Лазеры по форм-факторам и скоростям

Какой лазер стоит внутри модуля, решают две вещи — скорость на канал, которую лазер должен модулировать, и дальность, которую он должен покрыть, — и обе росли с каждым поколением форм-факторов. Эта страница сопоставляет технологии лазеров и приёмников на каждом шаге, от GBIC на 1G до OSFP на 800G.

Правило большого пальца

Скорость толкает в ту же сторону: до 10G прямомодулированный лазер годится; на 25G DML на пределе, и верх берут EML/VCSEL-25G; с 50G PAM4 на канал доминируют EML или модуляторы кремниевой фотоники; на 100G+ на канал VCSEL достигают потолка.

Поколение за поколением

1G — GBIC и SFP (1990-е → )

Многомодовый спектр FP-лазера был приемлем на 1,25 Гбит/с; VCSEL сделали многомодовую оптику 1G почти бесплатной. См. GBIC, SFP.

10G — XFP, SFP+ (2002 → )

10G — там, где EML и APD стали стандартом для всего дальше 10 км и где CDR внутри XFP уступил хостовой схеме SFP+ (XFP, SFP+).

25G — SFP28 (2015 → )

С 25G приходит RS-FEC, позволяя более дешёвым лазерам укладываться в спецификацию по точке pre-FEC BER.

40G — QSFP+ (2010 → )

Первая массовая параллельная оптика; матрицы VCSEL на плате с матрицей линз и ферулой MPO задали шаблон для каждого последующего SR4/SR8 (QSFP+, Chip-on-board).

100G — QSFP28 (2015 → )

100G — поколение, в котором кремниевая фотоника вышла в массовое производство (PSM4, DR) и где раздел между неохлаждаемым DFB (CWDM4, 2 км) и охлаждаемым EML (LR4, 10 км) задал ценовую лестницу (QSFP28).

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

PAM4 делает DSP частью каждого модуля и толкает лазеры к 100G на канал — территория EML и SiPh (QSFP-DD, OSFP).

800G и 1,6T — OSFP, QSFP-DD800, OSFP-XD (2022 → )

Сквозные тренды

1. От прямой к внешней модуляции — DML для ≤ 25G, EML/MZM выше.
2. От лазера на канал к лазеру на модуль — SiPh делит один CW-источник между каналами.
3. От герметичных TO-корпусов к бескорпусным кристаллам — chip-on-board для параллельной оптики, интеграция SiPh для одномода.
4. Дальность VCSEL сжимается с ростом скорости — 550 м на 1G, 100 м на 25G, 50–100 м на 100G; одномодовый DR отбирает даже короткие линки дата-центров.
5. Когерент переезжает в сменные модули — транспортный приёмник теперь помещается в QSFP-DD.
6. Мощность — новый предел — охлаждаемые EML, DSP и ITLA доводят модули 400G/800G до 15–20 Вт, подталкивая LPO и co-packaged optics.

Почему это важно для кодирования и диагностики

Байты идентификации, которые читает коммутатор, — длина волны, дальность, код соответствия — косвенно описывают лазер внутри. Кодирование VCSEL-модуля SR4 как LR4 не меняет его лазеры 850 нм; хост будет ожидать одномодовую дальность, которой модуль не даст. И почерк DDM различается по типу лазера — единицы мА смещения у VCSEL против десятков мА плюс TEC у EML, — так что «нормальный» ток для одного — авария для другого (Типы лазеров, Приёмники).