隨著AI大模型訓練和推理對計算能力的需求呈指數(shù)級增長，AI數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡帶寬需求大幅提升，推動了高速光模塊的發(fā)展。光模塊作為數(shù)據(jù)中心和高性能計算系統(tǒng)中的關鍵器件，主要用于提供高速和大容量的數(shù)據(jù)傳輸服務。

光模塊提升帶寬的方法有兩種：1)提高每個通道的比特速率，如直接提升波特率，或者保持波特率不變，使用復雜的調(diào)制解調(diào)方式(如PAM4);2)增加通道數(shù)，如提升并行光纖數(shù)量，或采用波分復用(CWDM、LWDM)。按照傳輸模式，光模塊可分為并行和波分兩種類型，其中并行方案主要應用在中短距傳輸場景中成本優(yōu)勢較為明顯;而在長距離傳輸場景中，WDM波分方案的應用可明顯地節(jié)約光纖成本。

并行光學傳輸

在并行光學 (Parallel optics) 的信號傳輸中，鏈路兩端的并行光模塊中含有多個發(fā)射器和接收器，采用多條光纖，信號通過多條路徑傳輸和接收，典型的光模塊類型包括SR4，SR8，PSM4，DR4和DR8等。

并行光學 (Parallel optics)

MT(MPO)插芯和光纖陣列FA多通道微型連接組件是支持并行光互連的關鍵部件，用于模塊外部光接口連接與模塊內(nèi)部光學耦合，能夠集成到光模塊板上。利用MT插芯的小體積、多通道來實現(xiàn)多路光的并行傳輸，在高速光模塊中作為對外的光接口非常易于使用。不同類型的光模塊或者每家生產(chǎn)廠商的光模塊內(nèi)部結構都不同，因此MT-FA、MT-MT等微連接組件都是高度定制化產(chǎn)品，也會有各種不同的產(chǎn)品形態(tài)，如MT-FA、MT-2×Mini MT、MT- FA+隔離器、MT- FA+ lens array等。

FA貼裝隔離器或lens array產(chǎn)品廣泛應用于高速光模塊中。 隔離器的作用主要是能夠有效隔離光信號反射，只允許單向光通過，工作原理是基于法拉第旋轉的非互易性。在傳統(tǒng)的光模塊中，隔離器通常是單獨使用的。通過將光纖陣列和隔離器的集成，可簡化光模塊的設計，能夠有效節(jié)省光模塊集成空間和耦合時間，同時保證信號的高質量傳輸。

透鏡lens是光收發(fā)模塊中起到耦合作用的重要元件，由于激光器發(fā)射的光是發(fā)散的，通過透鏡可以控制光束的準直、聚焦進行耦合能夠大大提高光傳輸效率。而在接收端，由于速率的增長，PD的接收面積更小，通過光纖直接與PD耦合將難以滿足更好的耦合效率，其透鏡陣列(lens array)作用就非常關鍵，通過將lens array粘貼在FA上實現(xiàn)匯聚光到PD中，有效改善耦合效率，不僅可以簡化光模塊的封裝設計，還可以減少工序，降低成本。FA和lens array均可以根據(jù)光斑、角度等參數(shù)和客戶需求進行定制化設計，來實現(xiàn)高精準耦合。

FA貼裝隔離器或lens array產(chǎn)品

WDM波分光學傳輸

波分復用技術 (WDM) 可以實現(xiàn)單根光纖對多個波長信號的傳輸，這會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距離傳輸和數(shù)據(jù)中心的互聯(lián)中，典型光模塊類型如FR4、FR8和LR4等。

WDM波分光學傳輸

光模塊的波分復用組件可以是MUX或DEMUX功能。DEMUX主要功能是將光纖接入的多波長WDM光進行準直、解波分復用成單獨的波長信號，然后高效率的耦合到PD中進行光電轉換。MUX主要功能是將來自多個激光器的不同波長的光信號進行準直和多路復用，將它們合成為一路光信號，然后高效地耦合到單根輸出光纖中。

波分復用組件有多個獨立功能的分立器件，接收端有光纖準直器、WDM Block、反射鏡、透鏡陣列、棱鏡等，發(fā)射端一般有準直器、隔離器、WDM Block等，各個元件之間需要精密的調(diào)節(jié)與對準。隨著對高速率和高密度發(fā)展的需求日益提升，波分復用組件的集成化趨勢也愈加明顯。一些無源器件制造商已開始將所有無源元件集成化設計，可以簡化光模塊的耦合工序，還可以提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品一致性。

光模塊的波分復用組件主要有兩種實現(xiàn)技術：基于空間光學的TFF(薄膜濾波器Thin-Film Filters)，基于PLC(集成平面光波導 Planar Light Circuit )或陣列波導光柵(Arrayed Waveguide Grating，AWG)、刻蝕衍射光柵(Echelle Diffraction Grating, EDG)、級聯(lián)MZI陣列(Mach-Zehnder interferometer, MZI)等。其中TFF(基于Z-BLOCK)和AWG(陣列波導光柵)是兩種最常用、最典型的MUX/DEMUX子組件。

TFF(Thin Film Filter)薄膜濾光片技術，在光模塊里所用的TFF技術主要采用Z-block方法來實現(xiàn)。利用自由空間光學(Free Space Optics)設計，結合準直器，用4個WDM波長的濾光片進行合波和分波。通過波分復用/解復用器，在一根光纖中傳輸1271nm、1291nm、1311nm、1331nm四個波長信號。

如下圖為Z-block的典型結構，中間是一個處理過的斜方棱鏡(也是平行四邊形玻璃基板)，斜方棱鏡的背面部分區(qū)域鍍了高反射膜，另一側貼有不同波長的WDM濾波片，每個濾光片只能讓當前通道波長的光信號通過，并且反射其它通道的波長。

Z-block的典型結構

如下400G Rx光學集成組件基于Z-block自由空間技術，集成了400G高速光收發(fā)模塊的ROSA端的所有光學組件，包含Receptacle、準直器、Z-block、lens array、棱鏡和底板。該設計僅需一步耦合即可組裝到400G光收發(fā)模塊上，大幅提高了光模塊的耦合效率，同時有效降低了成本。

400G Rx光學集成組件

Z-block技術具有損耗低和信道質量好的優(yōu)點，但是該技術的工藝難度高，集成組件在一定程度上可以降低了耦合成本。此集成組件的組裝工藝有多項關鍵控制點：Z-block的面型尺寸控制：尺寸精度影響準直器光束質量;匯聚光的位置公差：匯聚光在X/Y/Z方向的位置公差分析需要一定的光學模擬技術，以確保聚焦光斑直徑與PD完美匹配;產(chǎn)品的機械和環(huán)境測試要求：對產(chǎn)品的剪貼力和HAST實驗要求比較高，以確保其在實際應用環(huán)境中的可靠性和長期穩(wěn)定性。

億源通可為收發(fā)模塊客戶提供從光纖到PD和從LD到光纖的全套光耦合定制化解決方案：產(chǎn)品含2、4、2x4通道的LAN-WDM/CWDM BLOCK和BIDI BLOCK滿足各類ROSATOSABOSA需求。

隨著光網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)中心等朝超高速率、更大容量及集成化方向的發(fā)展，光收發(fā)模塊也采用體積更小、集成度更高的解決方案，無論是并行高速光組件或WDM波分高速光組件的需求量也隨之快速增長。