Tx-biasstroom en laserveroudering

Van de vijf DDM-monitors is laserbiasstroom degene die de toekomst voorspelt. Een laser slijt doordat hij meer stroom nodig heeft voor hetzelfde licht; de regellus van de module verbergt dit tot het allerlaatst in de Tx-vermogenswaarde, maar de biaswaarde toont het al vanaf de eerste maand. Deze pagina legt de fysica achter het getal uit, wat per lasertype "normaal" is, hoe u een trend leest en wanneer u vervanging plant.

Hoe een laser wordt aangestuurd

Een halfgeleiderlaser begint boven zijn drempelstroom I_th uit te zenden; daarboven stijgt het uitgangsvermogen bijna lineair met de stroom (de slope efficiency, mW/mA). De zender stelt een biasstroom boven de drempel in en voegt een modulatiestroom toe voor enen en nullen. DDM rapporteert de bias (SFF-8472 A2h 100–101, 2 µA per LSB), niet de modulatiestroom.

De meeste modules gebruiken een lus voor automatic power control (APC): een monitorfotodiode bewaakt het uitgangsvermogen en de driver past de bias aan om het gemiddelde vermogen constant te houden. Daarom blijft Tx-vermogen in DDM jarenlang vlak terwijl de bias oploopt, en daarom vertelt een vlak Tx-vermogen u niets over veroudering.

Wat de bias wijzigt

Oorzaak	Richting	Tijdschaal	Omkeerbaar
Temperatuur — drempelstroom stijgt exponentieel met temperatuur (karakteristieke temperatuur T₀ ≈ 50–70 K voor DFB)	omhoog ~1 %/°C voor ongekoelde DFB; VCSEL minder tot roll-over	minuten	ja — normaliseer voordat u oordeelt
Veroudering — defecten in het actieve gebied verminderen de efficiëntie	omhoog, langzaam	maanden tot jaren	nee
Instelpunt voor koeling (TEC)	geen effect op bias; zichtbaar in TEC-stroom	—	—
Koppelverlies / verontreiniging van de facet — APC compenseert minder licht dat de glasvezel bereikt	omhoog	plotseling of langzaam	soms (reiniging van een module zonder pigtail: nee)
Valse of bevroren waarde	constant	—	—

Typische bereiken per lasertype: Typische waarden.

Slijtage tegenover plotseling defect

Modus	Mechanisme	DDM-signatuur	Waar
Geleidelijke slijtage	dark-line defects, facetoxidatie, diffusie van doteringsstof; Arrhenius — levensduur halveert ruwweg per +10 °C	bias stijgt 20–50 % over jaren, daarna zakt uiteindelijk Tx-vermogen, vervolgens Tx-fout	alle lasertypes; het snelst bij hete modules met hoog vermogen
Catastrophic optical damage (COD)	facet smelt bij hoge optische dichtheid	onmiddellijk Tx-verlies; bias kan naar de limiet van de driver springen	FP/DFB met hoog vermogen (ZX, ER, PON OLT)
ESD / piekspanning	beschadiging van de junctie	Tx defect of vermogen gehalveerd van de ene uitlezing naar de volgende	alle; vaak gerelateerd aan hantering
Storing van driver of APC	elektronica	bias 0 of op maximum, Tx-vlaggen	alle
Storing van TEC	laser raakt oververhit of golflengte drijft	alarm voor lasertemperatuur, TEC-stroom op limiet, DWDM-kanaal drijft uit het filter	gekoelde DFB/EML

Uitvalstatistieken en effecten van partijen: Storingen.

Criteria voor einde levensduur

Fabrikanten testen lasers volgens normen zoals Telcordia GR-468 en definiëren het einde van de levensduur door een verandering ten opzichte van de beginwaarde bij constant uitgangsvermogen:

Criterium	Typische EOL-definitie
Biasstroom	+20 % (strikt, telecom) … +50 % (gebruikelijk) boven de bij installatie vastgelegde waarde
Drempelstroom	+50 %
Uitgangsvermogen bij vaste stroom	−2 … −3 dB

Voor bewaking geldt: een stijging van 15–20 % vanaf de basislijn is het moment om vervanging te plannen; +50 % of een bias die het plafond van de driver heeft bereikt, betekent dat de module op geleende tijd leeft (Monitoring).

Een trend correct lezen

Normaliseer voor temperatuur — vergelijk uitlezingen bij vergelijkbare moduletemperatuur of zet bias uit tegen temperatuur en kijk naar het residu. Een zomerstijging van +10 °C verhoogt de DFB-bias op zichzelf met ~10 %.
Vergelijk met de eigen basislijn van de module, niet met een andere module: twee identieke artikelnummers kunnen vanaf dag één 30 % in bias verschillen.
Let op de helling, niet op het niveau — een hoge maar vlakke bias wijst op een laser die altijd meer stroom nodig heeft gehad; een bias die 1 % per maand stijgt, wijst op een stervende laser.
Controleer Tx-vermogen als laatste — wanneer APC niet langer kan compenseren, daalt Tx-vermogen en daarmee de Rx aan het verre uiteinde. Tegen die tijd vertelt de biascurve het verhaal al maanden.
Multilane-modules — vergelijk de vier of acht lanes; één lane die sneller veroudert dan de andere is de gebruikelijke storingsmodus (Diagnostiek per lane).

Lasertypes en hun veroudering

Laser	Verouderingsgedrag	Opmerkingen
850 nm VCSEL	zeer lange levensduur bij lage stroom; gevoelig voor hoge temperatuur (thermal roll-over) en ESD	bias 4–9 mA; een VCSEL bij 12 mA is verdacht
FP 1310 nm	robuust, goedkoop; mode hops verschijnen als kleine vermogensstappen, niet als bias	1G LX, GPON ONU
Ongekoelde DFB	gelijkmatige toename; sterke temperatuurafhankelijkheid	10G LR/ER, CWDM, 25G LR
Gekoelde DFB/EML	bias stabiel omdat TEC temperatuur vasthoudt; veroudering toont zich als oplopende bias bij constante lasertemperatuur; TEC-stroom toont omgevingsproblemen	DWDM, ER/ZR, 100G LR4
CW-laser met siliciumfotonica	één laser met hoog vermogen wordt door lanes gedeeld; uitval legt de hele module stil	400G DR4/FR4

Onderdeeldetails: Lasertypen, Laserontwikkeling.

Bias als vingerafdruk

Omdat bias van laser tot laser verschilt, zegt een constante bias over een partij modules evenveel als een constant Tx-vermogen: de waarde wordt naar het geheugen geschreven, niet gemeten (DDM-niveaus). De bias van een echte module verandert binnen minuten na plaatsing met de temperatuur.

In CodingBox

Het DDM-scherm registreert bias tegen tijd en temperatuur; een module die bij binnenkomende inspectie en opnieuw bij uitname wordt uitgelezen, toont zijn hele leven in één grafiek. De uitlezing bij installatie in de codedatabase opslaan geeft de basislijn waarop de bovenstaande criteria voor einde levensduur steunen.

Vindt u een onjuistheid of fout in dit materiaal? Selecteer het betreffende fragment en druk op Ctrl+Enter om .