查，降低了停机时间和维护成本。
紧凑尺寸：相较于早期的GBIC模块，SFP模块的体积更小，有助于提高设备的端口密度，节省宝贵的机架空间。
多种传输距离：根据不同的应用场景，SFP光模块可以支持从几米到数百公里不等的传输距离，涵盖短距、中距和长距等各种光纤通信需求。
广泛的接口类型：SFP模块支持多种接口标准，包括单模光纤、多模光纤、铜缆等，满足多样化的连接需求。
应用领域
数据中心内部连接：用于服务器、交换机和存储设备之间的高速数据传输。
局域网和城域网：在企业园区、学校、医院等局域网环境下搭建高速光纤网络。
广域网通信：实现城市间、国家间的数据中心互联，支撑长途通信和互联网服务。
电信基础设施：为固定电话、宽带接入、移动基站等电信服务提供可靠的网络支持。
1、光模块应用场景
光模块是实现光信号传输的关键组件，作用就是完成电信号到光信号的转换(电转光，光转电)。
光模块的典型应用场景
光模块主要完成物理层中的PMD功能：光电/电光转换(PMA：串行/解串，serdes；PCS：编码/解码，64b/66b编码)
2、光模块的命名
100G Base-LR4：速率100Gbps，4路1310nm波长的信号进行传输，Zui大传输距离10km，编码机制：64b/66b；
光模块命名
3、光模块的组件
3.1、光发射和光接收组件(TOSA/ROSA)
TOSA主要包含光源、调制器等，用于实现发送电信号到光信号的转换和耦合;
ROSA主要包含把输人光信号转换为电信号的光电二极管(PD)、把光电二极管检测到的电流信号转换为电压信号的跨阻放大器(TransimpedanceAmplifier,TIA)、驱动电路等。
根据不同的应用，TOSA和ROSA内部还可能包括用于多路波长复用的Mux或De-MUX器件及用于光纤耦合的透镜等器件。
光模块内部的电芯片主要用于接收主机发送给光模块的电信号，并经放大后驱动光源；或者接收光电二极管和跨阻放大器输出的电信号，并经放大驱动后发送给主机。
根据不同的应用场合，电芯片还可能包含用于补偿电通道serdes传输损耗的均衡器、用于恢复时钟并减小链路抖动的时钟恢复电路(CDR)，甚至做复杂信号编码和处理的DSP模块等。
光模块内部结构
3.2、光源
3.2.1、LED：发光二极管，制造成本低且非常可靠,驱动电路比较简单,特性受温度影响小,发射功率和驱动电流基本呈现比较好的线性关系。LED光源的波束比较发散(和光纤的耦合效率低,或者需要专门的透镜进行耦合,不适合芯径较小的单模光纤应用)，只应用于一些低速(<100Mbps)、短距离(<100m)的通信场合。
半导体光源
3.2.2、VCSEL：采用垂直腔设计的半导体激光源，可以认为它结合了LED光源简单可靠以及激光器光束窄、纯净度好的优点。这种激光的谐振腔垂直于半导体的晶圆,从芯片的顶部表面发出光。
成本低,、耦合容易，光束比LED窄，比较容易耦合到光纤中、调制简单，VCSEL的谐振腔很短，当激光器关闭后很快就没有光了，能以比较高的速率进行直接调制。
目前能够商用的用于通信的VCSEL激光器主要工作在750~980nm波长附近，在光通信中主要是配合多模光纤应用于500m以下的传输场合。
3.2.3、FB、DFB激光器
FB激光器:FB激光器是一种半导体激光器,用激光二极管(LaserDiode,LD)作为光源，由两块内表面具有高反射率的平行玻璃板构成法布里-珀罗谐振腔。由于谱线宽度较宽，FB激光器不能应用于DWDM系统(典型信道间隔为0.4nm或0.8nm)，在CWDM系统中的应用也不太普遍(典型信道间隔为5nm或20nm)。
DFB激光器：为了改善FB激光器的光谱特性，一种常用的方法是在谐振腔内刻上衍射光栅，以衰减掉不需要的频率成分,这种激光器就是DFB(Distributed FeedbackLaser,分布反馈式)激光器。DFB激光器的谱宽、方向性、功率、调制带宽都非常适合高速信号的远距离传输，生产成本也比较高，是远距离光传输(>10km)的主流激光器技术。在O波段、C波段、L波段的波长窗口附近都有可用的DFB激光器,是目前25Gbps及以上速率的高速光通信中Zui普遍使用的单模激光器光源。
采用激光器作为光源的缺点主要是设计和生产制造成本比较高。其激光器的波长和功率对于温度比较敏感，必须有相应的温度反馈或者控制电路，以提高其波长和功率的稳定性，在生产阶段也需要对其波长和功率进行校正。
激光器的输出光功率与输入电信号间并不是完全线性的(电流超过一定阈值后光功率突然增大)。非线性对于广泛使用的2电平数字调制(NRZ)信号问题不是太大,但不太适合现在200G/400G通信中的4电平数字调制(PAM-4)。如果需要线性的输出关系，通常需要选择激光器线性度比较好的工作区域并使用线性放大器(Linear Amplifier)，或者采用额外的外部调制器进行信号调制(外调制)。
光源比较
3.3、光调制器
3.3.1、DML(Directly ModulatedLaser,直接调制激光器)
通过改变DFB激光器驱动电流来对光强度进行调制。DML的调制实现方式简单,成本也比较低，这种调制方式的调制带宽会受限于激光器自身的弛豫振荡(激光在打开建立稳定的光功率输出前会有功率的振荡)，这就制约了其能支持的Zui高数据速率；DML目前主要用于速率30Gbps以下、传输距离小于10km的应用场合。
3.3.2、EML(Electro-absorptionModulated Laser,电吸收调制激光器)
为了提高调制速率和调制质量,可以通过外部调制器对光信号进行调制。EML是在DFB光源基础上增加了一个外部的EAM(Electro-absorptionModulator,电吸收调制器)。对于一些更高性能的场合,还会使用MZM(Mach-ZehnderModulator,马赫-曾德调制器)，简称 MZ调制器。
集成DFB和EAM的EML器件
以EAM调制器为例，此时激光的光源一直工作在打开状态,其工作电流和输出功率是稳定的。电调制信号通过控制EAM上的电压，进而改变对光的吸收比例来实现对光信号功率的调制，这样避免了弛豫振荡和波长漂移的影响。只要EAM器件的调制带宽、线性度、消光比等性能可以提升,就可以提供比较高的调制质量。EML激光器的调制带宽可以做到30GHz以上，波长稳定度很高，常用于10km以上高速率信号的光传输场合。EML激光器由于增加了EAM器件,其实现成本比较高。
3.3.3、MZ调制器(Mach-ZehnderModulator,马赫-曾德调制器)
对于更高速率(比如>50GBaud)或者更远传输距离(>40km)的应用中，还可能会用到MZ调制器。MZ调制器通常用铌酸锂(LiNbO)材料制成，MZ调制器的成本较高，温度和偏置控制复杂,主要用于需要高性能调制信号的场合。
3.4、光探测器
在光通信系统的接收一侧,需要把光信号转换为电信号进行恢复和处理,其中实现光信号到电信号转换Zui关键的器件就是光电探测器(Photodetector,PD)，光电探测器通常是一个反向偏置的光电二极管(Photodiode)。
3.4.1、PN(Positive-Negative)
Zui简单的光电二极管就是一个PN结,在特定的偏置电压情况下,流过PN结的电流会随着照射到PN结上光照强度的变化而变化,这样就实现了光信号到电信号的转换。
光电二极管电流与偏置电压关系
PN结反向偏置情况下，电流随光强的变化更加明显也更加线性，用于光探测的光电二极管一般都工作在反向偏置电压条件下。当光照强度增加时，因本征激发产生的少数载流子浓度增多，光电二极管的反向电流随光照的增加而上升，从而实现光信号到电信号的转化。
3.4.2、PIN(Positive-Intrinsic-Negative)
普通PN结二极管的P型半导体区和N型半导体区之间加入一个宽的、未掺杂的本征(intrinsic)半导体区,得名PIN。
3.4.3、APD(Avalanche PhotoDiodes,雪崩二极管)
APD器件通常由Si(针对可见光波长或近红外)、Ge(针对红外波长)、InGaAs(红外波长,低噪声)等材料制成，与PIN相比，APD工作在更高的反向偏置电压，并且对温度非常敏感,会需要专门的高压电路以及温度特性修正电路；雪崩效应也意味着其输出是非线性的，在对线性度要求高的场合还需要进行非线性修正。
PIN & APD光电探测器结构
3.4.4、TIA(transimpedanceamplifier,跨阻放大器)
PIN是把输入的光信号转换为电流信号，在0dBm的输入光强度下，典型PIN的输出电流在几百μA。为了把电流信号转换为更方便处理的电压信号，通常会在PIN 探测器的后面连接跨阻放大器，跨阻放大器是一个电流量到电压量转换的低噪声放大器，其跨接电阻R通常为1k~5k。调整跨阻放大器的跨接电阻大小可以调节电流到电压量的转换增益，但增益过大也会增加检测系统的噪声。
PIN配合TIA用于光电探测
4、光模块封装
单独的光芯片或者电芯片是无法直接使用的,通常会把一组实现特定功能的光芯片和电芯片组装在PCB的基板上,配合透镜、光栅、光纤等光路,Zui后再加上相应的保护外壳,就做成了光模块(Optical TransceiverModule),这个组装过程就是光模块的封装(Packaging)。
光模块封装
根据不同的速率和应用场合,光模块会加工制造成不同封装形式(Form-factor)使用,具体的封装形式取决于尺寸、电口标准、功耗等要求。现在使用更多的是SFP、SFP+、SFP28、QSFP+、QSFP28、QSFP-DD、OSFP、CFP2、CFP4等,还有一些新型封装如SFP-DD、DSFP、SFP-112、QSFP-DD800等出现。
4.1、SFP(Small Form-factorPluggable,小型可插拔)
Zui高支持到4.25Gbps数据速率,是早期GBIC封装的升级版本,它具备了GBIC的热插拔特性,但其体积仅为GBIC模块的1/2,尺寸为56.5mm×13.4mm×8.5mm,大大提高了网络设备的端口密度。目前SFP主要用于4G或以下速率的光模块上(GE光模块/千兆光模块)
4.2、SFP+(Enhanced SmallForm-factor Pluggable,增强型小型可插拔)
10G光模块封装标准，其物理尺寸与SFP一样，都是采用20pin的电连接器，但在保持引脚尽量兼容的情况下增加了对10G模块电口的电气规范、测试点、IC管理接口等的定义。SFP+模块的电口采用收发各一对差分线。目前，SFP+封装形式广泛用于FiberChannel、10G以太网、OTN等10Gbps左右速率的光模块(10GE光模块/万兆光模块)
4.3、SFP28(Small Form-factorPluggable 28)
随着25G以太网技术发展起来的。SFP28在机械尺寸上与SFP与SFP+相同，但通过改进的电口特性可以支持到25~28Gbps的高速信号传输,是目前数据中心服务器做25G接入Zui普遍使用的接口(25G光模块)
4.3、SFP56/SFP-DD/DSFP/SFP-112
为了支持更高的数据速率，SFP28还有速率升级的版本，分别是SFP56、SFP-DD、DSFP、SFP-112等。
随着400G以太网标准中 PAM-4(4-LevelPulse AmplitudeModulation)技术的成熟，IEEE也成立了专门的802.3cd工作组，以利用成熟的PAM-4来简化50G、100G的连接成本。
SFP56的封装尺寸与SFP28完全一样,但通过采用PAM-4的信号调制格式在几乎不增加信号波特率的情况下提升了1倍的信号有效传输速率(NRZ：Non-return-to-zeroCode，不归零编码即2电平编码)。
SFP-DD(Small-form FactorPluggable Double Density) 或 DSFP(Dual Small Form-factorPluggable)是另一种速率升级方式,其高度和宽度与SFP28一样，通过对原来引脚的重新定义额外增加了一组电通道(serdes，TX+/-、RX+/-)以支持50G速率的光模块。
如果2个电通道都采用PAM-4的调制方式,更是可以支持到100G速率。除此以外,Zui新的SFP-112的标准也在制定过程中,其速率相对于SFP56又提升了1倍，单通道的电口速率可以提高到112Gbps。
SFP56与SFP-DD/DSFP光模块内部结构
4.4、QSFP+(Quad SmallForm-factor Pluggable)
支持40G接口传输的光模块。为了在不提高接口波特率的情况下提升端口带宽，IEEE协会在10G以太网的后续接口标准上提出了用4路10G信号传输40G信号的40G以太网标准。QSFP+模块由于增加了更多的高速电口信号(4对差分发送,4对差分接收),电口采用了更宽的38pin连接器,相应模块的尺寸也增加到72.4mm×18.35mm×8.5mm,比SFP+模块更宽也更长一些。
QSFP+的电口引脚定义
4.5、QSFP28(Quad SmallForm-factor Pluggable 28)
封装标准是为了支持100G以太网而发展起来的，可以认为是QSFP+的速率升级版，也是采用4路电信号通道，但数据速率提升到25Gbps或28Gbps,可以支持以太网、FiberChannel、InfiniBand、SAS 等多种协议标准。
QSFP28光模块内部结构
4.6、CFP(C Form-factorpluggable)
封装Zui早由CFP MSA协会发布，用于支持早期的100G光模块(“C”在拉丁字母中代表100)。CFP模块尺寸较大,可以提供和主机间10×10G或者4×25G的电口连接,支持Zui大功耗24W。后来随着芯片技术的发展,又推出了更小封装尺寸和更高性能的CFP2(12W)、CFP4(6W)和CFP8(24W)标准。CFP8封装于2017年推出,是为了支持早期的400G光模块,其可以支持16路25G的NRZ信号以实现400G传输,但逐渐被更小的OSFP和QSFP-DD封装替代。
4.7、OSFP(Octal SmallForm-factor Pluggable)
封装是由OSFPMSA组织推出的400G模块封装标准。这种封装支持8组高速电收发通道,可以提供到400Gbps(8×50GPAM-4)的连接接口。
OSFP的模块有4个3.3V的V电源连接脚,在1.0规范版本中可以支持到15W的功耗，在2.0版本规范中提高到了21W左右，OSFP模块在支持的功耗和散热能力上都比较有优势，也为未来800G模块的应用留下了尺寸和功耗的空间。
4.8、QSFP-DD(Double DensityQSFP,双密度 QSFP封装)
QSFP-DD封装是在QSFP28封装的基础上增加了双倍的PCB电连接引脚，可以支持8个连接到主机的高速电收发通道，由于每个通道通过PAM-4调制可以支持到53~56G的数据速率,总共可以支持400G的连接速率。
QSFP-DD的插槽内可以插入100G的QSFP28封装的模块,已经成为400G光模块的主流封装模式,其典型模块功耗在12W以下。QSFP-DDZui近的升级是QSFP-DD800,通过把电通道的数据速率提高到112G，可以支持800G的光模块。
典型光模块速率