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作为20世纪最重要的发明之一，激光器在各行各业发挥了日益重要的作用。和自然的普通光源不同，激光是一种相干光，即具有频率相同、振动方向相同、相位相同（或者说相位相差保持恒定）的特性；而现在的光通信系统，很大程度上就依赖高质量的激光光源。本文主要为大家介绍和光模块产品相关的激光器种类及其优缺点的对比，并结合具体产品和使用场景给大家加深理解。

一、光模块激光器

光模块使用的激光器主要是VCSEL（垂直腔面发射激光器）、FP（Fabry-perot 法布里-珀罗激光器）、DFB（分布式布拉格反馈式激光器）、可调谐激光器等几种激光器。

1、FP激光器 FP（Fabry-perot）激光器是以FP腔为谐振腔，发出多纵模相干光的半导体发光器件。FP激光器主要用于低速率短距离传输，比如传输距离一般在20公里以内，速率一般在1.25G以内，FP的分两种波长，1310nm/1550nm。

2、DFB激光器 DFB激光器是在FP激光器的基础上采用光栅虑光器件使器件只有一个纵模输出。DFB( Distributed Feedback Laser)一般也用2种波长1310nm、1550nm，分为制冷和无制冷，主要用于高速中长距离传输，传输距离一般在40公里以上。

3、VCSEL激光器 VCSEL激光器的优点是体积小、圆形输出光斑、单纵模输出、阈值电流小、价格低廉、易集成为大面积阵列等等，目前与多模光纤的耦合效率可达90%, 广泛应用于光通信、光互连、光存储等领域。在相同的输出功率下，它比DFB激光器和FP激光器的效率更高。相比FP激光器和DFB激光器，制造和调整准直VCSEL都比较容易，这样就能够生产低成本基于VCSEL的收发器。

二、光模块VCSEL、FP与DFB激光器的区别以及优点

VCSEL具有完美的光速质量、小的发散角和圆对称光分布使其与光纤的耦合效率较高，

其与多模光纤的耦合效率可大于90%。其较小的有源体积，使其产生的激光的阈值电流较低。

极短的谐振腔长度，使得纵模间距变大，易于实现纵模激光运转。具有垂直于衬底表面光出射方向，易于通过高密度集成实现高功率激光输出。高的传输速率和调制频率，也有利于高速光纤网络传输通信。

VCSEl 在传感器应用方面也展现出优异的性能，相比于早期3D摄像头系统使用的LED红外源，结构更加简单、提交更小、功耗更低、距离检测更加精确。

VCSEL激光器是面发射激光器，多横模单纵模输出。其结构如图所示。

我们可以看到VCSEL激光器的光束方向是由下而上的。

FP激光器的性能参数：

1）工作波长：激光器发出光谱的中心波长。

2）光谱宽度：多纵模激光器的均方根谱宽。

3）阈值电流：当器件的工作电流超过阈值电流时激光器发出相干性很好的激光。

4）输出光功率：激光器输出端口发出的光功率。

DFB激光器的性能参数：

1）工作波长：激光器发出光谱的中心波长。

2）边模抑制比：激光器工作主模与最大边模的功率比。

3）-20dB光谱宽度：由激光器输出光谱的最高点降低20dB处光谱宽度。

4）阈值电流：当器件的工作电流超过阈值电流时激光器发出相干性很好的激光。

5）输出光功率：激光器输出端口发出的光功率.

其中FP激光器和DFB激光器都属于边发射激光器，单横模输出。

FP结构的激光器通过两侧反射镜作光反馈，DFB通过光栅作光反馈。

FP无需刻蚀光栅，工艺简单，但谐振腔只能选择特定波长，谱宽较宽，属于多纵模激光器。

DFB激光器需要刻蚀光栅，工艺复杂，谐振腔选择单一波长，谱宽窄，边模抑制比高，属于单纵模激光器。

总结一下：

多模光模块使用VCSEL激光器，工作波长为850nm；

单模光模块使用FP或者DFB激光器，工作于1310nm和1550nm的波长，色散小，传输距离远。

这里的多模是“多横模”的缩写——光纤系统的单模多模是指光纤中光的横向模式；而FP激光器既可以用于单模又可用于多模，此处的“模”是指激光器的纵模，可以通过波长的调节来完成。

三、激光器的调制方式

说完了这三种光模块中的常见激光器以及模式，还有一个很重要的概念就是激光器的调制。光模块里的调制方式主要分为直接调制（DML）和电吸收调制（EML），主要应用于DFB激光器。

DML的原理是通过调制激光器的注入电流来实现信号调制，由于注入电流的大小会改变激光器有源区的折射率，造成波长漂移（啁啾）从而产生色散，从而限制了传输距离；另外DML的宽带有限，并且调制电流大时激光器容易饱和，难以实现较高的消光比，增加了系统误码率。

在改善传统激光器的封装形式及高频性能的情况下，采用倒装焊新工艺和以可调硅FP滤波器为代表的混合集成技术，DML将有希望实现10km以上单路50G波特率的传输。

EML一般带制冷器，是由利用量子限制Stark效应（QCSE）工作的EAM电吸收调制器和利用内光栅耦合确定波长的DFB激光器集成的小体积、低波长啁啾的高性能光通信通用光源。EML的波长啁啾低，信号传输质量高，易实现高传输速率，但是价格昂贵、耗电量大。

数据中心光模块的特点是价格低和功耗低，不过当前非制冷的EML已经问世，部分解决了成本和功耗的问题。EML可以延伸至高速率的2km应用领域，比如易飞扬即将推出的200G QSFP56 FR4 PAM4 2km光模块。

简单总结一下就是：在高速率的10G、25G以上的链路中，DML应用在2km到10km左右的距离场景；而10km到40km的场景大都使用EML。

DML适用于数据中心场景，

EML适用于电信级长距离场景。

VCSEL激光器应用

（1）消费电子3D成像：VCSEL是消费电子视觉成像、三维感应的基础元器件，预计2020年，仅智能手机为VCSEL市场贡献超过20亿美元的收入。

（2）物联网：VCSEL是物联网的重要传感器件，预计2025年，全球将有数十亿设备接入物联网，全球物联网市场有望超过30万亿美元。

（3）数据中心/云计算：VCSEL用于数据中心，预计2020年，全球VCSEL数据通讯的市场规模将达到100亿美元。

（4）自动驾驶：VCSEL应用于自动驾驶中的车身通讯、传感器等，预计到2030年，激光雷达的使用数量将超过3亿枚。

DFB激光器应用 通讯是DFB的主要应用，如1310nm，1550nm DFB激光器的应用，主要介绍非通讯波段DFB激光器的应用。

FB激光器应用

FP激光器是以FP腔为谐振腔，发出多纵模相干光的半导体发光器件。这类器件的特点；输出光功率大、发散角较小、光谱较窄、调制速率高，适合于较长距离通信。

光模块根据不同场景的选择和使用是完全不同的，其中最主要的就是根据传输距离选择激光器类型和调制方式，希望这篇图文能让大家对光模块选型背后的原因做一个较为深层和全面的了解。易飞扬（Gigalight）拥有业界少见的全面光模块产线，种类丰富多样，完全有能力按客户的不同需求定制产品，若想了解更多相关的信息，可访问我们官网www.gigalight.com或者询问我们的销售人员。