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1、学 海 无 涯 超详细的光模块介绍 光模块发展简述光模块发展简述 光模块分类光模块分类 按封装：1*9 、GBIC、 SFF、SFP、XFP、SFP+、X2、XENPARK、300pin 等。 按速率：155M、622M、1.25G、2.5G、4.25G、10G、40G 等。 按波长：常规波长、CWDM、DWDM 等。 按模式：单模光纤（黄色）、多模光纤（橘红色）。 按使用性：热插拔（GBIC、 SFP、XFP、XENPAK）和非热插拔（1*9、SFF）。 封装形式封装形式 学 海 无 涯 光模块基本原理光模块基本原理 光收发一体模块（光收发一体模块（Optical Transceiver)
2、光收发一体模块是光通信的核心器件，完成对光信号的光-电/电-光转换。由两部 分组成：接收部分和发射部分。接收部分实现光-电变换，发射部分实现电-光变 换。 发射部分：发射部分： 输入一定码率的电信号经内部的驱动芯片处理后驱动半导体激光器(LD)或发光 二极管(LED)发射出相应速率的调制光信号，其内部带有光功率自动控制电路 (APC)，使输出的光信号功率保持稳定。 接收部分：接收部分： 一定码率的光信号输入模块后由光探测二极管转换为电信号， 经前置放大器后输 出相应码率的电信号，输出的信号一般为 PECL 电平。同时在输入光功率小于 一定值后会输出一个告警信号。 学 海 无 涯 光模块内部结构
3、光模块内部结构 光模块的主要参数光模块的主要参数 学 海 无 涯 1. 传输速率传输速率 传输速率指每秒传输比特数， 单位 Mb/s 或 Gb/s。 主要速率： 百兆、 千兆、 2.5G、 4.25G 和万兆。 2.传输距离传输距离 光模块的传输距离分为短距、中距和长距三种。一般认为 2km 及以下的为短距 离，1020km 的为中距离，30km、40km 及以上的为长距离。 光模块的传输距离受到限制，主要是因为光信号在光纤中传输时会有一定的损 耗和色散。 注意： 损耗是光在光纤中传输时，由于介质的吸收散射以及泄漏导致的光能量损失， 这部分能量随着传输距离的增加以一定的比率耗散。 色散的产生主
4、要是因为不同波长的电磁波在同一介质中传播时速度不等， 从而 造成光信号的不同波长成分由于传输距离的累积而在不同的时间到达接收端， 导 致脉冲展宽，进而无法分辨信号值。 因此，用户需要根据自己的实际组网情况选择合适的光模块，以满足不同的传 输距离要求。 3.中心波长中心波长 中心波长指光信号传输所使用的光波段。 目前常用的光模块的中心波长主要有 三种：850nm 波段、1310nm 波段以及 1550nm 波段。 850nm 波段：多用于2km 短距离传输 1310nm 和 1550nm 波段：多用于中长距离传输，2km 以上的传输。 光纤类型光纤类型 学 海 无 涯 1. 光纤模式（光纤模式（
5、Fiber Mode） 按光在光纤中的传输模式可将光纤分为单模光纤和多模光纤两种。 多模光纤(MMF，Multi Mode Fiber)，纤芯较粗，可传多种模式的光。但其模间 色散较大，且随传输距离的增加模间色散情况会逐渐加重。多模光纤的传输距离 还与其传输速率、芯径、模式带宽有关，具体关系请参见下表。 单模光纤(SMF，Single Mode Fiber)，纤芯较细，只能传一种模式的光。因此， 其模间色散很小，适用于远程通讯。 2. 光纤的端面与直径光纤的端面与直径 按照光纤连接器连接头内插针端面分：PC，SPC，UPC，APC 按照光纤连接器的直径分：3，2, 0.9 3. 光纤接口连接器
6、类型光纤接口连接器类型 接口连接器用于连接可插拔模块及相应的传输媒质。 光纤连接器是光纤通信系统 中不可缺少的无源器件，它的使用使得光通道间的可拆式连接成为可能，既方便 了光系统的调测与维护，又使光系统的转接调度更加灵活。 按照光纤的类型分： 单模光纤连接器（一般为 G.652 纤：光纤内径 9um，外径 125um）； 学 海 无 涯 多模光纤连接器（一种是 G.651 纤其内径 50um，外径 125um；另一种是内径 62.5um，外径 125um）； 按照光纤连接器的连接头形式分：FC，SC，ST，LC，MU，MTRJ 等等，目前 常用的有 FC，SC，ST，LC SC（Subscri
7、ber Connector Standard Connector，标准光纤连接器），由日本 NTT 公司开发的模塑插拔耦合式连接器。其外壳采用模塑工艺，用铸模玻璃纤 维塑料制成，呈矩形；插针由精密陶瓷制成，耦合套筒为金属开缝套管结构。紧 固方式采用插拔销式，不需要旋转。外观图如下所示 LC 连接器（Lucent Connector or Local Connector，朗讯连接器），外观图如 下： 学 海 无 涯 注意：为了保护光纤连接器的清洁，请务必保证在未连接光纤时盖上防尘帽。 接口指标接口指标 输出光输出光功率功率 输出光功率指光模块发送端光源的输出光功率。 可以理解为光的强度，单位为
8、W 或 mW 或 dBm。其中 W 或 mW 为线性单位， dBm 为对数单位。在通信中，我们通常使用 dBm 来表示光功率。 公式： P(dBm)=10Log(P/1mW) 光功率衰减一半，降低 3dB，0dBm 的光功率对应 1mW 使用光功率计测量。针对 PON 产品，由于其 ONU 端采用的是突发模式，因此 需使用专用的光功率计进行测量，串接在线路中，可以即时给出当前上行和下行 的光功率。 接收灵敏度接收灵敏度 学 海 无 涯 接收灵敏度指的是在一定速率、误码率情况下光模块的最小接收光功率，单位： dBm。一般情况下，速率越高接收灵敏度越差，即最小接收光功率越大，对于光 模块接收端器件
9、的要求也越高。 考虑到光纤老化或其他不可预见因素导致的链路损耗增大， 最佳接收光功率范围 控制在接收灵敏度以上 2-3dB 至过载点以下 2-3dB，即上图中的白色区域。 受压灵敏度受压灵敏度 受压灵敏度指输入信号在附加了抖动和垂直眼闭（vertical eye closure）劣化条 件后测得的灵敏度值，单位：dBm。此概念仅针对于 10G 接口模块（XENPAK 模块及 XFP 模块）。 光模块发射光功率和接收灵敏度光模块发射光功率和接收灵敏度 发射光功率指发射端的光强， 接收灵敏度指可以探测到的光强度。 两者都以 dBm 为单位，是影响传输距离的重要参数。光模块可传输的距离主要受到损耗和
10、色散 两方面受限。 损耗限制可以根据公式： 损耗受限距离（发射光功率接收灵敏度）/光纤衰减量 来估算。 光纤衰减量和实际选用的光纤相关。一般目前的 G.652 光纤可以做到 1310nm 波段 0.5dB/km，1550nm 波段 0.3dB/km 甚至更佳。50um 多模光纤在 850nm 波段 4dB/km 1310nm 波段 2dB/km。对于百兆、千兆的光模块色散受限远大于 损耗受限，可以不作考虑。 饱和光功率值饱和光功率值 学 海 无 涯 指光模块接收端最大可以探测到的光功率，一般为3dBm。当接收光功率大于 饱和光功率的时候同样会导致误码产生。 因此对于发射光功率大的光模块不加衰
11、减回环测试会出现误码现象。 光饱和度光饱和度 又称饱和光功率，指的是在一定的传输速率下，维持一定的误码率（10-10 10-12）时的最大输入光功率，单位：dBm。 需要注意的是，光探测器在强光照射下会出现光电流饱和现象，当出现此现象 后，探测器需要一定的时间恢复，此时接收灵敏度下降，接收到的信号有可能出 现误判而造成误码现象，而且还非常容易损坏接收端探测器，在使用操作中应尽 量避免超出其饱和光功率。 注意注意 对于长距光模块，由于其平均输出光功率一般大于其最大输入光功率（即光饱和 度），因此请用户使用时关注光纤使用长度，以保证到达光模块的实际接收光功 率小于其光饱和度，否则有可能造成光模块的
12、损坏。 SFP 光模块光模块 SFP 光模块，全称 Small Form-factor Pluggable，即：小型可热插拔光收发一 体模块。 SFP 模块体积比 GBIC 模块减少一半，可以在相同的面板上配置多出 一倍以上的端口数量。SFP 模块的其他功能基本和 GBIC 一致。有些交换机厂 商称 SFP 模块为小型化 GBIC（MINI-GBIC）。 外观结构： 分类：分类： 速率：155M、1.25G、2.5G、4.25G 等 波长：常规波长、CWDM、DWDM 学 海 无 涯 距离：短距、中距、长距 传输模式：电口、单模（光纤黄色）、多模（光纤橘红色） SFP 光模块的特殊类型包括：
13、BIDI-SFP、 电口 SFP、 CWDM SFP、 DWDM SFP、 SFP+光模块等。 BIDI 模块模块 BiDi（Bidirectional）即：单纤双向。利用 WDM 技术,发送和接收两个方向使用 不同的中心波长。实现一根光纤双向传输光信号。一般光模块有两个端口，TX 为发射端口，RX 为接收端口；而该光模块只有 1 个端口，通过光模块中的滤波 学 海 无 涯 器进行滤波，同时完成 1310nm 光信号的发射和 1550nm 光信号的接收，或者 相反。因此该模块必须成对使用，他最大的优势就是节省光纤资源。 应用领域：常规 SFP、xWDM SFP、以及 PON SFP C-SFP
14、 Compact SFP，紧凑型 SFP，在现有 SFP 封装基础上，发展为更先进、更紧凑 的 CSFP 封装。 CSFP MSA 中共定义了 3 种 C-SFP： 1ch Compact SFP 2ch Compact SFP（Option 1） 2ch Compact SFP（Option 2） CWDM 模块模块 学 海 无 涯 CWDM 光模块采用 CWDM 技术，可以通过外接波分复用器，将不同波长的光 信号复合在一起，通过一根光纤进行传输，从而节约光纤资源。同时，接收端需 要使用波分解复用器对复光信号进行分解。 CWDM SFP 光模块分为 18 个波段，从 1270nm1610nm
15、，每两个波段之间相 隔 20nm。 CWDM SFP 具有速率和协议透明性， CWDM 提供了在一根光纤上提供不同速 率的、对协议透明的传输通道，允许使用者直接上下某一个波长，而不用转换原 始信号的格式。 常用 8 个波段，从 1470nm1610nm，每通道间隔 20nm。 一般会用颜色来区分不同波段光模块。 学 海 无 涯 什么情况下使用什么情况下使用 CWDM SFP？ DWDM 模块模块 DWDM SFP属于密集波分复用技术， 可以将不同波长的光偶合到单芯光纤中去， 一起传输。 DWDM SFP 的通道间隔根据需要有 0.4nm,0.8nm,1.6nm 等不同间 隔,间隔较小、需要额外的波长控制器件。 学 海 无 涯 DWDM SFP 的一个关键优点是它的协议和传输速度是不相关的。 电口模块电口模块 电口模块，即 Copper SFP，SFP 封装，电口模块，100 米可支持最大传输距离 100m（RJ45，5 类双绞线为传输介质）。 SFP+光模块光模块 SFP+光模块： 是新一代的万
