07.08 認識和選用光模塊

如何選用光模塊

一、認識光模塊

定義：

光模塊：也就是光收發一體模塊

結構：

光收發一體模塊由光電子器件、功能電路和光接口等組成，光電子器件包括髮射和接收兩部分。

發射部分是：輸入一定碼率的電信號經內部的驅動芯片處理後驅動半導體激光器（LD）或發光二極管（LED）發射出相應速率的調製光信號，其內部帶有光功率自動控制電路，使輸出的光信號功率保持穩定。

接收部分是：一定碼率的光信號輸入模塊後由光探測二極管轉換為電信號。經前置放大器後輸出相應碼率的電信號，輸出的信號一般為PECL電平。

同時在輸入光功率小於一定值後會輸出一個告警信號。

分類：

按應用分類：

以太網應用的速率：100Base（百兆）、1000Base（千兆）、10GE

SDH應用的速率：155M、622M、2.5G、10G

按封裝分類：

按照封裝分：1×9、SFF、SFP、GBIC、XENPAK、XFP，各種封裝見

1×9封裝——焊接型光模塊，一般速度不高於千兆，多采用SC接口

SFF封裝-——焊接小封裝光模塊，一般速度不高於千兆，多采用LC接口

GBIC封裝——熱插拔千兆接口光模塊，採用SC接口

SFP封裝——熱插拔小封裝模塊，目前最高數率可達4G，多采用LC接口

XENPAK封裝——應用在萬兆以太網，採用SC接口

XFP封裝——10G光模塊，可用在萬兆以太網，SONET等多種系統，多采用LC接口

按激光器分類：

LED、VCSEL、FP LD、DFB L

按波長分類：

850nm、1310nm、1550nm等

按使用方式分類：

非熱插拔（1×9、SFF），可熱插拔（GBIC、SFP、XENPAK、XFP）

二、光模塊的參數及意義

光模塊有很多很重要的光電技術參數，但對於GBIC和SFP這兩種熱插拔光模塊而言，選用時最關注的就是下面三個參數：

中心波長：

單位納米（nm），目前主要有3種：

850nm（MM，多模，成本低但傳輸距離短，一般只能傳輸500M）；

1310nm (SM，單模，傳輸過程中損耗大但色散小，一般用於40KM以內的傳輸)；

1550nm (SM，單模，傳輸過程中損耗小但色散大，一般用於40KM以上的長距離傳輸，最遠可以無中繼直接傳輸120KM)；

傳輸速率：

每秒鐘傳輸數據的比特數（bit），單位bps。

目前常用的有4種: 155Mbps、1.25Gbps、2.5Gbps、10Gbps等。傳輸速率一般向下兼容，因此155M光模塊也稱FE（百兆）光模塊，1.25G光模塊也稱GE（千兆）光模塊，這是目前光傳輸設備中應用最多的模塊。此外，在光纖存儲系統（SAN）中它的傳輸速率有2Gbps、4Gbps和8Gbps；

傳輸距離：

光信號無需中繼放大可以直接傳輸的距離，單位千米（也稱公里，km）。

光模塊一般有以下幾種規格：多模550m，單模15km、40km、80km和120km等等。

除以上3種主要技術參數（波長，速率，距離）外，光模塊還有如下幾個基本概念，這些概念只需簡單瞭解就行：

激光器類別：

激光器是光模塊中最核心的器件，將電流注入半導體材料中，通過諧振腔的光子振盪和增益射出激光。目前最常用的激光器有FP和DFB激光器，它們的差異是半導體材料和諧振腔結構不同，DFB激光器的價格比FP激光器貴很多。傳輸距離在40KM以內的光模塊一般使用FP激光器；傳輸距離≥40KM的光模塊一般使用DFB激光器；

損耗和色散：

損耗是光在光纖中傳輸時，由於介質的吸收散射以及洩漏導致的光能量損失，這部分能量隨著傳輸距離的增加以一定的比率耗散。色散的產生主要是因為不同波長的電磁波在同一介質中傳播時速度不等，從而造成光信號的不同波長成分由於傳輸距離的累積而在不同的時間到達接收端，導致脈衝展寬，進而無法分辨信號值。這兩個參數主要影響光模塊的傳輸距離，在實際應用過程中，1310nm光模塊一般按0.35dBm/km計算鏈路損耗，1550nm光模塊一般按0.20dBm/km計算鏈路損耗，色散值的計算非常複雜，一般只作參考；

發射光功率和接收靈敏度：

發射光功率指光模塊發送端光源的輸出光功率，接收靈敏度指在一定速率、誤碼率情況下光模塊的最小接收光功率。這兩個參數的單位都是dBm(意為分貝毫瓦，功率單位mw的對數形式，計算公式為10lg，1mw折算為0dBm)，主要用來界定產品的傳輸距離，不同波長、傳輸速率和傳輸距離的光模塊光發射功率和接收靈敏度都會不同，只要能確保傳輸距離就行；

光模塊的使用壽命：

國際統一標準，7Х24小時不間斷工作5萬小時（相當於5年）；

光纖接口：

SFP光模塊都是LC接口的，GBIC光模塊都是SC接口的，其他接口還有FC和ST等；

工作溫度：0~+70℃；

儲藏溫度：-45~+80℃；

工作電壓：3.3V；

工作電平：TTL。

三、選用光模塊的參考知識

光纖連接器的分類和主要規格參數：

光纖連接器是在一段光纖的兩頭都安裝上連接頭，主要作光配線使用。

按照光纖的類型分：單模光纖連接器（一般為G.652纖：光纖內徑9um，外徑125um），多模光纖連接器

按照光纖連接器的連接頭形式分：FC，SC，ST，LC，MU，MTRJ等等，目前常用的有FC，SC，ST，LC，

按照光纖連接器連接頭內插針端面分：PC，SPC，UPC，APC

按照光纖連接器的直徑分：Φ3，Φ2, Φ0.9

光纖連接器的性能主要有光學性能、互換性能、機械性能、環境性能和壽命。其中最重要的是插入損耗和回波損耗這兩個指標。

光模塊發射光功率和接收靈敏度：

發射光功率指發射端的光強，接收靈敏度指可以探測到的光強度。兩者都以dBm為單位，是影響傳輸距離的重要參數。光模塊可傳輸的距離主要受到損耗和色散兩方面受限。損耗限制可以根據公式：損耗受限距離＝（發射光功率-接收靈敏度）/光纖衰減量 來估算。光纖衰減量和實際選用的光纖相關。一般目前的G.652光纖可以做到1310nm波段0.5dB/km，1550nm波段0.3dB/km甚至更佳。50um多模光纖在850nm波段4dB/km 1310nm波段2dB/km。對於百兆、千兆的光模塊色散受限遠大於損耗受限，可以不作考慮。

10GE光模塊遵循802.3ae的標準，傳輸的距離和選用光纖類型、光模塊光性能相關。

飽和光功率值指光模塊接收端最大可以探測到的光功率，一般為-3dBm。當接收光功率大於飽和光功率的時候同樣會導致誤碼產生。因此對於發射光功率大的光模塊不加衰減迴環測試會出現誤碼現象。

經驗問答：

2.5G貌似是STM-16 那2.125是個什麼概念？是不是SDH的方式只能用單模傳輸？

我這裡同機房內設備互聯POS口的都是用的單模。產品介紹上寫它能承載2.125G/2.5G 850NM 光模塊能承載2.5G業務。pos口能接多模纖？不能的話為什麼不能？實用中單模 多模除了在傳輸距離上體現差異。設備接口對單模，多模有啥強制要求沒？原因。

我就想知道2.125 這個值是咋來的 常見的光模塊一般都是 155M 對應STM-1 622M對應STM-4 1.25G 我這裡用作以太網的GE端口互聯。2.5G用作STM-16 那2.125這個數是哪來的 根據什麼標準啊。

我這裡的2.125G光模塊 都當普通1GE的光模塊用著呢。還有我這裡同機房2個設備POS口互聯就這麼幾米都用得單模，我想一定是有他得理由的吧。

光2.5和2.125只是數據和傳輸領域不同的標準造成的，其實從光模塊生產商角度來說，這兩者完全可能是相同的。至於什麼設備要求必須用單模或者用多模倒沒聽說過，主要看傳輸需求，應該不存在某類型設備必須用單模或者多模的情況。 2.125是根據fiber channel的要求來的，具體是什麼標準不曉得。華為現在用的千兆模塊就是2.125G的。至於幾米就用單模的原因，還是不要瞎猜的好，因為原因甚至有可能是技術人員有什麼就用什麼了，懶得再找多模的。