Ricetrasmettitore ottico: un componente principale per la trasmissione delle informazioni

In un'era di rapidi progressi nella tecnologia dell'informazione, i servizi su cui facciamo affidamento, come Internet, il cloud computing e i big data, si basano tutti su una componente elettronica cruciale: il ricetrasmettitore ottico. Un integrato ricetrasmettitore ottico , svolge il compito cruciale di convertire i segnali elettrici in segnali ottici all'interno dei sistemi di comunicazione in fibra ottica. Senza ricetrasmettitori ottici, i segnali elettrici sarebbero impossibili da trasmettere su lunghe distanze e ad alta velocità attraverso fibre ottiche e le moderne reti di comunicazione sarebbero impossibili.

Conversione optoelettronica: come funzionano i ricetrasmettitori ottici
La funzione principale di un ricetrasmettitore ottico risiede nel suo meccanismo di conversione bidirezionale: conversione ottica-elettrica all'estremità trasmessa e alla conversione elettrica-ottica all'estremità ricevente.

Per trasmettere segnali, un ricetrasmettitore ottico riceve segnali elettrici da dispositivi di rete (come switch o router). Questi segnali elettrici passano attraverso un driver IC interno, controllando con precisione un laser a semiconduttore. Il laser accende rapidamente e si spegne ad una frequenza estremamente alta in base alle informazioni digitali nel segnale elettrico, convertendo i segnali "0" e "1" nel segnale elettrico in impulsi di luce di intensità variabili. Questi impulsi di luce vengono quindi focalizzati e accoppiati nella fibra ottica per la trasmissione a lunga distanza. Questo processo converte i segnali elettrici in segnali ottici.

Durante la ricezione del segnale, un modulo ottico riceve segnali ottici trasmessi da una fibra ottica. Questi impulsi di luce deboli vengono rilevati da un fotodettore interno, in genere un fotodiodo a perno o fotodiodo valanghe (APD). La sua funzione è quella di convertire il segnale ottico in un segnale elettrico. Questo segnale elettrico viene quindi amplificato da un amplificatore di transimpedenza (TIA) e modellato da un amplificatore limitante (LA), ripristinandolo su un segnale digitale coerente con il segnale originale per la trasmissione alle apparecchiature di rete a valle. Questo processo completa la conversione del segnale ottico in un segnale elettrico.

Avanzamento delle prestazioni: dalla bassa velocità alla velocità massima
L'evoluzione tecnologica dei moduli ottici è una storia di perseguimento continuo di velocità più elevate, distanze più lunghe e minor consumo di energia.

I primi moduli ottici avevano basse velocità di dati e venivano utilizzati principalmente in scenari di comunicazione a breve distanza a bassa banda. Con l'adozione diffusa di Internet e l'aumento del traffico di dati, sono state poste richieste più elevate sulla velocità e sulle prestazioni dei moduli ottici. Le innovazioni tecnologiche si riflettono principalmente nelle seguenti aree:

Tecnologia di modulazione: per aumentare le velocità di trasmissione senza aumentare i tassi di baud, i moduli ottici si sono evoluti dalla tradizionale modulazione non ritornello a zero (NRZ) alla modulazione dell'ampiezza dell'impulso a quattro livelli (PAM4). La modulazione PAM4 può trasmettere due bit di informazioni per ciclo di clock, raddoppiando la velocità di trasmissione rispetto a NRZ e diventando la tecnologia tradizionale per i moduli ottici ad alta velocità.

Core componenti ottici: per supportare velocità più elevate e distanze più lunghe, i laser e i fotodettori nei moduli ottici vengono continuamente aggiornati. Ad esempio, i laser modulati da elettro-absorbimento (EML) vengono utilizzati per soddisfare i requisiti ad alta velocità, mentre i fotodiodi delle valanghe (APD) vengono utilizzati per migliorare la sensibilità del ricevitore, consentendo la trasmissione a distanza più lunga.

Comunicazione ottica coerente: per la trasmissione della rete spina dorsale ad alta distanza e ad alta capacità, i moduli ottici utilizzano una tecnologia di comunicazione ottica coerente. Questa tecnologia modula le informazioni utilizzando più dimensioni di luce, come ampiezza, fase e polarizzazione, e utilizza chip di elaborazione del segnale digitale (DSP) per la demodulazione complessa, aumentando significativamente la distanza e la capacità di trasmissione.

Modulo di pacchetto: adattabilità diversa dell'applicazione
I moduli ottici hanno più di un fattore di forma di pacchetto. Vari standard si sono evoluti in base a diverse velocità, dimensioni, consumo di energia e scenari di applicazione. Queste forme di pacchetto determinano il fattore di forma fisica e il tipo di interfaccia del modulo ottico.

I moduli di pacchetto comuni nel settore includono SFP, SFP, QSFP, QSFP28, OSFP e CFP. Queste convenzioni di denominazione riflettono generalmente la valutazione della velocità e il numero di canali del modulo ottico. Ad esempio, SFP è comunemente usato per velocità 10G, mentre QSFP28 è comunemente usato per velocità di 100 g e utilizza un design a quattro canali.

Un pacchetto è più di una semplice shell. Integra dispositivi optoelettronici complessi, circuiti di driver e chip di controllo. Il design strutturale del pacchetto deve considerare la dissipazione del calore, poiché i moduli ottici ad alta velocità consumano elevata potenza. L'efficace dissipazione del calore è fondamentale per garantire un funzionamento stabile a lungo termine.

Anche l'interfaccia ottica di un modulo ottico è cruciale. Ad esempio, l'interfaccia LC è comunemente usata in piccoli moduli ottici a causa della sua dimensione compatta. L'interfaccia MPO, d'altra parte, può integrare più fibre in una singola interfaccia, rendendolo adatto per moduli ottici a più densità e multicanale, come quelli utilizzati nelle connessioni interne del data center.

Con l'intera distribuzione di 5G, il cloud computing e l'Internet of Things, la domanda di moduli ottici continuerà a crescere. I moduli ottici futuri saranno più che semplici dispositivi di conversione fotoelettrica. Saranno profondamente integrati con le apparecchiature di rete e persino integreranno funzioni più intelligenti, diventando il core a supporto della futura infrastruttura di rete.