Komponen Dalaman dan Struktur Transceiver Optik

Modul optik ialah peranti yang digunakan untuk menyambungkan peranti rangkaian, menghantar dan menerima data antara peranti rangkaian, serta boleh digunakan untuk menukar isyarat optik dan elektrik. Modul optik merupakan komponen yang sangat penting dalam sistem komunikasi optik. Artikel ini akan memperkenalkan anda kepada komponen dalaman dan struktur modul optik. 

Memahami komponen dalaman modul optik dapat memberikan kita pengetahuan lanjut tentang prinsip kerja modul optik. Kami juga menyedari bahawa banyak artikel membincangkan jenis pakej modul optik. Artikel ini akan mengisi jurang dalam pengenalan komponen dalaman modul optik.

Komponen Dalaman Utama Modul Optik

Tiga komponen utama membentuk modul optik: perumah luaran yang kelihatan, komponen optoelektronik dan PCBA. Di dalam perumah logam transceiver optik, komponen dalaman biasanya disambungkan antara satu sama lain menggunakan subpemasangan.

Peranti Optoelektronik

Peranti optoelektronik secara amnya merujuk kepada komponen dalam modul optik yang digunakan untuk mengesan dan memancarkan sinaran elektromagnet. Peranti optoelektronik secara amnya terletak di kawasan cahaya nampak dan inframerah dekat (NIR) dalam spektrum elektromagnet.

Peranti optoelektronik mengesan dan memancarkan sinaran dengan menggunakan kesan fotoelektrik bahan, ia juga dipanggil interaksi cahaya-materi. Sokongan teori untuk fenomena ini ialah cadangan Einstein bahawa cahayalah yang dikuantumkan dan terdiri daripada foton, bukannya gelombang berterusan.

Memandangkan peranti optoelektronik merupakan bahagian paling penting dalam modul optik. Modul optik direka bentuk untuk aplikasi yang berbeza dan mempunyai fungsi yang berbeza, terdapat dua jenis peranti optoelektronik yang secara umum boleh mencapai fungsi yang sama sekali berbeza dalam transceiver: TOSA dan ROSA. Bahagian pemancar optik dipanggil TOSA, bahagian penerima optik dipanggil ROSA, manakala gabungan kedua-duanya dipanggil BOSA.

Rajah 1: Struktur Modul Optik

Apakah TOSA?

TOSA dalam modul optik bertanggungjawab menukar isyarat elektrik kepada isyarat optik untuk pemancar optik. Komponen Subpemasangan Pemancar Optik (TOSA) secara amnya terdiri daripada pengasing optik, fotodiod pemantauan, litar pemacu LD, termistor, penyejuk termoelektrik, litar kawalan suhu automatik (ATC) dan litar kawalan kuasa automatik (APT). Komponen yang paling penting ialah Diod Laser.

Sumber cahaya (diod pemancar cahaya semikonduktor atau diod laser) ialah terasnya; cip LD, fotodiod pemantauan dan komponen lain dibungkus dalam struktur padat (pakej sepaksi TO atau pakej rama-rama), kemudian membentuk TOSA. Sumber cahaya yang paling biasa ialah diod laser LD. Berbanding LD dan LED, LD mempunyai penggunaan kuasa yang lebih rendah, output dan kecekapan gandingan yang lebih tinggi, manakala LED mempunyai kelebihan kos yang rendah dan hayat perkhidmatan yang panjang, serta hanya digunakan untuk penghantaran berkelajuan rendah dan jarak pendek.

Rajah 2: Struktur TOSA

Jenis Diod Laser Biasa

Fabry-Perot (FP)

Gentian yang sepadan ialah gentian mod tunggal/mod berbilang, yang mempunyai kuasa tinggi, lebar garis rendah (lebar spektrum), dan boleh digunakan sebagai sumber cahaya jarak jauh. FP ialah struktur rongga resonan berbanding diod biasa. Ia membekalkan elektrik untuk menyebabkan elektron di dalam rongga mengalami lompatan aras tenaga dan melepaskan elektron. Permukaan hujung rongga boleh digunakan sebagai dua cermin hujung, menyebabkan foton tertumpu di dalam rongga. Apabila tenaga terkumpul ke tahap tertentu, foton akan dipancarkan, maka arus ambang diperlukan.

Maklum Balas Teragih-DFB

Laser DFB adalah serupa dengan laser FB dari segi struktur dan ciri tindak balas fotoelektrik, penghantaran komunikasi perlu berada di atas arus kritikal, dan kebanyakan jalur panjang gelombangnya adalah sekitar 1550nm. Perbezaannya dengan FP ialah DFB menambah satu lapisan grating di sepanjang bahagian luar rongga umum, supaya cahaya laser hanya membenarkan satu sumber cahaya dengan panjang gelombang tunggal wujud dalam rongga tersebut, yang kami panggil Mod Longitudinal Tunggal. Berdasarkan ciri ini, adalah lebih mudah dan lebih mahal untuk menghasilkan cahaya yang diperlukan secara khusus. The 40GBASE-LR4 Modul optik menggunakan pemancar DFB yang boleh mencapai jarak sehingga 10km.

Apakah ROSA?

Seperti yang dinyatakan sebelum ini, ROSA ialah pemasangan penerima optik. ROSA mengandungi fotodiod (PD), antara muka optik, perumah logam (atau plastik), dan antara muka elektrik. Dalam modul optik berkelajuan tinggi, diod PIN atau ADP dan TIA direka bentuk untuk dipasang dalam perumah logam tertutup dan komponen ini membentuk pemasangan penerima optik. PD menukar isyarat optik kepada isyarat elektrik, yang kemudiannya ditukar kepada isyarat voltan oleh Penguat Transimpedans (TIA). Peranti paling penting dalam pemasangan penerima ROSA ialah pengesan foto. Pengesan foto boleh menukar isyarat cahaya kepada isyarat elektrik melalui kesan fotoelektrik. 

Beberapa fotopengesan yang biasa termasuk fotodiod PIN dan fotodiod longsoran (APD). Fotopengesan APD dicirikan oleh kepekaan tinggi, yang menggunakan kesan pengganda longsoran untuk meningkatkan arus foto, yang boleh digandakan sehingga maksimum. Oleh itu, penerima APD lebih sensitif dan boleh meningkatkan kepekaan diod PIN sebanyak 6~10dB.

Rajah 3: Struktur ROSA

Jenis Fotodiod Biasa

PIN-TIA

PIN ialah penambahan semikonduktor intrinsik antara simpang PN. Apabila PIN-TIA berfungsi, arus gelap akan menyebabkan hingar isyarat, dan hingar isyarat ini akan menjejaskan operasi PIN. Apabila suhu meningkat, prestasi pengesanan fotoelektrik akan menurun, mengakibatkan pengurangan kepekaan.

APD-TIA

Avalan elektron di dalam diod avalan APD menguatkan arus foto lemah yang dihantar, yang juga dikenali sebagai kesan pendaraban. Dengan kepekaan yang tinggi sebelum penguatan elektrik, arus gelap dalam fotodiod avalan APD adalah sangat kecil sehingga hingar yang disebabkan semasa penghantaran boleh diabaikan.

Fotodiod PIN dan APD kedua-duanya menukarkan cahaya yang diterima daripada TOSA kepada isyarat elektrik. Perbezaan antara kedua-duanya ialah diod PIN lebih murah dan secara amnya beroperasi pada voltan yang sama seperti peranti elektronik lain. Pada kuasa optik tertentu, ia menghasilkan jauh lebih sedikit elektron berbanding APD, jadi penerima yang mengandungi APD lebih sensitif dan jarak penghantaran modul optik yang menyertakan APD adalah lebih jauh. Sebagai contoh, yang 100GBASE-ER4 modul optik menggunakan penerima APD, ia boleh mencapai jarak penghantaran maksimum sehingga 40km.

Apakah BOSA?

Subpemasangan Optik Dua Hala Apabila transceiver dibuat cukup kecil, TOSA dan ROSA boleh diintegrasikan ke dalam satu transceiver semasa proses gandingan. pemasangan BOSA terdiri daripada TOSA dan ROSA (LD dan PD-TIA), penapis WDM (0 darjah dan 45 darjah); pengasing; penyesuai dan pigtail. BOSA membolehkan modul optik BiDi menyokong dua panjang gelombang pada satu gentian dengan menggunakan teknologi dua hala.

Apakah PCBA

Istilah PCBA ialah singkatan bagi Printed Circuit Board Assembly. Ia juga dikenali sebagai pemasangan PCB atau pemasangan litar bercetak. Mod pemasangan PCB biasanya dibahagikan kepada teknologi lekap permukaan (SMT) dan pakej dwi-selarian (DIP). Biasanya, keseluruhan proses papan kosong PCB melalui bahagian lapisan atas SMT dan kemudian melalui sisipan DIP. PCBA boleh digunakan dalam transceiver kerana terdapat komponen elektronik aktif dan pasif yang dipateri pada papan litar bercetak. Fungsi utama PCBA adalah untuk mengukuhkan litar bersepadu dan komponen elektronik lain bagi memastikan kualiti tinggi peranti elektronik.

Tiga komponen utama membolehkan kita melihat bahawa PCBA ialah komponen lengkap; terdapat papan kosong yang dipanggil PCB (Printed Circuit Board). Perbezaan antara PCB dan PCBA ialah PCB hanya merupakan papan litar bercetak sebagai pembawa sambungan elektrik untuk komponen elektronik, manakala PCBA mengandungi PCB serta beberapa bahagian lain yang dipasang bersama menjadi PCBA.

Kesimpulan

Artikel ini menerangkan secara terperinci pelbagai komponen dalaman modul optik termasuk TOSA, ROSA, PCBA dan sebagainya. TOSA menukar isyarat elektrik kepada isyarat optik untuk pemancar optik modul optik, manakala ROSA menukar isyarat optik kepada isyarat elektrik untuk penerima modul optik. Jika anda ingin mengetahui lebih lanjut tentang modul optik, sila hubungi QSFPTEK melalui [email protected], pasukan sokongan teknikal QSFPTEK boleh memberikan anda pengetahuan dan maklumat profesional berkaitan modul transceiver optik.