光模块是实现光信号传输过程中 光电互相转换 的光电子器件。
在发送端，光模块实现电信号→光信号转换。光信号通过光纤传输。在接收端，光模块实现光信号→电信号转换。

光模块通常由 光发射组件、光接收组件、激光器芯片、探测器芯片 等部件组成。
在发射端，驱动芯片对原始电信号进行处理，然后驱动半导体激光器(LD)或发光二极管(LED)发射出调制光信号。
在接收端，光信号进来之后，由光探测二极管转换为电信号，经前置放大器后输出电信号。

光模块结构示意图（SFP（Small Form Pluggable，小型可插拔）+封装）

光模块的基本组成结构包含以下几部分。

1 防尘帽 保护光模块光接口不受外部环境污染和外力损坏。
2 裙片 用于保证光模块和设备光接口之间良好的搭接，只在SFP封装的光模块上存在。
3 标签 用于标识光模块的关键参数及厂家信息等。
4 接头 接头通常是“闪亮”的金属色，也被称作“金手指”，用于光模块和单板之间的连接，传输信号，给光模块供电等。
5 壳体 保护内部元器件。
6 接收接口Rx 光信号接收接口。
7 发送接口Tx 光信号发送接口。
8 拉手扣 用于辅助光模块拔插，且为了辨认方便，不同距离所对应的拉手扣的颜色也是不一样的。

光模块就像是“超级快递员”，它的任务和现实中的快递员一样，在发送端“取件”（电光转换）送到指定的道路上运输，在接收端再“派件”（光电转换）送到目的地址。

光模块在正常工作条件下 发射端 光源输出的平均光功率，可以理解为光的强度，输出光功率指光模块发送端光源的输出光功率。单位为W或mW或dBm（毫瓦分贝）。其中W或mW为线性单位，dBm为对数单位。在通信中，我们通常使用dBm来表示光功率。光功率衰减一半，降低3dB，0dBm的光功率对应1mW。

在光通信系统中，数据的传输是通过光信号来实现的。这些光信号通过 不同的强度 来表示 二进制代码中的0和1 ，这些1和0组合起来，就能传递大量的信息，比如文字、图片、视频等等。发射光功率和所发送的数据信号中“1”占的比例相关，“1”越多，光功率也越大。
当发送机发送伪随机序列信号时，“1”和“0”大致各占一半，这时测试得到的功率就是 平均发射光功率 。平均发射光功率决定了信号能 传输多远 。

OMA（Optical Modulation Amplitude，光调制幅度）光功率与光模块的 消光比 （ER，Extinction Ratio）密切相关，两者都是用来描述光信号中“1”和“0”的 区分度 ，单位为dBm。 OMA光功率 是指高电平和低电平时光功率的 差值 ，而 消光比 则是这两种电平对应的光功率的 比值 。在一定范围内，“1”和“0”区分度越大，信号越“清晰”，那么传输的信号质量越好。

消光比是指全调制条件下信号平均光功率与空号平均光功率比值的最小值，表示0、1信号的区别能力。光模块中影响消光比的两个因素：偏置电流(bias)与调制电流(Mod)，姑且看成ER=Bias/Mod。消光比的值并非越大光模块越好，而是消光比满足802.3标准的光模块才好。

在光通信系统中，不同的光信号可以通过波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）技术在同一根光纤中同时传输。为了确保这些信号不会互相干扰，并且能够在光纤中有效传输，每个信号都需要有一个精确的中心波长。

光模块的中心波长即为光模块工作时所使用的中心波长，当光模块与其传输的光信号的中心波长匹配，传输效果最好。同时，根据不同的信号中心波长也需要选取不同的光纤，因为不同的光纤类型对不同波长的光有不同的衰减和色散特性。

例如，单模光纤在1310nm和1550nm这两个波长范围内的衰减较低，因此这两个波长范围被广泛用于长距离和高速率的光通信。

又称 饱和 光功率，是指光模块在一定的误码率( 10^-10~10^-12 )条件下，接收端组件所能接收的 最大输入 平均光功率。单位是dBm。

需要注意的是，光探测器在强光照射下会出现光电流饱和现象，当出现此现象后，探测器需要一定的时间恢复，此时接收灵敏度下降，接收到的信号有可能出现误判而造成误码现象。简单的说，输入光功率超过了这个过载光功率，可能就会对设备造成损害，在使用操作中应尽量避免强光照射，防止超出过载光功率。

接收灵敏度是指光模块在一定的误码率条件下，接收端组件所能接收的 最小 平均输入光功率。如果发射光功率指的发送端的光强度，那么接收灵敏度指的就是光模块可以探测到的光强度，单位是dBm。
接收灵敏度决定了光模块能够检测到多弱的光信号，如果感知能力弱，一些微弱的信号可能就会被忽略。

一般情况下，速率越高，接收灵敏度越差，即最小接收光功率越大，对于光模块接收端器件的要求也越高。

接收光功率是指光模块在一定的误码率条件下，接收端组件所能接收的平均光功率范围。单位是dBm。
接收光功率越低，表示越不放过任何小小的信号和可能的错误。

接收光功率的上限值为过载光功率，下限值为接收灵敏度的最大值。综合来讲，就是当接收光功率小于接收灵敏度，可能无法正常接收信号，因为光功率太弱了。当接收光功率大于过载光功率时，可能也无法正常接收信号，造成光模块损坏。

光器件所能承载的无误码传输的最大电信号速率，以太网标准规定的有：125Mbit/s、1.25Gbit/s、10.3125Gbit/s、41.25Gbit/s、50Gbit/s、100Gbit/s。接口速率决定了光模块每秒可以传输多少数据。

传输距离就是光模块可以把信号送到多远的地方。光模块可传输的距离主要受到损耗和色散两方面影响。

损耗是光在光纤中传输时，由于介质的吸收散射以及泄漏导致的光能量损失，这部分能量随着传输距离的增加以一定的比率耗散。损耗限制可以根据公式：损耗受限距离=（发射光功率-接受灵敏度）/光纤衰减量 来估算。光纤的衰减量和实际选用的光纤强相关。

色散的产生主要是因为不同波长的电磁波在同一介质中传播时速度不等，从而造成光信号的不同波长成分由于传输距离的累积而在不同的时间到达接收端，导致脉冲展宽，进而无法分辨信号值。在光模块色散受限方面，其受限距离远大于损耗的受限距离，可以不做考虑。

为了满足各种传输速率的需求，产生了不同速率的光模块：400GE光模块、100GE光模块、40GE光模块、25GE光模块、10GE光模块、GE光模块、FE光模块等。

传输速率越高，结构越复杂，由此产生了不同的封装方式。常见的封装类型有：SFP（1GE）、SFP+（10GE）、SFP28（25GE）、QSFP+（40GE）、CFP（40GE-100GE）、CFP2 /CFP2-DCO（100GE-400GE）、QSFP28（100GE）、QSFP-DD（400GE）。

GBIC，就是Giga BitrateInterface Converter(千兆接口转换器)在2000年之前，GBIC是最流行的光模块封装，也是应用最广泛的千兆模块形态。

SFP，全称Small Form Pluggable，即 小型可热插拔 光模块。它的小，就是相对GBIC封装来说的。SFP的体积比GBIC模块减少一半，可以在相同的面板上配置多出一倍以上的端口数量。在功能上，两者差别不大，都支持热插拔。SFP支持最大带宽是4Gbps。

XFP，是10-Gigabit Small Form-factor Pluggable，万兆SFP。XFP采用一条XFI(10Gb串行接口)连接的全速单通道串行模块，可替代Xenpak及其派生产品。

SFP+，它和XFP一样是10G的光模块。SFP+的尺寸和SFP一致，比XFP更紧凑(缩小了30%左右)，功耗也更小(减少了一些信号控制功能)。

SFP28，速率达到25Gbps的SFP，主要是因为当时40G和100G光模块价格太贵，所以搞出了这个折衷过渡方案。

QSFP，Quad Small Form-factor Pluggable，四通道SFP接口。很多XFP中成熟的关键技术都应用到了该设计中。根据速度可将QSFP分为4x10GQSFP+、4x25GQSFP28、8x25GQSFP28-DD光模块等。以QSFP28为例，它适用于4x25GE接入端口。使用QSFP28可以不经过40G直接从25G升级到100G，大幅简化布线难度以及降低成本。

QSFP-DD，成立于2016年3月，DD指的是“DoubleDensity(双倍密度)”。将QSFP的4通道增加了一排通道，变为了8通道。它可以与QSFP方案兼容，原先的QSFP28模块仍可以使用，只需再插入一个模块即可。QSFP-DD的电口金手指数量是OSFP28的2倍。OSFP-DD每路采用25GbpsNRZ或者50GbpSPAM4信号格式。采用PAM4，最高可以支持400Gbps速率。

OSFP，OctalSmall Form Factor Pluggable，“O”代表“八进制”，2016年11月正式启动。它被设计为使用8个电气通道来实现400GbE(8*56GbE，但56GbE的信号由25G的DML激光器在PAM4的调制下形成)，尺寸略大于QSFP-DD，更高瓦数的光学引擎和收发器，散热性能稍好。

CFP，Centum gigabits Form Pluggable，密集波分光通信模块。传输速率可达100-400Gbps。CFP是在SFP接口基础上设计的，尺寸更大，支持100Gbps数据传输。CFP可以支持单个100G信号，一个或多个40G信号。
CFP、CFP2、CFP4的区别在于体积。CFP2的体积是CFP的二分之一，CFP4是CFP的四分之一。CFP8是专门针对400G提出的封装形式，其尺寸与CFP2相当。支持25Gbps和50Gbps的通道速率，通过16x25G或8x50电接口实现400Gbps模块速率。

早期的400G光模块，使用的是16路25GbpSNRZ的实现方式，采用CDFP或CFP8的封装。这种实现方式的优点是可以借用在100G光模块上成熟的25GNRZ技术。但缺点是需要16路信号进行并行传输，功耗和体积都比较大，不太适合数据中心的应用。
后来，开始采用PAM4取代NRZ。
在光口侧主要是使用8路53GbpSPAM4或者4路106GbpSPAM4实现400G的信号传输，在电口侧使用8路53GbpS PAM4电信号，采用OSFP或OSFP-DD的封装形式。
相比较来说，QSFP-DD封装尺寸更小(和传统100G光模块的QSFP28封装类似)，更适合数据中心应用。
OSFP封装尺寸稍大一些，由于可以提供更多的功耗，所以更适合电信应用。

对于光模块来说，如果想要实现速率提升，要么增加通道数量，要么提高单通道的速率。传统的数字信号最多采用的是NRZ(Non-Return-to-Zero)信号，即采用高、低两种信号电平来表示要传输的数字逻辑信号的1、0信息，每个信号符号周期可以传输1bit的逻辑信息。而PAM(4PulseAmplitude Modulation)信号采用4个不同的信号电平来进行信号传输，每个符号周期可以表示2个bit的逻辑信息(0、1、2、3)。在相同通道物理带宽情况下，PAM4传输相当于NRZ信号两倍的信息从而实现速率的倍增。

按模式分类光纤分为单模光纤、多模光纤。为了使用不同类别的光纤，产生了单模光模块、多模光模块。

单模光模块的中心波长一般是1310nm、1550nm，与单模光纤配套使用。
单模光模块使用单一的光束来传输数据，能够在 长距离 上提供 高速度、大容量 的数据传输，但需要高质量的光纤线路和精确的对准。

多模 光模块的中心波长一般是 850nm ，与多模光纤配套使用。多模光模块使用多束光来传输数据，由于存在色散缺陷，适合在较短的距离内进行数据传输，比如在同一栋建筑或相邻建筑之间。它的优点是安装和维护相对简单，成本较低，但 传输速度和距离相对有限 。

一般厂家会在拉环的颜色上进行区分：

按照“颜色”分类光模块可以分为彩光光模块和灰光光模块，彩色光模块与灰光光模块的最大的区别是中心波长不同：

灰光：光模块的中心波长有850nm、1310nm和1550nm三类，中心波长比较单一，我们称该类光为“黑白光”或者“灰光”。
灰光模块通常只使用单一颜色的光来传输数据。这种快递服务更简单、直接，它没有彩光光模块那样复杂的波分复用技术，而是专注于提供稳定可靠的单一波长传输。灰光光模块通常用于短距离、低成本的网络连接，比如数据中心内部或者近距离的网络设备互联。它们的优势在于简单、经济，易于部署和维护。

彩光：彩光模块承载了若干不同中心波长的光，所以交集起来是五颜六色的，我们称该类光为“彩光”。彩光模块在光通信中使用不同颜色的光来传输数据，每个颜色代表一个数据通道。彩光光模块能够在单根光纤上同时传输多个波长的信号，极大地提高了光纤的传输容量和效率。彩光光模块广泛应用于长距离、大容量的数据中心和电信网络，它们能够通过不同的波长来实现高速、高效的数据传输。

光通信的波长范围为850nm~1650nm，位于近红外区域，这个波长范围的光属于不可见光。
彩光和灰光用于光通信，所以也是不可见光。

根据ITU-T规定，将光通信的波长划分为850波段、O波段、E波段、S波段、C波段、L波段和U波段。
850波段为第1窗口（850nm窗口）。O波段为第2窗口（1310nm窗口）。C波段为第3窗口（1550nm窗口）。L波段为第4窗口。E波段为第5窗口。S和U波段未定义。

当前，光通信广泛使用850波段（850nm窗口），O波段（1310nm窗口），C波段（1550nm窗口），L波段的光。

彩光位于C波段（1550nm窗口），灰光位于850波段（850nm窗口）和O波段（1310nm窗口）。

彩光：位于1550nm窗口的光，光信号具有标准波长。通常用于OTN网络中，适合长距传输场景。

灰光：位于850nm窗口和1310nm窗口的光，光信号没有标准波长。通常用于SDH、IP等网络中，适合短距传输场景。

标准波长指光信号在某个中心波长附近，在很小的范围内波动，是单一波长的光。
没有标准波长指光信号在某个范围内波动，是一个较宽的范围，无中心波长。

彩光模块：收发具有标准中心波长的彩光信号。
灰光模块：收发无中心波长的灰光信号。

客户侧的SDH/IP设备，通过灰光模块发出灰光进入OTN网络，由OTN设备完成灰光到彩光的转换，通过OTN设备的彩光模块发出彩光，在OTN网络中进行传输。

在GPON传输中，常见的PON模块有SFP GPON OLT、SFP GPON ONU、SFP GPON ONU STICK。其中，SFP GPON OLT模块主要是用在OLT上面的PON光口；不同的光模块类型主要根据其传输距离、功率预算等特性来区分，B+、C+、C++、C+++就是其中的几种分类标准。

1. B+：适用于较短距离的通信，通常用于FTTB或FTTC（Fiber To The Curb，光纤到路边）等场景，传输距离一般不超过10公里。其功率预算相对较低。发光功率+1.5-+5.0dBm之间。
   
2. C+：具有更高的功率预算，适合更长距离的传输，通常可以支持20公里左右的距离。这种类型的光模块在FTTH应用中较为常见，能够满足大多数城市区域的覆盖需求。光功率+3.0-+7.0dBm之间。
   
3. C++：提供比C+更高的功率预算，能够支持更远的传输距离，通常可达40公里。适用于需要跨越较大地理范围的网络部署，如偏远地区的宽带接入服务。光功率+5.0-+10.0dBm之间。

4. C+++：这是上述几种类型中功率预算最高的一种，能够支持超过40公里甚至更远的传输距离。C+++型光模块对于那些需要极长距离传输的应用来说是一个理想的选择，例如大型园区网或特殊行业应用中的数据传输。光功率+6.0-+10.0dBm之间。

字段标识 含义
A 表示光模块的 封装类型 ，主要包括前文提到的SFP、SFP+、SFP28、QSFP+、CFP、CFP2 /CFP2-DCO、QSFP28、QSFP-DD。

B 表示光模块的 速率 ，主要包括前文提到的FE、GE、10GE、25GE、40GE、100GE、400GE。

C 表示光模块的 传输距离类型 ，其中：
SX：短距
LX：中距
LH：长距

D 表示光模块的 传输距离 ，单位为km。

E 表示光模块的器件类别，其中：
SM：单模
MM：多模

F 表示光模块的中心波长，单位为nm。

100GBASE-LR4名称中，LR表示longreach，即10Km，4表示四通道，即4*25G，组合在一起为可以传输10Km的100G光模块。

其中100GBASE开头的标准都是IEEE802.3工作组提出的。PSM4和CWDM4是MSA的。

PSM4(Parallel Single Mode4lanes，并行单模四通道)
CWDM4(Coarse Wavelength Division Multiplexer4lanes，四通道粗波分复用)
之所以有了IEEE的100GBASE，还会有MSA的PSM4和CWDM4，是因为当时100GBASE-SR4支持的距离太短，不能满足所有的互联需求，而100GBASE-LR4成本太高。PSM4和CWDM4提供了中距离更好的解决方案。

WDM，Wavelength Division Multiplexing(波分复用)。把不同波长的光信号复用到同一根光纤中进行传输。WDM的优点就是容量大，而且它可以远距离传输。

BiDi(BiDirectional)就是单纤双向，一根光纤，双向收发。工作原理如下图所示，其实就是加了一个 滤波器 ，发送和接收的 波长不同 ，可以实现同时收发。