“东数西算”工程已全面启动，提出要在全国建设8个国家算力枢纽节点，规划了10个国家数据中心集群。“东数西算”提出要加快打通东西部间数据直连通道，提高网络传输质量，这意味着数据中心内部，未来需要进一步提高算力和提升数据交换效率，这就需要对光模块进行技术迭代，比如从100G速率提升至200G、400G和800G等。

光模块在数据中心和5G应用中都起到了重要作用。本文将重点讲解光模块的作用及其原理。


光模块是干什么用的？光模块是用于光电转换和电光转换的光器件，由光电子器件、功能电路和光接口等组成。光电子器件包括发射和接收两部分，其中发射端把电信号转换成光信号，通过光纤传送后，接收端再把光信号转换成电信号，所以光模块也被称为光收发一体模块。

光模块的类型及应用光模块按照封装形式来分一共有以下五种常见类型：SFP、SFP+、SFP28、QSFP+和QSFP28，速率分别为百兆/千兆，万兆（10G），25G，40G，100G。其主要的应用范围是以太网、光纤通道、SDH和SONET等，且可以用于光纤收发器、交换机、光纤路由器和光纤网卡等设备上。不同封装类型光模块的传输速率、传输距离和应用范围都有所不同，见下表所示。


光模块的内部结构
光模块主要是由外壳、光器件以及集成电路板三个部分组成。揭开光模块的金属外壳，您会发现内部组件之间相互连接在一起。下面将为您重点介绍光器件。



光器件
光器件是光模块的核心组件。不同类型的光模块，采用的光器件各不相同。
1.常见光模块中的TOSA和ROSA
对于普通的光模块而言，拥有两种光器件，分别为TOSA和ROSA，两者作用相反。
（1）TOSA是什么？
TOSA是指光发射组件，主要的作用是将电信号转化为光信号。由光源（半导体发光二极管或激光二极管）、光学接口、监测光电二极管、金属或塑料外壳以及电气接口组成。但，TOSA组成结构并不是一层不变的，不同传输距离或应用的光模块，TOSA可能存在其他组件，如滤光片。
如今，大多数光模块都是使用的激光二极管（LD）作为光源，与半导体发光二极管（LED）不同的是，激光二极管具备更低的功耗、更高的输出功率和更高的耦合效率。但，目前仍有低速率和短距离传输使用的是半导体发光二极管，因为其成本低、使用寿命长。下图为采用激光二极管的TOSA结构。

（2）ROSA是什么？
ROSA是指光接收组件，主要作用是将从TOSA传输过来的光信号转化为电信号。ROSA由光电二极管、光学接口、金属或塑料外壳及电气接口组成。与TOSA相同的是，ROSA具体的组件取决于光模块的特定功能和应用，它还可能存在放大器之类的其他组件，旨在恢复由于长距离传输而劣化的输入信号。其中，前置放大器将电流信号转化为电压信号，并将其放大为高电压增益，而后置放大器则是将前置放大器输出的信号均衡到适合于输出到后续数字电路的幅度电平。

这样一对ROSA和TOSA组件组合形成光模块的主要元件，用于发送和接收信号。
2.BiDi光模块中的BOSA
BOSA是指光双向收发组件。正如其名，BOSA与BiDi光模块有关。BOSA随着光模块制造技术的发展而产生。由于光模块趋于小尺寸发展，因此光模块在耦合过程中需要集成TOSA和ROSA。BOSA则是将TOSA、ROSA和WDM滤光片集成在一起，利用波分复用技术将两个波长耦合到同一根光纤中传输。

光模块如何选择

传输速率及封装类型

光模块的传输速率从100Mbps至400Gbps不等，通常情况下传输速率是根据链路的数据传输速率而定。然而相同速率的光模块具备不同的封装类型，因此在这种情况下需要考虑到应用设备是什么类型的封装端口，例如，两台10G SFP+交换机的连接应选择10G SFP+光模块，而非10G XFP/X2/XENPAK光模块。

传输距离

不同光模块支持的传输距离是不一样的，考虑到光信号在传输过程中还会存在衰减和色散情况，选择光模块时其传输距离应稍稍大于实际要求的传输距离。

传输模式

光模块主要有三种数据传输方式：单工、半双工和全双工，单工传输只支持一个方向上的数据传输;半双工传输允许两个方向上的数据传输，但是在某一时刻只允许一个方向上的数据传输;全双工传输允许两个方向上的数据同时传输。最好选择支持全双工传输的光模块。

工作温度

光模块根据工作温度的不同划分为商业级光模块和工业级光模块，其中商业级光模块的工作温度是在0℃~70℃之间，工业光模块的工作温在-40℃~85℃之间。在购买时，应结合光模块实际的工作环境温度来选择，如隧道等温差较大的恶劣环境应选择工业级最为合适，一般的室内机房选择商业级即可。因为如果光模块的工作温度超出标准范围，其性能容易受损，严重时将会直接报废。


中国光模块供应商