小身材有大作用——光模組基礎知識（一）

   光模組體積雖小，但是在資料中心裡的作用卻不能被忽視，如果沒有它，無論什麼資料中心都將無法執行。尤其是在資料中心對頻寬要求越來越高的今天，光模組在一定程度上甚至已經制約了資料中心的發展，可以用“小身材有大作用”這句話來形容光模組所發揮的作用，這樣講一點也不誇張。光模組是什麼東東，和武漢海翎光電的小編一起了解一下吧！

    什麼是光模組？

    光模組(Optical Transceiver)由光電子器件、功能電路和光介面等組成，光電子器件包括髮射和接收兩部分。 光模組的作用就是光電轉換，傳送端把電訊號轉換成光訊號，透過光纖傳送後，接收端再把光訊號轉換成電訊號。

      結構

    開啟光模組的內部，我們可以看到其構造比較簡單，並不像想象中一樣涉及多麼複雜的電路，唯一一點就是對生產工藝要求比較高，工藝製作不好將大大影響其光路質量，導致無法與光模組對接，或者經常產生一些鏈路錯包，影響資料轉發等一系列問題。

圖為:光模組結構示意圖

     發射部分是（TX)：輸入一定位元速率的電訊號經內部的驅動晶片處理後驅動半導體鐳射器（LD）或發光二極體（LED）發射出相應速率的調製光訊號，其內部帶有光功率自動控制電路，使輸出的光訊號功率保持穩定。

    接收部分是(RX)：一定位元速率的光訊號輸入模組後由光探測二極體轉換為電訊號，經前置放大器後輸出相應位元速率的電訊號。

圖為： SFP封裝光模組的結構圖

    光模組由光器件、功能電路和光介面元件等組成，其中核心構成器件是光收發器件，主要包括TOSA，ROSA，BOSA。光收發器件成本佔光模組60%以上：

     光發射元件TOSA（Transmitter Optical Subassembly）：鐳射器、金屬結構件和陶瓷插芯等；

     光接收元件ROSA（Receiver Optical Subassembly）：PIN或APD檢測器、前置放大器及其它結構件；

     光發射接收元件BOSA（Biodirector Optical Subassembly）：鐳射器、檢測器、光學濾波片、金屬件、陶瓷套管和插芯。

     分類

    包括光接收模組，光傳送模組，光收發一體模組和光轉發模組等。

     光收發一體化模組英文名稱transceiver，簡稱光模組或者光纖模組，是光纖通訊系統中重要的器件。主要功能是實現光電/電光變換，包括光功率控制、調製傳送，訊號探測、IV 轉換以及限幅放大判決再生功能，此外還有防偽資訊查詢、TX-disable 等功能

     光轉發模組除了具有光電變換功能外，還整合了很多的訊號處理功能，如：MUX/DEMUX、CDR、功能控制、效能量採集及監控等功能。

    光模組可以按照封裝方式、傳輸速率、網路拓撲結構分類：

     按封裝形式分類：光模組可以分為1×9、GBIC、SFF、SFP、XFP、SFP+、SFP28、CFP4、QSFP等。

     按照傳輸速率分類：光模組可以分為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；傳輸速率是光模組重要的技術指標，高速率是發展趨勢。

     按照網路拓撲結構分類：可以分為點對點光模組和點對多點光模組（PON光模組），前者主要應用於資料中心、骨幹網、都會網路等；後者主要用於接入網的無源光網路（PON）中，如GPON、EPON、10GPON等。

圖為：光模組分類方式及類別

     基本指標

     輸出光功率：指光模組傳送端光源的輸出光功率。可以理解為 光的強度，單位為W或mW或dBm。其中W或mW為線性單位，dBm為對數單位。在通訊中，我們通常使用dBm來表示光功率。光功率衰減一半，降低3dB，0dBm的光功率對應1mW。

     接收靈敏度最大值

    接收靈敏度指的是在一定速率、誤位元速率情況下光模組的最小接收光功率，單位：dBm。 一般情況下，速率越高接收靈敏度越差，即最小接收光功率越大，對於光模組接收端器件的要求也越高。

    消光比用於衡量光模組質量的重要引數之一。

    它是指全調製條件下訊號平均光功率與空號平均光功率比值的最小值，表示0、1訊號的區別能力。

    光模組中影響消光比的兩個因素：偏置電流（bias）與調製電流（Mod），姑且看成ER=Bias/Mod。 消光比的值並非越大光模組越好，而是消光比滿足802.3標準的光模組才好。

      在數字光纖通訊系統中，理論上光發射機在傳送數字訊號過程中，發“0”碼時應無光功率輸出。但實際的光發射機由於光源器件本身的問題或是直流偏置選擇不當，致使發“0”碼時也有微弱的光輸出。理論分析表明，這種情況將導致接收機靈敏度下降，消光比EXT就是描述光發射機這種效能的指標。所謂消光比，是指鐳射器在發射全“1”碼時的光功率P1與全“0”碼時發射的光功率P0之比。

    光源的消光比將直接影響接收機的靈敏度，為了不使接收機的靈敏度明顯下降，消光比一般應大於10dB，如果鐳射器的偏置電流過大，會使消光比惡化從而降低接收機的靈敏度。

    設鐳射器閾值電流瓦，一般取如 =(0．85～0．95) 。令驅動脈衝電流的峰一峰值為 ，為避免結髮熱和碼型效應， 需滿足關係式 + =(1．2～1．3) 。

所謂結髮熱效應，是指即使在環境溫度不變的情況下，由於調製電流作用引起鐳射器結區溫度的變化，結果導致輸出光脈衝形狀發生變化的效應。在電流脈衝持續時間內，結溫隨時間的增加而增加，而輸出光功率卻隨時間增加而減小；電流脈衝過後，結溫隨時間減小，輸出的光功率卻隨時間增加，最後達到偏置電流的穩定值。所以如果同一連續的脈衝電流去調製鐳射器而脈衝電流的寬度又足夠寬，那麼由於結髮熱效應，光脈衝將出現調製失真。實驗證明，當偏流逼近閾值，並適當選擇調製電流幅度，對減小結髮熱效應是有利的。碼型效應的特點是脈衝序列中較長的連“0”碼後出現的“1”碼脈衝明顯減小。而且連“0”碼數目越多，調製速率越高，這種效應越顯。

    光飽和度

    又稱飽和光功率，指的是在一定的傳輸速率下，維持一定的誤位元速率（10-10～10-12）時的最大輸入光功率，單位：dBm。

    需要注意的是，光探測器在強光照射下會出現光電流飽和現象，當出現此現象後，探測器需要一定的時間恢復，此時接收靈敏度下降，接收到的訊號有可能出現誤判而造成誤碼現象，而且還非常容易損壞接收端探測器，在使用操作中應儘量避免超出其飽和光功率。

                                               

    SFP光模組

    SFP是SMALL FORM PLUGGABLE（ 小型可插拔）的縮寫，可以簡單的理解為 GBIC的升級版本。SFP模組體積比GBIC模組減少一半，只有大拇指大小。可以在相同的皮膚上配置多出一倍以上的埠數量。SFP模組的其他功能基本和GBIC一致。有些交換機廠商稱SFP模組為小型化GBIC（MINI-GBIC）

SFP光模組一般用於國產化交換機上較多。

    SFP分類

     速率分類：按照 速率分有155M/622M/1.25G/2.125G/4.25G/8G/10G，155M和1.25G市場上用的較多，10G的技術正在逐漸成熟，需求量正以上升的姿態發展。

    波長分類：

    按照 波長分有850nm/1310nm/1550nm/1490nm/1530nm/1610nm,波長為850nm為SFP多模，傳輸距離在2KM以下，波長是1310/1550nm的為單模， 傳輸距離在2KM以上，相對來說這三種波長的價格較其他三種要便宜。

    裸模組如果沒有標識很容易混淆，一般廠家會在拉環的顏色上進行區分，比如：黑色拉環的為多模，波長是850nm； 藍色是波長1310nm的模組；黃色則是波長1550nm的模組；紫色是波長1490nm的模組等。

    模式分類：

     多模：幾乎所有的多模光纖尺寸均為50/125um或62.5/125um，並且頻寬（光纖的資訊傳輸量）通常為200MHz到2GHz。多模光端機透過多模光纖可進行長達5公里的傳輸。以 發光二極體或 鐳射器為光源。拉環或者體外顏色為黑色。

    單模：單模光纖的尺寸為9-10/125µm，並且較之多模光纖具有無限量頻寬和更低損耗的特性。而單模光端機多用於長距離傳輸，有時可達到150至200公里。採用LD或光譜線較窄的LED作為光源。拉環或者體外顏色為藍色、黃色或者紫色。

    好了，光模組的基礎知識海翎光電的小編今天就介紹到這裡，下期我們們來看一下光模組的使用壽命分析。記得關注我呦！