TOSA-ROSA-BOSA光电组件介绍

TOSA_ROSA_BOSA光电组件介绍第一页，共80页。目录5-1概述5-2光发射组件（TOSA）5-3光接收组件（ROSA）5-4光收发一体组件（BOSA）5-5光电模块5-6最新进展和未来发展第二页，共80页。5-1概述光电模块在STM-1ADM光通信系统中的位置HDB3编码HDB3解码去映射映射时隙指定/交叉E1E1-分插享用段/通道开销处理解扰码串/并段/通道开销处理扰码串/并STM-1光电模块光电模块O/E抽时钟网管电源E/O定时再生GaAs—ICGe-Si--ICSi-MOS—ICLSorULSGaAs—ICGe-Si--IC第三页，共80页。5-1概述光端机的技术发展和光电模块的产生StandardCompactPCIplatformMUXPWBOTBORBDEMUX+MUX/DEMUXPWBPWBORBOTRB+过去现在未来??第四页，共80页。5-1概述光电模块的基本结构光电模块定义：完成O/E、E/O变换且具有标准光接口和电接口的系统基本结构：光源（TOSA）+驱动电路、探测器（ROSA）+接收电路、接口、其它辅助电路、外壳分类方法结构用途国内外主要厂家

第五页，共80页。5-2TOSA含义：TransmitterOpticalSub-Assembly光发射组件（TOSA）分类：同轴封装（TO-CAN）其它结构TO56LD、金属件、陶瓷套筒（sleeve）、陶瓷插芯（ferrule）第六页，共80页。5-2TOSATOSA的设计光学设计合适的耦合效率小的光反射传统的：低成本：第七页，共80页。5-2TOSA光学设计球透镜耦合效率~15%8°插芯陶瓷反射损耗~-50dB耦合台精度~0.8m非球透镜耦合效率~50%8°插芯陶瓷反射损耗~-50dB耦合台精度~0.5m第八页，共80页。5-2TOSA球透镜:•优点:工艺成熟,用量大,成本低•问题:耦合效率ŋ低•原因:球透镜的球差太大|X|=1/2(n2/(n2-1)2-1)·f·NA3对ф=1.5mm,n2=1.5的球透镜|X|∽1.7mm>>φfŋmax≦15%Pf(max)∽1.5mwLD|X|光纤N2第九页，共80页。5-2TOSA非球透镜•优点:像差小,ŋ高•问题:工艺复杂,价格较高

光纤LD

ŋ≥35%ŋmax∽53%

第十页，共80页。5-2TOSA球透镜与光纤插芯耦合第十一页，共80页。产品对比－非球透镜与NEC、巨康、SUMITOMO的同类产品的主要参数对比厂家型号Ith(mA)(CW)Vf(V)(Ith+20mA)η(W/A)(CW,5mW)λc(nm)(CW,5mw)MINTYPMAXMINTYPMAXMINTYPMAXMINTYPMAX镭波5151.11.60.350.4129013101330NECNX6306G10201.11.60.20.312801335巨康AC322010151.151.50.30.4129013101330SUMITOMOSLT11308151.21.6128013101340厂家型号Δλ(nm)(CW,RMS)Im(uA)(Vr=5V)Iop(mA)(CW,5mW)MINTYPMAXMINTYPMAXMINTYPMAX镭波2415040010002030NECNX6306G2006001000巨康AC3220231002230SUMITOMOSLT113025200第十二页，共80页。产品对比－非球透镜对比NEC、巨康、SUMITOMO的同类产品的出纤功率/耦合效率，镭波产品达到国际同类产品的先进水平表中单位：光功率为mW，耦合效率为%厂家型号MINTYPMAX镭波5.0/45%5.2/50%6.4/53%NECNX6306G4.0/40%巨康AC32203.5/38%SUMITOMOSLT11304.0/40%第十三页，共80页。5-2TOSA热设计DescriptionValueUnits0.2W0.5W1WHeightoflaserstripe0.50.50.5[µm]Widthoflaserstripe5050100[µm]Z-positionoflaserstripe111[µm]HeightofLD0.150.150.15[mm]WidthofLD0.50.50.5[mm]LengthofLD0.50.751.1[mm]Thicknessofsolder333[µm]Heightofheatspreader0.20.20.2[mm]Widthofheatspreader1.01.01.0[mm]Lengthofheatspreader1.11.11.5[mm]Thicknessofsolder/glue3/203/203/20[µm]Heightofbase1.71.71.7[mm]Widthofbase1.21.21.2[mm]Lengthofbase444[mm]

Materialk[W/m/k]Glue1GaAs46AuSn57.1AlN180CVDD1800Copper400Invar13第十四页，共80页。5-2TOSABaseBondingP=200mWP=500mWP=1000mWAlNCVDDAlNCVDDAlNCVDDCopperSolder35.026.430.724.925.122.6CopperGlue41.027.036.025.628.423.1InvarSolder97.484.091.682.474.370.0InvarGlue102.990.297.188.778.374.5Table3Themaximumtemperaturein°C.BaseofInvarorCopper,heatspreaderbondedtobasewithsolderorglue.Heatinputinallcases1W,thenominalpowerofthediodeisgiven.-热设计第十五页，共80页。5-2TOSABaseBondingP=200mWP=500mWP=1000mWAlNCVDDAlNCVDDAlNCVDDCopperSolder15.06.410.74.95.12.6CopperGlue21.010.816.09.38.45.8InvarSolder77.464.071.662.454.350.0InvarGlue82.970.277.168.758.354.5Table4ThethermalresistanceinK/W.BaseofInvarorCopper,heatspreaderbondedtobasewithsolderorglue.Thenominalpowerofthediodeisgiven.-热设计第十六页，共80页。5-2TOSABaseBondingP=200mWP=500mWP=1000mWAlNCVDDAlNCVDDAlNCVDDCopperSolder100%43%100%46%100%51%CopperGlue140%72%149%87%165%114%InvarSolder516%426%668%582%1070%986%InvarGlue553%468%720%641%1150%1075%Table5Therelativethermalresistance,AlNsolderedheatspreaderwithcopperbaseasreference.BaseofInvarorCopper,heatspreaderbondedtobasewithsolderorglue.Thenominalpowerofthediodeisgiven.-热设计第十七页，共80页。5-2TOSA-热设计Figure2Thetemperaturedistributionofthepackage.200mWdiodeoncopperbasewithsolder.TotheleftAlNheatspreader,CVDDheatspreaderattheright.第十八页，共80页。5-2TOSA-热设计第十九页，共80页。5-2TOSA第二十页，共80页。5-2TOSA机械设计耦合的精确定位–达到0.5m稳定的固定支撑–维持0.5m和模块的配合-无应力第二十一页，共80页。5-2TOSA-机械设计LD器件金属件套管插芯第二十二页，共80页。5-2TOSA耦合的精确定位和固定第二十三页，共80页。自动耦合系统第二十四页，共80页。YAG激光器TO封装LD耦合焊接系统第二十五页，共80页。5-2TOSA

TCS-MUTCS-MU-3L6.8+0/-0.1ØDØ1.62±0.01ØdØ1.246R0.1耦合的精确定位和固定L3.0～15.0±0.1ØD1.0～8.0±0.01ØdØ0.5～5.0±0.001第二十六页，共80页。说明额定极限值

组件性能(FP)组件性能(DFB)管脚排列与极性图固定架选择图Hi-OptelTechnology

激光器组件特点：固定架3125476返回第二十七页，共80页。5-2TOSA-机械设计第二十八页，共80页。5-2TOSATOSA工艺过程LD和LD管座固定调整耦合台点UV胶并照射插芯和插芯座固定入库末测老化YAG激光焊接

第二十九页，共80页。5-2TOSATOSA的测试L-I-VIth30mA下Pf插拔30mA下△Pf连续3次≤0.2dB第三十页，共80页。TOSA测试系统框图TrigSourceMeter2400DualPhotodiodeMeter2500IEEE-488InterfacePCSoftwareTECPDTECControl2510-ATSphereBD

本系统适用于激光二极管中Chip，TO，Model各阶段的产品测试，其核心测试为L-I-V测试，根据不同用户的要求，可选配不同类型的积分球，温控器或数字多用表进行温控和其它参数的测试

系统组成一台Model2400源表一台双通道光功率计2500一台带GPIB接口卡的PC为用户定做的专用程序

第三十一页，共80页。5-2TOSATOSA的测试第三十二页，共80页。5-2TOSA主要技术指标FP-TOSA光电参数符号最小值典型值最大值单位测试条件输出光功率LPF0.20.3-mWIF=Ith+20mAMPF0.81.0-mWIF=Ith+20mAHPF1.52.0-mWIF=Ith+20mA阈值电流Ith-1020mACW工作电流IOP-3060mA-工作电压VOP-1.11.5VIF=Ith+20mA中心波长1310nmλc128013101340nmIF=Ith+20mA1550nm148015501580上升、下降时间（10~90%）Tr/Tf-0.30.7nsIF=Ith+20mA监视电流Im0.10.5mAIF=Ith+20mA光谱宽度（RMS）1310nmΔλ-37nm-1550nm-37第三十三页，共80页。5-2TOSADFB-TOSA主要技术指标光电参数符号最小值典型值最大值单位测试条件输出光功率PF1.52.0-mWIF=Ith+20mA阈值电流Ith-1020mACW工作电流IOP-3060mA-工作电压VOP-1.11.5VIF=Ith+20mA中心波长1310nmλc128013101340nmIF=Ith+20mA1550nm148015501580上升、下降时间（10~90%）Tr/Tf-0.30.7nsIF=Ith+20mA监视电流Im0.10.5-mAIF=Ith+20mA光谱宽度（-20dB）Δλ-1-nm-边模抑制比SMSR3040-dB-第三十四页，共80页。5-3ROSA含义：ReceiverOpticalSub-Assembly光接收组件（ROSA）分类：同轴封装（TO-CAN）其它结构TO46PIN-TIA、金属件、陶瓷套筒（sleeve）、陶瓷插芯（ferrule）第三十五页，共80页。5-3ROSAROSA的设计光学设计电路设计热设计机械设计PD的光敏面40~75mSM光纤芯径9m-0.5dB耦合容差~1.5m第三十六页，共80页。5-3ROSA-电路设计i、i1分别是1码和0码电平处噪声电流的RMS值；BER是误码率，为10-9时，Q=6；R是PIN-PD的光电转换效率；BWPD是PD带宽；RL是放大器的等效输入电阻；第三十七页，共80页。5-3ROSAW是i层厚度，Vsat是载流子最大漂移速度。RS是PIN-PD的串联电阻，Cin是放大器的等效输入电容，是PD芯片电容和分布电容之和。PD芯片电容为A/W，A是光敏区面积。例子：W=10m，Vsat=105m/s（Si），tr=100ps

Cin~1pF，RL~1000，RC=1000ps第三十八页，共80页。5-3ROSA第三十九页，共80页。5-3ROSA同轴TO-46型PIN-TIA原理框图第四十页，共80页。TO-46型PIN-TIA封装结构第四十一页，共80页。5-3ROSA测试设备电压源光功率计光衰减器示波器测试板测试参数输出电压（-30dB光注入）工作电流插拔一致性第四十二页，共80页。5-3ROSA主要技术指标交流特性符号最小典型最大单位测试条件增益(单端应用)（差分应用）G--100200mV/μWλ=1300nm带宽(-3dB)BW115--MHzPf=1μW灵敏度（Ber=10-10）Sen.--39-dBmλ=1300nm饱和光功率--30-dB输出电阻（差分）Ro-50-Ω工作电流Icc-3240mA第四十三页，共80页。5-4BOSA含义：Bi-dirictionalOpticalSub-Assembly光双向收发组件（BOSA）分类：同轴封装（TO-CAN）其它结构TO56LD、TO46PIN-TIA、光学滤波片(WDM-Filter)、金属件、陶瓷套筒（sleeve）、陶瓷插芯（ferrule）第四十四页，共80页。5-4BOSA设计光学设计原理

在一根光纤中利用波分复用（WDM）技术进行信号的全双工传输21光纤LD2PD1PD2第四十五页，共80页。5-4BOSA设计光学设计实现方案•熔接拉锥模间耦合•平面光波导--PLC（美国）•光纤光栅---------------------光栅分光•小型滤波片（大陆/台湾）干涉膜型滤波器•Si基微型滤波片光纤（日本）第四十六页，共80页。光学设计实现方案第四十七页，共80页。5-4BOSA设计方案的比较性能体积密封性集成性一致性设备要求易生产性批量成本滤波片高大好差一般低手动较高光纤滤波高小差一般一般高/半自动较高平面波导高较小差好好高半自动较低第四十八页，共80页。5-4BOSA设计WDM滤波片型光路原理光发/透射

1490nmLD光纤

1310nm透镜PD光收/反射第四十九页，共80页。5-4BOSA设计1490T/1550T/1310R0°45°第五十页，共80页。5-4BOSA设计1310T/1490R/1550R0°45°第五十一页，共80页。5-4BOSA设计滤波片技术指标第五十二页，共80页。5-4BOSA机械设计波片尺寸2×2×0.4第五十三页，共80页。5-4BOSABOSA工艺过程第五十四页，共80页。5-4BOSAONU单元BOSA主要技术指标参数符号单位结果条件minmax中心波长λpnm12901330Ith+20mA光谱半宽△λm

nm1.92.3Ith+20mA，FP-LD阈值电流IthmA8.013.0Ith+20mA出纤光功率PfmW2.05.6Ith+20mA，SM插拔重复性△Pf

dB0.6Ith+20mA，5次平均速率BMb/S1250接收灵敏度SrdBm-24BER=10-12饱和光功率dBm-3BER=10-12光串扰dB25Ith+20mA第五十五页，共80页。3-51×9光收发模块电路设计发射电路设计接收电路设计结构设计测试1×9光收发模块1×9BIDI光收发模块GBIC光收发模块SFF光收发模块SFP光收发模块SFFBIDI光收发模块第五十六页，共80页。接收电路设计限幅放大器ICPIN-TIA时钟恢复判决再生IC第五十七页，共80页。光发射机电路设计第五十八页，共80页。光收发一体模块电路原理框图3片Si-IC和LD、PD构成光收发一体模块第五十九页，共80页。3-51×9光收发模块结构设计支撑TOSA、ROSA组件，注意应力电路板支撑，实现电接口ROSATOSA应力点应力点第六十页，共80页。3-51×9光收发模块--EMC电磁保护第六十一页，共80页。3-51×9光收发模块工艺流程电路板焊接电路板焊接TOSA/ROSA焊接电路调试屏蔽罩安装入库末测老化壳体安装第六十二页，共80页。3-51×9光收发模块测试设备码源和误码分析仪眼图分析仪光功率计光衰减器电源测试板第六十三页，共80页。3-51×9光收发模块