光模块发展历程和方向提起光模块,我们可以想到很多不同的封装格式,包括常见的1X9, GBIC, SFF, SFP1X9封装的光模块产品最早产生于1999年,采用SC光头,是固定的光模块 产品,通常直接固化在通讯设备的电路板上,作为固定的光模块使用之后, 1X9封装的光模块产品逐渐向着小型化,可热差拔的方向发展光模块产品开始分两个方面发展,一种是热插拔的光模块,就成了 GBIC 一种是小型化,用LC头,直接固化在电路板上,变成了 SFF 2X5,或SFF 2X10"GBIC和SFF光模块产品都曾经取得了广泛的应用GBIC模块,曾经广泛的用于交换机,路由器等网烙产品,老式的Cisio,北电 等厂商的交换,路由产品曾广泛的采用GBIC模块,GBIC模块与1X9封装的模块 相比,优势非常明显,由于其可支持热插拔的特性,使得GBIC产品作为一个独 立的模块,用户可以方便的更新维护光模块,故障定位然而随着网络的不断 发展,GBIC模块的缺点也逐渐显现主要的缺点的个头太大,导致业务板光口 密度较小,板卡上无法容纳足够数量的GBIC,无法适应网络迅猛发展的趋势SFF光模块与光模块产品演进的又一分支,目前广泛应用于EPON系统中。
在EPON系统的ONU侧,清一色的采用了 SFF光模块,ONU侧采用SFF光模块 的主要原因是由于,EPON系统的ONU产品通常放置在用户测,要求固定,而 不是热差拔随着EPON技术的快速发展,SFF的市场也逐渐扩大SFP光模块产品是最晚出现光模块,也是目前应用最广泛的光模块产品SFP光模块继承了 GBIC的热插拔特性,也借鉴了 SFF小型化的优势采用 LC头,其体积仅为GBIC模块的1/2到1/3,极大的增加了网络设备的端口密度, 适应了网络迅猛发展的趋势,因此得到了最广范的应用,目前主要的设备厂 商,无一例外摒弃的GBIC产品,只采用SFP光模块产品由于采用了统一的标 准,各厂家的SFP产品可以兼容,SFP产品可作为一种单独的网络设备采购光模块按照速率来分,以太网应用的100Base (百兆)、1000Base (千 兆)、10GE, SDH 应用的 155M、622M、2."5G> 10G,现在都已得到了广泛的应用,目前正向着40G、100G的速率 演进40G、100G速率的光模块还有待于实用的检验,但10G的光模块现在已 在主干传输上得到了广泛的应用目前10G光模块主要有Xenpak、X2、 "XFP、SFP+这几大类。
Xenpak是光模块产品演进中的重要一步Xenpak体系结构为媒体访问控制 器提供一个XAUI接口串行器/解串器将10 Gbps的有效负载和前向纠错系统开销分配 给接口的4个通道,将每一条线路的信号传输速率降低到3. "125GbpsXenpak与不可热插拔的模块相比很有吸引力,但却不能满足 某些重要市场的需求Xenpak功耗通常为10W,对结构尺寸造成了一定的影 响因为它增加了印制电路板的制造成本并减少了宝贵的走线空间X2也使用Xenpak电气接口,但有少数地方例外X2提供一个4位端口地 址的空间,比Xenpak少一位X2还减少了电源引脚的数目,并使底板和电气接 地公用X2保留了 Xenpak的4个厂商专用的引脚在光技术方面,X2支持 10GbE、OC192同步光纤网、10GFC和其他标准XFP(10Gb小形状系数可插拔模块),它提供一种与Xenpak体系结构及其 4通道接口不同的模块XFP是一种采用一条XFI(10 Gb串行接口)连接的全速 单通道串行模块,可替代Xenpak及其派生产品由于模块中没有串行器/解串 器,XFP体积更小,价格更便宜,功耗也更小SFP+模块比XFP更小,它把用于时钟和数据恢复的电路从芯片中转移到线 卡上。
SFP+模块则通过将CDR和电色散补偿放在了模块外面,而更加压缩了尺 寸和功耗光模块无论怎么发展,它都有自己的发展方向目前光模块主要向着小型 化、低成本、低功耗、高速率、远距离、热插拔这几个方向发展小型化:小型化光收发模块作为光纤接入网的核心器件推动了干线光传输系统向低 成本方向发展,使得光网络的配置更加完备合理光收发模块由光电子器件、 功能电路和光接口等结构件组成,光电子器件包括发射和接收两部分,发射部 分包括LED、VCSEL、FP LD、DFBLD等几种光源;接收部分包括PIN型和APD型两种光探测器目前 的光通信市场竞争越来越激烈,通信设备要求的体积越来越小,接口板包含的 接口密度越来越高传统的激光器和探测器分离的光模块,已经很难适应现代 通信设备的要求为了适应通信设备对光器件的要求,光模块正向高度集成的 小封装发展高度集成的光电模块使用户无须处理高速模拟光电信号,缩短研 发和生产周期,减少元气件采购种类,减少生产成本,因此也越来越受到设备 制造商的青睐目前光收发模块中的光电器件的封装由较大尺寸的双列直插形 式为主发展为以同轴封装形式为主;光接口等结构件从ST、FC发展到SC及更 小尺寸的LC、MT-RJ型连接口形式,相应的光收发模块的封装形式也从金属封装发展 到塑料封装,由单接口的分离模块发展到双接口的收发一体模块。
管脚排列及 封装由双列直插20脚、16脚分离模块发展到单排9脚(1X9)、双排9 W(2X9)以 及今后的双排10脚和双排20脚的收发一体模块SFF(SmallForm Factor)小封 装光模块采用了先进的精密光学及电路集成工艺,尺寸只有普通双工SC(1X9) 型光纤收发模块的一半,在同样空间可以增加一倍的光端口数,可以增加线路 端口密度,降低每端口的系统成本又由于SFF小封装模块采用了与铜线网络类 似的MT-RJ接口,大小与常见的电脑网络铜线接口相同,有利于现有以铜缆为 主的网络设备过渡到更高速率的光纤网络以满足网络带宽需求的急剧增长小 封装光收发模块以其外观封装体积小的优势,使网络设备的光纤接口数目增加 了一倍,单端口速率达到吉比特量级,能够满足INTERNET时代网络带宽需求的 快速增长可以说小封装光收发模块技术代表了新一代光通信器件的发展趋 势,是下一代高速网络的基石国外各大光模块供应商已生产了各种用于不同 速率和距离的小封装光模块,国内一些光器件供应商(像上海大亚光电)也开 始研发和生产各速率SFF小封装光模块低成本、低功耗:低成本、低功耗通信设备的体积越来越小,接口板包含的接口密度越来越 高,要求光电器件向低成本、低功耗的方向发展。
目前光器件一般均采用混合 集成工艺和气密封装工艺,下一步的发展将是非气密的封装,需要依靠无源光 耦合(非X-Y-Z方向的调整)等技术进一步提高自动化生产程度,降低成本随着 光收发模块市场需求的迅速增长,功能电路部分专用集成电路的供应商也逐渐 增多,供应商在规模化、系列化方面的积极投资使得此类IC的性能越来越完 善,成本也越来越低,从而缩短了光收发模块的开发周期,降低了成本尤其 是处理高速、小信号、高增益的前置放大器采用的是GaAs工艺和技术,SiGe技 术的发展,使得这类芯片的成品率及制造成本得到很好的控制,同时可进一步 降低功耗另外采用非制冷激光器也进一步降低了光模块的制造成本目前的 小封装光模块也都采用低电压3."3v供电,保证了端口的增加不会提高系统的功耗高速率:高速率人们对信息量要求越来越多,对信息传递速率要求越来越快,作为 现代信息交换、处理和传输主要支柱的光通信网,一直不断向超高频、超高速 和超大容量发展,传输速率越高、容量越大,传送每个信息的成本就越来越 小长途大容量方面当前的热点是10 Gbit/s和40Gbit/s,据ElectroniCast最新 的市场研究,10 Gbit/s数据通信收发模块的全球总消费量将从2001年的1."57亿美元增长到2010年的90亿美元。
2001年早期使用10Gbit/s数据通 信收发器的数量不到10万个,但到2003年,10 Gbit/s数据通信收发模块将增 加到200万个在接下来的几年内仍将会猛烈增长,2005年将会达到700万 个在整个消费领域,继10-gigabit光纤通道之后,10-gigabit以太网将会有强 烈的影响目前SDH单通道光系统正向40Gbit/s冲击高速系统和器件方面,很 多公司今年推出了 40Gbit/s系统40Gbit/s方面目前的重点产品技术是:大功率波长可调/固定激光器、40G调制器(InpEAM、LiNbO3EOM、Polymer EOM)、高速电路(InP、GeSi材料)、波长锁定器、低色散滤波器、 动态均衡器、喇曼放大器、低色散开关、40Gbit/sPD(PIN、APD)、可调色散补 偿器组件(TU-DCM),前向纠误(FEC)等从现阶段电路技术来说,40Gbit/s 已接近"电子瓶颈〃的极限速率再高,引起的信号损耗、功率耗散、电磁辐射(干扰)和阻抗匹配等问题 难以解决,即使解决,则要花费非常大的代价远距离:远距离光收发模块的另一个发展方向是远距离如今的光网络铺设距离越 来越远,这要求远程收发器来与之匹配。
典型的远程收发器信号在未经放大的 条件下至少能传输100公里,其目的主要是省掉昂贵的光放大器,降低光通讯 的成本基于传输距离上的考虑,很多远程收发器都选择了 1550波段(波长范 围约为1530到1565nm)作为工作波段,因为光波在该范围内传输时损耗最小, 而且可用的光放大器都是工作在该波段热插拔:热插拔未来的光模块必须支持热插拔,即无需切断电源,模块即可以与设 备连接或断开,由于光模块是热插拔式的,网络管理人员无需关闭网络就可升 级和扩展系统,对用户不会造成什么影响热插拔性也简化了总的维护工 作,并使得最终用户能够更好地管理他们的收发模块同时,由于这种热交换 性能,该模块可使网络管理人员能够根据网络升级要求,对收发成本、链路距 离以及所有的网络拓扑进行总体规划,而无需对系统板进行全部替换支持这 热插拔的光模块目前有GBIC和SFP(Small Form pluggable),由于SFP与SFF的 外型大小差不多,它可以直接插在电路板上,在封装上较省空间与时间,且应 用面相当广,因此,其未来发展很值得期待,甚至有可能威胁到SFF的市场随着技术的不断进步以及通信人不断地探索,未来的光通信一定会不断地 给人们带来惊喜!。