Оптическая упаковка: TO-корпуса, боксы, линзы, изоляторы

Кристалл лазера — крошка полупроводника длиной в несколько сотен микрометров; сердцевина волокна — 9 мкм. Загнать свет из одного в другое, удержать его там двадцать лет и не дать отражениям вернуться — работа оптической упаковки: металлических корпусов, линз, изоляторов и розеток, из которых состоят TOSA и ROSA. Упаковка определяет большую часть стоимости модуля, заметную часть его дальности и почти всю долговременную надёжность.

Стили корпусов

Внутри TOSA в TO-корпусе

  ┌── крышка с шариковой линзой ──┐
  │          ○ линза              │      → свет в розетку / волоконный стаб
  │   ▄ кристалл лазера на        │
  │     подложке AlN              │  ◄── монитор-фотодиод за лазером (свет задней грани)
  │   ▪ термистор (опц.)          │
  ├─── цоколь (TO-46) ────────────┤
  │  выводы: лазер +/−, MPD,      │
  │          термистор, GND       │
  └───────────────────────────────┘

• Подложка (AlN или Si) растекает тепло и несёт кристалл с разваркой.
• Монитор-фотодиод (MPD) ловит излучение задней грани — фиксированную долю выхода — и кормит петлю APC; мощность Tx в DDM выводится из него, поэтому она — оценка (Точность и ограничения).
• Линза — шариковая в крышке или отдельная асферическая фокусирует расходящийся пучок (выход лазера расходится на 20–40°) на торец волокна; эффективность ввода обычно 30–70 %, то есть 1,5–5 дБ потерь между кристаллом и волокном.
• Герметизация — контактная сварка крышки и стеклометаллические уплотнения выводов не пускают влагу к граням; на производстве проверяется гелиевым течеискателем (Производство и тестирование).

ROSA зеркалит это: кристалл фотодиода на цоколе, часто с TIA внутри того же корпуса, чтобы высокоомный узел был коротким, линза в крышке, а у приёмников APD — вывод высоковольтного смещения.

Изоляторы

Свет, отражённый назад в лазер — от разъёма, грязного торца или самого волокна, — дестабилизирует DFB и EML: повышает шум (RIN), вызывает перескоки мод и дрожание длины волны и может сдвинуть показание Tx в DDM. Оптический изолятор (фарадеевский вращатель между двумя поляризаторами, изоляция 25–35 дБ, потери 0,3–0,5 дБ) стоит между лазером и волокном в каждом модуле 1310/1550 нм любой дальности. SR-модули на VCSEL обычно без него: многомодовые линии менее чувствительны к отражениям, а на 850 нм каждая десятая дБ на счету. Дешёвые ONU PON тоже иногда без изолятора — одна из причин, почему их поведение на отражающем хозяйстве разное (Проблемы PON).

Стык с волокном: розетка или пигтейл

Семейства разъёмов и коды полировки: Разъёмы и волокно.

Юстировка: куда уходят деньги

Допуск юстировки кристалла к волокну — около ±1 мкм для одномода. Производители используют активную юстировку: лазер включён, робот двигает линзу или волокно, максимизируя введённую мощность, затем фиксирует лазерной сваркой или УФ-клеем. Это секунды на деталь и ценовой пол одномодовой TOSA; многомод (сердцевина 50 мкм) терпит ±10 мкм и юстируется пассивно — поэтому оптика 850 нм дешёвая и поэтому COB и линзовые матрицы первыми заработали на 850 нм (Chip-on-board).

Многоканальная упаковка

• Параллельная (SR4, DR4): четыре или восемь лазеров на одной подложке или отдельными чипами, одна линзовая матрица, одна ферула MT.
• WDM (LR4, CWDM4, FR4): четыре TOSA (или одна 4-канальная матрица) кормят внутренний мультиплексор, затем одноволоконный порт — блок фильтров часть упаковки (WDM внутри модуля).
• BOSA (BiDi, PON): лазер и фотодиод делят один порт через WDM-фильтр под 45°; три порта в триплексере PON.

Упаковка и надёжность

В CodingBox

Упаковка невидима в карте памяти, но её последствия — нет: потери связи выглядят как низкий Tx при нормальном токе, повреждение граней — как тренд тока, повреждённый стаб — как низкий Rx, который чистка не лечит. Журнал DDM за жизнь модуля вместе с настольным микроскопом для торцов говорит, что именно у вас.