光通信模块最全知识

一、光收发一体模块定义 光收发一体模块由光电子器件、功能电路和光接口等组成，光电子器件包括发射和接收两部分。发射部分是：输入一定码率的 电信号经内部的驱动芯片处理后驱动半导体激光器（LD）或发光二极管（LED）发射出相应速率的调制光信号，其内部带有光 功率自动控制电路，使输出的光信号功率保持稳定。接收部分是：一定码率的光信号输入模块后由光探测二极管转换为电信号。 经前置放大器后输出相应码率的电信号，输出的信号一般为 PECL 电平。同时在输入光功率小于一定值后会输出一个告警信号。 二、光收发一体模块分类 按照速率分：以太网应用的 100Base（百兆）、1000Base（千兆）、10GE SDH 应用的 155M、622M、2.5G、10G 按照封装分：1×9、SFF、SFP、GBIC、XENPAK、XFP，各种封装见图 1～6 1×9 封装--焊接型光模块，一般速度不高于千兆，多采用 SC 接口 SFF 封装--焊接小封装光模块，一般速度不高于千兆，多采用 LC 接口。SFF（Small Form Factor）小封装光模块采用了先进的 精密光学及电路集成工艺，尺寸只有普通双工 SC（1X9）型光纤收发模块的一半，在同样空间可以增加一倍的光端口数，可以 增加线路端口密度，降低每端口的系统成本。又由于 SFF 小封装模块采用了与铜线网络类似的 MT-RJ 接口，大小与常见的电脑 网络铜线接口相同，有利于现有以铜缆为主的网络设备过渡到更高速率的光纤网络以满足网络带宽需求的急剧增长。 GBIC 封装--热插拔千兆接口光模块，采用 SC 接口。GBIC 是 Giga Bitrate Interface Converter 的缩写，是将千兆位电信号转换为 光信号的接口器件。GBIC 设计上可以为热插拔使用。GBIC 是一种符合国际标准的可互换产品。采用 GBIC 接口设计的千兆位 交换机由于互换灵活，在市场上占有较大的市场分额。 SFP 封装--热插拔小封装模块，目前最高数率可达 4G，多采用 LC 接口。SFP 是 SMALL FORM PLUGGABLE 的缩写，可以简 单的理解为 GBIC 的升级版本。SFP 模块体积比 GBIC 模块减少一半，可以在相同的面板上配置多出一倍以上的端口数量。SFP 模块的其他功能基本和 GBIC 一致。有些交换机厂商称 SFP 模块为小型化 GBIC（MINI-GBIC） XENPAK 封装--应用在万兆以太网，采用 SC 接口 XFP 封装--10G 光模块，可用在万兆以太网，SONET 等多种系统，多采用 LC 接口
类型
工作波长 (nm) 特点
LED Light Emitting 850 低成本，性能一般，只能用于 100M 左右低速传输
FP Fabry-Perot Laser 1310 通用，性能尚可，可用于中距离高速传输
DFB Distribution-Feedbac率，用于长途传输
1550
MZ Mach-Zender Modulator
使用很少，工艺复杂 目前的光通信市场竞争越来越激烈，通信设备要求的体积越来越小，接口板包含的接口密度越来越高。传统的激光器和探测器 分离的光模块，已经很难适应现代通信设备的要求。为了适应通信设备对光器件的要求，光模块正向高度集成的小封装发展。 高度集成的光电模块使用户无须处理高速模拟光电信号，缩短研发和生产周期，减少元气件采购种类，减少生产成本，因此也 越来越受到设备制造商的青睐。 目前光收发模块中的光电器件的封装由较大尺寸的双列直插形式为主发展为以同轴封装形式为主；光接口等结构件从 ST、FC 发展到 SC 及更小尺寸的 LC、MT-RJ 型连接口形式，相应的光收发模块的封装形式也从金属封装发展到塑料封装，由单接口的 分离模块发展到双接口的收发一体模块。管脚排列及封装由双列直插 20 脚、16 脚分离模块发展到单排 9 脚(1X9)、双排 9 脚(2X9) 以及今后的双排 10 脚和双排 20 脚的收发一体模块。SFF（Small Form Factor）小封装光模块采用了先进的精密光学及电路集成 工艺，尺寸只有普通双工 SC（1X9）型光纤收发模块的一半，在同样空间可以增加一倍的光端口数，可以增加线路端口密度， 降低每端口的系统成本。又由于 SFF 小封装模块采用了与铜线网络类似的 MT-RJ 接口，大小与常见的电脑网络铜线接口相同， 有利于现有以铜缆为主的网络设备过渡到更高速率的光纤网络以满足网络带宽需求的急剧增长。 小封装光收发模块以其外观封装体积小的优势，使网络设备的光纤接口数目增加了一倍，单端口速率达到吉比特量级，能够满 足 INTERNET 时代网络带宽需求的快速增长。可以说小封装光收发模块技术代表了新一代光通信器件的发展趋势，是下一代高 速网络的基石。国外各大光模块供应商已生产了各种用于不同速率和距离的小封装光模块，国内一些光器件供应商（像上海大 亚光电）也开始研发和生产各速率 SFF 小封装光模块。 2.发展的方向之二：低成本、低功耗 通信设备的体积越来越小，接口板包含的接口密度越来越高，要求光电器件向低成本、低功耗的方向发展。 目前光器件一般均采用混合集成工艺和气密封装工艺，下一步的发展将是非气密的封装，需要依靠无源光耦合(非 X-Y-Z 方向的 调整)等技术进一步提高自动化生产程度，降低成本。随着光收发模块市场需求的迅速增长，功能电路部分专用集成电路的供应 商也逐渐增多，供应商在规模化、系列化方面的积极投资使得此类 IC 的性能越来越完善，成本也越来越低，从而缩短了光收发 模块的开发周期，降低了成本。尤其是处理高速、小信号、高增益的前置放大器采用的是 GaAs 工艺和技术，SiGe 技术的发展， 使得这类芯片的成品率及制造成本得到很好的控制，同时可进一步降低功耗。另外采用非制冷激光器也进一步降低了光模块的
制造成本。目前的小封装光模块也都采用低电压 3.3v 供电，保证了端口的增加不会提高系统的功耗。 3.发展的方向之三：高速率 人们对信息量要求越来越多，对信息传递速率要求越来越快，作为现代信息交换、处理和传输主要支柱的光通信网，一直不断 向超高频、超高速和超大容量发展，传输速率越高、容量越大，传送每个信息的成本就越来越小。长途大容量方面当前的热点 是 10 Gbit/s 和 40Gbit/s，据 ElectroniCast 最新的市场研究，10 Gbit/s 数据通信收发模块的全球总消费量将从 2001 年的 1.57 亿 美元增长到 2010 年的 90 亿美元。2001 年早期使用 10 Gbit/s 数据通信收发器的数量不到 10 万个，但到 2003 年，10 Gbit/s 数据 通信收发模块将增加到 200 万个。在接下来的几年内仍将会猛烈增长，2005 年将会达到 700 万个。在整个消费领域，继 10-gigabit 光纤通道之后，10-gigabit 以太网将会有强烈的影响。目前 SDH 单通道光系统正向 40Gbit/s 冲击。高速系统和器件方面,很多公 司今年推出了 40Gbit/s 系统。40Gbit/s 方面目前的重点产品技术是：大功率波长可调/固定激光器、 40G 调制器（Inp EAM、 LiNbO3EOM、Polymer EOM）、高速电路（InP、GeSi 材料）、波长锁定器、低色散滤波器、动态均衡器、喇曼放大器、低色散 开关、40Gbit/sPD（PIN、APD）、可调色散补偿器组件（TU-DCM），前向纠误（FEC）等。 从现阶段电路技术来说，40Gbit/s 已接近“电子瓶颈”的极限。速率再高，引起的信号损耗、功率耗散、电磁辐射（干扰）和阻 抗匹配等问题难以解决，即使解决，则要花费非常大的代价。 4.发展的方向之四：远距离 光收发模块的另一个发展方向是远距离。如今的光网络铺设距离越来越远，这要求远程收发器来与之匹配。典型的远程收发器 信号在未经放大的条件下至少能传输 100 公里，其目的主要是省掉昂贵的光放大器，降低光通讯的成本。基于传输距离上的考 虑，很多远程收发器都选择了 1550 波段(波长范围约为 1530 到 1565nm)作为工作波段，因为光波在该范围内传输时损耗最小， 而且可用的光放大器都是工作在该波段。 5.发展的方向之五：热插拔 未来的光模块必须支持热插拔，即无需切断电源，模块即可以与设备连接或断开，由于光模块是热插拔式的，网络管理人员无 需关闭网络就可升级和扩展系统，对在线用户不会造成什么影响。热插拔性也简化了总的维护工作，并使得最终用户能够更好 地管理他们的收发模块。同时，由于这种热交换性能，该模块可使网络管理人员能够根据网络升级要求，对收发成本、链路距 离以及所有的网络拓扑进行总体规划，而无需对系统板进行全部替换。支持这热插拔的光模块目前有 GBIC 和 SFP（Small Form pluggable），由于 SFP 与 SFF 的外型大小差不多，它可以直接插在电路板上，在封装上较省空间与时间，且应用面相当广，因 此，其未来发展很值得期待，甚至有可能威胁到 SFF 的市场。
光纤是如何工作的？ [/b] 通讯用光纤由外覆塑料保护层的细如毛发的玻璃丝组成。玻璃丝实质上由两部分组成：核心直径为 9 到 62.5µm，外覆直径为 125µm 的低折射率的玻璃材料。 虽然按所用的材料及不同的尺寸而分还有一些其它种类的光纤，但这里提到的是最常见的那 几种。光在光纤的芯层部分以“全内反射”方式进行传输，也就是指光线 进入光纤的一端后，在芯层和包层界面之间来回反射， 进而传输到光纤另一端。芯径为 62.5µm，包层外径为 125µm 的光纤称为 62.5/125µm 光纤。 [b]2. 多模和单模的区别是什么？ [/b] [b]多模： [/b] 几乎所有的多模光纤尺寸均为 50/125µm 或 62.5/125µm，并且带宽（光纤的信息传输量）通常为 200MHz 到 2GHz。多模光端机 通过多模光纤可进行长达 5 公里的传输。以发光二极管或激光器为光源。 [b]单模： [/b] 单模光纤的尺寸为 9-10/125µm，并且较之多模光纤具有无限量带宽和更低损耗的特性。而单模光端机多用于长距离传输，有时 可达到 150 至 200 公里。采用 LD 或光谱线较窄的 LED 作为光源。 [b]区别与联系： [/b] 单模光纤价格便宜，但单模设备较之同类的 多模设备却昂贵很多。单模设备通常既可在单模光纤上运行，亦可在多模光纤上运 行，而多模设备只限于在多模光纤上运行。 [b]3. 使用光缆时传输损耗如何？ [/b] 这取决于传输光的波长以及所使用光纤的种类。 850nm 波长用于多模光纤时: 3.0dBm/km