本文以SFP光学模块为例，以介绍光学模块的组成和工作原理。

SFP：形成小型插针

光学模块是我们所有人都使用的PHY层设备。尽管包装，速度和传输距离不同，但它们的内部组合基本上是相同的。由于其微型化，方便的热插入，标准支持，易于读取的模拟数量（IIC读数）（IIC读取）和高检测精度（+/- 2dBm之内），SFP逐渐成为应用的主流。光学模块被用作介绍其内部组成和相关工作原理的示例。

SFP内部结构图

SFP光学模块的内部结构：

从上图可以看出，光学模块的主要部分由光发射组件，激光驱动器，光接收组件组成（L16.2光学模块的光学接收部分使用APD接收器和电路也需要），一个限制放大器和控制器。 。驾驶员芯片和限制放大器通常支持从 /s到2.67GB /s的多率。有许多具有不同传输距离的光学模块仅仅是前端光学组件之间的差异。高速SFP光学模块的成本的90％集中在光学组件上。从上图也可以看出，为了确保加电序列，SFP光学模块的金指部分的长度不同。最长的是信号接地，其次是电源，最短的是信号，因此，插入和拔下插头时，这确保了地面信号的顺序。

光发射成分TOSA（子）：

常用的发光组件有两个主要类别：一个是TOSA，它使用LED软件包用于发光二极管，另一个是TOSA，TOSA使用半导体激光二极管用于LD软件包。前者具有较宽的线条和低耦合效率（尽管LED可以发射几毫瓦的光学功率，它的方向较差，只有1％-2％的零件可以耦合到光纤以进行传输），但是它价格低，使用寿命很长。在较低速度和短距离的情况下，它仍然用于少量应用中，通常用于100兆位以太网多模纤维中的短途数据传输，其波长通常相同。我们与通常使用激光二极管接触的光学模块。

激光类型

1。激光（垂直表面腔发射激光器）：波长，用于千兆以太网多模纤维的短距离传输。千兆以太网开关使用大量的这种光学模块。不会使用变速箱光板，因此没有详细的介绍。

2.FP和DFB激光器

两者之间的差异是输出光特性的差异。 FP激光器是一种多源激光MLM，可以通过几个离散的波长产生光。除了中央波长的主要模式外，其他波长的次级模式还具有更高的幅度。此外，主模式和次级模式也处于动态竞争中，但是频段范围非常狭窄。 DFB激光器是单个纵向模式激光SLM。主要模式光电电源占总发光功率的99％以上，并且可以忽略少数其他辅助模式。

对于这两种不同类型的激光器的光学模块，使用光谱仪测试其光谱宽度时，方法是不同的。

FP激光光学模块，测试其传输侧的光谱宽度是RMS频谱宽度

对于DFB激光光学模块，测试其传输侧的光谱宽度是-20dB的频谱宽度，并且需要边缘模式抑制比。

当前，在我们使用的光学模块中，155m和622m的模块会发出波长，并且它们都使用FP激光器，并且波长是DFB激光器。除了2公里，即IE-16，2.5G使用FP激光器，使用所有DFB激光器。

激光二极管的共振腔具有两个反射镜，它们是半透明的。一方面，它们的功能形成一个谐振腔，以确保光子在其中发射新的光子，另一方面，光子的相当一部分是从反射器传输并发出光的。从前镜传输的光称为主灯，它通过与光纤连接成为有用的传输。从镜面反射的光称为次级光，也称为后光。 TOSA将此向后的光转换为背光电流，可用于监视光源设备的发光功率的大小。

上图显示了在温度上升的条件下，激光输入电流和输出光功率的变化。

当激光腔中的光学增益超过腔末端反射表面的损失时，激光将发出相干的光学信号。临界矩激光器中的电流称为阈值电流（ITH）。随着温度的升高，激光腔中的光学增益将减小。随着空腔中的光学增益减小，激光需要较大的注射电流才能获得相干的光输出，因此，激光的阈值电流增加。从上图可以看出，阈值电流的增加导致输出光功率下降。如果要保持光电不变，则驾驶员必须输出较大的偏置电流。为了补偿激光阈值的变化，需要一个“自动电源控制（APC）”电路。 APC电路监视激光背光电流，并通过调节激光偏置电流来保持背光电流的稳定性。一般而言，背光电流与平均光学功率之间的比例关系是线性的，因此，通过保持背光电流稳定，激光的平均光功率保持恒定。

从上图可以看出，随着温度的升高，激光输入电流的特征曲线斜率和输出光功率将变小，这意味着激光光电转换的效率降低。我们知道灭绝比ER = 10×lg [p1/p0]（db），其中P1和P0分别代表激光的输出功率，分别是数字逻辑信号“ 1”和“ 0”，P1-P0在调制信号的幅度后表示光功率。假设输出光功率保持不变，则转换斜率的降低将导致输出光信号减小，这将反映在眼图上，并且眼图的打开将变小。对于光学模块，在温度变化期间，除了保持输出光功率的稳定性外，还必须保持消光比。保持灭绝比是增加调制电流。最常见的方法是使用控制器内部的数字可调电位计（电阻）检查表方法以维持灭绝比。数字电位计内置具有温度控制的电阻值表。电阻值存储在非易失性记忆中，随温度的函数，温度范围在-45°C至 +95°C，步长为2°C。使用芯片中的集成温度传感器，该电阻的电阻值可以随温度的变化而自动调节。数字电位计的设置可在温度上升时降低电阻值，并将其连接到驾驶员的“调制电流设置端子”。在温度升高期间，控制器根据测量的温度值检查表，并连续降低电位计的电阻值，以使调制电流增加，以便补偿灭绝比的变化。

维持灭绝比的另一种方法是K因子补偿方法。激光驱动器添加了“ K因子”补偿特征，该补偿特征在激光偏置电流增加时按比例增加调制电流。该过程如下：为了保持平均光功率稳定，偏置电流由APC电路控制。随着偏置电流的增加，电路将提取部分偏置电流以调节调制电流。这样，总调制电流等于原始调制电流，加上偏置电流乘以因子K。该K因子可以由驾驶员芯片的外部电阻设置。由于调制电流可以随偏置电流的增加而增加，因此当激光温度变化或激光年龄时，可以补偿灭绝比。

光学模块传输零件电路

上图是典型的表格查找控制电路。在控制器中，H0和H1是控制器随附的两个数字电位计。 H0用于控制调制电流，H1用于控制偏置电流。 APC函数集成在驱动器内部，但其补偿能力通常在-40至85度的范围内受到限制，因此H1用于实现粗略的调整，并且驱动器中的APC实现了更准确的自动调节。两个数字电位仪都使用表查找方法。特定的电阻值是由基于TOSA的特性的光学模块制造商设置的。通常，必须对不同制造商或不同批次的TOSA重新校正电阻值。 MON1用于检测偏置电流的值，MON2用于检测输出光功率，而MON3通常用于检测接收到的光学功率。可以通过通过IIC总线读取相应的寄存器来获得这些测量值，IIC总线易于使用并且具有很高的精度。大多数制造商可以确保在2DBM内控制准确性，这可以有效地避免当前发现某些单板模拟量的不准确问题。

从上图可以看出，光学模块的工作原理相对简单。除了维持稳定的光功率和灭绝比外，还必须在驱动器和激光器之间进行RC匹配（未显示上图。通过串行10欧姆电阻后，通常需要将RC电路添加到地面），以及光学模块的光端口指数的质量由这些RC确定。

光学接收器组件ROSA（子 - ）：

Rosa配备了光检测二极管和变形放大器TIA

光电检测二极管有两种类型：销钉和APD雪崩二极管。 APD光电二极管具有乘法效应，可以在相同尺寸的光的动作下产生几十个甚至比Pin光电二的数十个倍，这等同于播放一种光学扩增效果（实际上，它不是一种真正的光学放大。接收器的灵敏度。因此，用作APD的光学模块作为接收器，需要处理过滤和其他问题。

对于接收器，光功率高于过载点或高于灵敏度，并且可能发生代码错误或LOF。引脚管的过载点为-3dBm（通常达到0dBm），APD为-9dBm（通常达到5dBm）。对于APD接收器，由于其过载功率较低，如果接收能力太大，则可能会引起冲击。磨损受损。在我们使用的光学模块中，除了使用L16.1和L16.2中使用APD接收器的光学模块外，其余的使用引脚管接收器。

接收零件电路的光学模块

接收方相对简单。对于2.5克输出，一些制造商使用CML输出，一些制造商使用输出，因此您需要注意它。

附件：SFP光学模块中使用的参考电路

1。大多数SFP模块的制造商都使用内部交流耦合，并且在模块内也进行了向上和向下匹配，因此在接近光学模块时无需添加匹配。

2。对于（位置的光学模块），（iic），（），los（与SFF定义相反，高辐照输入，低是正常的。SFF为，SD高，SD高表示光学信号，低平均值无光信号）， （发送失败）必须在用户端拉起。

3。当SFP检测到异常情况并导致保护被关闭时，它会变高并且没有光输出。必须用信号重置。