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1、 TOSA ROSA基本认识 什么是TOSA TOSA是一种光发射器件，其功能是把电信号转换为光信号半导体激光器LD分类v 半导体激光器1、 法布里-珀罗型激光器F-P LD2、分布反馈激光器DFB LD3、分布Bragg反射型激光器DBR LD4、量子阱激光器QW LD5、垂直腔面发射激光器VCSEL半导体激光器LDv激光器被视为20世纪的三大发明（还有半导体和原子能）之一，特别是半导体激光器LD倍受重视。v光纤通信中最常用的光源是半导体激光器LD和发光二极管LED。v主要差别：发光二极管输出非相干光；半导体激光器输出相干光。发光二极管LEDv对于光纤通信系统，如果使用多模光纤且信息比特率在
2、100200Mb/s以下，同时只要求几十微瓦的输入光功率，那么LED是可选用的最佳光源。v比起半导体激光器，因为LED不需要热稳定和光稳定电路，所以LED的驱动电路相对简单，另外其制作成本低、产量高。发光二极管LEDvLED的主要工作原理对应光的自发发射过程，因而是一种非相干光源。vLED发射光的谱线较宽、方向性较差，本身的响应速度又较慢，所以只适用于速率较低的通信系统。v在高速、大容量的光纤通信系统中主要采用半导体激光器作光源。半导体激光器LDv半导体激光器的优点：尺寸小，耦合效率高，响应速度快，波长和尺寸与光纤尺寸适配，可直接调制，相干性好。v按结构分类： F-P LD、 DFB LD、
3、DBR LD、 QW LD、 VCSELv按性能分类：低阈值LD、超高速LD、动态单模LD、大功率LDv按波长分类： 光接收管芯可分为：850nm和1100-1650nm通用； 激光器管芯可分为：850nm，1310nm，1490nm， 1550nm以及CWDM管芯；半导体激光器的工作特性v激光器件的绝对最大额定值：光输出功率（Po和Pf）：从一个未损伤器件可辐射出的最大连续光输出功率。 Po是从器件端面输出的光功率， Pf是从带有尾纤器件输出的光功率。正向电流（IF）：可以施加到器件上且不产生器件损伤的最大连续正向电流。反向电压（VR）：可以施加到器件上且不产生器件损伤的最大方向电压。半导体
4、激光器的PI特性P PI I曲线：曲线：曲线：曲线：激光二极管的激光二极管的激光二极管的激光二极管的总发射光功率总发射光功率总发射光功率总发射光功率P P与注入电流与注入电流与注入电流与注入电流I I的关系曲线。的关系曲线。的关系曲线。的关系曲线。随注入电流增加，激光二极随注入电流增加，激光二极随注入电流增加，激光二极随注入电流增加，激光二极管首先是渐渐地增加自发发管首先是渐渐地增加自发发管首先是渐渐地增加自发发管首先是渐渐地增加自发发射，直至开始发射受激发射。射，直至开始发射受激发射。射，直至开始发射受激发射。射，直至开始发射受激发射。阈值电流阈值电流阈值电流阈值电流I Ithth：开始发射
5、受激发开始发射受激发开始发射受激发开始发射受激发射的电流值。射的电流值。射的电流值。射的电流值。阈值电流与腔的阈值电流与腔的阈值电流与腔的阈值电流与腔的损耗、尺寸、有源区材料和厚损耗、尺寸、有源区材料和厚损耗、尺寸、有源区材料和厚损耗、尺寸、有源区材料和厚度等因素有关。度等因素有关。度等因素有关。度等因素有关。 IIII Ithth，受激辐射，发出的是相干光受激辐射，发出的是相干光受激辐射，发出的是相干光受激辐射，发出的是相干光典型的典型的PI曲线曲线激光器纵模的概念激光器纵模的概念 激光器的纵模反映激光器的光谱性质。对于半导体激光器的纵模反映激光器的光谱性质。对于半导体激光器的纵模反映激光器
6、的光谱性质。对于半导体激光器的纵模反映激光器的光谱性质。对于半导体激光器，当注入电流低于阈值时，发射光谱是导带激光器，当注入电流低于阈值时，发射光谱是导带激光器，当注入电流低于阈值时，发射光谱是导带激光器，当注入电流低于阈值时，发射光谱是导带和价带的自发发射谱，谱线较宽；只有当激光器的和价带的自发发射谱，谱线较宽；只有当激光器的和价带的自发发射谱，谱线较宽；只有当激光器的和价带的自发发射谱，谱线较宽；只有当激光器的注入电流大于阈值后，谐振腔里的增益才大于损耗，注入电流大于阈值后，谐振腔里的增益才大于损耗，注入电流大于阈值后，谐振腔里的增益才大于损耗，注入电流大于阈值后，谐振腔里的增益才大于损耗
7、，自发发射谱线中满足驻波条件的光频率才能在谐振自发发射谱线中满足驻波条件的光频率才能在谐振自发发射谱线中满足驻波条件的光频率才能在谐振自发发射谱线中满足驻波条件的光频率才能在谐振腔里振荡并建立起场强，这个场强使粒子数反转分腔里振荡并建立起场强，这个场强使粒子数反转分腔里振荡并建立起场强，这个场强使粒子数反转分腔里振荡并建立起场强，这个场强使粒子数反转分布的能级间产生受激辐射，而其他频率的光却受到布的能级间产生受激辐射，而其他频率的光却受到布的能级间产生受激辐射，而其他频率的光却受到布的能级间产生受激辐射，而其他频率的光却受到抑制，使激光器的输出光谱呈现出以一个或几个模抑制，使激光器的输出光谱呈
8、现出以一个或几个模抑制，使激光器的输出光谱呈现出以一个或几个模抑制，使激光器的输出光谱呈现出以一个或几个模式振荡，这种振荡称之为激光器的纵模。式振荡，这种振荡称之为激光器的纵模。式振荡，这种振荡称之为激光器的纵模。式振荡，这种振荡称之为激光器的纵模。I=67mAI=67mAP=1.2mWP=1.2mWI=75mAI=75mAP=2.5mWP=2.5mWI=100mAI=100mAP=10mWP=10mWI=95mAI=95mAP=6mWP=6mWI=80mAI=80mAP=4mWP=4mW随着电流增加，主模的增益增加，而边模的增益减小，纵模数随着电流增加，主模的增益增加，而边模的增益减小，纵模
9、数随着电流增加，主模的增益增加，而边模的增益减小，纵模数随着电流增加，主模的增益增加，而边模的增益减小，纵模数减少，一个模式开始占优势，直到出现单个窄线宽的光谱为止。减少，一个模式开始占优势，直到出现单个窄线宽的光谱为止。减少，一个模式开始占优势，直到出现单个窄线宽的光谱为止。减少，一个模式开始占优势，直到出现单个窄线宽的光谱为止。纵模数随注入电流而变纵模数随注入电流而变纵模数随注入电流而变纵模数随注入电流而变动态单模半导体激光器：动态单模半导体激光器：动态单模半导体激光器：动态单模半导体激光器： 实现实现实现实现LDLD单纵模工作的方法：单纵模工作的方法：单纵模工作的方法：单纵模工作的方法：
10、 采用短腔结构，采用短腔结构，采用短腔结构，采用短腔结构，增大相邻纵模间隔增大相邻纵模间隔增大相邻纵模间隔增大相邻纵模间隔, ,使增益谱线范围内使增益谱线范围内使增益谱线范围内使增益谱线范围内只有一个谱线存在，短腔制造困难，只有一个谱线存在，短腔制造困难，只有一个谱线存在，短腔制造困难，只有一个谱线存在，短腔制造困难，LDLD输出功率低。输出功率低。输出功率低。输出功率低。 采用波长选择反馈，采用波长选择反馈，采用波长选择反馈，采用波长选择反馈，使不同的纵模有不同的损耗，包括：使不同的纵模有不同的损耗，包括：使不同的纵模有不同的损耗，包括：使不同的纵模有不同的损耗，包括：分布反馈结构和耦合腔结
11、构。分布反馈结构和耦合腔结构。分布反馈结构和耦合腔结构。分布反馈结构和耦合腔结构。 单纵模单纵模单纵模单纵模LDLD的性能通常由的性能通常由的性能通常由的性能通常由边模抑制比（边模抑制比（边模抑制比（边模抑制比（MSRMSR）来表示，定来表示，定来表示，定来表示，定义为义为义为义为MSR=MSR=P Pmmmm/P/PsmsmP Pmmmm为主模功率；为主模功率；为主模功率；为主模功率； P Psmsm为最大边模功率。为最大边模功率。为最大边模功率。为最大边模功率。一个较好的单纵模一个较好的单纵模一个较好的单纵模一个较好的单纵模LDLD，MSRMSR应大于应大于应大于应大于30dB30dB。L
12、D TO-CANLD TO-CAN封装结构剖面图：封装结构剖面图：激光器封装目的：（1）隔绝环境，避免伤害，保证清洁；（2）为器件提供适合的外引线；（3）提高机械强度，抵抗恶劣环境；（4）提高光学性能；TOSA分类物料组成、生产流程、结构封装要求1、气密性好，保证管芯与外界隔绝；2、结构牢固可靠，部件位置稳定，经受各种环 境；3、耐热性好，化学性能稳定，抗温度循环冲击；4、可焊性好，工艺性好，有拉力强度；5、符合标准，系列化，成本低适合批量生产；封装器件主要求：vv 1. SC-TOSA （GBIC、1X9）vv 2. LC-TOSA （SFP、SFF）TOSA 的结构分类SC-TOSAPPS
13、C-TOSASC-TOSA物料组成：物料组成： 1.1.管壳管壳 2.2.管芯套管芯套 3.3.过渡环过渡环 4.4.陶瓷套筒陶瓷套筒 5.5.陶瓷插芯陶瓷插芯 6.6.激光器激光器SC-TOSA1、SC金属组件装配所需物料:开口陶瓷套筒开口陶瓷套筒金属件金属件插插 芯芯SC-TOSASC-LD金属组件:SC-TOSA 过渡环过渡环 管芯座管芯座LDLD管芯管芯SC-LD金属组件金属组件:SC-TOSASC-TOSA所需物料所需物料: :SC-TOSASC-TOSA整体结构示意图：LC-TOSAPPLC-TOSA组成 1.一体化金属件（插芯、套筒） 2.管芯套 3.过渡环 4.激光器LC-TO
14、SA 管芯座管芯座一体化金属件一体化金属件 过渡环过渡环LDLD管芯管芯LC-TOSALC-TOSA所需物料所需物料: :LC-TOSALC-TOSA整体结构示意图：TOAS耦合测试原理TOSA 管芯管脚及性图TOSA 耦合测试原理图LIV测试TOSA测试性能vTOSA主要性能参数主要性能参数v1.阈值电流Ith；激光二极管开始振荡的正向电流v2.工作电流Iop和工作电压Vop；v3.斜效率；输出激光光功率的改变量与泵浦激光光功率改变量的比值v4.峰值波长；光谱辐射功率最大的值所对应的波长v5.谱宽；峰值发射波长的辐射功率的1/2所对应两波长的间隔v6.监视电流Im；是指在规定的LD输出功率时
15、，在给定的光电二极管反向电压时的光电二极管的光电流v7.输出功率Po；在阀值电流以上所加正向电流达到规定的调制电流时，从激光二极管光窗输出的光功率定义为PO，对带有尾纤的激光二极管来说，把从光纤末端发射出的光功率定义为PFTOSA制作注意事项1、管芯与管芯座粘接激光焊接不良分析比较 不良品TOSA制作注意事项2、管芯与管芯座激光焊接不良分析比较 不良品 不良品TOSA制作注意事项3、耦合SFP模块组件方向控制5067-2615方向TOSA制作注意事项4、耦合激光焊接焊点要求LIV测试PD不良比较正常品PD不良品ROSA结构、物料组成、工作原理、生产流程1、ROSA生产流程2、PIN TIA分类
16、3、PINTIA结构组成4、ROSA物料组成5、ROSA工作原理PIN-TIA分类v按结构分：1、PIN2、PINTAI3、APD4、APDTIAPIN-TIA 封装结构剖面图封装结构剖面图1、管座（、管座（Header）2、跨阻放大器、跨阻放大器（TIA）3、载体、载体（Submount）4、光电二极管（、光电二极管（PD）5、电容、电容6、管帽（、管帽（Cap）7、球面透镜、球面透镜PIN-TIA 封装结构剖面图封装结构剖面图1、管座（、管座（Header）2、跨阻放大器、跨阻放大器（TIA）3、载体、载体（Submount）4、光电二极管（、光电二极管（PD）5、电容、电容6、管帽（、管
17、帽（Cap）7、视窗（、视窗（Window）ROSA 结构分类ROSA 的结构分类 1. SC-ROSA （GBIC、1X9） 2. LC-ROSA （SFP、SFF）ROSA物料组成4PIN SC ROSA4PIN SC ROSA耦合所需物料耦合所需物料: :（SC-PINTIA塑料件）PIN TIA管芯ROSA物料组成4PIN SC ROSA结构结构ROSA物料组成4PIN LC ROSA4PIN LC ROSA耦合所需物料耦合所需物料: : LC-ROSA塑料件PIN TIA管芯ROSA物料组成4PIN SC ROSA结构结构ROSA物料组成5PIN LC SFP ROSA结构结构 LC塑料件 透镜 5PIN PINTIA管芯ROSA物料组成5PIN LC SFP ROSA结构结构ROSA 耦合测试原理
