光模块英文名叫Optical Module，是光通信领域的核心器件之一，搭配以太网交换机广泛应用于数据中心。光模块工作在物理层，实现光电转换：把光信号变成电信号，把电信号变成光信号。因此也被称为通信界的魔法师。

　　光模块虽然看似简单，但实现过程的技术含量并不低。准确来说，光模块是多种模块类别的统称，具体包括：光接收模块，光发送模块，光转发模块和光收发一体模块等。我们常说的光模块，一般是指光收发一体模块。

　　此前我们发表过相关文章：《国内光通信芯片、光模组企业(TOP 32)》、《光芯片：光电子产业国产化的下一站》、《光器件光模块专题报告》，今天我们以光电芯片再做一次具体分析。

　　光模块里用到的芯片可分为光芯片和电芯片，其中激光器、探测器是属于光芯片、放大器、驱动芯片和复用/解复用器件(MUX/DEMUX)等属于电芯片。

　　光收发一体模块由光发射器件(TOSA，含激光器)、光接收器件(ROSA，含光探测器)、主控电路板(PCBA)、外壳和光(电)接口等部分组成。

　　简而言之，光模块的工作原理是在发射端，驱动芯片对原始电信号进行处理，然后驱动半导体激光器(LD)或发光二极管(LED)发射出调制光信号。在接收端，光信号进来之后，由光探测二极管转换为电信号，经前置放大器后输出电信号。

　　光模块的主要器件包括：1、时钟数据恢复芯片(CDR，Clock and Data Recovery)：时钟数据恢复芯片的作用是在输入信号中提取时钟信号，并找出时钟信号和数据之间的相位关系，简单说就是恢复时钟。同时CDR还可以补偿信号在走线、连接器上的损失。CDR芯片原厂有美满/INPHI、商升特、瑞萨、MACOM、飞昂创新、芯耘光电、玏芯、中晟微电子、米硅科技、明夷科技、傲科光电、英思嘉、亿芯源、芈图光电、飞思灵等。

　　2、激光二极管驱动芯片(LDD，Laser Diode Driver)：将CDR的输出信号，转换成对应的调制信号，驱动激光器发光。不同类型的激光器需要选择不同类型的LDD芯片。在短距的多模光模块中(例如100G SR4)，一般来说CDR和LDD是集成在同一个芯片上的。驱动芯片原厂有Lumentum、高意、艾迈斯欧司朗、三菱电机、iC-Haus、德州仪器、亚德诺/美信、MACOM、优迅、源杰科技、飞昂创新、傲科光电、光梓、英思嘉、亿芯源、芈图光电、嘉纳海威等。

　　3、光发射器件(TOSA，含光激光器芯片)：实现电/光转换，主要包括激光器、MPD、TEC、隔离器、Mux、耦合透镜等器件，有TO-CAN、Gold-BOX、COC、COB等封装形式。对应用在数据中心的光模块，为了节省成本，TEC、MPD、隔离器都不是必备项。Mux也仅在需要波分复用的光模块中。此外，有些光模块的LDD也封装在TOSA中。TOSA原厂有博通、美满/INPHI、MACOM、Albis、三菱电机、滨松、First Sensor、京都半导体、Excelitas、芯耘光电、优迅、光创联、英思嘉、洪芯、三优、易飞扬、天孚通信、聚飞、翔通、杰微、艾锐光电等。

　　激光器芯片，按出光结构可进一步分为面发射芯片和边发射芯片，面发射芯片包括VCSEL芯片，边发射芯片包括FP、DFB和EML芯片。激光器芯片原厂有高意、Lumentum、MACOM、IPG、艾迈斯欧司朗、光迅、索尔思、长光华芯、源杰、度亘激光、仟目激光、仕佳光子、敏芯、中科光芯、光安伦、芯思杰、光隆科技、华芯半导体、华辰芯光等。

　　4、光接收器件(ROSA，含光探测器)：实现光/电转换，主要包括PD/APD、DeMux、耦合组件等，封装类型一般和TOSA相同。ROSA原厂美满/INPHI、MACOM、三菱电机、SIFOTONICS、天孚通信、光创联、优欣光、易飞扬等。

　　PD用于短距、中距的光模块，PD原厂滨松、瑞萨、SIFOTONICS、MACOM、三安、芯思杰、光森、敏光等;APD主要应用于长距光模块，APD原厂有滨松、First Sensor、Excelitas、瑞萨、三安、芯思杰、光森、敏光、苏纳光电等。

　　5、跨阻放大器(TIA，Transimpedance amplifier)：配合探测器使用。探测器将光信号转换为电流信号，TIA将电流信号处理成一定幅值的电压信号，我们可以将它简单的理解为一个大电阻。TIA原厂有美满/INPHI、商升特、瑞萨、MACOM、HiLight、飞昂创新、芯耘光电、米硅科技、明夷科技、傲科光电、英思嘉、亿芯源、乾鸿微、芈图光电、科大亨芯、微龛等。

　　6、 限幅放大器(LA，Limiting Amplifier)：TIA输出幅值会随着接收光功率的变化而改变，LA的作用就是将变化的输出幅值处理成等幅的电信号，给CDR和判决电路提供稳定的电压信号。高速模块中，LA通常和TIA或CDR集成在一起。LA原厂有亚德诺/美信、微芯/麦瑞、明夷科技、芯波微、亿芯源等。

　　7、复用/解复用器件(MUX/DEMUX)：在波分复用光模块(例CWDM4光模块)中，Mux/DeMux是核心器件之一。基于空间光学的Mux/DeMux性能要更好(插损、PDL、温度漂移)，但器件较贵、光学耦合复杂;基于波导光学的Mux/DeMux，具有集成度高、成本低、封装工艺简单等优点，但性能和空间光学的TFF型Mux/DeMux还是有一定差距的。这几种类型的Mux/DeMux在实际的产品中都有应用。MUX/DEMUX芯片原厂有赛丽科技、弘光向尚、驿路通、奇芯光电、芯速联、仕佳光子等。

　　8、数据处理芯片(DSP)：负责底层软件的运行、光模块相关的DDM功能监控及一些特定的功能。DDM监控主要实现对温度、Vcc电压、Bias电流、Rx power、Tx power 5个模拟量的信号进行实时监测，通过这些参数判断光模块的工作状况，便于光通信链路的维护。DSP芯片原厂有博通、美满/INPHI、MAXLINEAR、Lumentum、Credo、NTT、MultiPhy、思科/Acacia、海信宽带、橙科、芯速联、飞昂创新、飞思灵等。

　　9、外壳和光(电)接口。外壳和光(电)接口原厂有住友电工、肖特、京瓷、凡谷、意华、中航天成、伊丰电子、圣达、宏钢、中瓷、三环、东田、裕华达、光盛通、瑞源精密、星河精密等。

　　中国拥有全球最大的光通信市场，约占全球25%-30%左右的市场份额。但我国光通信器件厂商多以民营中小企业为主，主要集中在中低端产品的研发制造，高端芯片还严重依赖进口。值得注意的是，近年来国内光模块厂商愈发意识到核心技术自主可控的重要性，不断向上游光电芯片领域进军，力求掌握核心技术，在高端光模块领域与国外厂商展开竞争。

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