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光模块负责实现电信号与光信号之间的相互转换。
简单来说，它就像我们日常生活中常见的 Type-C 转 USB 适配器，一端连接设备电路板，另一端接入光纤线缆，完成数据的发送与接收。
在选择光模块时，需要综合考虑多个参数，包括物理尺寸、接口类型、频谱特性、调制格式、传输速率、功率特性以及噪声水平等，以确保系统兼容性与传输效率。
IEEE 与多源协议（MSA）等标准组织制定了统一规范，保障不同制造商生产的光模块能够互相兼容。这好比 USB 接口的标准统一，来自不同厂商的设备可以互联互通。
外部结构是确保光模块集成兼容性的关键。MSA 标准规定了模块的长度、宽度、高度及金手指位置，以实现即插即用。常见的封装类型包括 SFP（小型可插拔）、QSFP（四通道小型可插拔）和 OSFP（八通道小型可插拔）等。
例如 QSFP-DD，在保持与 QSFP 相同尺寸的同时，通过双密度接口设计提升了带宽容量。
部分光模块（如相干光模块）因集成 DSP 芯片和激光器等复杂元件，体积相对更大。
另一方面，为适应高密度交换机应用，许多光模块正不断小型化，使单机箱可容纳更多端口，从而提高整体带宽密度。
这与 USB 接口的演进类似：外观相似，但内部带宽不同（例如 100G 与 400G 光模块可均采用 QSFP 封装）。
电气接口规定了信号类型与引脚定义，具体信息可查阅产品规格书。光接口则定义连接器类型（如 LC、MPO）及光纤布线顺序。这些接口分别负责将光模块正确连接到系统板卡与光纤线缆。
光学特性是光模块性能的核心。关键参数包括中心波长、频谱宽度、线宽和边模抑制比（SMSR）。
中心波长与频段选择
中心波长需与光纤的低损耗窗口匹配，以确定工作频段。多模光模块通常采用成本更低的 VCSEL 光源，常用波长为 850nm，适用于数据中心等短距离传输。
目前，针对 1060nm 单模 VCSEL 的研究也在进行中，以拓展其应用范围。
单模光模块在数据中心和 AI 网络中常用 1310nm 波长，并采用 CWDM4 技术，通过四个波长实现并行传输，提升容量。
6G 前传网络中还引入了 CWDM6，进一步整合了 1271nm、1291nm、1311nm 与 1351nm 等波段。
在数据中心互联（DCI）和城域网中，LWDM 波长更受青睐。长距离传输系统则采用 C 波段（1530~1565nm）、C+ 或 C+L 波段，结合 DWDM 技术实现最大传输容量。
无源光网络（PON）则使用 2~6 个波长在一根光纤中实现双向通信，节省光纤资源，降低成本。
频谱宽度、线宽与漂移
实际波长并非固定不变，而是围绕中心波长波动。频谱宽度定义为光功率下降至 -3 dB（半功率点）或 -20 dB（1% 功率点）时的波长范围。DFB 激光器通常采用 -20 dB 谱宽进行规范。
在相干系统中，线宽（反映频率稳定性）至关重要，它与频谱宽度可相互转换。波长与频率可通过公式 c=λf 换算。
边模抑制比（SMSR）
SMSR 用于衡量单模激光器中主模与最强边模的功率比。SMSR 至少应达到 30 dB（即主模强度是边模的 1000 倍），40 dB 或更高为理想状态。高 SMSR 有助于减少干扰，确保信号纯净。
光模块的调制格式
调制格式决定了数据在光载波上的编码方式。统一格式有助于提高传输效率。
NRZ 是一种二进制调制方式（0 或 1），常见于低速光模块。在 200G 及更高速率的以太网中，PAM4 成为主流，它通过四个电平编码信息，每个符号可传输 2 个比特，频谱效率是 NRZ 的两倍。
相干光模块采用 DP-QPSK（双极化正交相移键控）技术，通过极化与相位复用，等效承载 4 路 NRZ 信号。更先进的 16QAM 模块则使用 DP-16QAM 等高阶调制，进一步提升频谱效率。
信号速率：波特率与比特率
波特率（单位：GBd）与比特率（单位：Gbps）通过调制格式相互关联。例如，25 GBd 的 NRZ 信号可提供 25 Gbps 速率，而相同波特率的 PAM4 则可实现 50 Gbps。光模块的速率定义直接决定了网络的数据吞吐能力。
光模块的发射功率参数
发射端（Tx）的性能主要由平均功率（Pavg）、消光比（ER）和光调制幅度（OMA）描述。
Pavg：逻辑“1”与“0”对应的光功率平均值。
ER：逻辑“1”与“0”的功率比值（以 dB 表示）。
OMA：逻辑“1”与“0”的功率差。
产品规范会明确这些参数的最小/最大限值。功率过低会导致传输误码，过高则可能引发非线性失真或接收端过载。平衡的发射功率是保障传输性能的关键。
接收参数：灵敏度与过载点
接收端（Rx）负责检测入射光信号。灵敏度是指在特定误码率（BER）条件下，接收机所需的最小光功率；低于该值误码率会急剧上升。过载点则是接收机可容忍的最大输入功率，超出将导致信号失真。
“浴缸曲线”形象描述了 BER 随接收光功率变化的特性，灵敏度与过载点之间的平坦区域即为正常工作范围。光模块需确保信号功率落在此区间内。
光模块的误码率（BER）
BER 表示传输过程中发生错误的比特比例。理想情况下应为零，实际系统会设定以下阈值：
FEC 后 BER：约 10⁻¹²（相当于每 9 万亿比特中出现 9 个错误），为终端用户可见的误码水平。
FEC 前 BER：较高，例如 2×10⁻³，可通过 FEC 纠错降至 FEC 后水平。
产品规范会明确定义 FEC 前的 BER 阈值。
TDEC、TDECQ 与 RIN
信号质量与信噪比（SNR）密切相关，光模块的噪声水平可通过以下参数评估：
TDEC：针对 NRZ 信号，衡量因噪声和色散导致的信号眼图闭合程度，数值越低越好。
TDECQ：PAM4 信号的等效参数，追求更清晰的眼图。
RIN：相对强度噪声，反映信号本身的噪声功率，可视为信噪比的倒数。
结合传输距离要求，这些参数共同确保了高质量的光信号传输，为系统设计提供完整依据。
传输距离是所有光学参数综合作用的结果。多模光模块通常用于短距传输（如 850nm 波长传输 100 米）。单模光模块借助 DWDM 等技术，可支持从几公里到数百公里的传输。
典型应用包括：
数据中心：1310nm PSM4 或 CWDM4
5G 前传：CWDM6
DCI/城域：LWDM / DWDM
长距传输：C 波段相干方案
PON 接入：BiDi 单纤双向
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