光模塊知識 | 光模塊有哪些關(guān)鍵性能指標(biāo)？
光模塊有哪些關(guān)鍵性能指標(biāo)
如何衡量光模塊的性能指標(biāo)呢？我們可以從以下幾個方面來讀懂光模塊的性能指標(biāo)。
光模塊發(fā)送端
平均發(fā)射光功率
平均發(fā)射光功率是指光模塊在正常工作條件下發(fā)射端光源輸出的光功率，可以理解為光的強度。發(fā)射光功率和所發(fā)送的數(shù)據(jù)信號中“1”占的比例相關(guān)，“1”越多，光功率也越大。當(dāng)發(fā)送機發(fā)送偽隨機序列信號時，“1”和“0”大致各占一半，這時測試得到的功率就是平均發(fā)射光功率，單位為W或mW或dBm。其中W或mW為線性單位，dBm為對數(shù)單位。在通信中，我們通常使用dBm來表示光功率。
消光比
消光比是指全調(diào)制條件下激光器在發(fā)射全“1”碼時的平均光功率與全“0”碼時發(fā)射的平均光功率比值的最小值，單位為dB。如圖1-3所示，我們在將電信號轉(zhuǎn)換為光信號時，是由光模塊發(fā)射部分的激光器按照輸入的電信號的碼率來轉(zhuǎn)換成光信號的。全“1”碼時的平均光功率即表示激光器發(fā)光的平均功率，全“0”碼時的平均光功率即表示激光器不發(fā)光的平均功率，消光比即表征0、1信號的區(qū)別能力，因此消光比可以看做一種激光器運行效率的衡量。消光比典型的最小值范圍為8.2dB到10dB。
圖1-3 激光器工作示意圖光信號的中心波長
在發(fā)射光譜中，連接50℅最大幅度值線段的中點所對應(yīng)的波長。不同種類的激光器或同一種類的兩個激光器，由于工藝、生產(chǎn)等原因都會有中心波長的差異，即使同一激光器在不同條件下也可能會有不同的中心波長。一般，光器件和光模塊的制造商，提供給用戶一個參數(shù)，即中心波長（如850nm），這個參數(shù)一般會是一個范圍。目前常用的光模塊的中心波長主要有三種：850nm 波段、1310nm 波段以及1550nm 波段。
為什么定義在這三個波段呢？這與光信號的傳輸介質(zhì)光纖損耗有關(guān)。通過不斷研究實驗，人們發(fā)現(xiàn)光纖損耗通常隨波長加長而減小，850nm損耗較少，900 ~ 1300nm損耗又變高了；而1310nm又變低， 1550nm損耗最低，1650nm以上的損耗趨向加大。所以850nm就是所謂的短波長窗口，1310nm 和1550nm就是長波長窗口。
光模塊接收端
過載光功率
又稱飽和光功率，是指光模塊在一定的誤碼率（BER=10-12）條件下，接收端組件所能接收的最大輸入平均光功率。單位是dBm。
需要注意的是，光探測器在強光照射下會出現(xiàn)光電流飽和現(xiàn)象，當(dāng)出現(xiàn)此現(xiàn)象后，探測器需要一定的時間恢復(fù)，此時接收靈敏度下降，接收到的信號有可能出現(xiàn)誤判而造成誤碼現(xiàn)象。簡單的說，輸入光功率超過的了這個過載光功率，可能就會對設(shè)備造成損害，在使用操作中應(yīng)盡量避免強光照射，防止超出過載光功率。
接收靈敏度
接收靈敏度是指光模塊在一定的誤碼率（BER=10-12）條件下，接收端組件所能接收的最小平均輸入光功率。如果發(fā)射光功率指的發(fā)送端的光強度，那么接收靈敏度指的就是光模塊可以探測到的光強度。單位是dBm。
一般情況下，速率越高接收靈敏度越差，即最小接收光功率越大，對于光模塊接收端器件的要求也越高。
接收光功率
接收光功率是指光模塊在一定的誤碼率（BER=10-12）條件下，接收端組件所能接收的平均光功率范圍。單位是dBm。接收光功率的上限值為過載光功率，下限值為接收靈敏度的最大值。
綜合來講，就是當(dāng)接收光功率小于接收靈敏度，可能無法正常接收信號，因為光功率太弱了。當(dāng)接收光功率大于過載光功率時，可能也無法正常接收信號，因為存在誤碼現(xiàn)象。
綜合性能指標(biāo)
接口速率
光器件所能承載的無誤碼傳輸?shù)淖畲箅娦盘査俾?，以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的有：125Mbit/s、1.25Gbit/s、10.3125Gbit/s、41.25Gbit/s。
傳輸距離
光模塊可傳輸?shù)木嚯x主要受到損耗和色散兩方面受限。損耗是光在光纖中傳輸時，由于介質(zhì)的吸收散射以及泄漏導(dǎo)致的光能量損失，這部分能量隨著傳輸距離的增加以一定的比率耗散。色散的產(chǎn)生主要是因為不同波長的電磁波在同一介質(zhì)中傳播時速度不等，從而造成光信號的不同波長成分由于傳輸距離的累積而在不同的時間到達接收端，導(dǎo)致脈沖展寬，進而無法分辨信號值。
在光模塊色散受限方面，其受限距離遠大于損耗的受限距離，可以不做考慮。損耗限制可以根據(jù)公式：損耗受限距離=（發(fā)射光功率-接受靈敏度）/光纖衰減量 來估算。光纖的衰減量和實際選用的光纖強相關(guān)。
CloudEngine系列交換機通過display interface transceiver verbose命令可以查看指定接口光模塊的常規(guī)、制造、告警以及診斷信息，如表 display interface transceiver verbose命令輸出信息描述所示。
項目 | 描述 |
|---|---|
Common information | 表示光模塊的常規(guī)信息。 |
Transceiver Type | 表示光模塊類型。 |
Connector Type | 表示接口類型。 |
Wavelength (nm) | 表示光波波長。 |
Transfer Distance (m) | 表示光波傳輸距離。50um/125um表示光纖的直徑，OM2表示光纖的等級。 |
Digital Diagnostic Monitoring | 表示光模塊診斷信息是否監(jiān)控。 |
Vendor Name | 表示光模塊制造廠商名稱。 如果顯示內(nèi)容為“HUAWEI”，表示是經(jīng)過華為數(shù)據(jù)中心交換機認證的光模塊；其他的顯示內(nèi)容表示是非華為數(shù)據(jù)中心交換機認證光模塊。 |
Vendor Part Number | 表示光模塊制造廠商編號。 |
Ordering Name | 表示光模塊對外型號。 |
Manufacture information | 表示光模塊制造信息。 |
Manu. Serial Number | 表示光模塊生產(chǎn)序列號。 |
Manufacturing Date | 表示光模塊生產(chǎn)日期。 |
Alarm information | 表示光模塊告警信息。 |
Diagnostic information | 表示光模塊診斷信息。 如果顯示為“-”，則表示該光模塊不支持獲取此信息或信息不精確。 |
Temperature (Celsius) | 表示光模塊當(dāng)前溫度。 |
Voltage(V) | 表示光模塊當(dāng)前電壓。 |
Bias Current (mA) |
表示光模塊當(dāng)前電流。 說明： 如果接口支持拆分，當(dāng)接口插入光模塊后，會顯示光模塊中每條Lane的當(dāng)前電流。 每條lane的當(dāng)前電流值均應(yīng)在Bias Low Threshold (mA)~Bias High Threshold (mA)范圍內(nèi)才能保證模塊正常工作。 |
Bias High Threshold (mA) | 表示光模塊電流上限。 |
Bias Low Threshold (mA) | 表示光模塊電流下限。 |
Current RX Power (dBm) | 表示當(dāng)前光模塊接收功率。 說明： 如果接口支持拆分，當(dāng)接口插入光模塊后，會顯示光模塊中每條Lane的當(dāng)前接收功率。 |
Default RX Power High Threshold (dBm) | 表示默認光模塊接收功率上限。 |
Default RX Power Low Threshold (dBm) | 表示默認光模塊接收功率下限。 |
Current TX Power (dBm) | 表示當(dāng)前光模塊發(fā)送功率。 說明： 如果接口支持拆分，當(dāng)接口插入光模塊后，會顯示光模塊中每條Lane的當(dāng)前發(fā)送功率。 |
Default TX Power High Threshold (dBm) | 表示默認光模塊發(fā)送功率上限。 |
Default TX Power Low Threshold (dBm) | 表示默認光模塊發(fā)送功率下限。 |
光模塊有哪些關(guān)鍵性能指標(biāo)
如何衡量光模塊的性能指標(biāo)呢？我們可以從以下幾個方面來讀懂光模塊的性能指標(biāo)。
光模塊發(fā)送端
平均發(fā)射光功率
平均發(fā)射光功率是指光模塊在正常工作條件下發(fā)射端光源輸出的光功率，可以理解為光的強度。發(fā)射光功率和所發(fā)送的數(shù)據(jù)信號中“1”占的比例相關(guān)，“1”越多，光功率也越大。當(dāng)發(fā)送機發(fā)送偽隨機序列信號時，“1”和“0”大致各占一半，這時測試得到的功率就是平均發(fā)射光功率，單位為W或mW或dBm。其中W或mW為線性單位，dBm為對數(shù)單位。在通信中，我們通常使用dBm來表示光功率。
消光比
消光比是指全調(diào)制條件下激光器在發(fā)射全“1”碼時的平均光功率與全“0”碼時發(fā)射的平均光功率比值的最小值，單位為dB。如圖1-3所示，我們在將電信號轉(zhuǎn)換為光信號時，是由光模塊發(fā)射部分的激光器按照輸入的電信號的碼率來轉(zhuǎn)換成光信號的。全“1”碼時的平均光功率即表示激光器發(fā)光的平均功率，全“0”碼時的平均光功率即表示激光器不發(fā)光的平均功率，消光比即表征0、1信號的區(qū)別能力，因此消光比可以看做一種激光器運行效率的衡量。消光比典型的最小值范圍為8.2dB到10dB。
圖1-3 激光器工作示意圖光信號的中心波長
在發(fā)射光譜中，連接50℅最大幅度值線段的中點所對應(yīng)的波長。不同種類的激光器或同一種類的兩個激光器，由于工藝、生產(chǎn)等原因都會有中心波長的差異，即使同一激光器在不同條件下也可能會有不同的中心波長。一般，光器件和光模塊的制造商，提供給用戶一個參數(shù)，即中心波長（如850nm），這個參數(shù)一般會是一個范圍。目前常用的光模塊的中心波長主要有三種：850nm 波段、1310nm 波段以及1550nm 波段。
為什么定義在這三個波段呢？這與光信號的傳輸介質(zhì)光纖損耗有關(guān)。通過不斷研究實驗，人們發(fā)現(xiàn)光纖損耗通常隨波長加長而減小，850nm損耗較少，900 ~ 1300nm損耗又變高了；而1310nm又變低， 1550nm損耗最低，1650nm以上的損耗趨向加大。所以850nm就是所謂的短波長窗口，1310nm 和1550nm就是長波長窗口。
光模塊接收端
過載光功率
又稱飽和光功率，是指光模塊在一定的誤碼率（BER=10-12）條件下，接收端組件所能接收的最大輸入平均光功率。單位是dBm。
需要注意的是，光探測器在強光照射下會出現(xiàn)光電流飽和現(xiàn)象，當(dāng)出現(xiàn)此現(xiàn)象后，探測器需要一定的時間恢復(fù)，此時接收靈敏度下降，接收到的信號有可能出現(xiàn)誤判而造成誤碼現(xiàn)象。簡單的說，輸入光功率超過的了這個過載光功率，可能就會對設(shè)備造成損害，在使用操作中應(yīng)盡量避免強光照射，防止超出過載光功率。
接收靈敏度
接收靈敏度是指光模塊在一定的誤碼率（BER=10-12）條件下，接收端組件所能接收的最小平均輸入光功率。如果發(fā)射光功率指的發(fā)送端的光強度，那么接收靈敏度指的就是光模塊可以探測到的光強度。單位是dBm。
一般情況下，速率越高接收靈敏度越差，即最小接收光功率越大，對于光模塊接收端器件的要求也越高。
接收光功率
接收光功率是指光模塊在一定的誤碼率（BER=10-12）條件下，接收端組件所能接收的平均光功率范圍。單位是dBm。接收光功率的上限值為過載光功率，下限值為接收靈敏度的最大值。
綜合來講，就是當(dāng)接收光功率小于接收靈敏度，可能無法正常接收信號，因為光功率太弱了。當(dāng)接收光功率大于過載光功率時，可能也無法正常接收信號，因為存在誤碼現(xiàn)象。
綜合性能指標(biāo)
接口速率
光器件所能承載的無誤碼傳輸?shù)淖畲箅娦盘査俾?，以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的有：125Mbit/s、1.25Gbit/s、10.3125Gbit/s、41.25Gbit/s。
傳輸距離
光模塊可傳輸?shù)木嚯x主要受到損耗和色散兩方面受限。損耗是光在光纖中傳輸時，由于介質(zhì)的吸收散射以及泄漏導(dǎo)致的光能量損失，這部分能量隨著傳輸距離的增加以一定的比率耗散。色散的產(chǎn)生主要是因為不同波長的電磁波在同一介質(zhì)中傳播時速度不等，從而造成光信號的不同波長成分由于傳輸距離的累積而在不同的時間到達接收端，導(dǎo)致脈沖展寬，進而無法分辨信號值。
在光模塊色散受限方面，其受限距離遠大于損耗的受限距離，可以不做考慮。損耗限制可以根據(jù)公式：損耗受限距離=（發(fā)射光功率-接受靈敏度）/光纖衰減量 來估算。光纖的衰減量和實際選用的光纖強相關(guān)。
CloudEngine系列交換機通過display interface transceiver verbose命令可以查看指定接口光模塊的常規(guī)、制造、告警以及診斷信息，如表 display interface transceiver verbose命令輸出信息描述所示。
項目 | 描述 |
|---|---|
Common information | 表示光模塊的常規(guī)信息。 |
Transceiver Type | 表示光模塊類型。 |
Connector Type | 表示接口類型。 |
Wavelength (nm) | 表示光波波長。 |
Transfer Distance (m) | 表示光波傳輸距離。50um/125um表示光纖的直徑，OM2表示光纖的等級。 |
Digital Diagnostic Monitoring | 表示光模塊診斷信息是否監(jiān)控。 |
Vendor Name | 表示光模塊制造廠商名稱。 如果顯示內(nèi)容為“HUAWEI”，表示是經(jīng)過華為數(shù)據(jù)中心交換機認證的光模塊；其他的顯示內(nèi)容表示是非華為數(shù)據(jù)中心交換機認證光模塊。 |
Vendor Part Number | 表示光模塊制造廠商編號。 |
Ordering Name | 表示光模塊對外型號。 |
Manufacture information | 表示光模塊制造信息。 |
Manu. Serial Number | 表示光模塊生產(chǎn)序列號。 |
Manufacturing Date | 表示光模塊生產(chǎn)日期。 |
Alarm information | 表示光模塊告警信息。 |
Diagnostic information | 表示光模塊診斷信息。 如果顯示為“-”，則表示該光模塊不支持獲取此信息或信息不精確。 |
Temperature (Celsius) | 表示光模塊當(dāng)前溫度。 |
Voltage(V) | 表示光模塊當(dāng)前電壓。 |
Bias Current (mA) |
表示光模塊當(dāng)前電流。 說明： 如果接口支持拆分，當(dāng)接口插入光模塊后，會顯示光模塊中每條Lane的當(dāng)前電流。 每條lane的當(dāng)前電流值均應(yīng)在Bias Low Threshold (mA)~Bias High Threshold (mA)范圍內(nèi)才能保證模塊正常工作。 |
Bias High Threshold (mA) | 表示光模塊電流上限。 |
Bias Low Threshold (mA) | 表示光模塊電流下限。 |
Current RX Power (dBm) | 表示當(dāng)前光模塊接收功率。 說明： 如果接口支持拆分，當(dāng)接口插入光模塊后，會顯示光模塊中每條Lane的當(dāng)前接收功率。 |
Default RX Power High Threshold (dBm) | 表示默認光模塊接收功率上限。 |
Default RX Power Low Threshold (dBm) | 表示默認光模塊接收功率下限。 |
Current TX Power (dBm) | 表示當(dāng)前光模塊發(fā)送功率。 說明： 如果接口支持拆分，當(dāng)接口插入光模塊后，會顯示光模塊中每條Lane的當(dāng)前發(fā)送功率。 |
Default TX Power High Threshold (dBm) | 表示默認光模塊發(fā)送功率上限。 |
Default TX Power Low Threshold (dBm) | 表示默認光模塊發(fā)送功率下限。 |