ตัวรับส่งสัญญาณแสง: องค์ประกอบหลักสำหรับการส่งข้อมูล

ในยุคของความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วในเทคโนโลยีสารสนเทศบริการที่เราพึ่งพาเช่นอินเทอร์เน็ตการประมวลผลแบบคลาวด์และข้อมูลขนาดใหญ่ทั้งหมดขึ้นอยู่กับส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่สำคัญ: ตัวรับส่งสัญญาณแสง บูรณาการ ตัวรับส่งสัญญาณแสง มันทำหน้าที่สำคัญในการแปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นสัญญาณออปติคัลภายในระบบการสื่อสารใยแก้วนำแสง หากไม่มีเครื่องรับส่งสัญญาณแสงสัญญาณไฟฟ้าจะเป็นไปไม่ได้ที่จะส่งผ่านระยะทางไกลและด้วยความเร็วสูงผ่านเส้นใยแสงและเครือข่ายการสื่อสารที่ทันสมัยจะเป็นไปไม่ได้

การแปลง Optoelectronic: ตัวรับส่งสัญญาณแบบออพติคอลทำงานอย่างไร
ฟังก์ชั่นหลักของตัวรับส่งสัญญาณแสงอยู่ในกลไกการแปลงแบบสองทิศทาง: การแปลงแบบออปติคัลเป็นไฟฟ้าที่ปลายส่งและการแปลงทางไฟฟ้าเป็นออพติคอลเมื่อสิ้นสุดการรับ

ในการส่งสัญญาณตัวรับส่งสัญญาณออพติคอลจะได้รับสัญญาณไฟฟ้าจากอุปกรณ์เครือข่าย (เช่นสวิตช์หรือเราเตอร์) สัญญาณไฟฟ้าเหล่านี้ผ่าน IC ของไดรเวอร์ภายในซึ่งควบคุมเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ได้อย่างแม่นยำ เลเซอร์เปิดและปิดอย่างรวดเร็วที่ความถี่สูงมากตามข้อมูลดิจิตอลในสัญญาณไฟฟ้าแปลงสัญญาณ "0" และ "1" ในสัญญาณไฟฟ้าเป็นพัลส์แสงที่มีความเข้มที่แตกต่างกัน พัลส์แสงเหล่านี้จะถูกโฟกัสและรวมเข้ากับใยแก้วนำแสงสำหรับการส่งผ่านทางไกล กระบวนการนี้แปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นสัญญาณออปติคัล

ในระหว่างการรับสัญญาณโมดูลออปติคัลจะได้รับสัญญาณออปติคัลที่ส่งมาจากเส้นใยออพติคอล พัลส์แสงอ่อนเหล่านี้ถูกตรวจพบโดยเครื่องตรวจจับแสงภายในโดยทั่วไปจะเป็นโฟโตไดโอดพินหรือโฟโตไดโอดหิมะถล่ม (APD) ฟังก์ชั่นของมันคือการแปลงสัญญาณแสงเป็นสัญญาณไฟฟ้า สัญญาณไฟฟ้านี้จะถูกขยายโดยแอมพลิฟายเออร์ transimpedance (TIA) และรูปร่างโดยแอมพลิฟายเออร์ จำกัด (LA) คืนค่าเป็นสัญญาณดิจิตอลที่สอดคล้องกับสัญญาณดั้งเดิมสำหรับการส่งไปยังอุปกรณ์เครือข่ายดาวน์สตรีม กระบวนการนี้เสร็จสิ้นการแปลงสัญญาณออปติคัลเป็นสัญญาณไฟฟ้า

ความก้าวหน้าด้านประสิทธิภาพ: จากความเร็วต่ำถึงความเร็วสูงพิเศษ
วิวัฒนาการทางเทคโนโลยีของโมดูลออปติคัลเป็นเรื่องราวของการแสวงหาความเร็วที่สูงขึ้นอย่างต่อเนื่องระยะทางไกลและการใช้พลังงานลดลง

โมดูลออปติคัลยุคแรกมีอัตราข้อมูลต่ำและส่วนใหญ่ใช้ในสถานการณ์การสื่อสารระยะสั้นระยะสั้นและแบนด์วิดท์ ด้วยการใช้อินเทอร์เน็ตอย่างกว้างขวางและการเพิ่มขึ้นของปริมาณการใช้ข้อมูลความต้องการที่สูงขึ้นได้ถูกวางไว้บนความเร็วและประสิทธิภาพของโมดูลออปติคัล นวัตกรรมทางเทคโนโลยีสะท้อนให้เห็นเป็นหลักในพื้นที่ต่อไปนี้:

เทคโนโลยีการมอดูเลต: เพื่อเพิ่มความเร็วในการส่งผ่านโดยไม่เพิ่มอัตราการรับส่งข้อมูลโมดูลออปติคัลได้พัฒนาจากการปรับแบบดั้งเดิมที่ไม่กลับมาเป็นศูนย์ (NRZ) ไปจนถึงการปรับแอมพลิจูดพัลส์แอมพลิจูดสี่ระดับ (PAM4) การมอดูเลต PAM4 สามารถส่งข้อมูลสองบิตต่อรอบนาฬิกาเพิ่มอัตราการส่งเพิ่มเป็นสองเท่าเมื่อเทียบกับ NRZ และกลายเป็นเทคโนโลยีกระแสหลักสำหรับโมดูลออปติคัลความเร็วสูง

ส่วนประกอบแสงหลัก: เพื่อรองรับความเร็วที่สูงขึ้นและระยะทางไกลเลเซอร์และเครื่องตรวจจับแสงในโมดูลออปติคัลได้รับการอัพเกรดอย่างต่อเนื่อง ตัวอย่างเช่นเลเซอร์มอดูเลตไฟฟ้า (EMLs) Electro-absorption ถูกใช้เพื่อตอบสนองความต้องการความเร็วสูงในขณะที่ avalanche photodiodes (APDS) ใช้เพื่อปรับปรุงความไวของตัวรับ

การสื่อสารด้วยแสงที่สอดคล้องกัน: สำหรับการส่งผ่านเครือข่ายความยาวและความจุสูงเป็นพิเศษโมดูลออปติคัลใช้เทคโนโลยีการสื่อสารทางแสงที่สอดคล้องกัน เทคโนโลยีนี้ปรับเปลี่ยนข้อมูลโดยใช้แสงหลายมิติของแสงเช่นแอมพลิจูดเฟสและโพลาไรเซชันและใช้ชิปการประมวลผลสัญญาณดิจิตอล (DSP) สำหรับการ demodulation ที่ซับซ้อนเพิ่มระยะการส่งสัญญาณและความจุอย่างมีนัยสำคัญ

แบบฟอร์มแพ็คเกจ: การปรับตัวแอปพลิเคชันที่หลากหลาย
โมดูลออปติคัลมีมากกว่าหนึ่งแพคเกจฟอร์มแฟคเตอร์ มาตรฐานต่าง ๆ มีการพัฒนาขึ้นอยู่กับความเร็วขนาดที่แตกต่างกันการใช้พลังงานและสถานการณ์แอปพลิเคชัน แบบฟอร์มแพ็คเกจเหล่านี้กำหนดปัจจัยฟอร์มกายภาพและประเภทอินเตอร์เฟสของโมดูลออปติคัล

แบบฟอร์มแพ็คเกจทั่วไปในอุตสาหกรรม ได้แก่ SFP, SFP, QSFP, QSFP28, OSFP และ CFP โดยทั่วไปการประชุมการตั้งชื่อเหล่านี้สะท้อนให้เห็นถึงการจัดอันดับความเร็วและจำนวนช่องทางของโมดูลออปติคัล ตัวอย่างเช่น SFP มักใช้สำหรับความเร็ว 10 กรัมในขณะที่ QSFP28 มักใช้สำหรับความเร็ว 100 กรัมและใช้การออกแบบสี่ช่อง

แพ็คเกจเป็นมากกว่าแค่เชลล์ มันรวมอุปกรณ์ optoelectronic ที่ซับซ้อนวงจรไดรเวอร์และชิปควบคุม การออกแบบโครงสร้างของแพ็คเกจจะต้องพิจารณาการกระจายความร้อนเนื่องจากโมดูลออปติคัลความเร็วสูงใช้พลังงานสูง การกระจายความร้อนที่มีประสิทธิภาพมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการสร้างความมั่นใจในการทำงานที่มั่นคงในระยะยาว

อินเทอร์เฟซออปติคัลของโมดูลออปติคัลก็มีความสำคัญเช่นกัน ตัวอย่างเช่นอินเทอร์เฟซ LC มักใช้ในโมดูลออปติคัลขนาดเล็กเนื่องจากขนาดกะทัดรัด ในทางกลับกันอินเทอร์เฟซ MPO สามารถรวมเส้นใยหลายตัวเข้ากับอินเทอร์เฟซเดียวทำให้เหมาะสำหรับโมดูลออปติคัลแบบหลายช่องทางที่มีความหนาแน่นสูงเช่นที่ใช้ในการเชื่อมต่อภายในศูนย์ข้อมูล

ด้วยการปรับใช้เต็มรูปแบบของ 5G, คลาวด์คอมพิวติ้งและอินเทอร์เน็ตของสิ่งต่าง ๆ ความต้องการโมดูลออปติคัลจะยังคงเติบโตต่อไป โมดูลออปติคัลในอนาคตจะเป็นมากกว่าอุปกรณ์แปลงโฟโตอิเล็กทริกที่เรียบง่าย พวกเขาจะถูกรวมเข้ากับอุปกรณ์เครือข่ายอย่างลึกซึ้งและรวมฟังก์ชั่นอัจฉริยะมากขึ้นกลายเป็นหลักที่สนับสนุนโครงสร้างพื้นฐานเครือข่ายในอนาคต