光通信模塊基礎(chǔ)知識

1、光通信模塊基礎(chǔ)知識作者:日期:光模塊基礎(chǔ)知識GBIC是光纖的轉(zhuǎn)接設(shè)備。4)符合RoHS 標(biāo)準(zhǔn)3) V C SEL / FP / DFB / CWDM 發(fā)射激光器5 )+ 5V電源供電?1. G B IC 部分?2. S FP部分GB IC是千兆位接口轉(zhuǎn)換器的簡稱。 本公司生產(chǎn)的GB IC產(chǎn)品一頭是一個通用的 GBIC頭，另一頭可以是走光信號的S1) 1.25 G /bps 雙纖 / B I DI 模塊2) 連接器S C, RJ 4 5GB IC是將千兆位電信號轉(zhuǎn)換為光信號的接口器件。G B IC設(shè)計上可以為熱插拔使用GB IC是一種符合國際標(biāo)準(zhǔn)的可互換產(chǎn)品。采用GBI C接口設(shè)計的千兆位交換機

2、由于互換靈活，在市場上占有較大的市場分額。C,也可以是走電信號的 RJ 45。一、公司光模塊及命名規(guī)則介紹1)? 2)3)6） +3.3V電源供電連接器LCSFP雙纖模塊?SFP/GBIC系列命名規(guī)則說明：此命名規(guī)則只適用于公司內(nèi)部，銷售對外使用時，不需區(qū)分外殼以及T O SA類型（綠色部份），且應(yīng)根據(jù)客戶應(yīng)用不? 4）符合RoHS 標(biāo)準(zhǔn)? 5)符合S F F- 8 472協(xié)議VC SEL / FP / D F B / CW D M 發(fā)射激光器倍以上的端口數(shù)量。由于S FP模塊在功能上與 GBIC基本一致，因此，也被有些交換機廠商稱為小型化GB IC（Mi ni -G BIC）。同，分為F i

3、ber Channel、S DH/SONE T等標(biāo)準(zhǔn)，對內(nèi)模塊不需做此劃分，詳見datasheet。SF P可以簡單的理解為 GBIC的升級版本。SFP模塊（體積比GBIC模塊減少一半，可以在相同面板上配置多出一sjp-jytx s & 5 區(qū)毘1214 & S 78 91*0界IJ1Fi d Jite fOp! mAUOHT SFP2Un 1JA311趙 t*C H： -3 譯Tl MO -*&*. nrihn : Vtai Q|jw r- i證01 i 9W*WlEFTWlBt臂：平I s PfU*上相.pr rr: tn3. BIDI部分SFP模塊要運用兩根光纖完成光信號的收發(fā)S F P

4、 BIDI, GBI C-BID I與SFP , GBI C的區(qū)別很少，可以簡單的理解: 功能，而SFP-BID I指需要一根光纖就能完成光信號的收發(fā)功能。單纖雙向模塊連接器SCV C SEL / FP / DF B / CWDM 發(fā)射激光器符合R oH S標(biāo)準(zhǔn)符合SFF 8 4 72協(xié)議SF P BID I +3.3V 電源供電;GBI C -B IDI +5 V 電源供電5 0nm本公司生產(chǎn)的BI DI模塊主要是分三個波段：1490nm、13 10nm、1BIDI系列命名規(guī)則GP -X X123XX- X X X X X-X45 e 7 e d io1Pi ui CmOULBI flFKi

5、 0UKXT4KTC*ix譏*“卜呼|4：Ji IMCte4 Bm 1 mt9 r； MM$h SidPF& sen口j lcmJft 帯JtW-waoti斗帥i2i 代EM擊卯樸加 l：R占 si:u : yg9MtUI = V M -(!* *TT*Cil-b 虹-are tWCt.tICTQ5A空 I ?I !FlT-TCT1.Fl FT1二、組件及模塊相關(guān)參數(shù)介紹? 1.發(fā)射組件部分?D F B （Distri b ute d Feed B a ck） D FB型光發(fā)射機，分布反饋（激光器）。采用模擬殘留邊帶調(diào)幅（AM -VS B）信號（射頻信號）直接調(diào)制激光二極管，使得光輸 出強度隨

6、著射頻信號強度的變化而 變化，因此也稱為直接調(diào)制光發(fā)射機?F P法布里一泊羅諧振腔由兩個平行的鏡面構(gòu)成，是激光震蕩的基本條件.?光隔離度光隔離器允許傳輸方向與禁止方向的光功率之比.?正向電壓V f當(dāng)正向驅(qū)動電流I f為一確定值（如對F -P L D lf=lth+ 2 0 mA）時對應(yīng)于發(fā)射器件（L D、LED ）上的電壓值.?閾值電流It h半導(dǎo)體激光器開始震蕩亦即輸出功率從無到有發(fā)生躍變時的正向驅(qū)動電流.?輸出光功率P f通常指帶尾纖發(fā)射器件的出纖光功率 ，對F P類LD,P f為I th +20mA對應(yīng)的功率.?筆值波長Ip對L E D類產(chǎn)品，光譜圖上很大峰值處對應(yīng)的波長 .對LED類產(chǎn)

7、品,在0.0 1 nm分辨峰 率的光譜圖上，根據(jù) 其縱模分布按RM S方式計算.胱譜寬度對LED類產(chǎn)品，在光譜圖上，相對強度下降-3 dB對應(yīng)的光譜寬度即為L ED的光譜寬度；對F -P類LD產(chǎn) 品，采用IT U TG .9 5 7建議很大均方根寬度定義;對DFB類LD產(chǎn)品，采用IT UTG .9 5 7建議很大-20 dB寬度定義，即主模中 心波長的很大峰值功率跌落20d B時的很大全寬.?邊模抑制比S MSR僅對DFB LD類產(chǎn)品有意義.在0.1 n m的分辨峰率下測試對應(yīng)于某一電流值下的光譜圖，計算全調(diào)制條件下主模與很顯著旁模間相對強度的差值，以dB數(shù)表示即為邊模抑制比.? 2 .接收組

8、件部分?音電流I d在一定的反向偏執(zhí)電壓 VEE （如-5 V）下,當(dāng)無外來光功率輸入時，流過光接 收組件之PIN管上的電流即為暗 電流.W向應(yīng)度R 在一定的反向偏執(zhí)電壓 VEE （如-5V）下，對應(yīng)于一定的輸入光功率 P,測試流過光接收組件之 PIN管上的電流 I， I/P之比值即為響應(yīng)度R.滯寬BW接收組件在小信號輸入(AGC無啟動)是輸出的幅頻特性曲線上，當(dāng)幅度下降3d B時對應(yīng)的頻帶寬度稱為寬帶. TOC o 1-5 h z ?接收靈敏度Pr在一定的誤碼率(如B ER=1 0- 9)條件下，接收組件能接收到的很小平均輸入光功率.?飽和光功率Ps在一定的誤碼率(如BER=10-9)條件下

9、，光接收組件能接收到的很大平均輸入光功率.?動態(tài)范圍Dy飽和光功率與接收靈敏度的差值，單位dB.?3.發(fā)射模塊部分評均光發(fā)射功率Po在模塊相應(yīng)的速率及按要求輸入信號電平的條件下，模塊輸出的光功率艄光比(Po n/Poff)很壞反射條件時，全調(diào)制條件下傳號平均光功率與空號平均光功率比值的很小值.密艮圖模板在高速率光纖系統(tǒng)中，發(fā)送光脈沖的形狀不易控制，常?？赡苡猩仙?，下降沿過沖、下沖和振鈴現(xiàn)象.這些都可能導(dǎo)致接收機靈敏度的惡化，因此必須加以限制,為此I T UT建議G.9 5 7規(guī)范了一個發(fā)送眼圖的模板.fttr1孑和 tf?SDH同步數(shù)學(xué)體系，它是由一些網(wǎng)絡(luò)單元組成的，在光纖或微波上進(jìn)行同步信

10、息傳輸、復(fù)用和交叉連接的網(wǎng)絡(luò).它具有 全世界統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口和豐富的開銷比特，它有一套標(biāo)準(zhǔn)的信息結(jié)構(gòu)等級，分為ST M-l(155 . 52Mb /S)，STM -4(6 2 2.08Mb/S),STM- 1 6(24 8 8. 3 20Mb/S)等.光發(fā)射器件參數(shù)定義與符合ELED邊發(fā)光二極管，具有與半導(dǎo)體激光器基本相同的結(jié)構(gòu)，用腔損耗的辦法抑制激射，光的發(fā)散性小，適合與光纖耦合.?DF B （Distri b uted Feed B ack） DFB型光發(fā)射機，分布反饋（激光器）。采用模擬殘留邊帶調(diào)幅（AM-VSB ）信號（射頻信號）直接調(diào)制激光二極管，使得光輸出強度隨著射頻信號強度的變

11、化而變 化，因此也稱為直接調(diào)制光發(fā)射機?FP法布里一泊羅諧振腔由兩個平行的鏡面構(gòu)成，是激光震蕩的基本條件.光隔離度光隔離器允許傳輸方向與禁止方向 的光功率之比.?正向電壓Vf當(dāng)正向驅(qū)動電流If為一確定值（如對F P L D If =lth+2 OmA ）時對應(yīng)于發(fā)射器件（L D、LED）上的電壓值.?閾值電流It h半導(dǎo)體激光器開始震蕩亦即輸出功率從無到有發(fā)生躍變時的正向驅(qū)動電流?輸出光功率Pf通常指帶尾纖發(fā)射器件的出纖光功率，對F-P類L D,Pf為Ith+20mA對應(yīng)的功率.?筆值波長Ip對L ED類產(chǎn)品，光譜圖上很大峰值處對應(yīng)的波長.對LED類產(chǎn)品，在O .O1n m分辨峰率的光譜圖上，

12、根據(jù)其縱模分布按RMS方式計算.胱譜寬度I對L ED類產(chǎn)品，在光譜圖上，相對強度下降-3dB對應(yīng)的光譜寬度即為LE D的光譜寬度;對F-P類L D產(chǎn)品, 采用ITU T G.9 5 7建議很大均方根寬度定義；對 DFB類L D產(chǎn)品,采用IT UT G.957建議很大-20 d B寬度定義，即主模中心波 長的很大峰值功率跌落-2 O dB時的很大全寬.?邊模抑制比SMSR僅對D FB -L D類產(chǎn)品有意義.在O. 1nm的分辨峰率下測試對應(yīng)于某一電流值下的光譜圖，計算全調(diào)制條件下主模與很顯著旁模間相對強度的差值，以d B數(shù)表示即為邊模抑制比.光接收組件的參數(shù)定義與符合?音電流Id在一定的反向偏執(zhí)

13、電壓V EE （如-5V）下，當(dāng)無外來光功率輸入時，流過光接收組件之P I N管上的電流即為暗電流.W向應(yīng)度R 在一定的反向偏執(zhí)電壓 VEE （如-5 V）下，對應(yīng)于一定的輸入光功率 P,測試流過光接收組件之 P IN管上的電 流I,I /P之比值即為響應(yīng)度 R .滯寬B W接收組件在小信號輸入（A G C無啟動）是輸出的幅頻特性曲線上，當(dāng)幅度下降3d B時對應(yīng)的頻帶寬度稱為寬帶. TOC o 1-5 h z ?接收靈敏度Pr在一定的誤碼率（如 B E R =1 0-9）條件下,接收組件能接收到的很小平均輸入光功率.?飽和光功率Ps在一定的誤碼率（如BER = 10-9 ）條件下，光接收組件能

14、接收到的很大平均輸入光功率.?動態(tài)范圍Dy飽和光功率與接收靈敏度的差值，單位dB.光發(fā)射模塊的參數(shù)定義與符號?平均光發(fā)射功率P o在模塊相應(yīng)的速率及按要求輸入信號電平的條件下，模塊輸出的光功率.艄光比（Pon/P o ff）很壞反射條件時，全調(diào)制條件下傳號平均光功率與空號平均光功率比值的很小值密艮圖模板 在高速率光纖系統(tǒng)中，發(fā)送光脈沖的形狀不易控制，常?？赡苡猩仙?，下降沿過沖、下沖和振鈴現(xiàn)象.這些都可能導(dǎo)致接收機靈敏度的惡化，因此必須加以限制，為此I TUT建議G.957規(guī)范了一個發(fā)送眼圖的模板.接收模塊的參數(shù)定義?光接收靈敏度P r在模塊的工作速率下，當(dāng)誤碼為某一數(shù)值（如BER= 10-

15、9 ）時的很小接收光功率，即為模塊的靈敏度Pr.?飽和光功率Ps在模塊的工作速率下，當(dāng)誤碼為某一數(shù)值（如BER=1 O -9）是的很大接收光功率，即為模塊的飽和光功率Ps.潔警信號閾值（P H-L）在模塊的工作速率下，由大到小改變輸入模塊的光功率，當(dāng)光功率減小到某一數(shù)值時，模塊的告警輸 出信號電平出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，這時的光功率即為告警信號閾值（P H -L）.潔警信號閾值（PL-H ）在模塊的工作速率下，有小到大改變輸入模塊的光功率，當(dāng)光功率增加到某一數(shù)值時，模塊的告 警輸出信號電平出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，這時的光功率即為告警信號閾值（PL-H）.?言號檢滯后 告警信號閾值（P H-L）和告警信號閾值（PL -H）

16、的差值.測試報 u / Iest Report234亍16卜1CI產(chǎn)品-g/FroductSFPI47ODatt2008. 6. 26產(chǎn)品型號ZP/N*GP724-CDS B/Test by陳帝廉賦條件T est/Tiejrtera數(shù)據(jù)RalePRBS2-1SiS/Rooin tcraprrature1. ZSGAs/SuddIv3,3V中心被長/朋1匕】cngthHZQntn產(chǎn)品序列號Serial Nmober測試遍度4S8/ Measured Data發(fā)射部分/Transmiitter接收邵分原匕giver工作電流/ yuppLyCurrmt光功率 Optical out power消光比

17、Eitincti光接收靈 敏度 Optical sensit iv ity信號檢測閾值 Slng&l Detect飽和光 功那 lax. inp ut powerH-LLTdBm8. 2-1dBndBm4B-mdBmmA14D000008053(-201C)L 112.3-2T,5r -30- 5-23.11.411.1-27.3-30. 4-28.2(8&C)311.3-27.9-30. 6-28.5光模塊的組成單元HPI 人 、ft屯導(dǎo)胸世免H需硏*玄平 CIS二址收發(fā)-體模塊的原理框圖BEES二、光收發(fā)一休模塊的原理框圖2.按收邯分廉理樞圖三rvMRXK|*1光纖的色散用一塊三棱鏡對著太

18、陽光或者日光燈，我們可以看見光被分成了赤、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種顏色；還有雨后的彩虹,這些都是很簡單的色散現(xiàn)象。顧名思義，色散就是指一束同顏色的光通過透光物質(zhì)后被散開成不同顏色的光的現(xiàn)象。色散是光纖的一個重要參數(shù)。色散使得光纖中傳輸?shù)墓饷}沖發(fā)生展寬。色散和帶寬都是衡量光脈沖展寬大小的參數(shù)。色散越小，帶寬就越大，所產(chǎn)生的脈沖展寬就越?。辉诠饫w通信中，色散和帶寬是一對矛盾。#&2_TLn_n_L_rLrL色散的分類光纖的色散主要由模式色散、材料色散和波導(dǎo)色散組成。其中，材料色散與波導(dǎo)色散都與波長有關(guān)，所以又統(tǒng)稱為波長色散。?模式色散在多模光纖中，傳輸?shù)哪Ｊ胶芏啵煌哪Ｊ?，其傳輸路徑不同，所?jīng)

19、過的路程就不同，到達(dá)終點的時間也就不同，這就引 起了脈沖的展寬。我們知道，在同一根光纖中，高次模到達(dá)終點走的路程長，低次模走的路程短 ，這就意味著高次模到達(dá)終點需要的時間長，低次模到達(dá)點需要的時間短。在同一條長度相等的光纖上，很高次模與很低次模到達(dá)終點所用的時間差，就是這段光纖產(chǎn)生的脈沖展寬。模式色散是多模光纖具備的，單摸不具備。影響光纖時延差的因素有兩個：纖芯-包層相對折射率差和光纖的長度。光纖的時延差與纖芯-包層相對折射率差成正比。其中是纖芯的折射率，是包層的折射率。越大，時延差就會越大，光脈沖展寬也越大。從減小光纖時延差的觀點上看，希望較小為好，這種小的光纖稱為弱導(dǎo)光纖。通信用光纖都是弱

20、導(dǎo)光纖。另外，光纖越長，時延差也越大，色散也越大。材料色散是由光纖材料自身特性造成的。石英玻璃的折射率 ，嚴(yán)格來說，并不是一個固定的常數(shù)，而是對不同的傳輸波長有 不同的值。光纖通信實際上用的光源發(fā)出的光，并不是只有理想的單一波長（如FP多縱模激光器），而是有一定的波譜寬度。當(dāng)光在折射率為n的介質(zhì)中傳播時，其速度v與空氣中的光速 C之間的關(guān)系為： v=C/ n光的波長不同，折射率n就不同，光傳輸?shù)乃俣纫簿筒煌＃ㄕ蚁抡凵渎使剑┮虼?，?dāng)把具有一定光譜寬度的光源發(fā)出的光 脈沖射入光纖內(nèi)傳輸時，光的傳輸速度將隨光波長的不同而改變，到達(dá)終端時將產(chǎn)生時延差，從而引起脈沖波形展寬。?波導(dǎo)色散光纖的第三類色

21、散是波導(dǎo)色散。由于光纖的纖芯與包層的折射率差很小，因此在交界面產(chǎn)生全反射時，就可能有一部分光進(jìn) 入包層之內(nèi)。這部分光在包層內(nèi)傳輸一定距離后 ，又可能回到纖芯中繼續(xù)傳輸。進(jìn)入包層內(nèi)的這部分光強的大小與光波長有關(guān)，這就相當(dāng)于光傳輸路徑長度隨光波長的不同而異。把有一定波譜寬度的光源發(fā)出的光脈沖射入光纖后，由于不同波長的光傳輸路徑不完全相同，所以到達(dá)終點的時間也不相同，從而出現(xiàn)脈沖展寬。具體來說，入射光的波長越長，進(jìn)入包層中的光強比例就越大， 這部分光走過的距離就越長。這種色散是由光纖中的光波導(dǎo)引起的 ，由此產(chǎn)生的脈沖展寬現(xiàn)象叫做波導(dǎo)色散。三種色散的比較一般來說，光纖三種色散的大小順序是 ：模式色散

22、材料色散 波導(dǎo)色散對于多模光纖，總色散等于三者相加，在限制帶寬方面起主導(dǎo)作用的是模式色散，其他兩個色散影響很小。對于單模光纖,因只有一個傳輸模式，故不存在模式色散,其總色散為材料色散和波導(dǎo)色散之和。為減小總的波長色散，要盡量選用窄譜線激光器作 光源。對光纖用戶來說，一般只關(guān)心光纖的總帶寬或總色散。光纖光纜在出廠時，也只標(biāo)明光纖的總帶寬或總色散。怎樣看待色散光源發(fā)出的光脈沖信號耦合進(jìn)光纖，在光纖中傳輸時，因光纖的色散特性造成了脈沖展寬。為了解光纖的傳輸容量特性， 就必須知道該光纖的帶寬究竟有多寬，以便安排它的傳輸信息量。三種色散的比較一般來說，光纖三種色散的大小順序是：模式色散 材料色散波導(dǎo)色散

23、對于多模光纖，總色散等于三者相加，在限制帶寬方面起主導(dǎo)作用的是模式色散，其他兩個色散影響很小。對于單模光纖,因只有一個傳輸模式，故不存在模式色散，其總色散為材料色散和波導(dǎo)色散之和。為減小總的波長色散，要盡量選用窄譜線激 光器作光源。對光纖用戶來說，一般只關(guān)心光纖的總帶寬或總色散。光纖光纜在出廠時，也只標(biāo)明光纖的總帶寬或總色散。怎樣看待色散光源發(fā)出的光脈沖信號耦合進(jìn)光纖，在光纖中傳輸時，因光纖的色散特性造成了脈沖展寬。為了解光纖的傳輸容量特性，就必須知道該光纖的帶寬究竟有多寬，以便安排它的傳輸信息量。按傳輸模式分按光在光纖中的傳輸模式可分為：單模光纖和多模光纖。多模光纖的纖芯直徑為 5062.5，包層外直徑125gm，單模光纖的纖芯直徑為 8.3 m，包層外直徑12 5m。光纖 的工作波長有短波長 0.85 gm、長波長1.31gm和1 .55 gm。光纖損耗一般是隨波長加長而減小，0.85 gm的損耗為2.5dB/km,1 . 3 1 gm的損耗為0 .35 d B/km, 1 .55 gm的損耗為0.20dB/km，這是光纖的很低