模块基础知识培训教程- 初稿

,光通讯模块基础知识培训,培 训 大 纲,光纤通信系统的基本原理及相关概念阐述模块中常用器件的基本结构和组成元件常用仪器，设备，工具，辅料检测方法与原理我司生产的模块结构图其他,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。,光纤通信的基本原理,光通讯应用举例,电子通信与光纤通信,相同点：两者的作用都是传输数据（声音，文字，图片，视频等）,不同点：,优点：没有电气危害，不受电磁干扰，传输容量大，速度快，损耗低，保密性好，体积小，重量轻,发展迅猛，前景广阔！,WDM系统基本原理和应用,光通讯行业市场需求增长（视频电话，宽带网）,现有通讯网络规模传输能力不足 （光通讯对硬件设备要求较高，目前国内网络不完善，每个信号使用一根光纤传输成本太高）,好的解决方案（使用单根光纤传输多路光信号，减低单路信号上所承担的成本）,？,少,多,WDM系统基本原理和应用,1,1,2,3,4,2,3,4,铺设更多的光缆？,WDM系统基本原理和应用,1,1.2.3.4,1,2,3,4,2,3,4,合波器,分波器,将多个信号波长合在一根光纤中传输,将一根光纤中传输的多个波长信号分离,波分复用:Wavelength Division Multiplexing,如何描述光信号,波长：（拉姆达）单位：nm（纳米）,频率：f单位：Hz（赫兹）,1m =1000mm (毫米)1mm =1000m（微米）1 m=1000nm （纳米）,1 T（特） = 1000G1G （吉） = 1000M1M （兆） = 1000K1K （仟） = 1000Hz,1 nm = 10-9 m,1G （吉） = 109 Hz,常用单位换算1光强 dB = 10 log10 ( Pout / Pin )相对值 Pout :输出功率 ; Pin :输入功率 dBm = 10 log10 ( P / 1mw)绝对值 是通信工程中广泛使用的单位； 通常表示以1毫瓦为参考的光功率； example: 10dBm表示光功率等于100uw，即0.1mw。2. 光频率f=v/ 频率光速/波长例:192.1THz= 299792458*109(nm)*10-12(THz)/1560.61(nm) 192.2THz= 299792458*109(nm)*10-12(THz)/1559.79(nm),光纤通信中用到的光信号,平时我们能看到各种颜色的光，不同颜色的光的波长是不一样的,波长越来越大,光纤通信中用到的光信号,光纤通信的波谱在1.671014Hz3.751014Hz之间即波长在800 1800nm之间，我们目前主要接触到的为12601620nm属于红外波段,这个波段的光信号人的眼睛是看不见的找光的时候需要用到感光板,我们的眼睛是看不到的,红外线,感光板,看到了,感光粉,ITU-中心波长,公路要规划出不同的车道，车辆各行其道光纤通讯系统中也要规划出相应的通讯通道。,ITU-国际电信联盟(International Telecommunications Union),为我们提供通信生产和运营商必须按照ITU的相关规定生产其产品,从表中可以看出，相邻通道的中心波长数值相差约0.8nm左右。,100G,CH33,CH34,CH30,CH29,CH28,CH27,CH26,CH31,CH32,规定了中心波长，也就是规定了车道秩序，还要规定车道的宽度带宽。,约0.2nm,200G,CH33,CH34,CH30,CH29,CH28,CH27,CH26,CH31,CH32,相应通道中的光信号有一个带宽规定，国际上有较通用的带宽标准 ，我们公司规定100G、200G，CWDM的带宽分别为：0.22nm，0.50nm和13nm。,约1.6nm,光纤的结构（裸光纤）,光纤(Optical Fiber，OF)用来导光的透明介质纤维,纤芯,包层,涂覆层,纤芯：传输光信号高纯度SiO2，掺杂剂折射率（n1）高（1.45左右）直径d1=450m（微米）,包层：将光封闭在纤芯中高纯度SiO2，掺杂剂折射率（n2）低（1.30 左右）直径d2=125m(微米),涂覆层：保护光纤有机硅或橡胶等材料直径d3=250m（微米）较脆弱,注意保护，防止线损,光纤类型,G.652零色散点在1300nm左右G.653零色散点在1550nm左右(Corning SM-28e)G.654负色散光纤G.655色散位移光纤全波光纤,光纤的结构（裸光纤）,我们平时用剥线钳剥掉的是哪一层？,光纤中间（纤芯和包层）就是一种特殊结构的拉成细丝的玻璃！外面包裹一层类似与橡胶的保护层（涂覆层）,SiO2 （二氧化硅）是什么？玻璃的主要成分就是SiO2,涂覆层,为什么熔接前要剥掉涂覆层？,纤芯,包层,涂覆层,为什么要剥掉涂覆层,涂覆层的材料是橡胶，而纤芯与包层的材料是玻璃，两者在高温熔接时会产生气泡，使损耗增加。,纤芯与包层的材料都是高纯度的玻璃，熔接过程中几乎不会产生气泡。,900塑料外套管,900 m（微米）=0.9mm(毫米),裸光纤很脆弱，为了保护它，一般还要在外面套一层塑料外套管。（松套管，紧套管）,一般有四种颜色：红，黄，蓝，白,光信号在光纤中传播,纤芯的折射率要比包层的折射率稍大一些根据全反射原理使光保持在纤芯中传输。,不同角度入射进去的光线，走的路径有所不同每条光线可以独立传播，互不干扰。,纤芯的作用就是传输光信号，包层的作用是使光信号封闭在纤芯中不泄露出来。,准直器,准直器,公司生产的几种光无源器件,准直器 collimator,光线发散的问题被解决了！,准直器是利用透镜（ C-Lens或者G-Lens）的汇聚原理使原本发散的光聚成一束光斑较大的平行光束，从而达到准直（平行）效果.,公司生产的几种光无源器件,光开关 Optical Switch,光开关就是实现光路通/断/切换等功能的器件。,控制光路通/断,光路切换,2,3,1,公司生产的几种光无源器件,耦合器 Coupler,耦合器就是实现光路耦合，使光信号能量再分配的器件。,出射光信号可以根据需要设置不同的能量比。,2,3,200mw(毫瓦),70mw(毫瓦),130mw(毫瓦),1,公司生产的几种光无源器件,衰减器 Attenuator(VOA),衰减器就是能够根据需要将光信号能量进行预期衰减的器件。,200mw(毫瓦),80mw(毫瓦),公司生产的几种光无源器件,隔离器 Isolator,隔离器是一种只允许光信号沿光路正向传输的器件。,正向导通可以传输,反向截止,公司生产的几种光无源器件,波分复用器 WDM Device,波分复用器是对光信号波长进行分离与合成的器件。,2,3,1,分离光信号,合并光信号,Filter,回顾WDM系统基本原理,1,1.2.3.4,1,2,3,4,2,3,4,合波器,分波器,将多个信号波长合在一根光纤中传输,将一根光纤中传输的多个波长信号分离,合波，复合，复用,分波,分用,波分复用:Wavelength Division Multiplexing,波分复用器件,光栅型波分复用器集成光波导波分复用器熔锥型波分复用器介质薄膜型波分复用器,四种常见的类型：,是由介质薄膜（DTF）构成的一类芯交互型WDM器件,1.焊接工艺2.全胶工艺,波分复用技术，就是在一根光纤线同时传输多种波长的光信号的技术 。波分复用技术的核心部件是波分复用器件。,工艺,有铅焊接：技术上比较成熟，但焊料中含有铅等有害物质，对环境产生污染，将逐渐被淘汰。,无铅焊接：不含铅等有害物质，但是成本较高（目前由于焊料问题，成品率较低）。,全胶工艺：不含重金属等有害物质，指标较好，成本低。是今后通讯行业发展的趋势。,焊接工艺结构图,双光纤头,单线准直器,自聚焦透镜,膜片,金属套管,金属桥,上膜片调试焊接,全胶普通工艺结构,双线准直器,反射过渡管,透射过渡管,单线准直器,膜片,1.上膜片,4.后序工作（刷胶，检测，封装）,3.透射调试，上透射过渡管,2.反射调试，上反射过渡管,连接处都是用胶粘接，所以叫“全胶工艺”。,全胶内陷式工艺结构,双线准直器,单线准直器,大玻璃套管,透射过渡管,膜片,1.反射调试，上反射过渡管,4.后序工作（刷胶，检测，封装）,3.透射调试，上透射过渡管,2.上大玻璃套管,全胶Type C型工艺结构,双线准直器,单线准直器,大玻璃套管,透射过渡管,膜片,1.反射调试，上反射过渡管,4.后序工作（刷胶，检测，封装）,3.透射调试，上透射过渡管,2.上大玻璃套管,器件的光路图-分波,公共输入,反射输出,透射输出,膜片,双线准直器,单线准直器,一路输入的光信号被分成两路不同的光信号输出,分波,器件的光路图-合波,公共输出,反射输入,透射输入,膜片,单线准直器,双线准直器,两路输入的光信号被合成一路混合的光信号输出,合波,介质薄膜滤波片 （膜片）,1.4毫米,1.4毫米,1.0毫米,膜片是整个WDM器件最核心元件，成本最高,滤波面反射面,增透面透射面,普通膜片尺寸如图所示也有特殊尺寸的,一般来说：颜色较深的是反射面颜色较浅的是透射面,侧面,膜片结构,滤波面反射面,增透面透射面,玻璃基底,交替镀上不同的物质一般有50-100多层而且厚度要求很严格,滤波面（反射面）的功能是让某种颜色的光（即对应某种波长的光）通过，让其他颜色的光反射。增透面的功能是让光透过膜片。,膜片结构很脆弱，灰层，划伤，挤压，高温，低温，潮气等外界因素都有可能使其损害失效，所以要注意保护。,反射与透射,滤波面反射面,增透面透射面,特定波长的光信号被透射,其他波长的光信号被反射,分波原理,膜片对波长的反射透射与膜层结构有关，结构要求很严格！,入射角与波长,入射光信号的角度不一样，则透射和反射的波长也不一样。,角度越小，波长越大。反之亦然。,可以通过改变入射角，得到不同的中心波长。,模块生产中常用设备简介,1.熔接机2.光源3.光功率计4.OSA,熔接机,光纤,电极,高压电弧,电弧放电型光纤熔接机,电弧放电多采用20kHz的高频电源电压为2000-4000 V（伏），电流为15-20 mA（毫安），光纤被加热到17002000,两个电极之间的高频高压电流击穿空气产生电弧，电弧温度极高，使光纤端面熔化。放电结束后，光纤端面冷却后熔接在一起。,熔接机,为什么熔接前要剥掉涂覆层？前面讲过！,为什么要将端面用切割刀切平？,为什么要将光纤擦拭干净？,熔接机和切割刀都属于精密设备，灰尘，碎屑等杂质会影响工作精度，加工出来的光纤线不满足要求。熔接机中的高温电弧能使杂质燃烧，可能损坏设备。,光信号损耗很大,激光光源,可调谐光源(TLS),EXFO光源,单点光源(LD),LD1310光源,DFB-131-D,HP 8168F,Agilent 81640A,Agilent 81680A,980光源,850光源,ASE光源,宽带光源(BLS),LED1550,LED1310,OSA光源,每一种光源的技术指标都有所差别，比如说：波长范围，波长精度，功率，信噪比等。不同光源用在不同场合。使用时应该根据需要选择最合适的光源。,光功率计(PM),不同功率计的波长精度：NEWPORT (1830C)1nmHP (8163A)0.1nmHP (8153A)0.1nmANRITSU (MT9810A)0.01nm,与光源一样，功率计也有多种类型。一般按照需求选用相应的功率计,光源的选用,我们公司常见的可调谐光源有Agilent 81640A（包含L波段），Agilent 81680A（包含C波段），HP 8168F（包含C波段），还有EXFO也是包含C波段。在使用和选择可调谐光源时，尽可能使需要的波长落在可光源所覆盖的带宽的中间，因为在整个带宽内，中间的光功率会比边缘的大，这样就可以提高测试的精度。对于81680A和81640A两种光源，以1550nm波长为中心。若待测模块的波长小于1550nm，则可尽量使用81680A光源；若待测模块的波长大于1550nm，则可尽量使用81640A光源。单点光源（LD）：所谓单点光源是指只能提供某一个特定波长的光源。目前用得最多的单点光源有LD1550nm，DFB-131-D等等。其实上面提到的可调谐光源本身就是由很多个单点光源组成的一个可变光源。,波长 nm,损耗 dB,OSA光谱分析仪,前面讲的光功率计显示该给我们看到的是实时光功率，也就是一次只能显示一个波长点的瞬间光功率值。OSA光谱分析可以看作一台具有分析功能的功率计。它可以探测带宽范围内的信号，将其数值描绘在显示屏上。然后可以通过对数值的分析处理，得到我们想要的数据（IL Ripple，CW，PB）。,ANDO OSA,Agilent OSA,ADVANTEST OSA,单点可调谐光源：81680A（1456.5nm1584nm）, 81640A(1509nm1641nm), 其有两个端口，分别为1端口和2端口，区别在于两个端口的信噪比不一样，1端口的信噪比比2端口的信噪比高，因此使用该端口测试各项光学指标比较准确。保养主要是保持光源的通风，散热，以及光源发光端口的清洁。,81680A or81640A,常用型号Ando AQ6317B 与ASE光源搭配使用，严格按照操作指导书要求操作，尤其注意对不同类型模块的波长扫描精度设置。保养主要是保持设备的通风，散热，以及内置光源发光端口和输入端口的清洁。设备自校：提高设备的波长准确度，确保设备的内置波长和标准的光源波长一致。,常见指标定义,光信号在通过模块时，透射波长的能量损耗。,透射插损（Pass , ILP）,光信号在通过模块时，反射波长的能量损耗。,反射插损（Reflect , ILR）,由不同偏振态而引起模块插损变化的变化量称为偏振相关损耗。,偏振相关损耗（Polarization , PDL）,由不同温度而引起模块插损变化的变化量称为温度相关损耗。,温度相关损耗（Temperature , TDL）,以上指标的数值越小越好。数值越小，表示光信号经过模块时所损耗的能量越小，越稳定。,光信号的插损,光信号的能量在传输过程中逐渐减少，尤其是在插入各种光无源模块的时候，模块会损耗一部分的能量。功率计为我们显示了这种能量的损耗有多大。我们一般称之为“插入损耗”，简称“插损”。,Insertion Loss,功率计显示出来的读数,对数运算,接入模块后的功率,接入模块前的功率,存储光源存的就是这个数值,光信号的插损,单位：dB (分贝),0.0dB 表示光信号100%都传输过去了，损耗为00.2dB 表示光信号95.5%都传输过去了，损耗了4.5%3.0dB 表示光信号差不多传输了一半，损耗了一半70dB 表示光信号几乎全部损耗了，“无光”。,常见指标定义,回波损耗（Return , RL）,方向性（Direction , DIR）,入射到模块的光信号中，由于散射等原因导致有一小部分的光信号沿原路返回。 回损就是用来描述这种返回光信号的强度。,波长在透射带宽内的信号光从模块的透射端口入射，在模块的反射端口检测到的信号光的损耗即为方向性。,如果这种往回传输的光信号太大可能会影响光源的正常工作，所以一般要求返回的光信号越小越好。指标的数值越大，表示返回的光信号越小。,原理与回损类似，数值越大，表示干扰的光信号越小，模块越稳定。,常见指标定义,国际电信联盟（ITU）所规定的波长值。如31通道的中心波长值为1552.52nm。,ITU中心波长（ITU）,透射带宽（Pass Band , PB）,通常规定以ITU为中心，在ITU +/-（PB/2）范围内的区域称为透射带宽。,即反射波长的范围。通常规定为小于ITU+1+PB