按封装形式与速率划分的激光器

模块内部使用哪种激光器，由两个因素决定——激光器必须调制的每通道速率，以及它必须覆盖的传输距离——这两者都随着每一代封装形式的演进而不断提高。本页梳理了每一步所用的激光器和接收机技术，从 1G GBIC 到 800G OSFP。

经验法则

速率的演进方向相同：10G 及以下，直接调制激光器足以胜任；到 25G，DML 已经勉强够用， EML/VCSEL-25G 随即接棒；每通道 50G PAM4 起，EML 或硅光调制器占主导；每通道 100G 以上，VCSEL 达到其上限。

逐代演进

1G——GBIC 与 SFP（1990 年代 → ）

FP 激光器的多模光谱在 1.25 Gb/s 下是可以接受的；VCSEL 让 1G 多模光模块的成本几乎可以忽略不计。参见 GBIC、 SFP。

10G——XFP、SFP+（2002 → ）

从 10G 开始，EML 和 APD 成为超过 10 km 场景的标准配置，XFP 模块内 CDR 的方案也让位于 SFP+ 的主机侧方案（XFP、 SFP+）。

25G——SFP28（2015 → ）

RS-FEC 从 25G 开始引入，让更便宜的激光器也能在 FEC 前 BER 点上满足规范要求。

40G——QSFP+（2010 → ）

这是首个大规模量产的并行光模块；板上的 VCSEL 阵列配合透镜阵列和 MPO 插芯，为此后所有 SR4/SR8 确立了范式（QSFP+、 板上芯片封装）。

100G——QSFP28（2015 → ）

100G 是硅光开始批量生产的一代（PSM4、DR），未制冷 DFB（CWDM4，2 km）与制冷 EML（LR4，10 km）之间的分野，也从此定义了价格阶梯（QSFP28）。

200G / 400G——QSFP56、QSFP-DD、OSFP（2019 → ）

PAM4 让 DSP 成为每个模块的标配，并把激光器推向每通道 100G——这是 EML 和 SiPh 的领地（QSFP-DD、 OSFP）。

800G 与 1.6T——OSFP、QSFP-DD800、OSFP-XD（2022 → ）

跨代趋势

1. 从直接调制到外部调制——≤ 25G 用 DML，更高速率用 EML/MZM。
2. 从每通道一个激光器到每模块一个激光器——SiPh 将一个 CW 光源分配到各通道。
3. 从密封 TO 管壳到裸芯片——并行光模块采用 板上芯片封装，单模模块采用 SiPh 集成。
4. VCSEL 的传输距离随速率提高而缩短——1G 时为 550 m，25G 时为 100 m，100G 时为 50–100 m；就连短距数据中心链路也在被单模 DR 方案取代。
5. 相干技术进入可插拔模块——传输级接收机如今可以装进一个 QSFP-DD。
6. 功耗成为新的限制——制冷 EML、DSP 和 ITLA 把 400G/800G 模块的功耗推高到 15–20 W，推动了 LPO 和共封装光学的发展。

对编码和诊断意味着什么

交换机读取的识别字节——波长、传输距离、合规代码——是模块内部激光器的一个代理指标。把一个 VCSEL SR4 模块编码成 LR4，并不会改变它的 850 nm 激光器；主机仍会期望获得它无法提供的单模传输距离。而且不同激光器类型的 DDM 特征也不同——VCSEL 的偏置电流只有几 mA，EML 则是几十 mA 加上一个 TEC——因此对一种激光器“正常”的偏置值，对另一种可能就是告警（激光器类型、 接收机）。

同一主题中信号处理的部分——从限幅放大器到 DSP、LPO 和相干技术——见 调制与 DSP；封装部分见 光学封装。