光模块的应用指南.pdf

1、光模块和光纤连接器的应用指南 一、光收发一体模块定义 光收发一体模块由光电子器件、 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。 二、光收发一体模块分类 按照速率分：

2、 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：19 、SFF 、SFP 、GBIC 、XENPAK 、XFP ，各种封装 见图 1 6 19 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

3、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 图 1 、19 封装 图 2 、SFF 封装 图 3 、GBIC 封装 图 4 、SFP 封装 图 5 、XENPAK 封装 图 6 、XFP 封装 按照激光类型分：LED 、VCSEL 、FP LD 、DFB LD 按照发射波长分：850nm 、1310nm 、1550nm 等等 按照使用方式分： 非热插拔 （19 、SFF ） ， 可 热插拔 （GBIC 、SFP 、 XENPAK 、XFP ） GBIC 是 Giga Bitrate Interface Converter 的缩写， 是 将千兆位 电信

4、号转换为 光信 号的接口 器件 。G BIC 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。Gigac 提供 的 GBIC 产 品在各公 司的 千兆 位交换机 上进 行过严格 的测 试，性能 指标 符合各项 要求 。 何为 SFP ？ SFP 是 SMALL FORM 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

5、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）。 光纤分哪 几种 ？ 光纤分为 多模 光纤和单 模光 纤两种： 其中 ， 多模光 纤由 于发光器 件比 较便宜以 及施 工简易的 特性 ， 广 泛用于短 距离 的通讯上 ， 多 模光纤又 分为 50um 芯径和 62.5um 芯径两种， 其中 62.5um 的比较常 见， 但性能上 没有 50um 的好。Gigac 的 GBIC-SX 多模 产 品均适合 这两 种多模光 纤， 传输距离 分别 为 55 0 米（在 50um 光纤上）和 330 米（在

6、 62.5um 光纤上 ）。 单模光纤 一般 用于远距 离通 讯， 芯 径为 9um ， Gigac 的单 模 GBIC 产 品在单模 光纤 上传输距 离分 别达 到 10 公里、20 公里、70 公里 、120 公里 。一般交 换机 厂商在单 模上 只提供 10 公里 和 70 公里 两种 型号，20 公里 产品可以 有效 的节约系 统集 成商特定 网络 方案的总 体造 价。120 公里 产品用于 特殊 的 超长运行 环境 。 光/ 电收发 模块 符合什么 国际 标准？ Gigac 提供的 所有 GBIC 、SFP 、10G 产品 均符合最 新的 国际标准 规范 ，Gigac 提供 的 GB

7、IC 、SFP 、 10G 光纤模块 产品与思 科、 华为、3COM 、 中兴、Extreme 、Foundry 、Juniper 、 凯创、 北电、 友 讯 、 华三、 安 奈特 、 网件、IBM 、 戴尔、惠普 、 阿尔卡 特、合勤等众 多厂 家交换机 、 路 由器、 服 务器 、 防 火墙产品 完全 兼容。 光/ 电收发 模块 质量保证 ？ Gigac 提供的 所有 GBIC 、SFP 、10G 产品 均为进行 严格 兼容性测 试和 性能测试 ，从 而保证一 流的 产 品品质。 所有 销售的光/ 电收 发模块产 品均 承诺三年 的免 费保修。 Gigac 的光/ 电 收发模块 有那 些优

8、势？ Gigac 专业提 供热插拔 光模 块产品，Gigac 的竞争优势 体现在三 个方 面：一是 Gigac 是专业的大 型 T ranseiver 生产厂商，拥 有强 大的研发 和生 产能力， 所以 型号齐全 、交 货及时， 常用 光模块产 品均 有 大量库存 保证 ； 二是价 格优 势明显， 品质 优良； 三 是可 以为用户 提供 更多的选 择， 拥有丰富 的产 品线。 三、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（

9、一种是 G.651 纤其内径 50um ， 外径 125um ；另一种是内径 62.5um ，外径 125um ）； 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 ，见图 7 10 。 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

10、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。 图 7 、FC 光纤连接 器 图 8 、SC 光纤连接 器 图 9 、LC 光纤连接 器 图 10 、ST 光纤连接 器 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： 3 ，2, 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。针对常用的 SC ，ST ，FC ，LC 连接头，指标要求如下： 模 式 插入损耗 (dB) 回波损耗(d

11、B) PC SPC UPC APC 单 模 0.3 45 50 55 60 多 模 0.3 35 t1 四、光模块主要参数 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

12、 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。 常见的光模块规 格： 传输数率 发射波 段 传输使 用光纤 参考传输距 离 百兆 1310nm 多模 2km 百兆 1310nm 单模 15km 百兆 1310nm 单模 40km 百兆 1550nm 单模 80km 千兆 850nm 多模 550m 千兆 1310 单模/ 多模 10km/550m 千兆 1550 单模 70km 3 、 10GE 光模块遵循 802.3ae 的标准， 传输的距离和选用光

13、纤类型、 光模块光性能相关。如 10G S 传输距离的 300m 有如下条件： 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。 五、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.

14、 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； 2 ESD 损伤 ESD 是 ElectroStatic Discharge 缩写 即“ 静电 放电“ ， 是一个上 升时间 可以小 于 1ns （10 亿分之一 秒） 甚 至几百 ps （1ps 10000 亿分之一秒）的 非常快 的过程，ESD 可 以产生几 十 Kv/m 甚 至 更大 的强 电磁脉冲 。静电 会吸附灰 尘，改 变线路 间的阻抗 ，影响 产品的功 能与寿 命； ESD 的瞬 间 电场或电 流产生 的热，使 元件受 伤，

15、短期 仍能工 作但寿命 受到影 响； 甚至破坏 元件的 绝缘或导 体，使 元件不能 工作（ 完全破坏 ）。ESD 是不 可避免 ， 除了提高 电子元 器件的 抗 ESD 能力 ， 重要的是 正确使 用，引 起 ESD 损 伤的因素 有： A. 环境干燥 ，易产 生 ESD ； B. 不正常的 操作，如： 非热 插拔光 模块带电 操作；不做静电 防护直 接用手接 触光模 块静电敏 感的管 脚t2 ；运 输 和存放过 程中没 有防静电 包装； C. 设备没有 接地或 者接地不 良； 六、光收发一体 光模块应用注意 点 1 光口 问题 光链路上 各处的 损耗衰减 都关系 到传输的 性能， 因此要求

16、： A. 选择符合 入网标 准的光纤 连接器 ； B. 光纤连接 器要有 封帽，不 使用时 盖上封帽 ，避免 光纤连接 器污染 而二次污 染光模 块光口； 封帽不 使用时应 放 在防尘干 净处保 存； C. 光纤连接 器插入 是水平对 准光口 ，避免端 面和套 筒划伤； D. 光模块光 口避免 长时间暴 露，不 使用时加 盖光口 塞；光口 塞不使 用时储存 在防尘 干净处； 清洁光 模块时根 据 光口类型 选用合 适的无尘 棉棒 （SC 使用 2.5mm 的无尘棉 棒 如 NTT 的 14100400 ， LC 和 MTRJ 使用 1.25mm 的无尘棉 棒 如 NTT 的 14100401

17、）蘸上无 水酒精 插入光口 内部， 按同一方 向旋转 擦拭；然 后再用 干燥的无 尘 棉棒插入 器件光 口，按同 一方向 旋转擦拭 ； E. 光纤连接 器的端 面保持清 洁，避 免划伤； 清洁端 面时使用 干燥无 尘棉 如：小津 产 业株式会 社的 M 3 在手指 未接触部 分按如 图 9 所示 方法擦 拭清洁， 每次擦 拭不能在 同一位 置；对脏 污严重 的接头， 则将无 尘棉浸无 水 酒精（不 易过多 ），按相 同方法 进行擦拭 清洁， 并需更换 另一干 燥无尘棉 按相同 方法操作 一次， 保证接头 端 面干燥， 再进行 测试；此 类清洁 方法需注 意擦拭 长度要足 够，才 能保证清 洁效

18、果 ，并且不 能在相 同位置重 复 擦拭；此 类无尘 棉每张可 按图示 方向擦 拭 4 次； 场地不足 时可将 无尘棉放 在手掌 上，在手 指未接 触部分按 如 图 10 所示方 法在 手掌部位 进行擦 拭清洁， 每次擦 拭不能在 同一位 置； 对脏 污严重 的接头， 则将无 尘棉浸无 水 酒精（不 易过多 ），按相 同方法 进行擦拭 清洁， 并需更换 另一干 燥无尘棉 按相同 方法操作 一次， 保证接头 端 面干燥， 再进行 测试；此 类清洁 方法需注 意擦拭 长度要足 够，才 能保证清 洁效果 ，并且不 能在相 同位置重 复 擦拭；此 类无尘 棉每张可 按图示 方向擦 拭 3 次； 也可以

19、使 用清洁 器如图 11 13 所示 ； 图 9 将无 尘棉放 在桌面清 洁 图 10 将无尘 棉放 在手掌上 清洁 图 11 打开防 尘盖 板图示 图 12 清洁方 法图 示 1 图 13 清洁方 法图 示2 2 ESD 损伤 ESD 是自然 界不 可避免的 现象， 预防 ESD 从防止 电荷积聚 和让电 荷快速放 电两方 面着手： A. 保持环境 的湿 度 30 75 RH ； B. 划定专门 的防静 电区域。 选用防 静电的地 板或工 作台； C. 使用的相 关设备 采用并联 接地的 公共接地 点接地 ，保证接 地路径 最短，接 地回路 最小，不 能串联 接地，应 避 免采用外 接电缆

20、连接接地 回路的 设计方式 ； D. 在专门的 防静电 区域中操 作，防 静电工作 区内禁 止放置工 作不必 须的静电 产生材 料，如未 作防静 电处理的 塑 料袋、盒 子、泡 沫、带子 、笔记 本、纸片 、个人 用品等物 品，这 些材料必 须距离 静电敏感 器件 30 厘米以上 ； E. 包装和周 转的时 候，采用 防静电 包装和防 静电周 转箱/ 车； F. 禁止对非 热插拔 的设备， 进行带 电插拔的 操作； G. 避免用万 用表表 笔直接检 测静电 敏感的管 脚； H. 对光模块 操作时 做静电防 护工作 （如：带 静电环 或将手通 过预先 接触机壳 等手段 释放静电 ），接 触光模块

21、 壳 体，避免 接触光 模块 PIN 脚； 七、简易光模块 失效判断步骤 1 测试光功 率是 否在指标 要求范 围之内， 如果出 现无光或 者光功 率小的现 象。处 理方法： A. 检查光功 率选择 的波长和 测量单 位（dBm ） B. 清洁光纤 连接器 端面，光 模块光 口，方法 见第五 节。 C. 检查光纤 连接器 端面是否 发黑和 划伤，光 纤连接 器是否存 在折 断，更换 光纤连 接器做互 换性试 验 D. 检查光纤 连接器 是否存在 小的弯 折。 E. 热插拔光 模块可 以重新插 拔测试 。 F. 同一端口 更换光 模块或者 同一光 模块更换 端口测 试。 2 光功率正 常但 是链

22、路无 法通， 检查 link 灯。 八、案例 1 市场 返回光 模块失效 ，光功 率远低于 指标-3 -9.5dBm 值。 分析结果 ：返回 光模块直 接测试 光模块值 为-19dBm ，查看 LD 端 面 如右图所 示： LD 端 面严重 污染 ，厂家简 单清洗 端面后复 测光模 块值为-5dBm ， 故障排除 。清洗 后端面如 右所示 ： 2 一款 带尾纤 光模块失 效，失 效现象是 无光输 出。 分析结果 ： A. 连接头端 面受损 ，端面如 下所示 ： B. 尾纤折断 ，如下 所示： 3 客户 端光模 块无光输 出 分析结果 ：故障 品返回后 故障复 现，定 位 LD 不 发光。分 解 LD ， 其内部芯 片电镜 图分析 为 ESD 和 EOS 导致故 障。 良品电镜 图如下 ： 返回故障 品电镜 图如下： 九、附件-光纤端面要求