光器件基礎(chǔ)知識(shí)

1、光器件基礎(chǔ)知識(shí)目錄一、光纖通信基礎(chǔ)21、光纖通信的概念22、光纖通信的優(yōu)點(diǎn)2二、光纖基礎(chǔ)知識(shí)21、光纖的結(jié)構(gòu)22、光纖的工作波長(zhǎng)33、光纖的分類33.1按照光纖的模式分類33.2按照光纖的材料分類33.3按照光纖的折射率分類44、光纖的尺寸45、光纖接頭類型56、光功率的換算67、光纖損耗6三、常用光器件介紹63.1法蘭盤63.2光衰減器73.3光模塊82、光模塊的主要參數(shù)83、光模塊的種類9四、光器件的工程應(yīng)用111、單收光模塊的使用112、雙纖雙向模塊的使用113、長(zhǎng)距離高靈敏度模塊的使用114、QSFP+ MPO模塊的使用125、萬兆高速電纜的使用12六、光模塊和光纖使用注意事項(xiàng)13七、

2、光模塊和光纖的故障排查方法14八、光功率計(jì)的使用14一、光纖通信基礎(chǔ)1、光纖通信的概念所謂光纖通信就是利用光纖來傳輸攜帶信息的光波以達(dá)到通信的目的。一般由數(shù)據(jù)源、光發(fā)射端、光纖、光接收端組成。2、光纖通信的優(yōu)點(diǎn)1）通信容量大，比傳統(tǒng)的電纜、微波等高出幾千乃至幾十萬倍的通信容量。2）傳輸距離遠(yuǎn)，光纖具有極低的衰耗系數(shù)，傳輸距離可達(dá)一千公里以上。3）保密性能好，光信號(hào)不具備向外輻射的特點(diǎn)，不易被偵聽。4）適應(yīng)能力強(qiáng)，具有不怕外界強(qiáng)電磁場(chǎng)的干擾、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。5）體積小、重量輕。原材料豐富、價(jià)格低廉。二、光纖基礎(chǔ)知識(shí)1、光纖的結(jié)構(gòu)如上圖所示，光纖呈圓柱形，主要由纖芯和包層和保護(hù)套三部分組成。1、 纖

3、芯：位于光纖的中心部位，成分為高純度的二氧化硅，摻有極少量雜質(zhì)，折射率較高，用來傳送光。2、 包層：位于纖芯的周圍，其成分也是含有極少量摻雜質(zhì)的高純度二氧化硅，折射率較低，與纖芯一起形成全反射條件。3、 涂覆層：光纖的最外層，由丙烯酸酯、硅橡膠和尼龍組成，強(qiáng)度大，能承受較大沖擊，起到保護(hù)光纖的作用。2、光纖的工作波長(zhǎng)光纖的工作波長(zhǎng)主要分為短波長(zhǎng)光纖和長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖。1、短波長(zhǎng)光纖短波長(zhǎng)光纖的工作波長(zhǎng)在800nm-900nm范圍內(nèi)，具體工作在850nm波長(zhǎng)，主要用于短距離、小容量的光纖通信系統(tǒng)中。2、 長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖的工作波長(zhǎng)在1100nm -1800nm范圍內(nèi)，具體工作在1310nm和155

4、0nm兩個(gè)波長(zhǎng)，主要用于長(zhǎng)距離、大容量的光通信系統(tǒng)中。3、光纖的分類3.1按照光纖的模式分類1、單模光纖單模光纖的纖芯很細(xì)（10um左右），只能傳一種模式的光，其模間色散很小，工作在1310nm和1550nm波長(zhǎng)，適用于遠(yuǎn)程通訊。2、多模光纖多模光纖的芯較粗（50um或62.5um），工作在850nm或1310nm波長(zhǎng)，可傳多種模式的光，其模間色散較大，適用于短距離通訊。3.2按照光纖的材料分類1、玻璃光纖：纖芯與包層都是玻璃，損耗小，傳輸距離長(zhǎng)，成本高；2、膠套硅光纖：纖芯是玻璃，包層為塑料，特性同玻璃光纖差不多，成本較低；3、塑料光纖：纖芯與包層都是塑料，損耗大，傳輸距離很短，價(jià)格很低。多

5、用于家電、音響以及短距離的圖像傳輸。3.3按照光纖的折射率分類1、階躍型光纖如果纖芯的折射率是均勻不變的常數(shù)n1，包層折射率也是均勻不變的常數(shù)n2，且在纖芯和包層的界面折射率發(fā)生突變，即使由n1突變?yōu)閚2，則這種光纖稱為階躍型光纖。2、 漸變型光纖如果纖芯折射率不是常數(shù)，而是隨著半徑的加大而逐漸減小，到了纖芯和包層界面降至包層的折射率n2，則這種光纖稱為漸變型光纖。4、光纖的尺寸光纖的外徑一般為125um，光纖內(nèi)徑尺寸則根據(jù)不同光纖類型而不一樣：?jiǎn)文９饫w為8-10um，多模光纖為50/62.5um。此外，多模光纖又分為OM1、OM2和OM3三種，其中OM1指62.5um的多模光纖，OM2指50

6、um的多模光纖，OM3是目前新增的萬兆光纖。5、光纖接頭類型光纖接頭熔接在光纖線纜兩端，用于將光纖與光模塊、ODF架等光器件相連。常見的光纖接頭有LC、ST、SC和FC。l LC型連接器：連接SFP模塊的連接器，它采用操作方便的模塊化插孔（RJ）閂鎖機(jī)理制成。l ST型連接器：外殼呈圓形，緊固方式為螺絲扣，常用于光纖配線架。l SC型連接器：連接GBIC光模塊的連接器，它的外殼呈矩形，緊固方式是采用插拔銷閂式，不須旋轉(zhuǎn)。l FC型連接器：外部加強(qiáng)方式是采用金屬套，緊固方式為螺絲扣，一般在ODF上采用較多。2、常見的光纖接頭圖示3、在表示光纖接頭的標(biāo)注中，我們常見到“FC/PC”、“SC/PC”

7、等，其具體的含義如下：l 斜杠的前面部分的LC/SC/FC/ST表示光纖的連接器型號(hào)。l 斜杠的后面部分的PC/UPC/APC表示光纖接頭截面的工藝，即研磨方式。6、光功率的換算光功率常用毫瓦（mw）和分貝毫瓦（dBm）表示，其中毫瓦和分貝毫瓦兩者的關(guān)系為：1mw=0dBm。以1mw為基準(zhǔn)的dBm的算法是：dBm=10*lg(mw)例如：功率為1W，1W=1000mw，換算成dBm為：10×lg100030dBm7、光纖損耗光纖損耗是指光波在光纖中傳輸時(shí)隨著傳輸距離的增長(zhǎng)光功率逐漸減小的現(xiàn)象。產(chǎn)生光纖損耗的原因包括吸收損耗、散射損耗、彎曲和微彎曲損耗。光纖損耗還與工作波長(zhǎng)密切相關(guān)，下

8、表是列出常見工作波長(zhǎng)與光纖損耗之間接的關(guān)系：工作波長(zhǎng)光纖損耗(每公里)850nm2.33.4dB/Km1310nm0.350.5dB/Km1550nm0.20.3dB/Km此外，光纖熔接點(diǎn)也會(huì)對(duì)光信號(hào)造成損耗，通常每個(gè)熔接點(diǎn)的損耗為0.2dB。三、常用光器件介紹3.1法蘭盤法蘭盤俗稱活接頭，用于連接兩根跳纖或光纜形成連續(xù)光通路的無源器件。在工程中如果我們需要將兩條跳纖連接起來時(shí)即可以使用法蘭盤，相連兩根跳纖的光纖接頭可以是同類型的（如兩端都是LC接頭），也可以是不同類型的（如一是LC，另一端是SC）。常見的法蘭盤如下圖所示：3.2光衰減器光衰減器一種可增加光纖鏈路上光功率衰減量的無源器件，主要

9、作用避免光接收器件因接收超強(qiáng)光功率而導(dǎo)致光接收機(jī)產(chǎn)生失真和損壞。光衰減器的型號(hào)分為陰陽式和法蘭盤式，陰陽式衰減器通常串接在光模塊和跳纖接頭間，法蘭盤式衰減器通常串接在兩根跳纖的接頭間。日常工作中常用到的是LC/PC陰陽式衰減器。光衰減器的衰減值可根據(jù)實(shí)際需要靈活定制（如3dB、5dB、10dB等）。常見的陰陽式衰減器：常見的法蘭盤式衰減器：3.3光模塊光模塊由光電子器件、功能電路和光接口等組成，主要是實(shí)現(xiàn)電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)和光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的產(chǎn)品。2、光模塊的主要參數(shù)輸出光功率輸出光功率指光模塊發(fā)送端光源的輸出光功率（發(fā)射光功率），單位：dBm。接收靈敏度接收靈敏度指的是在一定速率、誤碼率情

10、況下光模塊的最小接收光功率，單位：dBm。一般情況下，速率越高接收靈敏度越高（即最小接收光功率越小），對(duì)于光模塊接收端器件的要求也越高。常見的光模塊的傳輸速率、傳輸距離與輸出光功率和靈敏度的關(guān)系如下：飽和光功率值指光模塊接收端器件最大可以探測(cè)到的光功率。當(dāng)光接收器接收到大于飽和光功率的光信號(hào)時(shí)會(huì)出現(xiàn)光電流飽和現(xiàn)象。在此情況下光接收器需要一定的時(shí)間恢復(fù)，此時(shí)接收靈敏度下降，接收到的信號(hào)有可能出現(xiàn)誤判而造成誤碼現(xiàn)象，而且還非常容易損壞接收端器件，在使用操作中應(yīng)盡量避免超出其飽和光功率。3、光模塊的種類1、按封裝形式分類光模塊按封裝形式可分為SFP、SFP+、XFP、QSFP+、CFP、CSFP、G

11、BIC、Xenpak、X2、1X9、SFF、200/3000pin、XPAK等，目前工作中經(jīng)常使用到的光模塊封裝形式有SFP+、SFP和QSFP+三種。部分光模塊封裝形式如下：2、按工作波長(zhǎng)分類目前常用的光模塊的中心波長(zhǎng)（指光信號(hào)傳輸所使用的主要光波段）主要有五種：850nm波段、1310nm波段、1550nm波段，CWDM波段以及DWDM波段。工程中會(huì)使用到的是前面三種波段的光模塊。3、按接口形式分光模塊按接口形式可分為L(zhǎng)C、SC、RJ-45等多種類型。4、按傳輸速率分按不同的應(yīng)用場(chǎng)景和速率要求，光模塊可分為以下多種：以太網(wǎng)應(yīng)用：100Base、1000Base、10GBase、40GBas

12、e、100GBaseSDH應(yīng)用（POS）：155Mbps、622Mbps、2.5G、10G、40G、100GFC應(yīng)用：1.063G、2.125G、4.25G、8.5G、10.7G、16G、40G、56G、120G5、按傳輸距離分類多模短距：如萬兆850nm 300M，千兆850nm 550M光模塊單模短距：如千兆1310nm 2KM，2.5G POS 1310nm 2KM光模塊單模中距：如萬兆1310nm 10KM/15KM光模塊單模長(zhǎng)距：如萬兆1550nm 40KMKM光模塊單模超長(zhǎng)距：如萬兆1550nm 80KM光模塊6、按收發(fā)能力分類光模塊按收發(fā)能力可分為雙纖雙向、單纖雙向、雙單纖雙向、

13、單發(fā)、單收光模塊。雙纖雙向市面上絕大部分光模塊屬于此類型，這類光模塊使用2芯光纖實(shí)現(xiàn)鏈路信號(hào)的發(fā)送和接收，同時(shí)模塊上有2個(gè)光纖接口，一個(gè)負(fù)責(zé)發(fā)送一個(gè)負(fù)責(zé)接收。單纖雙向利用波分復(fù)用原理，實(shí)現(xiàn)2個(gè)不同波長(zhǎng)光信號(hào)在一根光纖上傳輸，光模塊上只有一個(gè)光纖接口，以下是單纖雙向光模塊的工作原理圖。雙單纖雙向是目前新的技術(shù)，一個(gè)模塊2個(gè)光纖接口，實(shí)現(xiàn)4個(gè)通道的信號(hào)傳輸，典型如CSFP光模塊。單發(fā)或單收這兩種類型的光模塊是雙纖雙向光模塊的變體。單發(fā)光模塊是把雙纖雙向光模塊的收光部分器件去掉，僅保留發(fā)光部分器件。而單收光模塊則是把雙纖雙向光模塊的發(fā)光部分器件去掉，僅保留收光部分器件。這兩種模塊的外形與雙纖雙向光s

14、模塊一樣。工程中單收光模塊可以用在分流器上與分光器配合形成并接監(jiān)控方案。常見光模塊外觀圖四、光器件的工程應(yīng)用1、單收光模塊的使用單收光模塊通常用于接收經(jīng)分光器分光后輸出的光信號(hào)。通常我們?cè)谶x擇光模塊時(shí)總是以光鏈路的光信號(hào)工作波長(zhǎng)為依據(jù)進(jìn)行選擇，例如1310nm波長(zhǎng)的光鏈路選擇1310nm的光模塊接收，1550nm波長(zhǎng)的光鏈路選擇1550nm的模塊接收。但在實(shí)際工程中如果工作在1310nm波長(zhǎng)的光鏈路經(jīng)分光后輸出時(shí)光功率小于-14dBm，但高于-21dBm則可以使用1550nm -24dBm高靈敏度模塊接收。反之，工作在1550nm波長(zhǎng)的光鏈路分光后輸出的光功率高于-14dBm，我們也可以使用1

15、310nm -16dBm的光模塊接收。這是由于1310nm和1550nm的光模塊其所能接受并正常工作的波長(zhǎng)范圍很寬，完全覆蓋上述兩個(gè)工作波長(zhǎng)。但對(duì)于850nm的鏈路分光后只能使用850nm的光模塊進(jìn)行接收。2、雙纖雙向模塊的使用雙纖雙向光模塊的選擇通常情況下同樣以鏈路實(shí)際工作波長(zhǎng)進(jìn)行選擇。但對(duì)于1310nm和1550nm的光鏈路可以變通使用，當(dāng)互連的設(shè)備距離較近時(shí)（如在同一機(jī)房?jī)?nèi)）可以用1310nm的光模塊與1550nm的光模塊進(jìn)行互連。原因見上述“單收光模塊的使用”一節(jié)內(nèi)容。3、長(zhǎng)距離高靈敏度模塊的使用40KM或80KM以上長(zhǎng)距離-24dbm高靈敏度光模塊由于其發(fā)光功率大、過載點(diǎn)低。因此，在

16、實(shí)際使用中禁止用跳纖直接互連或在同機(jī)房?jī)?nèi)短距離互連，以免造成模塊收光器件的損壞。此類光模塊如果需要短距離互連，需串接不少于10dBm的光衰減器后方可互連。4、QSFP+ MPO模塊的使用目前QSFP+ MPO僅用于S6500分流板上的40GE接口，作用是將分流板上的每個(gè)40GE接口劃分為4個(gè)10GE接口使用。這種模塊為多模模塊，實(shí)際工程中通常配合MPO-LC/PC-OM3-8PIN-3.0MM一分四多模光纜使用，用于進(jìn)行多塊分流板的級(jí)聯(lián)，或用于連接DPI設(shè)備。QSFP+ MPO模塊MPO-LC/PC-OM3-8PIN-3.0MM分流板級(jí)聯(lián)實(shí)景圖5、萬兆高速電纜的使用萬兆高速線纜是一項(xiàng)替代10G

17、光模塊的低成本技術(shù)方案。通常有1米、3米5米和10米，目前工程中使用到的是1米高速線纜。主要用于分流板級(jí)聯(lián)或分流板與P2E板互連。萬兆高速電纜分流板級(jí)聯(lián)P2E板與分流板互連六、 光模塊和光纖使用注意事項(xiàng)光鏈路上各處的損耗衰減都關(guān)系到傳輸?shù)男阅埽砸笞⒁猓簂 40KM以上長(zhǎng)距離模塊短距離進(jìn)行互連（或用跳纖自環(huán)）時(shí)必須在串接光衰減器，以免強(qiáng)光對(duì)模塊收光器件產(chǎn)生損壞；l 禁止不同類型光纖與模塊混用，多模光纖須與多模光模塊配合使用，單模光纖須與單模光模塊配合使用；l 光模塊收發(fā)光接口應(yīng)避免長(zhǎng)時(shí)間暴露，不使用時(shí)加蓋光口塞以免灰塵污染；l 光纖連接器要有封帽，不使用時(shí)需蓋上封帽避免灰塵等雜物污染；l

18、扎線和布線時(shí)避免彎曲半徑過小，綁扎過緊；l 光纖連接器的端面保持清潔，避免劃傷；七、光模塊和光纖的故障排查方法1. 當(dāng)出現(xiàn)鏈路不通時(shí)，測(cè)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)象時(shí)，可以按以下方法處理：a) 檢查光功率計(jì)選擇的波長(zhǎng)和測(cè)量單位（dBm）是否有誤；b) 檢查是否由于光線連接器端面和光模塊口不清潔導(dǎo)致；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(yàn)；d) 熱插拔光模塊可以重新插拔測(cè)試；e) 同一端口更換光模塊或者同一光模塊更換端口測(cè)試2. 當(dāng)光功率測(cè)試是正常的，但是鏈路仍然不通時(shí)，檢查link燈的狀態(tài)。進(jìn)入設(shè)備的命令行界面，讀取該端口模塊的相應(yīng)信息，若能讀取，則模塊被識(shí)別，然后檢查是否是設(shè)備原因?qū)е骆溌凡煌?。八、光功率?jì)的使用光功率計(jì)簡(jiǎn)稱OPM，主要用于測(cè)量在光纖系統(tǒng)中絕對(duì)光功率或是通過一段光纖的光功率的相對(duì)損耗。以下對(duì)光功率計(jì)的使用做一下簡(jiǎn)單介紹。1）、從上圖標(biāo)示中，光功率計(jì)按鍵主要由四部分組成：電源開關(guān)，開機(jī)時(shí)按2秒以上可屏蔽自動(dòng)關(guān)機(jī)功能（視不同的牌子而定）：設(shè)定/顯示參考值，長(zhǎng)按2秒以上開啟設(shè)定功能（視不同的牌子而定）：顯示切換鍵，可切換顯示m/dB值，在B區(qū)顯示相應(yīng)值：波長(zhǎng)選擇鍵，可在多種波長(zhǎng)間切換2）、光功率計(jì)的屏幕上顯示的數(shù)值主要有：u