光学フロントエンド：TOSA、ROSA、BOSA

筐体とマイクロコントローラー、EEPROM を取り除くと、トランシーバーは2つの要素に帰着します。高速に切り替えられる光源と、それを読み取れる光検出器です。伝送距離、波長、光ファイバーの種類、コストに関するすべては、モジュールが搭載する光源と検出器の組み合わせによって決まります。このページでは光フロントエンドを紹介し、続くページではレーザー、受信器、そのフォームファクターごとの進化、そしてそれらを構築するチップオンボード方式を扱います。

トランシーバーのブロック図：ホストコネクター、CDR/DSP、レーザードライバー、TOSA、ROSA、TIA、EEPROM と DDM を備えたマイクロコントローラー、電源

信号経路

 ホスト SerDes ──► レーザードライバー ──► レーザー ──► 光ファイバー ──► フォトダイオード ──► TIA ──► LA / CDR ──► ホスト SerDes
                    （バイアス + 変調）                    （電流）        （電圧）  （整形済みデータ）

送信側。 ドライバーはホストの電気ビットを、レーザーを切り替えるか変調する電流に変換します。レーザーは電流を単一波長の光に変換し、レンズがその光を光ファイバーのコアに結合します。
受信側。 レンズが入射光をフォトダイオードに集光し、フォトダイオードはごく小さな電流を生じます。TIA（トランスインピーダンスアンプ）がそれを電圧に変換し、LA（リミッティングアンプ）がデジタルレベルに整形します。PAM4 モジュールでは、代わりにリニアアンプが ADC と DSP に信号を送ります。CDR が結果を再タイミングします。

サブアセンブリ

用語	内容	備考
TOSA — 送信光サブアセンブリ	レーザーダイ、監視用フォトダイオード、場合によってはドライバー、レンズ、光ファイバースタブまたはレセプタクル。冷却型設計では TEC とサーミスタも含む	波長、送出パワー、消光比を決定する
ROSA — 受信光サブアセンブリ	フォトダイオード（PIN または APD）、TIA、レンズ、レセプタクル	受信感度、過入力、帯域幅を決定する
BOSA — 双方向 OSA	1本の光ファイバー上で、1つのWDM フィルターの奥に TOSA と ROSA を配置	BiDi モジュールと PON モジュール（1310/1490/1550 nm）
マルチチャネル OSA	レンズアレイと MPO/MT フェルールを備えた 4 または 8 レーンのレーザー・PD アレイ、あるいは統合 WDM（CWDM4/LR4）マルチプレクサー	パラレルモジュールと WDM モジュール

従来、各 OSA は気密 TO-can（トランジスタ・アウトライン型の金属パッケージ）またはセラミックボックスでした。大量生産されるパラレル光学部品では、基板上に裸ダイを直接実装する方式（チップオンボード）が増えており、最新の設計では変調器と検出器をシリコンフォトニクスチップ上に統合しています。

重要な数値

パラメーター	側	意味	見られる場所
波長	Tx	レーザーの中心波長（850、1310、1550、CWDM/DWDM チャネル）	識別バイト、Check transceiver
送出パワー	Tx	光ファイバーへの平均光パワー（dBm）	DDM の Tx パワー
消光比	Tx	「1」と「0」の光レベルの比（dB）。大きいほど検出しやすい	データシート。DDM には含まれない
チャープ／線幅	Tx	変調時の波長の揺らぎ。分散を通じて伝送距離を制限する	設計上の選択：DFB か EML か
受信感度	Rx	目標 BER を達成するのに必要な最小パワー（dBm）	Rx の低パワーアラームしきい値
過入力	Rx	受信器が飽和する直前の最大パワー	Rx の高パワーアラームしきい値
応答度	Rx	光1ワットあたりの電流（A/W）	設計パラメーター
帯域幅	両方	電気帯域幅。シンボルレートの約 0.7 倍を超える必要がある	レートクラス

リンクバジェット = 送出パワー − 受信感度 − マージン。この1つの引き算だけで、モジュールのレーザーとフォトダイオードが伝送距離クラスを決めることが分かります。CWDM の合分波とリンクバジェットを参照してください。

冷却型と非冷却型

レーザーの波長は温度によって変動します（DFB で約 0.1 nm/°C）。DWDM、LAN-WDM LR4、EML ベースの長距離伝送など、波長の精度が求められる場合、TOSA には熱電クーラー（TEC）とサーミスタが搭載されます。20 nm のチャネル間隔や単一波長のように波長変動が許容される場合（SR、LR、CWDM）、モジュールは非冷却型となり、安価で消費電力も低くなります。DDM の温度はモジュールの筐体温度を指します。一部の冷却型モジュールは、補助的な監視項目としてレーザー温度も報告します（DDM のパラメーターを参照）。

故障とその兆候

レーザーの経年劣化。 パワーを維持しようとバイアス電流が上昇し、やがて出力が崩壊します（故障を参照）。
受信器の劣化。 受信感度が悪化します。Rx の読み値は正常に見えても、エラーは増加します。
結合損失。 レセプタクルの汚れや位置ずれは、両側で数デシベルの損失につながります（リンクフラッピングを参照）。
冷却型モジュールの TEC 故障。 波長がフィルターの通過帯域から外れます。

CodingBox では

光フロントエンドは DDM を通じて報告されます。Tx パワー、Tx バイアス（レーザーの健全性を示す）、Rx パワー（フォトダイオードから見た遠端の状態）、そして温度です。CodingBox はこれらを DDM 画面で読み取り、トレンドを表示します。フロントエンドを表す識別バイト（波長、伝送距離、コンプライアンスコード）は EEPROM editor で読み取り、コーディングできます。モジュールが実際に搭載するレーザーと受信器の内容と一致させておいてください。