原创 小身材有大作用——光模块基础知识（一）

   光模块体积虽小，但是在数据中心里的作用却不能被忽视，如果没有它，无论什么数据中心都将无法运行。尤其是在数据中心对带宽要求越来越高的今天，光模块在一定程度上甚至已经制约了数据中心的发展，可以用“小身材有大作用”这句话来形容光模块所发挥的作用，这样讲一点也不夸张。光模块是什么东东，和武汉海翎光电的小编一起了解一下吧！

    什么是光模块？

    光模块(Optical Transceiver)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。光模块的作用就是光电转换，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。

    结构

    打开光模块的内部，我们可以看到其构造比较简单，并不像想象中一样涉及多么复杂的电路，唯一一点就是对生产工艺要求比较高，工艺制作不好将大大影响其光路质量，导致无法与光模块对接，或者经常产生一些链路错包，影响数据转发等一系列问题。

图为:光模块结构示意图

    发射部分是（TX)：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(RX)：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。

图为：SFP封装光模块的结构图

    光模块由光器件、功能电路和光接口组件等组成，其中核心构成器件是光收发器件，主要包括TOSA，ROSA，BOSA。光收发器件成本占光模块60%以上：

    光发射组件TOSA（Transmitter Optical Subassembly）：激光器、金属结构件和陶瓷插芯等；

    光接收组件ROSA（Receiver Optical Subassembly）：PIN或APD检测器、前置放大器及其它结构件；

    光发射接收组件BOSA（Biodirector Optical Subassembly）：激光器、检测器、光学滤波片、金属件、陶瓷套管和插芯。

    分类

    包括光接收模块，光发送模块，光收发一体模块和光转发模块等。

    光收发一体化模块英文名称transceiver，简称光模块或者光纤模块，是光纤通信系统中重要的器件。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、IV 转换以及限幅放大判决再生功能，此外还有防伪信息查询、TX-disable 等功能

    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：MUX/DEMUX、CDR、功能控制、性能量采集及监控等功能。

    光模块可以按照封装方式、传输速率、网络拓扑结构分类：

    按封装形式分类：光模块可以分为1×9、GBIC、SFF、SFP、XFP、SFP+、SFP28、CFP4、QSFP等。

    按照传输速率分类：光模块可以分为155Mb/s、622Mb/s、1.25Gb/s、2.5Gb/s、2.97Gb/s、4.25Gb/s、6.5Gb/s、8.5Gb/s、10Gb/s、25Gb/s、40Gb/s、100Gb/s、200Gb/s、400Gb/s等；传输速率是光模块重要的技术指标，高速率是发展趋势。

    按照网络拓扑结构分类：可以分为点对点光模块和点对多点光模块（PON光模块），前者主要应用于数据中心、骨干网、城域网等；后者主要用于接入网的无源光网络（PON）中，如GPON、EPON、10GPON等。

图为：光模块分类方式及类别

    基本指标

    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。光功率衰减一半，降低3dB，0dBm的光功率对应1mW。

    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。

    消光比用于衡量光模块质量的重要参数之一。

    它是指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。

      在数字光纤通信系统中，理论上光发射机在传送数字信号过程中，发“0”码时应无光功率输出。但实际的光发射机由于光源器件本身的问题或是直流偏置选择不当，致使发“0”码时也有微弱的光输出。理论分析表明，这种情况将导致接收机灵敏度下降，消光比EXT就是描述光发射机这种性能的指标。所谓消光比，是指激光器在发射全“1”码时的光功率P1与全“0”码时发射的光功率P0之比。

    光源的消光比将直接影响接收机的灵敏度，为了不使接收机的灵敏度明显下降，消光比一般应大于10dB，如果激光器的偏置电流过大，会使消光比恶化从而降低接收机的灵敏度。

    设激光器阈值电流瓦，一般取如 =(0．85～0．95) 。令驱动脉冲电流的峰一峰值为 ，为避免结发热和码型效应， 需满足关系式 + =(1．2～1．3) 。

所谓结发热效应，是指即使在环境温度不变的情况下，由于调制电流作用引起激光器结区温度的变化，结果导致输出光脉冲形状发生变化的效应。在电流脉冲持续时间内，结温随时间的增加而增加，而输出光功率却随时间增加而减小；电流脉冲过后，结温随时间减小，输出的光功率却随时间增加，最后达到偏置电流的稳定值。所以如果同一连续的脉冲电流去调制激光器而脉冲电流的宽度又足够宽，那么由于结发热效应，光脉冲将出现调制失真。实验证明，当偏流逼近阈值，并适当选择调制电流幅度，对减小结发热效应是有利的。码型效应的特点是脉冲序列中较长的连“0”码后出现的“1”码脉冲明显减小。而且连“0”码数目越多，调制速率越高，这种效应越显。

    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。

   SFP光模块

    SFP是SMALL FORM PLUGGABLE（ 小型可插拔）的缩写，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，只有大拇指大小。可以在相同的面板上配置多出一倍以上的端口数量。SFP模块的其他功能基本和GBIC一致。有些交换机厂商称SFP模块为小型化GBIC（MINI-GBIC）

SFP光模块一般用于国产化交换机上较多。

    SFP分类

    速率分类：按照 速率分有155M/622M/1.25G/2.125G/4.25G/8G/10G，155M和1.25G市场上用的较多，10G的技术正在逐渐成熟，需求量正以上升的姿态发展。

    波长分类：

    按照 波长分有850nm/1310nm/1550nm/1490nm/1530nm/1610nm,波长为850nm为SFP多模，传输距离在2KM以下，波长是1310/1550nm的为单模， 传输距离在2KM以上，相对来说这三种波长的价格较其他三种要便宜。

    裸模块如果没有标识很容易混淆，一般厂家会在拉环的颜色上进行区分，比如：黑色拉环的为多模，波长是850nm；蓝色是波长1310nm的模块；黄色则是波长1550nm的模块；紫色是波长1490nm的模块等。

    模式分类：

    多模：几乎所有的多模光纤尺寸均为50/125um或62.5/125um，并且带宽（光纤的信息传输量）通常为200MHz到2GHz。多模光端机通过多模光纤可进行长达5公里的传输。以 发光二极管或 激光器为光源。拉环或者体外颜色为黑色。

   单模：单模光纤的尺寸为9-10/125µm，并且较之多模光纤具有无限量带宽和更低损耗的特性。而单模光端机多用于长距离传输，有时可达到150至200公里。采用LD或光谱线较窄的LED作为光源。拉环或者体外颜色为蓝色、黄色或者紫色。

    好了，光模块的基础知识海翎光电的小编今天就介绍到这里，下期咱们来看一下光模块的使用寿命分析。记得关注我呦！