光模块基础知识

1. 光模块的封装

光模块是光收发模块的简称，主要根据不同的外型来区分，而在同一外型中，又有着多种规格；在数据通信领域，最常见的光模块（根据外型区分）分别是SFF、GBIC、SFP、和XFP、QSFP 、XENPAK和X2光模块，其中SFF、GBIC、XENPAK和X2都是比较早期的标准，已经逐步被QSFP、SFP所取代。下面图1-1和图1-2展示QSFP和SFP光模块。

 图1-1 QSFP+光模块

图1-2 SFP-DD

在各类光模块中，SFF、GBIC、SFP是百、千兆速率的；XENPAK、X2、XFP、SFP+是万兆速率的；QSFP+是40G的，QSFP28是100Gbps；QSFP+模块的尺寸与XFP尺寸相当，XENPAK、CFP尺寸最大，SFF，SFP/SFP+尺寸最小。

而各类光模块在各自的速率下，又有着多种规格，以传输距离来做区分，常见的有500m（千兆速率下，万兆是300m）、10km、40km.

2. SFP光模块的内部基本结构

图2-1简单描述了光模块的内部结构，其中各个部分的含义如下：

O/E：光信号探测器，能够吸收光并转变为电流；

Pre-amp(TIA)：跨阻放大器, 放大来自探测器微弱的电信号，需要很好的过载能力和较高的灵敏度；

Limit-amp：主放大器, 分为限幅放大器和AGC放大器，其中限幅放大器较为通用；

E/O：光发送器，用于将电信号转化为光信号；

Laser Driver：光驱动器，对电信号进行整形和调整为激光器脉冲；

图2-1 SFP/SFP+等光模块内部结构

3. 光模块参数

光模块传输速率：常用的有百兆、千兆、万兆、40Gbps、100Gbps；

中心波长：一般指的是发送波长，常用的有850nm、1310nm和1550nm，前者常称为短波，后两者为长波；

光模块发送光功率：发射端的光强，以dBm为单位，是影响传输距离的重要参数；

消光比：表征光模块发送的0与1的区别；

光模块接收灵敏度：可以探测到的光强度，以dBm为单位，是影响传输距离的重要参数；

饱和光功率值：指光模块接收端最大可以探测到的光功率，当接收光功率大于饱和光功率的时候会导致误码产生，甚至造成接收电路的损坏，因此对于发射光功率大的光模块需要考虑是否要额外增加衰减。

工作温度、功耗等也是光模块的基本参数。

注：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。

4. 太网标准中的光网络标准

以太网支持多种介质的传输，其标准中定义了多个介质的传输指标，包含双绞线、铜缆和光纤；在光介质的指标中，包含了以下标准：1000Base-SX、1000Base-LX、10GBase-SR、10Gbase-LR、10Gbase-ER、10Gbase-SW 、10Gbase-LW、10Gbase-EW，还有40GBASE-SR4、40GBASE-LR4、40GBASE-FR、100GBASE-SR10、100GBASE-LR4、100GBASE-ER4各个标准的规格如下表：

	速率	工作波长/nm	支持距离	备注
100Base-FX	百兆	850或1310	2km	1310nm波长在多模光纤上的传输
1000Base-SX	千兆	850	550m
1000Base-LX	千兆	1310	10km
10Gbase-SR	万兆	850	300m	10.3125Gbps 要求光纤规格：50/125um，模式带宽2000MHz*km
10Gbase-LR	万兆	1310	10km	10.3125Gbps
10Gbase-ER	万兆	1550	40km	10.3125Gbps
10Gbase-SW	万兆广域网	850	300m	9.953Gbps
10Gbase-LW	万兆广域网	1310	10km	9.953Gbps
10Gbase-EW	万兆广域网	1550	40km	9.953Gbps
40GBASE-SR4	40G	850	150m	10.3125Gbps×4线
40GBASE-LR4	40G	1271/1291/1311/1331	10km	使用WDM技术，在一条光纤上使用4个波长传输，每个波长10.3125Gbps
40GBASE-FR	40G	1271/1291/1311/1331	2km	使用单一波长在一条光纤上传输，速度41.25Gbps
100GBASE-SR	100G	850	150m	每个波长速率25Gbps,4*25G
100GBASE-LR4	100G	1295/1300/1304/1309	10km	单模，长距离光纤。使用4种波长在一条光纤上传输，每个波长速率25Gbps
100GBASE-ER4	100G	1295/1300/1304/1309	40km	单模，超长距离光纤。使用4种波长在一条光纤上传输，每个波长速率25Gbps
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而在满足标准规格的基础上，适当提高光模块发送光功率或接收灵敏度，则能令该器件支持更远距离的传输，如支持40km、80km传输的千兆/万兆光模块。