Optický transceiver: Základní součást pro přenos informací

V éře rychlého pokroku v informačních technologiích se služby, na které se spoléháme, jako je internet, cloud computing a velká data, se spoléhají na klíčovou elektronickou součást: optický transceiver. Integrovaný Optický transceiver , vykonává klíčovou úkol přeměny elektrických signálů na optické signály v rámci optických komunikačních systémů. Bez optických transceiverů by nebylo možné elektrické signály přenášet na velké vzdálenosti a při vysokých rychlostech prostřednictvím optických vláken a moderní komunikační sítě by nebyly nemožné.

Optoelektronická konverze: Jak fungují optické transceivery
Jádro funkce optického transceiveru spočívá v jeho obousměrním přeměnu: optická převod na přenosu na přenosovém konci a elektrická na optická konverze na přijímajícím konci.

Pro přenos signálů přijímá optický transceiver elektrické signály ze síťových zařízení (jako jsou spínače nebo směrovače). Tyto elektrické signály procházejí interním ovladačem IC a přesně ovládají polovodičový laser. Laser se rychle přepíná a vypíná při extrémně vysoké frekvenci založené na digitálních informacích v elektrickém signálu a převádí signály „0“ a „1“ v elektrickém signálu na světlé pulzy různých intenzit. Tyto světelné impulzy jsou poté zaostřeny a spojeny do optického vlákna pro přenos na dlouhé vzdálenosti. Tento proces přeměňuje elektrické signály na optické signály.

Během příjmu signálu přijímá optický modul optické signály přenášené z optického vlákna. Tyto slabé světelné impulzy jsou detekovány interním fotodetektorem, obvykle kolíkovou fotodiodou nebo lavinou fotodiodou (APD). Jeho funkcí je převést optický signál na elektrický signál. Tento elektrický signál je poté amplifikován tranzimpedančním zesilovačem (TIA) a tvarován omezujícím zesilovačem (LA), čímž jej obnovuje na digitální signál, který je v souladu s původním signálem pro přenos do zásilového síťového zařízení. Tento proces dokončí přeměnu optického signálu na elektrický signál.

Povýšení výkonu: Od nízké rychlosti po ultra vysokou rychlost
Technologický vývoj optických modulů je příběh neustálého pronásledování vyšších rychlostí, delších vzdáleností a nižší spotřeby energie.

Časné optické moduly měly nízké datové rychlosti a byly primárně použity v krátkodobé, nízké pásmové šířce komunikačních scénářů. S rozsáhlým přijetím internetu a nárůstem datového provozu byly vyšší požadavky kladeny na rychlost a výkon optických modulů. Technologické inovace se primárně odrážejí v následujících oblastech:

Technologie modulace: Pro zvýšení rychlosti přenosu bez zvyšování přenosových rychlostí se optické moduly vyvinuly z tradiční modulace bez return k nulové (NRZ) na čtyřúrovňovou modulaci pulzní amplitudy (PAM4). Modulace PAM4 může přenášet dva bity informací na cyklus hodin, zdvojnásobit rychlost přenosu ve srovnání s NRZ a stát se technologií hlavního proudu pro vysokorychlostní optické moduly.

Optické komponenty jádra: Pro podporu vyšších rychlostí a delších vzdáleností jsou lasery a fotodetektory v optických modulech nepřetržitě upgradovány. Například elektro-absorpční modulované lasery (EMLS) se používají ke splnění vysokorychlostních požadavků, zatímco lavinové fotodiody (APD) se používají ke zlepšení citlivosti přijímače, což umožňuje přenos na dlouhé vzdálenosti.

Koherentní optická komunikace: Pro ultralehkovou a vysokokapacitní přenosu páteřní sítě využívají optické moduly koherentní optickou komunikační technologii. Tato technologie moduluje informace pomocí více rozměrů světla, jako je amplituda, fáze a polarizace, a používá čipy pro zpracování digitálního signálu (DSP) pro komplexní demodulaci, což výrazně zvyšuje přenosovou vzdálenost a kapacitu.

Formulář balíčku: rozmanitá přizpůsobivost aplikace
Optické moduly mají více než jeden faktor balíčku. Různé standardy se vyvinuly na základě různých rychlostí, velikostí, spotřeby energie a aplikačních scénářů. Tyto formuláře balíčku určují fyzický faktor formy a typ rozhraní optického modulu.

Mezi běžné formuláře balíčků v oboru patří SFP, SFP, QSFP, QSFP28, OSFP a CFP. Tyto konvence pojmenování obecně odrážejí hodnocení rychlosti a počet kanálů optického modulu. Například SFP se běžně používá pro 10 g rychlosti, zatímco QSFP28 se běžně používá pro 100 g rychlosti a používá čtyřkanálový design.

Balíček je více než jen skořápka. Integruje komplexní optoelektronická zařízení, obvody řidiče a ovládací čipy. Strukturální design balíčku musí zvážit rozptyl tepla, protože vysokorychlostní optické moduly spotřebovávají vysoký výkon. Efektivní rozptyl tepla je rozhodující pro zajištění dlouhodobého stabilního provozu.

Zásadní je také optické rozhraní optického modulu. Například rozhraní LC se běžně používá v malých optických modulech kvůli jeho kompaktní velikosti. Rozhraní MPO na druhé straně může integrovat více vláken do jediného rozhraní, takže je vhodné pro vícekanálové optické moduly s vysokou hustotou, jako jsou například ty, které se používají ve interních připojeních datových center.

S úplným nasazením 5G, cloud computingu a internetem věcí bude poptávka po optických modulech nadále růst. Budoucí optické moduly budou více než jen jednoduchá fotoelektrická konverzní zařízení. Budou hluboce integrovány do síťového vybavení a dokonce integrují inteligentnější funkce a stanou se základní podporou budoucí síťové infrastruktury.