光模块的基础知识
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1.光模块概述
1.1光模块定义
1.2光模块分类
2.光模块组成与结构
2.1光电转换模块
2.2光发射模块
2.3光接收模块
2.4光连接器和接口
3.光模块应用领域
3.1数据中心
3.2通信网络
3.3其他领域
4.光模块工作原理
4.1光电转换原理
4.2光信号调制与解调原理
4.3光信号传输原理
5.光模块参数及性能指标
5.1光功率
5.2光端口功率均衡
5.3波长稳定性
5.4接收灵敏度
5.5光折射率
5.6饱和输出功率
5.7脉冲电流
5.8热效应
5.9光模块亚临界工作
5.10环境适应性
6.光模块的安装与维护6.1光模块的安装步骤6.2光模块的维护方法
6.3光模块的故障排除
7.光模块的未来发展趋势7.1高速化
7.2高密度化
7.3低功耗化
7.4光模块的集成化
8.光模块的市场前景与挑战
8.1市场前景
8.2技术挑战
8.3行业竞争格局
9.Q&A
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光模块知识
光模块知识
光模块简介
光模块（Optical Module）是一种在电信通信系统中，由光纤连接各种电子设备的一种设备，用来降低线缆的负载，满足高带宽要求的无线传输，有效地提升传输速率。
光模块有各种不同类型，包括单模、多模、单纤、跳纤、光电转换、光电耦合等等，他们都可以用来满足特定的信号传输要求。
光模块的结构
光模块是由电子电路和光纤组成的。
电子电路主要是用来处理信号，可以检测信号，转换信号、滤波，扩展信号范围等功能。
光纤是作为信号传输的介质，它可以传输大量的数据，而且速度比普通线缆快得多。
光模块分类
1、单模光模块
单模光模块是一种常用的光模块，它具有体积小，结构简单，价格便宜的优点，特别适合低速度的传输，如电信接入网，宽带接入网，有线电视网和无线电缆网等。
2、多模光模块
多模光模块是一种在高速传输应用中使用的光模块，它具有高可靠性和高速传输的特点，能够满足高速的网络应用，如网络存储、网络视频传输、网络控制等。
3、单纤光模块。
光模块基础知识大全分类及选用
光模块基础知识大全、分类及选用一、光模块基本知识1、定义：光模块：也就是光收发一体模块。
2、结构：光收发一体模块由光电子器件、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。
发射部分是：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，使输出的光信号功率保持稳定。
接收部分是：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。
3、光模块的参数及意义光模块有很多很重要的光电技术参数，但对于GBIC和SFP这两种热插拔光模块而言，选用时最关注的就是下面三个参数：1）中心波长单位纳米（nm），目前主要有3种：850nm（MM，多模，成本低但传输距离短，一般只能传输500M）；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)；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)；2）传输速率每秒钟传输数据的比特数（bit），单位bps。
目前常用的有4种: 155Mbps、1.25Gbps、2.5Gbps、10Gbps等。
传输速率一般向下兼容，因此155M 光模块也称FE（百兆）光模块，1.25G光模块也称GE （千兆）光模块，这是目前光传输设备中应用最多的模块。
此外，在光纤存储系统（SAN）中它的传输速率有2Gbps、4Gbps和8Gbps。
3）传输距离光信号无需中继放大可以直接传输的距离，单位千米（也称公里，km）。
光模块一般有以下几种规格：多模550m，单模15km、40km、80km和120km 等等。
除以上3种主要技术参数（波长，速率，距离）外，光模块还有如下几个基本概念，这些概念只需简单了解就行。
光模块的一些基础知识
光模块的⼀些基础知识⼀、光模块的构成：有发射激（TOSA),接受（ROSSA) 线路板 IC 外部配件⼆、光模块接⼝分为FC型、SC型、LC型、ST型和FTRJ型。
三、光收发⼀体模块分类按照速率分：以太⽹应⽤的100Base（百兆）、1000Base（千兆）、10GE SDH应⽤的155M、622M、2.5G、10G按照封装分：1×9、SFF、SFP、GBIC SFP XFP X2 XENPAK1×9封装--焊接型光模块，⼀般速率有52M/155M/622M/1.25G，多采⽤SC接⼝SFF封装--焊接⼩封装光模块，⼀般速率有155M/622M/1.25G/2.25G/4.25G，多采⽤LC接⼝GBIC封装--热插拔千兆接⼝光模块，采⽤SC接⼝SFP封装--热插拔⼩封装模块，⽬前最⾼数率可达155M/622M/1.25G/2.125G/4.25G/8G/10G，多采⽤LC接⼝XENPAK封装--应⽤在万兆以太⽹，采⽤SC接⼝XFP封装--10G光模块，可⽤在万兆以太⽹，SONET等多种系统，多采⽤LC接⼝四、按照激光类型分：LED、VCSEL、FP LD、DFB LD按照发射波长分：850nm、1310nm、1550nm等等按照使⽤⽅式分：⾮热插拔（1×9、SFF），可热插拔（GBIC、SFP、XENPAK、XFP）五、光纤模块⼜分单模和多模单模光纤使⽤的光波长为1310nm或1550 nm。
单模光纤的尺⼨为9-10/125µm 它的传输距离⼀般 10KM 20kM 40KM 70KM 120KM多模光纤使⽤的光波长多为850 nm或1310nm.多模光纤50/125µm或62.5/125µm两种，它的传输距离也不⼀样，⼀般千兆环境下50/125µm线可传输550M,62.5/125µm只可以传送330M。
(2KM 550M)从颜⾊上可以区分单模光纤和多模光纤。
光模块知识(2.0)_PHOTON讲稿
Vcc
PIN
i
Rf
A
u o =iR f
跨阻放大器原理图
在高速率光模块中,通常都是将PIN(或 者APD)光电二极管TIA组装在一个密 封的金属外壳内,这就构成了光接收组 件(ROSA)
光接收组件(ROSA)
光模块原理
激光接收—限幅放大器（LA）
TIA输出的是模拟信号,要把它转换 成数字信号才能被信号处理电 路识别
偏置电流发生器—向LD提供直流 偏置电流
自动功率控制(APC)电路—在不同 温度和LD老化的情况下, 改变IBIAS,保持PAVG不变
故障告警、保护电路 调制电流、偏置电流监控电路 输入端整形电路(D触发器)
驱动电路实质上就是一个高速电流开关
光模块原理
激光发射--模块光发射主要指标
消光比(re)的定义: re=P1/P0 其中: P1是‘1’码的光功率值 P0是‘0’码的光功率值 用对数表示: EX=10lg(P1/P2)
光模块原理
激光发射--激光二极管的温度特性
LD是半导体器件，它的特 性与半导体二极管类似 温度升高 阈值电流Ith增大 斜效率S降低 为了保持输出平均光功率 和消光比不变,在温度上升 时要增大IBIAS和IMOD
光模块原理
激光发射--激光二极管驱动电路
一个典型的激光器驱动电路包括 下列部分：
差分电流开关电路—向LD输出调 制电流
无源光网络(PON)
PON技术特 点
在OLT到ONU 下行方向采用TDM (Time Division Multiplexing ) 方 式,以广播方式送至每一个ONU,OLT的发送部分和ONU的接收部分都是 连续工作方式 ONU到OLT 的上行信号的传输采用TDMA (Time Division Multiple Access)技术; OLT的接收部分和ONU的发送部分都是突发模式工作 OLT光接收机必须能够适应不同ONU 信号的不同光功率,接收机需要 有一个很大的动态范围,并设定判决门限,以最快的速度来判决; OLT 光接收机必须能够迅速恢复从不同节点传来的每个突发信号的正确 时钟,在上行信元到达OLT 的前几个bits内实现快速突发比特同步 ONU光发送机必须能够快速开/关; 当发送机不发送时只能“泄漏” 极小的光功率—比接收灵敏度低10dB
光模块基础知识
光模块基础知识光模块是一种将电信号转换为光信号的设备，通常用于光纤通信和光纤传感领域。
它是光通信系统中的重要组成部分，起着传输和接收光信号的作用。
本文将介绍光模块的基础知识，包括其类型、工作原理、应用场景等方面。
一、光模块的类型根据光模块的封装形式和工作波长，可以将光模块分为多种类型。
其中，常见的光模块类型包括：SFP、SFP+、QSFP、CFP、XFP等。
这些不同类型的光模块适用于不同的应用场景和需求。
例如，SFP 光模块适用于1Gbps的光纤通信，而SFP+光模块则适用于10Gbps的通信需求。
二、光模块的工作原理光模块的工作原理是将电信号转换为光信号，然后通过光纤进行传输。
首先，电信号经过电-光转换器，被转换为光信号。
然后，光信号经过光纤传输到目标地点。
最后，光信号再经过光-电转换器，被转换为电信号。
这样，光模块实现了电信号和光信号之间的互相转换。
三、光模块的应用场景光模块广泛应用于光通信系统和光纤传感领域。
在光通信系统中，光模块用于实现高速、远距离的光信号传输。
它被广泛应用于光纤通信、数据中心互联等领域。
在光纤传感领域，光模块可以用于实现光纤传感器的信号接收和传输。
例如，在石油工业中，光模块可以用于光纤传感器对温度、压力等参数的监测。
四、光模块的特点和优势光模块相比传统的电信号传输方式具有许多优势。
首先，光模块可以实现高速、远距离的信号传输，可以满足大带宽、长距离的通信需求。
其次，光模块具有低插损、低衰减的特点，可以保证信号的传输质量。
此外，光模块还具有抗电磁干扰、安全可靠等优势。
由于这些特点和优势，光模块在光通信和光纤传感领域得到了广泛应用。
五、光模块的未来发展趋势随着信息技术的不断发展和应用需求的增加，光模块也在不断演进和创新。
未来，光模块的发展趋势主要包括以下几个方面。
首先，光模块将实现更高的传输速率，如100Gbps、400Gbps等。
其次，光模块将实现更小尺寸的封装，以适应高密度集成的需求。
光模块介绍知识详解
光模块介绍知识详解光模块由光电子器件、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。
发射部分是: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，使输出的光信号功率保持稳定。
接收部分是: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。
一、光模块发展简述1、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）。
二、光模块基本原理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：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：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。
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。
光模块基础知识介绍解读
数字光模块基本指标（四）
• 接收灵敏度（Receiver Sensitivity） 衡量接收端为保证一定误码率（1×10exp(-12)）所需接收的最小平均光功率，单位为 dBm。误码率是指在较长一段时间内，经过接收端的光电转换后收到的误码码元数与 误码仪输出端给出码元数的比率。
•
信号丢失指示（LOS Assert）和信号丢失恢复指示（LOS Dessert） 接收器输出一个电信号，其电位高低反映出接收器所接收的光信号强度是否足够，将该 电位与预设电位比较以判定光信号是否丢失。电位比较是采用具有一定回滞效应的比 较器实现，通常用预设电信号对应的光功率作为指示，单位为dBm。
数字光模块基础知识介绍
内容提要
一、光模块的定义 二、光模块的分类 三、光模块的主要功能原理 四、光模块设计及调试的关键要素
一、光收发一体模块定义
光收发一体模块由光电子器件、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。发射部分是：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，使输出的光信 号功率保持稳定。接收部分是：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。
接收部分原理
接收部分
光 信 号
放 光电 电信号 大 检测 器 均 衡 器 判 决 器 时 钟 恢 复Fra bibliotek输出部分
解 码 扰 码 码型 反变换 电 信 号
AGC
输入输出缓冲
告警阈值设置 及判决输出
四、光模块设计及调试关键要素
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其他：1*9 GBIC, 2*5 SFF, XPAK，2*10 SFF，还有各种公司定义的一些异形产品
产品种类：产品照片
GBIC
SFP Transceiver
SFP+ Transceiver
XFP Transceiver
XENPAK Transceiver
X2 Transceiver
产品种类：安装密度
GBIC: SFF-8053 V5.5 SFP: INF-8074I XENPAK: XENPAK MSA 3.0 XFP: INF-8077 SFP+: SFF-8432 DOM: SFF-8472
下载：ftp:///sff
SFP/GBIC的产品结构
+A + NOISE - （ -A + NOISE ）离 速率/协议 激光器的波长
其他特性：工作温度范围、适用的传输介质（光纤） 类型、是否有数字诊断、激光器的类型、接收器类 型等等；
产品种类：按照封装分类
GBIC - 最早的热插拔模块标准，目前基本上快被淘汰；
光纤通道产品： FC 1.0625G 2FC 2.125G 4FC 4.25G 8FC 8.5G
电信传输网（同步数字序列）： OC3/STM-1 155M OC12/STM-4 622M OC48/STM-16 2.488G OC48/STM-16 WITH FEC 2.67G OC192/STM-64 9.952G
对OMA有要求，10G产品的ER只有4-6db，和低速产品的要求不一致； 不同应用的模块，对码型的适应能力不一样，通常，FE/GE测试码型是PRBS7，
OC系列的模块的测试码型使用PRBS31，会出现更多的连续的0/1；
产品种类—按照传输距离分类
小于20米的超短距离 – 用于机架内的设备互联 小于100米的距离 – 用于建筑物水平或者垂直方向设备互联 （最大量需求），多用五类
产品种类—按照探测器类型分类
PIN ：光电二极管，光电转化效率约为1A/1W APD ：雪崩二极管，光电转化效率约为M*1A/1W，正常工作时 候，M值通常在10-15之间；
产品种类—按照工作电压分类
SFP产品：都是统一使用3.3V的工作电压 GBIC产品：MSA上的要求是5V的工作电压，但是，在其生命后期，很多系统厂 商和模块厂商开始使用3.3V给GBIC供电，减少功耗，所以，出现了5V/3.3V兼 容的需要 XENPAK/X2产品：有3.3V/5V/APS三路供电，其中APS的供电是根据模块上的值 可以设定的，以满足不同的芯片技术的需求； XFP产品：有1.8V/3.3V/5V/-5.2V等供电；
产品类型—变速率的产品
SFP封装 主机端千兆接口、网络端实现百兆连接 主要的原理就是利用SGMII协议，将同样的数据包在千兆接
口上传10遍，这样，实际速率就是100M了
GE-100FX：LED TOSA(1310nm) 传输介质:多模光纤 传输 距离:2KM
针对性: 针对CISCO 特定机型设计 HP/EXTREME也有类似的产品，我们公司还没有跟进 变速率的产品也可以实现到其他各种不同的传输距离
2对差分线 一发一收
I2C
低速逻辑信号
激光驱动芯片
SERIAL ID
DOM控制器
限幅放大器
TOSA ROSA
X2/XENPAK的产品结构
XAUI 4*3.125G MDIO通讯接口
其他低速信号
10G PHY 芯片
激光 驱动
控制器
A0的EEPROM
TOSA ROSA
XFP的产品结构
XFI 其他低速信号
电口模块—X2/XENPAK-CX4
传输介质: 高频差分线(8对差分线) 电口: Infiniband 4X connector 主机接口:金手指 传输速率:10G 传输距离:15米
CABLE-SFP
传输介质: 高频差分线缆( 2对) 传输速率: 最高可以到10G 传输距离: 50cm-20米 部分产品中集成了对信号的重新放大的功能，称为有源的CABLE-SFP 借助电色散补偿技术，可以把速率提升到10G以上；
电口的模块没有使用激光器
常见波长有：850nm 1310nm 1550nm ( CWDM：1470 – 1610 间隔20nm )
常见激光器类型：VCSEL、FP、DFB、另外还有一个LED发光二极管
常见的组合有：
850nm VCSEL 1310nm FP 1310nm DFB 1550nm FP ( 不常见 ） 1550nm DFB CWDM波长 DFB （ 1470 – 1610 ）
产品命名举例
SFP-FE-100FX
GT2612
SFP-GE-SX-DD
GT2201
SFP-GE-SX-NDD
GT2200
GBIC-GE-SX-3.3V-5V-DD
GT1200
SFP-GE-EZX-DFB-1550-APD-DD …
SFP-GE-LX10-FP-1310-DD …
单位：波特每秒Bd， 即每秒传输多少个 0/1码元；也可以说， 每秒传输多少个比特； 每个比特BIT都代表 了一个信息；
光模块可以支持任何 连续的速率，但是， 对于特定的应用和产 品，都是工作在一个 特定的速率上；
产品种类—协议组 II
以太网络： FE 125M GE 1.25G 10GE 10.3125G
SFP
- 第二代的热插拔光模块标准，目前使用范围和用量
最广泛；安装密度比GBIC提高一倍；
XENPAK - 第一代10G光模块的外形标准
X2
- 第二代10G光模块的外形标准
XFP
- 第三代10G光模块的外形标准
SFP+ - 最新的10G光模块外形标准，机械尺寸上和SFP一 致，信号定义有不同；
I2C
10G CDR
激光 驱动
TOSA ROSA
控制器
数字诊断功能
数字诊断，又称DD、DOM、DDMI，就是模块可以向 主机实时的提供模块内部的工作状态信息，包括：电 压、温度、发射光功率、接收光功率、激光器的偏置 电流；
2003年前的大部分产品，都没有DOM的功能； 目前国内其他供应商的主要产品都没有DOM功能； 一线的大厂的主要产品都具备DOM功能； 我们公司的绝大部分产品都具备DOM功能；
常见的困惑：
高速的模块是否可以用于低速的场合，比如，设 计1G的模块是否可以用于155M的场合； 答案是否定的，需要具体的分析；
主要差异点： 不同的速率的产品对接收端的灵敏度要求不一样，为高速应用设计的接收机灵敏
度比较低； 发射端的眼图要求不一样，比如，对于2.5G以上的产品不对ER提出要求，开始
也有的公司认为LH为10KM，LX为5KM，还有的，认为LH为80KM，没有一个 特性的标准，需要大家在使用中注意；
GLC-LH-SM-C 1000BASE-LX/LH HP： LH 80KM 10G的模块中：SR表示300米，LR表示10KM，ER表示40KM，ZR表示80KM
产品种类—按照激光器波长/类型分类
产品种类—按照传输距离分类
针对不同的传输距离，在不同的速率（应用）中，称呼是不一样的： OC系列的模块：IR1表示15KM、LR1表示40KM、LR2表示80KM FE系列的模块：100FX表示2KM、100LX表示10KM，100EX表示40KM，100ZX 表示80KM； GE系列的模块：SX表示500米，LX表示5/10KM，ZX表示80KM，EZX 120KM；
光收发一体模块发展趋势
发展趋势
小型化 GBIC->SFP XENPAK->X2->XFP->SFP+
高速化 100M->1G->10G->40G->100G
光模块的标准化 MSA
MSA：MULTISOURCE AGREEMENT，工业界的联盟，保证产 品的通用性、互换性，使得同样一个产品，可以获得多个 供应商的支持，迫使供应商不断的改进产品、降低成本、 提高服务质量；
激光器的结构
接收器的结构
TO的结构
TO的结构II
单纤双向实现
D
U
单根光纤实现双向通信
单纤双向模块的波长
常见波长组合为： 1310/1550 ：最常见于FE速率的BIDI模块 1310/1490 ：最常见于GE速率的BIDI模块 其它不常见的组合： 1310/1550 ： 用于GE速率； 1470/1610 ：用于GE以上速率产品的超长距离；
4 口 * 10G 8 口 * 10G 32口 * 10G
产品种类—按照速率（应用、协议）分类
… FE 125M OC3/STM-1 155M OC12/STM-4 622M FC 1.0625G GE 1.25G 2FC 2.125G OC48/STM-16 2.488G OC48/STM-16 WITH FEC 2.67G 4FC 4.25G 8FC 8.5G OC192/STM-64 9.952G 10GE 10.3125G …
双绞线完成； 小于500米的距离 – 用于楼层间/相邻建筑物间的设备互联 （最大量需求），多用多模光
纤完成； 10公里产品 – 用于远距离建筑物间设备互联 （最大量需求），一般采用单模光纤完成； 40公里产品 – 城域网络 80公里产品 – 城域网络 120公里产品 – 城市间网络 更远距离的产品 – 省级间网络互联
产品简介
光模块产品介绍
光模块的基本功能：光电转换
电信号
010110
光信号
010110
发射 接收
接收 发射
电信号
010110