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发射组件
TOSA
常用参数
?
发射组件
TOSA
内部原理图
LD-
PD+
保护二极管
LD+
常用参数
PD-
1
正向电压
V
F
指激光器工作在一定前向驱动电流
的条件下（一般为
Ith+20mA
）对应的正向电压值
包括激光器的
带隙电压
V
BG
及等效串联电阻的压降
I*R
L
。下图为。
< br>
在高速应用条件下，激光器的寄生电感一般也要考虑。
图
1
激光器的简化等效电路
WTD
的
LD
一般为
1.2 ~ 1.6V <
/p>
V
F
参数对光模块的影响：激光器高速率
低电压直流耦合驱动产生的
电压净空
问题
图
2
激光器的
DC
耦合驱动电路
OUT-
及
OUT+
回路轮流导通，当
< br>OUT+
灌入调制电流时：
V
LOW
=V
CC
-V
F
-V
L
-I
MOD
*R
D
< br>
其中
V
CC
< br>为电源电压
,
这里为
3.3V
I
MOD
为
调制电流，设为
60mA
V
L
为激光器寄生电感（一般为
1~2nH<
/p>
）引起的交变电流的压降，可近似计算为
V
L
=H*
Δ
I/
Δ
t ,
若在
2.5Gb/s
条件下工作，上升沿时间
20%~80
%
为
80ps ,
则得出
V
L
为
0.7V
若
R
D
=20
Ω
，
I
MOD
*R
D
=1.2V
显然这时
V
LOW
< br>很小，而事实上驱动器的输出级工作在放大状态，
V
LO
W
一般大于
0.7V
，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=I
0
e
T/T0
I
0
为
25
℃时的阈值电流，
T
0
为特征温度，
表示激光器对温度敏感的程度
<
/p>
对于
WTD
的长波长激光器，
T
0
为
50~80K
Ith
参数对光模块的影响：
图
3
<
/p>
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。
3 P-I
曲线（
P-I
）
指激光器总的输出光
功率
P
与注入电流
I
< br>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<
/p>
η
=hc/
λ
e
= 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
< br>
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
I
BAIS
+1/2 I
MOD
驱动电流的条件下对应的功率。
由于
I
BAIS
≈
Ith<
/p>
，
则如果
1/2
I
MOD
=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
P
额定光功率
P
0
实际光功率
P
1
理论光功率
P2
10%P
0
I
图
4
P-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
Δ
I
MOD
=K
Δ
I
BIAS
,
因为激光器
SE
的温度特性有如下特点，
在
< br>25
℃
到
60
< br>℃，
SE
变化不大，但从
60<
/p>
℃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
S
E
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-up Table
查找表方式，往往根据几个典型
温度点精确设置
I
BIAS
及
I
MOD
以上
4
种方法均是以激光器具有良好的线性度为前提的。
< br>
（
3
）拐点
指
P-I
曲线上的扭转点，如图
5
P
拐点
I
图
5
P-I
曲线的拐点
< br>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，
<
/p>
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<
/p>
）最大饱和光功率
P
饱和光功率
Ps
P
1
P
A
P
0
I
I
BIAS
I
MOD
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
I
BIAS
+I<
/p>
MOD
电流，
则模块能够输出的最大光功
率就为
P
A
，
因为若以
P
S
为
P
1
，根据下面
2
< br>个等式：
P
A
=
（
P
1
< br>+ P
0
）
/2
Ext.r =10 lg P
1
/
P
0
模块要求的消光比
Ext.r
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（
I
m
）
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
μ
A
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<
/p>
为
18~1500
μ
A
，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
100
μ
A
< br>
。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。
< br>
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
。
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