光模块是干什么用的

演示机型：华为MateBook X 系统版本：win10 光模块的作用是发送端把电信号转换成光信号，通过光纤传送后，接收端再把光信号转换成电信号。光模块是进行光电和电光转换的光电子器件。光模块的发送端把电信号转换为光信号，接收端把光信号转换为电信号。光模块按照封装形式分类，常见的有SFP、SFP+、SFF、千兆以太网路界面转换器（GBIC）等。

光模块的结构：发射部分是：输入一定码率的电信号经内部的驱动芯片处理后驱动半导体激光器（LD）或发光二极管（LED）发射出相应速率的调制光信号，其内部带有光功率自动控制电路，使输出的光信号功率保持稳定。

接收部分是：一定码率的光信号输入模块后由光探测二极管转换为电信号，经前置放大器后输出相应码率的电信号。

光器件由发射和接收两个部分组成。目前常用的光模块光器件有TOSA、ROSA和BOSA。

1.TOSA

TOSA是光发射组件（Transmitter Optical Subassembly）的英文简称，主要作用就是将电信号转换为光信号的。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。由激光器、适配器和管芯套组成，在长距离光模块中还会加入隔离器和调节环，隔离器起到反射的作用，而调节环起到调节焦距的作用。

激光器的类型有VCSEL、FP、DFB、EML等，激光器的类型可以决定光的发射强度；

2.ROSA

ROSA是光接收组件（Receiver Optical Subassembly）的英文简称，主要作用就是将光信号转换为电信号。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，构成我们的光接收组件。

ROSA由探测器和适配器组成，其中探测器类型可分为PIN和APD，适配器由金属和塑料PE两种，适配器的类型决定了接受光的灵敏度。

3.BOSA

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）。BOSA主要的作用是进行光信号和电信号的相互转换。

BOSA是单纤光模块的重要器件之一，是由发射激光器、接收探测器、适配器、滤波片、基座、隔离器和管芯套组成。

光电探测器。

光模块接收端能正确识别信号并完成光电转换，就需要光电探测器，光电探测器通过检测出照射在其上面的光功率，从而并完成光/电信号的转换。我们常用的PIN光电二极管和APD（雪崩）光电二极管就属于光电探测器。要说探测器，就必须说说探测器基本的结构PN结。

PN结

PN结，指的将P型半导体和N型半导体制作在同一块半导体的基片上，在这两个半导体的交界处形成的空间电荷区。我们先看看什么是P型和N型半导体。

P型半导体：含有较高浓度的“空穴”（空穴相当于正电荷），所以是Positive的P，成为能导电的物质；

N型半导体：含电子浓度较高的半导体，导电性由自由电子导电，由于电子带负电，所以是Negative的N。

因此，在P型半导体和N型半导体交界处就出现了电子和空穴的浓度差，从而形成空穴和电子的扩散运动，导致一些电子从N型区向P型区扩散，一些空穴又从P型区向N型区扩散。最终的结果就是在PN交汇处形成空间电荷区电场（内电场，从N指向P），也称之为PN结（缺少“多子”也叫耗尽层）。

（图片来源于网络）

在这里说明一下内部电场，这个电场的形成就导致了载流子的漂移运动，一是N区的载流子空穴向P区漂移，另外是P区的载流子电子向N区漂移。

（图片来源于网络）

因此，单纯的PN二极管的扩散运动只发生在PN结附近，远离PN结的地方就没有电场存在，这也是为什么PN二极管的光电变换效率低下以及响应速度也很慢。

PIN光管二极管

为了解决这个问题，提高转换效率和响应速率，通过在P型和N型半导体之间增加 一层轻掺杂的N型材料 I （Intrinsic，本征的）层，以展宽耗尽层，提高转换效率，这是因为轻掺杂I层，电子浓度很低，经扩散后就可以形成一个很宽的耗尽层。这就是我们的PIN光电二极管。

PIN光电二极管

原理：

（1）光子照射在半导体材料上产生光生载流子；

（2）光电流在外部电路作用下形成电信号并输出。

APD雪崩光管二极管

在前面的文章中我们说到，APD雪崩光电二极管具有较高的接收机灵敏度，这个较高灵敏度靠的就是对初级的电光流进行雪崩倍增效果。说到雪崩，估计大家脑海中的第一印象就是大雪山发生雪崩，其实也是同样的道理，高山上的一点雪发生碰撞，从上而下一路累积，雪团越来越大，最后形成雪崩。

从这里我们可以看出，要发生雪崩，必须具备一个条件就是山要足够的高。因此，雪崩光电二极管也就是在PIN光电二极管的基础结构中增加了雪崩区。使得光生载流子在其耗尽区(高场区)内的碰撞电离效应激发出新的电子-空穴对，新产生的载流子通过电场加速，导致更多的碰撞电离产生，一生二，二生三，三生万物，从而获得光生电流的雪崩倍增。

APD雪崩光电二极管

原理：

（1）光子照射在半导体材料上产生光生载流子；

（2）光生载流子在雪崩区即高电场区发生雪崩倍增；

（3）光电流在外部电路作用下形成电信号并输出。

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