L’étage optique : TOSA, ROSA, BOSA

Enlevez le boîtier, le microcontrôleur et l’EEPROM : un transceiver se résume à deux choses, une source lumineuse que l’on peut commuter rapidement et un détecteur de lumière capable de la relire. Tout ce qui concerne la portée, la longueur d’onde, le type de fibre et le coût découle de la source et du détecteur que porte le module. Cette page présente le frontal optique ; les pages suivantes couvrent les lasers, les récepteurs, leur évolution par facteur de forme et la manière de les construire en chip-on-board.

Le chemin du signal

 SerDes hôte ──► pilote laser ──► LASER ──► fibre ──► PHOTODIODE ──► TIA ──► LA / CDR ──► SerDes hôte
                 (bias + modulation)                   (courant)     (tension) (données propres)

• Côté émission. Le pilote convertit les bits électriques de l’hôte en un courant qui commute ou module le laser ; le laser convertit ce courant en lumière à une longueur d’onde donnée ; une lentille couple cette lumière dans le cœur de la fibre.
• Côté réception. Une lentille focalise la lumière entrante sur une photodiode, qui produit un courant infime ; le TIA (amplificateur transimpédance) le transforme en tension ; le LA (amplificateur limiteur) le remet en niveaux numériques nets, ou — sur les modules PAM4 — un amplificateur linéaire alimente un ADC puis un DSP ; le CDR resynchronise le résultat.

Les sous-ensembles

Traditionnellement, chaque OSA est un TO-can hermétique (boîtier métallique de type transistor) ou un boîtier céramique ; l’optique parallèle à haut volume utilise de plus en plus des puces nues sur la carte — le chip-on-board — et les conceptions les plus récentes intègrent modulateurs et détecteurs sur une puce photonique sur silicium.

Les grandeurs qui comptent

Bilan de liaison = puissance d’émission − sensibilité, moins la marge ; cette simple soustraction explique pourquoi le laser et la photodiode d’un module déterminent sa classe de portée. Voir Mux/démux CWDM et bilan de liaison.

Refroidi ou non refroidi

La longueur d’onde d’un laser dérive avec la température (~0,1 nm/°C pour un DFB). Là où la longueur d’onde doit être précise — DWDM, LAN-WDM LR4, longue portée à base d’EML — la TOSA comprend un refroidisseur thermoélectrique (TEC) et une thermistance. Là où un espacement de canal de 20 nm ou une longueur d’onde unique tolère la dérive — SR, LR, CWDM — les modules sont non refroidis, moins chers et moins gourmands en puissance. La température du DDM est celle du boîtier du module ; certains modules refroidis indiquent aussi la température du laser comme mesure auxiliaire (Paramètres DDM).

Ce qui tombe en panne, et comment cela se voit

• Vieillissement du laser — le courant de bias grimpe pour maintenir la puissance, puis la sortie s’effondre (Pannes).
• Dégradation du récepteur — la sensibilité se détériore ; la Rx reste normale pendant que les erreurs augmentent.
• Perte de couplage — saleté ou désalignement au réceptacle coûte des décibels des deux côtés (Liaison instable).
• Panne de TEC sur les modules refroidis — la longueur d’onde dérive hors de la bande passante du filtre.

Dans CodingBox

Le frontal optique se rapporte à travers le DDM — puissance Tx, bias Tx (l’état de santé du laser), puissance Rx (la vision de l’extrémité distante par la photodiode) et température — que CodingBox lit et met en tendance sur l’écran DDM. Les octets d’identité qui décrivent le frontal (longueur d’onde, portée, codes de conformité) se lisent et se codent dans l’EEPROM editor ; gardez-les cohérents avec le laser et le récepteur réels que porte le module.

Pour aller plus loin

• Boîtiers optiques — TO-can, TOSA en boîtier, lentilles, isolateurs, réceptacles et talons ; où va le coût de l’alignement.
• WDM à l’intérieur du module — multiplexeurs TFF et AWG, filtres BiDi, TEC et verrouilleurs de longueur d’onde ; pourquoi le LR4 est refroidi et pas le CWDM4.
• Électronique du module — pilote, TIA/LA, DSP, contrôleur et distribution de puissance, bloc par bloc.
• Modulation et DSP — NRZ contre PAM4, ce que fait le DSP, gearboxes, LPO et modules cohérents.
• Contrôleur et firmware — le MCU derrière le DDM, l’APC et la table mémoire ; comment la protection est mise en œuvre.
• Fabrication et tests — de la plaquette au module codé : alignement, étalonnage, déverminage, tests.
• Intérieur des câbles — ce que contiennent un DAC, un ACC/AEC et un AOC, et comment les deux extrémités sont codées.

La place de ces composants dans l’infrastructure active au sens large — transceivers, convertisseurs de média, transpondeurs, amplificateurs, ROADM, équipements PON et supervision : Infrastructure optique active.