光模块(光电子器件)

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光模块(英文名：optical module)，是光通信中实现光电转换和电光转换的核心器件，通常由光发射组件（TOSA）、光接收组件（ROSA）、驱动电路、光接口等封装而成。在光通信系统中，光模块是系统物理层的基础构成单元，在系统设备中的成本占比超过50%。

为了进行双向通信，通常采用光收发一体模块，即包含光发射和接收两部分。在发射部分，输入一定码率的电信号经内部的驱动芯片处理后驱动半导体激光器（LD）或发光二极管（LED）发射出相应速率的调制光信号，其内部带有光功率自动控制电路，使输出的光信号功率保持稳定。在接收部分，一定码率的光信号输入模块后由光探测二极管转换为电信号。经前置放大器后输出相应码率的电信号，输出的信号一般为PECL电平。同时在输入光功率小于一定值后会输出一个告警信号。光模块接口分为FC型、SC型、LC型、ST型和FTRJ型等。光模块按照速率分有以太网应用的100Base（百兆）、1000Base（千兆）、10GE，SDH应用的155M、622M、2.5G、10G；按照封装分有1×9、SFF、GBIC、SFP、XENPAK、XFP；按照发射波长分有850nm、1310nm、1550nm等。光模块的传输距离分为短距、中距和长距三种。按照光模块的传输模式，分单模光模块、多模光模块。光隔离器是光模块的核心组件之一，主要应用于防止光信号反向反射干扰，对保障高速光模块等设备的稳定运行具有重要作用。

2023年12月，光模块入选《科创板日报》的2023年十大科技热词。截至2025年11月，随着AI掀起的算力基础设施建设的加速，对于光模块的需求显著增长。400G光模块已广泛应用，800G光模块已规模化商用，1.6T光模块已进入量产阶段。根据LightCounting的数据，到2027年800G和1.6T端口总数中，CPO端口占近30%；到2029年，3.2T CPO端口出货量会超过1000万个。2029年全球光模块市场规模有望突破370亿美元。

定义

光模块是光通信中实现光电转换和电光转换的核心器件，由光电子器件、功能电路和光接口等组成。为了进行双向通信，通常采用光收发一体模块，即包含光发射和接收两部分。

在发射部分，输入一定码率的电信号经内部的驱动芯片处理后驱动半导体激光器(LD)或发光二极管（LED)发射出相应速率的调制光信号，其内部带有光功率自动控制电路，使输出的光信号功率保持稳定。在接收部分，一定码率的光信号输入模块后由光探测二极管转换为电信号。经前置放大器后输出相应码率的电信号，输出的信号一般为PECL电平。同时在输入光功率小于一定值后会输出一个告警信号。

发展历史

1970年代至1980年代初期，由于光电器件和光纤技术的发展，演化出了第一代光模块，当时的光模块主要采用的是 LED 和 PIN 光电二极管，用于数据传输和数字通信。这些模块仅用于短距离光通信和光测量等领域，性能相对较低。

1980年代中期至 1990年代初期，半导体激光器取代了原先的LED成为了主流。使得光模块的传输速率得到了大幅提升。同时，随着光通信的发展，光模块的工作温度和耐用性等方面都有了显著提高，开始应用于长距离通信领域。

1990年代至2000年代初期，光模块取得了重大突破，第三代光模块应运而生。在这一时期，EDFA(铒Doped Fiber Amplifier)的出现使得长距离的光通信成为可能。EDFA使用掺铒光纤作为放大介质，利用铒离子的能级转换过程实现光信号的放大。此外，为了提高光模块的数据传输速率，出现了多种新的调制技术，如直调调制和外差调制等。

随着光纤通信网络的不断发展，人们对光模块的要求也越来越高。2000年代后期，第四代光模块开始兴起。这一时期，光块的集成度大幅提高，尺寸缩小，功耗降低，性能也得到了进一步的提升。例如，相对较新的光模块类型有SFP、SFP+、QSFP等，实现了更高的数据传输速率和更低的能耗。

基本原理

光收发一体模块是光通信的核心器件，完成对光信号的光-电/电-光转换。由两部分组成：接收部分和发射部分。接收部分实现光-电变换，发射部分实现电-光变换。

发射部分

输入一定码率的电信号经内部的驱动芯片处理后驱动半导体激光器(LD)或发光二极管(LED)发射出相应速率的调制光信号，其内部带有光功率自动控制电路(APC)，使输出的光信号功率保持稳定。

接收部分

一定码率的光信号输入模块后由光探测二极管转换为电信号，经前置放大器后输出相应码率的电信号，输出的信号一般为PECL电平。同时在输入光功率小于一定值后会输出一个告警信号。

组成和驱动

光模块通常主要由光发射组件、光接收组件、光接口、底座、电路板和电接口金手指等组成。

光模块在发射部分，电信号送入光发射机输入端，经过前置放大器放大后，进行电控衰减、预失真补偿和自动功率电平控制，再去驱动激光器芯片进行电/光调制，将电信号转变成光调制信号。输出端的光信号通过光连接头送入光纤，通过光纤把光信号传送至各接收端。在接收部分，光信号经光/电转换器输出电信号，经前置放大、滤波和功率放大等处理后，送入时钟提取和数字判决电路，得到接收的数字信号。

光隔离器是光通信系统中的关键无源器件，主要应用于防止光信号反向反射干扰，对保障高速光模块等设备的稳定运行具有重要作用，作为光模块的核心组件之一，光隔离器的市场需求预计伴随行业发展而保持增长态势。

传输模式

根据光信号在光纤中的传输模式，光纤可以分为单模光纤（SMF）和多模光纤（MMF）。为了适用不同类别的光纤，光模块也分单模光模块、多模光模块。

单模光模块

单模光模块与单模光纤配套使用。单模光纤的纤芯较细，使用光的单一模式传送信号，传输过程中色散较小，传输容量大，通常用于长距离传输。

多模光模块

多模光模块与多模光纤配套使用。多模光纤的纤芯较粗，使用光的多种不同模式传送信号，传输过程中色散较大，传输性能比单模光纤差，但成本低，适用于较小容量、短距传输。

主要参数

（1）光模块传输速率：指每秒传输比特数，单位Mb/s或Gb/s。光模块的主要传输速率有：1Gbps、10Gbps、25Gbps、 40Gbps、100Gbps、200Gbps、400Gbps、800Gbps等。

（2）光模块的发射光功率和接收灵敏度：发射光功率指发射端的光强，接收灵敏度指可以探测到的光强度。两者都以dBm为单位，是影响传输距离的重要参数。光模块可传输的距离主要受到损耗和色散两方面限制。损耗限制可以根据公式“损耗受限距离=(发射光功率-接收灵敏度)/光纤衰减量”来估算。光纤衰减量和实际选用的光纤相关。一般的G.652光纤可以做到1310nm波段0.5dB/km、1550nm波段0.3dB/km甚至更佳。50um多模光纤可以做到850nm波段4dB/km、1310nm波段2dB/km。对于百兆、千兆的光模块色散受限远大于损耗受限，其传输距离主要是从色散限制的角度考虑的。

（3）饱和光功率：指光模块接收端最大可以探测到的光功率，一般为-3dBm。当接收光功率大于饱和光功率的时候同样会导致误码产生。因此，对于发射光功率大的光模块若不加衰减，那么在接收端的测试会出现误码现象。

（4）传输距离：光模块的传输距离分为短距、中距和长距三种。一般认为2km及以下的为短距离，10～20km的为中距离，30km、40km及以上的为长距离。光模块的传输距离受到限制，主要是因为光信号在光纤中传输时会有一定的损耗和色散。损耗是光在光纤中传输时，由于介质的吸收散射以及泄漏导致的光能量损失，这部分能量随着传输距离的增加以一定的比率耗散。色散的产生主要是因为不同波长的电磁波在同一介质中传播时速度不等，从而造成光信号的不同波长成分由于传输距离的累积而在不同的时间到达接收端，导致脉冲展宽，进而无法分辨信号值。

（5）中心波长：中心波长指光信号传输所使用的光波段。目前常用的光模块的中心波长主要有三种：850nm波段、1310nm波段以及1550nm波段；850nm波段：多用于短距离传输；1310nm和1550nm波段：多用于中长距离传输。

（6）10GE光模块遵循802.3ae的标准，传输的距离和选用光纤类型、光模块光性能相关。

常用光模块的一些技术参数：

1、155M 1310nm FP 2KM 光功率：发射-8~-19dbm，接收：《-31dbm。电频：PECL 温度：0~70 电压：3.3~5V可选的。

2、155M 1310nm FP 15KM 光功率：发射-8~-15dbm，接收：《-31dbm。电频：PECL 温度：0~70 电压：3.3~5V可选的。

3、155M 1310nmFP 40KM 光功率：发射0~-5dbm，接收：《-35dbm。电频：PECL 温度：0~70 电压：3.3~5V可选的。

4、155M 1550nmDFP 80KM 光功率：发射0~-5dbm，接收：《-34dbm。电频：PECL 温度：0~70 电压：3.3~5V可选的。

5、1.25G 850nm FP 550M 光功率：发射-3~-9dbm，接收：《-18dbm。电频：PECL 温度：0~70 电压：3.3~5V可选的。

6、1.25G 1310nm FP 15KM 光功率：发射-3~-9dbm，接收：《-20dbm。电频：PECL 温度：0~70 电压：3.3~5V可选的。

7、1.25G 1310nm FP 40M 光功率：发射-3~2dbm，接收：《-23dbm。电频：PECL 温度：0~70 电压：3.3~5V可选的。

8、1.25G 1550nmDFP 80KM 光功率：发射-2~3dbm，接收：《-23dbm。电频：PECL 温度：0~70 电压：3.3~5V可选的。

9、1.25G 1550nm DFP 120KM 光功率：发射0~4dbm，接收：《-31dbm。电频：PECL 温度：0~70 电压：3.3~5V可选的。

光模块接口

光模块接口分为FC型、SC型、LC型、ST型和FTRJ型、MPO等。

分类

（1）按照速率分有：以太网应用的100Base（百兆）、1000Base（千兆）、10GE，SDH应用的155M、622M、2.5G、10G。

（2）按照封装分有：1×9、SFF、GBIC、SFP、XENPAK、XFP，各种封装描述如下：

①1x9封装——焊接型光模块，一般速度不高于千兆，多采用SC接口。

②SFF封装——焊接小封装光模块，一般速度不高于千兆，多采用LC接口。

③GBIC封装———热插拔千兆接口光模块，采用SC接口。

④SFP封装——热插拔小封装模块，最高数率可达4G，多采用LC接口。

⑤XENPAK封装——应用在万兆以太网，采用SC接口。

⑥XFP封装——10G光模块，可用在万兆以太网、SONET等多种系统，多采用LC接口。

（3）按照激光类型分有：LED、VCSEL、FPLD、DFBL。

（4）按照发射波长分有：850nm、1310nm、1550nm等。

（5）按照使用方式分有：非热插拔（1x9、SFF），可热插拔（GBIC、SFP、XENPAK、XFP)。

光模块的封装

封装可以简单理解为光模块的外观和接口形式。

封装标准由标准化组织确定，封装标准的确定，使得各个厂商生产的光模块得以兼容、互联互通。光模块行业中使用最多的标准化组织是IEEE（电气与电子工程师学会）和MSA（Multi-Source Agreement，多源协议）。MSA实际是一种多供应商规范，是对IEEE标准的补充。

标准化组织所规范的常见光模块封装有：GBIC、SFP、SFP+、SFP28、QSFP+、QSFP28、CFP、CFP2、CFP4、CFP8、QSFP-DD、OSFP等。

应用场景

光模块主要用于实现电光和光电信号的转换，一般由光发射组件（含半导体激光器)、光接收组件（含光电探测器）、驱动电路和光电接口等组成。发送端将电信号处理后通过半导体激光器（LaserDiode，LD)发射出相应速率的调制光信号，输出功率稳定的光信号；接收端将光信号输入模块后由光电探测器（PhotoDiode，PD)转换为电信号，输出相应速率的电信号。

在5G时代，承载网的架构将依然存在汇聚层、接入层、核心层及干线层等分层架构，以此实现5G业务的前传、中传和回传，5G光模块将会在各层设备之间实现互联。

5G光模块的总需求量预计超过了4G，尤其前传光模块可能存在数千万量级的需求。5G前传，对光模块的基本需求包括：通用性、低成本、波长免配置、容量大和可管理等。光纤直连的场景一般采用25Gbit/s灰光模块，支持双纤双向和单纤双向两种类型，其中主要包括300m和10km两种传输距离。

为了更好地保证C-RAN拉远部署下的时延对称性，且降低一半光纤消耗，光纤在直连时可考虑采用25Gbit/sBiDi(单纤双向）光模块。彩光复用（无源）的场景主要包括点到点无源WDM及WDM-PON等，采用一对或者一根光纤来实现5G的多个AAU到DU的连接，主要需求为10Gbit/s或25Gbit/s彩光模块。有源WDMOTN场景和分组传送承载场景，在AAU/DU至WDM/OTN/分组设备间一般需要10Gbit/s或25Gbit/s短距灰光模块，在WDMOTN/分组设备间需要NX10/25/50/100Gbit/s等速率的双纤双向或单纤双向彩光模块。

5G中的回传主要是通过城域的接入层、汇聚层和核心层进行承载，所需光模块技术基本和现有的传送网还有数据中心使用的光模块技术的差异不大，接人层将主要采用25Gbit/s、50Gbit/s、100Gbit/s等速率的灰光或彩光模块，汇聚层、核心层及以上将较多地采用100Gbit/s、200Gbit/s、400Gbit/s等速率的DWDM彩光模块。

发展现状

在信息通信的网络中，光模块及光器件的功能和性能变得越来越重要，它们决定着网络的整体性能。光模块是5G网络物理层中的基础构成单元，在网络投入中光模块成本的占比越来越大，甚至有些占比达到50%~70%，影响着网络总体的成本，也是5G建设实现广覆盖、低成本的关键要素。

运营商陆续开展着网络的规模建设，承载网中包括：5G前传、中传和接入层、核心汇聚层回传，以及数据中心等方面，这些都对光模块提出了差异化的要求，对更长距离、更高速率、更低成本和更大温度范围的新型光模块的需求迫切。

业界针对适用在5G承载的不同应用场景里的光模块技术方案，已经展开广泛的研究，需要加速推动5G承载光模块的逐步成熟和规模应用，能有力支撑5G的商用部署与应用。

世界标准化组织ITU-T、IEEE、OIF、MSA、CCSA等，开展5G承载相关的光模块规范制定，涉及的模块类型和接口特性都不相同、种类繁杂。前传光的模块主要包括25Gbit/s和100Gbit/s这两大速率类型，还支持数百米到20km的典型传输距离，5G前传光模块技术的现状见表2-21。5G中回传光模块，主要包括25Gbit/s、50Gbit/s、100Gbit/s、200Gbit/s等多种速率，典型的传输距离从几千米到数百千米，并支持eCPRI、CPRI、OTN、以太网等多种接口协议，还有NRZ、DMT、PAM4等调制格式。

截至2025年11月，随着AI掀起的算力基础设施建设的加速，对于光模块的需求显著增长。400G光模块已广泛应用，800G光模块已规模化商用，1.6T光模块已进入量产阶段。

发展趋势

随着光器件的芯片技术、标准和应用需求的发展，未来光模块的类型还将不断增加。过多的产品类型和规格都将导致光模块整体产业市场碎片化，造成产业链上下游的研发、制造与运维等诸多环节资源的浪费。

纵观光模块的厂商，其主要面向的就是电信市场和数据通信市场，厂商的核心竞争力就在于成本的控制能力、产品的迭代能力和产能的供货能力。就成本控制的方式而言，除了未来可能会采用硅光方案之外，就是确保销量和收入增长。

就产品的迭代能力而言，光模块的研发能力虽然关键，但是厂商如果能研发上游的关键器件芯片，既能控制成本还能提升产品的迭代能力。在产业的产能方面，由于5G建设对光模块的需求增加，所以厂商的供应链管理和量产能力十分重要。

中国厂商在光模块的层面能够提供大部分的产品，研发水平也紧跟世界领先企业，但25G波特率及以上的核心光电芯片的研发进展，还处于空白阶段，亟待突破。

光模块和芯片自主创新的发展，很难仅靠器件模块厂商自身力量实现。一则是下游设备商需要拉动牵引，再通过充分合作以实现新产品的迭代验证，从而才能突破可靠性、量产等关键的问题，另则是需要建立一套完善的评价机制，来促进产业的良性竞争和健康发展。

随着生成式人工智能发展趋势逐渐明晰，800G乃至1.6T高速光模块成为支撑数据中心向更高算力进军的基础。到2027年800G和1.6T端口总数中，CPO端口占近30%。到2029年，3.2T CPO端口出货量会超过1000万个。行业研究机构预测，2029年全球光模块市场规模有望突破370亿美元。

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