Tx-Bias-Strom und Laseralterung

Von den fünf DDM-Monitoren ist der Laser-Bias-Strom derjenige, der die Zukunft vorhersagt. Ein Laser verschleißt, indem er für dasselbe Licht mehr Strom braucht; die Regelschleife des Moduls verbirgt das bis zuletzt vor der Tx-Leistungsanzeige, aber der Bias-Wert zeigt es schon ab dem ersten Monat. Diese Seite erklärt die Physik hinter der Zahl, wie „normal“ je Lasertyp aussieht, wie man einen Trend liest und wann eine Ersetzung zu planen ist.

Wie ein Laser angesteuert wird

Ein Halbleiterlaser beginnt oberhalb seines Schwellstroms I_th zu emittieren; darüber steigt die Ausgangsleistung fast linear mit dem Strom (die Steilheit, mW/mA). Der Sender setzt einen Bias-Strom oberhalb der Schwelle und addiert einen Modulationsstrom für die Einsen und Nullen. DDM meldet den Bias (SFF-8472 A2h 100–101, 2 µA pro LSB), nicht den Modulationsstrom.

Die meisten Module betreiben eine Regelschleife für automatische Leistungsregelung (APC): eine Monitor-Fotodiode beobachtet die Ausgangsleistung, und der Treiber passt den Bias an, um die mittlere Leistung konstant zu halten. Deshalb bleibt die Tx-Leistung im DDM über Jahre flach, während der Bias langsam steigt — und deshalb sagt eine flache Tx-Leistung nichts über die Alterung aus.

Was den Bias verändert

Typische Bereiche je Lasertyp: Typische Werte.

Allmählicher Verschleiß vs. plötzlicher Ausfall

Ausfallstatistiken und Chargeneffekte: Ausfälle.

Kriterien für das Lebensende

Hersteller prüfen Laser nach Normen wie Telcordia GR-468 und definieren das Lebensende über eine Abweichung vom Anfangswert bei konstanter Ausgangsleistung:

Für die Überwachung gilt: ein Anstieg von 15–20 % gegenüber der Baseline ist der Punkt, um eine Ersetzung einzuplanen; +50 % oder ein Bias, der die Treibergrenze erreicht hat, bedeutet, dass das Modul auf geliehener Zeit lebt (Überwachung).

Einen Trend richtig lesen

1. Auf Temperatur normalisieren — Messwerte bei ähnlicher Modultemperatur vergleichen, oder den Bias gegen die Temperatur auftragen und den Rest betrachten. Ein Sommerausschlag von +10 °C hebt den DFB-Bias allein schon um ~10 %.
2. Mit der eigenen Baseline des Moduls vergleichen, nicht mit einem anderen Modul: zwei identische Teilenummern können sich vom ersten Tag an um 30 % im Bias unterscheiden.
3. Auf die Steigung achten, nicht auf das Niveau — ein Bias, der hoch, aber flach ist, gehört zu einem Laser, der schon immer mehr Strom brauchte; ein Bias, der um 1 % pro Monat steigt, gehört zu einem sterbenden Laser.
4. Die Tx-Leistung zuletzt prüfen — wenn die APC nicht mehr kompensieren kann, sinkt die Tx-Leistung, und die Rx des Fernendes sinkt mit. Bis dahin hat die Bias-Kurve schon monatelang die Geschichte erzählt.
5. Module mit mehreren Lanes — die vier oder acht Lanes vergleichen; dass eine Lane schneller altert als ihre Geschwister, ist der häufigste Ausfallmodus (Diagnose je Lane).

Lasertypen und ihre Alterung

Details zu den Bauteilen: Laser, Entwicklung nach Formfaktor.

Bias als Fingerabdruck

Weil der Bias von Laser zu Laser unterschiedlich ist, sagt ein konstanter Bias über eine Charge von Modulen genauso viel wie eine konstante Tx-Leistung: Der Wert ist in den Speicher geschrieben, nicht gemessen (DDM-Pegel). Der Bias eines echten Moduls bewegt sich innerhalb von Minuten nach dem Einstecken mit der Temperatur.

In CodingBox

Der Bildschirm DDM protokolliert den Bias gegen Zeit und Temperatur; ein Modul, das beim Wareneingang und erneut beim Ausbau gelesen wird, zeigt sein ganzes Leben in einem Diagramm. Die Installationsmessung in der code database zu speichern liefert die Baseline, von der die obigen End-of-Life-Kriterien abhängen.