用于宽带接入网的光模块工作原理分析
光模块原理
光模块原理
光模块是一种新型的集成电路，它通过将小型模块壳封装在一起，具有极高的集成度。
它包括了半导体器件、外围电路和其他元件，可以直接实现某种信号处理功能。
光模块可以将发射器、接收器、电子信号、光纤补偿和线缆等全部组装在一个小型模块壳里，实现对光信号的快速处理和整合，是光信号传输中的一大利器。
光模块的核心元件分为发射器（又称为接口器）和接收器，这两种元素被封装在一个小型的模块壳内，起到信号的传输及收发的作用。
发射器的作用是将电子信号转变成光信号，以便进行远距离的传输；接收器的作用则是将光信号转换成电子信号，以便供应端进行接收和处理。
此外，光模块还必须配合光纤补偿线缆和接线线缆等设备，才能进行正常工作。
光纤补偿线缆用于调整光纤芯和模块之间的偏差，以确保光纤和模块之间的良好连接；接线线缆通过将电子信号进行连接，来连接系统的各个元件，以实现光模块的正常工作。
光模块的应用非常广泛，它可以用于数据通信、监控安全、照明系统和自动控制系统等。
光模块具有体积小、结构简单、接口连接稳定、节点位置可改变、节点之间可以实现高速无线通信等优点，因此被广泛应用于通信、控制、安防等领域。
尽管光模块的优点很多，但它也有一些缺点。
首先是性能不够稳定，因为光信号容易受外界环境的干扰，所以光模块的性能受到一定的影响。
其次，光模块的复杂度较高，它需要经过特殊的调试和维护
才能获得良好的性能。
最后，光模块的成本较高，因此只能在一些高端应用场景中使用。
总之，光模块是一种集成电路，它可以实现对光信号的快速处理和整合，广泛应用于通信、控制、安防等领域，但也存在一些缺点，如性能不够稳定、复杂度高和成本较高等。
用于宽带接入网的光模块工作原理
1UI
{0.22UI, 0.375UI, 0.20UI, 0.20UI, 0.30UI}
光眼图实例
光接收模块
• 光接收模块的作用是把经过传输后的微弱光信号 转换为电信号,并放大、整形恢复为原输入的电信 号；光接收模块的原理框图如下
偏置电压
PD/APD TIA
光接收组件(ROSA)
主放
判决/限幅放大
信号通过光模块实现传输媒体的转换(光纤←→铜线)
电光转换
光电转换
LD,LED
光发射
光纤
模块
E/O
PD,APD
O/E
光接收 模块
电发射机
电接收机
光发射模块
光发射模块是由将带 有信息的电信号转换 成光信号的转换装置 和将光信号送入光纤 RF输入 的传输装置组成
右图是光发射模块的 示意图
MD LD
放大驱动电路 (电流开关)
• 将LD芯片和监测光电二极管(MD)加上其他 元件封装在一个紧密结构中(TO同轴封装或 蝶形封装),就构成光发射组件(TOSA)
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
驱动电路原理电路
LD调制电流输出电路原理图
LD直流耦合接口电路原理图
激光器驱动电路原理图
驱动电路结构
一个典型的激光器驱动电路包括下列部分： 1. 差分电流开关电路—向LD输出调制电流 2. 偏置电流发生器—向LD提供直流偏置电流 3. 自动功率控制(APC)电路—在不同温度和
• 上行光波长为1310nm 下行光波长为1490nm 1550nm作为传输视频信号用
• 传输码型为扰码的不归零码,CID抗扰度大于72bit
GPON
• GPON(Gigabit-capable passive optical networks)千兆无 源光网络
pon工作原理
pon工作原理Pon工作原理解析1. 什么是PonPon是一种用于光接入网的技术，全称为Passive Optical Network，即被动光网络。
它是一种简化的光纤传输网络架构，将传输和多路复用功能集中在中央办公室（CO）处，通过光纤将高容量的信号传输到用户的终端。
Pon通过光分配器（ODN）将信号分发给用户，实现了高速、高带宽的传输。
2. Pon的工作原理Pon的工作原理主要包括以下几个步骤：光线传输Pon通过光纤将信号从中央办公室传输到用户终端。
光的传输是通过光模块和光纤完成的。
光模块将电信号转换成光信号，光信号经过光纤传输，最后再被光模块转换回电信号，供用户使用。
光分配在用户终端，Pon通过光分配器将光信号分发给多个用户。
光分配器是一种 passiv device，它将从中央办公室传来的光信号分发给不同的用户。
一根光纤从中央办公室传输到光分配器处，然后通过不同的输出接口将信号分发给用户。
多路复用与解复用Pon利用波分复用技术实现多用户共享光纤资源。
在传输过程中，Pon使用多路复用器将用户的数据信号合并在一条光纤上进行传输。
在用户终端，使用相应的解复用器将光信号分解成不同的用户信号，供各个用户使用。
光功率补偿与调节在Pon系统中，光信号会经过不同长短的光纤传输，会导致光功率的衰减。
为了保证传输质量，Pon系统通常使用光功率补偿和光功率调节技术，对光信号进行补偿和调节，确保每个用户都能够获得相应的光功率。
3. Pon的优势和应用Pon具有以下几个优势：•高带宽：Pon可以提供高速的数据传输能力，满足用户对于大带宽的需求，适用于高清视频、在线游戏等应用。
•长传输距离：Pon系统可以实现较长的传输距离，光信号可以传输数十公里，可以覆盖更广的区域。
•低成本：Pon系统的设备和维护成本相对较低，光分配器和用户终端设备简单，降低了建设和运营的成本。
Pon广泛应用于以下领域：•家庭宽带接入：Pon可以提供高速宽带接入服务，满足家庭用户对于高速上网的需求。
光模块 原理
光模块原理光模块是一种用于光通信系统中的设备，它能够将电信号转换成光信号，并通过光纤传输。
本文将详细介绍光模块的原理。
一、概述光模块是由发射器和接收器组成的，其中发射器将电信号转换为光信号，接收器则将光信号转换为电信号。
在实际应用中，我们通常使用的是SFP、SFP+、QSFP、QSFP+等不同类型的光模块。
二、发射器原理1.激光二极管激光二极管是最常见的发射器类型之一。
它利用PN结反向偏置时产生的少数载流子注入到有源层中，从而激发出辐射能量。
这种辐射能量被放大并聚焦在一个小区域内，形成了一个高强度、高单色性的激光束。
2.波长调制波长调制是一种广泛应用于现代通信系统中的技术。
它利用半导体材料在不同电压下具有不同折射率这一特性来实现对激光二极管输出波长的调制。
通过改变电压大小可以改变光的波长，进而实现对光信号的调制。
3.功率控制功率控制是保证光模块输出功率稳定的重要手段。
它通过反馈机制来调整激光器的电流和温度，从而实现对输出功率的控制。
三、接收器原理1.光电二极管光电二极管是一种将光信号转换为电信号的器件。
当光子撞击到PN 结时，会产生少数载流子，这些载流子会在反向偏置下沿着PN结扩散，并在两端形成一个电压信号。
这个信号经过放大和处理后就可以得到原始的电信号。
2.前置放大器前置放大器是接收端用于放大弱信号的重要组成部分。
它通常由高增益、低噪声系数和高线性度等特性的放大器构成。
通过对输入信号进行放大和滤波，可以提高接收端对弱信号的灵敏度和可靠性。
四、总结本文介绍了光模块中发射器和接收器的原理。
发射器利用激光二极管、波长调制和功率控制等技术将电信号转换为光信号，并通过光纤传输。
接收器则利用光电二极管和前置放大器等技术将光信号转换为电信号。
这些技术的不断发展和完善，使得现代光通信系统具有更高的速率、更远的传输距离和更低的误码率等特性。
fe光模块
FE光模块简介FE光模块是一种用于光纤通信的组件，可实现光信号的传输和转换。
FE是指“Fiber Optic Ethernet”，即光纤以太网。
FE光模块通常应用于局域网（LAN）和广域网（WAN）等高速数据通信场景，具有高速传输、低功耗和抗干扰等特点。
模块结构FE光模块通常由光纤收发器、传输介质和连接接口等组成。
光纤收发器光纤收发器是FE光模块的核心部件，负责将电信号转换为光信号以进行传输，并将接收到的光信号转换为电信号。
其工作原理是利用激光器将电信号转换为光信号，并利用光电二极管将光信号转换为电信号。
传输介质FE光模块通常采用的传输介质是光纤，其具有较高的传输速率和较低的损耗。
光纤分为单模光纤和多模光纤，通常根据实际需求选择相应的光纤传输介质。
连接接口FE光模块的连接接口通常采用SC（Square Connector）接口或LC（Lucent Connector）接口，这两种接口都属于光纤连接器的一种。
工作原理FE光模块的工作原理主要分为发送和接收两个过程。
发送在发送数据时，FE光模块接收到电信号后，通过激光器将电信号转换为光信号，并通过光纤传输介质将光信号发送出去。
发送过程中，光信号会经过一系列光学电路和光调制器等组件的处理，以确保信号的稳定传输。
接收在接收数据时，FE光模块会通过光电二极管将光信号转换为电信号，并进行信号放大和整形处理。
然后，将电信号通过接口输出给接收端设备。
接收过程中，光信号会经过光电二极管、放大器和整形电路等组件的处理，以确保信号的高质量接收。
应用场景FE光模块广泛应用于局域网（LAN）和广域网（WAN）等高速数据通信场景。
它可实现不同设备之间的高速数据传输，在实际应用中起到了至关重要的作用。
一些常见的应用场景包括：•数据中心：FE光模块可用于将数据中心内的各种设备连接起来，实现高速数据传输和通信。
•企业网络：FE光模块可用于连接企业内部的各个部门和办公楼，实现高效的数据通信和共享。
探索光模块工作原理
探索光模块工作原理由于微电子技术、有源和无源光器件技术的发展，将传统的分离发射、接收模块组装在同一外壳中的光收发一体模块近年来已经成为普通光模块的主流产品。
虽然光模块的封装，速率，传输距离有所不同，但是其内部组成基本是一致的。
我们今天就来了解并探索光模块的工作原理。
光模块简介光模块是用于交换机与设备之间传输的载体，是光纤通信系统中的核心器件。
主要作用是发射端将设备的电信号转换成光信号，这样就可以在光纤中传播，有着电缆传播没有的优势，如传输距离、传输速率等，当传达至目的地时，再通过接收端将光信号转换回电信号，以便设备使用。
光模块结构光模块由光电子器件、功能电路和光接口等数个部分组成，光电子器件包括发射和接收两部分组成。
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，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。
经过前置放大器后输出相应码率的电信号，输出的信号通常为PECL电平。
同时，在输入光功率小于一定值后，将输出一个告警信号。
光模块分类光模块可以分为光接收模块，光发送模块，光收发一体模块和光转发模块等。
光收发一体化模块主要功能是实现光电/电光变换，包括光功率控制、调制发送，信号探测以及限幅放大判决再生功能，常见的有：SFP、SFF、SFP+、GBIC、XFP、1x9等。
光转发模块除了具有光电变换功能外，还集成了很多的信号处理功能，如：性能量采集及监控等功能，常见的光转发模块有：200/300pin，XENPAK，以及X2/XPAK等。
综上信息，我们可以得出，光模块的作用就可以理解为是发射与接收电信号的一个中转器，是电信号传输的桥梁。
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光模块基础知识
光模块基础知识光模块是一种集成光电子器件，通过将光信号转换为电信号或将电信号转换为光信号，实现光纤通信的传输和接收功能。
在光纤通信系统中，光模块扮演着重要的角色。
一、光模块的组成光模块由光发射器和光接收器两个基本部分组成。
1. 光发射器：光发射器采用半导体激光器或发光二极管，将电信号转换为光信号。
半导体激光器是一种将电能转换为光能的器件，通过电流注入产生激光。
发光二极管是一种将电能转换为光能的器件，通过电流注入产生非激光光源。
2. 光接收器：光接收器采用光电二极管或光电探测器，将光信号转换为电信号。
光电二极管是一种将光能转换为电能的器件，通过光照射产生电流。
光电探测器是一种将光能转换为电能的器件，通过光照射产生光电流。
二、光模块的工作原理光模块的工作原理可以简单描述为：在发送端，电信号通过光发射器转换为光信号，通过光纤传输到接收端；在接收端，光信号通过光接收器转换为电信号。
1. 发送端工作原理：电信号通过驱动电路控制光发射器，驱动电路将电信号转换为适合光发射器工作的电流或电压信号，进而激励光发射器发出相应的光信号。
光信号经过光纤传输到接收端。
2. 接收端工作原理：光信号通过光纤传输到接收端后，经过光接收器转换为电信号。
光接收器将光信号转换为电流或电压信号，并通过电路进行放大和处理，得到与原始电信号相对应的信号。
三、光模块的特性和参数光模块的特性和参数会直接影响到光纤通信系统的性能和可靠性。
1. 速率：光模块的速率指的是在光纤通信中传输的数据速率，通常以Gbps（千兆位每秒）为单位。
速率越高，传输的数据容量越大。
2. 波长：光模块的波长是指光信号在光纤中传播时的波长。
常见的波长有850nm、1310nm和1550nm等。
不同波长的光信号在光纤中传播的损耗和传输距离也会有所不同。
3. 传输距离：光模块的传输距离是指光信号在光纤中传输时的最大距离。
传输距离受到光纤损耗、光发射功率和光接收灵敏度等因素的影响。
光模块的工作原理
光模块的工作原理光模块是将光电器件和驱动电路封装在一起的集成光电设备。
它可以将电信号转换为光信号传输，在光通信和光网络中扮演着重要的角色。
下面就光模块的工作原理进行详细介绍。
光模块主要由光电子器件和电子驱动器件两部分组成。
第一部分是光电子器件，包括光源和光接收器。
光源可以是激光器或发光二极管（LED）。
激光器利用电流通过半导体材料，使电子和空穴复合产生一束相干的光。
发光二极管则通过电流的加入，使半导体材料发光，但光束相对较不相干。
光源的选择取决于不同的应用需求。
光接收器用于接收来自光纤的光信号，并将其转换为电信号。
光接收器主要有光电二极管和光电探测器。
光电二极管是一种灵敏度较低的光电子器件，它通过光的能量使内部的PN结电流改变，从而实现光电转换。
光电探测器则是一种高灵敏度的光接收器，常见的有光电二极管（PIN）和光电导（APD）两种。
它们都利用光的能量使待测量（电流或电压）改变，以实现光电转换。
第二部分是电子驱动器件，包括电子电路和封装等。
电子电路负责接收和处理输入信号，并根据传输需求产生相应的电流或电压信号。
通常，电子电路由驱动芯片和控制电路组成。
驱动芯片是光模块的核心部分，它能够将输入信号转换为合适的电流或电压信号，以控制光源的亮度和功率。
控制电路负责监测和管理光模块的工作状态，例如温度、电压和电流等。
1.信号调制：输入的电信号经过驱动芯片的处理，被调制成为适合传输的信号。
调制的方式可以是直接调制（直接将电信号转换为光信号）或间接调制（利用一定的调制技术实现，例如外差调制和相位调制等）。
2.光发射：调制后的信号通过激光器或发光二极管转换为光信号。
激光器产生相干的光束，而发光二极管产生比较不相干的光束。
此时，光信号已经可以传输到目标设备。
3.光传输：光信号通过光纤或其他光传输介质传输到目标设备。
光模块的光接口与光纤连接，并通过合适的连接技术（例如插入式连接器和融接连接器等）确保光的有效传输。
4.光接收：到达目标设备时，光信号被光接收器转换为电信号。
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内容摘要
1. 光模块在光通信设备中的作用 2. 光发射组件和光发射模块基本原理 3. 光接收组件和光接收模块基本原理 4. 单纤双向(收发一体)光模块基本原理 5. 用于PON的突发式光模块 6. 光模块发展趋势 7. 光模块常见失效模式
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LD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
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光发射组件(TOSA)
光发射组件是光发射模块的主要部件,其中 光源(半导体发光二极管或激光二极管)是核 心
偏置电压
PD/APD TIA
光接收组件(ROSA)
主放
判决/限幅放大
信号检测
DATA DATA SD/LOS
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光接收器件
光接收器件是利用光电效应把通信中光信 号转换为电信号的光电检测器
光纤通信中常用的光电检测器是PIN光电二 极管和雪崩光电二极管(APD)
PIN的响应度通常为
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消光比
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)
消光比是光发射机的一个非常重要的指标, 因为它反映了光信号的相对幅度
14.06.2ห้องสมุดไป่ตู้20
13
光眼图
将光发射模块输出的(NRZ码)光信号送入取 样示波器,就可以观察到光信号波形的“眼 图”
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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， 且具有较大的离散性
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限幅放大器
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
限幅放大器起的作用就是把TIA输出的幅度 不同的信号处理成等幅的数字信号
0.65～0.97A/W(λ=0.9～1.7μm)
APD是利用雪崩倍增效应使光电流得到倍 增的高灵敏度光电检测器,它可以使接收灵 敏度提高6～10dB
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前置(跨阻)放大器
经光电探测器产生的微弱信
号电流,由前置放大器转换成 Vcc
有足够幅度的信号电压输出 PIN
Rf
为适应高速率应用,前置放大
光脉冲信号的质量都可以在光眼图上观察到
光脉冲波形的上升时间、下降时间、过冲和 下冲应加以控制,以免降低接收灵敏度
光脉冲形状特性由眼图模板给出,眼图模板 在光通信系统的标准中都已做了具体的规定
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眼图模板
右图是ITU-T G.983.1 G.984.2 规定的上行 光信号的眼图模板
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光模块在通信设备中的作用
光模块的作用：完成光电转换和电光转换 信号通过光模块实现传输媒体的转换(光纤←→铜线)
电光转换
光发射 模块
LD,LED
E/O
电发射机
光纤
PD,APD
O/E
光电转换
光接收 模块
电接收机
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光发射模块
光发射模块是由将带 有信息的电信号转换 成光信号的转换装置 和将光信号送入光纤 RF输入 的传输装置组成
将LD芯片和监测光电二极管(MD)加上其他 元件封装在一个紧密结构中(TO同轴封装或 蝶形封装),就构成光发射组件(TOSA)
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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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驱动电路原理电路
LD调制电流输出电路原理图
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LD直流耦合接口电路原理图
器由跨阻放大器(TIA—
i
Tranimpedance Amplifier )构
A
成
u o =iR f
跨阻放大器就是一个I-V变换 器
跨阻放大器原理图
TIA中还有AGC功能电路，以 保证足够的信号动态范围
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光接收组件(ROSA)
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)
1244.16Mbps 2488.32Mbps
0.28/0.72 0.40/0.60
-0.20/0.80
--0.2/0.8 0.25/0.75
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光眼图实例
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光接收模块
光接收模块的作用是把经过传输后的微弱光信号 转换为电信号,并放大、整形恢复为原输入的电信 号；光接收模块的原理框图如下
右图是光发射模块的 示意图
MD LD
放大驱动电路 (电流开关)
光功率监控 自动功率控制
直流偏置
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光发射器件(FP-LD、DFB-LD)
法布里-帕罗型激光二极管(FP-LD)和分布 反馈激光二极管(DFB-LD)是光通信设备中 最常用的半导体光发射器件,与其他激光器 相比,LD具有体积小、重量轻、低功率驱动、 输出光功率大、调制方便、寿命长和易于 集成等一系列优点,这两种LD是目前在接入 网光模块中用得最多的光发射器件
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激光器驱动电路原理图
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驱动电路结构
一个典型的激光器驱动电路包括下列部分： 1. 差分电流开关电路—向LD输出调制电流 2. 偏置电流发生器—向LD提供直流偏置电流 3. 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 4. 故障告警、保护电路 5. 调制电流、偏置电流监控电路 6. 输入端整形电路(D触发器)
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1+y1
1 y2
幅 度 0.5
y1 0 −y10
x1 x2
x3 x4 1
1UI
x1/x4 x2/x3 x3－x2 y1/y2
155.52Mbps
0.15/0.85 0.36/0.65
-0.20/0.80
622.08Mbps
0.25/0.75 0.40/0.60
-0.20/0.80