Modul Optik Dihasilkan dengan Ketepatan

 

 

Mimpi ngeri penjajaran tiada siapa yang memberi amaran kepada anda

 

Menggandingkan cahaya laser ke dalam gentian-mod tunggal memerlukan ketepatan kedudukan sekitar ±0.5 mikrometer. Setengah mikron. Untuk konteks, rambut manusia adalah kira-kira 70 mikrometer tebal.

Rindu toleransi itu dan tangki kecekapan gandingan anda. Kehilangan kecekapan bermakna arus pemacu yang lebih tinggi untuk mengimbangi, yang menghasilkan haba, yang mengalihkan panjang gelombang, yang merendahkan isyarat anda-kepada-nisbah hingar dengan cara yang mengalir melalui keseluruhan belanjawan pautan. Persamaan gandingan teori kelihatan bersih dalam buku teks. Realitinya melibatkan enam-peringkat penjajaran paksi,-pemantauan kuasa masa sebenar dan proses pengawetan pelekat yang memperkenalkan anjakan kedudukannya sendiri.

Saya melihat seorang juruteknik menghabiskan sepanjang petang pada tahun 2021 mengejar kehilangan sisipan 2 dB pada apa yang sepatutnya menjadi pemasangan TOSA rutin. Ternyata kanta bola telah berputar sedikit semasa pengawetan UV - mungkin tiga darjah - cukup untuk mengemudikan rasuk hanya dari teras gentian. Tiga darjah. Itulah perniagaan ini.

 

Penjajaran aktif lawan pasif

 

Industri telah berhujah tentang perkara ini selama dua puluh tahun dan masih belum menyelesaikannya sepenuhnya.

Penjajaran aktif bermaksud menghidupkan laser semasa pemasangan, memantau kuasa optik yang digabungkan dan melaraskan kedudukan secara berulang sehingga anda mencapai sasaran anda. Ia berfungsi. Ia juga perlahan, mahal dan tidak berskala dengan anggun apabila anda cuba menghantar berjuta-juta transceiver setiap bulan.

Penjajaran pasif bergantung pada ciri mekanikal - alur silikon v-yang terukir, alas pelekap yang ditakrifkan secara litografi, flip-penjajaran sendiri pateri cip-- untuk meletakkan komponen tanpa menghidupkan apa-apa. Apabila ia berfungsi, daya pengeluaran meningkat secara mendadak. Apabila toleransi bertindan tidak menguntungkan, anda mendapat masalah hasil yang nyata sebagai kumpulan misteri modul berprestasi rendah yang lulus ujian elektrik tetapi gagal spesifikasi optik.

Pendekatan hibrid yang mendapat daya tarikan kini menggunakan penjajaran pasif untuk mendapatkan dalam beberapa mikron, kemudian penalaan halus-aktif untuk pengoptimuman akhir. Lebih banyak langkah proses, tetapi ekonomi berfungsi untuk-produk berprestasi tinggi di mana pelanggan sebenarnya mengambil berat tentang margin pautan.

Fotonik silikon mengubah beberapa andaian di sini. Apabila pandu gelombang anda ditakrifkan secara litografi pada wafer silikon dan laser anda diikat-cip terbalik atau disepadukan secara heterogen, masalah penjajaran sebahagiannya berubah menjadi masalah pembuatan semikonduktor. Set kemahiran yang berbeza. Mod kegagalan yang berbeza.

 

 

Kimpalan-mengakibatkan masalah herotan penjajaran

 

Kimpalan laser kekal sebagai kaedah penyambungan pilihan untuk gentian-ke-membungkus lampiran dalam modul hermetik. Kimpalannya kuat, pantas dan tidak mengeluarkan gas seperti beberapa pelekat. Masalahnya ialah apa yang berlaku apabila kolam kimpalan menjadi sejuk.

Penguncupan terma menarik pemasangan ferrule gentian ke arah yang bergantung pada geometri kimpalan, sifat bahan dan - ini ialah bahagian yang mengecewakan - jujukan khusus di mana anda membuat berbilang kimpalan. Anjakan-pasca kimpalan boleh melebihi beberapa mikrometer jika anda tidak berhati-hati. Pemasangan anda yang dijajar dengan sempurna menjadi tidak sejajar sebaik sahaja anda selesai menyertainya.

Strategi pampasan wujud. Sesetengah pengeluar dengan sengaja mengimbangi penjajaran pra{1}}mereka untuk mengambil kira peralihan yang diramalkan. Yang lain menggunakan parameter kimpalan pengecutan-rendah dan menerima masa kitaran yang lebih lama. Segelintir telah membangunkan sistem-pemantauan masa sebenar yang mengukur anjakan semasa mengimpal dan menggunakan pelarasan pembetulan sebelum sambungan menjadi kukuh sepenuhnya.

Tiada satu pun daripada pendekatan ini tidak mudah. Setiap reka bentuk pakej baharu memerlukan-mencirikan semula gelagat peralihan.

 

Realiti bilik bersih

 

Modul optik dipasang dalam bilik bersih daripada Kelas ISO 7 hingga Kelas ISO 5 untuk operasi-pencemaran paling sensitif. Angka-angka itu kedengaran mengagumkan sehingga anda menyedari bahawa seorang manusia yang duduk tidak bergerak menghasilkan kira-kira 100,000 zarah seminit pada ambang saiz 0.3 mikron.

Zarah pada muka akhir gentian mencipta tempat panas setempat apabila diterangi oleh-cahaya laser berkuasa tinggi. Dari masa ke masa, tempat itu mengkarbonatkan bahan cemar organik menjadi kecacatan penyerapan kekal yang secara beransur-ansur merendahkan prestasi. Mod kegagalan ini mendorong keseluruhan barisan produk untuk melaksanakan 100% pemeriksaan muka akhir sebelum pemasangan akhir.

Kawalan bilik bersih standard mengendalikan zarah bawaan udara dengan baik. Pencemaran molekul lebih licik. Sebatian organik meruap daripada pelekat, pelarut pembersih, malah plastik keluar gas boleh mendepositkan filem tidak kelihatan pada permukaan optik. Filem ini sangat merosakkan aplikasi DUV tetapi menyebabkan masalah merentasi panjang gelombang.

AMC-bilik bersih terkawal - pencemaran molekul bawaan udara terkawal - mewakili keadaan terkini untuk pemasangan optik-kebolehpercayaan tinggi. Sistem penapisan adalah mahal. Peralatan pemantauan adalah mahal. Senarai bahan terhad menimbulkan sakit kepala rantaian bekalan.

Berbaloi ke? Bergantung pada sama ada anda menghantar SFP komoditi atau komponen untuk-sistem yang layak.

 

 

Pampasan suhu mengambil masa lebih lama daripada belanjawan sesiapa

 

Kuasa keluaran diod laser dan panjang gelombang kedua-duanya beralih dengan suhu. Laser DFB biasa hanyut kira-kira 0.1 nm/ darjah dalam panjang gelombang dan memerlukan pelarasan arus pincang untuk mengekalkan kuasa optik yang berterusan merentasi julat suhu operasi.

Pampasan suhu melibatkan pencirian setiap modul pada berbilang titik suhu - selalunya dalam kenaikan 5 darjah atau 10 darjah daripada -40 darjah hingga +85 darjah untuk produk gred-perindustrian - dan pekali pembetulan pengaturcaraan ke dalam MCU modul. Pekali melaraskan arus pincang dan kadangkala amplitud modulasi sebagai fungsi suhu kes yang diukur.

Ini kedengaran mudah sehingga anda menyedari setiap modul berkelakuan sedikit berbeza disebabkan oleh variasi pembuatan dalam laser itu sendiri, laluan haba dari persimpangan ke termistor, dan toleransi komponen dalam litar pemacu. Modul gred-pengguna yang dikeluarkan secara besar-besaran-menggunakan jadual pampasan generik dan menerima hamparan prestasi yang terhasil. Modul-berprestasi tinggi mendapat pencirian individu.

Seorang jurutera yang saya kenali menghabiskan empat bulan mengoptimumkan algoritma pampasan suhu untuk platform modul 400G baharu. Empat bulan mengenai perkara yang kebanyakan orang akan tolak sebagai langkah penentukuran.

 

Pembezaan TOSA-ROSA kurang penting berbanding dahulu

 

Seni bina transceiver optik tradisional memisahkan fungsi penghantaran (subhimpunan optik pemancar TOSA -) daripada fungsi terima (subhimpunan optik penerima ROSA -). Setiap subpemasangan dibungkus secara bebas, diuji, kemudian disepadukan pada modul PCB.

Ini masuk akal apabila modul optik menggunakan pakej TO{0}}can diskret dengan reka bentuk saluran tunggal-yang ringkas. Modul-berbilang saluran-berkelajuan lebih tinggi semakin menyepadukan fungsi hantar dan terima bersama-sama, atau menghapuskan pembungkusan OSA tradisional sepenuhnya melalui pendekatan-pada-papan di mana cetakan kosong dipasang terus ke substrat PCB.

Pembungkusan COB mengurangkan bilangan antara muka optik - setiap antara muka ialah titik kehilangan yang berpotensi - tetapi memerlukan persekitaran pembuatan yang lebih bersih dan peralatan pemasangan yang lebih canggih. Aliran ini jelas, walaupun peralihan tidak lengkap.

Transceiver BiDi merumitkan lagi gambar dengan menggunakan{0}}pemultipleksan bahagian panjang gelombang untuk menghantar dan menerima pada satu gentian. BOSA yang menggabungkan fungsi TOSA dan ROSA dengan penapis WDM bersepadu memerlukan toleransi penjajaran yang lebih ketat kerana kedua-dua laluan optik mesti mencapai teras gentian yang sama.

 

Apa yang terbakar-dalam ujian sebenarnya

 

Modul mengalami-penuaan suhu tinggi sebelum penghantaran - biasanya 24 hingga 168 jam pada suhu kes tinggi sekitar 70-100 darjah semasa beroperasi pada keadaan berat sebelah biasa.

Matlamatnya bukan untuk mensimulasikan tahun operasi lapangan. Ia adalah untuk mencetuskan kegagalan kematian bayi. Sesetengah peratusan komponen mengandungi kecacatan terpendam - ikatan wayar yang lemah, sambungan pateri marginal, aspek laser yang sedikit terdegradasi - yang tidak akan nyata dalam keadaan biasa tetapi gagal dengan cepat di bawah tekanan dipercepatkan. Lebih baik mencari ini semasa pembuatan daripada dalam rangkaian pelanggan.

Burn-dalam menangkap masalah sebenar. Setiap barisan pengeluaran mempunyai cerita tentang menangkap lot komponen yang buruk melalui pembakaran-dalam kegagalan sebelum unit tersebut dihantar. Hujah balas ialah pembakaran-dalam menggunakan ruang rak, tenaga dan masa kitaran yang secara langsung memberi kesan kepada kos pembuatan. Modul komoditi selalunya mengurangkan tempoh terbakar-atau melangkaunya sepenuhnya, menerima kadar kegagalan medan yang lebih tinggi sebagai-kos-melakukan-pengiraan perniagaan.

Ujian berbasikal suhu mempunyai tujuan berbeza - mendedahkan kecacatan pemasangan berbanding kecacatan komponen. Pengembaraan terma berulang menekankan sambungan pateri, ikatan pelekat dan antara muka mekanikal. Retak merambat. Antara muka keletihan. Apa sahaja yang marginal menjadi gagal.

 

 

Mengapa modul anda mungkin tidak berfungsi dalam suis orang lain

 

Isu pengekodan EEPROM menyebabkan lebih banyak aduan lapangan daripada kebanyakan vendor mahu mengakui.

Modul optik mengandungi cip memori kecil yang menyimpan data pengenalan, pekali penentukuran dan parameter pemantauan diagnostik dalam format piawai yang ditakrifkan oleh spesifikasi jawatankuasa SFF. Sistem hos membaca data ini untuk mengenali modul, menetapkan parameter pengendalian yang sesuai dan memantau kesihatan semasa operasi.

Pengilang suis dan penghala yang berbeza mentafsir spesifikasi ini dengan tahap ketegasan yang berbeza-beza. Modul yang berfungsi dengan sempurna dalam satu peralatan vendor mungkin ditolak oleh yang lain kerana perbezaan pengiraan semak, nilai yang tidak dijangka dalam medan "terpelihara" atau vendor proprietari-penguatkuasaan ID.

Pasaran transceiver pihak ketiga-ada sebahagian besarnya disebabkan oleh cabaran kesalingoperasian ini. Syarikat pakar dalam kejuruteraan-balikan keperluan EEPROM khusus untuk vendor peralatan utama dan modul yang serasi pengaturcaraan. Istilah teknikalnya ialah "pengekodan." Realiti praktikal melibatkan ujian keserasian yang meluas terhadap peralatan sebenar daripada Cisco, Juniper, Arista, dan berpuluh-puluh yang lain.

 

Hermetik berbanding kos

 

Pembungkusan hermetik - perumah logam dengan kaca-ke-pengedap logam dan penutup dikimpal - menyediakan standard emas untuk kebolehpercayaan jangka-panjang. Tiada kemasukan lembapan. Tiada masalah keluar gas. Jangka hayat dua puluh-tahun yang boleh diramal dalam persekitaran yang keras.

Kosnya juga jauh lebih tinggi daripada alternatif bukan{0}}hermetik.

Kebanyakan modul optik pusat data menggunakan-pembungkusan tidak hermetik dengan tahap perlindungan alam sekitar yang berbeza-beza. Pengedap epoksi, salutan selaras, bahan getter terpilih untuk menyerap lembapan yang meresap. Pendekatan ini berfungsi secukupnya untuk-persekitaran terkawal iklim dengan kitaran penggantian yang agak singkat.

Peralatan pembawa telekomunikasi dan aplikasi aeroangkasa umumnya masih memerlukan pembungkusan hermetik penuh. Mod kegagalan daripada lembapan-pengakisan atau pencemaran mengambil masa bertahun-tahun untuk nyata, itulah sebabnya ia tidak boleh diterima dalam infrastruktur yang perlu beroperasi tanpa pengawasan selama beberapa dekad.

Pemodulator litium niobate filem nipis-orang mempelajari ini dengan cara yang sukar. Peranti awal dengan pengedap hermetik yang tidak mencukupi menunjukkan kemerosotan prestasi misteri dalam penggunaan medan. Ternyata wap air menyebabkan hanyutan DC dalam struktur elektrod.

 

Hasil adalah segala-galanya

 

Reka bentuk modul yang mencapai semua spesifikasi prestasi tetapi hanya menghasilkan 60% unit yang baik akan kehilangan wang. Reka bentuk yang sedikit lebih rendah menghasilkan 95% mungkin menguntungkan. Pertukaran ini mendorong lebih banyak keputusan kejuruteraan daripada keanggunan teknikal yang pernah dilakukan.

Kehilangan hasil terkumpul berganda-ganda merentasi langkah-langkah proses. Jika pelekat laser anda menghasilkan 98%, ikatan wayar anda menghasilkan 97%, gandingan gentian anda menghasilkan 95%, dan lecuran anda-dalam kemandirian ialah 99%, hasil terkumpul anda ialah 0.98 × 0.97 × 0.95 × 0.99=89%. Bunyinya okay sehingga anda ingat nombor tersebut adalah optimistik dan proses sebenar mempunyai lebih banyak langkah.

Tekanan tanpa henti pada hasil menjelaskan mengapa kawalan proses dirawat dengan semangat keagamaan dalam pembuatan optik. Carta kawalan proses statistik. Pemeriksaan bahan masuk. Protokol kelayakan peralatan. Pensijilan operator. Apa-apa sahaja yang mengurangkan variasi mengurangkan kehilangan hasil.

Ia juga menerangkan mengapa jurutera pembuatan menjadi gelisah tentang perubahan reka bentuk. Setiap pengubahsuaian berpotensi menetapkan semula keluk pembelajaran hasil anda.

 

Antara muka penyambung yang mungkin anda abaikan

 

Antara muka mekanikal di mana gentian dipalamkan ke dalam modul lebih penting daripada kesederhanaan yang jelas.

Penyambung LC dan MPO mesti mencapai sentuhan fizikal antara muka hujung gentian yang digilap - atau jurang udara terkawal dengan tepat untuk reka bentuk sentuhan fizikal bersudut - sambil mengekalkan penjajaran dalam toleransi yang mengekalkan kecekapan gandingan. Perumahan penyambung, bekas pada modul, dan geometri mengawan semuanya menyumbang.

Haus daripada sisipan berulang merendahkan penyambung dari semasa ke semasa. Spesifikasi MSA mentakrifkan keperluan ketahanan minimum, tetapi prestasi sebenar berbeza-beza berdasarkan tahap pencemaran, teknik sisipan dan kualiti pembuatan kedua-dua penyambung dan bekas.

Saya telah melihat penyelesaian masalah pautan selama berjam-jam sebelum seseorang akhirnya membersihkan penyambung LC dan masalah itu hilang.

 

Apakah sebenarnya penghantaran berbanding apa yang ditunjukkan oleh persidangan

 

Kertas persidangan menunjukkan modul 1.6 Tbps dengan format modulasi koheren eksotik dan-penyepaduan fotonik berpakej bersama. Penghantaran volum sebenar kekal dikuasai oleh transceiver boleh pasang 100G dan 400G menggunakan seni bina yang agak konvensional.

Jurang antara demonstrasi dan penggunaan menjangkau kira-kira lima tahun untuk kebanyakan teknologi. Fotonik silikon mengambil masa lebih lama. Hasil penyelidikan pertama muncul pada awal 2000-an; volum komersial yang bermakna tidak tiba sehingga pertengahan 2010-an.

Ini bukan pesimisme - tetapi realiti pembuatan. Beralih daripada prototaip berfungsi kepada pengeluaran besar-besaran yang boleh dipercayai memerlukan penyelesaian masalah hasil, pembekal yang layak, membina infrastruktur ujian dan mewujudkan data kebolehpercayaan medan. Setiap langkah mengambil masa.

Modul optik 800G sedang meningkat sekarang. 1.6T akan menyusul. Teknologi asas wujud. Keupayaan pembuatan adalah apa yang mengambil masa bertahun-tahun untuk matang.

Modul yang anda gunakan dalam rangkaian anda pada suku seterusnya mungkin telah memasuki pembangunan empat tahun lalu dan bergantung pada teknologi komponen asas yang terbukti sedekad sebelum itu. -Penyelidikan canggih akhirnya menjadi kejuruteraan pengeluaran yang membosankan, iaitu cara ia sepatutnya berfungsi.