直到最近，大多数光模块都基于直接检测技术。直接检测仅关注入射光信号的光幅度。这是最简单且最常见的调制技术之一。非归零（NRZ），也称为PAM2和PAM4（4级脉冲幅度调制），是直接检测调制的典型例子。由于该技术比较简单，所以更容易受到噪声影响。因此，直接检测光模块设计用于短距离链路和客户端接口。这类光模块广泛应用于运营商的核心交换网络、楼宇设备、个人电脑、企业网络及数据中心。

　　对于长距离通信，传输可靠性和信号完整性至关重要，仅靠PAM4往往不足以克服在长距离传输中维持高性能的挑战。系统可能面临噪声、失真和光纤损伤等问题，这些问题会显著降低长链路中的信号质量。然而，通过采用相移键控（PSK）和偏振复用等先进调制技术，相干光模块可抑制光纤损伤并帮助维持信号的完整性。

　　相干光模块是一种先进的光通信模块，采用相干检测技术来传输和接收数据。它结合了高速激光器和复杂的数字信号处理技术，实现信号的调制和解调，从而在长距离传输中实现高数据速率和高光谱效率。相干光模块在抑制色散和非线性等因素引起的信号劣化方面特别有效，因此成为现代光网络的理想选择。

　　100 Gbit/s相干光模块被称为100ZR， 400 Gbit/s相干光模块被称为400ZR，而800 Gbit/s相干光模块则被称为800ZR。 100ZR和100ZR+通常采用QSFP28封装外形，从而适用于企业网、城域网和短距离DCI链路。 100ZR专为短距离应用优化，传输距离可达约10 km；而100ZR+则将传输距离扩展至城域网级别，约40 km –120 km。对于更高速率，如400ZR和800ZR，相干光模块采用双密度四通道小型可插拔光模块（QSFP-DD）和八通道小型可插拔光模块（OSFP）封装外形，因此适用于高速网络交换机和路由器。两台ZR光模块之间的传输距离为80 km。 400ZR+是400ZR标准的扩展，设计用于比标准80 km更长的传输距离，最高可达数百公里。

　　ZR相干光模块支持更广泛的调制格式，如正交相移键控（QPSK）和更高阶的正交幅度调（QAM），可根据链路要求（如传输距离和频谱效率）进行调整。

　　相干光模块的关键组成部分（图3）包括可调谐激光器、调制器和偏振管理器。可调谐激光器作为发射端的光源，以精确的波长生成稳定的激光束。该波长可在一定范围内调整，使激光器具备“可调谐”的特性，从而适应光网络中不同DWDM通道的需求。

　　激光器生成光束后，光束通过调制器。调制器负责将数据编码到光束中。它根据输入数据修改光束的相位和幅度，使光模块能够使用复杂的调制格式，如正交相移键控（QPSK）或正交幅度调制（QAM）。这些格式使每个符号都能够传输多个比特，从而显著提高数据传输能力。

　　除了调制，偏振在相干传输中也起着关键作用。光经过偏振，这意味着其电场在特定方向上振荡。通过在两个正交偏振（垂直和水平）上对独立的数据流进行编码，偏振复用可将传输容量翻倍。图4显示的是16 QAM相干信号星座图。

　　相干接收器必须能够区分这些偏振态并将其分开，以准确恢复传输的数据。当光信号到达接收器时，光模块使用与发射器所用可调谐激光器相同的本地振荡器激光器，进行相干检测。它将入射信号与本地振荡器的光结合起来，这个过程被称为干涉。此过程使接收器能够提取接收信号的幅度和相位信息，随后这些信息由数字信号处理器（DSP）进行处理。 DSP通过补偿信号损伤和优化信号质量，在精确重建传输的数据方面发挥着至关重要的作用。

　　通过将可调谐激光器、先进调制技术和偏振管理技术结合起来，相干光模块实现了高效且可靠的数据传输。它可提供更高的灵敏度，支持更高的数据速率和更长的传输距离，使其成为现代高容量光网络的理想选择。

　　02ZR光模块的信号可直接用于DWDM系统，因为该模块是一个根据特定通道进行调谐的线）。与客户端侧光模块相比，它存在显著差异。

　　03通过使用相位和幅度调制，相干光模块能够更好地处理色度色散（CD）和偏振模色散（PMD）等信号损伤问题。这使得相干光模块能够在数百公里距离上传输数据，而无需频繁使用光放大器或再生器，因此非常适合长距离数据中心互联和海底光缆系统。

　　04100ZR、400ZR和800ZR等标准为相干光模块带来了互通性，使网络运营商能够混合使用来自不同供应商的光模块而不会出现兼容性问题。这被称为开放式线路系统（OLS）。

　　05ZR相干光模块可以减少放大器和传输设备的使用数量，为网络扩展提供了经济高效的解决方案。运营商商可部署这些光模块来扩展网络覆盖范围，而无需承担部署更多设备带来的高昂成本。

　　光互连论坛（OIF）负责确定ZR相干光模块的规格，通过促进制造商和运营商等行业利益相关者的合作，确定光接口、数据速率、协议和调制格式等方面的标准化技术要求。通过严格的标准化流程， OIF开展测试来验证不同厂商产品之间的兼容性和互通性，确保这些产品能够互通。 EXFO也参与了这一过程。这种协作努力使ZR规格与市场需求保持一致，从而促进高性能光模块在数据中心和电信等各种应用中的采用。此外， OIF致力于持续改进，定期更新规格以反映技术进步和不断涌现的行业需求。

　　此外， OIF已将100ZR和100ZR+标准化。这些光模块将相干技术扩展至PAM4难以胜任的短距离应用场景，例如企业网、边缘数据中心及5G xHaul。 100ZR适用于最长10 km的链路传输，而100ZR+将传输距离扩展至40 km – 120 km，填补了短距离直接检测光器件与长距离400ZR解决方案之间的技术空白。

　　400ZR标准旨在支持高达80 km的点对点（P2P）高速光传输，而无需进行光放大，使其成为数据中心互联（DCI）和城域网的理想选择。在无放大器的P2P场景中，传输距离受信号丢失、色度色散（CD）和偏振模色散（PMD）等因素限制，这些因素可能导致信号在更长距离传输中劣化。然而，通过使用光放大器，如掺铒光纤放大器（EDFA）， 400ZR的传输距离可增加至80 km以上，具体取决于放大器的质量和网络配置。尽管如此，对于距离更长的传输， PMD仍然是主要的限制因素，需要采用先进的数字信号处理（DSP）技术来缓解其影响并保持信号完整性。因此，尽管通过使用放大器， 400ZR可实现更长的传输距离，但其效率和性能更适合中长距离传输。下表列出了ZR的类型及相关规格。 800GBASE‑ZR光模块仍处于早期采用阶段，其规格尚未完全标准化。

　　EXFO提供全面的测试解决方案，特别适用于部署相干光模块，如基于100ZR、 100ZR+、400ZR和800ZR标准的相干光模块。相干光模块是比较复杂的设备，需要精准验证其性能及兼容网络基础设施的能力。 EXFO的解决方案可帮助确保这些光模块在各种条件下都能以最佳状态运行，降低部署风险并提升整体网络可靠性。

　　EXFO的光测试设备包括误码率测试仪（如FTBx-88480和FTBx-88100系列）和光谱分析仪（如FTBx‑5255），这些设备对于鉴定相干光模块的性能非常关键。

　　FTBx-88100系列和FTBx-88480系列可验证光模块在高数据速率（如100G、 400G或800G）时的性能，使运营商能够评估无错误传输能力并确保前向纠错（FEC）功能正常工作。这对于采用复杂调制格式（如QPSK和16-QAM）的相干光模块尤为重要。

　　EXFO还提供先进的OSA，能够精确地测量光信噪比（OSNR）、波长稳定度和功率水平，这些参数对于评估相干信号的质量至关重要，尤其是在密集波分复用（DWDM）环境中。

　　此外， EXFO的自动化功能可简化测试流程，让网络运营商能够将复杂的测试序列和远程监测流程自动化，从而加速相干光器件的部署。这样就可以确保更快地开通服务，减少排障时间，为在实际网络中部署先进的相干光模块技术提供了可靠的框架。总体而言， EXFO的解决方案可帮助运营商验证相干光模块的性能、兼容性和长期可靠性，最终确保部署过程顺畅并实现网络性能优化。

　　对于部署和维护高速网络的运营商来说，掌握相干光模块至关重要。借助EXFO的高速测试解决方案和支持，运营商可以有效地应对100G、400G、800G乃至更高速率的测试挑战，确保网络始终高效、可靠并准备好满足未来需求。