光模块通常由光发射模块、光接收模块、驱动电路和光/电接口组成。其核心功能是电/光和光/电信号的转换，由光电芯片完成。在发送端，驱动芯片处理一定速率的电信号，驱动激光器发射相应速率的调制光信号。通过光功率自动控制电路，输出功率稳定的光信号。在接收端，具有一定速率的光信号被输入模块，然后由光电探测器转换成电信号。具有相应速率的电信号在前置放大器后输出。

光模块的主要组件包括：

1）TOSA（Transmitter optical Subassembly）：实现电/光转换，主要包括激光器和相关无源组件，包括to-CAN、Gold BOX、COC、COB等封装形式。

2）ROSA（接收器光学组件）：实现光电转换，主要包括光学探测器（PIN光电二极管/APD雪崩光电二极管）和相关无源器件。包装类型通常与TOSA相同。PIN可用于短距离和中距离光模块，而APD主要用于长距离光模块。

3）CDR（Clock and Data Recovery）：时钟和数据恢复芯片用于从输入信号中提取时钟信号，找出时钟信号和数据之间的相位关系，并补偿布线和连接器上信号的损失。在需要光电接口调制模式转换的高速场景中，需要DSP芯片。

4）LDD（Laser Diode Driver）：将CDR输出信号转换为相应的调制信号，驱动激光器发光。需要为不同类型的激光器选择不同类型的LDD芯片。在短程多模光模块（如100G SR4）中，CDR和LDD通常集成在同一芯片上。

5） TIA（跨阻放大器）：一种跨阻放大器。探测器将光信号转换为电流信号，TIA将电流信号处理为一定振幅的电压信号。

6） LA（Limiting Amplifier）：限幅放大器，将跨阻放大器的信号限制为等幅电信号，并为CDR和判定电路提供稳定的电压信号。

7） MCU：负责控制光模块的运行，完成模块信息的监控，如温度、电压、电路和电源。它通过这些参数判断光模块的工作状态，以便于光通信链路的维护。

其中，光模块的核心光学芯片包括激光发射芯片（通常为TOSA中的激光器）和接收器芯片（通常是ROSA中的探测器）。电子芯片包括CDR、DSP、LDD、TIA、LA等。

光模块封装方式多样化：随着光电器件的发展和集成度的不断提高，光电器件的性能和传输带宽逐渐提高。为了应对不同的使用场景，光模块实现了更高的传输速率和更小的尺寸，因此其封装方式一直在不断发展和演变。对于不同的速率和方案，您可以选择SFP+、SFP28、QSFP28，CFP2、QSFP-DD、OSFP和其他包装形式。电信和数据通信用户可以基于网络性能、拓扑和成本考虑设计灵活的解决方案。

光模块的封装体积继续下降：以CFP系列封装类型为例，早期的100G CFP光模块通过10个10G通道实现100G传输速率，而100G CFP4光模块通过4个25G通道实现了100G传输，因此传输效率和稳定性更高。同时，CFP4光模块的体积是CFP的四分之一，传输效率显著提高，功耗降低，系统成本低于CFP2。目前流行的100G QSFP28封装小于CFP4。总体上，随着封装结构的改变，光模块的功耗越来越低，产品体积越来越小。在这个过程中，光模块正朝着高速、远距离、低功耗、低成本、小型化和热插拔的方向发展。

光模块的传输速率持续增长：从传输速率来看，90年代初的千兆比特时代的GBIC，到支持10G的SFP，然后逐渐演变为SFP+、QSFP+和QSFP28，再到目前的800G OSFP，光模块的发送速率已经提高了一个数量级。

光模块技术的进步带来了传输效率的不断提高：数据流量的不断增长推动了光模块传输速度的不断提升。但是，由于交换机端口密度的限制，需要提高光模块的传输速度，减小模块体积。因此，早期X2封装到800G OSFP和QSFP-DD的带宽密度（数据速率/模块宽度）增加了数十倍。光模块的技术迭代也推动了单位比特成本和能耗的持续下降，平均每四年减少一半。如果光模块制造商不能及时推出速度更快、体积更小的新一代光模块，他们将面临产品价格更低、毛利率更低的风险。

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