隨著AI大模型訓(xùn)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(luò)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(guān)鍵器件，主要用于提供高速和大容量的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

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(fù)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(fù)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(yīng)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(yīng)用可明顯地節(jié)約光纖成本。

并行光學(xué)傳輸

在并行光學(xué) (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(xué) (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(guān)鍵部件，用于模塊外部光接口連接與模塊內(nèi)部光學(xué)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(zhuǎn)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(shè)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(zhì)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(zhǔn)直、聚焦進(jìn)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(guān)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(shè)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(jìn)行定制化設(shè)計，來實現(xiàn)高精準(zhǔn)耦合。

FA貼裝隔離器或lens array產(chǎn)品

WDM波分光學(xué)傳輸

波分復(fù)用技術(shù) (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(yīng)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(xué)傳輸

光模塊的波分復(fù)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(jìn)行準(zhǔn)直、解波分復(fù)用成單獨的波長信號，然后高效率的耦合到PD中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)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(jìn)行準(zhǔn)直和多路復(fù)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(fù)用組件有多個獨立功能的分立器件，接收端有光纖準(zhǔn)直器、WDM Block、反射鏡、透鏡陣列、棱鏡等，發(fā)射端一般有準(zhǔn)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(zhǔn)。隨著對高速率和高密度發(fā)展的需求日益提升，波分復(fù)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(shè)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(fù)用組件主要有兩種實現(xiàn)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(dǎo) Planar Light Circuit )或陣列波導(dǎo)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(dǎo)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(shù)，在光模塊里所用的TFF技術(shù)主要采用Z-block方法來實現(xiàn)。利用自由空間光學(xué)(Free Space Optics)設(shè)計，結(jié)合準(zhǔn)直器，用4個WDM波長的濾光片進(jìn)行合波和分波。通過波分復(fù)用/解復(fù)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(jié)構(gòu)，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(cè)貼有不同波長的WDM濾波片，每個濾光片只能讓當(dāng)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(jié)構(gòu)

如下400G Rx光學(xué)集成組件基于Z-block自由空間技術(shù)，集成了400G高速光收發(fā)模塊的ROSA端的所有光學(xué)組件，包含Receptacle、準(zhǔn)直器、Z-block、lens array、棱鏡和底板。該設(shè)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(xué)集成組件

Z-block技術(shù)具有損耗低和信道質(zhì)量好的優(yōu)點，但是該技術(shù)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(guān)鍵控制點：Z-block的面型尺寸控制：尺寸精度影響準(zhǔn)直器光束質(zhì)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(xué)模擬技術(shù)，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(yīng)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(luò)、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。