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  • 武漢華通鑫達科技有限公司

    光模塊發展方向

    小型化光收發模塊作為光纖接入網的核心器件推動了干線光傳輸系統向低成本方向發展,使得光網絡的配置更加完備合理。

     

    光收發模塊由光電子器件、功能電路和光接口等結構件組成,光電子器件包括發射和接收兩部分,發射部分包括LED、VCSEL、FPLD、DFBLD等幾種光源;接收部分包括PIN型和APD型兩種光探測器。

    類型

    工作波長(nm)

    特點

    LED 【Light Emitting Diodes】

    發光二極管

    850

    低成本,性能一般,只能用于100M左右低速傳輸

    FP 【Fabry-Perot Laser】

    法布里-珀羅激光

    1310

    通用,性能尚可,可用于中距離高速傳輸

    DFB 【Distribution-Feedback Laser】

    分布反饋激光

    1550

    成本較高,能提供較高功率,用于長途傳輸

    VCSEL【Verical Cavity Suface Emitting Laser】

    垂直共振腔表面放射激光

    850

    生產成本低,短距離傳輸,可用于高速

    EML【Electro-Absorption Modulator with Laser】

    激光吸收調制器

    1310

    成本很高,且需要提供較高的電壓,但可傳輸100KM以上的距離

    MZ 【Mach-Zender Modulator】

    馬赫曾德爾調制器

    1550

    使用很少,工藝復雜

     

    目前的光通信市場競爭越來越激烈,通信設備要求的體積越來越小,接口密度越來越高。傳統的激光器和探測器分離的光模塊,已經很難適應現代通信設備的要求。為了適應通信設備對光器件的要求,光模塊正向高度集成的小封裝發展。高度集成的光電模塊使用戶無須處理高速模擬光電信號,縮短研發和生產周期,減少元氣件采購種類,減少生產成本,因此也越來越受到設備制造商的青睞。

     

    目前光收發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展為以同軸封裝形式為主;光接口等結構件從ST、FC發展到SC及更小尺寸的LC、MT-RJ型連接口形式,相應的光收發模塊的封裝形式也從金屬封裝發展到塑料封裝,由單接口的分離模塊發展到雙接口的收發一體模塊。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腳的收發一體模塊。SFF(Small Form Factor)小封裝光模塊采用了先進的精密光學及電路集成工藝,尺寸只有普通雙工SC(1X9)型光纖收發模塊的一半,在同樣空間可以增加一倍的光端口數,可以增加線路端口密度,降低每端口的系統成本。又由于SFF小封裝模塊采用了與銅線網絡類似的MT-RJ接口,大小與常見的電腦網絡銅線接口相同,有利于現有以銅纜為主的網絡設備過渡到更高速率的光纖網絡以滿足網絡帶寬需求的急劇增長。

     

    小封裝光收發模塊以其外觀封裝體積小的優勢,使網絡設備的光纖接口數目增加了一倍,單端口速率達到吉比特量級,能夠滿足INTERNET時代網絡帶寬需求的快速增長。可以說小封裝光收發模塊技術代表了新一代光通信器件的發展趨勢,是下一代高速網絡的基石。國外各大光模塊供應商已生產了各種用于不同速率和距離的小封裝光模塊,國內一些光器件供應商也開始研發和生產各速率SFF小封裝光模塊。

     

    2.發展的方向之二:低成本、低功耗

     

    通信設備的體積越來越小,接口密度越來越高,要求光電器件向低成本、低功耗的方向發展。目前光器件一般均采用混合集成工藝和氣密封裝工藝,下一步的發展將是非氣密的封裝,需要依靠無源光耦合(非X-Y-Z方向的調整)等技術進一步提高自動化生產程度,降低成本。隨著光收發模塊市場需求的迅速增長,功能電路部分專用集成電路的供應商也逐漸增多,供應商在規模化、系列化方面的積極投資使得此類IC的性能越來越完善,成本也越來越低,從而縮短了光收發模塊的開發周期,降低了成本。尤其是處理高速、小信號、高增益的前置放大器采用的是GaAs工藝和技術,SiGe技術的發展,使得這類芯片的成品率及制造成本得到很好的控制,同時可進一步降低功耗。另外采用非制冷激光器也進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提高系統的功耗。

     

    3.發展的方向之三:高速率

     

    人們對信息量要求越來越多,對信息傳遞速率要求越來越快,作為現代信息交換、處理和傳輸主要支柱的光通信網,一直不斷向超高頻、超高速和超大容量發展,傳輸速率越高、容量越大,傳送每個信息的成本就越來越小。長途大容量方面當前的熱點是10Gbps和40Gbps,據ElectroniCast最新的市場研究,10Gbps數據通信收發模塊的全球總消費量將從2001年的1.57億美元增長到2010年的90億美元。2001年早期使用10Gbps數據通信收發器的數量不到10萬個,但到2003年,10Gbps數據通信收發模塊將增加到200萬個。在接下來的幾年內仍將會猛烈增長,2005年將會達到700萬個。在整個消費領域,繼10-gigabit光纖通道之后,10-gigabit以太網將會有強烈的影響。目前SDH單通道光系統正向40Gbps沖擊。高速系統和器件方面,很多公司今年推出了40Gbps系統。40Gbps方面目前重點產品技術是:大功率波長可調/固定激光器、40G調制器(InpEAM、LiNbO3EOM、PolymerEOM)、高速電路(InP、GeSi材料)、波長鎖定器、低色散濾波器、動態均衡器、喇曼放大器、低色散開關、40GbpsPD(PIN、APD)、可調色散補償器組件(TU-DCM),前向糾誤(FEC)等。

     

    從現階段電路技術來說,40Gbit/s已接近“電子瓶頸”的極限。速率再高,引起的信號損耗、功率耗散、電磁輻射(干擾)和阻抗匹配等問題難以解決,即使解決,則要花費非常大的代價。

     

    4.發展的方向之四:遠距離

     

    光收發模塊的另一個發展方向是遠距離。如今的光網絡鋪設距離越來越遠,這要求遠程收發器來與之匹配。典型的遠程收發器信號在未經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。基于傳輸距離上的考慮,很多遠程收發器都選擇了1550波段(波長范圍約為1530到1565nm)作為工作波段,因為光波在該范圍內傳輸時損耗最小,而且可用的光放大器都是工作在該波段。

     

    5.發展的方向之五:熱插拔

     

    未來的光模塊必須支持熱插拔,即無需切斷電源,模塊即可以與設備連接或斷開,由于光模塊是熱插拔式的,網絡管理人員無需關閉網絡就可升級和擴展系統,對在線用戶不會造成什么影響。熱插拔性也簡化了總的維護工作,并使得最終用戶能夠更好地管理他們的收發模塊。同時,由于這種熱交換性能,該模塊可使網絡管理人員能夠根據網絡升級要求,對收發成本、鏈路距離以及所有的網絡拓撲進行總體規劃,而無需對系統板進行全部替換。支持這熱插拔的光模塊目前有GBIC和SFP(SmallFormpluggable),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間,且應用面相當廣,因此,其未來發展很值得期待,甚至有可能威脅到SFF的市場。


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