Optički primopredajnik: jezgra komponenta za prijenos informacija

U doba brzog napretka u informacijskoj tehnologiji, usluge na koje se oslanjamo, poput Interneta, računalstva u oblaku i velikih podataka, sve se oslanjaju na ključnu elektroničku komponentu: optički primopredajnik. Integrirani optički primopredajnik , izvršava ključni zadatak pretvaranja električnih signala u optičke signale unutar optičkih komunikacijskih sustava. Bez optičkih primopredajnika, električne signale bilo bi nemoguće prenijeti na velike udaljenosti i velikim brzinama kroz optička vlakna, a moderne komunikacijske mreže bile bi nemoguće.

Optoelektronska konverzija: Kako djeluju optički primopredaji
Jezgrena funkcija optičkog primopredajnika nalazi se u njegovom dvosmjernoj mehanizmu pretvorbe: optičko-električnu pretvorbu na kraju prijenosa i električna do optička pretvorba na kraju prijema.

Za prijenos signala, optički primopredajnik prima električne signale s mrežnih uređaja (poput prekidača ili usmjerivača). Ti električni signali prolaze kroz unutarnji IC vozača, koji precizno kontrolira poluvodički laser. Laser se brzo uključi i isključuje na izuzetno visokoj frekvenciji na temelju digitalnih podataka u električnom signalu, pretvarajući signale "0" i "1" u električnom signalu u svjetlosne impulse različitih intenziteta. Ti se svjetlosni impulsi zatim usredotočuju i spojeni u optičko vlakno radi prijenosa na duge udaljenosti. Ovaj postupak pretvara električne signale u optičke signale.

Tijekom prijema signala, optički modul prima optičke signale koji se prenose s optičkog vlakna. Ovi slabi impulsi svjetlosti otkrivaju se unutarnjim fotodetektorom, obično PIN fotodiodom ili lavinom fotodiodom (APD). Njegova je funkcija pretvoriti optički signal u električni signal. Ovaj električni signal zatim se pojačava pojačalom transakdance (TIA) i oblikova se ograničavajućim pojačalom (LA), vraćajući ga u digitalni signal koji je u skladu s originalnim signalom za prijenos na mrežnu opremu nizvodno. Ovaj postupak dovršava pretvorbu optičkog signala u električni signal.

Napredak performansi: od male brzine do ultra velike brzine
Tehnološka evolucija optičkih modula priča je o kontinuiranom trajanju za većim brzinama, većim udaljenostima i manjoj potrošnji energije.

Rani optički moduli imali su nisku stopu podataka i prvenstveno su korišteni u scenarijima komunikacije s niskim širinom. Uz široko prihvaćanje Interneta i porast podataka u podatkovnom prometu, veći su zahtjevi postavljeni na brzinu i performanse optičkih modula. Tehnološke inovacije prvenstveno se odražavaju na sljedeća područja:

Modulacijska tehnologija: Da bi se povećala brzina prijenosa bez povećanja brzine prijenosa, optički moduli su se razvili iz tradicionalne modulacije ne-return-nula (NRZ) do modulacije amplitude impulsa u četiri razine (PAM4). PAM4 modulacija može prenijeti dva bita informacija po taktu ciklusa, udvostručujući brzinu prijenosa u usporedbi s NRZ-om i postajući glavna tehnologija za optičke module velike brzine.

Optičke komponente jezgre: Da bi podržali veće brzine i veće udaljenosti, laseri i fotodetektori u optičkim modulima kontinuirano se nadograđuju. Na primjer, elektro-apsorpcijski modulirani laseri (EML) koriste se za ispunjavanje zahtjeva velike brzine, dok se za poboljšanje osjetljivosti prijemnika koriste lavinske fotodiode (APD), omogućujući prijenos na duže udaljenosti.

Koherentna optička komunikacija: Za ultra duge udaljenosti i prijenos mreže velikog kapaciteta, optički moduli koriste koherentnu optičku komunikacijsku tehnologiju. Ova tehnologija modulira informacije koristeći više dimenzija svjetlosti, poput amplitude, faze i polarizacije, te koristi čipove digitalne obrade signala (DSP) za složenu demodulaciju, značajno povećavajući udaljenost i kapacitet prijenosa.

Obrazac paketa: raznolika prilagodljivost aplikacije
Optički moduli imaju više faktora oblika paketa. Različiti se standardi razvijali na temelju različitih brzina, veličina, potrošnje energije i scenarija primjene. Ovi obrasci paketa određuju fizički faktor oblika i vrstu sučelja optičkog modula.

Uobičajeni obrasci paketa u industriji uključuju SFP, SFP, QSFP, QSFP28, OSFP i CFP. Ove konvencije imenovanja općenito odražavaju ocjenu brzine i broj kanala optičkog modula. Na primjer, SFP se obično koristi za brzinu od 10 g, dok se QSFP28 obično koristi za brzinu od 100 g i koristi četverokanalni dizajn.

Paket je više od samo školjke. Integrira složene optoelektronske uređaje, upravljačke sklopove i upravljačke čipove. Strukturni dizajn paketa mora razmotriti rasipanje topline, jer optički moduli velike brzine troše veliku snagu. Učinkovito rasipanje topline presudno je za osiguravanje dugoročnog stabilnog rada.

Optičko sučelje optičkog modula je također presudno. Na primjer, LC sučelje se obično koristi u malim optičkim modulima zbog svoje kompaktne veličine. MPO sučelje, s druge strane, može integrirati više vlakana u jedno sučelje, što ga čini prikladnim za optičke module visoke gustoće, višekanalne optičke module, poput onih koji se koriste u unutarnjim vezama podatkovnog centra.

Uz potpunu primjenu 5G, računalstva u oblaku i Interneta stvari, potražnja za optičkim modulima nastavit će rasti. Budući optički moduli bit će više od jednostavnih fotoelektričnih uređaja za pretvorbu. Oni će biti duboko integrirani s mrežnom opremom, pa čak i integrirati inteligentnije funkcije, postajući jezgro podržavajući buduću mrežnu infrastrukturu. s