光模块基础概念

一:什么是光模块？

光模块作为光通信中的重要组成部分，是实现光信号传输过程中光电互相转换的光电子器件。

光模块通常由光发射组件、光接收组件、激光器芯片、探测器芯片等部件组成。

光模块结构示意图（SFP+封装）
此图来源于光模块白皮书

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。

序号	名称	说明
1	防尘帽	保护光模块光接口不受外部环境污染和外力损坏。
2	裙片	保障光模块和接口之间良好的搭接，只在SFP封装的光模块上存在。
3	标签	用于标识光模块的关键参数及厂家信息等。
4	接头	接头为“金手指”,用于单板之间的连接，传输信号，给光模块供电等。
5	壳体	保护内部元器件。
6	Rx	光信号接收接口。
7	Tx	光信号发送接口。
8	拉手扣	用于辅助拔插，不同距离所对应的拉手扣的颜色也是不一样的。

二:光模块是如何工作的？

在发送端，光模块实现电信号→光信号转换。
光信号通过光纤传输。
在接收端，光模块实现光信号→电信号转换。

三：光模块有哪些关键性能指标？

如何衡量光模块的性能指标呢？我们左手抓定义，右手抓比喻，一次性把光模块的性能指标牢牢记住！
想象一下，光模块就像是“超级快递员”，它的任务和现实中的快递员一样，在发送端“取件”（电光转换）送到指定的道路上运输，在接收端再“派件”（光电转换）送到目的地址。
为了做好这份工作，超级快递员需要掌握哪些关键技能呢，我们一起来看看~

3.1:快递员的“体力”——平均发射光功率

光模块在正常工作条件下发射端光源输出的平均光功率，可以理解为光的强度，单位为dBm。

在光通信系统中，数据的传输是通过光信号来实现的。这些光信号通过不同的强度来表示二进制代码中的0和1，这些1和0组合起来，就能传递大量的信息，比如文字、图片、视频等等。发射光功率和所发送的数据信号中“1”占的比例相关，“1”越多，光功率也越大。
当发送机发送伪随机序列信号时，“1”和“0”大致各占一半，这时测试得到的功率就是平均发射光功率。
平均发射光功率决定了信号能传输多远，因为平均发射光功率就像是快递员的“体力”，快递员需要有足够的体力才能把包裹送到远的地方。如果这个“体力”不够，信号可能就会在半路“累倒”。

3.2:快递员的“专注力”——OMA光功率&消光比

OMA（Optical Modulation Amplitude，光调制幅度）光功率与光模块的消光比（ER，Extinction Ratio）密切相关，两者都是用来描述光信号中“1”和“0”的区别度，单位为dBm。

OMA光功率是指高电平和低电平时光功率的差值，而消光比则是这两种电平对应的光功率的比值。
OMA光功率与消光比这两个指标可以看作是快递员的“专注力”，它衡量的是信号中的“1”和“0”之间的区分度。快递员需要准确地区分和处理不同的包裹，确保每个包裹能够快速且无误地送达正确的目的地。

如果快递员“专注力”低，有时候可能会把包裹送错地方，这会导致数据传输的不准确。也就是说，在一定范围内，“1”和“0”区分度越大，信号越“清晰”，快递员的“专注力”越高，那么传输的信号质量越好。

3.3:快递员的“选路能力”——光模块的中心波长

在光通信系统中，不同的光信号可以通过波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）技术在同一根光纤中同时传输。为了确保这些信号不会互相干扰，并且能够在光纤中有效传输，每个信号都需要有一个精确的中心波长。
光模块的中心波长即为光模块工作时所使用的中心波长，当光模块与其传输的光信号的中心波长匹配，传输效果最好。同时，根据不同的信号中心波长也需要选取不同的光纤，因为不同的光纤类型对不同波长的光有不同的衰减和色散特性。
例如，单模光纤在1310nm和1550nm这两个波长范围内的衰减较低，因此这两个波长范围被广泛用于长距离和高速率的光通信。

举个例子说明，包裹需要在繁忙的城市中运输，快递员不能随意选择路线，因为那样可能会遇到堵车、道路施工等情况。相反，他需要一个精确规划的路线，这个路线能够让他避开障碍，利用最快的交通方式，确保包裹准时送达。
我们将光纤比作城市的道路网络，中心波长比作快递员选择的路线。如果快递员选择了一条拥堵的道路（错误的波长），那么即使他驾驶得再快，包裹也可能会迟到。相反，如果他选择了一条畅通无阻的道路（正确的波长），那么他就可以更快地到达目的地，包裹的送达时间也会大大缩短。

3.4:快递员的“极限负重”——过载光功率

又称饱和光功率，是指光模块在一定的误码率（BER=10▷-12◁）条件下，接收端组件所能接收的最大输入平均光功率。单位是dBm。这相当于快递员的“极限负重”。

过载光功率是指光模块能够承受的最大光功率，超过这个值，信号可能会“爆炸”，导致数据丢失。

3.5:快递员的“细心”——接收灵敏度

接收灵敏度是指光模块在一定的误码率（BER=10▷-12◁）条件下，接收端组件所能接收的最小平均输入光功率。如果发射光功率指的发送端的光强度，那么接收灵敏度指的就是光模块可以探测到的光强度，单位是dBm。
接收灵敏度就好比快递员的“细心”，接收灵敏度决定了光模块能够检测到多弱的光信号，如果感知能力弱，一些微弱的信号可能就会被忽略，就像快递员可能会错过一些细小的包裹。
一般情况下，速率越高，接收灵敏度越差，即最小接收光功率越大，对于光模块接收端器件的要求也越高，就好比当双十一快递量爆炸式增长，只有超牛的快递员才能尽量保证包裹再小都不丢件啦。

Tips
需要注意的是，光探测器在强光照射下会出现光电流饱和现象，当出现此现象后，探测器需要一定的时间恢复，此时接收灵敏度下降，接收到的信号有可能出现误判而造成误码现象。简单的说，输入光功率超过了这个过载光功率，可能就会对设备造成损害，在使用操作中应尽量避免强光照射，防止超出过载光功率。

3.6:快递员的“责任心”——接收光功率

接收光功率是指光模块在一定的误码率（BER=10▷-12◁）条件下，接收端组件所能接收的平均光功率范围。单位是dBm。
接收光功率就好比快递员的“责任心”，接收光功率越低，表示快递员越“卷”，不放过任何小小的包裹和可能的错误。

假设快递员在一天的工作中有各种各样的包裹要处理，有的包裹上的条形码印刷得非常清晰，有的则可能因为各种原因变得模糊不清。如果快递员的“责任心”不够，那么在处理模糊的条形码包裹时就可能出现错误，导致包裹送错地方或者延误送达。同时，也有可能在客户有“迷你”包裹需求的情况下，不去“取件”，彻底躺平……
接收光功率的上限值为过载光功率，下限值为接收灵敏度的最大值。综合来讲，就是当接收光功率小于接收灵敏度，可能无法正常接收信号，因为光功率太弱了。当接收光功率大于过载光功率时，可能也无法正常接收信号，造成光模块损坏。

3.7:快递员的“工作效率”——接口速率

光器件所能承载的无误码传输的最大电信号速率，以太网标准规定的有：125Mbit/s、1.25Gbit/s、10.3125Gbit/s、41.25Gbit/s、50Gbit/s、100Gbit/s。这是快递员的“工作效率”。

接口速率决定了光模块每秒可以传输多少数据，就像快递员每小时能送多少个包裹。

3.8:快递员的“服务范围”——传输距离

传输距离就是快递员的“服务范围”。这个指标告诉我们光模块可以把信号送到多远的地方，如果服务范围太小，一些远一点的目的地就送不到了。

光模块可传输的距离主要受到损耗和色散两方面影响。
损耗是光在光纤中传输时，由于介质的吸收散射以及泄漏导致的光能量损失，这部分能量随着传输距离的增加以一定的比率耗散。损耗限制可以根据公式：损耗受限距离=（发射光功率-接受灵敏度）/光纤衰减量来估算。光纤的衰减量和实际选用的光纤强相关。
色散的产生主要是因为不同波长的电磁波在同一介质中传播时速度不等，从而造成光信号的不同波长成分由于传输距离的累积而在不同的时间到达接收端，导致脉冲展宽，进而无法分辨信号值。在光模块色散受限方面，其受限距离远大于损耗的受限距离，可以不做考虑。
通过这些关键指标，我们的超级快递员——光模块，就能够高效、准确地完成数据传输的任务啦、
04

四:光模块有哪些种类？

4.1:按传输速率分类

为了满足各种传输速率的需求，产生了不同速率的光模块：400GE光模块、100GE光模块、40GE光模块、25GE光模块、10GE光模块、GE光模块、FE光模块等。

4.2:按封装类型分类

传输速率越高，结构越复杂，由此产生了不同的封装方式。常见的封装类型有：SFP、SFP+、SFP28、QSFP+、CFP、CFP2 /CFP2-DCO、QSFP28、QSFP-DD。

| **光模块

** | **外观

** | 说明 |
| — | — | — |
| SFP |

|
SFP就像是一位自行车快递员，虽然配送速度不是最快的，非常适合小型包裹的短距离配送。 |
| SFP+ | |
SFP+就像是一位电动车快递员，速度更快，效率更高，能够处理更大的包裹。SFP+是自行车快递员（SFP）的升级版，适合中等距离和较大数据量的快速配送。 |
| SFP28 | |
SFP28就像是一位摩托车快递员，是电动车快递员（SFP+）的升级版，他比SFP+处理的货物更多，速率更快，大幅提升工作效率。SFP28适用于需要高密度、高吞吐量的场合，是城市中快速、大量配送的理想选择。 |
| QSFP+ | |
QSFP+光模块就像是一位面包车快递员，一次能配送四个SFP+包裹，它们不仅速度快，而且适应性强，能够在各种恶劣环境下工作，同时处理多个任务，速度和容量都得到了提升。 |
| CFP | |
CFP就像是一位大型卡车快递员，能够装载更多的货物，提供更高的传输速度。这位卡车快递员擅长处理大宗货物，确保长途配送的稳定和高效，保障于高速网络骨干和跨地域的数据中心互联。 |
| CFP2 /CFP2-DCO | |
CFP2与CFP-DCO就像是智能大卡车快递员，是CFP的升级版本，体积更小，性能更高。支持多种通道配置，如10个10G通道、4个25G通道、8个25G通道和8个50G通道，就好比在CFP的基础上给货物安排了定制的空间，使得空间利用更加高效。 |
| QSFP28 | |
QSFP28光模块就像是货运火车快递员，火车有多个车厢，每个车厢都能独立运输货物。QSFP28光模块适用于高密度、高性能的网络环境。 |
| QSFP-DD | |
QSFP-DD光模块就像是双层高铁快递员，它们不仅拥有更大的容量，而且速度超快。QSFP-DD模块通过双密度设计，就像双层高铁在城市间快速穿梭，能够同时配送更多的货物，高效地完成任务。 |

4.3:按模式分类

按模式分类光纤分为单模光纤、多模光纤。为了使用不同类别的光纤，产生了单模光模块、多模光模块。

单模光模块的中心波长一般是1310nm、1550nm，与单模光纤配套使用。
想象一下，单模光模块是一位专门负责长途运输的卡车快递员。他驾驶着一辆大卡车，专门运送大宗货物跨越长距离。

这辆卡车设计精良，能够在高速公路上（单模光纤）以高速行驶，但它需要良好的路况和精确的导航系统来确保货物能够安全、准时地到达目的地。这就像单模光模块，它使用单一的光束来传输数据，能够在长距离上提供高速度、大容量的数据传输，但需要高质量的光纤线路和精确的对准。

**多模光模块的中心波长一般是850nm，与多模光纤配套使用。**多模光模块则像是城市里的快递小哥，他骑着电动车或自行车，在城市的大街小巷中穿梭（多模光纤），为不同的客户送上小包裹。

他不需要高速公路，而是依靠城市的街道网络来完成配送任务。多模光模块使用多束光来传输数据，由于存在色散缺陷，适合在较短的距离内进行数据传输，比如在同一栋建筑或相邻建筑之间。它的优点是安装和维护相对简单，成本较低，但传输速度和距离相对有限。

4.4:按“颜色”分类

按照“颜色”分类光模块可以分为彩光光模块和灰光光模块，彩色光模块与灰光光模块的最大的区别是中心波长不同：
**灰光：光模块的中心波长有850nm、1310nm和1550nm三类，中心波长比较单一，我们称该类光为“黑白光”或者“灰光”。**灰光光模块则像是那些穿着普通工作服的快递员，他们专注于基本的快递服务，没有太多花哨的装饰。

灰光模块通常只使用单一颜色的光来传输数据，这就好比是灰光快递员提供的单一服务。这种快递服务更简单、直接，它没有彩光光模块那样复杂的波分复用技术，而是专注于提供稳定可靠的单一波长传输。灰光光模块通常用于短距离、低成本的网络连接，比如数据中心内部或者近距离的网络设备互联。它们的优势在于简单、经济，易于部署和维护。

**彩光：彩光模块承载了若干不同中心波长的光，所以交集起来是五颜六色的，我们称该类光为“彩光”。**彩光光模块就像是那些穿着鲜艳制服的快递员，他们非常容易辨认，因为他们的服务具有特定的特色。彩光模块在光通信中使用不同颜色的光来传输数据，每个颜色代表一个数据通道。这就像是快递员制服上的颜色编码，可以快速区分不同的服务或快递公司。

通过这种多彩的制服，彩光光模块能够在单根光纤上同时传输多个波长的信号，极大地提高了光纤的传输容量和效率。这就像不同快递公司的快递员可以搭乘同一辆车，每个快递员都有独立的目的地，确保了数据传输的高密度和多样性。彩光光模块广泛应用于长距离、大容量的数据中心和电信网络，它们能够通过不同的波长来实现高速、高效的数据传输。

还想想进一步了解彩光与灰光？请戳“肉眼看不见的光，通信人的彩光和灰光”。

五:光模块是如何命名的？

想读懂厂商光模块产品名称所包含的全部信息？那就一定要了解一下光模块命名规则~文档君以通用的命名规则为大家进行分解说明。

| **字段标识

** | **含义

** |
| — | — |
| A

| 表示光模块的封装类型，主要包括前文提到的SFP、SFP+、SFP28、QSFP+、CFP、CFP2 /CFP2-DCO、QSFP28、QSFP-DD。 |
| B | 表示光模块的速率，主要包括前文提到的FE、GE、10GE、25GE、40GE、100GE、400GE。 |
| C | 表示光模块的传输距离类型，其中：
SX：短距 LX：中距 LH：长距 |
| D | 表示光模块的传输距离，单位为km。 |
| E