光模塊的傳輸距離分為短距、中距、長(cháng)距。通常短距離傳輸是指2km以下的傳輸距離，中距為10-20km�！�30km的則為長(cháng)距離傳輸。根據不同的傳輸距離，光模塊類(lèi)型分為SR（100m）、DR（500m）、FR（2km）、LR（10 km）、ER（40 km）、ZR（80 km）幾種。
其中，SR, LR, ER是由IEEE規范的標準統一光模塊的結構封裝和相關(guān)接口，而DR，FR是由MSA組織統一定義的。在100G及以下速率的數據中心，SR（Short Range）短距離光模塊多采用多模并行技術(shù)。DR短距PSM4(Parallel Single Mode 4 channels)是500米傳輸，采用的是1310nm波長(cháng)，使用單模并行。FR短距CWDM 4光模塊則很好的填補了LR在2km以下成本過(guò)高的空白，是LR在500m到2km范圍下的替代產(chǎn)品，采用的是波分復用技術(shù)。LR（Long Range）在單模光纖上支持的距離最遠為10km，使用CWDM或LWDM波長(cháng)激光。ER表示擴展可達（Extended Reach），在單模光纖上支持長(cháng)達40km的距離，使用LWDM波長(cháng)激光。 ZR也并不是IEEE標準，可以通過(guò)單模光纖傳輸達到80公里的距離，使用DWDM波長(cháng)激光。 光模塊提升帶寬的方法有兩種：1）提高每個(gè)通道的比特速率，如直接提升波特率，或者保持波特率不變，使用復雜的調制解調方式（如PAM4）；2）增加通道數，如提升并行光纖數量，或采用波分復用（CWDM、DWDM）。在數據中心光模塊就產(chǎn)生了兩種傳輸方案—并行和波分。在當前100G以及以下速率的數據中心，短距離光模塊使用的更多是并行技術(shù)。
什么是并行光學(xué)技術(shù)?并行光學(xué)技術(shù)是一種特殊的光通信技術(shù)，在鏈路兩端發(fā)射并接收信號，通常采用并行光學(xué)收發(fā)光模塊來(lái)實(shí)現兩端的高速信號傳輸。傳統的光纖收發(fā)模塊無(wú)法滿(mǎn)足日益增長(cháng)的高速傳輸需求，而并行光學(xué)技術(shù)可以成為 4×50G，8×50Gbps傳輸的經(jīng)濟高效的解決方案。 在并行光學(xué)的信號傳輸中，鏈路兩端的并行光模塊中含有多個(gè)發(fā)射器和接收器，采用多條光纖，信號通過(guò)多條路徑傳輸和接收，并行傳輸利用可支持每秒 10 至 100 Gigabit 數據速率的多個(gè)通道。如下圖所示，8路同時(shí)并行傳輸，這樣數量傳輸速率大大提高。也就是說(shuō)A端以4個(gè)Tx端通過(guò)四根光纖以每路50Gbps的速率傳輸到B端 Rx端接收，達到總和200Gbps的傳輸速率。
在長(cháng)距離傳輸中，光模塊一般采用的是WDM波分復用技術(shù)。波分復用技術(shù)可以實(shí)現單根光纖對多個(gè)波長(cháng)信號的傳輸，這會(huì )成倍提升光纖的傳輸容量，已經(jīng)被廣泛應用在光通訊的中長(cháng)距離傳輸和數據中心的互聯(lián)中。
在光收發(fā)器中，為了實(shí)現波分復用（mux）和解復用(demux)，最核心的光器件就是mux和demux光組件，mux和demux都屬于無(wú)源器件。目前光模塊的波分復用組件主要有兩種實(shí)現技術(shù)：基于空間光學(xué)的TFF（薄膜濾波器Thin-Film Filters），基于PLC（集成平面光波導 Planar Light Circuit ）的陣列波導光柵(ArrayedWaveguide Grating，AWG)、刻蝕衍射光柵（Echelle Diffraction Grating,EDG）、級聯(lián)MZI陣列（Mach-Zehnder interferometer, MZI）等。
TFF（Thin Film Filter）薄膜濾光片技術(shù)，在光模塊里所用的TFF技術(shù)主要采用Z-block方法來(lái)實(shí)現。利用自由空間光學(xué)（Free Space Optics）設計，結合準直器，用4個(gè)CWDM波長(cháng)的濾光片通過(guò)微光學(xué)的方式進(jìn)行合波和分波。最早采用的CWDM4組件是基于薄膜濾波片TFF的Z-block技術(shù),如圖所示,8個(gè)TFF濾波片分兩組粘貼在一個(gè)斜方棱鏡上,一組用于波分復用,另一組用于波分解復用,各濾波片的透射波長(cháng)分別為1271nm、1291nm、1311nm、1331nm。
為了簡(jiǎn)化封裝工藝，以減小尺寸和降低成本，人們開(kāi)發(fā)了基于集成光學(xué)技術(shù)的CWDM4 AWG芯片。AWG是陣列波導光柵的簡(jiǎn)稱(chēng)，在電信網(wǎng)中早已成熟應用。AWG和Z-block都是高速光模塊大量應用的光學(xué)組件。Z-block技術(shù)在一定程序上優(yōu)于A(yíng)WG，性能更好，鏈路損耗更小，能夠傳輸更遠距離。但是對耦合要求比較高，組裝比較復雜，對于空間要求較高，不利于更多通道數的應用。相比于 TFF 技術(shù)，AWG 的集成度更高，一個(gè) AWG 芯片可完成多個(gè)波長(cháng)的復用及解復用功能， 減少復雜組裝工藝，利于降低封裝成本，通道數目多，插入損耗較小。在未來(lái)更高集成應用上，如果AWG在波長(cháng)穩定以及制作工藝上進(jìn)行優(yōu)化升級，可能會(huì )更具優(yōu)勢。
電信傳輸網(wǎng)中的AWG被用于復用/解復用DWDM光信號，與CWDM4 AWG有些區別，其通道數一般為32/40/48通道，其通道間隔通常為200G或者100G（對應波長(cháng)間隔1.6nm或者0.8nm），應用場(chǎng)景主要是電信網(wǎng)的骨干網(wǎng)，典型的結構如圖所示，它包括一個(gè)輸入波導、一個(gè)輸入星形耦合器（圖中自由傳輸區域FPR）、一組陣列波導、一個(gè)輸出星形耦合器和數十根輸出波導。
Z-block技術(shù)具有損耗低和信道質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)，基于Z-block技術(shù)的CWDM4模塊，能支持100G或更高速率的信號傳輸10公里及以上。在應用趨勢上，AWG多應用于傳統光模塊接收端，具備極佳的成本優(yōu)勢和封裝優(yōu)勢。發(fā)射端，AWG和TFF方案都有應用，而由于TFF在性能上更優(yōu)，早起TFF應用更多，但綜合考慮成本和性能，AWG性能也能大致滿(mǎn)足，在傳統方案中占比有一定提升。 |
