一、 光收发一体模块定义................................................................................. - 1 -
二、 光收发一体模块分类................................................................................. - 1 -
三、 光纤连接器的分类和主要
参数......................................................... - 2 -
四、 光模块主要参数......................................................................................... - 4 -
五、 光模块功能失效重要原因......................................................................... - 5 -
六、 光收发一体光模块应用注意点................................................................. - 6 -
七、 简易光模块失效判断步骤......................................................................... - 9 -
八、
............................................................................................................. - 9 -
九、 附件——光纤端面要求........................................................................... - 11 -
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: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:1×9、SFF、SFP、GBIC、XENPAK、XFP,各种封装见图 1~6
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
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 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
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图 1、1×9 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(1×9、SFF),可热插拔(GBIC、SFP、XENPAK、XFP)
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),
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多模光纤连接器(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——朗讯公司
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
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按照光纤连接器的直径分:Φ3,Φ2, Φ0.9
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:
回波损耗(dB)
模式 插入损耗(dB)
PC SPC UPC APC
单模 ≤0.3 ≥45 ≥50 ≥55 ≥60
多模 ≤0.3 ≥35 \ \ \
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 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:
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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,
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. 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,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;运输和存放过程中没有防静电包装;
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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:
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ф2.5mm 的无尘棉棒[如
NTT 的 14100400],LC 和 MTRJ 使用ф1.25mm 的无尘棉棒[如 NTT 的 14100401])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;也可以使用清洁器如图 11~13 所示;
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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
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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;
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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 端面如下图所示:
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
下所示:
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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:
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返回故障品电镜图如下:
九、 附件——光纤端面要求
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