通信光模块和光纤连接器的应用指南.docx

1、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（

2、百兆）、1000Base（千兆）、10GE SDH应用的155M、622M、2.5G、10G 按照封装分：19、SFF、SFP、GBIC、XENPAK、XFP，各种封装见图16 19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、19封装图2、SFF封装图3、GBIC封

3、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、FP LD、DFB LD 按照发射波长分：850nm、1310nm、1550nm等等 按照使用方式分：非热插拔（19、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

4、式分：FC，SC，ST，LC，MU，MTRJ等等，目前常用的有FC，SC，ST，LC，见图710。 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

5、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：3，2, 0.9 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)PCSPCUPCAPC 单模0.345505560 多模0.335t1四、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

6、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/km 1310nm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

7、单模/多模10km/550m千兆1550单模70km3、 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10GS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

8、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ElectroStatic Discharge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（1ps10000亿分之一秒）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

9、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

10、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2.5mm的无尘棉棒如NTT的14100400，LC和MTRJ使用1.25mm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M3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

11、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1113所示； 图9将无尘棉放在桌面清洁

12、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3075RH； 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3

13、0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

14、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

15、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,GBIC Giga Bitrate Interface Converter, 使用的光纤接口多为SC或ST型SFP 小型封装GBIC,使用的

16、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850SX/LH表示可以使用单模或多模光纤-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 !21ki21ki!“/”前

17、面部分表示尾纤的连接器型号 !21ki21ki!“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。 !21ki21ki!“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 !21ki21ki!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.!21ki21ki!“/”后面表明光纤接头截面工艺，即研磨方式。 !21ki21ki!“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

18、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。!21ki21ki!“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

19、，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。!21ki21ki!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Ferrule Connector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100Bas

20、e-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，

21、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。-FC是Ferrule Connector的缩写，表明其外部

22、加强件是采用金属套，紧固方式为螺丝扣 PC是Physical Connection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

23、GE（Gigabit Ethernet）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-LX SFP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AR 28系列路由器和AR 46

24、系列路由器各有2种模块，如下表：模块型号描述RT-1GEF (用于AR 28系列路由器)RT-FIC-1GEF（用于AR 46系列路由器）1端口1000M以太网光接口模块RT-2GEF (用于AR 28系列路由器)RT-FIC-2GEF（用于AR 46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/1000 Base-LX SFP可插拔光接口模块的类型来选择相应的光纤。这几种

25、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4 LC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，!21ki21ki!21ki21ki!21ki21ki!21ki21ki!21ki21ki!常见的是FC（俗称圆头）、S

26、C（俗称方头）和LC。!21ki21ki!21ki21ki!FC型又分为FC/FC和FC/PC(APC)型，前一个FC 是Ferrule Connector 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Physical Connection 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。!21ki21ki!21ki21ki!S

27、C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。!21ki21ki!21ki21ki!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。!21ki21ki!21ki21ki!21ki21ki!21ki21ki!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。F

28、C/PC和SC法兰盘一般价格在10-15元/个左右。!21ki21ki!21ki21ki!21ki21ki!21ki21ki!FC/PC型光纤跳纤（非正规叫法是双头尾纤），英文名为PATCH CORD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。 !21ki21ki!21ki21ki!21ki21ki!MTRJ-SC型光纤跳纤， 光跳线颜色为橙色，表示多模跳纤。!21ki21ki!21ki21ki!另外，还有用于光缆成端的尾纤，英文名为PIGTAIL CORD，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。!21kiLC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: