史上最全的光模块介绍,看这一篇就够了!

图1-1 光模块工作原理图

图1-2 光模块的外观结构(以SFP封装举例说明)

表1-1 光模块各个结构的说明

结构
说明
1.防尘帽 保护光纤接头、光纤适配器、光模块的光接口以及其他设备的端口不受外部环境污染和外力损坏。
2.裙片 用于保证光模块和设备光接口之间良好的搭接,只在SFP封装的光模块上存在。
3.标签 用于标识光模块的关键参数及厂家信息等。
4.接头 用于光模块和单板之间的连接,传输信 ,给光模块供电等。
5.壳体 保护内部元器件,主要有1*9外壳和SFP外壳两种。
6.接收接口(Rx) 光纤接收接口。
7.发送接口(Tx) 光纤发送接口。
8.拉手扣 用于拔插光模块,且为了辨认方便,不同波段所对应的拉手扣的颜色也是不一样的。

图1-3激光器工作示意图

  • 光信 的中心波长

在发射光谱中,连接50℅最大幅度值线段的中点所对应的波长。不同种类的激光器或同一种类的两个激光器,由于工艺、生产等原因都会有中心波长的差异,即使同一激光器在不同条件下也可能会有不同的中心波长。一般,光器件和光模块的制造商,提供给用户一个参数,即中心波长(如850nm),这个参数一般会是一个范围。目前常用的光模块的中心波长主要有三种:850nm 波段、1310nm 波段以及1550nm 波段。

为什么定义在这三个波段呢与光信 的传输介质光纤损耗有关。通过不断研究实验,人们发现光纤损耗通常随波长加长而减小,850nm损耗较少,900 ~ 1300nm损耗又变高了;而1310nm又变低, 1550nm损耗最低,1650nm以上的损耗趋向加大。所以850nm就是所谓的短波长窗口,1310nm 和1550nm就是长波长窗口。

光模块接收端

  • 过载光功率

又称饱和光功率,是指光模块在一定的误码率(BER=10-12)条件下,接收端组件所能接收的最大输入平均光功率。单位是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 有可能出现误判而造成误码现象。简单的说,输入光功率超过的了这个过载光功率,可能就会对设备造成损害,在使用操作中应尽量避免强光照射,防止超出过载光功率。

  • 接收灵敏度

接收灵敏度是指光模块在一定的误码率(BER=10-12)条件下,接收端组件所能接收的最小平均输入光功率。如果发射光功率指的发送端的光强度,那么接收灵敏度指的就是光模块可以探测到的光强度。单位是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。

  • 接收光功率

接收光功率是指光模块在一定的误码率(BER=10-12)条件下,接收端组件所能接收的平均光功率范围。单位是dBm。接收光功率的上限值为过载光功率,下限值为接收灵敏度的最大值。

综合来讲,就是当接收光功率小于接收灵敏度,可能无法正常接收信 ,因为光功率太弱了。当接收光功率大于过载光功率时,可能也无法正常接收信 ,因为存在误码现象。

综合性能指标

  • 接口速率

光器件所能承载的无误码传输的最大电信 速率,以太 标准规定的有:125Mbit/s、1.25Gbit/s、10.3125Gbit/s、41.25Gbit/s。

  • 传输距离

光模块可传输的距离主要受到损耗和色散两方面受限。损耗是光在光纤中传输时,由于介质的吸收散射以及泄漏导致的光能量损失,这部分能量随着传输距离的增加以一定的比率耗散。色散的产生主要是因为不同波长的电磁波在同一介质中传播时速度不等,从而造成光信 的不同波长成分由于传输距离的累积而在不同的时间到达接收端,导致脉冲展宽,进而无法分辨信 值。

在光模块色散受限方面,其受限距离远大于损耗的受限距离,可以不做考虑。损耗限制可以根据公式:损耗受限距离=(发射光功率-接受灵敏度)/光纤衰减量 来估算。光纤的衰减量和实际选用的光纤强相关。

封装类型
SFP+光模块
基本解释
SFP+(Small Form-factor Pluggable Plus)光模块:指速率提升的SFP模块,因为速率提升,所以对EMI敏感,壳子上面的裙片做的多了,配对的笼子也相对缩紧了。
外观图
封装类型
QSFP+光模块
基本解释
QSFP+(Quad Small Form-factor Pluggable)光模块:四通道小型可热插拔光模块。QSFP+光模块支持MPO光纤连接器,相比SFP+光模块尺寸更大。
外观图
封装类型
CFP光模块
基本解释
CFP(Centum Form-factor Pluggable)光模块:长×宽×高尺寸定义为144.75mm×82mm×13.6mm,是一种高速的可以热插拔的支持数据通信和电信传输两大应用的新型光模块标准。
外观图
封装类型
QSFP-DD光模块
基本解释
QSFP-DD((Quad Small Form Factor Pluggable-Double Density))光模块:双密度四通道小型可插拔封装光模块,是QSFP-DD MSA小组定义的一种高速可插拔模块。
外观图

如何看懂光模块的命名

光模块失效的主要原因及防护措施

光模块失效的主要原因

光模块失效的主要原因是ESD损伤导致的光模块性能变差,以及光口污染和损伤引起的光链路不通。光口污染和损伤的原因主要有:

  1. 光模块的光口暴露在环境中,光口有灰尘进入而污染。

  2. 使用的光纤连接器端面已经污染,光模块的光口被二次污染。

  3. 带尾纤的光接头端面使用不当,比如:端面划伤等。

  4. 使用了劣质的光纤连接器。

如何有效的防护光模块失效,主要分为ESD防护物理防护两种。

ESD防护

ESD损伤是造成光器件性能变差、甚至器件光电功能丧失的一个主要问题。另外ESD损伤的光器件不易测试筛选,若失效很难快速地定位出来。

操作说明

  1. 光模块在使用前的运输、转移过程中,必须在防静电包装内,不得随意取出,随意摆放。

图1-5 防静电标识示意图

图1-7 防静电手套示意图

说明:严禁为方便安装,光模块从防静电包装被取出随意堆放,不做任何防护,犹如废品回收站。

物理保护

光模块内部激光器以及温度控制电路(TEC)较为脆弱,收到撞击后容易断裂或脱落,因此在运输和使用过程中都应注意物理防护。

光口沾污物用清洁棉棒轻擦即可,非专用清洁棒可能对光口造成损伤,清洁棉棒使用时用力过大可能导致棉棒中金属划伤陶瓷端面。

光模块的插入和拔出设计都以人手工操作模拟,推力与拉力设计也是模拟人工操作,安装与拆卸过程中不得使用器具类进行。

操作说明

  1. 光模块应用时注意轻拿轻放,防止跌落;

  2. 光模块插入时用手推入,不能使用其他金属工具进行;拔出时,先将拉环打开到解锁位置再拉拉环,不能使用其他金属工具进行。

    图1-11 用棉棒清洁光模块光口

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