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光模塊負責實現電信號與光信號之間的相互轉換。
簡單來說，它就像我們日常生活中常見的 Type-C 轉 USB 適配器，一端連接設備電路板，另一端接入光纖線纜，完成數據的發送與接收。
在選擇光模塊時，需要綜合考慮多個參數，包括物理尺寸、接口類型、頻譜特性、調制格式、傳輸速率、功率特性以及噪聲水平等，以確保系統兼容性與傳輸效率。
IEEE 與多源協議（MSA）等標準組織制定了統一規范，保障不同制造商生產的光模塊能夠互相兼容。這好比 USB 接口的標準統一，來自不同廠商的設備可以互聯互通。
外部結構是確保光模塊集成兼容性的關鍵。MSA 標準規定了模塊的長度、寬度、高度及金手指位置，以實現即插即用。常見的封裝類型包括 SFP（小型可插拔）、QSFP（四通道小型可插拔）和 OSFP（八通道小型可插拔）等。
例如 QSFP-DD，在保持與 QSFP 相同尺寸的同時，通過雙密度接口設計提升了帶寬容量。
部分光模塊（如相干光模塊）因集成 DSP 芯片和激光器等復雜元件，體積相對更大。
另一方面，為適應高密度交換機應用，許多光模塊正不斷小型化，使單機箱可容納更多端口，從而提高整體帶寬密度。
這與 USB 接口的演進類似：外觀相似，但內部帶寬不同（例如 100G 與 400G 光模塊可均采用 QSFP 封裝）。
電氣接口規定了信號類型與引腳定義，具體信息可查閱產品規格書。光接口則定義連接器類型（如 LC、MPO）及光纖布線順序。這些接口分別負責將光模塊正確連接到系統板卡與光纖線纜。
光學特性是光模塊性能的核心。關鍵參數包括中心波長、頻譜寬度、線寬和邊模抑制比（SMSR）。
中心波長與頻段選擇
中心波長需與光纖的低損耗窗口匹配，以確定工作頻段。多模光模塊通常采用成本更低的 VCSEL 光源，常用波長為 850nm，適用于數據中心等短距離傳輸。
目前，針對 1060nm 單模 VCSEL 的研究也在進行中，以拓展其應用范圍。
華為：關于高速 VCSEL 和硅光 SiPh 的一些觀點與判斷
單模光模塊在數據中心和 AI 網絡中常用 1310nm 波長，并采用 CWDM4 技術，通過四個波長實現并行傳輸，提升容量。
6G 前傳網絡中還引入了 CWDM6，進一步整合了 1271nm、1291nm、1311nm 與 1351nm 等波段。
在數據中心互聯（DCI）和城域網中，LWDM 波長更受青睞。長距離傳輸系統則采用 C 波段（1530~1565nm）、C+ 或 C+L 波段，結合 DWDM 技術實現最大傳輸容量。
無源光網絡（PON）則使用 2~6 個波長在一根光纖中實現雙向通信，節省光纖資源，降低成本。
頻譜寬度、線寬與漂移
實際波長并非固定不變，而是圍繞中心波長波動。頻譜寬度定義為光功率下降至 -3 dB（半功率點）或 -20 dB（1% 功率點）時的波長范圍。DFB 激光器通常采用 -20 dB 譜寬進行規范。
在相干系統中，線寬（反映頻率穩定性）至關重要，它與頻譜寬度可相互轉換。波長與頻率可通過公式 c=λf 換算。
邊模抑制比（SMSR）
SMSR 用于衡量單模激光器中主模與最強邊模的功率比。SMSR 至少應達到 30 dB（即主模強度是邊模的 1000 倍），40 dB 或更高為理想狀態。高 SMSR 有助于減少干擾，確保信號純凈。
光模塊的調制格式
調制格式決定了數據在光載波上的編碼方式。統一格式有助于提高傳輸效率。
NRZ 是一種二進制調制方式（0 或 1），常見于低速光模塊。在 200G 及更高速率的以太網中，PAM4 成為主流，它通過四個電平編碼信息，每個符號可傳輸 2 個比特，頻譜效率是 NRZ 的兩倍。
相干光模塊采用 DP-QPSK（雙極化正交相移鍵控）技術，通過極化與相位復用，等效承載 4 路 NRZ 信號。更先進的 16QAM 模塊則使用 DP-16QAM 等高階調制，進一步提升頻譜效率。
信號速率：波特率與比特率
波特率（單位：GBd）與比特率（單位：Gbps）通過調制格式相互關聯。例如，25 GBd 的 NRZ 信號可提供 25 Gbps 速率，而相同波特率的 PAM4 則可實現 50 Gbps。光模塊的速率定義直接決定了網絡的數據吞吐能力。
光模塊的發射功率參數
發射端（Tx）的性能主要由平均功率（Pavg）、消光比（ER）和光調制幅度（OMA）描述。
Pavg：邏輯“1”與“0”對應的光功率平均值。
ER：邏輯“1”與“0”的功率比值（以 dB 表示）。
OMA：邏輯“1”與“0”的功率差。
光調制幅度 OMA
產品規范會明確這些參數的最小/最大限值。功率過低會導致傳輸誤碼，過高則可能引發非線性失真或接收端過載。平衡的發射功率是保障傳輸性能的關鍵。
接收參數：靈敏度與過載點
接收端（Rx）負責檢測入射光信號。靈敏度是指在特定誤碼率（BER）條件下，接收機所需的最小光功率；低于該值誤碼率會急劇上升。過載點則是接收機可容忍的最大輸入功率，超出將導致信號失真。
“浴缸曲線”形象描述了 BER 隨接收光功率變化的特性，靈敏度與過載點之間的平坦區域即為正常工作范圍。光模塊需確保信號功率落在此區間內。
光模塊的誤碼率（BER）
BER 表示傳輸過程中發生錯誤的比特比例。理想情況下應為零，實際系統會設定以下閾值：
FEC 后 BER：約 10?12（相當于每 9 萬億比特中出現 9 個錯誤），為終端用戶可見的誤碼水平。
FEC 前 BER：較高，例如 2×10?3，可通過 FEC 糾錯降至 FEC 后水平。
產品規范會明確定義 FEC 前的 BER 閾值。
TDEC、TDECQ 與 RIN
信號質量與信噪比（SNR）密切相關，光模塊的噪聲水平可通過以下參數評估：
TDEC：針對 NRZ 信號，衡量因噪聲和色散導致的信號眼圖閉合程度，數值越低越好。
TDECQ：PAM4 信號的等效參數，追求更清晰的眼圖。
RIN：相對強度噪聲，反映信號本身的噪聲功率，可視為信噪比的倒數。
結合傳輸距離要求，這些參數共同確保了高質量的光信號傳輸，為系統設計提供完整依據。
傳輸距離是所有光學參數綜合作用的結果。多模光模塊通常用于短距傳輸（如 850nm 波長傳輸 100 米）。單模光模塊借助 DWDM 等技術，可支持從幾公里到數百公里的傳輸。
典型應用包括：
數據中心：1310nm PSM4 或 CWDM4
5G 前傳：CWDM6
DCI/城域：LWDM / DWDM
長距傳輸：C 波段相干方案
PON 接入：BiDi 單纖雙向
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