光纤模块详解

  光收发一体模块 (SFP GBIC XFP) 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。

 

  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

 

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

 

GBIC 封装——热插拔千兆接口光模块，采用 SC 接口

 

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

 

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

 

按照激光类型分： LED 、 VCSEL 、 FP LD 、 DFB L

 

按照发射波长分： 850nm 、 1310nm 、 1550nm 等等

 

按照使用方式分：非热插拔（ 1 × 9 、 SFF ），可热插拔（ GBIC 、 SFP 、 XENPAK 、 XFP ）

 

光纤连接器的分类和主要规格参数

   

光纤连接器是在一段光纤的两头都安装上连接头，主要作光配线使用。

 

按照光纤的类型分：单模光纤连接器（一般为 G.652 纤：光纤内径 9um ，外径 125um ），多模光纤连接器

单模 光纤 和多模光纤可以从纤芯的尺寸大小来简单地判别。单模光纤的纤芯很小 , 约 4 ～ 10um, 只传输主模态。这样可完全避免了模态色散，使得传输频带很宽，传输容量很大。这种光纤适用于大容量、长距离的 光纤通信 。它是未来光纤通信与光波技术发展的必然趋势。

多模光纤又分为多模突变型光纤和多模渐变型光纤。前者纤芯直径较大，传输模态较多，因而带宽较窄，传输容量较小；后者纤芯中折射率随着半径的增加而减少，可获得比较小的模态色散，因而频带较宽，传输容量较大，目前一般都应用后者。
 
　　由于多模光纤中不同模式光的传波速度不同，因此多模光纤的传输距离很短。而单模光纤就能用在无中继的光通讯上。
 
　　在光纤通信理论中，光纤有单模、多模之分，区别在于：

1. 单模光纤芯径小（ 10m m 左右），仅允许一个模式传输，色散小，工作在长波长（ 1310nm 和 1550nm ），与光器件的耦合相对困难。

2. 多模光纤芯径大（ 62.5m m 或 50m m ），允许上百个模式传输，色散大，工作在 850nm 或 1310nm 。与光器件的耦合相对容易。研究表明，多模光纤的带宽大约为4000Mb/s。 制造的单模光纤是为了消除脉冲展宽

 
　　而对于光端模块来讲，严格的说并没有单模、多模之分。所谓单模、多模模块，指的是光端模块采用的光器件与何种光纤配合能获得最佳传输特性。
 
　一般有以下区别：

1. 单模模块一般采用 LD 或光谱线较窄的 LED 作为光源，耦合部件尺寸与单模光纤配合好，使用单模光纤传输时能传输较远距离。

2. 多模模块一般采用价格较低的 LED 作为光源，耦合部件尺寸与多模光纤配合好

 

  按照光纤连接器的连接头形式分： FC ， SC ， ST ， LC ， MU ， MTRJ 等等，目前常用的有 FC ， SC ， ST ， LC ，

 

FC 型——最早由日本 NTT 研制。外部加强件采用金属套，紧固方式为螺丝扣。测试设备选用该种接头较多。

 

SC 型——由日本 NTT 公司开发的模塑插拔耦合式连接器。其外壳采用模塑工艺，用铸模玻璃纤维塑料制成，呈矩形；插针由精密陶瓷制成，耦合套筒为金属开缝套管结构。紧固方式采用插拔销式，不需要旋转。

 

LC 型——朗讯公司设计的。套管外径为 1.25mm ，是通常采用的 FC-SC 、 ST 套管外径 2.5mm 的一半。提高连接器的应用密度。

 

按照光纤连接器连接头内插针端面分： PC ， SPC ， UPC ， APC

 

按照光纤连接器的直径分：Φ 3 ，Φ 2, Φ 0.9

 

光纤连接器的性能主要有光学性能、互换性能、机械性能、环境性能和寿命。其中最重要的是插入损耗和回波损耗这两个指标。

 

1 、   光模块传输数率：百兆、千兆、 10GE 等等

 

2 、   光模块发射光功率和接收灵敏度：发射光功率指发射端的光强，接收灵敏度指可以探测到的光强度。两者都以 dBm 为单位，是影响传输距离的重要参数。光模块可传输的距离主要受到损耗和色散两方面受限。损耗限制可以根据公式：损耗受限距离＝（发射光功率 - 接收灵敏度） / 光纤衰减量   来估算。光纤衰减量和实际选用的光纤相关。一般目前的 G.652 光纤可以做到 1310nm 波段 0.5dB/km ， 1550nm 波段 0.3dB/km 甚至更佳。 50um 多模光纤在 850nm 波段 4dB/km 1310nm 波段 2dB/km 。对于百兆、千兆的光模块色散受限远大于损耗受限，可以不作考虑。

 

3 、   10GE 光模块遵循 802.3ae 的标准，传输的距离和选用光纤类型、光模块光性能相关。

 

4 、   饱和光功率值指光模块接收端最大可以探测到的光功率，一般为 -3dBm 。当接收光功率大于饱和光功率的时候同样会导致误码产生。因此对于发射光功率大的光模块不加衰减回环测试会出现误码现象。

 

光模块功能失效重要原因

 

光模块功能失效分为发射端失效和接收端失效，分析具体原因，最常出现的问题集中在以下几个方面：

 

1 ．   光口污染和损伤

 

由于光接口的污染和损伤引起光链路损耗变大，导致光链路不通。产生的原因有：

 

A ． 光模块光口暴露在环境中，光口有灰尘进入而污染；

 

B ． 使用的光纤连接器端面已经污染，光模块光口二次污染；

 

C ． 带尾纤的光接头端面使用不当，端面划伤等；

 

D ． 使用劣质的光纤连接器 ;

 

  SFP 是 Small Form-Factor 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）,支持SX、LX、TX、LH，走1000M。

与GBIC的模块 5483(转成1000M电口)5484(多模,500M以内),5486(单多模,10KM),5487(单模,可达70KM)相对应的SFP模块是GLC模块,分为GLC-LH-SM=(单模,10KM),GLC-SX-MM= (多模,500M,)GLC-ZX-SM=(单模,70KM),GLC-T=(转成电口)

 

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。

附录一些常见交换机模块型号

 

GBIC 系列
WS-5483    1000BASE-T, GBIC 模块 , RJ-45 接口 , 传输距离 100M( 兼容思科 G5483 ）
WS-5484   1000BASE-SX, GBIC 模块 , 多模 , SC 接口 , 波长 850nm ，传输距离 550M( 兼容思科 G5484 ）
WS-5485   1000BASE-LX, GBIC 模块 , 单模 , SC 接口 , 波长 1310nm ，传输距离 10KM( 兼容思科 G5486)
WS-5487   1000BASE-ZX, GBIC 模块 , 单模 , SC 接口 , 波长 1550nm ，传输距离 70KM( 兼容思科 G5487 ）
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SFP 系列
GLC-T               1000BASE-T, SFP 模块 , RJ-45 接口 , 传输距离 100
GLC-SX-MM-C        1000BASE-SX, SFP 模块 , 多模 , LC 接口 , 波长 850nm ，传输距离 550M
GLC-LH-SM-C        1000BASE-LX, SFP 模块 , 单模 , LC 接口 , 波长 1310nm ，传输距离 10KM
GLC-ZX-SM-C        1000BASE-ZX, SFP 模块 , 单模 , LC 接口 , 波长 1550nm ，传输距离 70KM-80KM
GLC-LH-SM-20KM-C   1000BASE-LX, SFP 模块 , 单模 , LC 接口 , 波长 1310nm ，传输距离 20KM
GLC-LH-SM-40KM-C   1000BASE-LX, SFP 模块 , 单模 , LC 接口 , 波长 1310nm ，传输距离 40KM
GLC-ZX-SM-120KM-C  1000BASE-ZX, SFP 模块 , 单模 , LC 接口 , 波长 1550nm ，最大传输距离 120KM  
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CWDM 系列
CWDM-GBIC-xxxx-C        波分复用 SFP 光纤模块，工作波长 1470nm 到 1610nm ，传输距离 70KM-8
CWDM-SFP -xxxx-C        波分复用 SFP 光纤模块，工作波长 1470nm 到 1610nm ，传输距离 70KM-80KM
CWDM-GBIC-xxxx-120KM-C  波分复用 SFP 光纤模块，工作波长 1470nm 到 1610nm ，传输距离 100-120KM
CWDM-SFP -xxxx-120KM-C  波分复用 SFP 光纤模块，工作波长 1470nm 到 1610nm ，传输距离 100-120KM
**********************************************************XENPAK 系列
XENPAK-10GB-SR-C    10GBASE-SR ， XENPAK 模块，多模， 300M ，波长 850nm
XENPAK-10GB-LR-C    10GBASE-LR ， XENPAK 模块，单模， 10KM ，波长 1310nm
XENPAK-10GB-ER-C    10GBASE-ER ， XENPAK 模块，单模， 40KM ，波长 1550nm
XENPAK-10GB-ZR-C    10GBASE-ER ， XENPAK 模块，单模， 70KM ，波长 1550nm
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X2-10GB-SR-C    10GBASE-SR ， X2 模块，多模， 300M ，波长 850nm
X2-10GB-LR-C    10GBASE-LR ， X2 模块，单模， 10KM ，波长 1310nm
X2-10GB-ER-C    10GBASE-ER ， X2 模块，单模， 40KM ，波长 1550nm
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XFP 系列
XFP-10GB-SR    10GBASE-SR ， XFP 模块，多模， 300M ，波长 850nm
XFP-10GB-LR    10GBASE-LR ， XFP 模块，单模， 10KM ，波长 1310nm
XFP-10GB-ER    10GBASE-ER ， X2 模块，单模， 40KM ，波长 1550nm