發(fā)射組件TOSA常用參數(shù)及測(cè)試方法

發(fā)射組件TOSA常用參數(shù)發(fā)射組件TOSA內(nèi)部原理圖常用參數(shù)1正向電壓VF指激光器工作在必然前向驅(qū)動(dòng)電流的條件下（一般為Ith+20mA）對(duì)應(yīng)的正向電壓值包括激光器的帶隙電壓VBG及等效串通電阻的壓降I*RL。以下圖為。在高速應(yīng)用條件下，激光器的寄生電感一般也要考慮。圖1激光器的簡(jiǎn)化等效電路WTD的LD一般為1.2~1.6VVF參數(shù)對(duì)光模塊的影響：激光器高速率低電壓直流耦合驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的電壓凈空問(wèn)題圖2激光器的DC耦合驅(qū)動(dòng)電路OUT-及OUT+回路輪流導(dǎo)通，當(dāng)OUT+灌入調(diào)制電流時(shí)：VLOW=VCC-VF-VL-IMOD*RD其中VCC為電源電壓,這里為3.3VIMOD為調(diào)制電流，設(shè)為60mAVL為激光器寄生電感（一般為1~2nH）引起的交變電流的壓降，可近似計(jì)算為VL=H*I/t,若在2.5Gb/s條件下工作，上升沿時(shí)間20%~80%為80ps,則得出VL為0.7V若RD=20Ω，IMOD*RD=1.2V顯然這時(shí)很小，而事實(shí)上驅(qū)動(dòng)器的輸出級(jí)工作在放大狀態(tài)，VLOW

VLOW

一般大于0.7V，因此在這種情況下發(fā)射眼圖上升沿時(shí)間變緩，眼開度降低2閾值電流（Ith）指激光器由自覺輻射變換到受激輻射狀態(tài)時(shí)的正向電流值，它與激光器的資料和結(jié)構(gòu)相關(guān)。對(duì)于LD而言，Ith越小越好一般在25℃時(shí)VCSEL-LD，Ith=1~2mAFP-LD，Ith=5~10mADFB-LD，Ith=5~20mAIth隨溫度的高升而增加，關(guān)系式為Ith=I0eT/T0I0為25℃時(shí)的閾值電流，T0為特點(diǎn)溫度，表示激光器對(duì)溫度敏感的程度對(duì)于WTD的長(zhǎng)波長(zhǎng)激光器，T0為50~80KIth參數(shù)對(duì)光模塊的影響：圖3激光器的P-I曲線目前模塊很多的采用DC耦合方式，偏置電流IBAIS約等于Ith，隨著溫度的高升，模塊的APC電路將自動(dòng)增加IBAIS，補(bǔ)償Ith的變化。由于模塊驅(qū)動(dòng)芯片一般能夠供給60mA的IBAIS，因此平時(shí)情況下外購(gòu)或自制激光器的Ith指標(biāo)能夠達(dá)到模塊使用要求。3P-I曲線（P-I）指激光器總的輸出光功率P與注入電流I的關(guān)系曲線，如圖3所示曲線的拐點(diǎn)是閾值電流1）曲線的斜率是激光器電光變換效率SE(mW/mA)，它是激光器的量子效率與器件耦合效率的乘積。量子效率η=hc/λe=hf/eh為普朗克常數(shù)，C為光速，f為頻率，e為單位電子的電荷WTD自制管芯的量子效率一般為30~50%，耦合效率為20~30%SE參數(shù)對(duì)模塊的影響：SE直接反響激光器的功率大小激光器功率平時(shí)是指在Ith+14mA（或Ith+20mA）直流電流的條件下測(cè)得的輸出功率模塊輸出平均光功率是指在IBAIS+1/2IMOD驅(qū)動(dòng)電流的條件下對(duì)應(yīng)的功率。由于IBAIS≈Ith，則若是1/2IMOD=14mA，則模塊功率與器件功率基本是一致的。這里有一點(diǎn)需要注意的是，由于器件測(cè)試時(shí)測(cè)試光纖是自由狀態(tài)，而器件安裝在模塊外殼中時(shí)連接器的限位以致光路耦合到光纖時(shí)的效率經(jīng)常不一致，這樣最后結(jié)果存在差別。（2）P-I曲線的線性度實(shí)質(zhì)P-I曲線是一條曲線，而不是直線，如圖4P額定光功率P0實(shí)質(zhì)光功率P1理論光功率P210%PI圖4P-I曲線的線性度P-I曲線的線性度測(cè)試的簡(jiǎn)單方法：能夠經(jīng)過(guò)曲線對(duì)應(yīng)的10%及額定光功率點(diǎn)的直線與實(shí)質(zhì)曲線偏離的最大變化來(lái)表示，即功率線性度=(P2-P1)/P2×100%線性度參數(shù)對(duì)模塊的影響:只要曲線上點(diǎn)的斜率大于0，一般不會(huì)影響模塊使用但其消極影響有：a將會(huì)對(duì)激光器的工作點(diǎn)的計(jì)算產(chǎn)生誤差b將引起模塊消光比的溫度補(bǔ)償?shù)恼`差。講解以下：由于目前模塊消光比的溫度補(bǔ)償方法大體有4種（不考慮雙環(huán)控制）：1）在調(diào)制電流設(shè)置端加熱敏電阻2）芯片帶有溫度補(bǔ)償電路，可設(shè)置溫度補(bǔ)償?shù)某醪近c(diǎn)及變化斜率3）K因子補(bǔ)償，在IMOD=KIBIAS,由于激光器SE的溫度特點(diǎn)有以下特點(diǎn)，在25℃到60℃，SE變化不大，但從60℃到85℃，卻變化較大，因此單純?cè)O(shè)置一個(gè)補(bǔ)償斜率不能夠夠進(jìn)行有效補(bǔ)償，而閾值的溫度變化快慢與SE比較湊近，因此償能夠較好解決補(bǔ)償斜率變化的問(wèn)題4）Look-upTable查找表方式，經(jīng)常依照幾個(gè)典型溫度點(diǎn)精確設(shè)置IBIAS及

K因子補(bǔ)IMOD以上

4種方法均是以激光器擁有優(yōu)異的線性度為前提的。（3）拐點(diǎn)指P-I曲線上的扭轉(zhuǎn)點(diǎn)，如圖5P拐點(diǎn)I圖5P-I曲線的拐點(diǎn)拐點(diǎn)處P=f(I)存在多值函數(shù)，若驅(qū)動(dòng)電流正幸好拐點(diǎn)處，由于這時(shí)電流對(duì)應(yīng)多個(gè)光功率，APC電路無(wú)法保證光功率的牢固，以致模塊在每個(gè)功率范圍內(nèi)跳變。4）最大飽和光功率P飽和光功率PsP1PAP0IIBIASIMOD圖6最大飽和光功率表示圖最大飽和光功率指激光器所能輸出的最大的光功率（P-I曲線最大跌落處對(duì)應(yīng)的光功率）參數(shù)對(duì)模塊的影響：模塊高溫下功率下降，人為調(diào)整光功率設(shè)置，也達(dá)不到滿足要求的功率值，這就是激光器在高溫下飽和功率低于所需功率引起的（消除驅(qū)動(dòng)電流飽和因素）。還有一種影響經(jīng)常被忽視：若模塊能夠供給以以下圖的IBIAS+IMOD電流，則模塊能夠輸出的最大光功率就為PA，由于若以PS為P1，依照下面2個(gè)等式：PA=（P1+P0）/2Ext.r=10lgP

1/P

0模塊要求的消光比Ext.r是一個(gè)的確定值，因此模塊所能輸出的最大光功率就可以確定。平時(shí)在高溫時(shí)，需要考慮激光器的飽和光功率指標(biāo)?？赡苡羞@樣的情況，模塊在調(diào)測(cè)時(shí)，能夠調(diào)到所需的光功率，但無(wú)任怎樣增加調(diào)制電流，均不能夠調(diào)到要求的消光比，若是能夠確定驅(qū)動(dòng)電流沒(méi)有飽和，則能夠確定是激光器過(guò)早飽和的緣故。背光電流（Im）指激光器在規(guī)定的光輸出功率時(shí)，在給定必然背光探測(cè)器反向電壓時(shí)輸出的光電流。一般TOSA要給出在Ith+14mA或Ith+20mA時(shí)背光電流測(cè)試值，平時(shí)以μA表示。參數(shù)對(duì)模塊的影響：模塊的APC環(huán)路是以背光電流為采樣點(diǎn)的，一般擁有APC功能的驅(qū)動(dòng)芯片MD引腳規(guī)定了輸入電流的范圍，如MAX3735為18~1500μA，即要求激光器的背光電流也在必然范圍內(nèi)。由于過(guò)小的背光電流，會(huì)以致APC環(huán)經(jīng)過(guò)于矯捷，增加不牢固性，因此平時(shí)我們要求TOSA在額定功率點(diǎn)的背光不小于100μA。多個(gè)TOSA的背光電流一致性不好，會(huì)以致模塊在調(diào)整光功率時(shí)，設(shè)置電阻誤差太大，增加批量生產(chǎn)的難度。追蹤誤差（TE）對(duì)TOSA而言，追蹤誤差指的是在兩個(gè)不一樣溫度條件下的光纖輸出功率的比值，它是胸襟器件耦合效率牢固性的參數(shù),單位為dB。測(cè)試方法；恒定背光電流（如200μA），先測(cè)量25℃時(shí)的光纖輸出功率，再測(cè)量在兩個(gè)極值（如-20℃和+85℃）時(shí)的光纖輸出功率，則TE=10lg(P@+85℃/P@+25℃)及TE=10lg(P@-25℃/P@+25℃)一般要求|TE|≤1.5dB參數(shù)對(duì)模塊的影響：追蹤誤差是影響模塊輸出光功率牢固性的重要指標(biāo)。模塊在高低溫輸出光功率發(fā)生變化，平時(shí)是由于追蹤誤差引起的（若激光器在高溫下沒(méi)有過(guò)早飽和）。6SE溫度變化率P25℃85℃I圖7SE溫度變化表示圖SE溫度變化率=SE@85℃/SE@25℃，這里包括量子效率及耦合效率的變化。一般要求大于0.5。由于追蹤誤差已經(jīng)規(guī)范了耦合效率的變化率，平時(shí)在這里只考慮量子效率的變化。參數(shù)對(duì)模塊的影響：事實(shí)上，此參數(shù)間接規(guī)定了高溫下的SE模塊的溫度補(bǔ)償電路將在高溫時(shí)增加調(diào)制電流，以保持消光比的牢固，但值得注意的是，模塊在高溫時(shí)的電流供給能力，一般與常溫差別不大，以MAX3735為例，為10mA~60mA,再加上RC補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的分流，芯片最大能夠供給的調(diào)制電流為60mA×80%（視RC參數(shù)而定），約48mA，模塊電流供給能力的限制將限制了高溫SE參數(shù)。每種模塊由于采用的驅(qū)動(dòng)芯片、耦合方式、輸出端串通電阻及RC補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的不一樣，調(diào)制電流的實(shí)質(zhì)供給能力有所不一樣，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行理論預(yù)估和實(shí)質(zhì)測(cè)量。等效串通電阻R指激光器工作在必然電流處時(shí)dV/dI的值電壓V2.081.56串通電阻1.04dV/dI(Ω)0.5200注入電流I圖8激光器V-I曲線表示圖等效串通電阻越小越好，長(zhǎng)波長(zhǎng)激光器等效串通電阻一般為4~6Ω等效串通電阻將影響激光器的3dB帶寬及工作時(shí)的管壓降參數(shù)對(duì)模塊的影響：3dB帶寬將影響模塊發(fā)射眼圖的質(zhì)量；管壓降變大將增加激光器低電壓驅(qū)動(dòng)的難度。3dB帶寬（截止頻率）指激光器的幅頻特點(diǎn)中最大幅度下降3dB所對(duì)應(yīng)的頻率dBHz圖9激光器3dB帶寬表示圖對(duì)于應(yīng)用于數(shù)字通信的激光器而言，激光器的3dB帶寬必定大于線路比特速率的1.4倍參數(shù)對(duì)模塊的影響：3dB帶寬將直接影響模塊發(fā)射眼圖的質(zhì)量，帶寬過(guò)大，常會(huì)引起激光器在調(diào)制過(guò)程中的馳豫振蕩現(xiàn)象，即眼圖的振鈴現(xiàn)象。帶寬過(guò)小，會(huì)以致眼圖的上升沿及下降沿的時(shí)間變慢，眼開度下降。相對(duì)強(qiáng)度噪聲（RIN）由于諧振腔內(nèi)載流子和光子密度的量子起伏，以致輸出光波中存在固有的量子噪聲，這種量子噪聲用相對(duì)強(qiáng)度噪聲來(lái)胸襟，即在必然的頻率范圍內(nèi)，光強(qiáng)度脈動(dòng)的均方根與平均光強(qiáng)度平方之比，公式為RIN=（δP）2/P2，我們要求RIN小于-120dB/Hz隨著工作電流的增加，RIN將減小參數(shù)對(duì)模塊的影響：RIN將影響模塊發(fā)射眼圖的抖動(dòng)指標(biāo)。波長(zhǎng)λ激光器的波長(zhǎng)有三種表示方法：峰值波長(zhǎng)、中心波長(zhǎng)、平均波長(zhǎng)峰值波長(zhǎng)：光譜中若干發(fā)射模式中最大強(qiáng)度的光譜波長(zhǎng)中心波長(zhǎng)：在光譜中，連接50%最大幅度值線段的中點(diǎn)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)c=ΣEiλi/E0i表示第i個(gè)峰值的波長(zhǎng)，Ei表示第i個(gè)峰值的能量，E0為所有峰值的能量。平均波長(zhǎng)：指所有模式的加權(quán)平均值，將幅度大于峰值2%的模式均計(jì)算在內(nèi)。mean=ΣλnPn/ΣPnn表示第n個(gè)峰值的波長(zhǎng),Pn表示第n個(gè)波長(zhǎng)的功率其中中心波長(zhǎng)用得最多，對(duì)于DFB-LD，中心波長(zhǎng)與峰值波長(zhǎng)值幾乎相同；對(duì)于FP-LD，一般用中心波長(zhǎng)或平均波長(zhǎng)表示激光器得工作波長(zhǎng)。一般WTD的激光器中心波長(zhǎng)隨著溫度增加將以0.5nm/℃的速度變長(zhǎng)參數(shù)對(duì)模塊的影響：由于不一樣波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的光纖衰耗及色散系數(shù)不一樣樣，因此模塊不一樣的傳輸距離對(duì)工作波長(zhǎng)要求就不一樣樣。對(duì)各種速率及傳輸距離下對(duì)波長(zhǎng)的要求在G.957中都做了嚴(yán)格規(guī)定。光譜寬度Δλ對(duì)于FP-LD，一般用3dB譜寬的均方根RMS來(lái)表示Δλ=[Σa(λ2/Σa]1/2i–λ)imim=Σaiλi/Σaii為第i個(gè)光譜成分的波長(zhǎng)，ai為第i個(gè)光譜成分的相對(duì)強(qiáng)度。相對(duì)強(qiáng)度-3dB波長(zhǎng)圖10FP-LD光譜表示圖對(duì)于DFB-LD激光器，以主模中心波長(zhǎng)的最大峰值功率跌落-20dB的最大全寬為光譜寬度相對(duì)強(qiáng)度-20dB波長(zhǎng)圖10DFB-LD光譜表示圖參數(shù)對(duì)模塊的影響：由于光纖的色散是激光器光譜寬度的函數(shù)，因此模塊不一樣的傳輸距離對(duì)譜寬要求就不一樣樣。對(duì)各種速率及傳輸距離下對(duì)譜寬的要求在G.957中都做了嚴(yán)格規(guī)定。12邊?？刂票龋⊿MSR）指激光器發(fā)射光譜中，在規(guī)定的輸出光功率時(shí)最高光譜峰強(qiáng)度與次高光譜峰強(qiáng)度之比此指標(biāo)僅針對(duì)DFB單縱模激光器，一般要求大于30dB參數(shù)對(duì)模塊的影響：對(duì)模塊的傳輸距離有必然影響TOSA的儲(chǔ)藏溫度（Tstg）及工作溫度（Top）（1）儲(chǔ)藏溫度（Tstg）當(dāng)器件儲(chǔ)藏在一個(gè)非工作條件下，絕對(duì)不能夠高出的溫度（大氣環(huán)境）范圍一般為-40~+95℃（2）工作溫度（Top）一般為器件工作的管殼溫度。指器件處于工作狀態(tài)時(shí)，絕不能夠高出的管殼溫度范圍平時(shí)為-20~+85℃參數(shù)對(duì)模塊的影響系統(tǒng)65℃模塊75℃器件85℃圖11TOSA在系統(tǒng)中工作溫度表示圖這里系統(tǒng)65℃指的是系統(tǒng)（詳盡指機(jī)柜內(nèi)單板的環(huán)境溫度），由于熱源和散熱條件不相同，各單板的環(huán)境溫度可能有差別。而這里提到的模塊管殼溫度75℃，由于模塊自己具備必然功耗（發(fā)熱體），它的溫度經(jīng)常比環(huán)境溫度要高5~10℃，溫差取決于系統(tǒng)自己的散熱能力（一般系統(tǒng)采用逼迫風(fēng)冷散熱，即取決于風(fēng)速