Lasers por fator de forma e taxa de dados

Qual laser fica dentro de um módulo é decidido por duas coisas — a taxa por lane que o laser precisa modular e o alcance que precisa cobrir — e ambas subiram a cada geração de fator de forma. Esta página mapeia a tecnologia de laser e receptor usada em cada etapa, dos GBICs de 1G aos OSFPs de 800G.

A regra prática

A taxa empurra na mesma direção: até 10G, um laser modulado diretamente é suficiente; em 25G o DML fica marginal e EML/VCSEL-25G assumem; a partir de 50G PAM4 por lane, moduladores EML ou de fotônica de silício dominam; em 100G+ por lane os VCSELs atingem seu teto.

Geração por geração

1G — GBIC e SFP (anos 1990 → )

O espectro multimodo do laser FP era aceitável a 1,25 Gb/s; os VCSELs tornaram a óptica multimodo de 1G quase gratuita. Veja GBIC, SFP.

10G — XFP, SFP+ (2002 → )

10G é onde o EML e o APD se tornaram padrão para qualquer coisa além de 10 km, e onde o CDR interno ao módulo do XFP deu lugar ao projeto do lado do host do SFP+ (XFP, SFP+).

25G — SFP28 (2015 → )

O RS-FEC chega com o 25G, permitindo que lasers mais baratos atendam à especificação no ponto de BER pré-FEC.

40G — QSFP+ (2010 → )

A primeira óptica paralela de mercado de massa; arrays de VCSEL em uma placa, com um array de lentes e ferrola MPO, definiram o padrão para todo SR4/SR8 desde então (QSFP+, Chip-on-board).

100G — QSFP28 (2015 → )

100G é a geração em que a fotônica de silício entrou em produção em volume (PSM4, DR) e em que a divisão entre DFB não refrigerado (CWDM4, 2 km) e EML refrigerado (LR4, 10 km) definiu a escala de preços (QSFP28).

200G / 400G — QSFP56, QSFP-DD, OSFP (2019 → )

O PAM4 torna o DSP parte de todo módulo e empurra os lasers para 100G por lane — território de EML e SiPh (QSFP-DD, OSFP).

800G e 1.6T — OSFP, QSFP-DD800, OSFP-XD (2022 → )

Tendências transversais

1. Da modulação direta para a externa — DML para ≤ 25G, EML/MZM acima disso.
2. De um laser por lane para um laser por módulo — o SiPh divide uma fonte CW entre as lanes.
3. De TO-cans herméticos para dies nus — chip-on-board para óptica paralela, integração SiPh para monomodo.
4. O alcance do VCSEL encolhe conforme a taxa cresce — 550 m em 1G, 100 m em 25G, 50–100 m em 100G; o DR monomodo está tomando conta até dos enlaces curtos de data center.
5. O coerente entra nos pluggables — o receptor de transporte agora cabe em um QSFP-DD.
6. A potência é o novo limite — EMLs refrigerados, DSPs e ITLAs empurram os módulos de 400G/800G para 15–20 W, impulsionando o LPO e a óptica co-packaged.

Por que isso importa para a programação e o diagnóstico

Os bytes de identidade que um switch lê — comprimento de onda, alcance, código de conformidade — são um indicador indireto do laser interno. Programar um módulo VCSEL SR4 como LR4 não muda seus lasers de 850 nm; o host vai esperar um alcance monomodo que ele não consegue entregar. E a assinatura de DDM difere conforme o tipo de laser — o bias de poucos mA de um VCSEL contra as dezenas de mA de um EML mais um TEC — de modo que um valor de bias “normal” para um é um alarme para o outro (Tipos de laser, Receptores).

O lado do processamento de sinal dessa mesma história — de amplificadores limitadores a DSPs, LPO e coerente — está em Modulação e DSP; o lado do encapsulamento está em Encapsulamento óptico.