Optik paketleme: TO-can’lar, kutular, lensler, izolatörler

Bir lazer çipi, birkaç yüz mikrometre uzunluğunda bir yarı iletken parçasıdır; bir fiber çekirdeği ise 9 µm çapındadır. Işığı birinden diğerine aktarmak, onu yirmi yıl boyunca orada tutmak ve yansımaların geri gelmesini engellemek optik paketlemenin işidir — bir TOSA veya ROSA’yı oluşturan metal kutular, lensler, izolatörler ve reseptaküller. Paketleme, bir modülün maliyetinin çoğunu, erişim mesafesinin önemli bir kısmını ve uzun vadeli güvenilirliğinin neredeyse tamamını belirler.

Paket türleri

Bir TO-can TOSA’nın içinde

  ┌── bilye lensli kapak ──┐
  │        ○ lens          │      → ışık reseptaküle / fiber güdüğüne
  │   ▄ lazer çipi AlN     │
  │     alt taşıyıcı üzerinde │  ◄── lazerin arkasındaki izleme fotodiyodu (arka yüz ışığı)
  │   ▪ termistör (ops.)   │
  ├─── başlık (TO-46) ─────┤
  │  pinler: lazer +/−, MPD, │
  │        termistör, GND  │
  └────────────────────────┘

• Alt taşıyıcı (AlN veya Si) ısıyı yayar ve tel bağlı çipi taşır.
• İzleme fotodiyodu (MPD), arka yüz emisyonunu — çıkışın sabit bir kısmını — yakalar ve APC döngüsünü besler; DDM Tx gücü bundan türetilir, bu yüzden bir tahmindir (Doğruluk ve sınırlar).
• Lens — kapaktaki bir bilye lens veya ayrı bir asferik lens, ıraksayan demeti (lazer çıkışı 20–40° ıraksar) fiber ucuna odaklar; bağlaşım verimi tipik olarak 30–70 %’tir, yani çip ile fiber arasında 1,5–5 dB kayıp demektir.
• Hermetik sızdırmazlık — kapağın direnç kaynağı ve cam-metal pin contaları nemi uç yüzeylerden uzak tutar; üretimde helyumla sızıntı testi yapılır (Üretim ve test).

ROSA bunu yansıtır: başlık üzerinde fotodiyot çipi, yüksek empedanslı düğümü kısa tutmak için genellikle aynı kutunun içinde TIA, kapakta bir lens ve APD alıcılar için yüksek gerilimli bir bias pini.

İzolatörler

Bir konektörden, kirli bir uç yüzeyden veya fiberin kendisinden lazere geri yansıyan ışık, DFB ve EML lazerlerini dengesizleştirir: gürültüyü (RIN) artırır, mod atlamasına ve dalga boyu titremesine yol açar ve DDM Tx okumasını kaydırabilir. Bir optik izolatör (iki polarizör arasında bir Faraday döndürücü, 25–35 dB izolasyon, 0,3–0,5 dB kayıp), herhangi bir erişim mesafesindeki her 1310/1550 nm modülünde lazer ile fiber arasında yer alır. VCSEL tabanlı SR modülleri genellikle bunu atlar: çok modlu bağlantılar yansımaya daha az duyarlıdır ve 850 nm’de her onda bir dB önemlidir. Düşük maliyetli PON ONU’ları da bazen bunu atlar — yansıtıcı tesisatta davranışlarının değişmesinin nedenlerinden biri budur (PON sorunları).

Fiber arabirimi: reseptakül veya pigtail

Konektör aileleri ve polisaj kodları: Konektörler ve fiber.

Hizalama: para nereye gidiyor

Çip-fiber hizalama toleransı tek modlu için yaklaşık ±1 µm’dir. Üreticiler aktif hizalama kullanır — bağlaşılan gücü en üst düzeye çıkarmak için bir robot lensi veya fiberi hareket ettirirken lazeri çalıştırır, ardından lazer kaynağı veya UV epoksi ile sabitler. Parça başına saniyeler sürer ve tek modlu bir TOSA’nın maliyet tabanıdır; çok modlu (50 µm çekirdek) ±10 µm’ye tolerans gösterir ve pasif olarak hizalanabilir, bu yüzden 850 nm optikleri ucuzdur ve COB ile lens dizileri önce 850 nm’de çalışır (Chip-on-board).

Çok kanallı paketleme

• Paralel (SR4, DR4): bir alt taşıyıcı üzerinde veya ayrı çipler olarak dört ya da sekiz lazer, bir lens dizisi, bir MT ferrule.
• WDM (LR4, CWDM4, FR4): bir iç çoğullayıcıyı besleyen dört TOSA (veya tek bir 4 kanallı dizi), ardından tek fiberli bir port — filtre bloğu paketin bir parçasıdır (Modül içinde WDM).
• BOSA (BiDi, PON): bir lazer ve bir fotodiyot, 45°’lik bir WDM filtresi üzerinden bir portu paylaşır; bir PON triplekserde üç port.

Paketleme ve güvenilirlik

CodingBox’ta

Paketleme bellek haritasında görünmez, ama sonuçları öyle değildir: bağlaşım kaybı normal bias ile düşük Tx gücü olarak, uç yüzey hasarı bir bias eğilimi olarak ve hasarlı bir güdük, temizliğin düzeltemediği düşük bir Rx olarak kendini gösterir. Modülün ömrü boyunca tutulan DDM günlüğü, tezgâhtaki inceleme cihazıyla birlikte, hangisiyle karşı karşıya olduğunuzu söyler.