高速光モジュールのマニュアルでは、通常、DML または EML に関連する ER および OMA に焦点を当てています。 それで、彼らはどういう意味ですか？ XNUMX つの指標の関係はどのようなものですか? それらの適切な値は何ですか? それらをテストする方法は？ これらの質問で ER と OMA について話しましょう。
- 定義と計算
ER、消光比は、信号がハイレベルとローレベルで送信されたときの光パワーの比率を指します。
式1）
ただし、マニュアルで通常見られるのは対数形式、つまり ERdB = 10*log10(ER) です。 「1」と「0」を送信する光パワー P1 と P0 が両方とも dBm 単位の場合、対数消光比は 1 つのパワーの差、つまり ERdB) = P0(dBm) -PXNUMX(dBm) に等しくなります。
OMA (光変調振幅) は、光信号が変調された後の高レベルと低レベルの間の光パワーの差を指します。
式2）
明らかに、ER と OMA はどちらも高レベル信号と低レベル信号の間の光パワーの差を表しますが、ER は相対的な差を表し、OMA は絶対的な差を表します。
- 意味と変換
では、なぜERとOMAが重要なのでしょうか?
光パワーの「1」と「0」の識別力が大きいほど、受信側で「1」と「0」を識別しやすくなり、ビットエラーレート（BER）が小さくなります。 実際、これを理論的に証明するのは簡単です。
品質係数 Q の定義は、次の式で示されます。
式3）
分子は高レベルと低レベルの光パワーの差、つまり OMA であり、分母は高レベルと低レベルの標準偏差の和であり、実際にはノイズのサイズを表します。 熱ノイズが制限された PIN レシーバーの場合、高レベルと低レベルは同じノイズに対応します。 したがって、特定の受信機の場合、Q 係数は OMA によってのみ決定されます。 Q と BER の間には機能的な関係があります。つまり、次のとおりです。
式4）
したがって、高レベルと低レベルの間の光パワーの差は、光モジュールの性能を直接反映します。 では、光パワーの違いを測定するためのこれら XNUMX つの指標の間には、何らかの関係があるのでしょうか?
相対差と絶対差の関係を求めるには、基準となる中間量を導入する必要があります。 この量は、一般的に使用される平均光パワー Pave です。 次のように定義されています。
式5）
式 (1)、(2)、(3) を組み合わせて変数を代入すると、中間量 Pave を使用して OMA と ER の関係を簡単に求めることができます。
式6）
式7）
そして、P1、P0、ER と Pave の関係。
式8）
式9）
(3) ～ (7) から、P1、P0、Pave、ER、OMA の XNUMX つの量のうち XNUMX つだけが独立であることがわかり、上記の値のいずれか XNUMX つが与えられれば、他の値が得られます。 これに基づいて、次の分析では、さらなる分析のために Pave と ER を選択します。 もちろん、ER と OMA にはまだ違いがあります。 光信号が減衰した後、ER は変化しませんが、OMA は信号の減衰係数に従って減少し、光増幅後はその逆になります。
ER と OMA は、アイ ダイアグラムで明確に示すことができます。 ER と OMA が大きいほど、図の開口部が良好です。
図 1 アイ ダイアグラムでの OMA の例
- ERの価格と実際の価値
上記の分析は、受信感度 (または BER) の観点からのみです。 ER または OMA が大きいほど、BER を改善するのに適しています。 さらに、ER が無限大の場合、制限された ER によって生じる電力コストは次のように計算できます。
式10）
上記の式から、約 6 dB の ER (DML など) の場合、導入される電力ペナルティは約 2 dB であり、約 9 dB の ER (EML など) の場合、導入される電力ペナルティは約1dBです。 これは、EML の消光比が高いこともあり、EML が通常 DML よりも優れたパフォーマンスを発揮する理由も説明しています。 直接変調モジュールの場合、消光比は高いほど良いですか?
まず、DML の消光比を改善する方法を見てみましょう。 定義上、レーザーの光パワーの相対的な差を大きくすることです。 off. 最も直接的な方法は、駆動電圧の振幅を大きくし、ハイレベルとローレベルの差を大きくすることです。 しかし、これは XNUMX つの問題をもたらします。
一方では、駆動電圧振幅の増加は、DML 内のキャリア密度の交互変化を容易に引き起こします。これにより、活性領域の屈折率が変化し、レーザーの波長がドリフトし、電流はレーザーの波長によってドリフトします。これは一般にチャープとして知られています。 最終的な結果は、低レベルの光信号の波長が長く、高レベルの光信号の波長が短いということです。 ファイバ内の XNUMX つの伝送速度は異なるため、信号の時間領域の帯域幅が拡大し、シンボル間干渉 (ISI) が発生します。 したがって、ER が高いと、DML のチャープ ペナルティも増加する可能性があります。
一方、低出力 (P0) から高出力 (P1) へのレーザーの変換には時間がかかります。これは、キャリアの通過時間に関連しています。 電力差が大きくなると、通過時間が長くなり、変調帯域幅が減少します。 したがって、通常、高速 DML の ER は小さくなります。
実際の ER はどのくらいの大きさですか? DML の DC バイアスに依存します。 図 2 に示すように、高速 DML で電気光学遅延、緩和振動、およびパターン効果を低減するために、DML のバイアス ポイントは通常しきい値付近にあります。つまり、「0」を送信すると、レーザーも発光しています。つまり、P0 は 0 ではありません。これは明らかに ER を減少させます。
図 2 半導体レーザーの典型的な PI 特性曲線
受信機には過負荷の光パワーPRthがあります。つまり、受信した平均光パワーがこの値を超えると、受信機は飽和し、正常に動作できなくなります。 したがって、P1 は通常動作時に 2PRth-P0 を超えないようにする必要があるため、最大消光比は ER max = 2PRth/P0-1 となります。
図 3 は、式 (8) によって計算された電力ペナルティと ER の関係を示しています。 ER が 20 dB を超えると、基本的に性能に影響がないことがわかります。 15 dB を超えると、ER の改善はパフォーマンスの改善にほとんど影響しません。 したがって、ER が高すぎると消費電力が増加する可能性があります。
25G NZR 信号の場合、商用 DML の ER は通常 4 ～ 6 dB ですが、EML の ER は 8 ～ 10 dB です。
図 3 有限の消光比による電力ペナルティ
4. 光モジュールとER試験
ERをテストする方法について話しましょう。 実際、ER をテストするのは簡単ですが、図 4 に示すように、光モジュール全体を何度もテストする必要があります。
図4 近距離光モジュールの主な試験項目の模式図
送信側では、1 つの主要なテストがあります。2 つは、入力信号の品質が十分に良好であることを確認するための入力信号の電気アイ ダイアグラムです。 図２は、光学アイダイアグラム、ＥＲ、およびＯＭＡなどの変調された光信号の品質をテストすることである。 通常は、デジタル コミュニケーション アナライザ (DCA) とも呼ばれる、光ポートを備えたアイ ダイアグラム計測器が使用されます。 光ポートがない場合は、帯域幅の広い光検出器 (PD) を使用して電気に変換し、電気アイ ダイアグラムを確認します。 アイ ダイアグラム計測器は、アイ ダイアグラムを測定し、OMA、ER、Pave およびその他のパラメーターを表示できます。 直接読むことができます。 ただし、対応するレートのアイ ダイアグラム テンプレートを介した透過光アイ ダイアグラムのマージンにも依存します。 下の図に示すように、マスクの灰色の領域に信号サンプルが入ってはなりません。
図 5 アイ ダイアグラム マスクの例
受信側のテストは、送信側のテストとは異なります。 一般に、最悪のケースを評価するために、ストレステストとも呼ばれる不良信号をテストする必要があります。 受信機によって最終的に出力される電気信号も、アイ ダイアグラム、BER、ジッター、およびジッター トラッキング能力の耐性を含めてテストする必要があります。
実際には、光モジュールのテストは非常に複雑なプロセスです。 異なるモデル、異なるレート、異なる基準では、テスト指標と方法がまったく同じではなく、異なるテスト基準と手順に従う必要があります。