前两篇的内容已经详细阐述，今天我们先休息一下。本文借鉴了易飞扬通信网站上一篇来自鲜枣课堂的文章，袁老师进行了适当调整和补充，在此再次感谢易飞扬和小枣君。
第三篇：光模块的调制技术
众所周知，现在的通信网络对光通信技术有着极大的依赖。无论是骨干网、光纤宽带还是5G，都离不开光通信技术的支持。随着我们进入信息大爆炸的时代，对光通信的容量也提出了新的要求。提升光通信的信息传输量，主要分为以下三种思路：
第一个思路：提升信号的波特率。
波特率，准确来说就是波特，只是口语习惯叫法。它的定义是：单位时间内传送的码元符号（Symbol）的个数。
波特率很容易理解，我每秒传输的符号越多，信息量自然就越大。
目前，随着芯片处理技术从16nm提高到7nm和5nm，光学器件和光电转换器件的波特率也从30+Gbaud提高到64+Gbaud、90+Gbaud，甚至120+Gbaud。然而，波特率并不是无限大的。越往上，技术实现难度越高。高波特率器件会带来一系列系统性能损伤问题，需要更先进的算法和硬件进行补偿。
大家需要注意，波特率并不是比特率。
对于二进制信号，0和1，1个符号就是1比特。那么，每秒的符号数（波特率）就等于每秒的比特数（比特率，bit/s）。对于四进制信号，1个符号可以表达2比特，每秒的符号数×2=每秒的比特数。
四进制，相同的波特率，比特率翻倍（信息量翻倍）
所以说，为了提升每秒的比特数（信息传输速率），我们需要一个符号能尽量表达更多的比特。怎么做到呢？我们待会再说。
第二个思路：采用更多的光纤数或通道数。
用更多的光纤，这个思路很简单。光纤数量越多，相当于单车道变双车道、四车道、八车道，当然传输信息量会翻倍。但是，这种方式涉及到投资成本。而且，光纤数太多，安装也会很麻烦。
在一根光纤里，建立多个信道，这是个更好的办法。信道数可以是空间信道，也可以是频率信道。空间信道包括模式（单模/多模）、纤芯（多纤芯的光纤）、偏振（待会会讲）。
频率信道的话，这就要提到WDM（波分复用技术）。它把不同的业务数据，放在不同波长的光载波信号中，在一根光纤中传送。
WDM波分复用，波长×频率=光速（恒定值），所以波分复用其实就是频分复用
WDM同样也不是无限波数的。每个波长都必须在指定的波长范围内，而且相互之间还要有保护间隔，不然容易“撞车”。目前行业正在努力将光通信的频段拓展到“C+L”频段，可以实现192个波长，频谱带宽接近9.6THz。如果单波400G，那就是192×400G=76.8Tbps的传输速率。
如下图100G光模块中，SR10、SR4、PSM4就使用了更多光纤的技术，LR4、ER4、CWDM4就使用了WDM技术。
第三个思路，也是我们今天要重点介绍的技术——高阶调制。（敲黑板，今天要讲的调制技术，都在这里了）
也就是说，采用更高级的调制技术，提升单个符号所能代表的比特（对应第一个思路），进而提升比特率。
对于调制，大家一定不会陌生。我们经常听说的PAM4、BPSK、QPSK、16QAM、64QAM，都是调制技术。以前我给大家讲电通信和移动通信的时候，提到过：想让电磁波符号表达不同的信息，无非就是对电磁波的几个物理维度进行调整。
大家比较熟悉的物理维度，是幅度、频率、相位。
光波也是电磁波，所以，对光波进行调制，思路基本是一样的。
光纤通信系统，主要有6个物理维度可供复用，即：频率（波长）、幅度、相位、时间（OTDM）、空间（空分复用）、偏振（PDM）。
1、幅度调制
频率复用其实就是WDM波分复用，刚才已经介绍过了。接下来，我们看看幅度调制。
在早期的光通信系统里，我们采用的是直接调制（DML，Direct Modulation Laser）。它就属于强度（幅度）调制。（DML和EML在上一篇文章中有过简单介绍，今天我们再来详细看看）
在直接调制中，电信号直接用开关键控（OOK，On-Off Keying）方式，调制激光器的强度（幅度）。
这个和我们的航海信号灯有点像。亮的时候是1，暗的时候是0，一个符号一个比特，简单明了。
直接调制的优点是采用单一器件，成本低廉，附件损耗小。但是，它的缺点也很多。它的调制频率受限（与激光器驰豫振荡有关），会产生强的频率啁啾，限制传输距离。直接调制激光器可能出现的线性调频，使输出线宽增大，色散引入脉冲展宽，使信道能量损失，并产生对邻近信道的串扰（看不懂就跳过吧）。
所以，后来出现了外调制（EML，External Modulation Laser）。在外调制中，调制器作用于激光器外的调制器上，借助电光、热光或声光等物理效应，使激光器发射的激光束的光参量发生变化，从而实现调制。如下图所示：
外调制常用的方式有两种。
一种是EA电吸收调制。将调制器与激光器集成到一起，激光器恒定光强的光，送到EA调制器，EA调制器等同于一个门，门开的大小由电压控制。通过改变电场的大小，可以调整对光信号的吸收率，进而实现调制。
还有一种，是MZ调制器，也就是Mach-Zehnder马赫-曾德尔调制器。
在MZ调制器中，输入的激光被分成两路。通过改变施加在MZ调制器上的偏置电压，两路光之间的相位差发生变化，再在调制器输出端叠加在一起。
电压是如何产生相位差的呢？
基于电光效应——某些晶体(如铌酸锂)的折射率n，会随着局部电场强度变化而变化。如下图所示，双臂就是双路径，一个是Modulated path（调制路径），一个是Unmodulated path（非调制路径）。
当作用在调制路径上的电压变化时，这个臂上的折射率n发生了变化。光在介质中的传播速率v=c/n（光在真空中的速率除以折射率），所以，光传播的速率v发生变化。
两条路径长度是一样的，有人先到，有人后到，所以，就出现了相位的差异。
如果两路光的相位差是0度，那么相加以后，振幅就是1+1=2。
如果两路光的相位差是90度，那么相加以后，振幅就是2的平方根。
如果两路光的相位差是180度，那么相加以后，振幅就是1-1=0。
大家应该也想到了，其实MZ调制器就是基于双缝干涉实验，和水波干涉原理一样的。峰峰叠加，峰谷抵消
2、光相位调制
接下来，我们讲讲光相位调制。（敲黑板，这部分可是重点！）
其实刚才我们已经讲到了相位，不过那个是借助相位差产生幅度差，依旧属于幅度调制。
首先，我们回忆一下高中（初中？）的数学知识——虚数和三角函数。
在数学中，虚数就是形如a+b*i的数。实部a可对应平面上的横轴，虚部b与对应平面上的纵轴，这样虚数a+b*i可与平面内的点(a,b)对应。
大家应该还记得，坐标轴其实是可以和波形相对应的，如下：
波形，其实又可以用三角函数来表示，例如：
第三篇：光模块的调制技术
众所周知，现在的通信网络对光通信技术有着极大的依赖。无论是骨干网、光纤宽带还是5G，都离不开光通信技术的支持。随着我们进入信息大爆炸的时代，对光通信的容量也提出了新的要求。提升光通信的信息传输量，主要分为以下三种思路：
第一个思路：提升信号的波特率。
波特率，准确来说就是波特，只是口语习惯叫法。它的定义是：单位时间内传送的码元符号（Symbol）的个数。
波特率很容易理解，我每秒传输的符号越多，信息量自然就越大。
目前，随着芯片处理技术从16nm提高到7nm和5nm，光学器件和光电转换器件的波特率也从30+Gbaud提高到64+Gbaud、90+Gbaud，甚至120+Gbaud。然而，波特率并不是无限大的。越往上，技术实现难度越高。高波特率器件会带来一系列系统性能损伤问题，需要更先进的算法和硬件进行补偿。
大家需要注意，波特率并不是比特率。
对于二进制信号，0和1，1个符号就是1比特。那么，每秒的符号数（波特率）就等于每秒的比特数（比特率，bit/s）。对于四进制信号，1个符号可以表达2比特，每秒的符号数×2=每秒的比特数。
四进制，相同的波特率，比特率翻倍（信息量翻倍）
所以说，为了提升每秒的比特数（信息传输速率），我们需要一个符号能尽量表达更多的比特。怎么做到呢？我们待会再说。
第二个思路：采用更多的光纤数或通道数。
用更多的光纤，这个思路很简单。光纤数量越多，相当于单车道变双车道、四车道、八车道，当然传输信息量会翻倍。但是，这种方式涉及到投资成本。而且，光纤数太多，安装也会很麻烦。
在一根光纤里，建立多个信道，这是个更好的办法。信道数可以是空间信道，也可以是频率信道。空间信道包括模式（单模/多模）、纤芯（多纤芯的光纤）、偏振（待会会讲）。
频率信道的话，这就要提到WDM（波分复用技术）。它把不同的业务数据，放在不同波长的光载波信号中，在一根光纤中传送。
WDM波分复用，波长×频率=光速（恒定值），所以波分复用其实就是频分复用
WDM同样也不是无限波数的。每个波长都必须在指定的波长范围内，而且相互之间还要有保护间隔，不然容易“撞车”。目前行业正在努力将光通信的频段拓展到“C+L”频段，可以实现192个波长，频谱带宽接近9.6THz。如果单波400G，那就是192×400G=76.8Tbps的传输速率。
如下图100G光模块中，SR10、SR4、PSM4就使用了更多光纤的技术，LR4、ER4、CWDM4就使用了WDM技术。
第三个思路，也是我们今天要重点介绍的技术——高阶调制。（敲黑板，今天要讲的调制技术，都在这里了）
也就是说，采用更高级的调制技术，提升单个符号所能代表的比特（对应第一个思路），进而提升比特率。
对于调制，大家一定不会陌生。我们经常听说的PAM4、BPSK、QPSK、16QAM、64QAM，都是调制技术。以前我给大家讲电通信和移动通信的时候，提到过：想让电磁波符号表达不同的信息，无非就是对电磁波的几个物理维度进行调整。
大家比较熟悉的物理维度，是幅度、频率、相位。
光波也是电磁波，所以，对光波进行调制，思路基本是一样的。
光纤通信系统，主要有6个物理维度可供复用，即：频率（波长）、幅度、相位、时间（OTDM）、空间（空分复用）、偏振（PDM）。
1、幅度调制
频率复用其实就是WDM波分复用，刚才已经介绍过了。接下来，我们看看幅度调制。
在早期的光通信系统里，我们采用的是直接调制（DML，Direct Modulation Laser）。它就属于强度（幅度）调制。（DML和EML在上一篇文章中有过简单介绍，今天我们再来详细看看）
在直接调制中，电信号直接用开关键控（OOK，On-Off Keying）方式，调制激光器的强度（幅度）。
这个和我们的航海信号灯有点像。亮的时候是1，暗的时候是0，一个符号一个比特，简单明了。
直接调制的优点是采用单一器件，成本低廉，附件损耗小。但是，它的缺点也很多。它的调制频率受限（与激光器驰豫振荡有关），会产生强的频率啁啾，限制传输距离。直接调制激光器可能出现的线性调频，使输出线宽增大，色散引入脉冲展宽，使信道能量损失，并产生对邻近信道的串扰（看不懂就跳过吧）。
所以，后来出现了外调制（EML，External Modulation Laser）。在外调制中，调制器作用于激光器外的调制器上，借助电光、热光或声光等物理效应，使激光器发射的激光束的光参量发生变化，从而实现调制。如下图所示：
外调制常用的方式有两种。
一种是EA电吸收调制。将调制器与激光器集成到一起，激光器恒定光强的光，送到EA调制器，EA调制器等同于一个门，门开的大小由电压控制。通过改变电场的大小，可以调整对光信号的吸收率，进而实现调制。
还有一种，是MZ调制器，也就是Mach-Zehnder马赫-曾德尔调制器。
在MZ调制器中，输入的激光被分成两路。通过改变施加在MZ调制器上的偏置电压，两路光之间的相位差发生变化，再在调制器输出端叠加在一起。
电压是如何产生相位差的呢？
基于电光效应——某些晶体(如铌酸锂)的折射率n，会随着局部电场强度变化而变化。如下图所示，双臂就是双路径，一个是Modulated path（调制路径），一个是Unmodulated path（非调制路径）。
当作用在调制路径上的电压变化时，这个臂上的折射率n发生了变化。光在介质中的传播速率v=c/n（光在真空中的速率除以折射率），所以，光传播的速率v发生变化。
两条路径长度是一样的，有人先到，有人后到，所以，就出现了相位的差异。
如果两路光的相位差是0度，那么相加以后，振幅就是1+1=2。
如果两路光的相位差是90度，那么相加以后，振幅就是2的平方根。
如果两路光的相位差是180度，那么相加以后，振幅就是1-1=0。
大家应该也想到了，其实MZ调制器就是基于双缝干涉实验，和水波干涉原理一样的。峰峰叠加，峰谷抵消
2、光相位调制
接下来，我们讲讲光相位调制。（敲黑板，这部分可是重点！）
其实刚才我们已经讲到了相位，不过那个是借助相位差产生幅度差，依旧属于幅度调制。
首先，我们回忆一下高中（初中？）的数学知识——虚数和三角函数。
在数学中，虚数就是形如a+b*i的数。实部a可对应平面上的横轴，虚部b与对应平面上的纵轴，这样虚数a+b*i可与平面内的点(a,b)对应。
大家应该还记得，坐标轴其实是可以和波形相对应的，如下：
波形，其实又可以用三角函数来表示，例如：
温馨提示：内容为网友见解，仅供参考
无其他回答
电巢:漫话光模块(3)
所以，后来出现了外调制（EML，External Modulation Laser）。在外调制中，调制器作用于激光器外的调制器上，借助电光、热光或声光等物理效应，使激光器发射的激光束的光参量发生变化，从而实现调制。如下图所示：外调制常用的方式有两种。一种是EA电吸收调制。将调制器与激光器集成到一起，激光器恒定光...
电巢:漫话光模块(6)
最后，文章指出相干光通信技术的回归和普及有利于挖掘光通信的性能潜力，提升极限带宽，并可能在未来取代传统的直接传输方式。文章最后附上了对比通信设备大厂最新相干光模块情况的表格。
相似回答
大家正在搜
