通信光模块和光纤连接器的应用指南.docx
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通信光模块和光纤连接器的应用指南
光模块和光纤连接器的应用指南
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）、10GESDH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
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、FPLD、DFBLD
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），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--朗讯公司设计的。
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
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：
模式
插入损耗（dB）
回波损耗（dB）
PC
SPC
UPC
APC
单模
≤0.3
≥45
≥50
≥55
≥60
多模
≤0.3
≥35
\
\
\[t1]
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/km1310nm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：
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，分析具体原因，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ElectroStaticDischarge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[t2]；运输和存放过程中没有防静电包装；
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；
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
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；
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端面如右图所示：
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。
清洗后端面如右所示：
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：
返回故障品电镜图如下：
九、附件--光纤端面要求
各种光纤接口类型介绍
2007年09月20日星期四上午08:
59
各种光纤接口类型介绍
光纤接头
FC圆型带螺纹（配线架上用的最多）
ST卡接式圆型
SC卡接式方型（路由器交换机上用的最多）
PC微球面研磨抛光
APC呈8度角并做微球面研磨抛光
MT-RJ方型,一头双纤收发一体（华为8850上有用）
光纤模块:
一般都支持热插拔,
GBICGigaBitrateInterfaceConverter,使用的光纤接口多为SC或ST型
SFP小型封装GBIC,使用的光纤为LC型
使用的光纤:
单模:
L,波长1310单模长距LH波长1310,1550
多模:
SM波长850
SX/LH表示可以使用单模或多模光纤
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在表示尾纤接头的标注中，我们常能见到“FC/PC”，“SC/PC”等，其含义如下
“/”前面部分表示尾纤的连接器型号
“SC”接头是标准方型接头，采用工程塑料，具有耐高温，不容易氧化优点。
传输设备侧光接口一般用SC接头
“LC”接头与SC接头形状相似，较SC接头小一些。
“FC”接头是金属接头，一般在ODF侧采用，金属接头的可插拔次数比塑料要多。
在表示尾纤接头的标注中，我们常能见到“FC/PC”，“SC/PC”等，其含义如下[!
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“/”前面部分表示尾纤的连接器型号[!
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“SC”接头是标准方型接头，采用工程塑料，具有耐高温，不容易氧化优点。
传输设备侧光接口一般用SC接头“LC”接头与SC接头形状相似，较SC接头小一些。
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“FC”接头是金属接头，一般在ODF侧采用，金属接头的可插拔次数比塑料要[!
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连接器的品种信号较多，除了上面介绍的三种外，还有MTRJ、ST、MU等.[!
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“/”后面表明光纤接头截面工艺，即研磨方式。
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“PC”在电信运营商的设备中应用得最为广泛，其接头截面是平的。
“SC”表示尾纤接头型号为SC接头，业界传输设备侧光接口一般用用SC接头，SC接头是工程塑料的，具有耐高温，不容易氧化优点；ODF侧光接口一般用FC接头，FC是金属接头，但ODF不会有高温问题，同时金属接头的可插拔次数比塑料要多，维护ODF尾纤比光板尾纤要多。
其它常见的接头型号为：
ST、DIN、FDDI。
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“PC”表示光纤接头截面工艺，PC是最普遍的。
在广电和早期的CATV中应用较多的是APC型号。
尾纤头采用了带倾角的端面，斜度一般看不出来，可以改善电视信号的质量，主要原因是电视信号是模拟光调制，当接头耦合面是垂直的时候，反射光沿原路径返回。
由于光纤折射率分布的不均匀会再度返回耦合面，此时虽然能量很小但由于模拟信号是无法彻底消除噪声的，所以相当于在原来的清晰信号上叠加了一个带时延的微弱信号。
表现在画面上就是重影。
尾纤头带倾角可使反射光不沿原路径返回。
一般数字信号一般不存在此问题。
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还有一种“UPC”的工艺，它的衰耗比PC要小，一般有特殊需求的设备其珐琅盘一般为FC/UPC。
国外厂家ODF架内部跳纤用的就是FC/UPC，提高ODF设备自身的指标。
光纤接口
光纤接口是用来连接光纤线缆的物理接口。
通常有SC、ST、FC等几种类型，它们由日本NTT公司开发。
FC是FerruleConnector的缩写，其外部加强方式是采用金属套，紧固方式为螺丝扣。
ST接口通常用于10Base-F，SC接口通常用于100Base-FX。
光纤从内部可传导光波的不同，分为单模（传导长波长的激光）和多模（传导短波长的激光）两种。
单模光缆的连接距离可达10公里，多模光缆的连接距离要短的多，是300米或500米（主要看激光的不同，产生短波长激光的光源一般有两种，一种是62.5的，一种是50的）
另外，光缆的接头部分也有两种，一种SC接口为1GB接口还有一种为LC接口为2GB接口。
连接器的品种信号较多，除了上面介绍的三种外，还有MTRJ、ST、MU等，具体的外观参见下图
此主题相关图片如下：
“/”后面表明光纤接头截面工艺，即研磨方式。
“PC”在电信运营商的设备中应用得最为广泛，其接头截面是平的。
“UPC”的衰耗比“PC”要小，一般用于有特殊需求的设备，一些国外厂家ODF架内部跳纤用的就是FC/UPC，主要是为提高ODF设备自身的指标。
另外，在广电和早期的CATV中应用较多的是“APC”型号，其尾纤头采用了带倾角的端面，可以改善电视信号的质量，主要原因是电视信号是模拟光调制，当接头耦合面是垂直的时候，反射光沿原路径返回。
由于光纤折射率分布的不均匀会再度返回耦合面，此时虽然能量很小但由于模拟信号是无法彻底消除噪声的，所以相当于在原来的清晰信号上叠加了一个带时延的微弱信号，表现在画面上就是重影。
尾纤头带倾角可使反射光不沿原路径返回。
一般数字信号一般不存在此问题。
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FC是FerruleConnector的缩写，表明其外部加强件是采用金属套，紧固方式为螺丝扣
PC是PhysicalConnection的缩写，表明其对接端面是物理接触，即端面呈凸面拱型结构。
SC（F04）型光纤连接器：
模塑插拔耦合式单模光纤连接器。
其外壳采用模塑工艺，用铸模玻璃纤维塑料制成，呈矩型；插头套管（也称插针）由精密陶瓷制成，耦合套筒为金属开缝套管结构，其结构尺寸与FC型相同，端面处理采用PC或APC型研磨方式；紧固方式是采用插拔销闩式，不需旋转。
此类连接器价格低廉，插拔操作方便，介入损耗波动小，抗压强度较高，安装密度高。
接口连接光纤
1GEF/2GEF是1/2端口1000Base-SX/1000Base-LX以太网光接口卡的简称，其中GE（GigabitEthernet）是千兆以太网的英文缩写，F为Fiber，表示光接口。
1GEF/2GEF主要用于完成路由器与局域网的通信。
1GEF/2GEF支持功能如下：
提供5种类型的1000Base-SX/1000Base-LXSFP可插拔光接口模块，包括短距多模（850nm）光接口模块、中距单模（1310nm）光接口模块、长距单模（1310nm）光接口模块、长距单模（1550nm）光接口模块、超长距离单模（1550nm）光接口模块，用户可根据自己的需要选购。
接口工作在1000Mbps速率下。
支持全双工工作方式。
GEF接口模块按照端口数量区分，用于AR28系列路由器和AR46系列路由器各有2种模块，如下表：
模块型号
描述
RT-1GEF（用于AR28系列路由器）
RT-FIC-1GEF（用于AR46系列路由器）
1端口1000M以太网光接口模块
RT-2GEF（用于AR28系列路由器）
RT-FIC-2GEF（用于AR46系列路由器）
2端口1000M以太网光接口模块
使用方法
1GEF/2GEF主要用于完成路由器与局域网的通信，即在局域网内部，核心路由器通过千兆光接口与核心交换机的千兆光接口相连，实现局域网内部的高速连接。
对于1GEF/2GEF，用户可根据所选用的1000Base-SX/1000Base-LXSFP可插拔光接口模块的类型来选择相应的光纤。
这几种光接口模块的光接口均为LC型光纤连接器，故要求用户使用带有LC型光纤连接器的光纤。
图4LC型光纤连接器外观
& 说明：
LC型光纤连接器为朗讯公司开发的一种小型光纤连接器，采用推拔按钮式安装。
光纤为选配，用户在购买接口卡时必须要预先指明选配的SFP接口模块，否则不予提供相应的光纤。
接口光纤的连接
注意：
连接光纤时，应注意如下事项：
l 不允许过度弯折光纤，其曲率半径应不小于10cm；
l 保证接口的Tx与Rx端连接正确；
l 保证光纤端面处的清洁度。
传输工程经常要用到光跳线、光尾纤、适配器等，[!
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常见的是FC（俗称圆头）、SC（俗称方头）和LC。
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FC型又分为FC/FC和FC/PC（APC）型，前一个FC是FerruleConnector的缩写，表明其外部加强件是采用金属套，紧固方式为螺丝扣；后面的FC表明接头的对接方式为平面对接，PC是PhysicalConnection的缩写，表明其对接端面是物理接触，即端面呈凸面拱型结构，APC和PC类似，但采用了特殊的研磨方式，PC是球面，APC是斜8度球面，指标要比PC好些。
目前电信网常用的是FC/PC型，FC/APC多用于有线电视系统。
一般写成FC或PC均是指FC/PC光连接器。
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SC型其外壳采用模塑工艺，用铸模玻璃纤维塑料制成，呈矩型；插头套管（也称插针）由精密陶瓷制成，耦合套筒为金属开缝套管结构，其结构尺寸与FC型相同，端面处理采用PC或APC型研磨方式；紧固方式是采用插拔销闩式，不需旋转头。
常用于在数据工程中使用。
一般SC型均指SC/PC。
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LC光纤连接器采用模块化插孔（RJ）机理制成。
其所采用的插针和套桶的尺寸是普通SC，FC等尺寸的一半。
LC常见于通信设备的高密度的光接口板上。
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各种光连接器与之对应的适配器，也称法兰盘，用在ODF架上，供光纤连接。
FC/PC和SC法兰盘一般价格在10-15元/个左右。
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FC/PC型光纤跳纤（非正规叫法是双头尾纤），英文名为PATCHCORD即两头带光纤连接器的软光纤，用于设备至ODF架的连接以及ODF架之间的跳接。
光跳线颜色为黄色，表示单模跳纤。
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MTRJ-SC型光纤跳纤，光跳线颜色为橙色，表示多模跳纤。
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另外，还有用于光缆成端的尾纤，英文名为PIGTAILCORD，一端与光缆熔接，一端固定在ODF上。
在生产中，为了便于测试，均生产为跳纤，即两头均有光纤连接器，施工时，从中间剪断，一根跳纤即成了两根尾纤。
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LC光纤接头是小方头的光纤连接器，用于华为设备的OSN3500和OSN9500的八光口板:
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