光模塊英文名叫Optical Module，是光通信領域的核心器件之一，搭配以太網交換機廣泛應用于數據中心。光模塊工作在物理層，實現光電轉換：把光信號變成電信號，把電信號變成光信號。因此也被稱為通信界的魔法師。

　　光模塊雖然看似簡單，但實現過程的技術含量并不低。準確來說，光模塊是多種模塊類別的統稱，具體包括：光接收模塊，光發送模塊，光轉發模塊和光收發一體模塊等。我們常說的光模塊，一般是指光收發一體模塊。

　　此前我們發表過相關文章：《國內光通信芯片、光模組企業(TOP 32)》、《光芯片：光電子產業國產化的下一站》、《光器件光模塊專題報告》，今天我們以光電芯片再做一次具體分析。

　　光模塊里用到的芯片可分為光芯片和電芯片，其中激光器、探測器是屬于光芯片、放大器、驅動芯片和復用/解復用器件(MUX/DEMUX)等屬于電芯片。

　　光收發一體模塊由光發射器件(TOSA，含激光器)、光接收器件(ROSA，含光探測器)、主控電路板(PCBA)、外殼和光(電)接口等部分組成。

　　簡而言之，光模塊的工作原理是在發射端，驅動芯片對原始電信號進行處理，然后驅動半導體激光器(LD)或發光二極管(LED)發射出調制光信號。在接收端，光信號進來之后，由光探測二極管轉換為電信號，經前置放大器后輸出電信號。

　　光模塊的主要器件包括：1、時鐘數據恢復芯片(CDR，Clock and Data Recovery)：時鐘數據恢復芯片的作用是在輸入信號中提取時鐘信號，并找出時鐘信號和數據之間的相位關系，簡單說就是恢復時鐘。同時CDR還可以補償信號在走線、連接器上的損失。CDR芯片原廠有美滿/INPHI、商升特、瑞薩、MACOM、飛昂創新、芯耘光電、玏芯、中晟微電子、米硅科技、明夷科技、傲科光電、英思嘉、億芯源、羋圖光電、飛思靈等。

　　2、激光二極管驅動芯片(LDD，Laser Diode Driver)：將CDR的輸出信號，轉換成對應的調制信號，驅動激光器發光。不同類型的激光器需要選擇不同類型的LDD芯片。在短距的多模光模塊中(例如100G SR4)，一般來說CDR和LDD是集成在同一個芯片上的。驅動芯片原廠有Lumentum、高意、艾邁斯歐司朗、三菱電機、iC-Haus、德州儀器、亞德諾/美信、MACOM、優迅、源杰科技、飛昂創新、傲科光電、光梓、英思嘉、億芯源、羋圖光電、嘉納海威等。

　　3、光發射器件(TOSA，含光激光器芯片)：實現電/光轉換，主要包括激光器、MPD、TEC、隔離器、Mux、耦合透鏡等器件，有TO-CAN、Gold-BOX、COC、COB等封裝形式。對應用在數據中心的光模塊，為了節省成本，TEC、MPD、隔離器都不是必備項。Mux也僅在需要波分復用的光模塊中。此外，有些光模塊的LDD也封裝在TOSA中。TOSA原廠有博通、美滿/INPHI、MACOM、Albis、三菱電機、濱松、First Sensor、京都半導體、Excelitas、芯耘光電、優迅、光創聯、英思嘉、洪芯、三優、易飛揚、天孚通信、聚飛、翔通、杰微、艾銳光電等。

　　激光器芯片，按出光結構可進一步分為面發射芯片和邊發射芯片，面發射芯片包括VCSEL芯片，邊發射芯片包括FP、DFB和EML芯片。激光器芯片原廠有高意、Lumentum、MACOM、IPG、艾邁斯歐司朗、光迅、索爾思、長光華芯、源杰、度亙激光、仟目激光、仕佳光子、敏芯、中科光芯、光安倫、芯思杰、光隆科技、華芯半導體、華辰芯光等。

　　4、光接收器件(ROSA，含光探測器)：實現光/電轉換，主要包括PD/APD、DeMux、耦合組件等，封裝類型一般和TOSA相同。ROSA原廠美滿/INPHI、MACOM、三菱電機、SIFOTONICS、天孚通信、光創聯、優欣光、易飛揚等。

　　PD用于短距、中距的光模塊，PD原廠濱松、瑞薩、SIFOTONICS、MACOM、三安、芯思杰、光森、敏光等;APD主要應用于長距光模塊，APD原廠有濱松、First Sensor、Excelitas、瑞薩、三安、芯思杰、光森、敏光、蘇納光電等。

　　5、跨阻放大器(TIA，Transimpedance amplifier)：配合探測器使用。探測器將光信號轉換為電流信號，TIA將電流信號處理成一定幅值的電壓信號，我們可以將它簡單的理解為一個大電阻。TIA原廠有美滿/INPHI、商升特、瑞薩、MACOM、HiLight、飛昂創新、芯耘光電、米硅科技、明夷科技、傲科光電、英思嘉、億芯源、乾鴻微、羋圖光電、科大亨芯、微龕等。

　　6、 限幅放大器(LA，Limiting Amplifier)：TIA輸出幅值會隨著接收光功率的變化而改變，LA的作用就是將變化的輸出幅值處理成等幅的電信號，給CDR和判決電路提供穩定的電壓信號。高速模塊中，LA通常和TIA或CDR集成在一起。LA原廠有亞德諾/美信、微芯/麥瑞、明夷科技、芯波微、億芯源等。

　　7、復用/解復用器件(MUX/DEMUX)：在波分復用光模塊(例CWDM4光模塊)中，Mux/DeMux是核心器件之一。基于空間光學的Mux/DeMux性能要更好(插損、PDL、溫度漂移)，但器件較貴、光學耦合復雜;基于波導光學的Mux/DeMux，具有集成度高、成本低、封裝工藝簡單等優點，但性能和空間光學的TFF型Mux/DeMux還是有一定差距的。這幾種類型的Mux/DeMux在實際的產品中都有應用。MUX/DEMUX芯片原廠有賽麗科技、弘光向尚、驛路通、奇芯光電、芯速聯、仕佳光子等。

　　8、數據處理芯片(DSP)：負責底層軟件的運行、光模塊相關的DDM功能監控及一些特定的功能。DDM監控主要實現對溫度、Vcc電壓、Bias電流、Rx power、Tx power 5個模擬量的信號進行實時監測，通過這些參數判斷光模塊的工作狀況，便于光通信鏈路的維護。DSP芯片原廠有博通、美滿/INPHI、MAXLINEAR、Lumentum、Credo、NTT、MultiPhy、思科/Acacia、海信寬帶、橙科、芯速聯、飛昂創新、飛思靈等。

　　9、外殼和光(電)接口。外殼和光(電)接口原廠有住友電工、肖特、京瓷、凡谷、意華、中航天成、伊豐電子、圣達、宏鋼、中瓷、三環、東田、裕華達、光盛通、瑞源精密、星河精密等。

　　中國擁有全球最大的光通信市場，約占全球25%-30%左右的市場份額。但我國光通信器件廠商多以民營中小企業為主，主要集中在中低端產品的研發制造，高端芯片還嚴重依賴進口。值得注意的是，近年來國內光模塊廠商愈發意識到核心技術自主可控的重要性，不斷向上游光電芯片領域進軍，力求掌握核心技術，在高端光模塊領域與國外廠商展開競爭。

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