光模塊基礎(chǔ)知識(shí)

第一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日公司光模塊及命名規(guī)則介紹組件及模塊相關(guān)參數(shù)介紹

第二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日一、公司光模塊及命名規(guī)則介紹1.GBIC部分

GBIC是將千兆位電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的接口器件。GBIC設(shè)計(jì)上可以為熱插拔使用。GBIC是一種符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的可互換產(chǎn)品。采用GBIC接口設(shè)計(jì)的千兆位交換機(jī)由于互換靈活，在市場(chǎng)上占有較大的市場(chǎng)分額。

GBIC是光纖的轉(zhuǎn)接設(shè)備。

GBIC是千兆位接口轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)稱。本公司生產(chǎn)的GBIC產(chǎn)品一頭是一個(gè)通用的GBIC公頭，另一頭可以是走光信號(hào)的SC，也可以是走電信號(hào)的RJ45。

1)1.25G/bps雙纖/BIDI模塊

2)連接器SC，RJ453)VCSEL/FP/DFB/CWDM發(fā)射激光器

4)符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)

5)+5V電源供電第三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2.SFP部分

SFP可以簡(jiǎn)單的理解為GBIC的升級(jí)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倍以上的端口數(shù)量。由于SFP模塊在功能上與GBIC基本一致，因此，也被有些交換機(jī)廠商稱為小型化GBIC（Mini-GBIC）。

1)SFP雙纖模塊

2)連接器LC3)VCSEL/FP/DFB/CWDM發(fā)射激光器

4)符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)

5)符合SFF-8472協(xié)議

6)+3.3V電源供電第四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日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(duì)外使用時(shí),不需區(qū)分外殼以及TOSA類型（綠色部份）,且應(yīng)根據(jù)客戶應(yīng)用不同,分為FiberChannel、SDH/SONET等標(biāo)準(zhǔn),對(duì)內(nèi)模塊不需做此劃分，詳見datasheet。第五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日3.BIDI部分

SFP-BIDI，GBIC-BIDI與SFP，GBIC的區(qū)別很少，可以簡(jiǎn)單的理解：SFP模塊要運(yùn)用兩根光纖完成光信號(hào)的收發(fā)功能，而SFP-BIDI指需要一根光纖就能完成光信號(hào)的收發(fā)功能。

1)單纖雙向模塊

2)連接器SC3)VCSEL/FP/DFB/CWDM發(fā)射激光器

4)符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)

5)符合SFF-8472協(xié)議

6)SFP-BIDI+3.3V電源供電；GBIC-BIDI+5V電源供電本公司生產(chǎn)的BIDI模塊主要是分三個(gè)波段：1490nm、1310nm、1550nm。第六頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日BIDI系列命名規(guī)則第七頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日二、組件及模塊相關(guān)參數(shù)介紹1.發(fā)射組件部分DFB

(DistributedFeedBack)

DFB型光發(fā)射機(jī)，分布反饋（激光器）。

采用模擬殘留邊帶調(diào)幅（AM-VSB）信號(hào)（射頻信號(hào)）直接調(diào)制激光二極管，使得光輸出強(qiáng)度隨著射頻信號(hào)強(qiáng)度的變化而變化，因此也稱為直接調(diào)制光發(fā)射機(jī)FP法布里一泊羅諧振腔由兩個(gè)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(dòng)電流If為一確定值(如對(duì)F-PLDIf=Ith+20mA)時(shí)對(duì)應(yīng)于發(fā)射器件(LD、LED)上的電壓值.閾值電流Ith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(shí)的正向驅(qū)動(dòng)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(duì)F-P類LD,Pf為Ith+20mA對(duì)應(yīng)的功率.峰值波長(zhǎng)Ip對(duì)LED類產(chǎn)品,光譜圖上最大峰值處對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng).對(duì)LED類產(chǎn)品,在0.01nm分辨峰率的光譜圖上,根據(jù)其縱模分布按RMS方式計(jì)算.光譜寬度△I對(duì)LED類產(chǎn)品,在光譜圖上,相對(duì)強(qiáng)度下降-3dB對(duì)應(yīng)的光譜寬度即為L(zhǎng)ED的光譜寬度;對(duì)F-P類LD產(chǎn)品,采用ITUTG.957建議最大均方根寬度定義;對(duì)DFB類LD產(chǎn)品,采用ITUTG.957建議最大-20dB寬度定義,即主模中心波長(zhǎng)的最大峰值功率跌落-20dB時(shí)的最大全寬.邊模抑制比SMSR僅對(duì)DFB-LD類產(chǎn)品有意義.在0.1nm的分辨峰率下測(cè)試對(duì)應(yīng)于某一電流值下的光譜圖,計(jì)算全調(diào)制條件下主模與最顯著旁模間相對(duì)強(qiáng)度的差值,以dB數(shù)表示即為邊模抑制比.第八頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2.接收組件部分暗電流Id在一定的反向偏執(zhí)電壓VEE(如-5V)下,當(dāng)無外來光功率輸入時(shí),流過光接收組件之PIN管上的電流即為暗電流.響應(yīng)度R在一定的反向偏執(zhí)電壓VEE(如-5V)下,對(duì)應(yīng)于一定的輸入光功率P,測(cè)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.帶寬BW接收組件在小信號(hào)輸入(AGC無啟動(dòng))是輸出的幅頻特性曲線上,當(dāng)幅度下降3dB時(shí)對(duì)應(yīng)的頻帶寬度稱為寬帶.接收靈敏度Pr在一定的誤碼率(如BER=10-9)條件下,接收組件能接收到的最小平均輸入光功率..飽和光功率Ps在一定的誤碼率(如BER=10-9)條件下,光接收組件能接收到的最大平均輸入光功率.動(dòng)態(tài)范圍Dy飽和光功率與接收靈敏度的差值,單位dB.第九頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日3.發(fā)射模塊部分平均光發(fā)射功率Po在模塊相應(yīng)的速率及按要求輸入信號(hào)電平的條件下,模塊輸出的光功率.消光比(Pon/Poff)最壞反射條件時(shí),全調(diào)制條件下傳號(hào)平均光功率與空號(hào)平均光功率比值的最小值.眼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,常常可能有上升沿,下降沿過沖、下沖和振鈴現(xiàn)象.這些都可能導(dǎo)致接收機(jī)靈敏度的惡化,因此必須加以限制,為此ITUT建議G.957規(guī)范了一個(gè)發(fā)送眼圖的模板.第十頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日

4.接收模塊部分DFB光譜

FP光譜

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(diǎn)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(jí),分為STM-I(155.52Mb/S),STM-4(622.08Mb/S),STM-16(2488.320Mb/S)等.第十一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日光發(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.DFB

(DistributedFeedBack)

DFB型光發(fā)射機(jī)，分布反饋（激光器）。

采用模擬殘留邊帶調(diào)幅（AM-VSB）信號(hào)（射頻信號(hào)）直接調(diào)制激光二極管，使得光輸出強(qiáng)度隨著射頻信號(hào)強(qiáng)度的變化而變化，因此也稱為直接調(diào)制光發(fā)射機(jī)FP法布里一泊羅諧振腔由兩個(gè)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(dòng)電流If為一確定值(如對(duì)F-PLDIf=Ith+20mA)時(shí)對(duì)應(yīng)于發(fā)射器件(LD、LED)上的電壓值.閾值電流Ith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(shí)的正向驅(qū)動(dòng)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(duì)F-P類LD,Pf為Ith+20mA對(duì)應(yīng)的功率.峰值波長(zhǎng)Ip對(duì)LED類產(chǎn)品,光譜圖上最大峰值處對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng).對(duì)LED類產(chǎn)品,在0.01nm分辨峰率的光譜圖上,根據(jù)其縱模分布按RMS方式計(jì)算.光譜寬度△I對(duì)LED類產(chǎn)品,在光譜圖上,相對(duì)強(qiáng)度下降-3dB對(duì)應(yīng)的光譜寬度即為L(zhǎng)ED的光譜寬度;對(duì)F-P類LD產(chǎn)品,采用ITUTG.957建議最大均方根寬度定義;對(duì)DFB類LD產(chǎn)品,采用ITUTG.957建議最大-20dB寬度定義,即主模中心波長(zhǎng)的最大峰值功率跌落-20dB時(shí)的最大全寬.邊模抑制比SMSR僅對(duì)DFB-LD類產(chǎn)品有意義.在0.1nm的分辨峰率下測(cè)試對(duì)應(yīng)于某一電流值下的光譜圖,計(jì)算全調(diào)制條件下主模與最顯著旁模間相對(duì)強(qiáng)度的差值,以dB數(shù)表示即為邊模抑制比.第十二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日光接收組件的參數(shù)定義與符合暗電流Id在一定的反向偏執(zhí)電壓VEE(如-5V)下,當(dāng)無外來光功率輸入時(shí),流過光接收組件之PIN管上的電流即為暗電流.響應(yīng)度R在一定的反向偏執(zhí)電壓VEE(如-5V)下,對(duì)應(yīng)于一定的輸入光功率P,測(cè)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.帶寬BW接收組件在小信號(hào)輸入(AGC無啟動(dòng))是輸出的幅頻特性曲線上,當(dāng)幅度下降3dB時(shí)對(duì)應(yīng)的頻帶寬度稱為寬帶.接收靈敏度Pr在一定的誤碼率(如BER=10-9)條件下,接收組件能接收到的最小平均輸入光功率..飽和光功率Ps在一定的誤碼率(如BER=10-9)條件下,光接收組件能接收到的最大平均輸入光功率.動(dòng)態(tài)范圍Dy飽和光功率與接收靈敏度的差值,單位dB.第十三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日光發(fā)射模塊的參數(shù)定義與符號(hào)平均光發(fā)射功率Po在模塊相應(yīng)的速率及按要求輸入信號(hào)電平的條件下,模塊輸出的光功率.消光比(Pon/Poff)最壞反射條件時(shí),全調(diào)制條件下傳號(hào)平均光功率與空號(hào)平均光功率比值的最小值.眼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(jī)靈敏度的惡化,因此必須加以限制,為此ITUT建議G.957規(guī)范了一個(gè)發(fā)送眼圖的模板.第十四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日接收模塊的參數(shù)定義光接收靈敏度Pr在模塊的工作速率下,當(dāng)誤碼為某一數(shù)值(如BER=10-9)時(shí)的最小接收光功率,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=10-9)是的最大接收光功率,即為模塊的飽和光功率Ps.告警信號(hào)閾值(PH-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(shí),模塊的告警輸出信號(hào)電平出現(xiàn)反轉(zhuǎn),這時(shí)的光功率即為告警信號(hào)閾值(PH-L).告警信號(hào)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(shí),模塊的告警輸出信號(hào)電平出現(xiàn)反轉(zhuǎn),這時(shí)的光功率即為告警信號(hào)閾值(PL-H).信號(hào)檢滯后告警信號(hào)閾值(PH-L)和告警信號(hào)閾值(PL-H)的差值.

第十五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日第十六頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日光模塊的組成單元第十七頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日第十八頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日光纖的色散用一塊三棱鏡對(duì)著太陽光或者日光燈，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，這些都是最簡(jiǎn)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(gè)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??；在光纖通信中，色散和帶寬是一對(duì)矛盾。1550FP1.25G模塊在G652光纖里傳輸示意圖。第十九頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日色散的分類

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(zhǎng)有關(guān)，所以又統(tǒng)稱為波長(zhǎng)色散。模式色散

在多模光纖中，傳輸?shù)哪Ｊ胶芏?，不同的模式，其傳輸路徑不同，所?jīng)過的路程就不同，到達(dá)終點(diǎn)的時(shí)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(diǎn)走的路程長(zhǎng)，低次模走的路程短，這就意味著高次模到達(dá)終點(diǎn)需要的時(shí)間長(zhǎng)，低次模到達(dá)點(diǎn)需要的時(shí)間短。在同一條長(zhǎng)度相等的光纖上，最高次模與最低次模到達(dá)終點(diǎn)所用的時(shí)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(shí)延差的因素有兩個(gè)：纖芯－包層相對(duì)折射率差和光纖的長(zhǎng)度。光纖的時(shí)延差與纖芯－包層相對(duì)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(shí)延差就會(huì)越大，光脈沖展寬也越大。從減小光纖時(shí)延差的觀點(diǎn)上看，希望較小為好，這種小的光纖稱為弱導(dǎo)光纖。通信用光纖都是弱導(dǎo)光纖。另外，光纖越長(zhǎng)，時(shí)延差也越大，色散也越大。第二十頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日材料色散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(gè)固定的常數(shù)，而是對(duì)不同的傳輸波長(zhǎng)有不同的值。光纖通信實(shí)際上用的光源發(fā)出的光，并不是只有理想的單一波長(zhǎng)（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(shí)，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(zhǎng)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(shí)，光的傳輸速度將隨光波長(zhǎng)的不同而改變，到達(dá)終端時(shí)將產(chǎn)生時(shí)延差，從而引起脈沖波形展寬。波導(dǎo)色散光纖的第三類色散是波導(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(shí)，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(qiáng)的大小與光波長(zhǎng)有關(guān)，這就相當(dāng)于光傳輸路徑長(zhǎng)度隨光波波長(zhǎng)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(zhǎng)的光傳輸路徑不完全相同，所以到達(dá)終點(diǎn)的時(shí)間也不相同，從而出現(xiàn)脈沖展寬。具體來說，入射光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，進(jìn)入包層中的光強(qiáng)比例就越大，這部分光走過的距離就越長(zhǎng)。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。第二十一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日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)色散對(duì)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(gè)色散影響很小。對(duì)于單模光纖，因只有一個(gè)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(zhǎng)色散，要盡量選用窄譜線激光器作光源。對(duì)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(shí)，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(hào)耦合進(jìn)光纖，在光纖中傳輸時(shí)，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。第二十二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日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)色散對(duì)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(gè)色散影響很小。對(duì)于單模光纖，因只有一個(gè)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(zhǎng)色散，要盡量選用窄譜線激光器作光源。對(duì)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(shí)，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(hào)耦合進(jìn)光纖，在光纖中傳輸時(shí)，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。第二十三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日按傳輸模式分按光在光纖中的傳輸模式可分為：?jiǎn)文９饫w和多模光纖。多模光纖的纖芯直徑為50~62.5μm，包層外直徑125μm，單模光纖的纖芯直徑為8.3μm，包層外直徑125μm。光纖的工作波長(zhǎng)有短波長(zhǎng)0.85μm、長(zhǎng)波長(zhǎng)1.31μm和1.55μm。光纖損耗一般是隨波長(zhǎng)加長(zhǎng)而減小，0.85μm的損耗為2.5dB/km,1.31μm的損耗為0.35dB/km，1.55μm的損耗為0.20dB/km，這是光纖的最低損耗，波長(zhǎng)1.65μm以上的損耗趨向加大。由于OHˉ的吸收作用，0.90~1.30μm和1.34~1.52μm范圍內(nèi)都有損耗高峰，這兩個(gè)范