一文掌握光模块知识，成为网络工程师的必备技能

news2024/11/13 12:16:16

在这个信息爆炸的时代，数据传输已经成为我们生活中不可或缺的一部分。而在众多的数据传输方式中，光纤通信以其高速、高带宽、低损耗的特点，成为了现代通信的主流。而在这个光纤通信的背后，有一个神奇的器件在默默地发挥着作用，那就是光模块。那么，光模块究竟是什么呢？它又是如何工作的呢？本文将为您揭开光模块的神秘面纱。

光模块的组成结构

光模块，英文名叫Optical Module。Optical，意思是“视力的，视觉的，光学的”。

准确来说，光模块是多种模块类别的统称，具体包括：光接收模块，光发送模块，光收发一体模块和光转发模块等。

现今我们通常所说的光模块，一般是指光收发一体模块

光模块主要负责物理层的工作，这是OSI模型中的基础层次。其主要功能是执行光电转换，这是一种基本的数据传输过程。具体来说，光模块能够将光信号转换为电信号，反之亦然。这种转换过程在许多现代通信系统中都起着至关重要的作用。

虽然看似简单，但实现过程的技术含量并不低。

一个光模块，通常由光发射器件（TOSA，含激光器）、光接收器件（ROSA，含光探测器）、功能电路和光（电）接口等部分组成。

光接收组件TOSA : 激光器、金属结构件和陶瓷插芯等
光接收组件ROSA：PIN或APD检测器、前置放大器机其他结构件
光发射接收组件BOSA：激光器、检测器、光学滤波片，金属件、陶瓷套管和插芯

光模块的封装

光模块的封装方式有很多种，其中最常见的有SFP、SFP+、XFP、QSFP+、QSFP28等。

光模块封装的作用是将电芯片和光收发组件焊接到PCB板上组成光模块，同时保护电芯片和光收发组件，使其具有良好的机械强度和电气性能。

光模块的应用场景确实非常多样，这也是导致封装标准多样化的一个重要原因。不同的传输距离、带宽需求和使用场所，都需要使用不同类型的光纤和光模块

简单罗列了一下包括封装在内的光模块分类方式，如下表所示：

GBIC

GBIC，就是Giga Bitrate Interface Converter（千兆接口转换器）。

在2000年之前，GBIC是最流行的光模块封装，也是应用最广泛的千兆模块形态。

SFP

因为GBIC的体积比较大，后来，SFP出现，开始取代GBIC的位置。

SFP，全称Small Form-factor Pluggable，即小型可热插拔光模块。它的小，就是相对GBIC封装来说的。

SFP的体积比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。在功能上，两者差别不大，都支持热插拔。SFP支持最大带宽是4Gbps。

XFP

XFP，是10-Gigabit Small Form-factor Pluggable，一看就懂，就是万兆SFP。

XFP采用一条XFI（10Gb串行接口）连接的全速单通道串行模块，可替代Xenpak及其派生产品。

SFP+

SFP+，它和XFP一样是10G的光模块。

SFP+的尺寸和SFP一致，比XFP更紧凑（缩小了30%左右），功耗也更小（减少了一些信号控制功能）。

SFP28

速率达到25Gbps的SFP，主要是因为当时40G和100G光模块价格太贵，所以搞了这么个折衷过渡方案。

光模块关键参数标准

光模块的关键性能指标包括：发送光功率、接收光功率、接收灵敏度、消光比和过载光功率等

发送光功率：指光模块在正常工作条件下发送端光源输出的光功率，可以理解为光的强度，单位为W或mW或dBm。其中W或mW为线性单位，dBm为对数单位。在通信中，我们通常使用dBm来表示光功率，0dBm的光功率对应1mW。
接收光功率: 指光模块在一定的误码率（BER=10-12）条件下，接收端组件能接收的平均光功率范围。上限值为过载光功率，下限值为接收灵敏度最大值。
过载光功率：又称饱和光功率，指的是在一定的传输速率下，维持一定的误码率（BER=10-12）时接收端组件所能接收的最大输入平均光功率，单位：dBm。
接收灵敏度：指的是在一定的传输速率下，维持一定的误码率（BER=10-12）时接收端组件所能接收的最小平均输入光功率，单位：dBm。

光模块是怎么命名

每一种光模块厂商都有自己的命名规则，有些厂商的产品型号直接可以看出该模块的一些基本信息，例如：SFP-GE-MM-850-SR。其中，SFP表示光模块的封装类型为SFP；GE表示光模块的传输速率为1G；MM表示光模块连接距离为多模；850表示光模块的发射光功率为850mW；SR表示该模块是热插拔式的。

交换机上查看光模块信息示例

华为设备接口光模块信息：
执行命令display transceiver [ interface interface-type interface-number | slot slot-id ] [ verbose ]，查看设备接口上的光模块信息。

100GE1/0/0 transceiver information:
-------------------------------------------------------------------
 Common information:
   Transceiver Type                      :100GBASE_CWDM4
   Connector Type                        :LC
   Wavelength (nm)                       :1301
   Transfer Distance (m)                 :2000(9um/125um SMF)
   Digital Diagnostic Monitoring         :YES
   Vendor Name                           :XXX
   Vendor Part Number                    :XXXX
   Ordering Name                         :
-------------------------------------------------------------------
 Manufacture information:
   Manu. Serial Number                   :XXXXX
   Manufacturing Date                    :2017-11-2+08:00
   Vendor Name                           :FINISAR CORP.
-------------------------------------------------------------------
 Alarm information:
    Non-Huawei-Ethernet-Switch-Certified Transceiver
-------------------------------------------------------------------
 Diagnostic information: 
   Temperature (Celsius)                 :38.64
   Voltage (V)                           :3.25
   Bias Current (mA)                     :40.23|36.02  (Lane0|Lane1)
                                          36.68|36.97  (Lane2|Lane3)
   Bias High Threshold (mA)              :55.00
   Bias Low Threshold (mA)               :25.00
   Current RX Power (dBm)                :-1.05|-1.02  (Lane0|Lane1)                                          
                                          0.14|0.01    (Lane2|Lane3)
   Default RX Power High Threshold (dBm) :3.50
   Default RX Power Low Threshold (dBm)  :-16.00
   Current TX Power (dBm)                :0.72|-0.14   (Lane0|Lane1)                                         
                                          -0.48|0.55   (Lane2|Lane3)
   Default TX Power High Threshold (dBm) :5.50
   Default TX Power Low Threshold (dBm)  :-8.00
-------------------------------------------------------------------

个别参数详细说明：

项目	描述
Common information	表示光模块的常规信息。
Transceiver Type	表示光模块类型。
Connector Type	表示接口类型。
Wavelength (nm)	表示光波波长。
Transfer Distance (m)	表示光波传输距离。50um/125um表示光纤的直径，OM2表示光纤的等级。
Digital Diagnostic Monitoring	表示光模块诊断信息是否监控。
Vendor Name	表示光模块制造厂商名称。如果显示内容为“HUAWEI”，表示是经过华为数据中心交换机认证的光模块；其他的显示内容表示是非华为数据中心交换机认证光模块。
Vendor Part Number	表示光模块制造厂商编号。
Ordering Name	表示光模块对外型号。
Manufacture information	表示光模块制造信息。
Manu. Serial Number	表示光模块生产序列号。
Manufacturing Date	表示光模块生产日期。
Alarm information	表示光模块告警信息。
Diagnostic information	表示光模块诊断信息。如果显示为“-”，则表示该光模块不支持获取此信息或信息不精确。
Temperature (Celsius)	表示光模块当前温度。
Voltage(V)	表示光模块当前电压。
Bias Current (mA)	表示光模块当前电流。说明：如果接口支持拆分，当接口插入光模块后，会显示光模块中每条Lane的当前电流。每条lane的当前电流值均应在Bias Low Threshold (mA)~Bias High Threshold (mA)范围内才能保证模块正常工作。
Bias High Threshold (mA)	表示光模块电流上限。
Bias Low Threshold (mA)	表示光模块电流下限。
Current RX Power (dBm)	表示当前光模块接收功率。说明：如果接口支持拆分，当接口插入光模块后，会显示光模块中每条Lane的当前接收功率。
Default RX Power High Threshold (dBm)	表示默认光模块接收功率上限。
Default RX Power Low Threshold (dBm)	表示默认光模块接收功率下限。
Current TX Power (dBm)	表示当前光模块发送功率。说明：如果接口支持拆分，当接口插入光模块后，会显示光模块中每条Lane的当前发送功率。
Default TX Power High Threshold (dBm)	表示默认光模块发送功率上限。
Default TX Power Low Threshold (dBm)	表示默认光模块发送功率下限。