03 TOSA基础知识培训

TOSA=Transmitter Optical Sub Assembly

1、TOSA 的组成

激光器、插芯、套筒、(金属)结构件

1）激光器：是把电信号变成光信号的器件，在光纤通信中占有重要的地位。性能好、寿命长、使用方便的光源是保证光纤通信可靠工作的关键。光纤通信对光源的基本要求有如下几个方面：首先，光源发光的峰值波长应在光纤的低损耗窗口之内，要求材料色散较小。其次，光源输出功率必须足够大，入纤功率一般应在10微瓦到数毫瓦之间。第三，光源具有高度可靠性，工作寿命至少在10万小时以上才能满足光纤通信工程的需要。第四，光源的输出光谱不能太宽以利于传高速脉冲。第五，光源应便于调制，调制速率应能适应系统的要求。第六，电－光转换效率不应太低，否则会导致器件严重发热和缩短寿命。第七，光源应省电，光源的体积、重量不应太大。

主要性能指标体现在：Ith (阀值电流) 、光输出功率Pout(斜率)、光谱宽度、响应中心波长、背光监视电流、PD暗电流等

    光电器件类型

半导体发光器件有三大类：发光管、FP激光器、DBF激光器，下面分别介绍三类器件的特点：

发光管（LED）

未经谐振输出，发非相干光的半导体发光器件称为发光管。发光管的特点：输出光功率低、发散角大、光谱宽、调制速率低、价格低廉，适合于短距离通信。

FP激光器

FP激光器是以FP腔为谐振腔，发出多纵模相干光的半导体发光器件。这类器件的特点；输出光功率大、发散角较小、光谱较窄、调制速率高，适合于较长距离通信。

DFB激光器

DFB激光器是在FP激光器的基础上采用光栅虑光器件使器件只有一个纵模输出，此类器件的特点：输出光功率大、发散角较小、光谱极窄、调制速率高，适合于长距离通信

DFB激光器有以下性能参数：

工作波长：激光器发出光谱的中心波长。

边模抑制比：激光器工作主模与最大边模的功率比。

-20dB光谱宽度：由激光器输出光谱的最高点降低20dB处光谱宽度。

阈值电流：当器件的工作电流超过阈值电流时激光器发出相干性很好的激光。

输出光功率：激光器输出端口发出的光功率。

2）插芯跳线

氧化锆具有低导热、强度韧性好，低弹性，高搞热冲击性、高工作温度（1100度）高硬度，耐磨等特点在各行业应用广泛。

光纤插芯连接器是光纤通信系统中各种装置连接所必不可少的器件，也是目前使用量最大的光纤器件

虽然目前全世界共有超过70多种光连接器，并且新品种还在不断出现，但市场上（尤其是中国市场），其主流品种仍然是早年就一直沿袭下来的直径为φ2.5mm的精密陶瓷插芯和陶瓷管构成的连接器（如FC、SC、ST等）。此外，φ1.25mm陶瓷芯的小型连接器（如LC、MU等），以及带状光纤连接器为主的多芯连接器（如MTP等）的需求量也逐步增加。

通常，衡量光纤连接器产品质量的主要光学特性指标为插入损耗（Insert loss）和回波损耗（Return loss）。此外，影响产品质量可靠性的插芯端面几何参数等物理特性指标也越来越被系统厂商或高端客户所重视

插入损耗是指接续的连接器给系统造成的光功率衰减（即光连接器输出功率相对于输入功率的相对减少量）。插入损耗主要由相接续的两根光纤之间的横向偏离造成如两根光纤排成一直线，横向偏离为零，则其造成的插入损耗最小。但在连接器的实际对接过程中，这是不大可能实现的，因为纤芯与光纤包层的不同心、光纤包层与插针内孔的不同心以及插针内孔与外径的同心度误差等，都会引起光纤间的横向偏离。

同时，光纤接头中的纵向间隙和端面质量也是引起插入损耗的因素之一，近年来普遍采用的UPC插头接触方式，则较好地解决了纵向间隙问题。按此方式，插针和光纤端面经球面抛光处理，使得相对接的两插针在外力的作用下啮合在一起，使啮合光纤的顶点变形并展平，形成光纤充分对接，减小光纤接头中的纵向间隙。回波损耗是用来衡量连接器端面的后向反射光大小的参数。回波的本质即是光线反射，根据菲涅尔反射原理，光线在传输过程中遇到两种折射率不同的界面时会发生菲涅尔反射，造成光通路中的信号叠加或干涉。在高传输速率的单模光纤系统中，尤其是有线电视系统（CATV），反射现象会产生传输信号的时间滞后，使信号到达用户端的时间延迟，造成图像的重影和清晰度下降。

　　连接器接头的UPC接触方式，由于减小了连接端面间的间隙，除降低了插入损耗外，也减少了连接端面的反射，提高了回波损耗；而对于CATV系统等用户来说，APC型接触方式则为更好的选择：由于APC型接头其陶瓷插芯端面的球面法线与光纤的轴线有一个角度（一般为8°），使得从端面反射的光泄出而不返回纤芯，从而大大提高了连接器的回波损耗。

　　综上所述，对于优秀的连接器跳线生产厂家而言，为确保产品的高质量，三方面的因素至关重要，它们分别是高品质的紧套光纤光缆、高精度的陶瓷插针和装配散件，以及优良的装配加工工艺：

　　就光纤而言，光纤对于连接器性能的影响主要反映在光纤本身的衰减系数和光纤光缆制造公差（尤其是纤芯/包层同心度误差）上：对于较长的连接器跳线，光纤本身过大的衰减系数会造成连接器跳线的先天不足，增大光通路中的能量损耗；较大的纤芯/包层同心度误差易造成纤芯的横向偏离。因此，高品质的光纤对于产品的低插损是至关重要的。

　　就陶瓷插针而言，较小的同心度误差以及内孔直径和光纤包层外径的良好的匹配（即小间隙）也可减小纤芯的横向偏离，降低插损；同时，高精度装配散件可保证产品在接续中处于充分对接和良好的受力状态，直接影响回波损耗的大小。

　　而优良的产品制造技术，包括完善的过程控制，精良的研磨、检测设备，及与之相配套的研磨抛光工艺和质量监控，使得产品在满足高质量端面和光学特性指标的同时，可根据客户的不同要求在相应的标准要求范围内调整插芯的端面几何参数，提高系统接续和使用可靠性。

3）开口套筒

氧化锆具有低导热、强度韧性好，低弹性，高搞热冲击性、高工作温度（1100度）高硬度，耐磨等特点在各行业应用广泛。

开口套筒是利用轴向开口的弹性夹持圆筒状套管的，以前是采用碑青钢材料经切削加工而戚，氧化错陶瓷制作的开口套筒，性能好，反复插拔时因摩擦产生的粉末较少，主要用于长距离线路等要求高可靠性的线路中光接插件的 ...

光纤适配器（Fiber Adapter）是实现光纤活动连接的重要器件之一，它通过尺寸精密的开口套管在适配器内部实现了光纤连接器（Fiber Connector）的精密对准连接。 常规型耦合器(即ST、SC、FC)在使用上占绝大多数，原因是相应设备接口尤其是配线接口大多为常规型，陶瓷套筒精度很高，插入损耗很小，适用于单模和多模纤芯连接头。金属套筒只能用于多模纤芯连接，其精度较陶瓷套筒差很多，价格也便宜一些。

工业标准：Bellcore TA-NWT-001209。 应用场合：光通信系统 光仪器仪表 光纤CATV 光纤传感器。

陶瓷套筒耦合器技术指标： 

插入损耗 互换性 重复性 使用寿命 抗拉强度 温度范围 

≤0.2dB ≤0.2dB ≤0.2dB >1000次 >10kg -40-+85℃ 

金属套筒耦合器技术指标： 

插入损耗 换互性 重复性 使用寿命 抗拉强度 温度范围 

≤0.3dB ≤0.3dB ≤0.3dB >1000次 >10kg -40 - +85

4）结构件（金属件）

重点需控制金属加工精度……