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pos機(jī)機(jī)器配件
光模塊之入門篇
前言：
從一個有兩年硬件經(jīng)驗的筆記本本行業(yè)轉(zhuǎn)到了光模塊行業(yè)，從一個開始完全不懂什么是所謂的光模塊開始入手，一步步的讓自己的理論清晰，現(xiàn)在還不敢說已經(jīng)懂了，只敢說略懂一二。（什么都略懂一點，生活更精彩一點呵?。?/p>
光模塊是什么？我第一反應(yīng)百度一下(習(xí)慣了用百度，偶爾用下google，讓我詫異的當(dāng)我用google檢索光模塊時，出來的第一行竟是"光模塊_百度百科"！)
正文：
光模塊是什么？
英文：Optical module。
我認(rèn)識新事物的習(xí)慣先想知道它是用在什么地方的(側(cè)重實際應(yīng)用)，然后再去一步步的了解它的原理及作用。
剛開始對于光模塊用在什么地方是我一直很困惑的問題，雖然已經(jīng)知道光模塊是用在光纖通信系統(tǒng)中，用到網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)中，具體用在哪些設(shè)備上面？可能要等實際接觸到產(chǎn)品才能深有體會。
從"中國電信SFP封裝的PON ONU模塊技術(shù)要求_20101118v2"，終于知道SFP封裝的PON ONU模塊的應(yīng)用地方：
SFP封裝的PON ONU模塊可以插在DSLAM、以太網(wǎng)交換機(jī)設(shè)備的SFP上聯(lián)口中，使其具備PON的上聯(lián)接口，應(yīng)用于FTTB/N場景；SFP封裝的PON ONU模塊可以插在以太網(wǎng)上行家庭網(wǎng)關(guān)HGW（HGW應(yīng)有SFP接口）上，成為PON上行的家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)備；SFP封裝的PON ONU模塊可以插在數(shù)字?jǐn)z像頭（數(shù)字?jǐn)z像頭應(yīng)具備SFP接口）上，成為PON上行的數(shù)字?jǐn)z像頭設(shè)備；SFP封裝的PON ONU模塊可以插在無線路由器AP上，形成PON上行AP設(shè)備。
上面寫了一大段應(yīng)用場景，我剛開始看時也是暈了，完全不知所云，直接給大家上個圖，直觀很多：
這個圖其實畫的是兩個通信設(shè)備通過光纖通信的過程，通信設(shè)備要把信息發(fā)給另一個通信設(shè)備，中間是通信光纖傳輸?shù)模研畔鞯焦饫w上中間就需要一個轉(zhuǎn)換模塊來完成轉(zhuǎn)換功能，這就是光模塊要完成的工作，圖中標(biāo)出的兩個Transceiver就是光模塊的一種。
SFP封裝只是眾多光模塊封裝中的一種，光模塊封裝也是種類煩多，準(zhǔn)備后面專門再整整一篇光模塊之封裝篇。ONU模塊也只是光模塊中一種，希望大家不要錯認(rèn)為光模塊只有ONU模塊一種。
通過本篇，只需知道光模塊的作用：1.光信號轉(zhuǎn)換成電信號2.電信號轉(zhuǎn)換成光信號。
本篇中其它有些術(shù)語和概念，后面再慢慢研究，相信不久定會撥云見日。
專業(yè)詞匯：PON（passive optical network）無源光網(wǎng)絡(luò)
ONU（optical network unit）光網(wǎng)絡(luò)單元
SFP（small form-factor pluggables）小型可插拔光通信收發(fā)器，可用的光學(xué)SFP模塊一般分為如下類別：850納米波長/550米距離的 MMF (SX) （多模光纖）、1310納米波長/10公里距離的 SMF (LX)（單模光纖）、1550 納米波長/40公里距離的XD、80公里距離的ZX、120公里距離的EX或EZX，以及DWDM。SFP收發(fā)器也提供銅纜接口，使得主要為光纖通信設(shè)計的主機(jī)設(shè)備也能夠通過UTP網(wǎng)絡(luò)線纜通信。也存在波分復(fù)用（CWDM）以及單光纖"雙向"（1310/1490納米波長上行/下行）的SFP。 商用SFP收發(fā)器能夠提供速率達(dá)到4.25 G bps。10 Gbps 收發(fā)器的幾種封裝形式為XFP，以及與SFP封裝基本一致的新的變種"SFP+"。
eSFP ：enhanced Small Form-factor Pluggable增強(qiáng)型SFP，在主要功能業(yè)務(wù)上沒有區(qū)別，只要光功率、靈敏度、距離一致，是可以互換使用的。 eSFP 增加了診斷功能，如支持查詢光功率，方便客戶使用。
ONT（Optical network terminal，光網(wǎng)絡(luò)終端），是xpon網(wǎng)絡(luò)接入方案中的產(chǎn)品。ONT和的區(qū)別在于ONT是終端，直接位于用戶端,而是光網(wǎng)單元，與用戶間還可能有其它的網(wǎng)絡(luò)，比如以太網(wǎng)。
光接收靈敏度,靈敏度的單位一般用"dBm"表示。它表示以lmW功率為基礎(chǔ)的絕對功率電平。設(shè)測得的最小平均功率為Pmin，則靈敏度可以表示為：PR＝10lg(Pmin/1mW) dBm。例如，當(dāng)PR＝一60dBm時，其最小平均光功率就是10－9W。在這里，我們要特別說明，Pmin越小，則接收機(jī)的靈敏度就越高，該接收機(jī)在很小的接收光功率條件下，就可以保證系統(tǒng)所要求的誤碼率。
包轉(zhuǎn)發(fā)線速的衡量標(biāo)準(zhǔn)是以單位時間內(nèi)發(fā)送64byte的數(shù)據(jù)包（最小包）的個數(shù)作為計算基準(zhǔn)的。
對于千兆以太網(wǎng)來說，計算方法如下：1，000，000，000bps/8bit/（64＋8＋12）byte=1,488,095pps
說明：當(dāng)以太網(wǎng)幀為64byte時，需考慮8byte的幀頭和12byte的幀間隙的固定開銷。
故一個線速的千兆以太網(wǎng)端口在轉(zhuǎn)發(fā)64byte包時的包轉(zhuǎn)發(fā)率為1.488Mpps。
快速以太網(wǎng)的線速端口包轉(zhuǎn)發(fā)率正好為千兆以太網(wǎng)的十分之一，為148.8kpps。1.對于萬兆以太網(wǎng)，一個線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為14.88Mpps。2.于千兆以太網(wǎng)，一個線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為1.488Mpps。3.對于快速以太網(wǎng)，一個線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為0.1488Mpps。4.對于OC－12的POS端口，一個線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為1.17Mpps。5.對于OC－48的POS端口，一個線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為468MppS。
FTTx術(shù)語:
FTTH：Fiber To The Home ——光纖到戶FTTO ：Fiber To The Office ——光纖到辦公室FTTB/C ：Fiber To The Building/ Curb ——光纖到樓宇/分線盒FTTCab：Fiber To The Cabinet ——光纖到交接箱
FTTZ：Fiber To the Zone--光纖到小區(qū)
FTTN：Fiber To the node--光纖到節(jié)點ONU ：Optical Network Unit——光網(wǎng)絡(luò)單元ONT：Optical Network Terminal ——光網(wǎng)絡(luò)終端狹義的FTTH指光纖向用戶側(cè)的進(jìn)一步延伸，這時光纖已經(jīng)進(jìn)入用戶住宅或辦公室的室內(nèi)，接入網(wǎng)內(nèi)的分支段的光纖只連接一個用戶。ITU認(rèn)為FTTH從光纖端頭的光電轉(zhuǎn)換器到用戶桌面不超過100m，從而無需再在金屬線上安裝電子接入系統(tǒng)，但不排除光電轉(zhuǎn)換器和桌面終端之間使用寬帶無線系統(tǒng)。狹義的FTTH對于商業(yè)用戶還可以稱為FTTO(fiberto the office)，當(dāng)然，最極端的FTTH可以是FTTD(fiberto the desk)。廣義的FTTH還可以是FTTP(fiberto the premise，光纖到用戶所在地)，北美就一直采用這個術(shù)語，它包括FTTB(fiberto the building)、FTTC(fiberto the curb)以及狹義的FTTH。
EPON 10GEPON GPON 10GPON
光模塊之光器件篇
提到光模塊，另一個必須要學(xué)習(xí)和了解的領(lǐng)域就是光器件，光器件是光模塊的主要組成部分，早期的光模塊所用的光器件收和發(fā)是分開的，一個是TOSA(Transmitting Optical Sub-Assembly,光發(fā)射組件)，一個是ROSA(Receiving Optical Sub-Assembly,光接收組件)，隨著小型化的發(fā)展，二者合二為一就成了BOSA(Bi-Directional Optical Sub-Assembly,光發(fā)射接收組件)，也有的光器件集成1個TOSA和2個ROSA的就成了Triplexer，由于目前在光模塊領(lǐng)載單獨的TOSA或ROSA已經(jīng)應(yīng)用較少，所以我們直接從BOSA和Triplexer開始，先來認(rèn)識一下它們的廬山真面目，上圖：
BOSA是由LD和PD封裝在一起組成的：
來看一下BOSA內(nèi)部更詳細(xì)的結(jié)構(gòu)：
Triplexer是由1個LD和2個PD封裝在一起組成的：
再欣賞一下Triplexer內(nèi)部更詳細(xì)的結(jié)構(gòu)：
除了結(jié)構(gòu)件以外，其實光器件最核心的東西是LD chip和PD chip，它們可以是光器件的核心技術(shù)，中國有很多光器件公司，但大部分都是完成一個組裝工作，最核心的LD chip和PD chip一般都是進(jìn)口，這些核心技術(shù)還是掌握到外國人的手里，像日本，美國等，技術(shù)發(fā)展需要時間和積累，相信中國會越來越強(qiáng)大，早日自主研發(fā)出世界領(lǐng)先水平的chip出來。也許你會說我還是不知道你說的chip到底是什么東東，其實就一個半導(dǎo)體PN結(jié)，也就二極管。你可以會想二極管這么簡單，我們還做不出來，當(dāng)然這個不僅僅是二極管這么簡單，如果你認(rèn)為很簡單，只能說明你不了解。
也許你想看看TO Can內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，來上圖：
再深入一點我們再來看看chip的長相：
LD chip:
PIN chip:
里面還有一個器件是isolator，一看很高深，這是個什么東東，其實就是光發(fā)射器件中的一個組件，作用防止反射光影響信號,讓光只能沿著一個固定方向傳播。
試想把BOSA或Triplexer當(dāng)作一個美女，我們已經(jīng)把人家的衣服一層層的扒掉，從外到里讓你一飽眼福了哈（同志們，不要罵我是流氓哈，我是大大的好人），其實學(xué)習(xí)就是這個樣子，要用一種快樂的態(tài)度去學(xué)習(xí)，才不會那么枯燥無味。
欣賞完美女，讓我再來總結(jié)一下這位美女是如何產(chǎn)生的：
下面我們再來探討一下LD和PD的作用和類型，可能很多人已經(jīng)很熟悉了，但我這是初學(xué)者的總結(jié)，還是再鞏固一下吧：
激光器二極管LD：
· 作用:
將電信號轉(zhuǎn)變成光信號,用于光發(fā)射端機(jī)。
· 類型
? 法布里-珀羅(FP)型LD
? 分布反饋(DFB)LD
? 分布布拉格反射器(DBR)LD
? 量子阱(QW)LD
? 垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)LD
常用參數(shù)如下：
光探測器PD：
· 作用:
將光信號還原成電信號,用于光接收端機(jī)。
· 類型
? 光電二極管(PIN)
PIN管偏壓電路簡單，價格較低，靈敏度低。
? 雪崩光電二極管(APD)
具有載流子倍增效應(yīng);
偏壓電路復(fù)雜，價格較高，靈敏度較高;
主要用于高速、長距離系統(tǒng)。
常用參數(shù)如下：
最后來說說安全問題，一說激光器，就想到美國科幻大片里的激光大戰(zhàn)，高科技，威力無比啊，不要害怕，我們的激光器沒這么厲害，不過還是要注意點，安全最重要，下圖是國際電子技術(shù)委員會給的一個分類：
總結(jié)：通過本篇，相信大家對光器件已經(jīng)有了一個初步的了解，當(dāng)然在使用中還是有很多東西進(jìn)一步來學(xué)習(xí)，讓我們共同研究學(xué)習(xí)。
從40G到100G——WTD高速光模塊產(chǎn)品對偏振復(fù)用相干檢測技術(shù)的選擇
眾所周知，40G模塊是下一代高速率和大容量的核心技術(shù)與關(guān)鍵部件。伴隨40G光模塊大規(guī)模部署初現(xiàn)端倪，100G調(diào)制編碼格式也漸漸浮出水面。面對眾多特征各異的傳輸碼型，在綜合考慮其他系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)的基礎(chǔ)上，業(yè)界主要從傳輸距離、通路間隔、向下兼容、模塊成本與傳輸性能的平衡等方面進(jìn)行綜合選擇。目前，烽火科技旗下的武漢器件公司（WTD）已相繼成功開發(fā)了40G Transponder和CFP系列光收發(fā)模塊產(chǎn)品，為設(shè)備商和系統(tǒng)集成商縮減開發(fā)周期提供了方便。WTD密切關(guān)注業(yè)界動向，在攻克了高速數(shù)字信號處理（）技術(shù)與模數(shù)轉(zhuǎn)換（）技術(shù)方面的難關(guān)后，又將目光投向了相干領(lǐng)域。
相干檢測與DSP技術(shù)相結(jié)合，可以在電域進(jìn)行載波相位同步和偏振跟蹤，清除了傳統(tǒng)相干接收的兩大障礙?；贒SP的相干接收機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，具有硬件透明性；可在電域補(bǔ)償各種傳輸損傷，簡化傳輸鏈路，降低傳輸成本；支持多進(jìn)制調(diào)制格式和偏振復(fù)用，實現(xiàn)高頻譜效率的傳輸。結(jié)合目前國內(nèi)光通信行業(yè)實際情況來看，這無疑是一種非常理想的高速解決方案。業(yè)界近年來對于100G模塊的研究和開發(fā)動向也驗證了這一點。那么，WTD在偏振復(fù)用相干檢測光模塊產(chǎn)品的開發(fā)過程中采用了怎樣的技術(shù)思路呢？
一．相干光通信技術(shù)的特點與優(yōu)勢
相干光通信充分利用了相干通信方式所具有的混頻增益、出色的信道選擇性及可調(diào)性等特點。與/DD系統(tǒng)相比，相干光通信系統(tǒng)具有以下獨特的優(yōu)點：
1.靈敏度高，中繼距離長
相干光通信的一個最主要的優(yōu)點是能進(jìn)行相干探測，從而改善接收機(jī)的靈敏度。在相干光通信系統(tǒng)中，經(jīng)相干混合后輸出的光電流的大小與信號光功率和本振光功率的乘積成正比。在相同的條件下，相干接收機(jī)比普通接收機(jī)提高靈敏度約18dB，可以達(dá)到接近散粒噪聲極限的高性能，因此也增加了光信號的無中繼傳輸距離。
2.選擇性好，通信容量大
相干光通信的另一個主要優(yōu)點是可以提高接收機(jī)的選擇性。在直接探測中，接收波段較寬，為抑制噪聲的干擾，前通常需要放置窄帶濾光片，但其頻帶仍然很寬。在相干外差探測中，探測的是信號光和本振光的混頻光，因此只有在中頻頻帶內(nèi)的噪聲才可以進(jìn)入系統(tǒng)，而其他噪聲均被帶寬較窄的微波中頻濾除?？梢?，外差探測有良好的濾波性能，這在相干光通信的應(yīng)用中會發(fā)揮重大作用。此外，由于相干探測優(yōu)良的波長選擇性，相干接收機(jī)可以使波分復(fù)用系統(tǒng)的頻率間隔大大縮小，即密集波分復(fù)用(DWDM)，取代傳統(tǒng)光復(fù)用技術(shù)的大頻率間隔，具有以波分復(fù)用實現(xiàn)更高傳輸速率的潛在優(yōu)勢。
3.可以用電子學(xué)的均衡技術(shù)來補(bǔ)償中光脈沖的色散效應(yīng)
如果外差檢測相干光通信中的中頻的傳輸函數(shù)正好與光纖的傳輸函數(shù)相反，即可降低光纖色散對系統(tǒng)的影響。
二．WTD開發(fā)高速偏振復(fù)用相干檢測光模塊的技術(shù)考量
為了實現(xiàn)準(zhǔn)確、有效、可靠的相干光通信，WTD在利用相干光通信技術(shù)開發(fā)高速偏振復(fù)用相干檢測光模塊產(chǎn)品系列時主要考慮了以下幾個技術(shù)要點。
1.采用高標(biāo)準(zhǔn)的光源技術(shù)
相干系統(tǒng)中對信號光源和本振光源的要求比較高，它要求光譜線窄、頻率穩(wěn)定度高。光源本身的譜線寬度決定了系統(tǒng)所能達(dá)到的最低誤碼率，應(yīng)盡量減小，同時的頻率對工作溫度與注入電流的變化非常敏感，其變化量一般在每攝氏度幾十吉赫茲和每毫安幾十吉赫茲左右，因此，為使頻率穩(wěn)定，除注入電流和溫度穩(wěn)定外，還應(yīng)采取其他穩(wěn)頻措施，使光頻保持穩(wěn)定。
2.在接收技術(shù)方面實現(xiàn)突破
相干檢測的接收技術(shù)包括兩部分，一部分是光的接收技術(shù)，另一部分是中頻之后的各種制式的解調(diào)技術(shù)。
平衡接收法：在頻移鍵控(FSK)制式中，由于半導(dǎo)體激光器在調(diào)制過程中難免帶有額外的幅度調(diào)制噪聲，利用平衡接收方法可以減少調(diào)幅噪聲。平衡法的主要思想是當(dāng)光信號從光纖進(jìn)入后，本振光經(jīng)偏振控制以保證與信號的偏振狀態(tài)相適應(yīng)，本振光和信號光同時經(jīng)過偏振分束器分為兩路，分別輸入兩個相同的PIN光電檢測器，使得兩個光電檢測器輸出的是等幅度而反相的包絡(luò)信號，再將這兩個信號合成后，使得調(diào)頻信號增加1倍，而寄生的調(diào)幅噪聲相互抵消，直流成分也抵消，達(dá)到消除調(diào)幅噪聲影響的要求。
偏振控制技術(shù)：相干光通信系統(tǒng)接收端必須要求信號光和本振光的偏振同偏，才能取得良好的混頻效果，提高接收質(zhì)量。信號光經(jīng)過單模光纖長距離傳輸后，偏振態(tài)是隨機(jī)起伏的，為了解決這個問題，提出了很多方法，如采用保偏光纖、偏振控制器和偏振分集接收等方法。光在普纖中傳輸時，相位和偏振面會隨機(jī)變化，保偏光纖就是通過工藝和材料的選擇使得光相位和偏振保持不變的特種光纖，但是這種光纖損耗大，價格也非常昂貴；偏振控制器主要是使信號光和本振光同偏，這種方法響應(yīng)速度比較慢，環(huán)路控制的要求也比較高；偏振分集接收主要是利用信號光和本振光混頻后，由偏振分束元件將混合光分成兩個相互垂直的偏振分量，本振光兩個垂直偏振分量由偏振控制器控制，使兩個分量功率相等，這樣當(dāng)信號光中偏振隨機(jī)起伏也許造成其中一個分支中頻信號衰落，但另一個分支的中頻信號仍然存在，所以該系統(tǒng)最后得到的解調(diào)信號幾乎和信號光的偏振無關(guān)，該技術(shù)響應(yīng)速度比較快，比較實用，但實現(xiàn)比較復(fù)雜。
3.采用外光調(diào)制技術(shù)
由于半導(dǎo)體激光器光載波的某一參數(shù)直接調(diào)制時，總會附帶產(chǎn)生對其他參數(shù)的寄生振蕩，如幅移鍵控(ASK)直接調(diào)制伴隨著相位的變化，而且調(diào)制深度也會受到限制。另外，還會遇到頻率特性不平坦及張弛振蕩等問題。因此，在相干光通信系統(tǒng)中，除FSK可以采用直接注入電流進(jìn)行頻率調(diào)制外，其他都是采用外光調(diào)制方式。
4.合理運用非線性控制技術(shù)
由于在相干光通信中，常采用密集波分復(fù)用技術(shù)。因此，光纖中的非線性效應(yīng)可能使相干光通信中的某一信道的信號強(qiáng)度和相位受到其他信道信號的影響，而形成非線性串?dāng)_。
三．WTD 40G/100G高速光收發(fā)模塊的技術(shù)成果
業(yè)界近年來在光器件方面取得了很大的進(jìn)步，其中激光器的輸出功率、線寬、穩(wěn)定性和噪聲，以及光電探測器的帶寬、功率容量和共模抑制比都得到了很大的改善，微波電子器件的性能也大幅提高，這些進(jìn)步使得相干光通信系統(tǒng)商用化變?yōu)榭赡?。?0G/100G高速光收發(fā)模塊領(lǐng)域，WTD開發(fā)的40G 光收發(fā)模塊正逐步采用公司自主開發(fā)的40G光器件及40G PIN 管芯，產(chǎn)品采用的偏振復(fù)用相干檢測技術(shù)、40G光器件側(cè)向耦合光纖構(gòu)件設(shè)計、DPSK/DQPSK模塊延遲干涉控制和高速光電組件及其芯片倒裝結(jié)構(gòu)等方案獨具創(chuàng)新性，產(chǎn)品在長距離傳輸上具有更好的色度色散容限、偏振模色散容限和抗非線性的性能，光信噪比、抖動特性、色散容限等重要指標(biāo)達(dá)到國際同類產(chǎn)品先進(jìn)水平，目前正力爭實現(xiàn)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的40G/100G高速率大容量高端光器件以及完全國產(chǎn)化的目標(biāo)。在100G光收發(fā)模塊產(chǎn)品領(lǐng)域，WTD已開展相關(guān)技術(shù)的開發(fā)和方案設(shè)計工作，目前正朝向提供40G/100G高速光收發(fā)模塊完整解決方案的目標(biāo)邁進(jìn)。伴隨高速光收發(fā)模塊產(chǎn)品在一批國內(nèi)外知名系統(tǒng)設(shè)備商的設(shè)備上的批量應(yīng)用，在我國國家重點工程，高速重點工程以及高速中工程已越來越多地采用了WTD的高速光收發(fā)模塊，產(chǎn)品更引起了日本和歐洲的一些著名設(shè)備制造商的關(guān)注，2012年有望在國際市場上取得突破。WTD成功開發(fā)的40G/100G高速光收發(fā)模塊將以低成本的優(yōu)勢，滿足全球高速模塊旺盛的市場需求，從而帶動整個光通信產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。
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