发射组件TOSA常用参数及测试方法Word文档格式.docx

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VL为激光器寄生电感（一般为1~2nH）引起的交变电流的压降，可近似计算为

VL=H*ΔI/Δt,若在s条件下工作，上升沿时间20%~80%为80ps,

则得出VL为

若RD=20Ω，IMOD*RD=

显然这时VLOW很小，而事实上驱动器的输出级工作在放大状态，VLOW一般大于

，所以在这种情况下发射眼图上升沿时间变缓，眼开度降低

2阈值电流（Ith）

指激光器由自发辐射转换到受激辐射状态时的正向电流值，它与激光器的材料和结构

相关。

对于LD而言，Ith越小越好

一般在25℃时

VCSEL-LD，Ith=1~2mA

FP-LD，Ith=5~10mA

DFB-LD，Ith=5~20mA

Ith随温度的升高而增加，关系式为

Ith=I0eT/T0I0为25℃时的阈值电流，T0为特征温度，表示激光器对温度敏感的程度

对于WTD的长波长激光器，T0为50~80K

Ith参数对光模块的影响：

图3激光器的P-I曲线

目前模块较多的采用DC耦合方式，偏置电流IBAIS约等于Ith，随着温度的升高，模块的APC电路将自动增加IBAIS，补偿Ith的变化。

由于模块驱动芯片一般能够提供60mA的IBAIS，所以通常情况下外购或自制激光器的Ith指标能够达到模块使用要求。

3P-I曲线（P-I）

指激光器总的输出光功率P与注入电流I的关系曲线，如图3所示

曲线的拐点是阈值电流

（1）曲线的斜率是激光器电光转换效率SE（mW/mA），它是激光器的量子效率与器件耦合

效率的乘积。

量子效率η=hc/λe=hf/e

h为普朗克常数，C为光速，f为频率，e为单位电子的电荷

WTD自制管芯的量子效率一般为30~50%，耦合效率为20~30%

SE参数对模块的影响：

SE直接反映激光器的功率大小

激光器功率通常是指在Ith+14mA（或Ith+20mA）直流电流的条件下测得的输出功率

模块输出平均光功率是指在IBAIS+1/2IMOD驱动电流的条件下对应的功率。

由于IBAIS≈Ith，则如果1/2IMOD=14mA，则模块功率与器件功率基本是一致的。

这里有

一点需要注意的是，由于器件测试时测试光纤是自由状态，而器件安装在模块外壳中时

连接器的限位导致光路耦合到光纤时的效率往往不一致，这样最终结果存在差别。

（2）P-I曲线的线性度

实际P-I曲线是一条曲线，而不是直线，如图4

图4P-I曲线的线性度

P-I曲线的线性度测试的简单方法：

可以通过曲线对应的10%及额定光功率点的直线

与实际曲线偏离的最大变化来表示，即

功率线性度=（P2-P1）/P2×

100%

线性度参数对模块的影响:

只要曲线上点的斜率大于0，一般不会影响模块使用

但其消极影响有：

a将会对激光器的工作点的计算产生偏差

b将引起模块消光比的温度补偿的误差。

解释如下：

因为目前模块消光比的温度补偿方法大致有4种（不考虑双环控制）：

1）在调制电流设置端加热敏电阻

2）芯片带有温度补偿电路，可设置温度补偿的起始点及变化斜率

3）K因子补偿，在ΔIMOD=KΔIBIAS,因为激光器SE的温度特性有如下特点，在25℃到60℃，SE变化不大，但从60℃到85℃，却变化较大，所以单纯设置一个补偿斜率不能够进行有效补偿，而阈值的温度变化快慢与SE比较接近，因此K因子补偿能够较好解决补偿斜率变化的问题

4）Look-upTable查找表方式，往往根据几个典型温度点精确设置IBIAS及IMOD

以上4种方法均是以激光器具有良好的线性度为前提的。

（3）拐点

指P-I曲线上的扭转点，如图5

图5P-I曲线的拐点

拐点处P=f（I）存在多值函数，

若驱动电流正好在拐点处，由于这时电流对应多个光功率，APC电路无法保证光功率的稳定，导致模块在每个功率范围内跳变。

（4）最大饱和光功率

图6最大饱和光功率示意图

最大饱和光功率指激光器所能输出的最大的光功率（P-I曲线最大跌落处对应的光功率）

参数对模块的影响：

模块高温下功率下降，人为调整光功率设置，也达不到满足要求的功率值，这就是激光器在高温下饱和功率低于所需功率引起的（排除驱动电流饱和因素）。

还有一种影响往往被忽视：

若模块能够提供如图所示的IBIAS+IMOD电流，则模块能够输出的最大光功率就为PA，因为若以PS为P1，根据下面2个等式：

PA=（P1+P0）/2

=10lgP1/P0

模块要求的消光比是一个的确定值，所以模块所能输出的最大光功率就可以确定。

通常在高温时，需要考虑激光器的饱和光功率指标。

可能有这样的情况，模块在调测时，可以调到所需的光功率，但无任怎样增加调制电流，均不能调到要求的消光比，如果能够确定驱动电流没有饱和，则可以确定是激光器过早饱和的缘故。

4背光电流（Im）

指激光器在规定的光输出功率时，在给定一定背光探测器反向电压时输出的光电流。

一般TOSA要给出在Ith+14mA或Ith+20mA时背光电流测试值，通常以μA表示。

参数对模块的影响：

模块的APC环路是以背光电流为采样点的，一般具有APC功能的驱动芯片MD引脚规定了输入电流的范围，如MAX3735为18~1500μA，即要求激光器的背光电流也在一定范围内。

由于过小的背光电流，会导致APC环路过于灵敏，增加不稳定性，所以通常我们要求TOSA在额定功率点的背光不小于100μA。

多个TOSA的背光电流一致性不好，会导致模块在调整光功率时，设置电阻偏差太大，增加批量生产的难度。

5跟踪误差（TE）

对TOSA而言，跟踪误差指的是在两个不同温度条件下的光纤输出功率的比值，它是度量器件耦合效率稳定性的参数,单位为dB。

测试方法；

恒定背光电流（如200μA），先测量25℃时的光纤输出功率，再测量在两个极值（如-20℃和+85℃）时的光纤输出功率，则

TE=10lg（P@+85℃/P@+25℃）及TE=10lg（P@-25℃/P@+25℃）

一般要求|TE|≤

跟踪误差是影响模块输出光功率稳定性的重要指标。

模块在高低温输出光功率发生变化，通常是由于跟踪误差引起的（若激光器在高温下没有过早饱和）。

6SE温度变化率

图7SE温度变化示意图

SE温度变化率=SE@85℃/SE@25℃，这里包括量子效率及耦合效率的变化。

一般要求大于。

因为跟踪误差已经规范了耦合效率的变化率，通常在这里只考虑量子效率的变化。

事实上，此参数间接规定了高温下的SE

模块的温度补偿电路将在高温时增加调制电流，以保持消光比的稳定，但值得注意的是，模块在高温时的电流供给能力，一般与常温差别不大，以MAX3735为例，为10mA~60mA,再加上RC补偿网络的分流，芯片最大能够提供的调制电流为60mA×

80%（视RC参数而定），约48mA，模块电流供给能力的限制将制约了高温SE参数。

每种模块由于采用的驱动芯片、耦合方式、输出端串联电阻及RC补偿网络的不同，调制电流的实际供给能力有所不同，可以对其进行理论预估和实际测量。

7等效串联电阻R

指激光器工作在一定电流处时dV/dI的值

图8激光器V-I曲线示意图

等效串联电阻越小越好，长波长激光器等效串联电阻一般为4~6Ω

等效串联电阻将影响激光器的3dB带宽及工作时的管压降

3dB带宽将影响模块发射眼图的质量；

管压降变大将增加激光器低电压驱动的难度。

83dB带宽（截止频率）

指激光器的幅频特性中最大幅度下降3dB所对应的频率

图9激光器3dB带宽示意图

对于应用于数字通信的激光器而言，激光器的3dB带宽必须大于线路比特速率的倍参数对模块的影响：

3dB带宽将直接影响模块发射眼图的质量，带宽过大，常会引起激光器在调制过程中的驰豫振荡现象，即眼图的振铃现象。

带宽过小，会导致眼图的上升沿及下降沿的时间变慢，眼开度下降。

9相对强度噪声（RIN）

由于谐振腔内载流子和光子密度的量子起伏，导致输出光波中存在固有的量子噪声，这种量子噪声用相对强度噪声来度量，即在一定的频率范围内，光强度脉动的均方根与平均光强度平方之比，公式为RIN=（δP）2/P2，我们要求RIN小于-120dB/Hz

随着工作电流的增加，RIN将减小

RIN将影响模块发射眼图的抖动指标。

10波长λ

激光器的波长有三种表示方法：

峰值波长、中心波长、平均波长

峰值波长：

光谱中若干发射模式中最大强度的光谱波长

中心波长：

在光谱中，连接50%最大幅度值线段的中点对应的波长

λc=ΣEiλi/E0

λi表示第i个峰值的波长，Ei表示第i个峰值的能量，E0为所有峰值的能量。

平均波长：

指所有模式的加权平均值，将幅度大于峰值2%的模式均计算在内。

λmean=ΣλnPn/ΣPn

λn表示第n个峰值的波长,Pn表示第n个波长的功率

其中中心波长用得最多，对于DFB-LD，中心波长与峰值波长值几乎相同；

对于FP-LD，一般用中心波长或平均波长表示激光器得工作波长。

一般WTD的激光器中心波长随着温度增加将以℃的速度变长

因为不同波长对应的光纤衰耗及色散系数不一样，所以模块不同的传输距离对工作波长要求就不一样。

对各种速率及传输距离下对波长的要求在中都做了严格规定。

11光谱宽度Δλ

对于FP-LD，一般用3dB谱宽的均方根RMS来表示

Δλ=[Σai（λi–λm）2/Σai]1/2

λm=Σaiλi/Σai

λi为第i个光谱成分的波长，ai为第i个光谱成分的相对强度。

图10FP-LD光谱示意图

对于DFB-LD激光器，以主模中心波长的最大峰值功率跌落-20dB的最大全宽为光谱宽度

图10DFB-LD光谱示意图

因为光纤的色散是激光器光谱宽度的函数，所以模块不同的传输距离对谱宽要求就不一样。

对各种速率及传输距离下对谱宽的要求在中都做了严格规定。

12边模抑制比（SMSR）

指激光器发射光谱中，在规定的输出光功率时最高光谱峰强度与次高光谱峰强度之比

此指标仅针对DFB单纵模激光器，一般要求大于30dB

对模块的传输距离有一定影响

13TOSA的存储温度（Tstg）及工作温度（Top）

（1）存储温度（Tstg）

当器件存储在一个非工作条件下，绝对不能超过的温度（大气环境）范围

一般为-40~+95℃

（2）工作温度（Top）

一般为器件工作的管壳温度。

指器件处于工作状态时，绝不能超过的管壳温度范围

通常为-20~+85℃

参数对模块的影响

图11TOSA在系统中工作温度示意图

这里系统65℃指的是系统（具体指机柜内单板的环境温度），由于热源和散热条件不一样，各单板的环境温度可能有差异。

而这里提到的模块管壳温度75℃，因为模块本身具备一定功耗（发热体），它的温度往往比环境温度要高5~10℃，温差取决于系统自身的散热能力（一般系统采用强制风冷散热，即取决于风速和模块接触体的热传导能力）。

而对光器件自身而言也是发热体，它与模块管壳的温差取决于模块内部空气对流、器件管壳与模块外壳的接触面积及外壳的热传导能力。

一般温差也为5~10℃。

14激光器的寿命终止

BELLCORE标准是以激光器阈值的变化状况来判断寿命的。

以常温为例，若阈值小于20mA，严格判据为阈值增加为倍,可判定激光器寿命终结。

另一较为宽松判据为激光器的阈值在原值上增加了20mA，即可认为寿命终止。

若阈值大于20mA以上，则阈值增加1倍，即为原来的2倍，即可认为寿命终止。

以上判据仅针对长波长激光器而言。