今日のデータ中心の時代では、5G 基地局からデータセンターの相互接続、高解像度ビデオ伝送に至るまで、すべての情報ハイウェイはコア コンポーネントである光トランスミッタに依存しています。-
光通信システムの「出発点」として、光送信機は電気信号を光信号に変換し、それらを光ファイバーに結合する役割を果たします。この記事では、2024 年から 2025 年の光トランスミッタの技術原理、主要コンポーネント、コア仕様、業界技術トレンドについて詳しく説明します。
1. とは何ですか光送信機?
光送信機は電気光変換デバイスです。{0}物理層での運用ワークフローは、次の 3 つのステップに要約できます。
入力処理:ネットワーク機器（スイッチやルーターなど）から電気信号を受信します。
電気-光変換:ドライバー回路を介して光源 (レーザー ダイオードまたは LED) を変調し、電気信号の 0/1 ビットをオン/オフ状態または位相変化を表す光パルスに変換します。
カップリング出力:レンズまたは直接結合技術を使用して、光を光ファイバー（シングル{0}}モードまたはマルチ-モード）に効率的に注入します。
アプリケーションのシナリオに応じて、トランスミッターは通常、プラグ可能な光モジュール（SFP、QSFP-DD、OSFP など）内にパッケージ化されるか、ブロードキャスト グレードのビデオ光トランスミッターやアナログ光ファイバー伝送システムの一部としてパッケージ化されます。-。
2. コア技術コンポーネントの分析
高性能光送信機は主に次の 3 つの部分で構成されており、これらが技術的な難しさとコストの大きな部分を占めています。-
2.1 光源: VCSEL、FP、DFB、EML
光源は送信機の波長、出力、伝送距離を決定します。
VCSEL (垂直-キャビティ面-発光レーザー):データセンター内の SR（短距離）光モジュールなどの短距離（100 メートル以内）マルチモード アプリケーションを支配します。{{2}利点としては、低消費電力、低コスト、大規模なアレイの統合が容易であることが挙げられます。-
FP (ファブリ-ペロー レーザー):初期の-段階の短距離-から-用途に使用されます。現在、高速アプリケーションでは段階的に廃止され、DFB レーザーが採用されています。-
DFB (分布帰還型レーザー):シングルモード伝送の主力製品。-内蔵グレーティングを通じて単一縦モード出力を実現します。その結果、スペクトル線幅が狭くなり、分散ペナルティが低くなり、地下鉄ネットワークや長距離幹線の 10 km ～ 80 km の距離に適しています。-
EML (電気-吸収変調レーザー):現在、400G/800G 高速バックボーン ネットワークの主流の選択肢です。-レーザーと電界吸収変調器を統合し、高周波での直接変調レーザー (DML) に伴う「チャープ」効果を克服し、100 Gbps 以上の単一波長レートをサポートします。-
2.2 駆動回路
レーザーダイオードには安定したバイアス電流と変調電流が必要です。高速トランスミッタのドライバ チップには、高い直線性（特に PAM4 変調の場合）と低消費電力が必要です。-速度が 112Gbps、さらには 224Gbps まで増加するにつれて、ドライバー チップの設計がトランスミッターのパフォーマンスを制限する重大なボトルネックになっています。
2.3 パッケージングと光結合
送信機のパッケージング精度はサブミクロン レベルに達する必要があります。{0}シリコン フォトニクス (シリコン フォトニクス) 送信機の場合、フリップ チップ技術が多くの場合、レーザー チップとシリコン ベースのフォトニック チップを統合するために使用されます。-、エッジ結合またはグレーティング結合を通じて光を導波路に結合します。
3. 主要業績評価指標
評価・選択する場合光送信機、エンジニアは次の主要なパラメータに注目する必要があります。
波長：850nm (マルチ-モード)、1310nm (ゼロ分散)、1550nm (最低損失)。 CWDM および DWDM テクノロジーは、1260nm ～ 1650nm の間の複数の波長を波長分割多重化に利用します。
出力光パワー:通常はdBmで測定されます。伝送距離が長くなると、より高い出力パワーが必要になりますが、出力パワーは光ファイバーの非線形効果のしきい値未満に抑える必要があります。
消光比 (ER):論理「1」と論理「0」の平均光パワーの比。消光比が高くなると、受信機での信号対雑音比が向上し、ビット誤り率 (BER) が低くなります。-
アイダイアグラム:信号品質の直感的な指標。高速トランスミッターのテストでは、アイ ダイアグラムは IEEE 標準または MSA (MultiSource Association) アイマスク仕様に準拠し、過剰なジッターとノイズを最小限に抑える必要があります。-
中心波長とスペクトル幅:DWDM システムの場合、送信機の波長は ITU-T によって指定されたグリッドにロックオンする必要があります。スペクトル幅が狭いと、波長分散に対する耐性が高まります。
4. 業界トレンド: 400G から 1.6T への進化
AI モデルのトレーニングとクラウド コンピューティングによる帯域幅需要の急激な増加により、光送信機テクノロジーは前例のない変化を遂げています。
4.1 単一波長 200G 時代の到来-
800G 光モジュールは現在、8x100Gbps または 4x200Gbps などの送信機アーキテクチャを内部で利用して大規模に導入されています。業界の大手メーカーは、単一波長 200G EML およびシリコン フォトニック変調器を開発しており、1.6T 光モジュールへの道を切り開いています。{6}}
4.2 シリコンフォトニクスの実用化の加速
従来のディスクリート トランスミッタ（別個の変調器を備えた DFB）は、コストと高密度統合のボトルネックに直面しています。{0}}シリコン フォトニクスは、CMOS プロセスを活用してシリコン基板上に変調器を統合し、外部またはハイブリッド-統合 III-V レーザーと組み合わせて、高収率、低コストの大規模なフォトニクス統合を実現します。{{4}
4.3 リニア ドライブ プラガブル オプティクス (LPO) と共同パッケージ化されたオプティクス (CPO)-
AI コンピューティング センターの消費電力を削減するために、LPO テクノロジーが登場しています。 LPO トランスミッターは従来の DSP (デジタル シグナル プロセッサ) を排除し、リニア ドライバー チップを使用してレーザーを直接駆動し、消費電力を約 50% 削減します。さらに将来を見据えて、CPO テクノロジーは光送信機をスイッチング チップと一緒にパッケージ化し、PCB トレースにおける高周波電気信号損失の問題を根本的に解決することを目的としています。-
4.4 薄膜ニオブ酸リチウム (TFLN) の画期的な進歩-
より高い帯域幅とより低い消費電力を追求する中で、薄膜ニオブ酸リチウム変調器が研究の注目の的となっています。{0}これらはシリコン フォトニックや InP 変調器と比較して優れた直線性と高帯域幅を提供し、次世代 1.6T/3.2T 送信機で重要な役割を果たすことができます。-
5. 結論
光トランスミッタは、光通信の物理的な開始点であるだけでなく、ネットワーク帯域幅、伝送距離、システムコストを決定する「コアエンジン」でもあります。
業界ユーザーにとって、光トランスミッタ ソリューションを選択する際には、「レート」パラメータだけを考慮する必要はありません。総合的な評価には以下を含める必要があります。
アプリケーションシナリオ:データセンター内の短距離相互接続と長距離通信バックボーン ネットワーク。-
コスト構造:VCSEL ソリューションは、大規模な短距離アプリケーションに適しています。{0}{1} EML とシリコン フォトニクスは、高パフォーマンスのシナリオに適しています。-
サプライチェーンの信頼性:高速レーザー チップの容量は依然として不足しています。-独立したチップの研究開発能力または安定したサプライチェーンを持つメーカーを選択することが重要です。
AI の計算能力に対する需要の爆発的な増加に伴い、光通信業界は、「電気駆動光学系」の従来のモデルから、「ネットワークを定義する光学系」の新時代に移行しつつあります。光ネットワークの出発点として、光送信機におけるあらゆる技術的飛躍が、次世代のデジタルおよびインテリジェント インフラストラクチャの帯域幅の上限を定義します。
