光模块：TOSA，ROSA，BOSA

Waxberrylee

光通信中最重要最核心的就是光模块了，记得一次在伊朗出差时，朋友对我说，只要你精通光模块，就不愁一份好的工作。事实也是如此，光通信的发展，在某些方面的也就是光模块性能指标的革新，下面大家开始聊一聊光模块的那些事。

首先大家需要知道的是，光模块的最基础作用是完成光信号的光-电/电-光转换功能。

而其内部则由光器件、功能电路和光接口等组成。大家从下图中可以看出，光器件是光模块的主要组成部分，光模块也就是以光器件为核心增加了一些功能电路和结构件。

下面大家先从光模块的光器件说起，在光模块的光器件中，用于收发光信号转换的光器件大家分别叫TOSA，ROSA。大家一一详细先容。

TOSA（Transmitting Optical Sub-Assembley）光发射器模块的主要组件，主要完成电信号转光信号。其中光源（半导体发光二极管或激光二极管）为核心，LD芯片，监控光电二极管（MD）和其他组件封装在紧凑的结构（TO同轴封装或蝶形封装）中，然后构成TOSA。下图是一个常规的TOSA示意图。

在TOSA中，LD激光二极管目前光模块最常用的半导体发射器件，它有两个主要的参数：阈值电流（Ith）和斜率效率（S）。为了使LD快速工作，大家必须向LD提供略大于阈值电流的DC偏置电流IBIAS（上图中的DC Bias），也就是在正向电流超过阈值电流时才发射激光。

ROSA（Resceiving Optical Sub-Assembley）光接收组件，在高数据速率光纤模块中，通常将PIN或ADP光电二极管和TIA组装在密封的金属外壳，构成大家的光接收组件。

下图是光模块ROSA的原理图，由光电探测器(PIN/APD)，TIA前置放大器，限幅放大器等组成。

大家先看看接收组件ROSA的主要器件光电探测器（上图中用的光电探测器是APD），主要作用是通过光电效应将光学信号转换成电子信号。光通信中常见的光电检测器是PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD），在前面的文章中大家也提到过，APD是一种高灵敏度光电探测器，它使用雪崩倍增效应使光电流增加一倍，相比PIN光电二极管，APD接收机灵敏度可以提高6～10dB。

由光电检测器产生的弱信号电流被前置放大器TIA（跨导放大器Trans-Impedance Amplifier）转换为足够大小的信号电压，然后输出。TIA其实就是一个V转换器，将电光流转换为电压。

此时由TIA办出的电压信号仍然是一个模拟信号，需要先将其转换为数字信号，然后信号处理电路才能识别它。TIA后面的限幅放大器Poster Amplifier的功能是将不同幅度的信号转换成具有相同幅度的数字信号。

好了，先容完TOSA和ROSA，大家来看看BOSA是怎么回事？

随着工艺水平技术的发展，可以将小模块做得更小的尺寸，TOSA和ROSA通过同轴耦合过程集成了光源的收发（LD和PIN/APD），再加上分离器，光纤和其他组件，就叫BOSA（Bi-Directional Optical Sub-Assembly,光发射接收组件）。

现在高速率的光模块，通过在接收端集成了高性能的DSP等，在色散和噪声处理上的性能都已经非常强大。

光模块在光通信中重要性不言而喻，但在文章最后，不得不说一点，国内在100G光模块以下还能自研，100G以上的基本上被国外垄断，国内做不了全套，特别是核心器件LD和PD的这两个器件的芯片基本上被国外厂商垄断，国内厂商一般都是将LD和PD买回来，然后组装。

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