工程师笔记光模块总结_模块_光纤

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1、光模块分类

按封装：19 、GBIC、 SFF、SFP、XFP、SFP+、X2、XENPARK、300pin等。

工程师笔记光模块总结_模块_光纤智能

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（橘赤色）。

按利用性：热插拔（GBIC、 SFP、XFP、XENPAK）和非热插拔（19、SFF）。

封装形式

二、光模块基本事理

1、光收发一体模块（Optical Transceiver)

光收发一体模块是光通信的核心器件，完成对光旗子暗记的光-电/电-光转换。
由两部分组成：吸收部分和发射部分。
吸收部分实现光-电变换，发射部分实现电-光变换。

发射部分：

输入一定码率的电旗子暗记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旗子暗记，其内部带有光功率自动掌握电路(APC)，使输出的光旗子暗记功率保持稳定。

吸收部分：

一定码率的光旗子暗记输入模块后由光探测二极管转换为电旗子暗记，经前置放大器后输出相应码率的电旗子暗记，输出的旗子暗记一样平常为PECL电平。
同时在输入光功率小于一定值后会输出一个告警旗子暗记。

2、光模块内部构造

三、光模块的紧张参数

1. 传输速率

传输速率指每秒传输比特数，单位Mb/s 或Gb/s。
紧张速率：百兆、千兆、2.5G、4.25G和万兆。

2.传输间隔

光模块的传输间隔分为短距、中距和长距三种。
一样平常认为2km 及以下的为短间隔，10～20km 的为中间隔，30km、40km 及以上的为长间隔。

光模块的传输间隔受到限定，紧张是由于光旗子暗记在光纤中传输时会有一定的损耗和色散。

把稳：

• 损耗是光在光纤中传输时，由于介质的接管散射以及泄露导致的光能量丢失，这部分能量随着传输间隔的增加以一定的比率耗散。

• 色散的产生紧张是由于不同波长的电磁波在同一介质中传播时速率不等，从而造成光旗子暗记的不同波长身分由于传输间隔的累积而在不同的韶光到达吸收端，导致脉冲展宽，进而无法分辨旗子暗记值。

• 因此，用户须要根据自己的实际组网情形选择得当的光模块，以知足不同的传输间隔哀求。

3.中央波长

• 中央波长指光旗子暗记传输所利用的光波段。
目前常用的光模块的中央波长紧张有三种：850nm 波段、1310nm 波段以及1550nm 波段。

• 850nm 波段：多用于≤2km短间隔传输

• 1310nm 和1550nm 波段：多用于中长间隔传输，2km以上的传输。

四、光纤类型

1. 光纤模式（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，且随传输间隔的增加模间色散情形会逐渐加重。
多模光纤的传输间隔还与其传输速率、芯径、模式带宽有关，详细关系请拜会下表。

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

• 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：Φ3，Φ2, Φ0.9

3. 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短缺的无源器件，它的利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掩护，又使光系统的转接调度更加灵巧。

按照光纤的类型分：

单模光纤连接器（一样平常为G.652 纤：光纤内径9um，外径125um）；

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（Subscriber Connector Standard Connector，标准光纤连接器），由日本NTT公司开拓的模塑插拔耦合式连接器。
其外壳采取模塑工艺，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构造。
紧固办法采取插拔销式，不须要旋转。
外不雅观图如下所示

LC 连接器（Lucent Connector or Local Connector，朗讯连接器），外不雅观图如下：

把稳：为了保护光纤连接器的清洁，请务必担保在未连接光纤时盖上防尘帽。

五、接口指标

输出光功率

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W或mW或dBm。
个中W或mW为线性单位，dBm为对数单位。
在通信中，我们常日利用dBm来表示光功率。

公式：

P(dBm)=10Log(P/1mW)

光功率衰减一半，降落3dB，0dBm的光功率对应1mW

利用光功率计丈量。
针对PON产品，由于其ONU端采取的是突发模式，因此需利用专用的光功率计进行丈量，串接在线路中，可以即时给出当前上行和下行的光功率。

吸收灵敏度

吸收灵敏度指的是在一定速率、误码率情形下光模块的最小吸收光功率，单位：dBm。
一样平常情形下，速率越高吸收灵敏度越差，即最小吸收光功率越大，对付光模块吸收端器件的哀求也越高。

考虑到光纤老化或其他不可预见成分导致的链路损耗增大，最佳吸收光功率范围掌握在吸收灵敏度以上2-3dB 至过载点以下2-3dB，即上图中的白色区域。

受压灵敏度

受压灵敏度指输入旗子暗记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。
此观点仅针对付10G 接口模块（XENPAK 模块及XFP 模块）。

光模块发射光功率和吸收灵敏度

发射光功率指发射真个光强，吸收灵敏度指可以探测到的光强度。
两者都以dBm为单位，是影响传输间隔的主要参数。
光模块可传输的间隔紧张受到损耗和色散两方面受限。

损耗限定可以根据公式：

损耗受限间隔＝（发射光功率‐吸收灵敏度）/光纤衰减量

来估算。

光纤衰减量和实际选用的光纤干系。
一样平常目前的G.652光纤可以做到1310nm波段0.5dB/km，1550nm波段0.3dB/km乃至更佳。
50um多模光纤在850nm波段4dB/km 1310nm波段2dB/km。
对付百兆、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

指光模块吸收端最大可以探测到的光功率，一样平常为‐3dBm。
当吸收光功率大于饱和光功率的时候同样会导致误码产生。
因此对付发射光功率大的光模块不加衰减回环测试会涌现误码征象。

光饱和度

又称饱和光功率，指的是在一定的传输速率下，坚持一定的误码率（10-10～10-12）时的最大输入光功率，单位：dBm。

须要把稳的是，光探测器在强光照射下会涌现光电流饱和征象，当涌现此征象后，探测器须要一定的韶光规复，此时吸收灵敏度低落，吸收到的旗子暗记有可能涌现误判而造成误码征象，而且还非常随意马虎破坏吸收端探测器，在利用操作中应只管即便避免超出其饱和光功率。

把稳

对付长距光模块，由于其均匀输出光功率一样平常大于其最大输入光功率（即光饱和度），因此请用户利用时关注光纤利用长度，以担保到达光模块的实际吸收光功率小于其光饱和度，否则有可能造成光模块的破坏。

六、SFP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同等。
有些交流机厂商称SFP模块为小型化GBIC（MINI-GBIC）。

外不雅观构造：

分类：

速率：155M、1.25G、2.5G、4.25G等

波长：常规波长、CWDM、DWDM

间隔：短距、中距、长距

传输模式：电口、单模（光纤黄色）、多模（光纤橘赤色）

SFP光模块的分外类型包括：BIDI-SFP、电口SFP、CWDM SFP、DWDM SFP、SFP+光模块等。

七、BIDI 模块

BiDi（Bidirectional）即：单纤双向。
利用WDM技能,发送和吸收两个方向利用不同的中央波长。
实现一根光纤双向传输光旗子暗记。
一样平常光模块有两个端口，TX为发射端口，RX为吸收端口；而该光模块只有1个端口，通过光模块中的滤波器进行滤波，同时完成1310nm光旗子暗记的发射和1550nm光旗子暗记的吸收，或者相反。
因此该模块必须成对利用，他最大的上风便是节省光纤资源。

运用领域：常规SFP、xWDM SFP、以及PON SFP

八、C-SFP

Compact SFP，紧凑型SFP，在现有SFP封装根本上，发展为更前辈、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）

九、CWDM模块

CWDM光模块采取CWDM 技能，可以通过外接波分复用器，将不同波长的光旗子暗记复合在一起，通过一根光纤进行传输，从而节约光纤资源。
同时，吸收端须要利用波分解复用器对复光旗子暗记进行分解。

●CWDM SFP光模块分为18个波段，从1270nm~1610nm，每两个波段之间相隔20nm。

●CWDM SFP具有速率和协议透明性，CWDM 供应了在一根光纤上供应不同速率的、对协议透明的传输通道，许可利用者直接高下某一个波长，而不用转换原始旗子暗记的格式。

●常用8个波段，从1470nm~1610nm，每通道间隔20nm。

●一样平常会用颜色来区分不同波段光模块。

什么情形下利用CWDM SFP？

十、DWDM 模块

DWDM SFP属于密集波分复用技能，可以将不同波长的光偶合到单芯光纤中去，一起传输。
DWDM SFP的通道间隔根据须要有0.4nm,0.8nm,1.6nm平分歧间隔,间隔较小、须要额外的波长掌握器件。

DWDM SFP的一个关键优点是它的协议和传输速率是不干系的。

十一、电口模块

电口模块，即Copper SFP，SFP封装，电口模块，100米可支持最大传输间隔 100m（RJ45，5类双绞线为传输介质）。

十二、SFP+光模块

SFP+光模块：是新一代的万兆光模块,它按照ANSI T11协议,可以知足光纤通道的8.5G和以太网10G的运用。

●SFP+比早期的XFP光模块外不雅观尺寸缩小了约30%,和普通的SFP光模块外不雅观一样。

●SFP+只保留了基本的电光、光电转换功能,减少了原有XFP设计中的SerDes, CDR, EDC, MAC等旗子暗记掌握功能,从而简化了10G光模块的设计,功耗也因而更小。

●具有高密度、低功耗、更低系统布局本钱等显著优点

●SFP+的屏蔽哀求比SFP更严格,哀求具备更好的屏蔽效果。

十三、XFP 模块

XFP模块是一种可热插拔的、占电路板面积很小的、串行－串行光收发器，可以支持SONET OC‐192、10 Gbps 以太网、10 Gbps 光纤通道和G.709链路。

十四、GBIC光模块

GBIC是Giga Bitrate Interface Converter的缩写，是将千兆位电旗子暗记转换为光旗子暗记的接口器件。
GBIC设计上可以为热插拔利用，是一种符合国际标准的可互换产品。

十五、Xenpak光模块

Xenpak光模块通过70pin的SFP连接器与电路板连接，其数据通道是XAUI接口；Xenpak支持所有IEEE 802.3ae定义的光接口，在线路端可以供应10.3 Gb/s、9.95 Gb/s或4×3.125 Gb/s的速率。

十六、Xpak和X2光模块

Xpak和X2光模块都是从Xenpak标准演进而来的，其内部功能模块与Xenpak基本相同，在电路板上的运用也相同，都是利用一个模块即可实现10G以太网光接口的功能。
由于Xenpak光模块安装到电路板上时须要在电路板上开槽，实现较繁芜，无法实现高密度运用。
而Xpak和X2光模块经由改进后体积只有Xenpak的一半旁边，可以直接放到电路板上，因此适用于高密度的机架系统和PCI网卡运用。

十七、SFP光模块的选用

光模块的传输间隔分为短距、中距和长距三种。
模块型号标称的传输间隔只作为一种分类方法，实际运用中不能直接套用。
由于光旗子暗记在光纤中传输时会有一定的损耗和色散，无法达到标称的传输间隔。

损耗是光在光纤中传输时，由于介质的接管散射以及泄露导致的光能量丢失，这部分能量随着传输间隔的增加以一定的比率耗散。

色散的产生紧张是由于不同波长的电磁波在同一介质中传播时速率不等，从而造成光旗子暗记的不同波长身分由于传输间隔的累积而在不同的韶光到达吸收端，导致脉冲展宽，进而无法分辨旗子暗记值。

因此，用户须要根据自己的实际组网情形选择得当的光模块，以知足不同的传输间隔哀求。
实际传输间隔取决于对应型号光模块的实际发射功率、光路上的传输衰减和光口的吸收灵敏度。

发射光功率和吸收灵敏度是影响传输间隔的主要参数。

损耗限定可以根据公式来估算：

损耗受限间隔=（发射光功率-吸收灵敏度）/光纤衰减量

光纤衰减量和实际选用的光纤干系：

G.652光纤可以做到：

1310nm波段0.5dB/km

1550nm波段0.25dB/km

50um多模光纤：

850nm波段3.5dB/km

1310nm波段2dB/km。

对付长距光模块：均匀输出光功率>饱和光功率

把稳光纤利用长度，以担保到达光模块的实际吸收光功率小于其光饱和度，否则有可能造成光模块的破坏。

十八、SFP光模块安装

SFP光模块安装

SFP光模块卸载

把稳：永久不要让光纤尾部正对你的眼睛，永久不要向光纤里面看，不要直接或利用仪器看光纤尾部。
激光是不可见的，但可能会对人眼造成永久侵害。

十九、光模块功能失落效主要缘故原由

光模块功能失落效分为发射端失落效和吸收端失落效，剖析详细缘故原由，最常涌现的问题集中在以下几个方面：

1. 光口污染和损伤

由于光接口的污染和损伤引起光链路损耗变大，导致光链路不通。
产生的缘故原由有：

A. 光模块光口暴露在环境中，光口有灰尘进入而污染；

B. 利用的光纤连接器端面已经污染，光模块光口二次污染；

C. 带尾纤的光接头端面利用不当，端面划伤等；

D. 利用劣质的光纤连接器；

2. ESD损伤

ESD是ElectroStatic Discharge缩写即\公众静电放电\"大众，是一个上升韶光可以小于1ns（10亿分之一秒）乃至几百ps（1ps＝10000亿分之一秒）的非常快的过程，ESD可以产生几十Kv/m乃至更大的强电磁脉冲。
静电会吸附灰尘，改变线路间的阻抗，影响产品的功能与寿命； ESD的瞬间电场或电流产生的热，使元件受伤，短期仍能事情但寿命受到影响；乃至毁坏元件的绝缘或导体，使元件不能事情（完备毁坏）。
ESD是不可避免，除了提高电子元器件的抗ESD能力，主要的是精确利用，引起ESD损伤的成分有：

• 环境干燥，易产生ESD；

• 不正常的操作，如：非热插拔光模块带电操作；不做静电防护直接用手打仗光模块静电敏感的管脚[t2]；运输和存放过程中没有防静电包装；

• 设备没有接地或者接地不良；

二十、光收发一体光模块运用把稳点

1. 光口问题

光链路上各处的损耗衰减都关系到传输的性能，因此哀求：

A．选择符合入网标准的光纤连接器；

B．光纤连接器要有封帽，不该用时盖上封帽，避免光纤连接器污染而二次污染光模块光口；封帽不该用时应放在防尘干净处保存；

C．光纤连接器插入是水平对准光口，避免端面和套筒划伤；

D．光模块光口避免永劫光暴露，不该用时加盖光口塞；光口塞不该用时储存在防尘干净处；

E．光纤连接器的端面保持清洁，避免划伤；

2． ESD 损伤