光模块基础知识共28页文档
光模块基础知识培训
光模块基础知识培训
LED光模块基础知识培训（硬件）
一、LED简介
LED（Light Emitting Diode），即发光二极管，是一种半导体器件，其特点是在电子元件受到电流刺激时可以发出光线，并具有良好的耐久性、低耗能等优势，使其广泛应用于航空、航天、医疗、车载系统、军事科研
等领域。
二、LED结构
LED分为两个极：正极及负极，通常以小圆点的形式表示。
其中正极
称为“正极极接”，负极称为“负极极接”。
正极为死极，可以不接电，
而负极则为活极，此时负极应与正电源相连，以使电路回路成立，并且当LED接收到足够的电流后，LED就会发光。
三、LED参数
LED参数指的是LED电子元件出厂时所采用的参数，这些参数的量化
数据将影响LED电子元件的性能。
主要有：电压阈值、电流阈值、热电压、漏电流、亮度等参数。
四、LED用电安全
LED可以发出肉眼可以看到的光，但是长时间工作在空间低温下，可
能会产生热量，而且由于芯片尺寸小，所以只能承受有限的功率。
因此，
当使用LED时，一定要根据提供的参数保持稳定的电压和电流，以保证电
路安全。
五、LED寿命
LED的寿命与电流、温度、电压和其他环境条件等关系密切。
LED的使用寿命以兆小时为单位衡量，一般来说，电流和温度越低，LED的寿命就越高。
六、LED光谱。
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。
单模光纤外体为黄色，多模光纤外体为橘红色。
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2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
光模块基础知识 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我5、自己的饭量自己知道。——苏联
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
光模块基础知识介绍
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
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
LD接口电路：
交流耦合 直流耦合 优势：提高边沿速度、降低EMI 幅射及高频噪 优势：多速率兼容、更少的元件数量、低功耗、 声、调制电流范围宽、增大了电感容限。 易于匹配 不足：功耗大、引入了低频截止、元件数量多。 不足：调制电流范围窄、低负载阻抗遇高内阻 器件时对指标要求高。 注意事项：考虑是否需要加入补偿网络来消除 振铃和过冲？交耦电容的参数值在不同速率下 注意事项：布线尽可能的短，OUT-端负载要与 使用需要进行适当调整，特别是低频条件下 OUT+到LD的负载匹配，725型器件适用性高。 （<155M），应用于SDH、SONET系统时频 率要求更高。
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。
ATC部分
当由于某种原因，使LD的输出光功率降低时，耦合至光电二极管的电流也同比例减小，这样，通常状态下的平衡被打破，使得运放 输出端的电压增大，于是，三极管的基极电流增大，集电极电流也随之增大，而集电极电流正是流入LD的偏置电流。因此，流入激 光器的电流增大，输出光功率相应增大，从而使输出光功率保持不变。 通过以上描述，理论上我们是可以通过驱动器的APC控制来实现TE的性能指标。而由于热胀冷缩有可能导致PD机械位移等多种因 素，使得LD的出光与PD的监测光电流不是理论上的线性关系。故此现在很多光模块的TE指标控制在高端客户需求的±1dB很困难。
光模块知识整理
光纤的相关知识
• 光纤知识 • 光纤是传输光波的导体。光纤从光传输的模式来分可分为
单模光纤和多模光纤。
• 在单模光纤中光传输只有一种基模模式，也就是说光线只 沿光纤的内芯进行传输。由于完全避免了模式射散使得单 模光纤的传输频带很宽因而适用与高速，长距离的光纤通 迅。
• 在多模光纤中光传输有多个模式，由于色散或像差，这种 光纤的传输性能较差，频带窄，传输速率较小，距离较短。
以太网交换机常用光模块的相关了解
• 以太网交换机常用的光模块有SFP，GBIC，XFP，XENPAK。它们的 英文全称，中文名不常用，可以简单了解下:
• SFP: Small Form-factor Pluggable transceiver ，小封装可插拔收 发器
• GBIC ：GigaBit Interface Converter，千兆以太网接口转换器
• CWDM的ITU最新标准为G.695，规定了从1271nm到1611nm之间 间隔为20nm的18个波长通道，考虑到普通G.652光纤的水峰影响， 一般使用16个通道。因为通道间隔大所以，合分波器件以及激光器都 比DWDM器件便宜
• DWDM的通道间隔根据需要有0.4nm,0.8nm,1.6nm等不同间隔,间隔 较小、需要额外的波长控制器件，所以基于DWDM技术的设备较之 基于CWDM技术的设备价格高
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
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
光模块基础知识大全、分类及选用
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。
光模块知识
•
第四章 主要光口测试参数介绍
1、平均发射光功率（P）
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2、消光比（Ex）
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3、眼图模板(eye pattern)
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4、接收灵敏度(Sensitivity)
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5、接收过载(overload)
光线路系统接口
பைடு நூலகம்34
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2.1.2 激光二极管驱动电路
• 驱动电路实质上就是一个高 速电流开关
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2.1.3 自动功率控制（APC）原理
• 通过检测背光二极管（MD ）产生的光电流（平均值） 来实现闭环控制 • APC调节偏置电流来保持平 均输出光功率稳定
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2.1.4 TEC温度控制电路
DWDM（密集波分复用）技术不断发展，为了尽可能地传输更多的信道，要 求光源峰值波长的间隔尽可能地小，这就对激光器波长的稳定性提出了更高 的要求。对于采用0.8nm（100GHz）信道间隔的DWDM系统，一个0.4nm的 波长变化就能把一个信道移到另一个信道上。DWDM激光器的波长容差典型 值为±0.1nm。
第一章 光模块种类
1
光模块基础知识介绍
第二章 光模块的基本组成部分
主要功能：提供光电－电光转换能力。 由两部分组成：发射部分和接收部分。 发射部分将电信号转换为光信号。 接收部分将光信号转换为电信号。
2
• 2.1 发射部分
3
2.1.1 激光二极管的特性
• 激光二极管（LD—Laser diode）是一个电流器件，只 在它通过的正向电流超过阈值 电流Ith（Threhold current） 时它发出激光 • 为了使LD高速开关工作，必 须对它加上略大于阈值电流的 直流偏置电流IBIAS • LD的两个主要参数：阈值电 流Ith和斜效率S（Slope efficiency）是温度的函数，且
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沿,下降沿过冲、下冲和振铃现象.这些都可能导致接收机灵敏度的恶化,因此 必须加以限制,为此 ITUT建议G.957规范了一个发送眼图的模板.
公司光模块及命名规则介绍 组件及模块相关参数介绍
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一、公司光模块及命名规则介绍
➢ 1. GBIC部分
GBIC是将千兆位电信号转换为光信号的接口器件。 GBIC设计上可以为热插拔使用。GBIC是一种符合国 际标准的可互换产品。采用GBIC接口设计的千兆位 交换机由于互换灵活，在市场上占有较大的市场分额。 GBIC是光纤的转接设备。 GBIC是千兆位接口转换器的简称。本公司生产的 GBIC产品一头是一个通用的GBIC公头，另一头可以 是走光信号的SC，也可以是走电信号的RJ45。 1) 1.25G/bps 双纤 / BIDI模块 2) 连接器SC，RJ45 3) VCSEL / FP / DFB / CWDM 发射激光器 4) 符合RoHS 标准 5) +5V电源供电
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➢ 3. BIDI部分 SFP-BIDI，GBIC-BIDI与SFP，GBIC
的区别很少，可以简单的理解：SFP模块要 运用两根光纤完成光信号的收发功能，而 SFP-BIDI指需要一根光纤就能完成光信号的 收发功能。 1) 单纤双向模块 2) 连接器SC 3) VCSEL / FP / DFB / CWDM 发射激光器 4) 符合RoHS 标准 5) 符合SFF-8472协议 6) SFP-BIDI +3.3V电源供电；GBIC-BIDI +5V电源供电 本公司生产的BIDI模块主要是分三个波段： 1490nm、1310nm、1550nm。
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SFP/GBIC系列 命名规则
说明:此命名规则只适 用于公司内部,销售对 外使用时,不需区分外 壳以及TOSA类型（绿 色部份）,且应根据客 户应用不同,分为Fiber Channel、 SDH/SONET等标准, 对内模块不需做此划 分，详见datasheet。
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➢ 2. 接收组件部分
• 暗电流Id 在一定的反向偏执电压VEE (如-5V)下,当无外来光功率输入时,流过光 接 收组件之PIN管上的电向偏执电压VEE (如-5V)下,对应于一定的输入光功率P,测试 流过光接收组件之PIN管上的电流I, I/P之比值即为响应度R.
• 动态范围Dy 饱和光功率与接收灵敏度的差值,单位dB.
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➢ 3. 发射模块部分 • 平均光发射功率Po 在模块相应的速率及按要求输入信号电平的条件下,模块
输出的光功率. • 消光比(Pon/Poff) 最坏反射条件时,全调制条件下传号平均光功率与空号平
采用模拟残留边带调幅（AM-VSB）信号（射频信号）直接调制激光二极管，使得光输 出强度随着射频信号强度的变化而变化，因此也称为直接调制光发射机 • FP 法布里一泊罗谐振腔由两个平行的镜面构成,是激光震荡的基本条件. • 光隔离度 光隔离器允许传输方向与禁止方向的光功率之比. • 正向电压Vf 当正向驱动电流If为一确定值(如对F-P LD If=Ith+20mA)时对应于发射器件(LD、 LED)上的电压值. • 阈值电流Ith 半导体激光器开始震荡亦即输出功率从无到有发生跃变时的正向驱动电流. • 输出光功率Pf 通常指带尾纤发射器件的出纤光功率,对F-P类LD,Pf为Ith+20mA对应的功率. • 峰值波长Ip 对LED类产品,光谱图上最大峰值处对应的波长.对LED类产品,在0.01nm分辨峰 率的光谱图上,根据其纵模分布按RMS方式计算. • 光谱宽度△I 对LED类产品,在光谱图上,相对强度下降-3dB对应的光谱宽度即为LED的光谱 宽度;对F-P类LD产品,采用ITUTG.957建议最大均方根宽度定义;对DFB类LD产品,采用 ITUTG.957建议最大-20dB宽度定义,即主模中心波长的最大峰值功率跌落-20dB时的最大全 宽. • 边模抑制比SMSR 仅对DFB-LD类产品有意义.在0.1nm的分辨峰率下测试对应于某一电流值 下 的光谱图,计算全调制条件下主模与最显著旁模间相对强度的差值,以dB数表示即为边模抑 制比.
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➢ 2. SFP部分
SFP可以简单的理解为GBIC的升级版本。SFP模 块（体积比GBIC模块减少一半，可以在相同面板上配 置多出一倍以上的端口数量。由于SFP模块在功能上与 GBIC基本一致，因此，也被有些交换机厂商称为小型 化GBIC（Mini-GBIC）。 1) SFP 双纤模块 2) 连接器LC 3) VCSEL / FP / DFB / CWDM 发射激光器 4) 符合RoHS 标准 5) 符合SFF-8472协议 6) +3.3V电源供电
• 带宽BW 接收组件在小信号输入(AGC无启动)是输出的幅频特性曲线上,当幅度 下降3dB时对应的频带宽度称为宽带.
• 接收灵敏度Pr 在一定的误码率(如BER=10-9)条件下,接收组件能接收到的最小平 均输入光功率..
• 饱和光功率Ps 在一定的误码率(如BER=10-9)条件下,光接收组件能接收到的最 大平均输入光功率.
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BIDI系列命名规则
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二、组件及模块相关参数介绍
➢ 1. 发射组件部分 • DFB (Distributed Feed Back) DFB型光发射机，分布反馈（激光器）。