光收發器基本原理和最新趨勢

光收發器：支援高速光通信的設備

光收發器是將電信號轉換為光信號的設備，反之亦然，在支持現代高速通信網路方面發揮著關鍵作用。它們廣泛用於數據中心和通信系統，以實現大量數據的高速、高效傳輸。在本文中，我們將討論支持光數據中心的光收發器的基礎知識以及最新趨勢。

數據中心的核心是排列在伺服器機架中的伺服器。每個伺服器都包含光纖網路介面卡 （NIC），而 NIC 又具有光纖收發器，可實現與伺服器和其他網路設備的高速通信。網路交換機控制數據中心內的流量並在伺服器和網段之間傳輸數據，包含許多光收發器。這些交換機通常放置在機架上方或專用網路機架中。

光收發器的工作原理相對簡單。在發送側，半導體半導體鐳射管用於將電信號轉換為光信號。該半導體鐳射管根據輸入的電信號調製光強度，以將信號發送到光纖。然後在接收側，光電二極體將來自光纖的光信號轉換為電信號。光電二極體將入射光轉換為電流后，電流被放大，並通過數位信號處理恢復原始電信號。

光收發器廣泛用於數據中心、電信提供者網路、大型企業網路等。在這些環境中，光通信對於長距離高速傳輸大量數據是必不可少的。具體案例包括互聯網服務提供者、雲計算、5G 行動網路、大數據分析和流媒體服務。由於這些業務需要高速、可靠的數據傳輸，光模組的性能直接影響服務品質。

光電二極體：光收發器的核心

光電二極體是光收發器的核心，其性能在很大程度上取決於其結構和材料的選擇。常用的光電二極體結構包括 PIN（正-本征-負）和雪崩光電二極體 （APD）。

PIN 結構具有高響應速度和低雜訊的特性，並廣泛應用於許多光學收發器中。另一方面，APD 結構會在內部放大光電流。這可以實現高響應檢測，但需要較高的工作電壓，並會產生較多雜訊。所使用的材料包括矽 (Si)、锗 (Ge) 和砷化铟镓 (InGaAs)，每種材料都能在不同波段提供最佳效能。

光收發器標準的歷史

光模組標準隨著通訊技術的進步和需求而不斷發展。早期的光模組速度慢、體積大，但近年來，它們的尺寸越來越小、速度越來越快，能源效率也越來越高。一些代表性的標準包括 SFP（小型可插拔光模組）、SFP+、QSFP（四通道小型可插拔光模組）、QSFP28 和 CFP（C 型可插拔光模組）。這些標準定義了資料速率、尺寸、功耗和傳輸距離等規格，以確保不同供應商之間的相容性。

最新的光收發器技術旨在進一步改進高速和高密度。例如，已經開發出可實現 400 Gbps 和 800 Gbps 傳輸速度的光收發器，並且正在取得實際應用的進展。這些高速收發器還利用矽光子技術的集成來實現更小的外形尺寸以及與電子電路的集成。（參考：https://xtech.nikkei.com/atcl/nxt/column/18/00001/08659/）（JP）​

另一個關鍵技術趨勢是提高能源效率。隨著數據中心功耗的持續增加，降低光模組功耗已成為一項重要挑戰。應對這一挑戰的持續努力包括高效光源和光接收器開發、低功耗電路設計和熱設計優化。

據說光收發器市場的前景非常有希望。全球市場規模預計將從 2024 年的 13.6B USD 增長到 2029 年的 25B USD，年均增長率為 13.0%。（參考：https://www.gii.co.jp/report/mama1459082-optical-transceiver-market-by-form-factor-sff-sfp.html）（JP）​

隨著 6G 通信、IoT（物聯網）設備的爆炸式增長以及廣泛的 AI 和機器學習帶來的數據流量增加，預計對高速、大容量通信的需求將呈指數級增長。預計光收發器技術將進一步發展以滿足這一需求。

光收發器技術是支撐信息社會的重要基礎技術。隨著它的發展，它有可能給我們的生活和工作方式帶來重大變化。通過對光收發器核心的光電二極管進行技術創新，迪睿合旨在開創更豐富的通信未來。