Волоконно-оптический трансивер (оптический модуль) — это ключевое устройство, обеспечивающее преобразование электрических сигналов в оптические и обратно. Именно он служит мостом между сетевым оборудованием и оптоволоконной линией связи.
Типичный модуль состоит из:
- TOSA (Transmitter Optical Subassembly) — содержит лазерный чип (LD),
- ROSA (Receiver Optical Subassembly) — содержит фотодетектор (PD),
- Драйверов и предусилителей,
- Оптических и электрических интерфейсов.
Типы лазеров и фотодетекторов
В зависимости от применения в модулях используются разные типы компонентов:
Лазеры:
- VCSEL (вертикальный поверхностно-излучающий),
- FP (Фабри–Перо),
- DFB (с распределённой обратной связью),
- EML (электроабсорбционный модулированный),
- Узкополосные перестраиваемые лазеры.
- PIN-диоды,
- APD (лавинные фотодиоды).
Выбор определяется требованиями к дальности, скорости, стоимости и надёжности.
Классификация оптических модулей
Оптические модули классифицируются по множеству параметров:
Эволюция форм-факторов: к высокой скорости и миниатюризации
Эволюция упаковки наглядно отражает тенденцию роста скорости при сохранении компактности:
- SFP → QSFP → QSFP-DD / OSFP
- Скорость выросла с 1 Гбит/с до 800 Гбит/с,
- Объём модуля практически не изменился.
Цветные модули и WDM: ответ на рост трафика в 5G
С приходом 5G и облачных сервисов резко возрос спрос на пропускную способность. Для этого активно внедряются цветные оптические модули, использующие мультиплексирование по длине волны (WDM):
Основные области применения оптических трансиверов
1. Телекоммуникации
- 5G fronthaul/midhaul/backhaul,
- Магистральные сети,
- FTTx (оптика до абонента).
Особые требования к fronthaul-модулям:
- Промышленный температурный диапазон (−40…+85°C),
- Пыле- и влагозащита,
- Низкая стоимость (спрос в десятки миллионов единиц).
Типичные решения для 25G fronthaul:
- SFP28 10 км DFB+PIN,
- BiDi SFP28 20 км,
- CWDM/LWDM/MWDM/DWDM SFP28 для мультиплексирования.
2. Центры обработки данных (ЦОД)
- Внутрицентровая связь,
- Межцентровое соединение (DCI).
Основные требования:
- Высокая скорость,
- Низкое энергопотребление,
- Компактность,
- Поддержка PAM4 и FEC.
Для ЦОД активно используются QSFP-DD и OSFP модули на 400G и 800G.
Цепочка поставок и промышленная динамика
Цепочка создания оптического модуля включает:
- Производители оптоэлектронных чипов (высокая технологическая планка),
- Сборщики модулей (средний уровень сложности),
- Конечные пользователи: телеком-операторы, поставщики облачных услуг, производители сетевого оборудования.
Китайские компании сегодня занимают около 50% глобального рынка оптических модулей, благодаря:
- Низкой стоимости труда,
- Масштабу внутреннего рынка,
- Поддержке со стороны операторов и OEM.
Будущее: кремниевая фотоника и 1.6T
Основные тренды:
- Рост скорости до 800G, 1.6T и выше,
- Снижение энергопотребления на бит,
- Миниатюризация.
Традиционные технологии достигают физических пределов. Кремниевая фотоника (Silicon Photonics) становится решением, обеспечивающим:
- Высокую интеграцию,
- Низкое энергопотребление,
- Массовую производимость.
Уже сегодня модули на базе SiPh массово используются в дата-центрах от ведущих поставщиков.
Заключение
Оптические трансиверы - это сердце современных сетей. От компактных SFP-модулей в 5G-базовых станциях до 800G QSFP-DD в ЦОД - они обеспечивают масштабируемость, гибкость и высокую пропускную способность.
С развитием 5G, ИИ и облачных вычислений спрос на высокоскоростные, энергоэффективные и надёжные оптические модули будет только расти, делая эту отрасль одним из ключевых драйверов глобальной цифровой инфраструктуры.