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光模块知识介绍

光模块详细介绍

什么是光模块?光模块是进行光电和电光转换的光电子器件,光模块的发送端把电信号转换为光信号,接收端把光信号转换为电信号。

光模块按照封装形式和速率等分类,常见的有GBICSFPSFP+XFPQSFPCFPCXPCFP2CFP4等等。

 




CXPcfp2CFP4

按速率:155M622M1.25G2.5G4.25G10G25G40G100G120G等。

按波长:常规波长、CWDMDWDM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 SFPXFPXENPAK)和非热插拔(1*9SFF)

 

模块封装名词:

GBIC:Gigabit Interface Converter

SFF: Small Form Factor

SFP: Small Form-factor Pluggables

SFP+: Enhanced Small Form Factor Pluggable Module

XFP: 10G Small Form Factor Pluggable

QSFP+: Quad Small Form-factor Pluggable Plus

CXP: 120G 12x Small Form Factor Pluggable

CFP: 100G Small Form Factor Pluggable

AOC: Active optical cable

ACC: Active copper cable

PCC: Passive copper cable

 

传输距离名词:

SR:多模短距离。62.5μm-275m50μm-550m

LR:长距离,典型传输距离10Km

ER:典型传输距离40Km

ZR:典型传输距离80Km

 

光模块是怎么组成的?






光器件

◆ VCSEL

     垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser),以砷化镓半导体材料为基础研制,具有体积小、圆形输出光斑、单纵模输出、阈值电流小、价格低廉、易集成为大面积阵列等优点,广泛应用与光通信,光互连,光存储等领域。主要应用于多模850波长短距离通信。

  FP激光器

     FP激光器是以FP腔为谐振腔,发出多纵模相干光的半导体发光器件。这类器件的特点;输出光功率大、发散角较小、光谱较窄、调制速率高,适合于较长距离通信。主要用于单模1310波长较长距离通信。

  DFB激光器

     DFB激光器是在FP激光器的基础上采用光栅虑光器件使器件只有一个纵模输出,此类器件的特点:输出光功率大、发散角较小、光谱极窄、调制速率高,适合于长距离通信。主要用于13101550波长长距离通信。

◆ EML激光器

    电吸收调制激光器(EML)为电吸收调制器(EAM)与DFB激光器(LD)的集成器件,是由利用量子限制Stark效应(QCSE)工作的电吸收调制器和利用内光栅耦合确定波长的DFB激光器集成的体积小、波长啁啾低的高性能光通信用光源

◆ TEC  

    半导体致冷器(Thermoelectric Cooler),利用半导体材料的珀尔帖效应制成.

光电检测器是将光信号转变为电信号的器件,光纤通信系统中使用两类光电检测器,即光电二极(PIN)管和雪崩光电二极管(APD)。

◆ PIN探测器

     PIN探测器是在普通光电二极管的基础上加入一层耗尽层的器件,它具有量子效率高、暗电流低、响应速度高、工作偏压低、不具有倍增效应的特点。

 APD探测器

    雪崩光电二极管是一种利用较高的偏压加速光子激发出的电子空穴对,碰撞出二次电子空穴对,形成光电流倍增的器件。它具有较高的量子效率、较高的响应、有倍增效应

    APD 光二极管的工作机理就是:光生载流子    空穴电子对在APD光二极管内部高电场作用下高速运动,在运动过程中通过碰撞电离效应,产生数量是首次空穴电子对几十倍的二次、三次新空穴电子对,从而形成很大的光信号电流。APD在大容量、长距离的光纤通信中得到了十分广泛的应用

 TIA

用于将外部电流转换为电压。典型应用包括使用光二极管等电流输出进行的传感器测量。

 

TOSA

*        外观:

功能:实现电信号到光信号的电光转换。在光纤通信中做为光源和发射机。

TOSA

*         

 TOSA

*        原理:

*        本产品应用于光纤通信等领域,其作用是完成电信号到光信号的转换。在本系统中,主要包含LDPD芯片,非球透镜,光隔离器以及单模光纤。

*        输入电信号驱动LD芯片发光;光信号通过非球透镜耦合到单模光纤中。

*        其中LD芯片实现电光转换,PD芯片起到监视LD芯片出光功率,监控其是否正常工作。非球透镜作为光学元器件,起到光学聚焦的作用。光隔离器确保光单向传输,消除光反射。

ROSA

*        外观:

*        功能:实现光信号到电信号的光电转换。在光纤通信中做为探测器和接收机。

 

ROSA

ROSA

*        原理:

    光纤出射光信号透过TO管帽透镜会聚到PD光敏面上,PD产生的电流信号经过跨阻放大器(TIA)放大为电压信号输出给外部电路。

BOSA

*        外观:

*        功能:实现单根光纤上下行光信号的复用。

BOSABOSA

BOSA

*        原理:

*        发射光信号由LD TO提供,该信号经过发射TO管帽会聚,透过WDM滤光片,耦合进入光纤。

*        接收光信号从光纤出射,到达WDM滤光片后反射,经过接收TO管帽透镜 会聚到接收芯片光敏面上。

*        应用用于P2P/EPON/GPON网络

DWDM(分L波段与C波段)

L波段从1610.06~1564.68每间隔0.8nm一个波段共54

C波段从1563.86~1530.33每间隔0.8nm一个波段共45

CWDM(1270-1610每间隔20nm一个波段共18个波段)

u 波长不同,损耗不同

u  1380nm附近由于氢氧根粒子吸收,光纤损耗急剧加大,俗称水峰

u  ITU-T将单模光纤在1260nm以上的频带划分了OESCLU几个波段

u  容易看出,在这6个波段中,C波段和L波段损耗最小

 

光模块协议

型号

基本速率

遵循协议

SFP

125M-4G

SFP MSA,SFF-8472

SFP+

10G

SFF-8431,SFF-8432

XFP

10G

SFF-8077i

QSFP+

4*10G/4*25G

SFF-8436

CXP

12*10G

CXP MSA

CFP

4*10G/4*25G/10*10G

CFP-MSA-HW,CFP-MSA-MIS

CFP2

4*25G/10*10G

CFP2 MSA,CFP-MSA-MIS

CFP4

4*25G

CFP4 MSA,CFP-MSA-MIS

Digital Diagnostic Monitoring(数字诊断监视功能)

对模块进行一个远程监控,保证模块正常运行,当出现异常时,可以让系统管理员发现一些潜在的问题和故障定位。

DDM监测的5个实时测量参数为:

测试项目

精度

单位

TX-POWER

±3

dBm

RX-POWER

±3

dBm

LASER BIAS

10

mA

Temp

±3

VCC

±0.1

V

指标名称

指标定义

单位

输出光功率

在模块的正常工作条件下,模块输出的光功率

dBm

发射眼图

将发射波形输入示波器的垂直放大器,把产生水平扫描的锯齿波周期与码元定时同步,则在示波器上可以观察到类似人眼的图像,被称之为眼图

中心波长

在发射光谱中,连接50%最大幅度值线段的重点所对应的波长

nm

边模抑制比

在发射光谱中,在正常工作条件下(动态)最高光谱强度与次高光谱强度之比

dB

谱宽

为主模中心波长的最大峰值跌落-20dB时的最大全宽

nm

消光比

全调制条件下信号平均光功率与空号平均光功率比值的最小值。

dB

关断后光功率

将模块的TxDisable管脚置相应电平,模块关断自身的激光器驱动电路,此时模块的输出光功率即为关断后模块光功率

dBm

传输代价

模块发射器在传输特定长度光纤后性能劣化的程度

dB

接收灵敏度

在一定的误码率(BER=               )条件下,接收组件能接收的最小输入平均光功率

dBm

饱和光功率

在一定的误码率(BER=               )条件下,接收组件能接收的最大输入平均光功率

dBm

无光告警

在模块的工作速率下,由大到小或者由小到大改变输入模块的输入光功率,当光功率改变到某一数值,模块的告警输出信号电平出现反转时的光功率

dBm

告警滞后

告警信号阙值的差值

dB

光模块的主要测试指标-眼图

光模块指标主要测试方法

光模块用在哪里?

光模块广泛运用于交换机,路由器,服务器网卡等设备上。

1)基于算法设置的交换机、路由器品牌:CISCOHPH3CLUCENT...

2)具有特殊设置的交换机、路由器品牌:EXTREME NORTELALCATEL,3COM, BROCADE

3)其他交换机:华为,中兴等等

光模块的应用

同步网(SDH/SONET):主要用于骨干网传输

SDH信号标准速率等级:STM-1155.52M,STM-4622.08M,STM-162488.32M,STM-649.953.28M, STM-25640GSONET速率等级:OC3OC12OC48OC192等等.SONET多用于北美和日本,SDH多用于中国和欧洲.主要的标准协议:ITU-T系列标准。

光纤通道(Fibre Channel):主要用于光存储网络。

1.0625G/2.125G/4.25G/8.5G/10.52G/14.025G/28.05G,主要的标准协议是:FC-PI-1 、 FC-PI-5等。

以太网(Ethernet):接入网最常用网络解决方案,传输速率名称:100BASE-SX,1000BASE-LX,10GBASE-EX等等。包含速率:125M,1.25G10.3125G等等。

 

 

 

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