التغليف الضوئي: علب TO، الصناديق، العدسات، العوازل

رقاقة الليزر قطعة من أشباه الموصلات طولها بضع مئات من الميكرومترات؛ وقطر لُبّ الليف 9 µm. ونقل الضوء من إحداهما إلى الأخرى، والإبقاء عليه هناك عشرين عامًا، ومنع الانعكاسات من العودة — كل ذلك مهمة التغليف الضوئي: العلب المعدنية والعدسات والعوازل والمقابس التي تؤلف TOSA أو ROSA. ويحدد التغليف معظم تكلفة الوحدة، وجزءًا كبيرًا من مدى إرسالها، وتقريبًا كل موثوقيتها على المدى الطويل.

أنماط التغليف

داخل TOSA من نوع عبوة TO

  ┌── غطاء بعدسة كروية ──┐
  │        ○ عدسة          │      → الضوء إلى المقبس / جذع الليف
  │   ▄ رقاقة الليزر على   │
  │     ركيزة AlN          │  ◄── ثنائي ضوئي للمراقبة خلف الليزر (ضوء الوجه الخلفي)
  │   ▪ مقاومة حرارية (اختياري) │
  ├─── الرأس (TO-46) ──────┤
  │  الأطراف: +/− الليزر،  │
  │        MPD، مقاومة حرارية، أرضي │
  └─────────────────────────┘

• الركيزة (AlN أو Si) توزّع الحرارة وتحمل الرقاقة الموصولة بأسلاك.
• الثنائي الضوئي للمراقبة (MPD) يلتقط انبعاث الوجه الخلفي — وهو جزء ثابت من الخرج — ويغذي حلقة APC؛ وتُشتق منه قدرة Tx في DDM، ولهذا فهي تقدير (الدقة والحدود).
• العدسة — عدسة كروية في الغطاء أو عدسة لا كروية منفصلة تُبَئِّر الحزمة المتباعدة (يتباعد خرج الليزر بزاوية 20–40°) على طرف الليف؛ وكفاءة الاقتران عادة 30–70 %، أي فقد 1.5–5 dB بين الرقاقة والليف.
• الغلق المحكم — يُبقي لحام المقاومة للغطاء وأختام الأطراف من الزجاج إلى المعدن الرطوبة بعيدًا عن الأوجه؛ ويُختبر التسرب بالهيليوم في الإنتاج (التصنيع والاختبار).

وتعكس ROSA البنية نفسها: رقاقة الثنائي الضوئي على الرأس، وغالبًا مع TIA داخل العلبة نفسها لإبقاء عقدة الممانعة العالية قصيرة، وعدسة في الغطاء، وطرف انحياز عالي الجهد لمستقبلات APD.

العوازل

الضوء المنعكس عائدًا إلى الليزر — من موصل، أو وجه طرفي متسخ، أو من الليف نفسه — يزعزع استقرار ليزرات DFB وEML: فهو يرفع الضوضاء (RIN)، ويسبب قفز الأنماط وارتعاش الطول الموجي، وقد يزيح قراءة Tx في DDM. ويجلس عازل ضوئي (مُدوِّر فاراداي بين مُستقطِبين، بعزل 25–35 dB وفقد 0.3–0.5 dB) بين الليزر والليف في كل وحدة 1310/1550 nm أيًّا كان مداها. وعادة ما تستغني عنه وحدات SR القائمة على VCSEL: فالوصلات متعددة الأنماط أقل حساسية للانعكاس، وكل عُشر dB له وزنه عند 850 nm. وتستغني عنه أحيانًا أيضًا وحدات ONU الرخيصة في PON — وهذا أحد أسباب تفاوت سلوكها على منشأة عاكسة (مشكلات PON).

واجهة الليف: مقبس أو ذيل

عائلات الموصلات ورموز التلميع: الموصلات والألياف.

المحاذاة: أين تذهب التكلفة

تبلغ سماحية المحاذاة بين الرقاقة والليف نحو ±1 µm للأحادي النمط. ويستخدم المصنّعون المحاذاة الفعّالة — تشغيل الليزر بينما يحرّك روبوت العدسة أو الليف لتعظيم القدرة المقرونة، ثم تثبيتها باللحام بالليزر أو بالإيبوكسي المُعالَج بالأشعة فوق البنفسجية. وتستغرق العملية ثوانٍ لكل قطعة، وهي أرضية التكلفة لـTOSA أحادي النمط؛ أما متعدد الأنماط (لُبّ 50 µm) فيتحمّل ±10 µm ويمكن محاذاته سلبيًا، ولهذا ضوئيات 850 nm رخيصة، ولهذا يعمل COB ومصفوفات العدسات عند 850 nm أولًا (الرقاقة على اللوحة).

التغليف متعدد القنوات

• المتوازي (SR4، وDR4): أربعة أو ثمانية ليزرات على ركيزة واحدة أو كرقاقات منفصلة، ومصفوفة عدسات واحدة، وفيرول MT واحد.
• WDM (LR4، وCWDM4، وFR4): أربع وحدات TOSA (أو مصفوفة واحدة رباعية القنوات) تغذي مضمّمًا داخليًا، ثم منفذ ليف واحد — وكتلة المرشِّح جزء من العبوة (WDM داخل الوحدة).
• BOSA (BiDi، وPON): يتشارك ليزر وثنائي ضوئي منفذًا واحدًا عبر مرشِّح WDM بزاوية 45°؛ وثلاثة منافذ في مُثلِّث PON (triplexer).

التغليف والموثوقية

في CodingBox

التغليف غير مرئي في خريطة الذاكرة، لكن نتائجه ليست كذلك: فقد الاقتران يظهر كقدرة Tx منخفضة مع انحياز طبيعي، وتلف الوجه يظهر كاتجاه في الانحياز، والجذع التالف يظهر كـRx منخفضة لا يصلحها التنظيف. وسجل DDM على مدى عمر الوحدة، إلى جانب منظار الفحص على منصة الاختبار، يخبرك بأيٍّ منها لديك.