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光模块的工作原理
光模块(Optical Modules)作为光纤通信中的重要组成部分,是实现光信号传输过程中光电转换和电光转换功能的光电子器件 。
光模块工作在OSI模型的物理层,是光纤通信系统中的核心器件之一 。它主要由光电子器件(光发射器、光接收器)、功能电路和光接口等部分组成,主要作用就是实现光纤通信中的光电转换和电光转换功能 。光模块的工作原理如图 光模块工作原理图所示 。
发送接口输入一定码率的电信号,经过内部的驱动芯片处理后由驱动半导体激光器(LD)或者发光二极管(LED)发射出相应速率的调制光信号,通过光纤传输后,接收接口再把光信号由光探测二极管转换成电信号,并经过前置放大器后输出相应码率的电信号 。
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图1-1 光模块工作原理图
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光模块的外观结构
光模块的种类多种多样,外观结构也不尽相同,但是其基本组成结构都包含以下几部分,如图 光模块的外观结构(以SFP封装举例说明)所示 。
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图1-2 光模块的外观结构(以SFP封装举例说明)
表1-1 光模块各个结构的说明
结构
说明
1.防尘帽
保护光纤接头、光纤适配器、光模块的光接口以及其他设备的端口不受外部环境污染和外力损坏 。
2.裙片
用于保证光模块和设备光接口之间良好的搭接,只在SFP封装的光模块上存在 。
3.标签
用于标识光模块的关键参数及厂家信息等 。
4.接头
用于光模块和单板之间的连接,传输信号,给光模块供电等 。
5.壳体
保护内部元器件,主要有1*9外壳和SFP外壳两种 。
6.接收接口(Rx)
光纤接收接口 。
7.发送接口(Tx)
光纤发送接口 。
8.拉手扣
用于拔插光模块,且为了辨认方便,不同波段所对应的拉手扣的颜色也是不一样的 。
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光模块有哪些关键性能指标
如何衡量光模块的性能指标呢?我们可以从以下几个方面来读懂光模块的性能指标 。
光模块发送端
平均发射光功率
平均发射光功率是指光模块在正常工作条件下发射端光源输出的光功率,可以理解为光的强度 。发射光功率和所发送的数据信号中“1”占的比例相关,“1”越多,光功率也越大 。当发送机发送伪随机序列信号时,“1”和“0”大致各占一半,这时测试得到的功率就是平均发射光功率,单位为W或mW或dBm 。其中W或mW为线性单位,dBm为对数单位 。在通信中,我们通常使用dBm来表示光功率 。
消光比
消光比是指全调制条件下激光器在发射全“1”码时的平均光功率与全“0”码时发射的平均光功率比值的最小值,单位为dB 。如图1-3所示,我们在将电信号转换为光信号时,是由光模块发射部分的激光器按照输入的电信号的码率来转换成光信号的 。全“1”码时的平均光功率即表示激光器发光的平均功率,全“0”码时的平均光功率即表示激光器不发光的平均功率,消光比即表征0、1信号的区别能力,因此消光比可以看做一种激光器运行效率的衡量 。消光比典型的最小值范围为8.2dB到10dB 。
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图1-3激光器工作示意图
光信号的中心波长
在发射光谱中,连接50℅更大幅度值线段的中点所对应的波长 。不同种类的激光器或同一种类的两个激光器,由于工艺、生产等原因都会有中心波长的差异,即使同一激光器在不同条件下也可能会有不同的中心波长 。一般,光器件和光模块的制造商,提供给用户一个参数,即中心波长(如850nm),这个参数一般会是一个范围 。目前常用的光模块的中心波长主要有三种:850nm 波段、1310nm 波段以及1550nm 波段 。
为什么定义在这三个波段呢?这与光信号的传输介质光纤损耗有关 。通过不断研究实验,人们发现光纤损耗通常随波长加长而减小,850nm损耗较少,900 ~ 1300nm损耗又变高了;而1310nm又变低, 1550nm损耗更低,1650nm以上的损耗趋向加大 。所以850nm就是所谓的短波长窗口,1310nm 和1550nm就是长波长窗口 。
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