光模块是光通信系统中完成光电转换的核心部件,光模块由光器件、功能电路和光接口等构成,其中光器件是光模块的关键元件,包括激光器(TOSA)和探测器(ROSA),分别实现光模块在发射端将电信号转换成光信号,以及在接收端将光信号转换成电信号的功能。
光模块产品的结构图
资料来源:联特科技、观研天下数据中心整理
光模块是用于通信设备之间数据传输的载体,主要作用是实现传输媒体的光电相互转化。在发射端,带有信息的电信号从发射通道的电接口输入,经过信号的整形和放大,驱动光发射组件内部芯片转换为光信号,耦合进光纤后进行光信号传输;在接收端,采集来的光信号输入模块后由光接收组件内部光探测二极管转换为电流信号,通过跨阻放大器后将此电流信号转换成电压信号,经限幅放大器放大后输出相应信息的电信号。
光模块主要构成部件
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组件 |
作用 |
核心构成部分各部分作用 |
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光发射组件(TOSA) |
将电信号转换为光发射组件(E/O)。判断其性能的主要指标有光功率、阈值。 |
激光器芯片 |
产生激光,实现电信号到光信号的转换。主要包括VCSEL(垂直腔面发射激光器,用于短距离多模传输)、DFB(分布反馈激光器,用于中距离单模传输)、EML(电吸收调制激光器,用于高速长距离传输)。 |
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适配器 |
连接激光器与外部光纤,实现光耦合。 |
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管芯套 |
固定和保护激光器芯片,提供机械支撑。 |
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隔离器 |
防止反射光返回激光器。 |
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调节环 |
调节光路焦距。 |
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光接收组件(ROSA) |
将光信号转换为电信号(O/E)。判断其性能的主要指标有灵敏度(SEN)等。 |
探测器芯片 |
接收光信号并转换为微弱电流信号。主要包括PIN(光电二极管,结构简单、响应快)和APD(雪崩光电二极管,灵敏度高、适用于弱光检测)。 |
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TIA(跨阻放大器) |
将探测器输出的微弱电流信号放大为可用的电压信号。 |
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适配器 |
连接外部光纤与探测器,实现光耦合。适配器有金属和塑料PE件两种。 |
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主控电路板(PCBA) |
通过高速电路设计实现信号处理、激光器驱动、接收信号放大、模块控制与电源管理等功能,并与TOSA、ROSA等光学器件协同完成光电信号转换与传输 |
DSP(数字信号处理器) |
对电信号进行处理,保障高速传输下的信号质量。 |
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LDD(激光驱动器) |
激光器驱动电流控制 |
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TIA |
微弱电流信号放大 |
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CDR(时钟数据。恢复芯片) |
时钟提取与数据恢复 |
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资料来源:观研天下数据中心整理
光模块产品品类繁多,可以按照传输速率、复用技术、适用光纤类型和封装形式进行分类。
光模块分类及特征
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分类标准 |
光模块类别 |
特征 |
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传输速率 |
155Mb/s、622Mb/s、1.25Gb/s、2.5Gb/s、2.97Gb/s、4.25Gb/s、6.1Gb/s、8.5Gb/s、10Gb/s、25Gb/s、40Gb/s、100Gb/s、200Gb/s、400Gb/s、800Gb/s等 |
指每秒传输比特数,通常传输速率越高,代表的技术难度越高;光模块的发展方向之一是高传输速率 |
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复用技术 |
时分复用系统 |
850nm、1310nm、1550nm等波段 |
850nm波段用于多模光纤传输,传输距离短,多用于2km以内短距离传输 |
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1310nm波段用于单模光纤传输,传输损耗大色散小,一般用于40km以内的传输 |
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1550nm波段用于单模光纤传输,传输损耗小色散大,一般用于40km以上的长距离传输,最远可以无中继直接传输120km |
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WDM(波分复用)系统 |
CWDM系列(粗波分复用) |
使用20nm间隔的波长,将多个波长的光信号复用进一根光纤内传送数据。 |
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DWDM系列(密集波分复用) |
使用0.4nm或者0.8nm间隔的波长,将多个波长的光信号复用进一根光纤内传送数据 |
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适用光纤类型 |
单模光纤 |
纤芯较细,只能传输一种模式的光,适用于远程通讯 |
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多模光纤 |
纤芯较粗,可传输多种模式的光。多模光纤模间色散较大,适用于短距离通讯 |
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封装形式 |
SFP、SFP+、XFP、SFP28、QSFP+、QSFP28、QSFP-DD、OSFP等 |
光模块的封装形式呈多样化,满足行业标准组织的多源协议(MSA) |
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资料来源:观研天下数据中心整理
从成本构成来看,光模块成本构成中光学组件占比达71.59%,其中以激光器为主的光发射组件(TOSA)和以检测器为主的光接收组件(ROSA)占光学器件成本的80%。光芯片作为光收发组件的核心部分,占TOSA和ROSA总成本的80%;光芯片在光模块成本构成中占比约为45.39%,不含光芯片的光收发组件占比约为13.05%。
资料来源:观研天下数据中心整理
根据观研报告网发布的《中国光模块行业现状深度研究与投资前景预测报告(2026-2033年)》显示,光模块的下游应用广泛分布于数据中心、5G基站及承载网、光纤接入及新兴产业。光模块目前主要应用市场包括数通市场、电信市场和新兴市场。其中数通市场是光模块增速最快的市场,目前已超越电信市场成为第一大市场,是光模块产业未来的主流增长点;电信市场是光模块最先发力的市场,5G建设将大幅拉动电信用光模块需求;新兴市场包括消费电子、自动驾驶、工业自动化等市场,是未来发展潜力最大的市场。
近年来,随着云计算、大数据、物联网、人工智能等信息技术的快速发展及加速应用,传统产业及大众生活形式的数字化转变加速。移动支付、移动出行、远程控制、高清视频直播、移动餐饮外卖、虚拟现实等的普及,驱动数据流量和数据交汇量迎来爆发式增长。2025年我国数据资源规模增长强劲,全年数据生产量达52.26泽字节(ZB,数据存储单位,1ZB约合1万亿GB),同比增长27.3%,占全球数据总量约27.44%,数据存储总量达2.53ZB,同比增长21.1%。
资料来源:国家数据局、观研天下数据中心整理
光模块作为光通信设备的重要组成部分,是光通信技术更新迭代的重要基础,伴随着光通信技术的升级应用稳步发展。光模块是数据中心与AI基础设施中不可或缺的关键硬件组件,在AI大模型时代,光模块的角色已从“配套元件”跃升为决定AI算力效率与扩展能力的核心器件之一。
截至2025年底,我国在用算力设施超过1373万标准机架,建成42个万卡级智算集群,智能算力规模达159万PFLOPS(FP16)。全国一体化算力网络不断优化,枢纽节点间实现低于20ms时延保障能力,初步建成全国一体化算力网监测调度试验验证平台,截至2025年底,纳入监测的算力总规模达102万PFLOPS(FP16),其中,智算达83.4万PFLOPS(FP16),可并网调度算力达11万PFLOPS(FP16)。
资料来源:工信部、观研天下数据中心整理
随着AI大模型发展、AI Agent加速渗透、算力网络全球部署,全球头部CSP厂商等机构持续扩大GPU服务器和AI集群部署规模,带动光模块市场需求高速增长。除市场需求总量增长外,产品速率升级正成为推动行业增长的重要动力。数据中心网络带宽需求正在快速提升,光模块速率由400G向800G、1.6T持续演进。2025年全球数通市场400G、800G及1.6T光模块出货占比分别达到35%、45%。
资料来源:观研天下数据中心整理
未来两年光模块行业仍是“800G主攻、1.6T起量”结构,随着人工智能(AI)技术的不断进步和算力需求的持续增加,高速率光模块产业正在迎来快速发展期,发展前景被市场看好。未来,800G和1.6T光模块将迎来快速放量,占到整体光模块市场规模的约64%,3.2T光模块有望从2028年起逐步起量。预计800G/1.6T的高速率光模块将主导未来五年市场的增长,到2033年全球光模块出货量将超过14500万支,800G以上光模块的市场规模将增长至13067万支,占整体高速光模块出货量的90%以上。
资料来源:观研天下数据中心整理(zpp)
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