为了进一步提高光模块光学耦合效率和出光光功率， 设计和优化了400G光收发模块，使用带有透镜的无源器件作为光学耦合的重要部件，以提高耦合效率；采用输入/输出缓冲区信息规范(IBIS)模型对光模块的高频电路进行分析与优化；最后，对光模块进行了光学设计、链路仿真和测试。测试结果表明：设计的光收发模块眼图较为清晰，光眼图抖动为2.3 ps左右，各个通道具有较好的一致性，202 s内无误码；信号传输100 m后，未出现丢包情况，系统性能比较稳定。
光模块 多路并行收发驱动电路 短距离传输 印制电路板埋铜技术 optical module, multiplex parallel transceiver dri
1 长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130022
2 苏州联讯仪器股份有限公司设备部，江苏 苏州 215000
为了测试高速通信光模块在极端环境下的工作性能，并提升其出厂测试效率，设计了高速通信光模块热控系统。使用该系统不仅可以实现单独测试QSFP-DD封装模式的光模块，还可以实现双通道并行测试QSFP-28封装模式的光模块，成功使光模块测试效率提升一倍。首先，根据半导体制冷器的特性设计了待测试件热电制冷器组件，Flotherm的仿真结果表明热电制冷器组件可用。接着，根据半导体制冷器的原理及特性，设计了热排散系统。最后，将热控系统与水冷机的控温效率和效果做对比。实验结果表明：热控系统可以在110 s内实现光模块壳温在0~65 ℃之间的快速调控。热控系统基本满足对常用封装方式的高速通信光模块的控温需求，且相对于水冷机而言，具有小型化、低噪音、零震动的优势，更利于光模块集成化测试。
光纤通信 热控系统 热仿真 光模块 optical fiber communication thermal control system thermal simulation optical module 红外与激光工程
2023, 52(5): 20220705
1 武汉邮电科学研究院, 武汉 430074
2 武汉光迅科技股份有限公司, 武汉 430074
随着第五代移动通信(5G)网络全面部署, 光通信产业进入到全面快速发展的阶段。根据数据中心光模块的市场需求, 光模块在未来必然向高速率和低价格方向发展。文章所研究的400 Gbit/s双密度四通道小型可插拔封装(QSFP-DD)光收发模块采用近高斯光束理论进行光路设计, 并通过ZEMAX软件进行光路仿真分析, 使用优化函数对球面参数进行优化, 最终得到耦合效率为74.8%, 分析不同偏移下的耦合效率以得到误差范围。对接触面的菲涅尔反射进行分析, 对比不同研磨角度下的器件性能以及模块高温传纤测试, 通过对比选择斜8 °进行适配。根据实验结果对比协议要求, 文章的光路设计搭配斜8 °的光纤可以很好地满足使用场景。
数据中心 光通信 400 Gbit/s光模块 光路仿真 回波损耗 dater center optical communication 400 Gbit/s optical module simulation of light path return loss
1 武汉邮电科学研究院, 武汉 430074
2 武汉光迅科技股份有限公司, 武汉 430205
如今数据中心的业务流量需求急剧上升, 很多服务商早已开始着手400 Gbit/s以太网通信系统的建设。相比于100 Gbit/s光模块, 400 Gbit/s光模块可提供更高的传输带宽以及更低的功耗和成本。针对上述需求, 文章提出了一种应用于数据中心光通信网络系统的400 Gbit/s光收发模块设计方案。首先介绍了400 Gbit/s光模块的相关协议及标准, 然后给出了模块的总体设计框架, 主要从速率转换、发射、接收和监控4部分进行了阐述, 最后对该模块进行了测试。测试结果表明, 该模块符合各项协议与标准的规定, 是一种能实现数据中心400 Gbit/s以太网传输的良好解决方案。
数据中心 光通信 400 Gbit/s以太网 400 Gbit/s光模块 data center optical communication 400 Gbit/s Ethernet 400 Gbit/s optical module
科锐安通讯技术(上海)有限公司, 上海 201203
线路侧光模块CFP2-DCO在4G/5G网络建设中具有重要而广泛的应用, 而光信噪比(OSNR)指标是评估其性能的重要参数。对OSNR的不同测试方法进行了探讨, 并针对通信设备制造商在实验室对OSNR容限进行测试的需求, 提出了一种对CFP2-DCO的OSNR指标自动化测试的方法, 测试了发射端根升余弦(RRC)滤波器滚降(roll-off)系数的设置以及接收端载波相位恢复(CPR)窗口大小的设置对OSNR的代价, 并结合实际对roll-off和CPR窗口大小的选择进行了分析。测试结果表明, 对于QPSK的几种调制模式, RRC的roll-off值的选取对OSNR的代价几乎可以忽略; 对于16QAM调制模式, RRC的roll-off为0.5时, OSNR的代价最小; 对于8QAM调制模式, roll-off值为0.2时, OSNR代价最小; 对于Differential QPSK模式, 选用比较窄的8 symbols的窗口可以获得最好的性能。而对于相邻通道没有OOK调制和DCF的系统, non-differential算法可以起到好的效果。该测试方法对通信设备制造商的DWDM及ROADM系统性能测试及评估具有指导及借鉴意义。
数字相干光模块CFP2-DCO 密集波分复用 可重构光分插复用器 光信噪比 前向纠错 光传送网 digital coherent optical module CFP2-DCO DWDM ROADM OSNR FEC OTN
设计并制作了一种10Gb/s光收发模块, 在宽温度范围内能够保持稳定的光功率和消光比。基于背电流和光功率的换算比例, 计算其偏置电流修正值和调制电流修正值, 实现了光模块运行过程中激光器的工作参数可自动连续调节。通过高速电路信号仿真设计, 解决了信号完整性、串扰和电磁兼容等问题。光模块收发通道可以独立工作, 传输速率可达10Gb/s, 实现了光模块高速率、高稳定性以及小体积设计, 为甚短距离高速数据传输和处理提供了高可靠性的数据链接。
光通信 光模块 自动温度补偿 optical communication optical module automatic temperature compensation
1 湖北工业大学 1. 现代制造质量工程湖北省重点实验室
2 2. 机械工程学院, 武汉 430068
建立了光模块三维模型, 通过有限元仿真分析了器件工作时的温度分布特性。结果表明, 屏蔽罩的存在阻挡了芯片换热, 影响了芯片的散热效率; 利用红外摄像机观测芯片的工作温度, 并与仿真结果进行对比, 验证了仿真结果的准确性。根据分析结论, 提出了改进屏蔽罩结构以提高对流换热效率的优化设计措施。仿真结果表明此方法具有可行性, 对光模块产品的结构设计与优化具有实际意义。
光模块 热分布 有限元仿真 红外测温 optical module heat distribution finite element simulation infrared temperature measurement
基于12通道垂直腔面发射激光器（VCSEL）阵列和12通道PD探测器阵列，设计制作了120Gbit/s甚短距离的12通道并行光发送模块和12通道并行光接收模块。基于电磁场、传输线理论的信号完整性设计，减小了通道间串扰；利用过孔模型分析和阻抗设计，解决信号反射问题；且通过减小金丝直连长度等手段增加了通道带宽。光模块单通道传输速率不小于10Gbit/s，12通道并行总传输速率高达120Gbit/s。并行光模块具有高速率、高集成度以及低成本等特点，为短距离高速率并行光传输系统提供具竞争力的解决方案。
并行光模块 12通道激光器阵列 12通道探测器阵列 parallel optical module 12-channel laser array 12-channel detector array
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
大型高功率固体激光装置神光III中包括许多大型、精密光学模块，完成各类模块高精度准直是一项巨大的技术挑战。提出了基于光传输建模分析，数值计算、工程实践3个层次相融合的大型光学系统准直误差分析研究方法，并以空间滤波器系统为对象进行了深入的研究与分析。针对模块准直精度建立了带误差传递的光传输模型，借助误差分析方法，分析了主影响因子及权重，结合工程实际，完成了模块光轴精度分解。采用光轴实体化表征技术和齐次矩阵变换方法，实现了模块、光轴、镜片位姿统一表征，结合激光跟踪仪，完成准直平台设计。最后以具有亚毫弧度准直要求的典型光机模块为例，在工程环境下搭建了准直平台，验证了理论分析方法在实际工程中的适用性。这一方法对激光聚变装置中光机模块精密准直技术研究有着普遍指导意义。
测量 光机模块 精密准直 精度分解 坐标变换
1 四川大学 电气信息学院, 成都 610065
2 四川电力科学研究院, 成都 610065
为了确定小型可热插拔式(SFP)光模块寿命试验所需的最短时间, 提出了基于加速因子最大化的最佳测试温度的确定方法。首先, 利用阿伦尼斯模型证明了温度的选择不会改变寿命预测结果, 并讨论了加速因子取极大值的条件。然后利用步进温度实验获得的驱动电流随测试温度变化的曲线给出了最佳测试温度的确定方法。最后, 计算分析表明由于驱动电流受温度的影响, 在最佳测试温度下进行光模块寿命试验仍然很困难。
小型可热拔插式光模块 加速因子 阿伦尼斯模型 驱动电流-温度曲线 最佳测试温度 small form-factor pluggable optical module accelerated factor Arrhenius model driving current-temperature curve optimum temperature
