“网络”，对于大部分当代人来说已经成为了“必需品”。大家也常有对于这一现象的调侃，比如以下这个“被与时俱进”的马斯洛需求层次理论：
这样便利的网络时代之所以能够到来，“光纤通信技术”可谓是功不可没。
1966年，英籍华人高琨提出了光导纤维的概念，在全世界范围内掀起了发展光纤通信的高潮。1978年工作于0.8μm的第一代光波系统被正式投入商业应用，而早期采用多模光纤的第二代光波通信系统，也很快在20世纪80年代初问世。到1990年，工作于2.4Gb/s，1.55μm的第三代光波系统，则已能提供商业通信业务了。
“光纤之父”高琨，因在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”做出了突破性贡献，其被授予了2009年的诺贝尔物理学奖。
光纤通信如今已成为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中起着举足轻重的作用。也被看作是世界新技术革命的重要标志，以及未来信息社会中各种信息的主要传送工具。
近年来，大数据、云计算、5G、物联网以及人工智能等应用市场快速发展，将要来临的无人驾驶应用市场，给数据流量带来了爆炸性增长，数据中心互联逐渐发展成为光通信的研究热点。
谷歌大型数据中心内部
目前的数据中心已不再仅仅是一座或几座机房，而是一组数据中心集群。为实现各种互联网业务和应用市场的正常工作，要求数据中心之间协同运转。数据中心之间信息实时海量交互，这就产生了数据中心互联网络需求，光纤通信则成为了实现互联的必要手段。
与传统的电信接入网传输设备不同，数据中心互联需要实现信息量更大、更密集的传输，就要求交换设备拥有更高速率、更低功耗，以及更加小型化。而决定这些性能是否能够实现的一个核心因素，则是其中的光收发模块。
关于光收发模块的一些基础知识
信息网络主要以光纤作为传输介质，但目前计算、分析还必须基于电信号，光收发模块是实现光电转换的核心器件。
光模块的核心组件由Transimitter（光发射次模块）/Receiver（光接收次模块）或Transceiver（光收发一体模块）、电芯片，另外还包括透镜、分路器、合束器等无源器件及外围电路组成。
在发射端：电信号通过Transimitter转换为光信号，再由光适配器输入到光纤；在接收端：光纤中的光信号通过光适配器被Receiver接收并转变成电信号，并输送到计算单元进行处理。
光收发模块示意图
伴随着光电集成技术的发展，光收发模块的封装形式也经历了一些变化。在光模块行业成型之前，早期由各大电信设备制造商各自开发，接口五花八门，不能通用，这样导致光收发模块不能互换。为了行业的发展，最终“多源协议（MSA，Multi Source Agreement）”应运而生。有了MSA标准之后，独立专注于开发Transceiver的公司开始崭露头角，随之行业兴起。
光收发模块按封装形式可分为SFP、XFP、QSFP、CFP 等：
· SFP(Small Form-factor Pluggable)是一种紧凑型、可插拔的收发器模块标准，用于电信和数据通信应用，最高可支持10Gbps传输速率。
· XFP(10 Gigabit Small Form Factor Pluggable)是10G速率的小型可插拔收发器模块标准，支持多种通信协议，如10G 以太网、10G 光纤通道和SONETOC-192。XFP收发器可用于数据通信和电信市场，并提供比其他10Gbps 收发器更好的功耗特性。
· QSFP(Quad Small Form-factor Pluggable)是一种紧凑型、可插拔的收发器标准，主要用于高速数据通信应用。根据速度可将QSFP 分为4×1G QSFP、4×10GQSFP+、4×25G QSFP28光模块等。目前QSFP28已广泛应用于全球数据中心。
· CFP(Centum gigabits Form Pluggable)是基于标准化的密集波分光通信模块，传输速率可达100-400Gbps。CFP模块的尺寸比SFP/XFP/QSFP更大，一般用于城域网等长距离传输。
应用于数据中心通信的光收发模块
数据中心通信可按照连接类型分为三类：
（1）数据中心到用户，由访问云端进行浏览网页、收发电子邮件和视频流等终端用户行为产生；
（2）数据中心互联，主要用于数据复制、软件和系统升级；
（3）数据中心内部，主要用于信息的存储、生成和挖掘。根据思科预测，数据中心内部通信占数据中心通信70%以上的比例，数据中心建设的大发展，也就催生了高速光模块的发展。
数据流量持续增长，数据中心大型化、扁平化趋势推动光模块向两方面发展：
· 传输速率需求提升
· 数量需求增长
目前全球数据中心光模块需求已经由10/40G光模块向100G光模块更迭。中国阿里云宣传2018年将成为100G光模块大规模应用元年，预计2019年进行400G光模块的升级。
阿里云光模块演进路径
数据中心大型化趋势导致传输距离需求提升，多模光纤的传输距离受限于信号速率的提升，预计将逐渐被单模光纤代替。而光纤链路成本由光模块和光纤两部分组成，针对不同的距离，也有不同的适用方案。就数据中心通信所需的中长距离互联而言，有着诞生自MSA的两种革命性方案：
· PSM4（Parallel Single Mode 4 lanes）
· CWDM4（Coarse Wavelength Division Multiplexer 4 lanes）
其中，PSM4光纤使用量是CWDM4的4倍，当链路的距离较长时，CWDM4方案成本则相对较低。从下面的表格，我们就可以看到数据中心100G光模块方案的比较：
如今，400G光模块的实现技术成为了业界关注的重点。400G光模块的主要作用是能够提高数据的吞吐量，能最大限度的提高数据中心的带宽与端口密度。其未来的趋势是实现宽增益、低噪声、小型化和集成化等性能，满足下一代无线网络与超大规模数据中心通信的应用需求。
早期的400G光模块使用的是16路25G NRZ（Non-Returnto Zero，不归零码）信号调制的方式，采用CFP8的封装。其优点是可以借用在100G光模块上成熟的25G NRZ信号调制技术，但缺点是需要16路信号进行并行传输，功耗和体积都比较大，不太适合数据中心的应用。目前的400G光模块中，主要使用的是8路53G NRZ或者4路106G PAM4（4 Pulse Amplitude Modulation, 4级脉冲幅度调制）信号调制的方式，来实现400G的信号传输。
模块封装方面，采用的则是OSFP或QSFP-DD，这两种封装形式都可以提供8路电信号接口。相较来说，QSFP-DD封装尺寸更小，更适合数据中心应用；OSFP封装尺寸稍大一些，功耗更大，更适合电信应用。
解析100G/400G光模块的“芯”力量
我们已经简单介绍了100G和400G光模块的实现方式，以下可以看到100G CWDM4方案、400G CWDM8方案和400G CWDM4方案的原理图：
100G CWDM4原理图
400G CWDM8原理图
400G CWDM4原理图
光模块中，实现光电信号转化的关键是光电探测器。想最终满足以上这些方案，从“芯”出发，需要满足怎样的需求呢？
100G CWDM4方案需要4λx25GbE实现，400G CWDM8方案则需要8λx50GbE实现，而400G CWDM4方案则需要4λx100GbE实现。与调制方式相对应，100G CWDM4和400G CWDM8方案采用NRZ调制方式，分别对应调制速率25Gbd和53Gbd的器件；400G CWDM4方案采用PAM4调制方式，同样需要器件具有53Gbd以上的调制速率。
将器件调制速率和器件带宽对应，对于1310nm波段100G光模块来说，带宽25GHz InGaAs探测器或探测器阵列则可满足需求。
100G光模块中的滨松探测器
滨松可为100G光模块提供具备低暗电流、高灵敏度、高可靠性特性的一整套系列完整的单点/阵列（前照式/背照式）InGaAsPIN探测器。
接下来，我们将来重点聊聊满足1310nm波段400G光模块需求的器件。
毫无疑问，相较100G，400G光模块需要探测器具有更高的带宽，而探测器的带宽主要受到其终端电容的影响，终端电容越小带宽越高。那怎样才能将它做小呢？很“简单”，探测器的芯片面积缩小就可很大程度上助攻了。不过注意了，这里的“简单”是打了个双引号的。
上文我们提到了，数据中心通信是中长距的互联。光模块的一个重要参数——Minimum Sensitivity很大程度上将决定模块可实现的传输距离，与之相关的，光模块的探测器则必须保证高灵敏度、低暗电流的性能。也就是说，探测器芯片面积的缩小，需要在保证灵敏度的前提下进行。这无论对于半导体材料还是工艺而言，都有着极高的要求。
克服了一系列难题，针对1310nm波段的400G光模块，滨松也于近年陆续推出了单点/阵列 调制速率56Gbd的InGaAs PIN探测器。其中，在单点产品中，除了前照式外，针对10km及更长距离的传输应用，滨松还可提供背照式的产品。而背照式探测器要实现高灵敏度和较好的光耦合效率，其光敏面需要一个透镜来达到目的。而此透镜是直接生长在芯片上的，产品良率为一个很大的问题。利用自有的独特半导体材料生长工艺，对此，滨松可以给予极大的保障，全方位满足数据中心中长距通信的应用需求。
400G光模块中的滨松探测器
作为一家拥有60余年的光电企业，滨松在光通信器件和InGaAs探测器的研发和生产上，有着丰富的经验。滨松InGaAs探测器通过掌握核心技术——晶圆生长，芯片刻蚀，芯片切割，芯片测试，实现了所有的生产工序和测试均在内部工厂完成，保证了产品的品质，不断地为世界提供优质的产品。接下来，我们也希望通过不断精进自身的技术，为光通信和数据中心通信光模块的发展提供更好地可能。
2017年建成的滨松都田制作所第3栋
专门用于化合物半导体的研发和生产
