光模块工作原理简介_ZTE.docVIP

光模块工作原理简介 目录 摘要 2 关键词 2 1 引用的文档和参考标准说明 2 2 缩写说明 2 3 正文 2 4 附录 7  摘要 以SFP光模块为例，介绍光模块内部的组成和工作原理。 关键词 SFP光模块 引用的文档和参考标准说明 缩写说明 SFP：Small Form-factor Pluggable 小型化可插拔 正文 光模块是我们群路科都要用到的PHY层的器件，虽然封装，速率，传输距离有所不同，但是其内部组成基本是一致的。SFP收发合一Transceiver因其小型化，热插拔方便，支持SFF8472标准，模拟量读取方便（IIC读取），且检测精度高（+/-2dBm以内）而逐渐成为运用的主流，下面就以SFP光模块为例，介绍其内部的组成和相关的工作原理。 SFP内部结构图 SFP光模块的内部结构： 由上图可见，光模块主要部分是由光发射组件，激光驱动器，光接收组件（L16.2光模块光接收部分使用APD接收机，还需要升压电路），限幅放大器和控制器组成的。驱动芯片和限幅放大器一般都支持从155Mb/s到2.67Gb/s多速率。速率不同，传输距离不同的光模块有很多只是前端光组件的差别，高速率SFP光模块BOM成本的90％都集中在光组件上。由上图还可以看出，为了保证上电顺序，SFP光模块的金手指部分的长度是不一样的，最长的是信号地，其次是电源，最短的是信号，这样在插拔的时候就保证了地－电源－信号的顺序。 光发射组件 TOSA（Transmiter Optical Sub-Assembly）： 常用的光发射组件由两大类，一类是采用发光二极管LED封装的TOSA，一类是采用半导体激光二极管LD封装的TOSA。前者谱线宽，耦合效率低（虽然LED可以发出几毫瓦的光功率，但是方向性差，能耦合到光纤中用于传输的部分只占1％－2％），但是价格低，使用寿命长，在低速短距的情况下还是有少量的运用，常用于百兆以太网多模光纤中短距离的数据传输，波长一般是1300nm。我们接触到的光模块一般都是采用的激光二极管。 激光器的种类 1.VCSEL激光器（垂直表面腔发射激光器）：850nm波长，用于千兆以太网多模光纤短距传输，千兆以太网交换机大量使用该类型的光模块，传输光板不会用到，不详细介绍 2.FP和DFB激光器 二者的区别在于输出光特性的不同，FP激光器是多纵模激光器MLM，能够产生包含有若干离散波长的光，除了中心波长的主模外，其他波长的次模也具有较高的幅度，而且主模和次模也处于动态的竞争当中，不过频带范围十分狭窄。DFB激光器是单纵模激光器SLM，主模光功率占到整个发光功率的99％以上，其他少量的次模可以忽略不计。 对于这两种不同类型激光器的光模块，用光谱仪测试其谱宽的时候方法是不一样的。 FP激光器光模块，测试其发送侧的谱宽是测试RMS谱宽 DFB激光器光模块，测试其发送侧的谱宽是测试－20dB的谱宽，而且要求测试边模抑制比。 目前在我们所使用的光模块中，155M，622M模块发射波长为1310nm，采用的都是FP激光器，1550nm波长采用的是DFB激光器。2.5G除了2Km 即I-16使用FP激光器外，其他都是使用的DFB激光器。 激光二极管的谐振腔有两个反射镜面，它们是半透明的。它们的作用一方面构成谐振腔保证光子在其中往复运动以激射出新的光子，另一方面有相当一部分光子从反射镜透射出去即发光。前镜面透射出去的光谓之主光，通过与光纤的耦合发送光纤当中变成有用的传输。而后反射镜面幅射出去的光谓之副光又叫背向光。TOSA将此背向光转换为背光电流，利用它可以来监控光源器件发光功率的大小。 上图为温度升高情况下，激光器输入电流和输出光功率的变化情况 当腔中的光学增益超过腔体端反射面的损耗时，激光器就会激射出相干的光信号，临界时激光器中的电流称为阈值电流（Ith）。随温度升高激光器腔体中的光学增益会降低，由于腔体内光学增益降低，激光器就需要更大的注入电流来获得相干光输出，结果激光器的阈值电流就升高了。SFP模块决大部分厂家都采用内部交流耦合，模块内部也做好了上下拉匹配，所以靠近光模块这一侧不需要加匹配。 对于MOD_DEF0（光模块在位），MOD_DEF1（IIC Clock），MOD_DEF0（IIC Data），LOS（和SFF定义相反，高为无光输入，低为正常。SFF 是Signal Detect，SD高表示有光信号，低表示无光信号），Tx_Fault（发送失效）都必须要在用户侧的上拉。 当SFP检测到异常情况引发保护关断后，Tx_Fault变高，无光输出，必须要用Tx_Disable信号对其进行复位。