Optischer Transceiver: Eine Kernkomponente zur Informationsübertragung

In einer Zeit der schnellen Fortschritte in der Informationstechnologie stützen sich die Dienste, auf die wir uns verlassen, wie das Internet, Cloud Computing und Big Data, alle auf eine entscheidende elektronische Komponente: den optischen Transceiver. Eine integrierte Optischer Transceiver Es führt die entscheidende Aufgabe aus, elektrische Signale in optische Signale in faseroptischen Kommunikationssystemen umzuwandeln. Ohne optische Transceivers wären elektrische Signale unmöglich über große Entfernungen und hohe Geschwindigkeiten durch optische Fasern, und moderne Kommunikationsnetzwerke wären unmöglich.

Optoelektronische Umwandlung: Wie optische Transceiver funktionieren
Die Kernfunktion eines optischen Transceivers liegt in seinem bidirektionalen Umwandlungsmechanismus: optische zu elektrische Umwandlung am Sendeend und am Empfangsende elektrisch-optische Umwandlung.

Um Signale zu übertragen, erhält ein optischer Transceiver elektrische Signale von Netzwerkgeräten (wie Schalter oder Routern). Diese elektrischen Signale durchlaufen einen internen Treiber -IC, der einen Halbleiterlaser genau steuert. Der Laser schaltet sich schnell mit einer extrem hohen Frequenz ein und aus, basierend auf den digitalen Informationen im elektrischen Signal und wandelt die "0" und "1" -Signale im elektrischen Signal in leichte Impulse unterschiedlicher Intensitäten um. Diese leichten Impulse werden dann fokussiert und zur Fernübertragung in die optische Faser gekoppelt. Dieser Prozess wandelt elektrische Signale in optische Signale um.

Während des Signalempfangs empfängt ein optisches Modul optische Signale, die von einer optischen Faser übertragen werden. Diese schwachen leichten Impulse werden durch einen internen Fotodetektor nachgewiesen, typischerweise eine Pin -Fotodiode oder eine APD -Photodiode (Lawinen -Fotodiode). Seine Funktion besteht darin, das optische Signal in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Dieses elektrische Signal wird dann durch einen Transsimpedanzverstärker (TIA) verstärkt und durch einen limitierenden Verstärker (LA) geformt, wodurch es in ein digitales Signal restauriert wird, das mit dem ursprünglichen Signal für die Übertragung auf nachgeschaltete Netzwerkgeräte übereinstimmt. Dieser Vorgang vervollständigt die Umwandlung des optischen Signals in ein elektrisches Signal.

Leistungsaufstieg: Von niedriger Geschwindigkeit bis zu Ultrahohengeschwindigkeit
Die technologische Entwicklung optischer Module ist eine Geschichte von kontinuierlichem Streben nach höheren Geschwindigkeiten, längeren Strecken und geringeren Stromverbrauch.

Frühe optische Module hatten niedrige Datenraten und wurden hauptsächlich in Kommunikationsszenarien mit geringem Bandbreiten verwendet. Mit der weit verbreiteten Einführung des Internets und dem Anstieg des Datenverkehrs wurden höhere Anforderungen an die Geschwindigkeit und Leistung von optischen Modulen gestellt. Technologische Innovationen spiegeln sich hauptsächlich in den folgenden Bereichen wider:

Modulationstechnologie: Um die Übertragungsgeschwindigkeiten ohne Erhöhung der Baud-Raten zu erhöhen, haben sich optische Module von der herkömmlichen Modulation ohne Rendite-zu-Null (NRZ) bis zur Vierstufe-Impulamplitudenmodulation (PAM4) entwickelt. Die PAM4-Modulation kann zwei Informationsbits pro Taktzyklus übertragen, wodurch die Übertragungsrate im Vergleich zu NRZ verdoppelt und zur Mainstream-Technologie für optische Hochgeschwindigkeitsmodule wird.

Optische Kernkomponenten: Um höhere Geschwindigkeiten und längere Entfernungen zu unterstützen, werden die Laser und Fotodetektoren in optischen Modulen kontinuierlich verbessert. Beispielsweise werden elektroabsorptionsmodulierte Laser (EMLs) verwendet, um Hochgeschwindigkeitsanforderungen zu erfüllen, während Lawinenfotodioden (APDs) verwendet werden, um die Empfindlichkeitsempfindlichkeit zu verbessern und die Übertragung von längeren Strecken zu ermöglichen.

Kohärente optische Kommunikation: Für die Übertragung von Ultra-Langstationen und Backbone-Netzwerk mit hoher Kapazität verwenden optische Module die kohärente optische Kommunikationstechnologie. Diese Technologie moduliert Informationen anhand mehrerer Lichtdimensionen wie Amplituden, Phase und Polarisation und verwendet die DSP -Chips (Digital Signal Processing) für eine komplexe Demodulation, wodurch die Übertragungsabstand und -kapazität erheblich zunimmt.

Paketformular: Verschiedene Anwendungsanpassungsfähigkeit
Optische Module haben mehr als einen Paketformfaktor. Verschiedene Standards haben sich basierend auf unterschiedlichen Geschwindigkeiten, Größen, Stromverbrauch und Anwendungsszenarien entwickelt. Diese Paketformen bestimmen den physischen Formfaktor und den Schnittstellentyp des optischen Moduls.

Zu den gemeinsamen Paketformularen in der Branche gehören SFP, SFP, QSFP, QSFP28, OSFP und CFP. Diese Namenskonventionen spiegeln im Allgemeinen die Geschwindigkeitsbewertung und die Anzahl der Kanäle des optischen Moduls wider. Beispielsweise wird SFP üblicherweise für 10 g Geschwindigkeit verwendet, während QSFP28 üblicherweise für 100 g-Geschwindigkeiten verwendet wird und ein Vierkanaldesign verwendet.

Ein Paket ist mehr als nur eine Shell. Es integriert komplexe optoelektronische Geräte, Treiberschaltungen und Steuerchips. Das strukturelle Design des Pakets muss die Wärmeabteilung berücksichtigen, da optische Hochgeschwindigkeitsmodule hohe Leistung verbrauchen. Eine effiziente Wärmeableitung ist entscheidend, um einen langfristigen stabilen Betrieb zu gewährleisten.

Die optische Grenzfläche eines optischen Moduls ist ebenfalls von entscheidender Bedeutung. Beispielsweise wird die LC -Schnittstelle aufgrund ihrer kompakten Größe üblicherweise in kleinen optischen Modulen verwendet. Die MPO-Schnittstelle kann dagegen mehrere Fasern in eine einzelne Schnittstelle integrieren, wodurch sie für optische Mehrkanalmodule mit hoher Dichte geeignet ist, z. B. für die internen Verbindungen des Rechenzentrums.

Mit der vollständigen Bereitstellung von 5G, Cloud Computing und dem Internet der Dinge wird die Nachfrage nach optischen Modulen weiter wachsen. Zukünftige optische Module werden mehr als nur einfache photoelektrische Konvertierungsgeräte sein. Sie werden tief in die Netzwerkgeräte integriert sein und sogar intelligentere Funktionen integrieren, wodurch der Kern der zukünftige Netzwerkinfrastruktur wird.