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光模块基础知识详解

发布日期:2020-05-04 07:42 来源:未知 点击:

  近年来,随着数据中心间互联及内部交换机连接增加,对光模块的需求不断增加。2015年IDC光模块市场增速约为50%,到2019年IDC光模块销量将超过5000万只。未来4K视频、虚拟现实等技术带来流量增速不断超出预期,网络建设及系统升级对光模块的需求日益加大。

  那么什么是光模块?我们为什么要用光模块以及如何使用光模块呢?让我们跟随易飞扬的介绍去了解吧。

  光模块(optical module)由光电子器件、功能电和光接口等组成,光电子器件包括发射和接收两部分。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。

  在业内说的光模块,特指可热插拔的小型封装光模块,就是用在设备端口上的、可以在运行时进行热插拔的光模块,主要用来将设备(一般指的是交换机或者由器设备)中的电信号转换成光信号,然后通过一根光纤发射出去(由光模块的发射端实现),同时可以接收外部一根光纤发射过来的光信号且转换成电信号(通过光模块的接收端实现),输入到设备。

  光器件由少数几个光电子元件和IC、无源元件(如电阻、电容、电感、互感、微透镜、隔离器)、光纤及金属连线组合封装在一起,完成单项或少数机项功能的混合集成件。

  在数字通信系统中,码元同步是系统正常工作的必要条件。时钟和数据恢复电(Clock and Data Recovery-CDR)的作用就是在输入数据信号中提取时钟信号并找出数据和时钟正确的相位关系。

  光模块有许多参数,如封装、调制方式、传输距离、传输速率、中心波长、光纤类型、光口类型、工作温度范围、最大功耗等。

  光模块的尺寸由封装形式决定,光模块封装主要有:早期有300pin,XENPAK,X2等,后来渐渐被取代。GBIC,SFP,XFP,SFP+,SFP28,CSFP,QSFP,CXP,CFP,CFP2,CFP4,CFP8,CPAK,QSFP28,CDFP,Micro QSFP,QSFP-DD,OSFP,DSFP等封装形式不断升级。光模块正在朝着小型化、低功耗、低沉本、高速率、远距离、热插拔的方向发展着。

  指每秒传输比特数,单位Mb/s或Gb/s。光模块通过光纤传输的信号承载的数据容量是有限的,不同的光器件和调制技术决定了光模块的最大速率,光模块从最开始的155Mb/s到622Mb/s,1.25Mb/s,2.5Mb/s一直到10Gb/s,发展到后来出现了光摸快并行方式(Parallel),光模块的速率上升到了40Gb/s、100Gb/s,并且已经成功研发出400Gb/s的光模块。

  传输速率指每秒钟传输数据的比特数(bit),传输速率低至百兆,高达100Gbps,光模块按照速率来分有155M/622M/1.25G/2.125G/4.25G/8G/10G,市场上常用的多为155Mbps、1.25Gbps、2.5Gbps和10Gbps速率光模块,在光纤存储系统中光模块还有2Gbps、4Gbps和8Gbps这3种速率。SFP光模块支持千兆以太网、SONET、光纤通道和其他通信标准。

  光模块的工作波长其实是一个范围,为了方便描述才使用中心波长这个参数。中心波长的单位是纳米(nm),一般的中心波长有850nm、1310nm和1550nm,还有CWDM系列的1270nm-1610nm的(间隔20nm)和DWDM系列的1528nm-1623nm(间隔0.8nm或者0.4nm)。

  3)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)。

  因为不同波长的光在不同的光纤中都有自己的最佳工作窗口,为调整最佳工作波长或色散特性,改变折射率分布,将光纤分为:多模光纤(G.651)、普通单模光纤(G.652)、色散移位光纤(G.653)、非零色散移位光纤(G.655)等,常用的是G.651和G.652。一般多模光纤纤芯直径大,模式色散严重,所以用于短距离的信号传输;而单模光纤模式色散小,所以一般用于长距离的信号传输。

  光纤的纤芯直径。国际标准,多模光纤的光纤直径为62.5um和50um;单模光纤的光纤直径为9um。为光模块选择光纤时,应根据光模块支持的光纤直径选择光纤。

  光口指的是光模块连接光纤跳线的接口,一般有MPO、双工LC、单工LC和单工SC这几种类型。MPO光口根据光模块传输需要使用的光纤的数量又可以细分为MPO12(针对8根或者12根光纤)和MPO24(针对16根或者24根光纤)两种。

  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。

  使用光功率计测量。针对PON产品,由于其ONU端采用的是突发模式,因此需使用专用的光功率计进行测量,串接在线中,可以即时给出当前上行和下行的光功率。

  在模块的正常工作条件下,光模块输出的光功率。发射光功率指发射端的光强度,以dBm为单位,是影响传输距离的重要参数。两个光模块对接时,发送光功率应满足接收光功率的范围要求。

  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。

  考虑到光纤老化或其他不可预见因素导致的链损耗增大,最佳接收光功率范围控制在接收灵敏度以上2-3dB至过载点以下2-3dB。

  消光比是用于衡量光模块质量的参数之一。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。

  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。

  不同型号参数的模块功耗是不同的,同型号各品牌也稍有差别。千兆一般1W左右;SFP+万兆一般1.2-1.5w;XFP万兆短距1.5-2w,长距3.5w;100G根据封装不同,一般3.5-9w。

  目前市面上存在2种光模块,一种是原交换机品牌光模块,一种是高性能的兼容模块,两者之间的价格差距较大。品牌模块相对价格高,有我们熟知的思科、华为、华三等。而兼容模块就是可以兼容这些品牌。品牌模块为了自己同时挤压其它品牌会设置特别的读码,让客户不能使用其它品牌,而兼容的模块就是破解了里面的设置,同样可以配套使用,而兼容的价格便宜,性价比高,质量也会参差不齐。

  无论是在室内还是室外,使用光模块时必须采取防静电措施,必须在佩戴好防静电手套或防静电手环的情况下用手接触光模块。

  拿取光模块时严禁触摸光模块金手指,而且必须轻拿轻放,防止光模块受到和磕碰,如果取放时不慎磕碰,那么不再使用该光模块。

  在安装光模块时首先需用力将其插到底,然后感到轻微的震动或者听见“啪”的声响,代表光模块卡锁卡到位。插入光模块时,将拉手环闭合;插入之后,再拔一下光模块检查是否安装到位,若拔不出则表示已经插到底部了。

  拆卸光模块时需先拔出光纤跳线,然后将拉手拉到与光口成90度左右后,再缓慢取出光模块,强拉硬拽将光模块拉出。

  ESD是ElectroStatic Discharge缩写即“静电放电”,是一个上升时间可以小于1ns(10亿分之一秒)甚至几百ps(1ps=10000亿分之一秒)的非常快的过程,ESD可以产生几十Kv/m甚至更大的强电磁脉冲。

  静电会吸附灰尘,改变线间的,影响产品的功能与寿命; ESD的瞬间电场或电流产生的热,使元件受伤,短期仍能工作但寿命受到影响;甚至元件的绝缘或导体,使元件不能工作(完全)。ESD是不可避免,除了提高电子元器件的抗ESD能力,重要的是正确使用。

  通过本文对光模块详细介绍,相信您应该有了清楚的了解。易飞扬可为您提供多种类型的优质光模块,欲知更多详情可访问易飞扬官网。

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