光モジュールの動作原理

光モジュールは、光ファイバー通信の重要な部分であり、光信号伝送の過程で光電変換と電気-光変換の機能を実現する光電子デバイスです。
光モジュールは、OSI モデルの物理層で動作し、光ファイバー通信システムのコア コンポーネントの 1 つです。主に光電子デバイス（光送信機、光受信機）、機能回路、光インターフェースで構成されています。その主な機能は、光ファイバー通信における光電変換および電気-光変換機能を実現することです。光モジュールの動作原理は、光モジュールの動作原理図に示されています。

送信インターフェースは、特定のコードレートの電気信号を入力し、内部ドライバーチップによって処理された後、対応するレートの変調光信号が駆動半導体レーザー (LD) または発光ダイオード (LED) によって放射されます。光ファイバーを介して伝送された後、受信インターフェースは光信号を伝送します。光検出ダイオードによって電気信号に変換され、対応するコードレートの電気信号がプリアンプを通過した後に出力されます。
光モジュールの主要性能指標は何ですか
光モジュールの性能指標を測定する方法は?光モジュールの性能指標は、次の側面から理解できます。
光モジュールの送信機
平均送信光パワー
平均透過光パワーとは、通常の動作条件下での光モジュールの送信端の光源から出力される光パワーを指し、光の強度として理解することができます。送信された光パワーは、送信されたデータ信号の「1」の割合に関連しています。「1」が多いほど、光パワーが大きくなります。送信機が疑似ランダムシーケンス信号を送信するとき、「1」と「0」はそれぞれ約半分を占めます。このとき、試験によって得られるパワーは平均透過光パワーであり、単位は W または mW または dBm です。このうち、W または mW は線形単位で、dBm は対数単位です。通信では、通常、dBm を使用して光パワーを表します。
消光比
消光比とは、フル変調状態で、すべての「0」コードを放射したときの平均光パワーに対する、すべての「1」コードを放射したときのレーザーの平均光パワーの比の最小値を指し、単位は dB です。 .図1-3に示すように、電気信号を光信号に変換する場合、光モジュールの送信部のレーザーは、入力された電気信号の符号化率に応じて光信号に変換します。全て“1”のコードが発光するレーザの平均パワー、全て“0”のコードが発光しないレーザの平均パワーの平均光パワー、消光比は能力を表す。 0 と 1 の信号を区別するため、消光比はレーザーの動作効率の尺度と見なすことができます。消光比の代表的な最小値は、8.2dB ～ 10dB の範囲です。
光信号の中心波長
発光スペクトルにおいて、50℅の最大振幅値を結ぶ線分の中点に対応する波長。異なるタイプのレーザーまたは同じタイプの 2 つのレーザーは、プロセス、製造、およびその他の理由により、中心波長が異なります。同じレーザーでも、条件が異なれば中心波長が異なる場合があります。一般に、光デバイスや光モジュールのメーカーは、パラメータ、つまり中心波長 (850nm など) をユーザーに提供します。このパラメータは通常、範囲です。現在、一般的に使用されている光モジュールの主な中心波長は、850nm 帯、1310nm 帯、1550nm 帯の 3 つです。
なぜこれらの 3 つのバンドで定義されているのですか?これは、光信号の光ファイバ伝送媒体の損失に関連しています。継続的な研究と実験を通じて、ファイバー損失は通常、波長の長さとともに減少することがわかりました。850nm での損失は少なく、900 ~ 1300nm での損失は高くなります。一方、1310nmでは低くなり、1550nmでの損失が最も低く、1650nmを超えると損失が増加する傾向にあります。したがって、850nm はいわゆる短波長ウィンドウであり、1310nm と 1550nm は長波長ウィンドウです。
光モジュールの受信機
過負荷光パワー
飽和光パワーとも呼ばれ、光モジュールの特定のビット エラー レート (BER=10-12) 条件下で受信側コンポーネントが受信できる最大入力平均光パワーを指します。単位は dBm です。
光検出器は、強い光照射下で光電流飽和現象が現れることに注意してください。この現象が発生すると、検出器が回復するまでに一定の時間がかかります。このとき、受信感度が低下し、受信信号を誤判定する場合があります。コードエラーを引き起こします。簡単に言えば、入力光パワーがこの過負荷光パワーを超えると、機器に損傷を与える可能性があります。使用および操作中は、過負荷の光パワーを超えないように、強い光にさらされないようにしてください。
受信感度
受信感度とは、光モジュールのあるビット誤り率（BER=10-12）の条件下で、受信側コンポーネントが受信できる最小の平均入力光パワーを指します。送信光パワーが送信側の光強度を指す場合、受信感度は光モジュールで検出できる光強度を指します。単位は dBm です。
一般に、レートが高いほど受信感度が悪くなります。つまり、最小受信光パワーが大きくなるほど、光モジュールの受信側コンポーネントに対する要件が高くなります。
受信光パワー
受信光パワーとは、光モジュールの特定のビット誤り率 (BER=10-12) の条件下で、受信側コンポーネントが受信できる平均光パワー範囲を指します。単位は dBm です。受信光パワーの上限は過負荷光パワー、下限は受信感度の最大値です。
一般に、受信光パワーが受信感度より低い場合、光パワーが弱すぎて正常に受信できない場合があります。受信光パワーが過負荷光パワーよりも大きい場合、ビットエラーにより信号が正常に受信できない場合があります。
総合性能指標
インターフェイス速度
光デバイスが伝送できるエラーのない伝送の最大電気信号レートであるイーサネット標準は、125Mbit/s、1.25Gbit/s、10.3125Gbit/s、41.25Gbit/s を規定しています。
伝送距離
光モジュールの伝送距離は、主に損失と分散によって制限されます。損失とは、光が光ファイバー内を伝送される際の媒体の吸収、散乱、および漏れによる光エネルギーの損失です。エネルギーのこの部分は、伝送距離が長くなるにつれて一定の割合で消費されます。分散は主に、異なる波長の電磁波が同じ媒体内を異なる速度で伝搬し、その結果、伝送距離の累積により、光信号の異なる波長成分が異なる時間に受信端に到着するという事実によるものです。広がり、信号値を区別することが不可能になります。
光モジュールの有限分散に関しては、有限距離は損失の有限距離よりもはるかに大きいため、無視できます。損失限界は、次の式に従って見積もることができます。損失限界距離 = (送信光パワー – 受信感度) / ファイバー減衰。光ファイバの減衰は、実際に選択された光ファイバに強く関係しています。