Оптички модули се производе са прецизношћу

 

 

Ноћна мора поравнања на коју вас нико не упозорава

 

Спајање ласерске светлости у једно-модно влакно захтева прецизност позиционирања око ±0,5 микрометара. Пола микрона. За контекст, људска коса је дебела отприлике 70 микрометара.

Недостаје вам та толеранција и ваши резервоари за ефикасност спајања. Губитак ефикасности значи веће погонске струје за компензацију, што генерише топлоту, што помера таласну дужину, што деградира ваш однос сигнала-на-на начине који каскадирају кроз цео буџет везе. Теоријске једначине спајања изгледају чисто у уџбеницима. Реалност укључује шест-фаза поравнања осовине, праћење снаге-у реалном времену и процесе очвршћавања лепка који уводе сопствене позиционе промене.

Гледао сам техничара како је провео цело поподне 2021. јурећи за губитком уметања од 2 дБ на ономе што је требало да буде рутинска ТОСА монтажа. Испоставило се да се куглично сочиво лагано ротирало током УВ очвршћавања - можда три степена - довољно да усмери зрак тик од језгра влакна. Три степена. То је оно што је овај посао.

 

Активно наспрам пасивног поравнања

 

Индустрија се око овога расправља већ двадесет година и још увек то није у потпуности решила.

Активно поравнање подразумева напајање ласера ​​током монтаже, праћење повезане оптичке снаге и итеративно подешавање положаја док не погодите циљ. То ради. Такође је спор, скуп и не повећава се грациозно када покушавате да испоручите милионе примопредајника месечно.

Пасивно поравнање се ослања на механичке карактеристике - урезане силиконске в-жлебове, литографски дефинисане постоље за монтирање, преокренуто-самопоравнавање за лемљење чипа- - да би се компоненте позиционирале без укључивања било чега. Када ради, пропусност се драматично побољшава. Када су толеранције неповољне, добијате проблеме са приносом који се манифестују као мистериозне серије модула са лошим перформансама који пролазе електричне тестове, али не испуњавају оптичке спецификације.

Хибридни приступи који добијају на снази сада користе пасивно поравнање да би дошли до неколико микрона, а затим активно фино{0}}подешавање за коначну оптимизацију. Више корака процеса, али економија функционише за производе високих{2}}учинака где је клијентима заиста стало до марже везе.

Силицијумска фотоника је овде променила неке претпоставке. Када су ваши таласоводи литографски дефинисани на силицијумској плочици и ваши ласери су повезани са флип{1}}чипом или хетерогено интегрисани, проблем поравнања се делимично трансформише у проблем производње полупроводника. Различити скуп вештина. Различити начини квара.

 

 

Проблем са{0}}изобличењем поравнања изазван заваривањем

 

Ласерско заваривање остаје пожељна метода спајања за прилоге влакана-за-паковање у херметичким модулима. Завар је јак, брз и не испушта гас као неки лепкови. Проблем је шта се дешава када се заварени базен хлади.

Термичка контракција повлачи склоп ферула од влакана у правцима који зависе од геометрије завара, својстава материјала и - ово је фрустрирајући део - специфичан низ у коме правите више завара. Померање након{3}}варења може да пређе неколико микрометара ако нисте пажљиви. Ваш савршено поравнат склоп постаје погрешно поравнат оног тренутка када завршите са спајањем.

Стратегије компензације постоје. Неки произвођачи намерно компензују своје поравнање пре{1}}варења да би узели у обзир предвиђено померање. Други користе ниско{3}}параметре заваривања и прихватају дужи циклус. Неколико њих је развило-системе за праћење у реалном времену који мере померање током заваривања и примењују корективна подешавања пре него што се спој потпуно очврсне.

Ниједан од ових приступа није сигуран. Сваки нови дизајн пакета захтева поновно-карактерисање понашања померања.

 

Стварност чисте собе

 

Оптички модули се склапају у чистим просторијама у распону од ИСО класе 7 до ИСО класе 5 за најосетљивије-операције на контаминацију. Бројеви звуче импресивно док не схватите да један човек који седи непомично генерише отприлике 100.000 честица у минути на прагу величине од 0,3 микрона.

Честица на крајњој страни влакна ствара локализовану врућу тачку када је осветљена ласерском светлошћу велике{0}}не снаге. Временом, та тачка карбонизира органске загађиваче у трајни апсорбујући дефект који прогресивно деградира перформансе. Овај режим квара подстакао је читаве линије производа да спроведу 100% инспекцију крајњег дела пре коначног састављања.

Стандардне контроле чисте собе разумно добро рукују честицама у ваздуху. Молекуларна контаминација је скривенија. Испарљива органска једињења из лепкова, растварача за чишћење, чак и пластике која испушта гас, могу да одложе невидљиве филмове на оптичке површине. Ови филмови су посебно штетни за ДУВ апликације, али узрокују проблеме у различитим таласним дужинама.

АМЦ{0}}контролисане чисте собе - контролисана молекуларна контаминација у ваздуху - представљају тренутно стање технике за високо{3}}поуздане оптичке склопове. Системи за филтрирање су скупи. Опрема за праћење је скупа. Ограничене листе материјала стварају главобоље у ланцу снабдевања.

вреди тога? Зависи од тога да ли испоручујете робне СФП-ове или компоненте за системе{0}}квалификоване за свемир.

 

 

Компензација температуре траје дуже него што било ко планира

 

Излазна снага ласерске диоде и таласна дужина се померају са температуром. Типичан ДФБ ласер се помера око 0,1 нм/степен у таласној дужини и захтева подешавање струје пристрасности да би се одржала константна оптичка снага у опсегу радне температуре.

Температурна компензација подразумева карактеризацију сваког модула на више температурних тачака - често у корацима од 5 степени или 10 степени од -40 степени до +85 степени за индустријске-производе – и програмирање коефицијената корекције у МЦУ модула. Коефицијенти прилагођавају струју пристрасности, а понекад и амплитуду модулације као функцију измерене температуре кућишта.

Ово звучи једноставно док не схватите да се сваки модул понаша мало другачије због производних варијација у самом ласеру, термичке путање од споја до термистора и толеранције компоненти у струјном колу. Модули -потрошачке{2}} класе за масовну производњу користе генеричке табеле компензације и прихватају резултујућу промену учинка. Модули високих{4}}перформанси добијају индивидуалну карактеризацију.

Инжењер којег познајем провео је четири месеца оптимизујући алгоритам температурне компензације за нову платформу модула од 400Г. Четири месеца на оно што би већина људи одбацила као корак калибрације.

 

Тоса{0}}РОСА разлика је мање важна него раније

 

Традиционалне архитектуре оптичких примопредајника одвајају функцију преноса (оптички подсклоп предајника ТОСА -) од функције пријема (оптички подсклоп пријемника РОСА -). Сваки подсклоп се пакује независно, тестира, а затим интегрише у ПЦБ модула.

Ово је имало смисла када су оптички модули користили дискретне ТО-паковање са једноставним једноканалним дизајном-. Већи-вишеканални модули{4}}брзине све више интегришу функције преноса и пријема заједно, или у потпуности елиминишу традиционално ОСА паковање путем приступа чип-на-плочи где се голе матрице монтирају директно на ПЦБ подлогу.

ЦОБ паковање смањује број оптичких интерфејса - сваки интерфејс је потенцијална тачка губитка -, али захтева чистије производно окружење и софистициранију опрему за склапање. Тренд је јасан, чак и ако транзиција није потпуна.

БиДи примопредајници додатно компликују слику коришћењем мултиплексирања са поделом таласних дужина{0}} за пренос и пријем на једном влакну. БОСА који комбинује функције ТОСА и РОСА са интегрисаним ВДМ филтерима захтева још веће толеранције поравнања јер обе оптичке путање морају да погоде исто језгро влакна.

 

Шта гори{0}}у заправо тестовима

 

Модули пролазе кроз -старење на високим температурама пре отпреме - обично 24 до 168 сати на повишеним температурама кућишта од око 70-100 степени док раде у нормалним условима.

Циљ није да се симулирају године рада на терену. То је да убрза смртност новорођенчади. Неки проценат компоненти садржи латентне дефекте - слабе жичане везе, маргиналне лемне спојеве, благо деградиране ласерске фасете - који се неће манифестовати у нормалним условима, али брзо отказују под убрзаним стресом. Боље их је пронаћи током производње него у мрежи купаца.

Урезивање{0}}у хвата праве проблеме. Свака производна линија има приче о хватању лоших компоненти због сагоревања-у кваровима пре него што су те јединице испоручене. Контрааргумент је да сагоревање-троши простор у сталку, енергију и време циклуса што директно утиче на трошкове производње. Робни модули често смањују трајање-сагоревања или га у потпуности прескачу, прихватајући веће стопе кварова на терену као трошак-за-обављање-израчунавања пословања.

Тестови температурних циклуса служе другој сврси - откривајући дефекте склопа, а не дефекте компоненти. Поновљени термички излети оптерећују лемне спојеве, лепљиве везе и механичке интерфејсе. Пукотине се шире. Замор интерфејса. Све што је било маргинално постаје пропало.

 

 

Зашто ваш модул можда не ради у нечијем другом прекидачу

 

Проблеми са ЕЕПРОМ кодирањем изазивају више притужби на терену него што већина добављача жели да призна.

Оптички модули садрже мале меморијске чипове који чувају идентификационе податке, коефицијенте калибрације и дијагностичке параметре праћења у стандардизованим форматима дефинисаним спецификацијама СФФ комитета. Систем домаћина чита ове податке да би препознао модул, подесио одговарајуће радне параметре и надгледао здравље током рада.

Различити произвођачи прекидача и рутера тумаче ове спецификације са различитим степеном строгости. Модул који савршено ради у опреми једног добављача може да буде одбијен од стране другог због разлике у израчунавању контролне суме, неочекиване вредности у „резервисаном“ пољу или спровођења ИД-ИД-а власничког добављача.

Тржиште примопредајника{0}}треће стране углавном постоји због ових изазова интероперабилности. Компаније су специјализоване за обрнути-инжењеринг специфичних ЕЕПРОМ захтева за главне добављаче опреме и програмирање компатибилних модула. Технички израз је "кодирање". Практична стварност укључује опсежна тестирања компатибилности са стварном опремом Цисцо, Јунипер, Ариста и десетинама других.

 

Херметичност у односу на цену

 

Херметичка амбалажа - метална кућишта са заптивкама од стакла-на-метала и завареним поклопцима - представља златни стандард за дугорочну-поузданост. Нема продирања влаге. Нема проблема са испуштањем гасова. Предвидљиви век трајања од двадесет- година у тешким условима.

Такође кошта знатно више од -нехерметичких алтернатива.

Већина оптичких модула центара података користи не-херметичку амбалажу са различитим степеном заштите животне средине. Епоксидне заптивке, конформни премази, селективни материјали за прикупљање за упијање влаге која продире. Ови приступи функционишу адекватно за окружења са{3}}контролисаном климом са релативно кратким циклусима замене.

Опрема за телекомуникационе носаче и апликације у ваздухопловству генерално и даље захтевају потпуно херметичко паковање. Режими квара због корозије{1}}индуковане влагом или контаминације требају године да се испоље, управо због чега су неприхватљиви у инфраструктури која деценијама треба да ради без надзора.

Људи са танкослојним{0}}модулатором литијум ниобата то су научили на тежи начин. Рани уређаји са неадекватним херметичким заптивањем показали су мистериозно смањење перформанси у примени на терену. Испоставило се да је водена пара изазвала ДЦ дрифт у структурама електрода.

 

Принос је све

 

Дизајн модула који задовољава све спецификације перформанси, али даје само 60% добрих јединица, изгубиће новац. Мало лошији дизајн који даје 95% могао би бити профитабилан. Овај компромис покреће више инжењерских одлука него што ће техничка елеганција икада.

Губитак приноса се вишеструко акумулира у корацима процеса. Ако причвршћивање ласерске матрице даје 98%, ваше спајање жице даје 97%, ваше спајање влакана даје 95%, а преживљавање-при сагоревању је 99%, ваш кумулативни принос је 0,98 × 0,97 × 0,95 × 0.99=89%. Звучи у реду док се не сетите да су ти бројеви оптимистични и стварни процеси имају више корака.

Немилосрдни притисак на принос објашњава зашто се контрола процеса у оптичкој производњи третира са религиозним жаром. Статистичке контролне карте процеса. Инспекција улазног материјала. Протоколи за квалификацију опреме. Сертификација оператера. Све што смањује варијацију смањује губитак приноса.

То такође објашњава зашто се производни инжењери трзају око промена дизајна. Свака модификација потенцијално ресетује вашу криву учења приноса.

 

Интерфејс конектора који вероватно игноришете

 

Механички интерфејс где се влакна спајају у модул је важнији него што његова привидна једноставност сугерише.

ЛЦ и МПО конектори морају да остваре физички контакт између полираних крајева влакана - или прецизно контролисаних ваздушних отвора за дизајне физичког контакта под углом - уз одржавање поравнања унутар толеранција које чувају ефикасност спајања. Кућиште конектора, утичница на модулу и геометрија спајања доприносе.

Хабање услед поновљених уметања временом деградира конекторе. МСА спецификације дефинишу минималне захтеве за издржљивост, али стварне перформансе варирају у зависности од нивоа контаминације, технике уметања и квалитета производње и конектора и утичнице.

Сатима сам видео проблеме са везама пре него што је неко коначно очистио ЛЦ конектор и проблем је нестао.

 

Шта је заправо испорука у односу на оно што показују конференције

 

Радови са конференције демонстрирају модуле од 1,6 Тбпс са егзотичним форматима кохерентне модулације и ко-упакованом фотонском интеграцијом. Стварним количинским испорукама и даље доминирају примопредајници од 100Г и 400Г који се могу прикључити користећи релативно конвенционалне архитектуре.

За већину технологија јаз између демонстрације и примене обухвата отприлике пет година. Силицијумска фотоника је трајала још дуже. Први резултати истраживања појавили су се почетком 2000-их; значајан комерцијални обим није стигао до средине 2010-их.

Ово није песимизам - то је производна реалност. Прелазак са радног прототипа на поуздану масовну производњу захтева решавање проблема приноса, квалификовање добављача, изградњу тестне инфраструктуре и успостављање података о поузданости на терену. Сваки корак захтева време.

Оптички модули од 800Г сада расту. 1.6Т ће уследити. Основне технологије постоје. Производна способност је оно за шта су потребне године да сазре.

Модул који ћете поставити у своју мрежу у следећем кварталу вероватно је ушао у развој пре четири године и ослања се на технологије основних компоненти доказане деценију пре тога. Најсавременија{1}}истраживања на крају постају досадни производни инжењеринг, што је управо начин на који би требало да функционише.