文本以SFP光模块的内部实现为案例，介绍数字电信 的光信 调制解调的基本原理。
即如何把二进制的数字电信 调制到光信 上进行传输，反之，如何从光信 中解调出二进制的数字电信 。
这部分的调制解调，完全是有SFP硬件实现的，不需要软件的编码。
1. SFP光通信在100M 以太 数组通信中的位置
在《以太 通信案例及其物理层工作原理深入剖析》一文中，已经深入探讨了以太 MAC层和物理层在数据通信中涉及到的关键技术。
文本主要探讨SFP光通信中的关键技术：数字信 的光调制原理。
SFP光通信在以太 通信中，属于物理层的PMD子层（Physical Medium Dependent sublayer ），即物理介质相关子层。
该子层的主要任务是把差分的数字电信 ，调制到光信 上，通过光纤信道，进行远程有线传输。同时对光纤上的光信 进行解调，获取被调制的差分的数字电信 。
2. SFP简介
光通信（Optical Communication）是以光波为载波的通信方式。
光模块是光通信的核心器件，是通过光电转换来实现设备间信息传输的接口模块，由接收部分和发射部分组成。其中发送端把电信 转换成光信 ，通过光纤传送后，接收端再把光信 转换成电信 ，传输媒质为光纤。
SFP （Small Form-factor Pluggable）小型封装的电信 转换为光信 的接口器件。在电信和数据通信的光通信有广泛的应用。
3. SFP的硬件连接原理图
TXD+和TxD-：待发送的差分电信
RXD+和RxD-：已接收的差分电信
Tx Disable：使能光口的信 发送
Tx False：发送出错指示
LOS: Lost Of Signal指示，即光模块检测不到接收光信 。
MOD0DEF0-2：I2C总线读取EEPROM内容。
4. SFP内部模块组成与工作原理
发送方向：
（1）FP/DFB Laser Device：激光发送器
（2）Laser Driver：激光驱动器
接收方向：
PIN/APD detector：激光检测器或激光接收机
TIA:
LP Filter：低通滤波器
AMP Limiter：限幅放大器
Line Driver：电信 驱动器，用于产生接收差分电信 。
4.1 SFP电信 的调制与光信 的发送
基本思想：
光信 本身就是电磁波信 ，SFP的光信 调制是利用电磁波信 幅度来标识0和1的，就2-ASK调制。
用光信 的强度表示电信 的电压幅度。
电磁波的频率的区别只在于传输信道对不同频率电磁波信 的衰减特性不同而已。
4.1.1 FP/DFB Laser Device：激光发射器或称为发光器
发光器在激光驱动器的控制下，发出光信 。
常见的发光器有两大类：
发光二极管LED与激光二极管。
发光二极管，简称为LED：
发光二极管是一种常用的发光器件，通过电子与空穴复合释放能量发光，它在照明领域应用广泛。
虽然发光二极管能够发送几毫瓦的光功率，光功率与其施加的电压成正比， 但是发光二极管LED发出的光的方向性较差，之后1%-2%的光信 能够耦合到光纤中进行传输，价格低廉，只有在速率比较低的场合下才会应用到，比如100米光传输距离的场合。
激光二极管：
激光二极管中的P-N结由两个掺杂的砷化镓层形成。它有两个平端结构，平行于一端镜像（高度反射面）和一个部分反射。要发射的光的波长与连接处的长度正好相关。
当P-N结由外部电压源正向偏置时，电子通过结而移动，并像普通二极管那样重新组合。当电子与空穴复合时，光子被释放。这些光子撞击原子，导致更多的光子被释放。
随着正向偏置电流的增加，更多的电子进入耗尽区并导致更多的光子被发射。最终，在耗尽区内随机漂移的一些光子垂直照射反射表面，从而沿着它们的原始路径反射回去。反射的光子再次从结的另一端反射回来。光子从一端到另一端的这种运动连续多次。在光子运动过程中，由于雪崩效应，更多的原子会释放更多的光子。这种反射和产生越来越多的光子的过程产生非常强烈的激光束。在上面解释的发射过程中产生的每个光子与在能级，相位关系和频率上的其他光子相同。因此，发射过程给出单一波长的激光束。
为了产生一束激光，必须使激光二极管的电流超过一定的阈值电平。低于阈值水平的电流迫使二极管表现为普通的LED，发出非相干光。
激光的强度与施加二极管两端的电流成正比。
激光二极管的种类：
（1）VCSEL激光器(VerticalCavitySurfaceEmittingLaser,VCSEL)简称垂直腔面射激光器。
它以砷化镓半导体材料为基础研制，有别于LED（发光二极管）和LD(Laser Diode，激光二极管)等其他光源，具有体积小、圆形输出光斑、单纵模输出、阈值电流小、价格低廉、易集成为大面积阵列等优点，广泛应用与光通信、光互连、光存储等领域。
（2）FP激光器
FP（Fabry-perot）激光器是以FP腔为谐振腔，发出多纵模相干光的半导体发光器件。
FP激光器主要用于低速率短距离传输，比如传输距离一般在20公里以内，速率一般在1.25G以内，
FP的分两种波长，1310nm/1550nm，这两种波长，在光纤信道中传输时，衰减较小。
（3）DFB激光器
DFB激光器是在FP激光器的基础上采用光栅虑光器件使器件只有一个纵模输出。
DFB( Distributed Feedback Laser)一般也用2种波长1310nm、1550nm，
分为制冷和无制冷，主要用于高速中长距离传输，传输距离一般在40公里以上。
FP与DFB激光器的主要区别是：谱宽不一样，
DFB激光器的谱宽一般都比较窄，是分布式负反馈的单纵模。
而FP激光器的谱宽相对比较宽，是一个多纵模的激光器。
它们的工作波长、阀值电流和正向电压也有所不同。
输入电流与光信 幅度/强度的关系：
上图可以看出：
（1）输入的电流必须大于其阈值电流，激光器才开始发光，输入小于阈值电流时，激光器是不发光的，因此必须保证待调制的二进制数据的物理电信 电压幅度大于一定的幅度（电压/电阻=电流）。
因此二进制数字调制的本质是ASK：
ASK ——幅移键控调制，把二进制电信 的符 0和1，分别用载波信 不同的幅度来表示。
在上述调制中，有光信 表示高电平电信 ，无光信 表示电平电信 （幅度为0）。
上述蓝色的信 就是载波电磁波信 =》 把二进制信 转换成了N个周期的正弦波信 ，N的个数取决于二进制信 的持续时间，即二进制信 的数据速率！
载波信 为一定波长，如1310ns或850ns或1510ns的光波。
（2）电压的幅度与光信 强度成正比。
因此，在上述图形示意的调制中，要确保低电平信 产生的电流小于激光器的阈值电流。
4.1.2 Laser Driver：激光驱动器
产生激光器发光所需要的电流。
SFP模块的电信 输入是差分信 Tx+和Tx-, 激光驱动器（输入电路）的作用：把差分电信 Tx+/Tx-转换成能够驱动激光器所需要电流的电信 。
4.2 SFP光信 的接收与电信 的解调
4.2.1 PIN/APD detector：激光检测器或激光接收机
4.2.2 TIA:
TIA跨阻放大器Transimpedanceamplifier.
用于光通信系统中，将微弱的光信 转换成后微软的电信 进行一定强度低噪声放大。
光电流通过跨阻放大器放大输出，这样就实现了光信 转换成电信 进而将电信 初步放大的功能。
我们会根据TIA的要求，采用-5.2V、3.3V或其它的供电形式，用不同的外围电路形式来完成封装。
4.2.3 LP Filter：低通滤波器
低通滤波(Low-pass filter) 是一种过滤方式，规则为低频信 能正常通过，而超过设定临界值的高频信 则被阻隔、减弱。
4.2.4 AMP Limiter：电流限制器
用于防止光信 强度过大是，生产过大的电流信 ，破坏后续的电子电路。
4.2.5 Line Driver：电信 驱动器
把接收到的激光信 对应的电信 ，转换成接收差分电信 。
从4.2.1的激光接收机到到4.2.5的电信 驱动器，把调制的电信 从接收到的光信 中恢复出来的整个过程，即为解调的过程。
参考：
光模块原理简介 https://wenku.baidu.com/view/4d65d55d0722192e4536f6e8.html
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