光收发器基本原理和最新趋势

光收发器：支持高速光通信的设备

光收发器是将电信号转换为光信号的设备，反之亦然，在支持现代高速通信网络方面发挥着关键作用。它们广泛用于数据中心和通信系统，以实现大量数据的高速、高效传输。在本文中，我们将讨论支持光数据中心的光收发器的基础知识以及最新趋势。

数据中心的核心是排列在服务器机架中的服务器。每个服务器都包含光纤网络接口卡 （NIC），而 NIC 又具有光纤收发器，可实现与服务器和其他网络设备的高速通信。网络交换机控制数据中心内的流量并在服务器和网段之间传输数据，包含许多光收发器。这些交换机通常放置在机架上方或专用网络机架中。

光收发器的工作原理相对简单。在发送侧，半导体半导体激光管用于将电信号转换为光信号。该半导体激光管根据输入的电信号调制光强度，以将信号发送到光纤。然后在接收侧，光电二极管将来自光纤的光信号转换为电信号。光电二极管将入射光转换为电流后，电流被放大，并通过数字信号处理恢复原始电信号。

光收发器广泛用于数据中心、电信提供商网络、大型企业网络等。在这些环境中，光通信对于长距离高速传输大量数据是必不可少的。具体用例包括互联网服务提供商、云计算、5G 移动网络、大数据分析和流媒体服务。由于这些业务需要高速、可靠的数据传输，光模块的性能直接影响服务质量。

光电二极管：光收发器的核心

光电二极管是光收发器的核心，其性能在很大程度上取决于其结构和材料的选择。常用的光电二极管结构包括 PIN（正-本征-负）和雪崩光电二极管 （APD）。

PIN 结构提供高响应速度和低噪声，广泛用于许多光收发器。另一方面，APD 结构在内部放大了光电流。这可实现高响应度检测，但需要高工作电压并导致更多噪声。使用硅 （Si）、锗 （Ge） 和砷化铟镓 （InGaAs） 等材料，每种材料在不同的波段提供最佳性能。

光收发器标准的历史

光模块标准随着通信技术的进步和需求而不断发展。早期的光模块速度慢、体积大，但近年来，它们的尺寸越来越小、速度越来越快，能效也越来越高。一些代表性的标准包括 SFP（小型可插拔光模块）、SFP+、QSFP（四通道小型可插拔光模块）、QSFP28 和 CFP（C 型可插拔光模块）。这些标准定义了数据速率、尺寸、功耗和传输距离等规格，以确保不同供应商之间的兼容性。

最新的光收发器技术旨在进一步改进高速和高密度。例如，已经开发出可实现 400 Gbps 和 800 Gbps 传输速度的光收发器，并且正在取得实际应用的进展。这些高速收发器还利用硅光子技术的集成来实现更小的外形尺寸以及与电子电路的集成。（参考：https://xtech.nikkei.com/atcl/nxt/column/18/00001/08659/）（JP）​

另一个关键技术趋势是提高能源效率。随着数据中心功耗的持续增加，降低光模块功耗已成为一项重要挑战。应对这一挑战的持续努力包括高效光源和光接收器开发、低功耗电路设计和热设计优化。

据说光收发器市场的前景非常有希望。全球市场规模预计将从 2024 年的 13.6B USD 增长到 2029 年的 25B USD，年均增长率为 13.0%。（参考：https://www.gii.co.jp/report/mama1459082-optical-transceiver-market-by-form-factor-sff-sfp.html）（JP）​

随着 6G 通信、IoT（物联网）设备的爆炸式增长以及广泛的 AI 和机器学习带来的数据流量增加，预计对高速、大容量通信的需求将呈指数级增长。预计光收发器技术将进一步发展以满足这一需求。

光收发器技术是支撑信息社会的重要基础技术。随着它的发展，它有可能给我们的生活和工作方式带来重大变化。通过对光收发器核心的光电二极管进行技术创新，迪睿合旨在开创更丰富的通信未来。