光器件和芯片的结构介绍
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➢ 按功能划分：发射模块，接收模块，收发合一模块 (transceiver,)
➢ 按封装划分：1×9/ 2×9/SFF/GBIC/SFP/XFP/300pin等 ➢ 按使用条件划分：热插拔 (GBIC/SFP/XFP) 带插针
(1×9/2×9/SFF) ➢ 按应用划分：SDH/SONET, Ethernet, Fiber Channel,
光器件结构图
光器件分类
➢ 如按功能，可分为： 光发射器件 光接收器件
➢ 按结构，可分为： TO器件(TOSA， ROSA，BOSA)； DIP（或Butterfly）器件； 表面贴装（surface mount) 器件等；
➢ 按传输速率，可分为 155M、622M、1.25G、2.5G、10G等；
响应度： I PIN R • P
需加5～10V反偏电压
APD探测器
APD探测器： 雪崩光电探测器（Avalanche photodetector） 响应度：
I APD M • RP
M与温度和反偏电压有关 需加30～60V反偏电压
激光器
➢ FP LD (Fabry-Perot Laser) ➢ DFB LD (Distributed-Feedback Laser) ➢ VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)
跨阻放大器（TIA）
Vcc i
Rf
i
A
u o =iR f
➢ 低的等效输入噪声电流 ➢ 高输入阻抗，低输入电容 ➢ 足够宽的通频带fH≈0.75×工作
速率
➢ 宽动态范围 ➢ Rf 要足够大，以保证有足够大
的输出电压
(b)
这种I-V变换电路中有一个负反 馈电阻Rf，所以又被称做跨阻来自百度文库放大器（TIA）
主放
➢ 传输距离，工作波长，工作方式等
探测器
光探测器 作用把光信号转变为电信号的器件.
➢ PIN探测器 P型掺杂、本征（I）和N型掺杂。
➢ APD探测器 内部具有光电倍增(或称雪崩)光电二极管.（
Avalanche Photodetector)
PIN探测器
PIN探测器即P-I-N 探测器：P型掺杂＋Intrinsic＋N型掺杂
D Flip-Flop
驱动芯片
➢ 激光器驱动（电流） ➢ 调制器驱动（电压）
MUX &DeMUX
➢ MUX：16路并行 数据输入，经过并串转换，输出数 据。（如并行数据输入为622Mb/s ，那么输出数据为 9.95Gb/s）
➢ DeMUX：则反过来，输入数据经过串并转换，输出16 路并行 数据
限幅放大器 自动增益控制放大器
LA：转换速度快，功耗低，但是非线性限制了其应用 AGC： 在很大的动态范围都是线性的，应用范围广。例如：带均衡 器的接收机。
时钟和数据恢复（CDR）电路
在数字通信系统中，码元同步是系统正常工作的必要条件。 时钟和数据恢复电路（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
直接调制
P1 P0
利用电信号的‘1’和‘0’ 控制激光器的电流大小。
EA调制
激光器一直处于发光状态，电信号‘1’、‘0’ 作用于电吸 收调制器。 来控制激光器出光大小。
➢ LED (Light-Emitting Diode)
➢ EAM LD (Electro-absorption modulated lasers)
FP LD 和 DFB LD
都是边缘发光 谐振腔结构不同
FP－LD DFB－LD
LED 和 VCSEL
VCSEL
LED
都是面发光 谐振腔结构不同
EAM LD
光模块基本原理
主要内容
➢光模块简介 ➢光模块内部主要元器件 ➢光模块调制方式 ➢光模块的特点及应用 ➢光模块原理框图 ➢光模块主要性能指标 ➢光模块接口电平
光模块定义
以光器件为核心增加一些电路部分和结构件等完成相应功 能的单元
光模块分类
➢ 按速率划分：155Mb/s 622Mb/s 1.25Gb/s 2.5Gb/s 10Gb/s 等
光模块发展趋势
小型化
低功耗
热插拔
智能化
远距离
高速率
主要内容
➢光模块简介 ➢光模块内部主要元器件 ➢光模块调制方式 ➢光模块的特点及应用 ➢光模块原理框图 ➢光模块主要性能指标 ➢光模块接口电平
光模块内部主要元器件
探测器 激光器
放大器 时钟数据恢复 驱动芯片 MUX&DeMUX
光器件
光器件是由少数几个光电 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 数几项功能的混合集成件 。
构成：TEC致冷器， 激光二极管，EA调 制器，背光检测二极 管和，热敏电阻等
放大器分类
➢ 跨阻放大器：Transimpedance Amplifier（TIA ）
➢ 主放Main Amplifiers (MA) 或后放 Post Amplifiers
限幅放大器：Limiting Amplifier (LA) 自动增益控制放大器：Automatic Gain Control Amplifier (AGC).
主要内容
➢光模块简介 ➢光模块内部主要元器件 ➢光模块调制方式 ➢光模块的特点及应用 ➢光模块原理框图 ➢光模块主要性能指标 ➢光模块接口电平
调制方式
➢ 直接调制 ➢ 外调制
EA调制（Electroabsorption Modulator） MZ调制（Mach-Zehnder Modulator）
CWDM, DWDM等 ➢ 按工作模式划分：连续和突发（OLT：Optic Line Terminal，
光线路终端；ONU ：Optic Network Unit,光网络单元）
光模块发展历史
封装形式：1X9 SFF GBIC SFP, XFP, SFP+ 传输速率：155M,622M 1.25G,2.5G 4.25G, 8.5G, 10G, 40G 光接口形式：尾纤型（Pigtail）；插拔型（Receptacle） 光传输形式：双纤双向（MSA）；单纤双向（BiDi） 接入应用：P to P P to MP: PON (GE-PON, GPON, WDM-PON) 功能：不带监控功能（None DDM） 带数字诊断功能（DDM）
➢ 按封装划分：1×9/ 2×9/SFF/GBIC/SFP/XFP/300pin等 ➢ 按使用条件划分：热插拔 (GBIC/SFP/XFP) 带插针
(1×9/2×9/SFF) ➢ 按应用划分：SDH/SONET, Ethernet, Fiber Channel,
光器件结构图
光器件分类
➢ 如按功能，可分为： 光发射器件 光接收器件
➢ 按结构，可分为： TO器件(TOSA， ROSA，BOSA)； DIP（或Butterfly）器件； 表面贴装（surface mount) 器件等；
➢ 按传输速率，可分为 155M、622M、1.25G、2.5G、10G等；
响应度： I PIN R • P
需加5～10V反偏电压
APD探测器
APD探测器： 雪崩光电探测器（Avalanche photodetector） 响应度：
I APD M • RP
M与温度和反偏电压有关 需加30～60V反偏电压
激光器
➢ FP LD (Fabry-Perot Laser) ➢ DFB LD (Distributed-Feedback Laser) ➢ VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)
跨阻放大器（TIA）
Vcc i
Rf
i
A
u o =iR f
➢ 低的等效输入噪声电流 ➢ 高输入阻抗，低输入电容 ➢ 足够宽的通频带fH≈0.75×工作
速率
➢ 宽动态范围 ➢ Rf 要足够大，以保证有足够大
的输出电压
(b)
这种I-V变换电路中有一个负反 馈电阻Rf，所以又被称做跨阻来自百度文库放大器（TIA）
主放
➢ 传输距离，工作波长，工作方式等
探测器
光探测器 作用把光信号转变为电信号的器件.
➢ PIN探测器 P型掺杂、本征（I）和N型掺杂。
➢ APD探测器 内部具有光电倍增(或称雪崩)光电二极管.（
Avalanche Photodetector)
PIN探测器
PIN探测器即P-I-N 探测器：P型掺杂＋Intrinsic＋N型掺杂
D Flip-Flop
驱动芯片
➢ 激光器驱动（电流） ➢ 调制器驱动（电压）
MUX &DeMUX
➢ MUX：16路并行 数据输入，经过并串转换，输出数 据。（如并行数据输入为622Mb/s ，那么输出数据为 9.95Gb/s）
➢ DeMUX：则反过来，输入数据经过串并转换，输出16 路并行 数据
限幅放大器 自动增益控制放大器
LA：转换速度快，功耗低，但是非线性限制了其应用 AGC： 在很大的动态范围都是线性的，应用范围广。例如：带均衡 器的接收机。
时钟和数据恢复（CDR）电路
在数字通信系统中，码元同步是系统正常工作的必要条件。 时钟和数据恢复电路（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
直接调制
P1 P0
利用电信号的‘1’和‘0’ 控制激光器的电流大小。
EA调制
激光器一直处于发光状态，电信号‘1’、‘0’ 作用于电吸 收调制器。 来控制激光器出光大小。
➢ LED (Light-Emitting Diode)
➢ EAM LD (Electro-absorption modulated lasers)
FP LD 和 DFB LD
都是边缘发光 谐振腔结构不同
FP－LD DFB－LD
LED 和 VCSEL
VCSEL
LED
都是面发光 谐振腔结构不同
EAM LD
光模块基本原理
主要内容
➢光模块简介 ➢光模块内部主要元器件 ➢光模块调制方式 ➢光模块的特点及应用 ➢光模块原理框图 ➢光模块主要性能指标 ➢光模块接口电平
光模块定义
以光器件为核心增加一些电路部分和结构件等完成相应功 能的单元
光模块分类
➢ 按速率划分：155Mb/s 622Mb/s 1.25Gb/s 2.5Gb/s 10Gb/s 等
光模块发展趋势
小型化
低功耗
热插拔
智能化
远距离
高速率
主要内容
➢光模块简介 ➢光模块内部主要元器件 ➢光模块调制方式 ➢光模块的特点及应用 ➢光模块原理框图 ➢光模块主要性能指标 ➢光模块接口电平
光模块内部主要元器件
探测器 激光器
放大器 时钟数据恢复 驱动芯片 MUX&DeMUX
光器件
光器件是由少数几个光电 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 数几项功能的混合集成件 。
构成：TEC致冷器， 激光二极管，EA调 制器，背光检测二极 管和，热敏电阻等
放大器分类
➢ 跨阻放大器：Transimpedance Amplifier（TIA ）
➢ 主放Main Amplifiers (MA) 或后放 Post Amplifiers
限幅放大器：Limiting Amplifier (LA) 自动增益控制放大器：Automatic Gain Control Amplifier (AGC).
主要内容
➢光模块简介 ➢光模块内部主要元器件 ➢光模块调制方式 ➢光模块的特点及应用 ➢光模块原理框图 ➢光模块主要性能指标 ➢光模块接口电平
调制方式
➢ 直接调制 ➢ 外调制
EA调制（Electroabsorption Modulator） MZ调制（Mach-Zehnder Modulator）
CWDM, DWDM等 ➢ 按工作模式划分：连续和突发（OLT：Optic Line Terminal，
光线路终端；ONU ：Optic Network Unit,光网络单元）
光模块发展历史
封装形式：1X9 SFF GBIC SFP, XFP, SFP+ 传输速率：155M,622M 1.25G,2.5G 4.25G, 8.5G, 10G, 40G 光接口形式：尾纤型（Pigtail）；插拔型（Receptacle） 光传输形式：双纤双向（MSA）；单纤双向（BiDi） 接入应用：P to P P to MP: PON (GE-PON, GPON, WDM-PON) 功能：不带监控功能（None DDM） 带数字诊断功能（DDM）