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光模块简介、结构介绍及分类详解

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光模块怎样工作:发光、收光与封装分类

浏览次数: 飞畅科技原创 作者:飞畅科技技术团队

光模块把主机内部的电数据信号转换为光信号,也把收到的光转换回电数据。理解它时要分开看三个问题:里面怎样发光和收光、外形封装适合什么插槽、实际支持哪一种速率与协议。插得进去不等于一定能通信,光口亮灯也不等于业务已经验收合格。

小模块里有两条方向相反的路

在常见的可插拔光模块中,发送方向从主机侧的电连接开始。电信号经过发送驱动电路,控制激光器发出随数据变化的光,再通过光接口进入光纤。接收方向则从光纤进入模块开始,由光电探测器把接收到的光变化转换为微弱电流,随后经过放大等处理,向主机提供电信号。

这不是光从模块一端直接穿到另一端。电光转换和光电转换分别发生在器件内部,需要供电,也受器件带宽、噪声和温度影响。双纤模块通常把发送与接收分到两个光口;单纤双向模块还需要内部的波长分离结构,让两个方向能够共享一根纤芯。

发光并不是把一张图片投进光纤

以太网设备发送的是按规则编码的数据,不是一束承载完整照片的连续投影。激光输出随电信号变化,接收端再从光的变化中恢复相应的电信号。这里说的光脉冲只是帮助理解的机制示意,具体调制、编码和信号形状随标准与实现不同,不能把教学方波当成所有模块的实测波形。

可以把发送端理解为按约定节奏闪动的灯,接收端必须知道怎样辨认这个节奏。若双方速率不同、编码方式不匹配,即使接收到了光,也可能不能正确识别数据。增加光亮度不会把百兆信号自动改成千兆信号,更不会替换主机本来不支持的协议。

发送电路还需要在规定的工作条件下输出合适的信号。激光器种类、驱动方式和热管理影响性能,但读者不必先记住所有器件缩写。选型时优先确认标准、速率、波长和光预算,器件细节可以作为进一步核验可靠性与温度条件的依据。

模块发送通路电转光,接收通路光转电,两方向分别处理。
模块发送通路电转光,接收通路光转电,两方向分别处理。

收光时为什么既怕太弱也怕太强

光电探测器收到的信号通常很小,接收电路要把它放大并分辨数据。信号太弱时,数据变化容易被噪声淹没;太强时,接收器也可能超出正常工作范围。接收灵敏度描述弱信号一侧的要求,接收过载上限则限定强信号一侧,两者都要看,不能只看标称传输距离。

光功率常用dBm表示,它是一种相对于固定参考功率的对数量。线路损耗通常用dB表示,表示前后比例,不是同一种含义。用发送功率减去线路损耗,估算到达接收端的功率,再与接收端范围比较,才是光预算的基本思路。连接器、熔接点、分光器和预留维护余量都应纳入适用模型。

SFP和SFP+首先是封装类别

SFP、SFP+等名称与模块的物理形态和主机连接规范有关,不能单凭名字推断任意协议、任意速度都支持。常见千兆以太网使用相应SFP模块,常见十千兆应用使用相应SFP+模块;是否兼容较低速率,必须同时看主机端口和模块资料,不应写成“SFP覆盖从零到十千兆”这样的笼统范围。

同一外形也可能用于不同业务,例如以太网与其他传输协议。部分可插拔模块外部是RJ45铜口,不是光纤接口。它们虽然能装入相应插槽,线路介质、功耗和散热要求却与光模块不同。因此观察“金属小盒子长得一样”还不足以完成选型。

单模、多模、单纤与双纤怎样分开

单模与多模描述光纤传播条件,单纤与双纤描述使用多少根纤芯,两组词不是同一个分类轴。单模单纤、单模双纤等组合都可能存在。“单纤”也不等于只能单向通信,单纤双向产品可以利用两个不同波长分别承担两个方向。

单纤BiDi配对时,应读完整的发送与接收波长。例如一端发送某个波长、接收另一个波长,对端需要作互补配置。不同产品采用的波长组合可能不同,不能只凭A端、B端字样跨系列配对。双纤则核对一端发送口是否接到对端接收口,不能将两个发送口互接。

飞畅的光传输与收发器产品包含不同光口形式和规格,涉及可插拔模块的项目,应把设备端口与所订模块一起确认。不能因为某系列提供SFP选项,就认为所有固定光口设备都能自行更换模块,也不能将某个型号的距离、纤型与温度指标推广到全系列。

微弱光电流经放大和判决形成电数据,波形仅机制示意。
微弱光电流经放大和判决形成电数据,波形仅机制示意。

安装时最容易忽略的是端面和主机

连接器端面上的灰尘可能挡住有效光路。清洁不能靠肉眼判断“看起来差不多”,应使用适用的检查与清洁工具,按现场规程进行检查、清洁和复检。不要直视光口或用眼睛寻找不可见的激光;未使用的接口应妥善防尘,连接前仍要核对清洁状态。

主机端口同样重要:检查支持速率、模块兼容策略、功耗条件、固件及告警信息。数字诊断功能可以提供部分温度、供电或光功率信息,但是否具备、读数含义和精度须按模块说明确认。这些数据是辅助证据,不能替代业务流量测试和故障记录。

一个小白也能执行的核对顺序

先确认要传输的业务和目标速率,再确认主机插槽支持什么模块;随后核对两端的标准、波长、纤型、连接器、收发方向以及光预算。最后确认供电、温度和安装要求,做好模块与跳纤标签。在设备与线路条件允许时,用已知正常的短链路建立基线,再延伸到实际线路。

如果不通,逐段检查端口状态、光功率、模块告警及错误计数,不要同时交换许多零件,否则即使恢复也不知道原因。通信建立后,还要用实际业务负载验证误码、丢包和稳定性。光模块的本领是完成规定条件下的电光转换,可靠网络则来自设备、线路和应用各环节共同满足要求。

核验资料:Cisco千兆SFP规格;飞畅收发器分类。原理示意图用于解释通用机制,不是实测图或具体型号接线图。

现场常见问题

光模块收到的功率越大,数据恢复就一定越好吗?

不是,接收器既有弱信号条件,也有过载上限,过强可能超出正常范围。按实际模块资料、双向发射条件与线路损耗核对,不用标称长距离替代预算;短纤对测也先评估过载,不通过直视光口判断强弱。

换成更亮的激光或长距离模块,可以把百兆业务变千兆吗?

不能,光强不改变主机与模块的协议、编码和速率支持。先确定业务标准及宿主电接口能力,再选相容光学组合;即使有接收光,数据也可能无法判决,不能把端口有光当成相应速率链路已经建立。

固定光口设备能像SFP插槽一样自行更换单双纤吗?

不能默认,固定光学配置通常由具体型号确定,未必提供可插拔模块。带SFP的主机也有速率、功耗和兼容限制;改单纤或双纤应核对两端和线路整体方案,不由同系列提供多个选项推断一台设备全部兼容。

继续阅读:光模块怎样分类:封装、速率、纤型与波长;光模块怎样工作:电光转换、接收判决与诊断边界;