光模塊基礎知識大全、分類及選用

光模塊基本知識

1、定義：

光模塊：也就是光收發一體模塊。

2、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，光電子器件包括發射和接收兩部分。

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后驅動半導體激光器（LD）或發光二極管 （LED）發射出相應速率的調制光信號，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后由光探測二極管轉換為電信號。經前置放大器后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于一定值后會輸出一個告警信號。

3、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，但對于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：

1）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，一般用于40KM以內的傳輸）；

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

2）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。

3）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，這些概念只需簡單了解就行。

a、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蕩和增益射出激光。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。

b、損耗和色散

損耗是光在光纖中傳輸時，由于介質的吸收散射以及泄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于傳輸距離的累積而在不同的時間到達接收端，導致脈沖展寬，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.20dBm/km計算鏈路損耗，色散值的計算非常復雜，一般只作參考。

c、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。

d、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（相當于5年）。 e、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。

光模塊分類

1、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。

2、按封裝分類

按照封裝分：1×9、SFF、SFP、GBIC、XENPAK、XFP。

1×9封裝——焊接型光模塊，一般速度不高于千兆，多采用SC接口。

SFF封裝-——焊接小封裝光模塊，一般速度不高于千兆，多采用LC接口。

GBIC封裝——熱插拔千兆接口光模塊，采用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，采用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。

3、按激光器分類

LED、VCSEL、FP LD、DFB L。

4、按波長分類

850nm、1310nm、1550nm等。

5、按使用方式分類

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

隨著人們對帶寬的需求越來越高，網絡得到了快速發展。100G是100G網絡的重要組成部分，現在已經出現了多個標準和封裝類型。

100G光模塊的種類

根據封裝方式的不同，100G光模塊主要有CFP／CFP2／CFP4、CXP和Q28三大類，其中，CFP／CFP2／CFP4和CXP是早期100G光模塊的封裝方式，QSFP28則是新一代100G光模塊的封裝方式，而且現在已經成為100G光模塊的主流封裝。100G QSFP28光模塊的原理與 QSFP＋光模塊的類似，采用4×25 Gbps的方式傳輸100G光信號。

100G光模塊標準

自100G網絡問世后，IEEE、多源協議（MSA）行業聯盟等機構都針對100G光模塊制定了多個標準。在眾多標準中，多源協議（MSA）行業組織制定的PSM4和CWDM4標準更加適合現在市場上主流的100G QSFP28光模塊。下表是一些常見100G光模塊標準的具體情況：

推出100G PSM4標準主要是為了降低昂貴的100GBASE－LR4應用的光模塊成本，100G PSM4光模塊是單模并行四通道光模塊，主要適用于500米的應用場合。100G CWDM4標準則主要是針對數據中心2km 100G鏈路的部署而制定，100G CWDM4光模塊的接口符合雙工單模2km 100G光接口規范，傳輸距離可以達到2km。