光模塊和光纖連接器的應(yīng)用指南一、光收發(fā)一體模塊定義光收發(fā)一體模塊由光電子器件、功能電路和光接口等組成，光電子器件包括發(fā)射和接收兩部分。發(fā)射部分是：輸入一定碼率的電信號經(jīng)內(nèi)部的驅(qū)動芯片處理后驅(qū)動半導(dǎo)體激光器(LD)或發(fā)光二極管(LED)發(fā)射出相應(yīng)速率的調(diào)制光信號，其內(nèi)部帶有光功率自動控制電路，使輸出的光信號功率保持穩(wěn)定。接收部分是：一定碼率的光信號輸入模塊后由光探測二極管轉(zhuǎn)換為電信號。經(jīng)前置放大器后輸出相應(yīng)碼率的電信號，輸出的信號一般為PECL電平。同時在輸入光功率小于一定值后會輸出一個告警信號。二、光收發(fā)一體模塊分類按照速率分：以太網(wǎng)應(yīng)用的100Base(百兆)、1000Base(千兆)、10GESDH應(yīng)用的155M、622M、2.5G、10G按照封裝分：1×9、SFF、SFP、GBIC、XENPAK、XFP，各種封裝見圖1～61×9封裝——焊接型光模塊，一般速度不高于千兆，多采用SC接口SFF封裝——焊接小封裝光模塊，一般速度不高于千兆，多采用LC接口GBIC封裝——熱插拔千兆接口光模塊，采用SC接口SFP封裝——熱插拔小封裝模塊，目前很高數(shù)率可達(dá)4G，多采用LC接口XENPAK封裝——應(yīng)用在萬兆以太網(wǎng)，采用SC接口XFP封裝——10G光模塊，可用在萬兆以太網(wǎng)，SONET等多種系統(tǒng)，多采用LC接口圖1、1×9封裝圖2、SFF封裝圖3、GBIC封裝圖4、SFP封裝圖5、XENPAK封裝圖6、XFP封裝按照激光類型分：LED、VCSEL、FPLD、DFBLD按照發(fā)射波長分：850nm、1310nm、1550nm等等按照使用方式分：非熱插拔(1×9、SFF)，可熱插拔(GBIC、SFP、XENPAK、XFP)三、光纖連接器的分類和主要規(guī)格參數(shù)光纖連接器是在一段光纖的兩頭都安裝上連接頭，主要作光配線使用。按照光纖的類型分：單模光纖連接器(一般為G.652纖：光纖內(nèi)徑9um，外徑125um)，多模光纖連接器(一種是G.651纖其內(nèi)徑50um，外徑125um;另一種是內(nèi)徑62.5um，外徑125um);按照光纖連接器的連接頭形式分：FC，SC，ST，LC，MU，MTRJ等等，目前常用的有FC，SC，ST，LC，見圖7～10。FC型——很早由日本NTT研制。外部加強(qiáng)件采用金屬套，緊固方式為螺絲扣。測試設(shè)備選用該種接頭較多。SC型——由日本NTT公司開發(fā)的模塑插拔耦合式連接器。其外殼采用模塑工藝，用鑄模玻璃纖維塑料制成，呈矩形;插針由精密陶瓷制成，耦合套筒為金屬開縫套管結(jié)構(gòu)。緊固方式采用插拔銷式，不需要旋轉(zhuǎn)。LC型——朗訊公司設(shè)計的。套管外徑為1.25mm，是通常采用的FC-SC、ST套管外徑2.5mm的一半。提高連接器的應(yīng)用密度。圖7、FC光纖連接器圖8、SC光纖連接器圖9、LC光纖連接器圖10、ST光纖連接器按照光纖連接器連接頭內(nèi)插針端面分：PC，SPC，UPC，APC按照光纖連接器的直徑分：Φ3，Φ2,Φ0.9光纖連接器的性能主要有光學(xué)性能、互換性能、機(jī)械性能、環(huán)境性能和壽命。其中很重要的是插入損耗和回波損耗這兩個指標(biāo)。針對常用的SC，ST，F(xiàn)C，LC連接頭，指標(biāo)要求如下：四、光模塊主要參數(shù)1、光模塊傳輸數(shù)率：百兆、千兆、10GE等等2、光模塊發(fā)射光功率和接收靈敏度：發(fā)射光功率指發(fā)射端的光強(qiáng)，接收靈敏度指可以探測到的光強(qiáng)度。兩者都以dBm為單位，是影響傳輸距離的重要參數(shù)。光模塊可傳輸?shù)木嚯x主要受到損耗和色散兩方面受限。損耗限制可以根據(jù)公式：損耗受限距離=(發(fā)射光功率-接收靈敏度)/光纖衰減量來估算。光纖衰減量和實際選用的光纖相關(guān)。一般目前的G.652光纖可以做到1310nm波段0.5dB/km，1550nm波段0.3dB/km甚至更佳。50um多模光纖在850nm波段4dB/km1310nm波段2dB/km。對于百兆、千兆的光模塊色散受限遠(yuǎn)大于損耗受限，可以不作考慮。常見的光模塊規(guī)格：傳輸數(shù)率發(fā)射波段傳輸使用光纖參考傳輸距離百兆1310nm多模2km百兆1310nm單模15km百兆1310nm單模40km百兆1550nm單模80km百兆850nm多模550km百兆1310單模/多模10km/550m百兆1550單模70km3、10GE光模塊遵循802.3ae的標(biāo)準(zhǔn)，傳輸?shù)木嚯x和選用光纖類型、光模塊光性能相關(guān)。如10G-S傳輸距離的300m有如下條件：4、飽和光功率值指光模塊接收端很大可以探測到的光功率，一般為-3dBm。當(dāng)接收光功率大于飽和光功率的時候同樣會導(dǎo)致誤碼產(chǎn)生。因此對于發(fā)射光功率大的光模塊不加衰減回環(huán)測試會出現(xiàn)誤碼現(xiàn)象。五、光模塊功能失效重要原因光模塊功能失效分為發(fā)射端失效和接收端失效，分析具體原因，很常出現(xiàn)的問題集中在以下幾個方面：1.光口污染和損傷由于光接口的污染和損傷引起光鏈路損耗變大，導(dǎo)致光鏈路不通。產(chǎn)生的原因有：A.光模塊光口暴露在環(huán)境中，光口有灰塵進(jìn)入而污染;B.使用的光纖連接器端面已經(jīng)污染，光模塊光口二次污染;C.帶尾纖的光接頭端面使用不當(dāng)，端面劃傷等;D.使用劣質(zhì)的光纖連接器;2.ESD損傷ESD是ElectroStaticDischarge縮寫即"靜電放電"，是一個上升時間可以小于1ns(10億分之一秒)甚至幾百ps(1ps=10000億分之一秒)的非?？斓倪^程，ESD可以產(chǎn)生幾十Kv/m甚至更大的強(qiáng)電磁脈沖。靜電會吸附灰塵，改變線路間的阻抗，影響產(chǎn)品的功能與壽命;ESD的瞬間電場或電流產(chǎn)生的熱，使元件受傷，短期仍能工作但壽命受到影響;甚至破壞元件的絕緣或?qū)w，使元件不能工作(完全破壞)。ESD是不可避免，除了提高電子元器件的抗ESD能力，重要的是正確使用，引起ESD損傷的因素有：A.環(huán)境干燥，易產(chǎn)生ESD;B.不正常的操作，如：非熱插拔光模塊帶電操作;不做靜電防護(hù)直接用手接觸光模塊靜電敏感的管腳;運輸和存放過程中沒有防靜電包裝;C.設(shè)備沒有接地或者接地不良;六、光收發(fā)一體光模塊應(yīng)用注意點1.光口問題光鏈路上各處的損耗衰減都關(guān)系到傳輸?shù)男阅?，因此要求：A.選擇符合入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的光纖連接器;B.光纖連接器要有封帽，不使用時蓋上封帽，避免光纖連接器污染而二次污染光模塊光口;封帽不使用時應(yīng)放在防塵干凈處保存;C.光纖連接器插入是水平對準(zhǔn)光口，避免端面和套筒劃傷;D.光模塊光口避免長時間暴露，不使用時加蓋光口塞;光口塞不使用時儲存在防塵干凈處;清潔光模塊時根據(jù)光口類型選用合適的無塵棉棒(SC使用ф2.5mm的無塵棉棒[如NTT的14100400]，LC和MTRJ使用ф1.25mm的無塵棉棒[如NTT的14100401])蘸上無水酒精插入光口內(nèi)部，按同一方向旋轉(zhuǎn)擦拭;然后再用干燥的無塵棉棒插入器件光口，按同一方向旋轉(zhuǎn)擦拭;E.光纖連接器的端面保持清潔，避免劃傷;清潔端面時使用干燥無塵棉[如：小津產(chǎn)業(yè)株式會社的M-3]在手指未接觸部分按如圖9所示方法擦拭清潔，每次擦拭不能在同一位置;對臟污嚴(yán)重的接頭，則將無塵棉浸無水酒精(不易過多)，按相同方法進(jìn)行擦拭清潔，并需更換另一干燥無塵棉按相同方法操作一次，保證接頭端面干燥，再進(jìn)行測試;此類清潔方法需注意擦拭長度要足夠，才能保證清潔效果，并且不能在相同位置重復(fù)擦拭;此類無塵棉每張可按圖示方向擦拭4次;場地不足時可將無塵棉放在手掌上，在手指未接觸部分按如圖10所示方法在手掌部位進(jìn)行擦拭清潔，每次擦拭不能在同一位置;對臟污嚴(yán)重的接頭，則將無塵棉浸無水酒精(不易過多)，按相同方法進(jìn)行擦拭清潔，并需更換另一干燥無塵棉按相同方法操作一次，保證接頭端面干燥，再進(jìn)行測試;此類清潔方法需注意擦拭長度要足夠，才能保證清潔效果，并且不能在相同位置重復(fù)擦拭;此類無塵棉每張可按圖示方向擦拭3次;也可以使用清潔器如圖11～13所示;圖9將無塵棉放在桌面清潔圖10將無塵棉放在手掌上清潔圖11打開防塵蓋板圖示圖12清潔方法圖示1圖13清潔方法圖示22.ESD損傷ESD是自然界不可避免的現(xiàn)象，預(yù)防ESD從防止電荷積聚和讓電荷快速放電兩方面著手：A.保持環(huán)境的濕度30～75%RH;B.劃定專門的防靜電區(qū)域。選用防靜電的地板或工作臺;C.使用的相關(guān)設(shè)備采用并聯(lián)接地的公共接地點接地，保證接地路徑很短，接地回路很小，不能串聯(lián)接地，應(yīng)避免采用外接電纜連接接地回路的設(shè)計方式;D.在專門的防靜電區(qū)域中操作，防靜電工作區(qū)內(nèi)禁止放置工作不必須的靜電產(chǎn)生材料，如未作防靜電處理的塑料袋、盒子、泡沫、帶子、筆記本、紙片、個人用品等物品，這些材料必須距離靜電敏感器件30厘米以上;E.包裝和周轉(zhuǎn)的時候，采用防靜電包裝和防靜電周轉(zhuǎn)箱/車;F.禁止對非熱插拔的設(shè)備，進(jìn)行帶電插拔的操作;G.避免用萬用表表筆直接檢測靜電敏感的管腳;H.對光模塊操作時做靜電防護(hù)工作(如：帶靜電環(huán)或?qū)⑹滞ㄟ^預(yù)先接觸機(jī)殼等手段釋放靜電)，接觸光模塊殼體，避免接觸光模塊PIN腳;七、簡易光模塊失效判斷步驟1.測試光功率是否在指標(biāo)要求范圍之內(nèi)，如果出現(xiàn)無光或者光功率小的現(xiàn)象。處理方法：A、檢查光功率選擇的波長和測量單位(dBm)B、清潔光纖連接器端面，光模塊光口，方法見第五節(jié)。C、檢查光纖連接器端面是否發(fā)黑和劃傷，光纖連接器是否存在折斷，更換光纖連接器做互換性試驗D、檢查光纖連接器是否存在小的彎折。E、熱插拔光模塊可以重新插拔測試。F、同一端口更換光模塊或者同一光模塊更換端口測試。2.光功率正常但是鏈路無法通，檢查link燈。八、案例1.市場返回光模塊失效，光功率遠(yuǎn)低于指標(biāo)-3～-9.5dBm值。分析結(jié)果：返回光模塊直接測試光模塊值為-19