Modul optik merupakan modul penghubung yang berfungsi sebagai alat konversi optik-listrik. Di ujung pemancar, ia mengubah sinyal listrik menjadi sinyal optik, yang kemudian ditransmisikan melalui serat optik. Di ujung penerima, sinyal optik diubah kembali menjadi sinyal listrik.
Modul optik terdiri dari komponen optoelektronik, sirkuit fungsional, dan antarmuka optik. Komponen optoelektronik mencakup elemen pengirim dan penerima.
Bagian transmisi : Setelah memproses sinyal listrik masukan pada kecepatan data tertentu menggunakan chip driver internal, bagian ini dihubungkan ke dioda laser semikonduktor (LD) atau dioda pemancar cahaya (LED) untuk memancarkan sinyal optik termodulasi pada kecepatan data yang sesuai. . Ini mencakup sirkuit kontrol daya otomatis (APC) internal untuk menjaga stabilitas daya sinyal optik keluaran.
Bagian penerimaan : Sinyal optik pada kecepatan data tertentu dimasukkan ke dalam modul dan diubah menjadi sinyal listrik oleh dioda pendeteksi optik. Setelah melewati penguat front-end, sinyal listrik kecepatan data yang sesuai dikeluarkan.
Berikut adalah beberapa metrik kinerja utama yang digunakan untuk mengukur kinerja modul optik (konten berikut diharapkan dari dokumentasi Huawei):
Pemancar pemancar optik:
daya pancar rata-rata
Daya optik yang ditransmisikan rata-rata mengacu pada keluaran daya optik dari sumber cahaya di ujung transmisi modul optik dalam kondisi pengoperasian normal, dan dapat dipahami sebagai intensitas cahaya.
Kekuatan optik yang ditransmisikan berhubungan dengan rasio “1s” dalam sinyal data yang ditransmisikan; Semakin banyak angka “1”, semakin tinggi daya optiknya.
Ketika pemancar mengirimkan sinyal urutan pseudo-acak, di mana “1s” dan “0s” kira-kira terdistribusi secara merata, daya terukur dalam hal ini adalah daya optik rata-rata yang ditransmisikan, diukur dalam dBm.
rasio kepunahan
Rasio kepunahan didefinisikan sebagai nilai minimum rasio daya optik rata-rata yang dipancarkan oleh laser dalam modulasi kode “1” penuh dengan daya optik rata-rata yang dipancarkan dalam modulasi kode “0” penuh dalam semua kondisi modulasi. , yang diukur dalam dB.
Saat mengubah sinyal listrik menjadi sinyal optik, proses ini dilakukan oleh dioda laser di bagian transmisi modul optik, yang mengontrol sinyal optik sesuai dengan kecepatan data sinyal input.
Daya optik rata-rata dengan modulasi kode “1” penuh mewakili daya rata-rata emisi laser, sedangkan daya optik rata-rata dengan modulasi kode “0” penuh mewakili daya rata-rata laser saat tidak memancarkan cahaya. Rasio kepunahan mencerminkan kemampuan untuk membedakan antara sinyal O dan 1, dan karenanya, dapat dianggap sebagai ukuran efisiensi operasional laser. Kisaran minimum tipikal untuk rasio kepunahan adalah antara 8,2dB hingga 10 dB.
Panjang gelombang pusat sinyal optik
Pada spektrum emisi, panjang gelombang sesuai dengan titik tengah ruas garis yang menghubungkan nilai amplitudo maksimum 50%. Berbagai jenis laser atau bahkan dua laser dengan jenis yang sama mungkin menunjukkan variasi dalam panjang gelombang pusatnya karena faktor-faktor seperti proses manufaktur, variasi produksi, dan bahkan kondisi pengoperasian yang berbeda untuk laser yang sama.
Umumnya, produsen komponen optik dan modul optik memberi pengguna parameter, yaitu panjang gelombang pusat (misalnya, 850 nm). Parameter ini umumnya hadir dengan rentang tertentu. Saat ini, panjang gelombang pusat yang umum digunakan untuk modul optik terbagi dalam tiga kategori utama: panjang gelombang 850 nm, panjang gelombang 1310, dan panjang gelombang 1550 nm.
Menerima Modul Optik:
membebani daya optik
Daya optik kelebihan beban, juga dikenal sebagai daya optik saturasi, mengacu pada daya optik rata-rata masukan maksimum yang dapat dicapai komponen ujung penerima dalam kondisi laju kesalahan bit tertentu, diukur dalam dBm.
Penting untuk dicatat bahwa detektor optik dapat mengalami waktu tertentu untuk memulihkan saturasi arus fotolistrik, sehingga mengurangi sensitivitas penerimaan. Hal ini dapat menyebabkan salah tafsir sinyal dan kesalahan bit.
Sederhananya, kelebihan beban dengan melebihi daya optik berpotensi merusak perangkat. Dalam penggunaan praktis, penting untuk melindungi peralatan dari paparan cahaya yang kuat untuk mencegah kelebihan beban.
sensitivitas penerima
Sensitivitas penerima mengacu pada daya optik masukan rata-rata minimum yang dapat diterima oleh komponen ujung penerima modul optik dalam kondisi tingkat kesalahan bit tertentu. Jika daya optik yang ditransmisikan mengacu pada intensitas optik di ujung pengirim, sensitivitas penerima mengacu pada intensitas optik yang dapat dideteksi oleh modul optik. Satuannya adalah dBm.
Secara umum, dalam keadaan normal, semakin tinggi kecepatan data, semakin rendah sensitivitas penerimaannya. Ini berarti diperlukan daya optik minimum yang lebih tinggi, dan hal ini juga memberikan tuntutan yang lebih besar pada komponen penerima modul optik.
menerima daya optik
Daya optik yang diterima mengacu pada rentang daya optik rata-rata yang dapat dicapai oleh komponen ujung penerima modul optik dalam kondisi laju kesalahan bit tertentu, dan diukur dalam dBm. Batas atas daya optik yang diterima adalah kelebihan daya optik, dan batas bawah adalah sensitivitas penerima maksimum.
Singkatnya, bila daya optik yang diterima kurang dari sensitivitas penerima, maka sinyal mungkin tidak dapat diterima dengan baik karena daya optik terlalu lemah. Sebaliknya, ketika daya optik yang diterima melebihi kelebihan daya optik, ketidakmampuan menerima sinyal dengan benar juga dapat terjadi karena adanya kesalahan bit.
Metrik kinerja utama yang memengaruhi kinerja modul optik mencakup daya optik transmisi rata-rata, rasio kepunahan, panjang gelombang pusat sinyal optik, kelebihan daya optik, sensitivitas penerima, dan daya optik yang diterima. Dengan memeriksa apakah nilai-nilai ini berada dalam kisaran normal, Anda dapat menilai kinerja modul optik.
Faktor apa saja yang mempengaruhi jarak transmisi modul optik?
Faktanya, jarak transmisi modul optik terutama dibatasi oleh kehilangan dan dispersi.
Alasan kerugiannya adalah selama transmisi cahaya dalam serat optik, energi optik hilang karena penyerapan, hamburan, dan kebocoran media dan energi ini hilang pada tingkat tertentu seiring bertambahnya jarak transmisi.
Batasan kerugian dapat diperkirakan dengan menggunakan rumus: jarak terbatas kerugian = (daya optik transmisi – sensitivitas penerima)/atenuasi serat. Semakin besar kerugiannya, semakin pendek jarak transmisi modul optik. Begitu pula sebaliknya, semakin rendah loss maka semakin besar jarak transmisinya.
Penyebab utama dispersi adalah kecepatan yang tidak sama di mana gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang berbeda merambat dalam medium yang sama. Hal ini menyebabkan jarak transmisi kumulatif menyebabkan komponen panjang gelombang yang berbeda dari sinyal optik mencapai penerima pada waktu yang berbeda, mengakibatkan pelebaran pulsa dan ketidakmampuan untuk membedakan nilai sinyal.
Bagaimana mewujudkan kecepatan data transmisi yang tinggi?
Menambahkan jumlah panjang gelombang
Proses menggabungkan sinyal optik dengan panjang gelombang berbeda ke dalam satu serat optik untuk transmisi, dan selanjutnya, menggunakan demultiplexer untuk memisahkan sinyal-sinyal ini kembali ke beberapa bentuk gelombang optik aslinya, biasanya disebut teknologi Wavelength Division Multiplexing (WDM).
Tergantung pada jarak panjang gelombang, modul optik dapat menggunakan teknologi seperti CWDM, LWDM, dan SWDM.
CWDM yang merupakan singkatan dari Coarse Wavelength Division Multiplexing merupakan teknologi yang memiliki panjang gelombang antara 1270nm hingga 1610nm, dengan jarak panjang gelombang 20nm. Hal ini memungkinkan multiplexing sekitar 8 hingga 16 panjang gelombang pada satu serat optik. Modul optik representatif termasuk QSFP+ LR4 dan QSFP28 CWDM4.
LWDM, atau Long Wavelength Division Multiplexing, adalah teknologi yang beroperasi pada rentang panjang gelombang 1269nm hingga 1332nm, termasuk dalam O-band. Jarak panjang gelombangnya adalah 4nm, panjang gelombang kerja biasanya diatur ke 1295nm, 1300nm, 1304nm, dan 1309nm. Modul optik representatif untuk LWDM termasuk QSFP28 LR4, QSFP28 ER4, dan QSFP28 ZR4.
SWDM, atau Short Wavelength4h Division Multiplexing, adalah teknologi yang beroperasi dalam rentang panjang gelombang 950nm hingga 30nm dengan jarak panjang gelombang 850nm. Ia menggunakan empat pita panjang gelombang dengan jendela pada 850nm, 880nm, 910nm dan 940nm. Modul optik representatif untuk SWDM mencakup multi-mode 40G SWDM4 dan 100G SWDM4.
Tingkatkan jumlah saluran transmisi sinyal
Dengan meningkatkan jumlah saluran transmisi sinyal dan menggunakan beberapa panjang gelombang yang identik untuk transmisi sinyal, hal ini dikenal sebagai teknologi optik paralel. Ini beroperasi pada panjang gelombang kerja 850nm dan 1310nm, memberikan solusi ekonomis dan efisien untuk aplikasi 4x 25G, 4x 50G, dan 8x 50G. Modul optik representatif untuk optik paralel mencakup QSFP+ SR4, QSFP28 SR4, dan QSFP-DD SR4.
Modul optik Port optik hadir dalam versi 12-inti dan 16-inti, dengan konektor serat optik yang sesuai MPO-12 dan MPO-16.
Meningkatkan Kecepatan Data Saluran Tunggal – Format Modulasi
PAM4 (Pulse Amplitude Modulation 4-Level) dan NRZ (Non-Return-to-Zero) saat ini merupakan teknologi penting dan mendasar dalam bidang komunikasi optik. Sebagai teknologi transmisi interkoneksi sinyal berkecepatan tinggi generasi berikutnya, PAM4 mencapai kecepatan transmisi data yang lebih tinggi per saluran sinyal dalam satuan waktu dengan menggunakan lebih banyak level sinyal. Dengan jumlah saluran yang sama dan peralatan optik yang ada, kecepatan antarmuka jaringan dapat berlipat ganda dengan meningkatkan chipset internal modul optik. Modul optik representatif mencakup 50G SFP56-DD SR (1x 50G PAM4), 200G QSFP56FR4 (4x 50G PAM4), dan 400G QSFP-DD SR8 (8x 50G PAM4).
Sinyal PAM4 menggunakan dua level tegangan tambahan untuk transmisi sinyal dibandingkan dengan sinyal NRZ konvensional, sehingga menghasilkan bit rate dua kali lebih cepat dari sinyal NRZ dalam durasi simbol yang sama.