English 
简体中文 
繁體中文 
Русский 
Español 
Deutsch 
Français 
Português 
Italiano 
Türkçe 
Polski 
Nederlands 
日本語 
한국어 
Bahasa Indonesia 
Bahasa Melayu 
العربية 
हिन्दी 
Tiếng Việt 
ภาษาไทย 
বাংলা 
اردو 
Kiswahili 
Oʻzbekcha 
አማርኛ 
فارسی Dòng phân cực Tx và lão hóa laser
Trong số năm đại lượng giám sát DDM, dòng phân cực laser là đại lượng dự báo được tương lai. Một laser hao mòn bằng cách cần nhiều dòng điện hơn để tạo ra cùng một mức ánh sáng; vòng điều khiển của module giấu điều này khỏi giá trị đọc công suất Tx cho đến tận cuối, nhưng giá trị dòng phân cực lại thể hiện điều đó ngay từ tháng đầu tiên. Trang này giải thích vật lý đằng sau con số đó, “bình thường” trông như thế nào đối với từng loại laser, cách đọc một xu hướng và khi nào nên lên kế hoạch thay thế.
Cách một laser được cấp dòng điều khiển
Một laser bán dẫn bắt đầu phát xạ khi vượt qua dòng ngưỡng I_th của nó; vượt qua mức đó, công suất ra tăng gần như tuyến tính theo dòng điện (hiệu suất vi phân, mW/mA). Bộ phát đặt một dòng phân cực cao hơn ngưỡng và cộng thêm một dòng điều chế cho các bit 1 và 0. DDM báo cáo dòng phân cực (SFF-8472 A2h 100–101, 2 µA cho mỗi LSB), không phải dòng điều chế.
Phần lớn module chạy một vòng điều khiển công suất tự động (APC): một photodiode giám sát theo dõi công suất ra và driver điều chỉnh dòng phân cực để giữ công suất trung bình không đổi. Đó là lý do vì sao công suất Tx trong DDM giữ nguyên trong nhiều năm trong khi dòng phân cực cứ tăng dần — và vì sao một công suất Tx không đổi không nói lên điều gì về sự lão hóa.
Điều gì làm dòng phân cực thay đổi
| Nguyên nhân | Chiều | Khung thời gian | Có đảo ngược được không |
|---|---|---|---|
| Nhiệt độ — dòng ngưỡng tăng theo hàm mũ theo nhiệt độ (nhiệt độ đặc trưng T₀ ≈ 50–70 K đối với DFB) | tăng ~1 %/°C đối với DFB không làm mát; VCSEL tăng ít hơn cho đến khi roll-over | vài phút | có — chuẩn hóa trước khi đánh giá |
| Lão hóa — khiếm khuyết trong vùng hoạt động làm giảm hiệu suất | tăng, chậm | vài tháng đến vài năm | không |
| Điểm đặt làm mát (TEC) | không ảnh hưởng đến dòng phân cực; thể hiện ở dòng TEC | — | — |
| Suy hao ghép nối / nhiễm bẩn mặt phát — APC bù lại cho lượng ánh sáng tới sợi quang bị giảm | tăng | đột ngột hoặc từ từ | đôi khi (module không có pigtail thì không thể vệ sinh) |
| Giá trị giả hoặc bị đóng băng | không đổi | — | — |
Dải giá trị điển hình theo từng loại laser: Giá trị điển hình.
Hao mòn dần so với hỏng đột ngột
| Kiểu | Cơ chế | Dấu hiệu trên DDM | Ở đâu |
|---|---|---|---|
| Hao mòn dần | khiếm khuyết dạng vạch tối, oxy hóa mặt phát, khuếch tán chất pha tạp; theo Arrhenius — tuổi thọ giảm khoảng một nửa cho mỗi +10 °C | dòng phân cực tăng 20–50 % qua nhiều năm, rồi cuối cùng công suất Tx sụt xuống, rồi đến lỗi Tx | mọi loại laser; nhanh nhất trên module nóng, công suất cao |
| Hư hỏng quang học thảm khốc (COD) | mặt phát bị chảy ở mật độ quang cao | mất Tx tức thì; dòng phân cực có thể nhảy vọt lên giới hạn của driver | FP/DFB công suất cao (ZX, ER, PON OLT) |
| ESD / xung đột biến | hỏng lớp tiếp giáp | Tx chết hoặc công suất giảm còn một nửa giữa hai lần đọc liên tiếp | mọi loại; thường liên quan đến thao tác cầm nắm |
| Hỏng driver hoặc APC | mạch điện tử | dòng phân cực bằng 0 hoặc ở mức tối đa, cờ Tx bật | mọi loại |
| Hỏng TEC | laser quá nhiệt hoặc bước sóng trôi | báo động nhiệt độ laser, dòng TEC ở giới hạn, kênh DWDM trôi ra khỏi bộ lọc | DFB/EML được làm mát |
Thống kê hỏng hóc và ảnh hưởng theo lô: Hỏng hóc.
Tiêu chí hết vòng đời sử dụng
Nhà sản xuất thử nghiệm laser theo các chuẩn như Telcordia GR-468 và định nghĩa hết vòng đời bằng một mức thay đổi so với giá trị ban đầu tại công suất ra không đổi:
| Tiêu chí | Định nghĩa EOL điển hình |
|---|---|
| Dòng phân cực | +20 % (nghiêm ngặt, viễn thông) … +50 % (phổ biến) so với giá trị ghi nhận lúc lắp đặt |
| Dòng ngưỡng | +50 % |
| Công suất ra ở dòng cố định | −2 … −3 dB |
Cho mục đích giám sát: mức tăng 15–20 % so với giá trị tham chiếu là thời điểm nên lên kế hoạch thay thế; +50 % hoặc dòng phân cực đã chạm trần của driver nghĩa là module chỉ còn sống được trong thời gian ngắn nữa (Giám sát).
Đọc đúng một xu hướng
- Chuẩn hóa theo nhiệt độ — so sánh các giá trị đọc ở nhiệt độ module tương tự nhau, hoặc vẽ đồ thị dòng phân cực theo nhiệt độ và xem phần dư. Một đợt tăng nhiệt +10 °C vào mùa hè tự nó đã làm dòng phân cực DFB tăng khoảng 10 %.
- So sánh với giá trị tham chiếu của chính module đó, không phải với module khác: hai module cùng mã sản phẩm có thể chênh nhau 30 % về dòng phân cực ngay từ ngày đầu.
- Theo dõi độ dốc, không phải mức giá trị — một dòng phân cực cao nhưng ổn định là một laser vốn luôn cần nhiều dòng điện hơn; một dòng phân cực tăng 1 % mỗi tháng là một laser đang chết dần.
- Kiểm tra công suất Tx sau cùng — khi APC không còn bù được nữa, công suất Tx giảm và Rx ở đầu xa cũng giảm theo. Vào lúc đó, đường cong dòng phân cực đã kể câu chuyện này từ nhiều tháng trước.
- Module nhiều làn — so sánh bốn hoặc tám làn với nhau; một làn lão hóa nhanh hơn các làn còn lại là kiểu lỗi thường gặp nhất (Chẩn đoán theo từng làn).
Các loại laser và cách chúng lão hóa
| Laser | Đặc điểm lão hóa | Ghi chú |
|---|---|---|
| VCSEL 850 nm | tuổi thọ rất dài ở dòng thấp; nhạy cảm với nhiệt độ cao (roll-over do nhiệt) và ESD | dòng phân cực 4–9 mA; một VCSEL ở 12 mA là đáng ngờ |
| FP 1310 nm | bền, rẻ; nhảy mode thể hiện thành các bậc công suất nhỏ, không phải ở dòng phân cực | 1G LX, GPON ONU |
| DFB không làm mát | tăng dần đều đặn; phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ | 10G LR/ER, CWDM, 25G LR |
| DFB/EML được làm mát | dòng phân cực ổn định vì TEC giữ nhiệt độ; lão hóa thể hiện qua dòng phân cực tăng dần ở nhiệt độ laser không đổi; dòng TEC cho thấy vấn đề về môi trường xung quanh | DWDM, ER/ZR, 100G LR4 |
| Laser CW silicon photonics | một laser công suất cao dùng chung cho các làn; laser này hỏng sẽ kéo theo cả module | 400G DR4/FR4 |
Chi tiết về linh kiện: Laser, Sự phát triển của laser.
Dòng phân cực như một dấu vân tay
Vì dòng phân cực khác nhau giữa từng laser, một dòng phân cực không đổi trên cả một lô module cũng đáng ngờ như một công suất Tx không đổi: giá trị đó được ghi cứng vào bộ nhớ, chứ không phải được đo (Các mức DDM). Dòng phân cực của một module thật sẽ thay đổi theo nhiệt độ chỉ trong vài phút sau khi cắm vào.
Trong CodingBox
Màn hình DDM ghi lại dòng phân cực theo thời gian và nhiệt độ; một module được đọc lúc kiểm tra đầu vào và đọc lại lúc tháo ra cho thấy toàn bộ vòng đời của nó trên một biểu đồ duy nhất. Việc lưu giá trị đọc lúc lắp đặt trong Code database cung cấp giá trị tham chiếu mà các tiêu chí hết vòng đời ở trên phụ thuộc vào.