光模块（Optical Modules）基础知识

一路上

一、光模块的工作原理

光模块（Optical Modules）的工作原理是将电信号转换为光信号，或者将光信号转换为电信号，实现光纤通信中的光电转换和电光转换功能。具体来说，光模块主要由光电子器件（光发射器和光接收器）、功能电路和光接口等部分组成。

在发送端，输入的电信号经过驱动芯片处理后，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。在接收端，光探测二极管将接收到的光信号转换成电信号，并经过前置放大器后输出相应码率的电信号。

光模块的工作原理涉及到光电转换和电光转换的过程，需要考虑到多种因素，如传输速率、波长、传输距离等。因此，光模块的性能指标和特性对于光纤通信系统的传输质量和传输距离有着重要的影响。光模块工程原理图如下：

二、光模块外观

光模块的种类多种多样，外观结构也不尽相同，但是其基本组成结构都包含以下几部分，光模块的外观结构（以SFP封装举例说明）如下图所示。        

结构	说明
防尘帽	保护光纤接头、光纤适配器、光模块的光接口以及其他设备的端口不受外部环境污染和外力损坏。
裙片	用于保证光模块和设  备光接口之间良好的搭接，只在SFP封装的光模块上存在。
标签	用于标识光模块的关键参数及厂家信息等。
接头	用于光模块和单板之间的连接，传输信号，给光模块供电等。
壳体	保护内部元器件，主要有1*9外壳和SFP外壳两种。
接收接口(Rx)	光纤接收接口。
发送接口(Tx)	光纤发送接口。
拉手扣	用于拔插光模块，且为了辨认方便，不同波段所对应的拉手扣的颜色也是不一样的。

三、光模块种类

光模块种类繁多，选择合适的光模块对于光纤通信系统的性能和稳定性至关重要，光模块根据不同的分类方式，可以分为多种不同的类别。

分类方式	类别
封装类型	GBIC、X2、XENPAK、XFP、SFP、SFP+、SFP28、QSFP、QSFP28、CFP、CFP2、CFP4、QSFP56、QSFP-DD、0SFP等
速率	10Mbps、100Mbps、1.  25Gbps、10Gbps、25Gbps、40Gbps、100Gbps、200Gbps、400Gbps、800Gbps
波长	850nm、1310nm、1490nm、1550nm、WDM等
模式	单模、多模
距离	100m、300m、550m、10km、20km、40km、80km、120km~160km等
调制格式	NRZ、PAM4、  DP-QPSK/n-QAM等
是否支持WDM	灰光模块(不支持WDM)  、彩光模块(支持WDM)
光接口工作模式	双纤双向(Duplex)、单纤双向(BiDi)
激光器类型	VCSEL、FP、DFB、EML、DML等
光探测器类型	PIN结二极管(PIN)、雪崩光电二极管(APD)
模块接口	LC、SC、MPO/MTP等
使用性	热插拔
工作温度	商业级(0-70°  C)、延展温度(-20-85° C)、工业级(-40-85° C)

常见的光模块种类

传输速率越高，结构越复杂，由此产生了不同的封装方式。华为交换机适用的封装类型有：QSFP-DD、QSFP28、QSFP+、SFP28、SFP/eSFP、SFP+、CXP、CFP等。

SFP光模块   

SFP（Small Form-factor Pluggable）光模块是一种小型可插拔光模块，它具有体积小、功耗低、传输速率高等优点。SFP光模块采用可插拔式设计，方便安装和维护，同时支持热插拔功能，可以在不中断网络的情况下进行更换。

SFP+光模块

SFP+（Small Form-factor Pluggable Plus）光模块是一种速率提升的SFP模块。由于速率提升，它对电磁干扰（EMI）更加敏感，因此在设计上采取了一些改进措施。   

SFP28光模块

SFP28（Small Form-factor Pluggable 28）光模块是一种接口封装大小与SFP+相同，支持速率为25G的SFP28光模块和10G的SFP+光模块的小型可插拔光模块。   

QSFP+光模块

QSFP+（Quad Small Form-factor Pluggable）光模块是一种紧凑型热插拔的光模块，其传输速率可达40Gbps，符合SFF-8436协议和QSFP多源协议（MSA, Multi-Source Agreement）。QSFP+模块可插入到所有带QSFP+接口的设备（及部分QSFP28接口的设备），实现40G网络连接。   

CXP光模块

CXP（120 Gb/s eXtended-capability Form Factor Pluggable Module）光模块是一种可热插拔的高密并行光模块标准。在发送和接收（Tx/Rx）方向各提供12个通道，仅适用于短距离多模链路。  

CFP光模块

CFP（Centum Form-factor Pluggable）光模块是一种高速的可以热插拔的支持数据通信和电信传输两大应用的新型光模块标准。其长×宽×高尺寸定义为144.75mm×82mm×13.6mm。CFP光模块具有多种传输速率和传输距离的版本，如10G、40G和100G等。   

QSFP28光模块

QSFP28（Quad Small Form-factor Pluggable 28）光模块是一种四通道小型可插拔光模块，每个通道的速率最高为28Gbps。它采用可插拔式设计，方便安装和维护，同时支持热插拔功能，可以在不中断网络的情况下进行更换。

QSFP-DD光模块

QSFP-DD（Quad Small Form Factor Pluggable-Double Density）光模块是一种双密度四通道小型可插拔封装光模块。它具有紧凑的尺寸和更高的密度，适用于需要更高带宽和更小空间的应用场景。

   

四、光模块的命名

光模块的种类很多，不同品牌都有自己独特的光模块命名体系，但业界对光模块的命名大同小异，了解光模块命名规则就能读懂厂商光模块产品名称所包含的全部信息。下列解释了光模块通用的命名规则：

标号	含义
A	表示光模块的封装类型，常见的有SFP、SFP+、SFP28、QSFP+、CXP、CFP、QSFP28、QSFP56、QSFP-DD等
B	表示光模块的速率，主要有FE、GE、10GE、25GE、40GE、100GE、200GE、400GE等
C	表示光模块的传输距离类型，其中GE：SX：短距：LX：中距；LH/EX/ZX/EZX：长距10GE/25GE：SR：短距；LR/ER/ZR：长距40GE/100GE：SR4：短距；LR4/ER4：长距
D	表示光模块的传输距离，单位为km。
E	表示光模块的单多模类型，SM：单模；M：多模
F	表示光模块的中心波长，单位为nm。

五、如何正确拔插光模块

光模块拔插时注意轻拿轻放，防止跌落。

确定需要更换或维修的光纤模块，并关闭其所在的光通信系统。

轻轻地将光模块从插槽中拔出，注意不要用力过猛或过度扭曲。

在拔出光模块后，检查光纤连接器是否完好，如有损坏或污染，应及时更换或清洁。

插入光模块时，确保模块与插槽对齐，并轻轻用力将模块插入到位。使其锁定在插槽中，然后用光源检测新模块的连接状态。

在插入光模块后，检查模块的指示灯是否正常亮起，同时确保光纤连接器完好无损。

需要注意的是，在拔插光模块时，要避免用力过猛或过度扭曲，以免损坏光模块或插槽。同时，要定期对光模块进行检查和维护，确保其正常运行。

六、结语

光模块失效的主要原因：光口污染和损伤引起光链路损耗变大，导致光链路不通。

光口污染和损伤的原因主要有：

• 光模块的光口暴露在环境中，光口有灰尘进入而污染。
• 使用的光纤连接器端面已经污染，光模块的光口被二次污染。
• 带尾纤的光接头端面使用不当，比如：端面划伤等。
• 使用了劣质的光纤连接器。
  

这种情况下，对于污染的光口请用光口清洁棒等专用工具轻轻擦拭，对于损坏、划伤的尾纤请直接更换。

相关内容请看：光纤接口简介、图解单模和多模光纤基础知识。