光纤模块详解

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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。
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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
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按照封装分：1×9、SFF、SFP、GBIC、XENPAK、XFP，各种封装见
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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
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' A. T, m- p3 M1 j" A6 G) F! ~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
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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
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XENPAK封装——应用在万兆以太网，采用SC接口

$ k, |7 I; E- P& k+ u! z6 KXFP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
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) E# p0 ?8 d; N% ~$ w. s( U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）
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光纤连接器的分类和主要规格参数
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6 X  ?5 \$ ?; m2 V& a0 u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。
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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
' V6 r+ `: Y& q3 h* o) t' u: p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。
: c# M1 I' t4 y- [' z% T, F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。
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, R! T3 h/ K! I7 r　　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。

/ I6 E( V: h2 O/ X7 b　　在光纤通信理论中，光纤有单模、多模之分，区别在于：
8 Z4 i% a# }5 v0 @6 N1. 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
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　　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。
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　一般有以下区别：
# f  n1 J6 r! Z* ?$ x' e1. 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

! F2 ~- ?% T( N2 H$ y3 P5 v  m5 O. c 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，
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" ~( z7 l8 |, N0 ^* ZFC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。

; Q+ J) q6 H- g/ bSC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。
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+ ]) p1 X. U( T按照光纤连接器连接头内插针端面分：PC，SPC，UPC，APC

# u. p& _$ A( O! E* e6 H按照光纤连接器的直径分：Φ3，Φ2, Φ0.9

. b0 R& R3 M& M7 M7 J/ L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。

: ^! U4 }) j2 @" ?% E1、  光模块传输数率：百兆、千兆、10GE等等

, p- H! l1 m7 I$ l# k2、  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。
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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。

' L! n: M" h, L  Q7 c4、  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
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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：
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! X  D$ T7 w) P) r* Q  O1．  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：
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' s2 A" q8 a7 W) j1 m) E9 nA． 光模块光口暴露在环境中，光口有灰尘进入而污染；
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B． 使用的光纤连接器端面已经污染，光模块光口二次污染；
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C． 带尾纤的光接头端面使用不当，端面划伤等；
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) A- u& K8 O/ T2 e8 eD． 使用劣质的光纤连接器;

0 W# l( z+ y) `9 c 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。

# W3 E' D/ j" s% c" v3 v& g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)
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" B: d2 u" t1 ^7 F# I1 k5 |5 V! ~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。
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. j+ s  p2 p% K  `附录一些常见交换机模块型号
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GBIC系列
1 q' `1 e, V1 m0 b9 H5 A& @5 UWS-5483    1000BASE-T, GBIC模块, RJ-45接口, 传输距离100M(兼容思科G5483）
8 o2 \9 Z4 }/ W9 P: t( s/ KWS-5484   1000BASE-SX, GBIC模块, 多模, SC接口, 波长 850nm，传输距离550M(兼容思科G5484）
; l: G* V9 P) AWS-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
! ?6 q, J$ t% a' W# QGLC-T               1000BASE-T, SFP模块, RJ-45接口, 传输距离100
7 o# M% \7 y) B+ ]" }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
% H- S+ S4 y9 ?5 Q2 C5 N+ hCWDM-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
, ^3 S" |3 m" h7 X$ b5 FCWDM-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
/ `! u: C( O; ]: m! A* f, [. y**********************************************************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
2 d# f8 B  ~! D4 `  M  [) E6 NXENPAK-10GB-ZR-C    10GBASE-ER，XENPAK模块，单模，70KM，波长1550nm
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6 H' o7 z  L) c) B6 O0 o0 `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
$ G. x- H; n( P1 oX2-10GB-ER-C    10GBASE-ER，X2模块，单模，40KM，波长1550nm
& W3 Z4 C8 i1 H************************************************************
XFP系列
XFP-10GB-SR    10GBASE-SR，XFP模块，多模，300M，波长850nm
! ^8 `$ t/ \1 v. }$ S5 i: x+ Q3 ~XFP-10GB-LR    10GBASE-LR，XFP模块，单模，10KM，波长1310nm
: m: D* H# H  kXFP-10GB-ER    10GBASE-ER，X2模块，单模，40KM，波长1550nm

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