Prąd polaryzacji Tx i starzenie się lasera

Spośród pięciu wielkości mierzonych DDM to prąd polaryzacji lasera przewiduje przyszłość. Laser zużywa się, potrzebując coraz więcej prądu do tej samej ilości światła; pętla sterowania modułu ukrywa to przed odczytem mocy Tx niemal do samego końca, ale wartość polaryzacji pokazuje to już od pierwszego miesiąca. Ta strona wyjaśnia fizykę stojącą za tą liczbą, jak wygląda „normalność” dla każdego typu lasera, jak czytać trend i kiedy planować wymianę.

Jak steruje się laserem

Laser półprzewodnikowy zaczyna emitować powyżej swojego prądu progowego I_th; powyżej niego moc wyjściowa rośnie niemal liniowo z prądem (sprawność różniczkowa, mW/mA). Nadajnik ustawia prąd polaryzacji powyżej progu i dodaje prąd modulacji dla jedynek i zer. DDM zgłasza polaryzację (SFF-8472 A2h 100–101, 2 µA na LSB), a nie prąd modulacji.

Większość modułów pracuje w pętli automatycznej regulacji mocy (APC): fotodioda monitorująca obserwuje moc wyjściową, a sterownik dostraja polaryzację, aby utrzymać stałą moc średnią. Dlatego moc Tx w DDM latami pozostaje płaska, podczas gdy polaryzacja pełznie w górę, i dlatego płaska moc Tx nic nie mówi o starzeniu.

Co zmienia polaryzację

Przyczyna	Kierunek	Skala czasu	Odwracalne
Temperatura: prąd progowy rośnie wykładniczo z temperaturą (temperatura charakterystyczna T₀ ≈ 50–70 K dla DFB)	w górę ~1 %/°C dla niechłodzonego DFB; VCSEL mniej, aż do roll-over	minuty	tak, znormalizuj przed oceną
Starzenie: defekty w obszarze czynnym obniżają sprawność	w górę, powoli	miesiące do lat	nie
Wartość zadana chłodzenia (TEC)	brak wpływu na polaryzację; widoczne w prądzie TEC	—	—
Strata sprzężenia / zanieczyszczenie ścianki czołowej: APC kompensuje mniejszą ilość światła docierającego do włókna	w górę	nagle albo powoli	czasem (czyszczenie modułu bez pigtaila: nie)
Wartość fikcyjna albo zamrożona	stała	—	—

Typowe zakresy dla poszczególnych typów lasera: Typowe wartości.

Zużycie stopniowe a nagła śmierć

Tryb	Mechanizm	Sygnatura w DDM	Gdzie
Stopniowe zużycie	defekty liniowe (dark-line), utlenianie ścianki czołowej, dyfuzja domieszek; Arrhenius: żywotność skraca się w przybliżeniu o połowę na każde +10 °C	polaryzacja rosnąca o 20–50 % przez lata, potem w końcu opadająca moc Tx, potem Tx fault	wszystkie typy laserów; najszybciej w gorących modułach dużej mocy
Katastroficzne uszkodzenie optyczne (COD)	ścianka czołowa topi się przy dużej gęstości optycznej	natychmiastowa utrata Tx; polaryzacja może skoczyć do granicy sterownika	FP/DFB dużej mocy (ZX, ER, PON OLT)
ESD / przepięcie	uszkodzenie złącza	martwy Tx albo moc zmniejszona o połowę między kolejnymi odczytami	dowolny; często związane z obsługą
Awaria sterownika albo APC	elektronika	polaryzacja 0 albo maksymalna, flagi Tx	dowolny
Awaria TEC	laser przegrzewa się albo dryfuje długość fali	alarm temperatury lasera, prąd TEC na granicy, kanał DWDM zjeżdża poza filtr	chłodzony DFB/EML

Statystyki awarii i efekty partii: Awarie.

Kryteria końca żywotności

Producenci testują lasery według standardów takich jak Telcordia GR-468 i definiują koniec żywotności jako zmianę względem wartości początkowej przy stałej mocy wyjściowej:

Kryterium	Typowa definicja EOL
Prąd polaryzacji	+20 % (rygorystycznie, telekom) … +50 % (powszechnie) powyżej wartości zapisanej przy instalacji
Prąd progowy	+50 %
Moc wyjściowa przy stałym prądzie	−2 … −3 dB

Dla celów monitorowania: wzrost o 15–20 % względem wartości bazowej to moment na zaplanowanie wymiany; +50 % albo polaryzacja, która osiągnęła sufit sterownika, oznacza, że moduł żyje na pożyczonym czasie (Monitorowanie).

Prawidłowe czytanie trendu

Znormalizuj względem temperatury: porównuj odczyty przy podobnej temperaturze modułu albo wykreśl polaryzację względem temperatury i spójrz na resztę. Letni skok o +10 °C sam podnosi polaryzację DFB o ~10 %.
Porównuj z własną wartością bazową modułu, nie z innym modułem: dwa identyczne numery katalogowe mogą różnić się polaryzacją o 30 % już od pierwszego dnia.
Obserwuj nachylenie, nie poziom: polaryzacja wysoka, ale płaska to laser, który zawsze potrzebował więcej prądu; polaryzacja rosnąca o 1 % miesięcznie to laser, który umiera.
Moc Tx sprawdzaj na końcu: gdy APC nie potrafi już kompensować, moc Tx spada, a wraz z nią Rx po drugiej stronie. Do tego czasu krzywa polaryzacji opowiada tę historię już od miesięcy.
Moduły wielokanałowe: porównaj cztery albo osiem linii; szybsze starzenie jednej linii niż pozostałych to częsty tryb awarii (Diagnostyka poszczególnych linii).

Typy laserów i ich starzenie

Laser	Zachowanie przy starzeniu	Uwagi
VCSEL 850 nm	bardzo długa żywotność przy niskim prądzie; wrażliwy na wysoką temperaturę (roll-over termiczny) i ESD	polaryzacja 4–9 mA; VCSEL przy 12 mA jest podejrzany
FP 1310 nm	wytrzymały, tani; skoki modów widać jako małe skoki mocy, nie polaryzacji	1G LX, GPON ONU
DFB niechłodzony	stałe pełznięcie; silna zależność od temperatury	10G LR/ER, CWDM, 25G LR
DFB/EML chłodzony	polaryzacja stabilna, bo TEC utrzymuje temperaturę; starzenie widać jako pełznięcie polaryzacji przy stałej temperaturze lasera; prąd TEC ujawnia problemy otoczenia	DWDM, ER/ZR, 100G LR4
Laser CW fotoniki krzemowej	jeden laser dużej mocy współdzielony przez linie; jego awaria zabiera cały moduł	400G DR4/FR4

Szczegóły komponentów: Lasery, Ewolucja laserów.

Polaryzacja jako odcisk palca

Ponieważ polaryzacja różni się od lasera do lasera, stała polaryzacja w całej partii modułów mówi tyle samo, co stała moc Tx: wartość jest wpisana do pamięci, a nie zmierzona (Poziomy DDM). Polaryzacja prawdziwego modułu zmienia się wraz z temperaturą w ciągu minut od włożenia.

W CodingBox

Ekran DDM rejestruje polaryzację względem czasu i temperatury; moduł odczytany przy kontroli wejściowej i ponownie po wyjęciu pokazuje całe swoje życie na jednym wykresie. Zapisanie odczytu z instalacji w code database dostarcza wartości bazowej, od której zależą powyższe kryteria końca żywotności.

Jeśli znajdziesz nieścisłość lub błąd w tym materiale, zaznacz odpowiedni fragment i naciśnij Ctrl+Enter, aby .