发射组件tosa常用参数及测试方法

发射组件TOSA常用参数

发射组件TOSA内部原理图

常用参数

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。

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

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OUT+灌入调制电流时：

V LOW=V CC-V F-V L-I MOD*R D

其中V CC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）引起的交变电流的压降，可近似计算为

V L=H*ΔI/Δt , 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=20Ω，I MOD*R D=1.2V

显然这时V LOW 很小，而事实上驱动器的输出级工作在放大状态，V LOW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=I0 e T/T0 I0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。

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I BAIS +1/2 I MOD 驱动电流的条件下对应的功率。

由于I BAIS ≈Ith ，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

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

额定光功率

P 1

P2

P 10%P

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ΔI MOD=KΔI BIAS, 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）L ook-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。

（3）拐点

指P-I曲线上的扭转点，如图5

图5 P-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 P 1

I

P P A P 0

饱和光功率BIAS MOD

I P

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 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P1，根据下面2个等式：

P A =（P1+ P0）/2

Ext.r =10 lg P1/ P0

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μA表示。