光模块基础知识VIP

近年来，随着数据中心间互联及内部交换机连接增加，对光模块的需求不断增加。2015年IDC光模块市场增速约为50%，到2019年IDC光模块销量将超过5000万只。未来4K视频、虚拟现实等技术带来流量增速不断超出预期，网络建设及系统升级对光模块的需求日益加大。那么什么是光模块？我们为什么要用光模块以及如何使用光模块呢？让我们跟随易飞扬的介绍去了解吧。什么是光模块？光模块（opticalmodule）由光电子器件、功能电路和光接口等组成，光电子器件包括发射和接收两部分。发送端把电信号转换成光信号，通过光纤传送后，接收端再把光信号转换成电信号。在业内说的光模块，特指可热插拔的小型封装光模块，就是用在设备端口上的、可以在运行时进行热插拔的光模块，主要用来将设备（一般指的是交换机或者路由器设备）中的电信号转换成光信号，然后通过一根光纤发射出去（由光模块的发射端实现），同时可以接收外部一根光纤发射过来的光信号且转换成电信号（通过光模块的接收端实现），输入到设备。\o"光模块的外观结构"光模块的外观结构光模块内部主要元器件有哪些？光模块内部有光器件、探测器、激光器、放大器、时钟数据恢复、驱动芯片和MUX&DeMUX等。光器件由少数几个光电子元件和IC、无源元件（如电阻、电容、电感、互感、微透镜、隔离器）、光纤及金属连线组合封装在一起，完成单项或少数机项功能的混合集成件。光器件结构图光探测器：作用把光信号转变为电信号的器件。主要有PIN探测器和APD探测器。PIN探测器：P型掺杂、本征（I）和N型掺杂。APD探测器：内部具有光电倍增（或称雪崩）光电二极管。激光器：FPLD（Fabry-PerotLaser）、DFBLD（Distributed-FeedbackLaser）、LED（Light-EmittingDiode）、VCSEL、EAMLD（Elector-absorptionmodulatedlasers）等、FPLD和DFBLDLED和VCSELEAMLD放大器：跨阻放大器：TransimpedanceAmplifier（TIA）主放MainAmplifiers（MA）或后方PostAmplifiers限幅放大器：LimitingAmplifier（LA）自动增益控制放大器：AutomaticGainControrAmplifier（AGC）时钟和数据恢复（CDR）电路在数字通信系统中，码元同步是系统正常工作的必要条件。时钟和数据恢复电路（ClockandDataRecovery-CDR）的作用就是在输入数据信号中提取时钟信号并找出数据和时钟正确的相位关系。驱动芯片：MUX&DeMUX：MUX：16路并行数据输入，经过并串转换，输出数据。DeMUX：输入数据经过串并转换，输出16路并行数据。了解完光模块的结构，让我们继续跟随易飞扬的脚步，来了解光模块有哪些参数。光模块主要有哪些参数？光模块有许多参数，如封装、调制方式、传输距离、传输速率、中心波长、光纤类型、光口类型、工作温度范围、最大功耗等。\o"封装形式"封装形式光模块的尺寸由封装形式决定，光模块封装主要有：早期有300pin，XENPAK，X2等，后来渐渐被取代。GBIC，SFP，XFP，SFP+，SFP28，CSFP，QSFP，CXP，CFP，CFP2，CFP4，CFP8，CPAK，QSFP28，CDFP，MicroQSFP，QSFP-DD，OSFP，DSFP等封装形式不断升级。光模块正在朝着小型化、低功耗、低沉本、高速率、远距离、热插拔的方向发展着。光模块调制方式：直接调制：外调制有EA调制（ElectroabsorptionModulator）和MZ调制（Mach-ZehnderModulator）EA调制：MZ调制：传输距离指每秒传输比特数，单位Mb/s或Gb/s。光模块通过光纤传输的信号承载的数据容量是有限的，不同的光器件和调制技术决定了光模块的最大速率，光模块从最开始的155Mb/s到622Mb/s，1.25Mb/s，2.5Mb/s一直到10Gb/s，发展到后来出现了光摸快并行方式（Parallel），光模块的速率上升到了40Gb/s、100Gb/s，并且已经成功研发出400Gb/s的光模块。传输速率传输速率指每秒钟传输数据的比特数（bit），传输速率低至百兆，高达100Gbps，光模块按照速率来分有155M/622M/1.25G/2.125G/4.25G/8G/10G，市场上常用的多为155Mbps、1.25Gbps、2.5Gbps和10Gbps速率光模块，在光纤存储系统中光模块还有2Gbps、4Gbps和8Gbps这3种速率。SFP光模块支持千兆以太网、SONET、光纤通道和其他通信标准。中心波长光模块的工作波长其实是一个范围，为了方便描述才使用中心波长这个参数。中心波长的单位是纳米（nm），一般的中心波长有850nm、1310nm和1550nm，还有CWDM系列的1270nm-1610nm的（间隔20nm）和DWDM系列的1528nm-1623nm（间隔0.8nm或者0.4nm）。1）850nm（MM多模，成本低但传输距离短，一般只能传输500m）；2）1310nm（SM单模，传输过程中损耗大但色散小，一般用于40km以内的传输）；3）1550nm（SM单模，传输过程中损耗小但色散大，一般用于40km以上的长距离传输，最远可以无中继直接传输120km）。光纤类型因为不同波长的光在不同的光纤中都有自己的最佳工作窗口，为调整最佳工作波长或色散特性，改变折射率分布，将光纤分为：多模光纤（G.651）、普通单模光纤（G.652）、色散移位光纤（G.653）、非零色散移位光纤（G.655）等，常用的是G.651和G.652。一般多模光纤纤芯直径大，模式色散严重，所以用于短距离的信号传输；而单模光纤模式色散小，所以一般用于长距离的信号传输。光纤直径光纤的纤芯直径。国际标准规定，多模光纤的光纤直径为62.5um和50um；单模光纤的光纤直径为9um。为光模块选择光纤时，应根据光模块支持的光纤直径选择光纤。光口类型光口指的是光模块连接光纤跳线的接口，一般有MPO、双工LC、单工LC和单工SC这几种类型。MPO光口根据光模块传输需要使用的光纤的数量又可以细分为MPO12（针对8根或者12根光纤）和MPO24（针对16根或者24根光纤）两种。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。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。在模块的正常工作条件下，光模块输出的光功率。发射光功率指发射端的光强度，以dBm为单位，是影响传输距离的重要参数。两个光模块对接时，发送光功率应满足接收光功率的范围要求。接收灵敏度最大值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。消光比消光比是用于衡量光模块质量的参数之一。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，表示0、1信号的区别能力。光模块中影响消光比的两个因素：偏置电流（bias）与调制电流（Mod），姑且看成ER=Bias/Mod。消光比的值并非越大光模块越好，而是消光比满足802.3标准的光模块才好。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。最大功耗不同型号参数的模块功耗是不同的，同型号各品牌也稍有差别。千兆一般1W左右；SFP+万兆一般1.2-1.5w；XFP万兆短距1.5-2w，长距3.5w；100G根据封装不同，一般3.5-9w。工作温度范围光模块的温度有商业级温度、延展温度、工业级温度这三个等级；商业级光模块的温度：0~+70℃延展光模块的温度：-20~85℃工业级光模块的温度：-40~85℃兼容品牌目前市面上存在2种光模块，一种是原交换机品牌光模块，一种是高性能的兼容模块，两者之间的价格差距较大。品牌模块相对价格高，有我们熟知的思科、华为、华三等。而兼容模块就是可以兼容这些品牌。品牌模块为了保护自己同时挤压其它品牌会设置特别的读码，让客户不能使用其它品牌，而兼容的模块就是破解了里面的设置，同样可以配套使用，而兼容的价格便宜，性价比高，质量也会参差不齐。对光模块有了大致了解后，光模块又该如何使用呢？光模块的使用方法1、防静电措施无论是在室内还是室外，使用光模块时必须采取防静电措施，必须保证在佩戴好防静电手套或防静电手环的情况下用手接触光模块。2、取放操作拿取光模块时严禁触摸光模块金手指，而且必须保证轻拿轻放，防止光模块受到压迫和磕碰，如果取放时不慎磕碰，那么不建议再使用该光模块。3、插拔方法在安装光模块时首先需用力将其插到底，然后感到轻微的震动或者听见“啪”的声响，代表光模块卡锁卡到位。插入光模块时，将拉手环闭合；插入之后，再拔一下光模块检查是否安装到位，若拔不出则表示已经插到底部了。拆卸光模块时需先拔出光纤跳线，然后将拉手拉到与光口成90度左右后，再缓慢取出光模块，禁止强拉硬拽将光模块拉出。光模块功能失效重要原因：光模块功能失效分为发射端失效和接收端失效，最常出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。产生的原因有：A.光模块光口暴露在环境中，光口有灰尘进入而污染；B.使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使用不当，端面划伤等；D.使用劣质的光纤连接器；2、ESD损伤ESD是E