近年来，互联网、云计算和大数据等业务的快速增长推动了大容量和高带宽的数据中心的大规模建设，100G以太网势必成为主流，在数据中心领域强势增长，用于数据中心的100G 光模块需求量随之也会呈现爆炸性增长。
100G数据通讯技术的核心在于光模块，100G 数据中心用的光模块针对不同的应用场景和传输距离具有不同方案标准，主要有IEEE 802.3ba项目组推出的SR10（100m）、 LR4（10km）和ER4（40km）三个标准、802.3bm工作组推出的100G SR4项目和工业界推出的100G-PSM4（500m）, 100G CWDM4（2km）和100G CLR4（2km）三个MSA。、当前，单通道25G传输速率是100G光模块的主流方案（除SR10外），根据模块的特点，可分为两类：一类为单向四路光并行收发模块，即收发端口均为四路并行的光纤链路，每路速率约为25Gbit/s，另外一类为双工单模光收发模块，即收发端口均为单模光纤链路。
典型的四路并行收发模块的功能框图如下1所示：
图1 100Gbit/s 四路光并行收发模块功能框图
100G-SR4和100 PSM4光模块是典型的四路光并行收发模块。100G-SR4模块多采用850nm 面发射激光器VCSEL阵列芯片和面型探测器阵列芯片作为发射和接收芯片，通过多模带状光纤实现光模块间的对传，器件结构上，采用COB工艺技术，即一种利用胶水将chip 芯片直接贴装在PCBA上然后进行封装的工艺技术。由于VCSEL激光器的宽光谱和多模光纤较大的弯曲损耗，100G-SR4光模块的传输距离受限，通常只有100m的OM4光纤传输（eSR4可以支持300m）。100 PSM4模块是另外一种低成本、高速率并能传输较远距离（500米甚至更远）的多路并行单模光收发模块。目前有多种基于单模光纤的技术能够实现PSM4模块的功能，而根据PSM4的官方网站上，目前物理上实现PSM4的有LISEL(Lens-integrated surface emitting laser)和硅基光电芯片方案两大类。硅基光电芯片最大优势在于低成本以及能够与IC芯片的集成从而降低整个模块的成本，是很多光器件商首选的方案。典型的硅基100Gbit/s PSM4光模块原理框图如下图2所示：
图2 硅基100Gbit/s PSM4光模块原理框图
硅基方案的PSM4光模块需要用到1个或2个1310nm单波长高功率无制冷的DFB激光器作为发射端的光源（图2以一个光源为例）。硅基光芯片上集成了光分路器和4路硅基调制器，分别实现对高功率光源的分光和对这四路光源的强度调制。硅基芯片的上集成的4个高速锗硅探测器用于接收信号的探测。对于PSM4来讲，在模块光接口和传输距离上和目前的SR4特别是eSR4模块有所重叠，因此从成本角度上来说，硅光技术在100Gbit/s数据通信模块最好的切入点就是PSM4。目前Luxtera，Intel，Lumentum等公司都推出了基于硅光技术的PSM4模块。
典型的双工单模光收发模块功能框图如下图3所示：
图3 100Gbit/s双工单模光收发模块功能框图
在模块的发送端，四路25Gbit/s的电信号被转化为四路光调制输出，四路波长为间隔20nm的CWDM波长或间隔4.5nm LAN-WDM，这四路光信号经光波分复用器合波后从一根单模光纤输出至外部光媒质。在接收端，接收到的光信号被光波分解复用器分开后分别进入相应的光探测器转换为电信号输出。发送端的调制激光器目前可分为直接调制激光器（Direct modulated laser，DML）和EML激光器（电吸收调制半导体激光器）。DML制作工艺简单，功耗低，但是输出光信号的消光比较小（一般小于5dB），比较适合短距离（10km以内）以及NRZ调制码型。EML芯片由于生长工艺较为复杂导致其芯片成本远高于DML，但因为其外调制的特性能够获得更好的眼图性能以及更小的啁啾效应，且消光比能够达到8dB以上，在更长距离传输（10km以上）以及高速PAM4信号调制有一定的优势，因此基于EML的光器件及模块在未来200GE和400GE会有较好的应用前景。
