光模块基础知识培训(硬件)

OpticalNetworkTransceiverInnovator光纤通信的优点通信容量大中继距离长不受电磁干扰资源丰富光纤重量轻、体积小OpticalNetworkTransceiverInnovator光纤通信发展史1966年“光纤之父”高锟博士首次提出光纤通信的想法。1970年贝尔研究所林严雄在室温下可连续工作的半导体激光器。1970年康宁公司的卡普隆(Kapron)之作出损耗为20dB/km光纤。1977年芝加哥第一条45Mb/s的商用线路。OpticalNetworkTransceiverInnovator电磁波谱1cm1mm100um10um1um100nm10nm1nmλ波長10G100G1T10T100T10^1510^1610^17f(Hz)1.6um1.51.41.31.21.11.0um900800700600nm光通信使用范围红外线紫外线OpticalNetworkTransceiverInnovator光的基本知识光是一种电磁波可见光350nm—750nm光纤通信所用的波长800nm—1600nm光的反射、折射全反射OpticalNetworkTransceiverInnovator光的基本知识n1n2n1n2θ1θ2θ3入射折射反射视觉位置实际位置空气水OpticalNetworkTransceiverInnovator光的基本知识n1n2n1n2n1n2临界角900临界角n1n2全反射入射角=反射角θ1θ2OpticalNetworkTransceiverInnovator典型的数字光纤通信系统方框图OpticalNetworkTransceiverInnovator光纤通信用光器件发光二极管（LED）激光二极管（LD）VECSELFPDFBMQWOpticalNetworkTransceiverInnovatorLED优缺点GaAsAl材料，非阈值器件。优点：线性度好温度特性好价格低、寿命长、使用简单缺点：谱线较宽（30-100nm）与光纤的耦合效率低（光纤耦合效率一般仅有1％～2％，最多不超过10%）OpticalNetworkTransceiverInnovator激光二极管LDLD发光机理LD的发光机理是受激发光，即利用LD中的谐振腔发生振荡而激发出许许多多的频率相同的光子，从而形成激光。用半导体工艺技术在PN结两侧加工出两个相互平行的反射镜面，这两个反射镜面与原来的两个解理面（晶体的天然晶面）构成了谐振腔结构。当在LD两端加上正偏置电压时，象LED一样在PN结区域内因电子与空穴的复合而释放光子。而其中的一部分光子沿着和反射镜面相垂直的方向运动时，会受到反射镜面的反射作用在谐振腔内往复运动。只要外加正偏置电流足够大，光子的往复运动会激射出更多的、与之频率相同的光子，即发生振荡现象，从而发出激光。此之所谓受激发光。OpticalNetworkTransceiverInnovatorLD优缺点优点：发光谱线窄（1-5nm）与光纤的耦合效率高阈值器件缺点：温度特性的较差线性度较差工作寿命较短OpticalNetworkTransceiverInnovatorLD调制方式两种调制方式：外调制光信号（无调制信号）调制信号调制的光信号内调制调制信号LD工作电流调制的光信号IPPavgP0P1Imodm=(P1-P0)/(P1+P0)m=ΔI／(Iavg-Ith)ΔI=(Imod)/2IavgIthOpticalNetworkTransceiverInnovatorLD的温度特性LD是半导体器件，它的特性与二极管类似温度升高，阈值电流Ith增大，斜效率S降低为了保持输出平均光功率和消光比不变，在温度上升时要增大IBIAS和IMOD消光比ER=10*log(P1/P0)平均光功率PAVG=(P1+P0)/2OpticalNetworkTransceiverInnovatorLD的温度特性OpticalNetworkTransceiverInnovator常用光功率自动控制电路VCCImpdIbVCCVCC通过检测背光二极管(MD)产生的光电流(平均值)来实现闭环控制。APC调节偏置电流来保持平均输出光功率稳定；APC只对偏置电流回路起作用。APC对调制电流无法控制，温度升高，斜效率降低，调制幅度变小，APC却使偏流加大，消光比就变小了。OpticalNetworkTransceiverInnovator稳定光功率和消光比的方法闭环自动功率控制（APC）+补偿调制电流（热敏电阻或MCU查表）开环补偿法热敏电阻补偿(调制电流和偏置电流)通过MCU查表精确设置调制电流和偏置电流K因子补偿法“K-因子”补偿，是在激光器偏置电流增大的同时，按比例增大调制电流。OpticalNetworkTransceiverInnovatorLD和驱动芯片接口要求TO型激光器安装在PCB边沿时，接地层要扩展到PCB边沿以减少管脚引线电感，过大的电感会使波形边沿速度变慢。激光器要尽可能靠近驱动器芯片，只要接线长度小于传输波长，可以不考虑传输线的几何尺寸，减少线宽有利于减小寄生电容。要仔细考虑高速信号电流环路，尽量减小返回路径的连接阻抗，并使高速电流环路闭合面积最小，就能减少EMI。在激光器阳极处Vcc要有足够的旁路电容，以降低高速电流切换而产生的电源开关噪声。OpticalNetworkTransceiverInnovator数字系统中常用参数定义10%90%50%脉冲宽度上升时间下降时间周期振幅OpticalNetworkTransceiverInnovator数字系统中常用参数定义振幅：脉冲的高度在光纤系统中表示光功率能量。上升时间：脉冲从最大振幅的10%上升到90%所需要的时间。下降时间：脉冲从振幅的90%下降到10%所需要的时间。脉冲宽度：脉冲在50%振幅位置的宽度，用时间表示。周期：脉冲特定的时间，就是完成一个循环所需要的工作时间。消光比：1信号光功率于0信号光功率的比值。OpticalNetworkTransceiverInnovator光纤的结构纤芯包层保护套OpticalNetworkTransceiverInnovator光纤的尺寸外径：一般为125um（一根头发平均100um）内径：单模9umOS1多模50/62.5umOM1第一代多模光纤62.5umOM2第二代多模光纤50umOM3万兆多模光纤50um12595012562.5125OpticalNetworkTransceiverInnovator常用连接器类型SCLCMT-RJDSCVF-45Opti-JackOpticalNetworkTransceiverInnovator常用连接器类型FCTypeSCTypeSC2TypeFDDTypeOpticalNetworkTransceiverInnovator常用连接器类型BICONICTypeD4TypeSMA905TypeSMA906TypeMINIBNCTypeOpticalNetworkTransceiverInnovator连接头端面类型Ferrule+FlangeInsertionLoss(插入损耗)0.3dBReturnLoss(回波损耗)PC40dBSPC45dBUPC50dBAPC60dBOpticalNetworkTransceiverInnovator