광섬유 수신기 모듈에는 적절한 정렬이 필요합니다.

 

마이크론이 생각보다 중요한 이유

 

데이터 센터에서 일하는 대부분의 사람들은 이런 일이 일어나는 것을 목격했습니다. 링크 펄럭입니다. 트랜시버를 재장착하면 간헐적으로 패킷 손실이 사라집니다. 모두가 불량 모듈이라고 가정하여 반송하고 교체품을 받고-3주 후에 문제가 다시 발생합니다. 실제로 무슨 일이 일어났나요? 페룰 팁이 먼지 입자 하나를 집어냈거나, 모듈이 약간의 각도로 삽입되었거나, HVAC 장치의 진동으로 인해 커넥터가 천천히 몇 미크론씩 느슨해졌습니다.

ROSA(Receiver Optical Sub{0}}Assembly) 내부의 포토다이오드는 일반적으로 직경이 20~75μm 사이인 활성 영역을 갖습니다. 조리개가 클수록 결합 허용 오차가 향상되지만 더 높은 데이터 속도에서 대역폭을 죽이는 정전 용량이 발생합니다. 판매 문헌에서는 누구도 설명하지 않는 절충안입니다.

 

 

여기서 상황이 실망스러워집니다. 사양서에는 수신기 감도가 -12dBm이라고 되어 있는데 패치 패널에서 -8dBm을 측정했는데 여유가 충분합니다. 그렇죠? 그러나 그 사양은 최적의 결합을 가정합니다. 커넥터를 비뚤어진 방향으로 밀어넣으면 2-3dB의 손실이 추가됩니다. 이는 "기술자가 서두르다"라고 설명하는 사람이 없기 때문에 링크 예산 계산 어디에도 표시되지 않습니다.

 

6도 문제

 

전체 정렬 최적화에는 X, Y, Z(세 개의 병진 축) 및 θx, θy, θz(피치, 요, 롤) 등 6가지 자유도에 대한 조정이 필요합니다. 실험실 환경에서 자동화된 정렬 스테이션은 최대 광 출력을 찾는 언덕-등반 알고리즘과 결합된 압전 액추에이터를 통해 서브-미크론 위치 지정을 달성합니다.

프로덕션 환경에는 이러한 사치가 없습니다. SFP를 뒤로 밀어넣는 마지막 사람에게서 트랜시버 케이지가 구부러지지 않았다면 운이 좋습니다.

모듈 제조 중에 발생하는 상황은 필드 정렬이 중요한 이유에 대한 모든 것을 알려줍니다. 레이저 다이는 서브마운트에 접착됩니다. 광섬유 어레이는 에폭시를 경화하는 동안 누군가 실시간으로 광 출력을 모니터링하거나-능동 정렬을 거치거나, 설계가 기계적 기능이 허용 가능한 공차 내에서 위치를 제한하는 수동 정렬에 의존합니다. 활성 정렬은 비용이 더 많이 들지만 더 긴밀한 결합을 제공합니다. 수동 정렬을 사용하면 열 순환으로 인해 구성 요소가 몇 미크론씩 분리되고 반품률이 급등할 때까지 비용이 절약됩니다.

 

 

온도: 침묵의 파괴자

 

열팽창 계수. 모든 포토닉스 패키징 엔지니어를 괴롭히는 세 단어.

알루미늄은 섭씨 1도당 미터당 약 23μm만큼 팽창합니다. 일반적인 포장재인 Kovar는 약 5μm/m/도 팽창합니다. 실리콘-대부분의 포토다이오드용 기판-은 약 2.6 µm/m/도입니다. 이러한 재료를 광학 어셈블리에 혼합하고 작동 중에 25도에서 85도까지 가열한 다음 다양한 구성 요소가 서로 다른 속도로 성장함에 따라 정렬 변화를 관찰합니다.

일부 디자인은 무열 렌즈 어셈블리를 통해 보상합니다. 다른 사람들은 손실을 받아들이고 링크에 추가 전력 예산을 구축합니다. 들어본 적도 없는 공급업체의 저렴한 모듈이 있습니까? 그들은 아무것도 보상하지 않습니다. 실험실의 실온에서는 잘 작동합니다. 케이블 트레이의 온도가 45도에 도달하는 첫 여름에 무너집니다.

 

커넥터 끝-면 기하학

 

이것은 당연해 보이기 때문에 사람들이 건너뛰는 부분이다. 커넥터를 깨끗하게 유지하십시오. 모두가 이것을 알고 있습니다.

그러나 그들이 모르는 사실은 다음과 같습니다. PC(물리적 접촉) 광택 처리는 짝을 이루는 페룰에 밀어넣는 약간 볼록한 끝-면을 만들어 공극을 제거합니다. 곡률 반경이 너무 평평하면-평행한 표면에서 간섭 줄무늬가 생기고, 너무 볼록하면 마모를 가속화하는 집중된 응력이 발생합니다.

APC(Angled Physical Contact) 커넥터는 8-도 각도를 추가하여 역반사를 줄입니다. 아날로그 CATV 시스템 및 -55dB 미만의 반사 손실이 실제로 중요한 간섭성 광학과 관련된 모든 것에 매우 중요합니다. 그러나 우연히 APC를 UPC에 연결하면 1-2dB의 손실과 업스트림 레이저를 불안정하게 만들 수 있는 반사가 발생합니다.

기술이 "적합"하기 때문에 커넥터 유형을 혼합하는 것을 보았습니다. 정말 딱 맞습니다. 그게 문제입니다.

 

페룰 정렬 메커니즘

 

생산에서의 능동 대 수동 정렬

 

제조업체는 선택에 직면합니다. 능동형 정렬은 조립 중 광전력을 모니터링하고 부품을 제자리에 고정하기 전에 위치를 최적화합니다. 시간이 더 오래 걸리고 비용도 더 많이 들며 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다. 수동 정렬은 기계적 기능-V-홈, 에칭된 실리콘 스탠드오프, 정밀 가공 하우징-을 사용하여 실시간 피드백 없이 위치를 제한합니다.-

업계는 비용 절감을 위해 적극적으로 수동적 조정 방향으로 움직였습니다. 코어 직경이 여유를 제공하는 다중 모드 애플리케이션에 합리적으로 잘 작동합니다. 단일-모드에서는 더 엄격한 제어가 필요합니다. 실리콘 포토닉스 패키징으로 인해 요구 사항이 1μm 미만으로 높아져 수동 정렬만으로는 해결할 수 없는 문제가 발생했습니다.

일부 하이브리드 접근 방식은 수동적 사전 정렬을 사용하고 -활성 미세 조정을-수행합니다. 다른 사람들은 기계 학습 기능을 갖춘 비전 시스템을 사용하여 기계적 특징으로부터 최적의 위치를 ​​예측합니다. 실제 광전력을 모니터링하는 것보다 더 좋은 것은 없지만 생산 처리량에 대한 압박은 주기 시간을 추가하는 모든 것에 저항합니다.

 

정렬에 실패하면 어떻게 되나요?

 

신호 저하는 예측 가능한 패턴을 따릅니다. 첫째, 비트 오류율 증가는-실패할 만큼은 아니지만 FEC 수정을 실행하기에 충분합니다. 수신기 전력이 떨어지면 아이 다이어그램이 수직으로 닫힙니다. 신호-대-잡음 비율이 저하되면 지터가 증가합니다. 결국, 열 주기에 따라 정렬이 허용 가능한 범위 안팎으로 이동하면서 링크가 완전히 떨어지거나 펄럭이기 시작합니다.

실망스러운 부분: 간헐적인 오류. 모듈은 아침에 작동하고 점심 후에 실패하고 자정에 다시 작동합니다. 에어컨 사이클. 창문을 통해 들어오는 햇빛. 인접한 장비에서 발생하는 열. 모두 정렬을 조절하는 열 구배를 생성합니다.

문제 해결에는 아무도 읽지 않는 진단 페이지가 포함됩니다. DOM(Digital Optical Monitoring)은 실시간으로 Rx 전력을 보고합니다.- 24시간 이상 시청하세요. 1-2dB 이상 차이가 나면 모듈 결함이 아닌 기계적 문제가 있는 것입니다.

 

 

청소-섹시하지 않은 해결책

 

광 장애의 80%는 오염으로 인해 발생합니다. 모듈 결함이 아닙니다. 섬유가 끊어지지 않습니다. 흙.

원{0}}클릭 클리너는 일상적인 유지 관리에 적합합니다. IPA가 포함된 보푸라기 없는{2}}물티슈는 잘 지워지지 않는 잔여물을 처리합니다. 통조림 공기-추진제 잔류물은 제거하는 것보다 더 나쁜 오염 물질을 침전시키지 마십시오. 파이버 스코프를 사용하여 청소 전후를 검사하십시오. 매번.

중요해 보이지 않는 1-미크론 먼지 입자는 단일 모드 코어 직경의 약 10%를 차지합니다. 별로 걸리지 않습니다.

 

진동 및 기계적 응력

 

데이터 센터는 조용하지 않습니다. 냉각 팬은 제대로 고정되지 않은 어셈블리에서 기계적 공진을 일으키는 진동 스펙트럼을 생성합니다. 장력이 가해진 케이블은 커넥터 인터페이스에 토크를 가합니다. 이중 바닥 위를 걷는 경우에도 케이블 트레이를 통해 충격력이 전달됩니다.

트랜시버 케이지는 모듈 하우징에 고정되지만-광 인터페이스에는 고정되지 않습니다. 스프링 압력은 페룰을 슬리브에 고정하므로 반복적인 동작으로 인해 시간이 지남에 따라 정렬이 제자리에서 벗어날 수 있습니다.

정밀 광학 장치를 갖춘 시설에는 진동 차단 장치가 설치되어 있습니다. 데이터 센터는 그렇지 않습니다. 견고한 커넥터 설계와 적절한 케이블 관리를 통해 가해지는 힘을 최소화합니다. 케이블 고리가 너무 빡빡하거나 지지대 없이 걸리면 문제가 발생합니다.

 

앞으로

 

400G 및 800G 푸시 정렬 공차에서 작동하는 차세대-트랜시버입니다. PAM4 변조는 추가 마진을 제공하지 않습니다.{5}}기호 간격이 줄어들면 신호 품질이 저하되면 비트 오류가 직접적으로 증가합니다.

함께 패키지된 광학 장치는 트랜시버를 스위치 ASIC 패키지 자체로 이동시켜 새로운 열 문제를 야기합니다. 실리콘 포토닉스는 웨이퍼{2}} 규모의 통합을 보장하지만, 도파관의 빛을 광섬유에 결합하려면 여전히 미크론-정밀 정렬이 필요합니다.

기본적인 물리학은 변하지 않습니다. 광자는 직선으로 이동합니다. 섬유에는 유한한 코어 직경이 있습니다. 모든 인터페이스에는 손실 가능성이 있습니다. 제조, 설치, 작동 중-올바른 정렬은-신뢰할 수 있는 광통신에서 가장 중요한 요소입니다.

위험을 무릅쓰고 무시하십시오.