光模塊發(fā)展簡(jiǎn)述

光模塊分類(lèi)

按封裝：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。

按波長(zhǎng)：常規(guī)波長(zhǎng)、CWDM、DWDM等。

按模式：?jiǎn)文９饫w（黃色）、多模光纖（橘紅色）。

按使用性：熱插拔（GBIC、 SFP、XFP、XENPAK）和非熱插拔（1*9、SFF）。

封裝形式

光模塊基本原理

光收發(fā)一體模塊（Optical Transceiver)

光收發(fā)一體模塊是光通信的核心器件，完成對(duì)光信號(hào)的光-電/電-光轉(zhuǎn)換。由兩部分組成：接收部分和發(fā)射部分。接收部分實(shí)現(xiàn)光-電變換，發(fā)射部分實(shí)現(xiàn)電-光變換。

發(fā)射部分：

輸入一定碼率的電信號(hào)經(jīng)內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)芯片處理后驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器(LD)或發(fā)光二極管(LED)發(fā)射出相應(yīng)速率的調(diào)制光信號(hào)，其內(nèi)部帶有光功率自動(dòng)控制電路(APC)，使輸出的光信號(hào)功率保持穩(wěn)定。

接收部分：

一定碼率的光信號(hào)輸入模塊后由光探測(cè)二極管轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)前置放大器后輸出相應(yīng)碼率的電信號(hào)，輸出的信號(hào)一般為PECL電平。同時(shí)在輸入光功率小于一定值后會(huì)輸出一個(gè)告警信號(hào)。

光模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)

光模塊的主要參數(shù)

1. 傳輸速率

傳輸速率指每秒傳輸比特?cái)?shù)，單位Mb/s 或Gb/s。主要速率：百兆、千兆、2.5G、4.25G和萬(wàn)兆。

2.傳輸距離

光模塊的傳輸距離分為短距、中距和長(zhǎng)距三種。一般認(rèn)為2km 及以下的為短距離，10～20km 的為中距離，30km、40km 及以上的為長(zhǎng)距離。

■光模塊的傳輸距離受到限制，主要是因?yàn)楣庑盘?hào)在光纖中傳輸時(shí)會(huì)有一定的損耗和色散。

注意：

損耗是光在光纖中傳輸時(shí)，由于介質(zhì)的吸收散射以及泄漏導(dǎo)致的光能量損失，這部分能量隨著傳輸距離的增加以一定的比率耗散。

色散的產(chǎn)生主要是因?yàn)椴煌ㄩL(zhǎng)的電磁波在同一介質(zhì)中傳播時(shí)速度不等，從而造成光信號(hào)的不同波長(zhǎng)成分由于傳輸距離的累積而在不同的時(shí)間到達(dá)接收端，導(dǎo)致脈沖展寬，進(jìn)而無(wú)法分辨信號(hào)值。

因此，用戶(hù)需要根據(jù)自己的實(shí)際組網(wǎng)情況選擇合適的光模塊，以滿(mǎn)足不同的傳輸距離要求。

3.中心波長(zhǎng)

中心波長(zhǎng)指光信號(hào)傳輸所使用的光波段。目前常用的光模塊的中心波長(zhǎng)主要有三種：850nm 波段、1310nm 波段以及1550nm 波段。

850nm 波段：多用于≤2km短距離傳輸

1310nm 和1550nm 波段：多用于中長(zhǎng)距離傳輸，2km以上的傳輸。

光纖類(lèi)型

1. 光纖模式（Fiber Mode）

按光在光纖中的傳輸模式可將光纖分為單模光纖和多模光纖兩種。

多模光纖(MMF，Multi Mode Fiber)，纖芯較粗，可傳多種模式的光。但其模間色散較大，且隨傳輸距離的增加模間色散情況會(huì)逐漸加重。多模光纖的傳輸距離還與其傳輸速率、芯徑、模式帶寬有關(guān)，具體關(guān)系請(qǐng)參見(jiàn)下表。

單模光纖(SMF，Single Mode Fiber)，纖芯較細(xì)，只能傳一種模式的光。因此，其模間色散很小，適用于遠(yuǎn)程通訊。

2. 光纖的端面與直徑

按照光纖連接器連接頭內(nèi)插針端面分：PC，SPC，UPC，APC

按照光纖連接器的直徑分：Φ3，Φ2, Φ0.9

3. 光纖接口連接器類(lèi)型

接口連接器用于連接可插拔模塊及相應(yīng)的傳輸媒質(zhì)。光纖連接器是光纖通信系統(tǒng)中不可缺少的無(wú)源器件，它的使用使得光通道間的可拆式連接成為可能，既方便了光系統(tǒng)的調(diào)測(cè)與維護(hù)，又使光系統(tǒng)的轉(zhuǎn)接調(diào)度更加靈活。

按照光纖的類(lèi)型分：

單模光纖連接器（一般為G.652 纖：光纖內(nèi)徑9um，外徑125um）；

多模光纖連接器（一種是G.651 纖其內(nèi)徑50um，外徑125um；另一種是內(nèi)徑62.5um，外徑125um）；

按照光纖連接器的連接頭形式分：FC，SC，ST，LC，MU，MTRJ 等等，目前常用的有FC，SC，ST，LC

SC（Subscriber Connector Standard Connector，標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器），由日本NTT公司開(kāi)發(fā)的模塑插拔耦合式連接器。其外殼采用模塑工藝，用鑄模玻璃纖維塑料制成，呈矩形；插針由精密 陶瓷制成，耦合套筒為金屬開(kāi)縫套管結(jié)構(gòu)。緊固方式采用插拔銷(xiāo)式，不需要旋轉(zhuǎn)。外觀(guān)圖如下所示

LC 連接器（Lucent Connector or Local Connector，朗訊連接器），外觀(guān)圖如下：

注意：為了保護(hù)光纖連接器的清潔，請(qǐng)務(wù)必保證在未連接光纖時(shí)蓋上防塵帽。

接口指標(biāo)

輸出光功率

輸出光功率指光模塊發(fā)送端光源的輸出光功率。

可以理解為光的強(qiáng)度，單位為W或mW或dBm。其中W或mW為線(xiàn)性單位，dBm為對(duì)數(shù)單位。在通信中，我們通常使用dBm來(lái)表示光功率。

公式：P(dBm)=10Log(P/1mW)

光功率衰減一半，降低3dB，0dBm的光功率對(duì)應(yīng)1mW

使用光功率計(jì)測(cè)量。針對(duì)PON產(chǎn)品，由于其ONU端采用的是突發(fā)模式，因此需使用專(zhuān)用的光功率計(jì)進(jìn)行測(cè)量，串接在線(xiàn)路中，可以即時(shí)給出當(dāng)前上行和下行的光功率。

接收靈敏度

接收靈敏度指的是在一定速率、誤碼率情況下光模塊的最小接收光功率，單位：dBm。一般情況下，速率越高接收靈敏度越差，即最小接收光功率越大，對(duì)于光模塊接收端器件的要求也越高。

考慮到光纖老化或其他不可預(yù)見(jiàn)因素導(dǎo)致的鏈路損耗增大，最佳接收光功率范圍控制在接收靈敏度以上2-3dB 至過(guò)載點(diǎn)以下2-3dB，即上圖中的白色區(qū)域。

受壓靈敏度

受壓靈敏度指輸入信號(hào)在附加了抖動(dòng)和垂直眼閉（vertical eye closure）劣化條件后測(cè)得的靈敏度值，單位：dBm。此概念僅針對(duì)于10G 接口模塊（XENPAK 模塊及XFP 模塊）。

光模塊發(fā)射光功率和接收靈敏度

發(fā)射光功率指發(fā)射端的光強(qiáng)，接收靈敏度指可以探測(cè)到的光強(qiáng)度。兩者都以dBm為單位，是影響傳輸距離的重要參數(shù)。光模塊可傳輸?shù)木嚯x主要受到損耗和色散兩方面受限。

損耗限制可以根據(jù)公式：損耗受限距離＝（發(fā)射光功率‐接收靈敏度）/光纖衰減量來(lái)估算。

光 纖衰減量和實(shí)際選用的光纖相關(guān)。一般目前的G.652光纖可以做到1310nm波段0.5dB/km，1550nm波段0.3dB/km甚至更佳。 50um多模光纖在850nm波段4dB/km 1310nm波段2dB/km。對(duì)于百兆、千兆的光模塊色散受限遠(yuǎn)大于損耗受限，可以不作考慮。

飽和光功率值

指光模塊接收端最大可以探測(cè)到的光功率，一般為‐3dBm。當(dāng)接收光功率大于飽和光功率的時(shí)候同樣會(huì)導(dǎo)致誤碼產(chǎn)生。因此對(duì)于發(fā)射光功率大的光模塊不加衰減回環(huán)測(cè)試會(huì)出現(xiàn)誤碼現(xiàn)象。

光飽和度

又稱(chēng)飽和光功率，指的是在一定的傳輸速率下，維持一定的誤碼率（10-10～10-12）時(shí)的最大輸入光功率，單位：dBm。

需要注意的是，光探測(cè)器在強(qiáng)光照射下會(huì)出現(xiàn)光電流飽和現(xiàn)象，當(dāng)出現(xiàn)此現(xiàn)象后，探測(cè)器需要一定的時(shí)間恢復(fù)，此時(shí)接收靈敏度下降，接收到的信號(hào)有可能出現(xiàn)誤判而造成誤碼現(xiàn)象，而且還非常容易損壞接收端探測(cè)器，在使用操作中應(yīng)盡量避免超出其飽和光功率。

注意

對(duì)于長(zhǎng)距光模塊，由于其平均輸出光功率一般大于其最大輸入光功率（即光飽和度），因此請(qǐng)用戶(hù)使用時(shí)關(guān)注光纖使用長(zhǎng)度，以保證到達(dá)光模塊的實(shí)際接收光功率小于其光飽和度，否則有可能造成光模塊的損壞。

SFP光模塊

SFP 光模塊，全稱(chēng)Small Form-factor Pluggable，即：小型可熱插拔光收發(fā)一體模塊。 SFP模塊體積比GBIC模塊減少一半，可以在相同的面板上配置多出一倍以上的端口數(shù)量。SFP模塊的其他功能基本和GBIC一致。有些交換機(jī)廠(chǎng)商稱(chēng) SFP模塊為小型化GBIC（MINI-GBIC）。

外觀(guān)結(jié)構(gòu)：

分類(lèi)：

速率：155M、1.25G、2.5G、4.25G等

波長(zhǎng)：常規(guī)波長(zhǎng)、CWDM、DWDM

距離：短距、中距、長(zhǎng)距

傳輸模式：電口、單模（光纖黃色）、多模（光纖橘紅色）

SFP光模塊的特殊類(lèi)型包括：BIDI-SFP、電口SFP、CWDM SFP、DWDM SFP、SFP+光模塊等。

BIDI 模塊

BiDi（Bidirectional） 即：?jiǎn)卫w雙向。利用WDM技術(shù),發(fā)送和接收兩個(gè)方向使用不同的中心波長(zhǎng)。實(shí)現(xiàn)一根光纖雙向傳輸光信號(hào)。一般光模塊有兩個(gè)端口，TX為發(fā)射端口，RX為接收 端口；而該光模塊只有1個(gè)端口，通過(guò)光模塊中的濾波器進(jìn)行濾波，同時(shí)完成1310nm光信號(hào)的發(fā)射和1550nm光信號(hào)的接收，或者相反。因此該模塊必須 成對(duì)使用，他最大的優(yōu)勢(shì)就是節(jié)省光纖資源。

應(yīng)用領(lǐng)域：常規(guī)SFP、xWDM SFP、以及PON SFP

C-SFP

Compact SFP，緊湊型SFP，在現(xiàn)有SFP封裝基礎(chǔ)上，發(fā)展為更先進(jìn)、更緊湊的CSFP封裝。

CSFP MSA中共定義了3種C-SFP：

1ch Compact SFP

2ch Compact SFP（Option 1）

2ch Compact SFP（Option 2）

CWDM模塊

CWDM光模塊采用CWDM 技術(shù)，可以通過(guò)外接波分復(fù)用器，將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)復(fù)合在一起，通過(guò)一根光纖進(jìn)行傳輸，從而節(jié)約光纖資源。同時(shí)，接收端需要使用波分解復(fù)用器對(duì)復(fù)光信號(hào)進(jìn)行分解。

CWDM SFP光模塊分為18個(gè)波段，從1270nm~1610nm，每?jī)蓚€(gè)波段之間相隔20nm。

CWDM SFP具有速率和協(xié)議透明性，CWDM 提供了在一根光纖上提供不同速率的、對(duì)協(xié)議透明的傳輸通道，允許使用者直接上下某一個(gè)波長(zhǎng)，而不用轉(zhuǎn)換原始信號(hào)的格式。

常用8個(gè)波段，從1470nm~1610nm，每通道間隔20nm。

一般會(huì)用顏色來(lái)區(qū)分不同波段光模塊。

什么情況下使用CWDM SFP？

DWDM 模塊

DWDM SFP屬于密集波分復(fù)用技術(shù)，可以將不同波長(zhǎng)的光偶合到單芯光纖中去，一起傳輸。 DWDM SFP的通道間隔根據(jù)需要有0.4nm,0.8nm,1.6nm等不同間隔,間隔較小、需要額外的波長(zhǎng)控制器件。

DWDM SFP的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)是它的協(xié)議和傳輸速度是不相關(guān)的。

電口模塊

電口模塊，即Copper SFP，SFP封裝，電口模塊，100米可支持最大傳輸距離 100m（RJ45，5類(lèi)雙絞線(xiàn)為傳輸介質(zhì)）。

SFP+光模塊

SFP+光模塊：是新一代的萬(wàn)兆光模塊,它按照ANSI T11協(xié)議,可以滿(mǎn)足光纖通道的8.5G和以太網(wǎng)10G的應(yīng)用。

SFP+比早期的XFP光模塊外觀(guān)尺寸縮小了約30%,和普通的SFP光模塊外觀(guān)一樣。

SFP+只保留了基本的電光、光電轉(zhuǎn)換功能,減少了原有XFP設(shè)計(jì)中的SerDes, CDR, EDC, MAC等信號(hào)控制功能,從而簡(jiǎn)化了10G光模塊的設(shè)計(jì),功耗也因而更小。

具有高密度、低功耗、更低系統(tǒng)構(gòu)造成本等顯著優(yōu)點(diǎn)

SFP+的屏蔽要求比SFP更嚴(yán)格,要求具備更好的屏蔽效果。

XFP 模塊

XFP模塊是一種可熱插拔的、占電路板面積很小的、串行－串行光收發(fā)器，可以支持SONET OC‐192、10 Gbps 以太網(wǎng)、10 Gbps 光纖通道和G.709鏈路。

GBIC光模塊

GBIC是Giga Bitrate Interface Converter的縮寫(xiě)，是將千兆位電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的接口器件。GBIC設(shè)計(jì)上可以為熱插拔使用，是一種符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的可互換產(chǎn)品。

Xenpak光模塊

Xenpak光模塊通過(guò)70pin的SFP連接器與電路板連接，其數(shù)據(jù)通道是XAUI接口；Xenpak支持所有IEEE 802.3ae定義的光接口，在線(xiàn)路端可以提供10.3 Gb/s、9.95 Gb/s或4×3.125 Gb/s的速率。

Xpak和X2光模塊

Xpak 和X2光模塊都是從Xenpak標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)而來(lái)的，其內(nèi)部功能模塊與Xenpak基本相同，在電路板上的應(yīng)用也相同，都是使用一個(gè)模塊即可實(shí)現(xiàn)10G以太網(wǎng) 光接口的功能。由于Xenpak光模塊安裝到電路板上時(shí)需要在電路板上開(kāi)槽，實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高密度應(yīng)用。而Xpak和X2光模塊經(jīng)過(guò)改進(jìn)后體積只有 Xenpak的一半左右，可以直接放到電路板上，因此適用于高密度的機(jī)架系統(tǒng)和PCI網(wǎng)卡應(yīng)用。

SFP光模塊的選用

光模塊的傳輸距離分為短距、中距和長(zhǎng)距三種。模塊型號(hào)標(biāo)稱(chēng)的傳輸距離只作為一種分類(lèi)方法，實(shí)際應(yīng)用中不能直接套用。因?yàn)楣庑盘?hào)在光纖中傳輸時(shí)會(huì)有一定的損耗和色散，無(wú)法達(dá)到標(biāo)稱(chēng)的傳輸距離。

損耗是光在光纖中傳輸時(shí)，由于介質(zhì)的吸收散射以及泄漏導(dǎo)致的光能量損失，這部分能量隨著傳輸距離的增加以一定的比率耗散。

色散的產(chǎn)生主要是因?yàn)椴煌ㄩL(zhǎng)的電磁波在同一介質(zhì)中傳播時(shí)速度不等，從而造成光信號(hào)的不同波長(zhǎng)成分由于傳輸距離的累積而在不同的時(shí)間到達(dá)接收端，導(dǎo)致脈沖展寬，進(jìn)而無(wú)法分辨信號(hào)值。

因此，用戶(hù)需要根據(jù)自己的實(shí)際組網(wǎng)情況選擇合適的光模塊，以滿(mǎn)足不同的傳輸距離要求。實(shí)際傳輸距離取決于對(duì)應(yīng)型號(hào)光模塊的實(shí)際發(fā)射功率、光路上的傳輸衰減和光口的接收靈敏度。

發(fā)射光功率和接收靈敏度是影響傳輸距離的重要參數(shù)。

損耗限制可以根據(jù)公式來(lái)估算：

損耗受限距離=（發(fā)射光功率-接收靈敏度）/光纖衰減量

光纖衰減量和實(shí)際選用的光纖相關(guān)：

G.652光纖可以做到：

1310nm波段0.5dB/km

1550nm波段0.25dB/km

50um多模光纖：

850nm波段3.5dB/km

1310nm波段2dB/km。

對(duì)于長(zhǎng)距光模塊：平均輸出光功率>飽和光功率

注意光纖使用長(zhǎng)度，以保證到達(dá)光模塊的實(shí)際接收光功率小于其光飽和度，否則有可能造成光模塊的損壞。

SFP光模塊安裝

SFP光模塊安裝

SFP光模塊卸載

注意：永遠(yuǎn)不要讓光纖尾部正對(duì)你的眼睛，永遠(yuǎn)不要向光纖里面看，不要直接或使用儀器看光纖尾部。激光是不可見(jiàn)的，但可能會(huì)對(duì)人眼造成永久傷害。

光模塊功能失效重要原因

光模塊功能失效分為發(fā)射端失效和接收端失效，分析具體原因，最常出現(xiàn)的問(wèn)題集中在以下幾個(gè)方面：

1. 光口污染和損傷

由于光接口的污染和損傷引起光鏈路損耗變大，導(dǎo)致光鏈路不通。產(chǎn)生的原因有：

A. 光模塊光口暴露在環(huán)境中，光口有灰塵進(jìn)入而污染；

B. 使用的光纖連接器端面已經(jīng)污染，光模塊光口二次污染；

C. 帶尾纖的光接頭端面使用不當(dāng)，端面劃傷等；

D. 使用劣質(zhì)的光纖連接器；

2. ESD損傷

ESD 是ElectroStatic Discharge縮寫(xiě)即"靜電放電"，是一個(gè)上升時(shí)間可以小于1ns（10億分之一秒）甚至幾百ps（1ps＝10000億分之一秒）的非?？斓倪^(guò) 程，ESD可以產(chǎn)生幾十Kv/m甚至更大的強(qiáng)電磁脈沖。靜電會(huì)吸附灰塵，改變線(xiàn)路間的阻抗，影響產(chǎn)品的功能與壽命； ESD的瞬間電場(chǎng)或電流產(chǎn)生的熱，使元件受傷，短期仍能工作但壽命受到影響；甚至破壞元件的絕緣或?qū)w，使元件不能工作（完全破壞）。ESD是不可避免， 除了提高電子元器件的抗ESD能力，重要的是正確使用，引起ESD損傷的因素有：

環(huán)境干燥，易產(chǎn)生ESD；

不正常的操作，如：非熱插拔光模塊帶電操作；不做靜電防護(hù)直接用手接觸光模塊靜電敏感的管腳[t2]；運(yùn)輸和存放過(guò)程中沒(méi)有防靜電包裝；

設(shè)備沒(méi)有接地或者接地不良；

光收發(fā)一體光模塊應(yīng)用注意點(diǎn)

1. 光口問(wèn)題

光鏈路上各處的損耗衰減都關(guān)系到傳輸?shù)男阅?，因此要求?/p>

A． 選擇符合入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的光纖連接器；

B． 光纖連接器要有封帽，不使用時(shí)蓋上封帽，避免光纖連接器污染而二次污染光模塊光口；封帽不使用時(shí)應(yīng)放在防塵干凈處保存；

C． 光纖連接器插入是水平對(duì)準(zhǔn)光口，避免端面和套筒劃傷；

D． 光模塊光口避免長(zhǎng)時(shí)間暴露，不使用時(shí)加蓋光口塞；光口塞不使用時(shí)儲(chǔ)存在防塵干凈處；

E． 光纖連接器的端面保持清潔，避免劃傷；

2． ESD 損傷

ESD是自然界不可避免的現(xiàn)象，預(yù)防ESD從防止電荷積聚和讓電荷快速放電兩方面著手：

A. 保持環(huán)境的濕度30～75％RH；

B. 對(duì)光模塊操作時(shí)做靜電防護(hù)工作（如：帶靜電環(huán)或?qū)⑹滞ㄟ^(guò)預(yù)先接觸機(jī)殼等手段釋放靜電），接觸光模塊殼體，避免接觸光模塊PIN 腳；

C. 使用的相關(guān)設(shè)備采用并聯(lián)接地的公共接地點(diǎn)接地，保證接地路徑最短，接地回路最小，不能串聯(lián)接地，應(yīng)避免采用外接電纜連接接地回路的設(shè)計(jì)方式；

D. 包裝和周轉(zhuǎn)的時(shí)候，采用防靜電包裝和防靜電周轉(zhuǎn)箱/車(chē)；

E. 禁止對(duì)非熱插拔的設(shè)備，進(jìn)行帶電插拔的操作；

F. 避免用萬(wàn)用表表筆直接檢測(cè)靜電敏感的管腳；

簡(jiǎn)易光模塊失效判斷步驟

1. 測(cè)試光功率是否在指標(biāo)要求范圍之內(nèi)，如果出現(xiàn)無(wú)光或者光功率小的現(xiàn)象。處理方法：

A. 檢查光功率選擇的波長(zhǎng)和測(cè)量單位（dBm）

B. 清潔光纖連接器端面，光模塊光口。

C. 檢查光纖連接器端面是否發(fā)黑和劃傷，光纖連接器是否存在折斷，更換光纖連接器做互換性試驗(yàn)

D. 檢查光纖連接器是否存在小的彎折。

E. 熱插拔光模塊可以重新插拔測(cè)試。

F. 同一端口更換光模塊或者同一光模塊更換端口測(cè)試。

2. 光功率正常但是鏈路無(wú)法通，檢查link燈。

SFP光模塊相關(guān)參考標(biāo)準(zhǔn)

INF-8074i：SFP MSA

SFF-8472：數(shù)字診斷接口協(xié)議

DWDM MSA SFP ：密集波分復(fù)用模塊標(biāo)準(zhǔn)

GR-468-CORE：光器件可靠性方面的通用標(biāo)準(zhǔn)

ITU-T G.651：多模光纖標(biāo)準(zhǔn)

ITU-T G.652：?jiǎn)文９饫w標(biāo)準(zhǔn)

21CFR 1040.10 激光安全等級(jí)

YD/T1352-2005：千兆以太網(wǎng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)