フォームファクターと速度別のレーザー

モジュール内部にどのレーザーが搭載されるかは、2つの要素で決まります — レーザーが変調しなければならないレーンあたりのレートと、カバーすべき伝送距離です。そして、どちらもフォームファクターの世代を追うごとに上昇してきました。このページでは、1G の GBIC から800G の OSFP まで、各段階で使われるレーザーと受信器の技術をまとめます。

おおまかな目安

レートについても同じ傾向があります。10G までは直接変調レーザーで十分ですが、25G では DML が限界に近づき、EML／VCSEL-25G に取って代わられます。レーンあたり50G PAM4 からは EML またはシリコンフォトニクス変調器が主流になり、レーンあたり100G 以上では VCSEL が上限に達します。

世代ごとの変遷

1G — GBIC と SFP（1990年代 →）

FP レーザーのマルチモードスペクトルは、1.25 Gb/s では許容範囲でした。VCSEL の登場により、1G のマルチモード光学系はほぼ無償同然になりました。参照：GBIC、SFP。

10G — XFP、SFP+（2002年 →）

10G は、10 km を超える用途でEML とAPD が標準になった世代であり、XFP のモジュール内蔵 CDR が SFP+ のホスト側設計に取って代わられた世代でもあります（XFP、SFP+）。

25G — SFP28（2015年 →）

RS-FEC は25G とともに登場し、より安価なレーザーでも FEC 前の BER の時点で規格を満たせるようになりました。

40G — QSFP+（2010年 →）

最初に量産化されたパラレル光学系です。ボード上の VCSEL アレイにレンズアレイと MPO フェルールを組み合わせる構成が、以降のあらゆる SR4/SR8 の型となりました（QSFP+、チップオンボード）。

100G — QSFP28（2015年 →）

100G は、シリコンフォトニクスが量産に入った世代であり（PSM4、DR）、非冷却 DFB（CWDM4、2 km）と冷却 EML（LR4、10 km）の分岐が価格の階層を決定づけた世代です（QSFP28）。

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

PAM4 によってDSP はあらゆるモジュールの構成要素となり、レーザーはレーンあたり100G へと押し上げられました — EML と SiPh の領域です（QSFP-DD、OSFP）。

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

分野横断的な傾向

1. 直接変調から外部変調へ — 25G 以下は DML、それ以上は EML/MZM。
2. レーンごとに1レーザーから、モジュールごとに1レーザーへ — SiPh は1つの CW 光源をレーン間で分岐します。
3. 気密 TO-can から裸ダイへ — パラレル光学系ではチップオンボード、シングルモードでは SiPh 集積。
4. レートが上がるほど VCSEL の伝送距離は縮む — 1G で550 m、25G で100 m、100G で50–100 m。シングルモードの DR は、短距離のデータセンターリンクにまで進出しつつあります。
5. コヒーレントがプラガブルへ進出 — 伝送用受信器は、いまや QSFP-DD に収まります。
6. 電力が新たな制約に — 冷却 EML、DSP、ITLA が400G/800G モジュールを15–20 W まで押し上げ、LPO と共パッケージ光学を後押ししています。

コーディングと診断にとって重要な理由

スイッチが読み取る識別バイト — 波長、伝送距離、コンプライアンスコード — は、内部のレーザーを表す代理指標です。VCSEL SR4 モジュールを LR4 としてコーディングしても、その850 nm レーザーは変わりません。ホストは実現不可能なシングルモードの伝送距離を期待することになります。また、DDM の特徴はレーザーの種類によって異なります — VCSEL の数 mA のバイアスに対し、EML では数十 mA に加えて TEC があります — そのため、一方では「正常」なバイアス値が、他方ではアラームになります（レーザーの種類、受信器）。

同じ話を信号処理側から見たもの — リミッティング増幅器から DSP、LPO、コヒーレントまで — は 変調と DSP にあります。パッケージング側については 光パッケージング を参照してください。