เลเซอร์ตามฟอร์มแฟกเตอร์และอัตราข้อมูล

เลเซอร์ชนิดใดอยู่ภายในโมดูลถูกกำหนดโดยสองสิ่ง คืออัตราต่อเลนที่เลเซอร์ต้องมอดูเลต และระยะส่งที่ต้องครอบคลุม ทั้งสองค่านี้ไต่สูงขึ้นเรื่อย ๆ ในทุกรุ่นของฟอร์มแฟกเตอร์ หน้านี้แสดงแผนที่เทคโนโลยีเลเซอร์และตัวรับที่ใช้ในแต่ละขั้น ตั้งแต่ GBIC 1G ไปจนถึง OSFP 800G

กฎง่าย ๆ โดยประมาณ

ระยะส่ง	ใยแก้วนำแสง	เลเซอร์	ตัวรับ
≤ 100–500 m	มัลติโหมด	VCSEL 850 nm, มอดูเลตโดยตรง	PIN
500 m – 2 km	ซิงเกิลโหมด	DFB (DML) หรือ SiPh 1310 nm	PIN
10 km	ซิงเกิลโหมด	DFB (DML) จนถึง 10–25G; EML ที่ 50–100G ต่อเลน	PIN
40 km	ซิงเกิลโหมด	EML 1550 หรือ LAN-WDM, มีความเย็น	PIN หรือ APD
80 km ขึ้นไป	ซิงเกิลโหมด	EML + APD หรือโคฮีเรนต์แบบปรับความยาวคลื่นได้	APD / โคฮีเรนต์

อัตราข้อมูลก็ผลักดันไปในทิศทางเดียวกัน: จนถึง 10G เลเซอร์มอดูเลตโดยตรงยังใช้ได้ดี ที่ 25G DML เริ่มอยู่ในขอบเขตจำกัดและ EML/VCSEL-25G เข้ามาแทนที่ ตั้งแต่ 50G PAM4 ต่อเลนขึ้นไป EML หรือมอดูเลเตอร์ซิลิคอนโฟโตนิกส์ครองตลาด ที่ 100G ต่อเลนขึ้นไป VCSEL ไปถึงเพดานของตัวเองแล้ว

ไล่ตามรุ่นต่อรุ่น

1G — GBIC และ SFP (ทศวรรษ 1990 เป็นต้นมา)

PMD	เลเซอร์	ตัวตรวจจับ
1000BASE-SX	VCSEL 850 nm	GaAs PIN
1000BASE-LX	FP 1310 nm (ภายหลังเปลี่ยนเป็น DFB)	InGaAs PIN
1000BASE-EX / ZX	DFB 1310 / 1550 nm	PIN; APD บน ZX ระยะ 80–120 km
CWDM SFP	DFB ไม่มีความเย็นบนกริด 20 nm	PIN, APD บนระยะ 80 km ขึ้นไป

สเปกตรัมแบบมัลติโหมดของเลเซอร์ FP ยังยอมรับได้ที่ 1.25 Gb/s VCSEL ทำให้ออปติกมัลติโหมด 1G มีราคาแทบไม่มีนัยสำคัญ ดู GBIC, SFP

10G — XFP, SFP+ (2002 เป็นต้นมา)

PMD	เลเซอร์	ตัวตรวจจับ
10GBASE-SR	VCSEL 10G 850 nm	PIN
10GBASE-LRM	FP/DFB 1310 nm + EDC ฝั่งโฮสต์	PIN
10GBASE-LR	DFB 1310 nm, มอดูเลตโดยตรง	PIN
10GBASE-ER	EML 1550 nm, มีความเย็น	PIN / APD
10GBASE-ZR / 80 km	EML 1550 nm, มีความเย็น	APD
DWDM 10G, ปรับความยาวคลื่นได้	DFB มีความเย็น หรือปรับความยาวคลื่นได้ (DBR/ITLA) + EML	APD

10G คือจุดที่ EML และ APD กลายเป็นมาตรฐานสำหรับระยะทางเกิน 10 km และเป็นจุดที่ CDR ภายในโมดูลของ XFP เปิดทางให้ดีไซน์แบบฝั่งโฮสต์ของ SFP+ เข้ามาแทน (XFP, SFP+)

25G — SFP28 (2015 เป็นต้นมา)

PMD	เลเซอร์	ตัวตรวจจับ
25GBASE-SR	VCSEL 25G 850 nm	PIN
25GBASE-LR	DFB 25G 1310 nm (DML) หรือ EML	PIN
25GBASE-ER	EML 1310 nm	APD

RS-FEC เข้ามาพร้อมกับ 25G ทำให้เลเซอร์ราคาถูกกว่าสามารถผ่านข้อกำหนดได้ที่จุด BER ก่อน FEC

40G — QSFP+ (2010 เป็นต้นมา)

PMD	เลเซอร์	ตัวตรวจจับ
40GBASE-SR4	อาร์เรย์ VCSEL 10G × 4, ชิปบนบอร์ด	อาร์เรย์ PIN × 4
40GBASE-LR4	DFB × 4 บน CWDM 1271–1331 nm, ไม่มีความเย็น	PIN × 4 + ดีมัลติเพล็กเซอร์
40G PSM4	DFB 1310 nm × 4	PIN × 4

นี่คือออปติกแบบขนานรุ่นแรกที่ออกสู่ตลาดวงกว้าง อาร์เรย์ VCSEL บนบอร์ดพร้อมอาร์เรย์เลนส์และเฟอร์รูล MPO วางรูปแบบไว้ให้ SR4/SR8 ทุกรุ่นตั้งแต่นั้นมา (QSFP+, ชิปบนบอร์ด)

100G — QSFP28 (2015 เป็นต้นมา)

PMD	เลเซอร์	ตัวตรวจจับ
100GBASE-SR4	VCSEL 25G × 4 (COB)	PIN × 4
100G CWDM4 / CLR4	DFB 25G × 4 (DML), CWDM ไม่มีความเย็น	PIN × 4 + ดีมัลติเพล็กเซอร์
100G PSM4	DFB 25G × 4 หรือ MZM แบบ SiPh จากเลเซอร์ CW ตัวเดียว	PIN × 4 (Ge บน SiPh)
100GBASE-LR4 / ER4	EML 25G × 4 บน LAN-WDM, มีความเย็น	PIN / APD
100GBASE-DR / FR / LR	EML หรือ SiPh PAM4 100G × 1	PIN, TIA เชิงเส้น + DSP
100G DWDM / รุ่น ZR	ปรับความยาวคลื่นได้ + EML หรือโคฮีเรนต์	APD / โคฮีเรนต์

100G คือรุ่นที่ซิลิคอนโฟโตนิกส์เข้าสู่การผลิตปริมาณมาก (PSM4, DR) และเป็นจุดที่การแบ่งระหว่าง DFB ไม่มีความเย็น (CWDM4, 2 km) กับ EML มีความเย็น (LR4, 10 km) กำหนดบันไดราคาขึ้นมา (QSFP28)

200G/400G — QSFP56, QSFP-DD, OSFP (2019 เป็นต้นมา)

PMD	เลเซอร์	ตัวตรวจจับ
200G/400G SR4 / SR8	อาร์เรย์ VCSEL PAM4 50G (COB)	อาร์เรย์ PIN + DSP
400GBASE-DR4	EML หรือ MZM แบบ SiPh PAM4 100G × 4, 1310 nm	PIN + DSP
400GBASE-FR4 / LR4	EML 100G × 4 บน CWDM, มีความเย็น	PIN
400GBASE-FR8 / LR8	EML 50G × 8 บน LAN-WDM	PIN
400ZR / ZR+	nano-ITLA ปรับความยาวคลื่นได้ + มอดูเลเตอร์โคฮีเรนต์แบบ SiPh	ตัวรับโคฮีเรนต์

PAM4 ทำให้ DSP กลายเป็นส่วนหนึ่งของทุกโมดูล และผลักเลเซอร์ไปสู่ 100G ต่อเลน ซึ่งเป็นอาณาเขตของ EML และ SiPh (QSFP-DD, OSFP)

800G และ 1.6T — OSFP, QSFP-DD800, OSFP-XD (2022 เป็นต้นมา)

PMD	เลเซอร์	ตัวตรวจจับ
800G SR8	VCSEL PAM4 100G (เพดานของ VCSEL)	PIN + DSP
800G DR8 / 2×DR4	EML หรือ SiPh 100G × 8	PIN + DSP
800G 2×FR4	EML 100G × 8 บน CWDM	PIN
1.6T DR8 (200G/เลน)	EML PAM4 200G, SiPh, มอดูเลเตอร์ลิเทียมไนโอเบตแบบฟิล์มบาง	PIN + DSP
รุ่น LPO	เลเซอร์แบบเดียวกัน ไม่มี DSP ในโมดูล — โฮสต์ทำอีควอไลซ์เอง	TIA เชิงเส้นเท่านั้น

แนวโน้มร่วมข้ามรุ่น

จากมอดูเลชันโดยตรงสู่มอดูเลชันภายนอก — DML สำหรับ ≤ 25G, EML/MZM สำหรับสูงกว่านั้น
จากเลเซอร์หนึ่งตัวต่อเลนสู่เลเซอร์หนึ่งตัวต่อโมดูล — SiPh แบ่งแหล่งกำเนิด CW ออกไปยังหลายเลน
จากกระป๋อง TO-can แบบปิดผนึกแน่นสู่ชิปเปลือย — ชิปบนบอร์ด สำหรับออปติกแบบขนาน และการรวม SiPh สำหรับซิงเกิลโหมด
ระยะส่งของ VCSEL หดลงเมื่ออัตราข้อมูลเพิ่มขึ้น — 550 m ที่ 1G, 100 m ที่ 25G, 50–100 m ที่ 100G ซิงเกิลโหมดแบบ DR กำลังเข้ามาแทนที่แม้แต่ลิงก์สั้น ๆ ในดาต้าเซ็นเตอร์
โคฮีเรนต์เคลื่อนเข้าสู่อุปกรณ์ถอดเสียบได้ — ตัวรับฝั่งทรานสปอร์ตตอนนี้ใส่ลงใน QSFP-DD ได้แล้ว
กำลังไฟฟ้าคือขีดจำกัดใหม่ — EML มีความเย็น, DSP และ ITLA ผลักโมดูล 400G/800G ให้กินกำลังไฟถึง 15–20 W ผลักดันให้เกิด LPO และออปติกแบบบรรจุร่วม

เหตุใดเรื่องนี้จึงสำคัญต่อการเขียนโค้ดและการวินิจฉัย

ไบต์ข้อมูลระบุตัวตนที่สวิตช์อ่าน ได้แก่ ความยาวคลื่น, ระยะส่ง, รหัสความสอดคล้อง เป็นตัวแทนของเลเซอร์ที่อยู่ภายใน การเขียนโค้ดโมดูล VCSEL SR4 ให้เป็น LR4 ไม่ได้เปลี่ยนเลเซอร์ 850 nm ของมันแต่อย่างใด โฮสต์จะยังคงคาดหวังระยะส่งแบบซิงเกิลโหมดที่โมดูลให้ไม่ได้ และลักษณะของ DDM ก็แตกต่างกันไปตามชนิดของเลเซอร์ ไบอัสไม่กี่ mA ของ VCSEL เทียบกับหลายสิบ mA บวกกับ TEC ของ EML ดังนั้นค่าไบอัสที่ “ปกติ” สำหรับตัวหนึ่งอาจเป็นอะลาร์มสำหรับอีกตัวหนึ่ง (ชนิดของเลเซอร์, ตัวรับ)

ด้านการประมวลผลสัญญาณของเรื่องเดียวกันนี้ ตั้งแต่ตัวขยายแบบจำกัดไปจนถึง DSP, LPO และโคฮีเรนต์ อยู่ใน การมอดูเลตและ DSP ส่วนด้านบรรจุภัณฑ์อยู่ใน บรรจุภัณฑ์เชิงแสง

หากพบข้อมูลที่ไม่ถูกต้องหรือข้อผิดพลาดในบทความนี้ ให้เลือกข้อความส่วนนั้นแล้วกด Ctrl+Enter เพื่อ