1 引言
隨著多媒體時(shí)代的深入推進(jìn)，越來(lái)越多的數(shù)據(jù)信號(hào)將通過(guò)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。隨著數(shù)據(jù)傳輸量的日益加大，快速處理將通過(guò)數(shù)字信息系統(tǒng)，如大容量的ATM交換系統(tǒng)和大型并行計(jì)算機(jī)來(lái)完成。這已經(jīng)極大地刺激了高速度大規(guī)模集成電路和先進(jìn)的封裝技術(shù)的開(kāi)發(fā)。
增加大規(guī)模集成電路(LSI)和封裝板的通量大大提高了板內(nèi)、板間和機(jī)架間的互連通量，并取得了重大突破。采用金屬線纜技術(shù)其互連通量往往受到一些實(shí)際應(yīng)用因素如傳輸速度、現(xiàn)行帶寬、串?dāng)_以及電磁兼容性的嚴(yán)重制約。用光纖線纜代替金屬線纜是解決這一通量瓶頸問(wèn)題最好的方法，尤其是采用光纖來(lái)實(shí)現(xiàn)的并行光纖互連方法更是前景看好。這些互連系統(tǒng)可以在先進(jìn)的Tb/s級(jí)ATM交換系統(tǒng)以及ρ-FLOPS計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的板間、機(jī)架內(nèi)和機(jī)架之間完成。
眾所周知，采用光纖互連有很多優(yōu)點(diǎn)，但其應(yīng)用推廣往往受到其高成本和設(shè)計(jì)方面的局限。降低成本顯然是拓展其應(yīng)用范圍的一個(gè)關(guān)鍵因素。因此，降低其制造成本已經(jīng)成為大多數(shù)并行光纖互連開(kāi)發(fā)項(xiàng)目一個(gè)重要目標(biāo)。降低成本不僅意味著降低元器件本身的成本，而且包括其封裝成本。封裝成本在光模塊總成本中占據(jù)較大的比重。簡(jiǎn)化光纖連接器系統(tǒng)設(shè)計(jì)意味著達(dá)到一個(gè)可以發(fā)射并行數(shù)據(jù)流的微型超多信道結(jié)構(gòu)，如8位、16位或32位寬帶數(shù)據(jù)，而無(wú)須將并行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)流。
目前開(kāi)發(fā)的ParaBIT光纖互連模塊是一種通量達(dá)到28Gb/s (700Mb/s×40信道)的前端模塊。采用這一模塊封裝技術(shù)其目標(biāo)是要在較低的制造成本和微型化、高通量條件下達(dá)到規(guī)模化的生產(chǎn)能力。
2 技術(shù)方法
ParaBIT光纖互連模塊的設(shè)計(jì)目標(biāo)參數(shù)參見(jiàn)表1綜述。根據(jù)電信號(hào)在印刷電路板的最大傳輸速率700Mb/s以及直接傳輸各種帶寬數(shù)據(jù)所需要的信道數(shù)量(40信道)要求，我們選擇總通量28Gb/s (700Mb/s×40信道)作為其目標(biāo)通量。這樣就可以將一個(gè)700Mb/s的通量隨同附加信息(如ATM發(fā)送標(biāo)題信號(hào))一起為同步數(shù)字分級(jí)系統(tǒng)傳輸接口提供622Mb/s(STM-4)的傳輸速度。高達(dá)40條信道可以隨同幀同步數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸32位并行數(shù)據(jù)流。光纖互連模塊的主要技術(shù)特性如下所示：
1) 采用ρ型砷化鎵基板的850nm VCSEL陣列，這樣可以實(shí)現(xiàn)高速傳輸，具有較高的成本效益，并可以將發(fā)射器(Tx)和接收器(Rx)合二為一，實(shí)現(xiàn)一體化;
2) 所采用的多模光纖連接器傳輸系統(tǒng)可以隨意進(jìn)行光耦合，從而降低其封裝成本;
3) 采用一種超多信道光纖連接器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得Tx和Rx光纖互連模塊可以傳輸32位以上的并行數(shù)據(jù)流;
4) 采用新近開(kāi)發(fā)的高密度多接口裸纖(BF)連接器的光纖連接器接口;
5) 可以用光波聚合薄膜在BF連接器和VCSEL以及光二極管(PD)陣列之間進(jìn)行無(wú)源光校準(zhǔn);
6) 采用了一種帶有固定判定電平接收器、無(wú)自動(dòng)電源控制(APC)的發(fā)射器和低功率耗散的簡(jiǎn)易電子電路;
7) 采用轉(zhuǎn)移多芯片焊接(TMB)技術(shù)將VCSEL/PD陣列/芯片精確定位、焊接在一塊基板上;
8) 采用一種小型光纖連接器表面安裝封裝組件，以便于進(jìn)行板上組裝。
表1 ParaBIT光纖互連模塊的設(shè)計(jì)目標(biāo)參數(shù)
采用VCSSEL陣列是生產(chǎn)并行光纖互連模塊的一種降低成本特別有效的方法。這就使得評(píng)估處于晶圓狀態(tài)中的芯片較為容易，而且減少了晶圓分割這一道程序。此外，這些陣列可垂直發(fā)射圓形的低數(shù)值光圈(NA)光束，從而實(shí)現(xiàn)其低損耗光耦合。使用這些器件，我們可以讓Tx和Rx光纖互連模塊設(shè)計(jì)成一種一體化的模塊式封裝結(jié)構(gòu)，從而降低了光纖連接器封裝成本。
ParaBIT光纖互連模塊中所采用的VCSEL是在ρ型砷化鎵光纖連接器基板上形成的，其間距為250μm。VCSEL陣列中單個(gè)光纖連接器的光孔直徑為15μm。這一陣列的工作波長(zhǎng)約為850nm。其標(biāo)準(zhǔn)的閾值電流為5mA，閾值電流為15mA時(shí)的光輸出功率大于3mW。其陣列芯片的寬度為415μm，長(zhǎng)為2600μm，厚度為300μm。在Rx模塊中，我們采用間距為250μm、直徑為80μm的10信道砷化鎵( GaAs )引腳PD陣列。該芯片的尺寸與VCSEL陣列中所采用的完全一樣。在下列章節(jié)，我們將介紹光纖互連模塊結(jié)構(gòu)、主要封裝技術(shù)以及所研制ParaBIT光纖互連模塊樣品的性能。
3 模塊結(jié)構(gòu)
ParaBIT光纖互連模塊樣品的示意圖以及發(fā)生器和接收器模塊結(jié)構(gòu)圖參見(jiàn)圖1和圖2。為了減少加工成本和功率損耗，該光纖互連模塊采用一種簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)(在沒(méi)有多路轉(zhuǎn)接器、多路分配器或重新調(diào)整電路時(shí)序情況下，可以進(jìn)行O/E和E/O轉(zhuǎn)換)，并采用一種帶有固定判定電平接收器以及無(wú)自動(dòng)電源控制(APC)的發(fā)生器的簡(jiǎn)單電路。
圖1 40信道ParaBIT模塊樣品示意圖
為了能將40信道安排在一個(gè)模塊中，Tx光纖互連模塊具有四個(gè)10信道的VCSEL陣列、八個(gè)5信道Rx IC芯片、兩個(gè)20信道的帶有45°反光鏡的聚合光波導(dǎo)膜和兩個(gè)20信道的BF連接器插座。也可以采用兩個(gè)轉(zhuǎn)接發(fā)器作為一種替代結(jié)構(gòu)：每個(gè)都可以安裝在AIN多層基板上，每個(gè)光纖互連模塊將具有一個(gè)20信道的Tx模塊和一個(gè)20信道的Rx模塊。
圖2 發(fā)生器和接收器模塊
ParaBIT光纖互連模塊的光耦合結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3所示。在Tx光纖互連模塊中，來(lái)自VCSEL陣列的輸出信號(hào)光束通過(guò)光波導(dǎo)聚合膜一端的45°反光鏡與光波導(dǎo)管進(jìn)行耦合。這些反光鏡將光傳導(dǎo)方向改變90°，這樣光穿過(guò)波導(dǎo)管傳播出去，與內(nèi)嵌于微型玻璃毛細(xì)管中的短纖維進(jìn)行耦合，從而構(gòu)成了光纖BF連接器插座中BF連接器接口的一部分。最后一步耦合則在短纖維和插座中光纖BF連接器插頭中的裸露纖維之間進(jìn)行。在Rx模塊中，光纖連接器信號(hào)光束應(yīng)與對(duì)面的PD陣列耦合。
圖3 ParaBIT光纖互連模塊的光耦合結(jié)構(gòu)
4 封裝技術(shù)
4.1 轉(zhuǎn)移多芯片焊接(TMB)
多種光纖連接器的芯片焊接需要精密定位而又不會(huì)損壞器件本身。在ParaBIT光纖互連模塊加工中，AIN基板的Tx光纖互連模塊中安裝有四個(gè)光陣列芯片、四個(gè)10信道VCSEL陣列芯片。而在Rx模塊中安裝有四個(gè)10信道的PD光纖連接器陣列芯片，這些光纖連接器芯片用無(wú)源光校準(zhǔn)通過(guò)45°反光鏡與波導(dǎo)管耦合。在E/O和O/E接口處達(dá)到最大的光耦合性能要求，并將光纖連接器精確地定位、焊接于預(yù)定的設(shè)計(jì)位置。VCSEL /PD陣列芯片與膜波導(dǎo)管之間的光插入損耗的任何變動(dòng)與芯片的實(shí)際和設(shè)計(jì)位置之間的偏差有著直接的關(guān)系。光插入損耗隨著其偏差的增大而增大。在ParaBIT-Tx模塊加工中，由于芯片定位誤差的存在，光插入損耗應(yīng)小于0.5dB。這意味著芯片定位誤差必須小于±6μm，參見(jiàn)圖4。
圖4 因芯片定位誤差而產(chǎn)生的插入損耗變化情況
為了避免光纖連接器的損壞，光纖連接器的芯片在其焊接過(guò)程中必須同時(shí)安裝，以便縮短光纖連接器在高溫(高于焊接熔點(diǎn))環(huán)境中的暴露時(shí)間。在將多種光纖連接器芯片焊接到基板的過(guò)程中，光纖連接器通常所采用的定位和焊接方法往往會(huì)產(chǎn)生熱學(xué)問(wèn)題。在芯片逐一校準(zhǔn)和焊接過(guò)程中，由于熱應(yīng)力的存在，光纖連接器功能可能會(huì)產(chǎn)生劣化現(xiàn)象。
基于上述考慮，我們開(kāi)發(fā)了轉(zhuǎn)移多芯片焊接(TMB)方法。在ParaBIT Tx/Rx光纖互連模塊加工中，其使用方法分如下幾個(gè)步驟。
圖5 轉(zhuǎn)移多芯片焊接工藝過(guò)程
1) 我們首先準(zhǔn)備一個(gè)帶有光孔和基板校準(zhǔn)記號(hào)的石英板(代表光孔在4個(gè)VCSEL/PD光纖連接器陣列芯片上的精確的相對(duì)位置以及芯片在AIN基板上預(yù)定設(shè)計(jì)位置)，見(jiàn)圖5(a)。我們把這種板叫做校準(zhǔn)板。這些光孔是VCSEL陣列元件上單獨(dú)的發(fā)光元件以及PD陣列上的光纖連接器。
2)每塊芯片上的光孔通過(guò)顯微鏡與校準(zhǔn)板上的光孔校準(zhǔn)記號(hào)校準(zhǔn)后，四個(gè)芯片用焊膏連接起來(lái)，見(jiàn)圖5(b)。
3)將AIN基板加熱到焊片的熔點(diǎn)溫度以上，然后用AIN基板上所做的校準(zhǔn)記號(hào)校準(zhǔn)板的基板校準(zhǔn)記號(hào)，見(jiàn)圖5(c)。焊接在AIN基板上的芯片與校準(zhǔn)板保持短時(shí)間接觸(小于1分鐘)，見(jiàn)圖5(d)。
4)冷卻之后，從校準(zhǔn)板上取下AIN基板。其結(jié)果是，4個(gè)VCSEL/PD陣列芯片由校準(zhǔn)板轉(zhuǎn)換到AIN基板，與此同時(shí)，芯片被準(zhǔn)確地焊接到所要求的位置，見(jiàn)圖5(a)。
最后一步是用有機(jī)溶劑清除芯片和校準(zhǔn)板上殘存的焊膏。采用TMB方法進(jìn)行芯片定位的精確度取決于芯片厚度的偏差大小。偏差值越小，其定位效果越好。從圖6可以看出，當(dāng)厚度偏差值小于±15μm時(shí)，94%樣品的芯片定位誤差范圍介于±6μm之間。在檢驗(yàn)該方法有效性的補(bǔ)充試驗(yàn)中，當(dāng)厚度偏差小于±10μm時(shí)，樣品中定位誤差值小于±2μm和±6μm的比率分別為78%和99%，如圖7所示。
圖6 通過(guò)TMB安裝的VCSEL/PD光纖連接器陣列芯片設(shè)計(jì)芯片位置偏差(芯片厚度偏差小于±15μm)
圖7 通過(guò)TMB安裝的VCSEL/PD光纖連接器陣列芯片設(shè)計(jì)芯片位置偏差(芯片厚度偏差小于±10μm)
因此，可以說(shuō)TMB是一種非常有效的光纖連接器精確定位芯片焊接方法。此外，它還是裝配多芯片光纖模塊(如高速并行光纖模塊)的一種簡(jiǎn)單易行而且成本低廉的方法。
4.2 BF連接器和組件
要實(shí)現(xiàn)并行光纖互連模塊的光接口，高密度、多接口光纖連接器是其中關(guān)鍵光纖器件。采用傳統(tǒng)多接口光纖連接器是難以滿足傳輸32位寬帶數(shù)據(jù)流的超多信道傳輸要求。因?yàn)殡S著光纖信道數(shù)量的增加，信道之間間距尺寸誤差會(huì)逐漸積累。此外，所有纖維之間的物理接觸也難以達(dá)到，因?yàn)橥ㄟ^(guò)拋光工序難以使纖維末端加工得非常均勻。為了在光纖連接器中達(dá)到較低的插入損耗和較高的回路損耗，實(shí)現(xiàn)物理接觸光纖連接就顯得尤為重要。
目前，人們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出高密度光纖裸纖(BF)連接器。該光纖連接器裸纖具有一定的柔軟性，可用于光纖模塊接口連接器中。與傳統(tǒng)連接器不同的是，這一光纖BF連接器不需要利用套管或彈簧。光纖BF連接器包含有一個(gè)光纖BF插頭和一個(gè)帶有光纖BF連接器接口的BF插座，其接口通向光波導(dǎo)聚合膜。在光纖BF連接器接口中，通過(guò)裸露的多模光纖(50/125μm)與微型玻璃毛細(xì)纖維管(內(nèi)徑126μm，間距250μm)之間直接接觸即可達(dá)到連接光纖BF連接器之目的。微型玻璃毛細(xì)纖維管入口被切成一種圓錐形狀，以便于纖維尖端插入。微型玻纖管裝有短纖維，以免聚合光纖波導(dǎo)管被屈曲力直接擠壓。
光纖BF連接器克服了間距尺寸的誤差問(wèn)題，因?yàn)楣饫w信道之間的間距尺寸誤差范圍較大，所以在插入微毛細(xì)管之后，其間距尺寸誤差可以被纖維的柔軟性有效吸收。由于壓曲過(guò)程中吸收了光纖維長(zhǎng)度的差距，這樣就克服了所有光纖達(dá)到穩(wěn)定的物理接觸所遇到的困難。光纖維本身的壓曲力可以達(dá)到物理接觸連接，所以可以實(shí)現(xiàn)較低的插入損耗和較高的回路損耗。這一結(jié)構(gòu)可以使得每條光纖信道都能達(dá)到穩(wěn)定的光接觸，即使是100芯的光纖也可以很容易進(jìn)行加工。
圖8 裸纖(BF)連接器結(jié)構(gòu)示意圖
在ParaBIT光纖互連模塊樣品中，20信道光纖BF連接器具有24芯。由圖9我們可以看出，這種24芯光纖連接器具有兩組12光纖維陣列。其中只有10根光纖維可用于數(shù)據(jù)傳輸，因?yàn)橥鈧?cè)的兩根光纖維僅供測(cè)試用。光纖的端面被切開(kāi)，并加工成一定的斜面，這樣插入就更為光滑順暢，并可減小接觸面積。
圖9 24芯光纖BF連接器插頭纖維端
圖10為40信道光纖BF連接器組件照片。光纖BF連接器是由兩組24芯裸纖插頭、一個(gè)帶有兩個(gè)光纖BF連接器接口的光纖BF插座和兩個(gè)外部葉簧鎖緊裝置組成。光纖BF連接器插頭寬為16.7mm，長(zhǎng)為24.4mm，厚為6.3mm;而光纖BF連接器插座寬為44.1mm，長(zhǎng)為18.5mm，厚為8.2mm。光纖BF連接器殼體中的方形套筒導(dǎo)向結(jié)構(gòu)為光纖BF插頭插入BF插座提供了便利條件，外部葉簧鎖緊裝置可以減小連接器尺寸。
圖10 40信道光纖BF連接器組件
我們測(cè)量用于等效850nm多模系統(tǒng)的24芯光纖BF連接器的插入損耗和回路損耗。在測(cè)量過(guò)程中，我們采用了一組對(duì)照型光纖BF連接器插頭，其裸纖用環(huán)氧樹(shù)脂固定，以抑制光纖被外力壓曲。插頭中的每根光纖與ParaBIT光纖互連模塊中的短光纖的作用相同。將端接了光纖SC連接器的24芯光纖對(duì)照插頭插入光纖BF連接器插座的后端，并與一個(gè)待測(cè)的光纖BF連接器連接。從圖11我們可以看出，24芯光纖BF連接器的平均插入損耗為0.04dB，其回路損耗為36dB�；芈窊p耗往往受到測(cè)試設(shè)備性能的限制。在10次重復(fù)插拔試驗(yàn)中，其光性能始終保持穩(wěn)定。因此，這種光纖BF連接器可以組裝成一個(gè)具有眾多接口的高密度、低插入損耗和高回路損耗、性能穩(wěn)定的微型光纖連接器。
圖11 用對(duì)照型光纖BF連接器插頭測(cè)量的24芯光纖BF連接器的插入損耗和回路損耗
4.3 采用光纖波導(dǎo)聚合薄膜進(jìn)行無(wú)源光纖校準(zhǔn)
圖12是帶有一個(gè)45°反光鏡和光纖BF連接器接口的光纖波導(dǎo)聚合膜。這種波導(dǎo)聚合膜的功能相當(dāng)于一個(gè)光纖BF連接器和VCSEL/PD光纖陣列之間的間距轉(zhuǎn)換器，也可作為一種密封襯墊，其尺寸(不包括光纖BF連接器接口)為13mm×16mm。它包括兩組12芯的波導(dǎo)管，其中10個(gè)內(nèi)芯波導(dǎo)管用作光傳輸通道，其余2個(gè)外芯波導(dǎo)管僅供測(cè)試用。
校準(zhǔn)記號(hào)標(biāo)注在聚合膜上，以便于波導(dǎo)管與VCSEL/PD之間進(jìn)行無(wú)源光校準(zhǔn)。一對(duì)間距為250μm的12芯波導(dǎo)管就可以對(duì)稱定位。每條波導(dǎo)管被彎成S形狀。光芯所采用的聚合材料為氘化聚異丁烯醋酸酯(d-PMMA)，而粘接所采用的是紫外線固化膠。氘化聚異丁烯醋酸酯和紫外線固化膠的折射率分別為1.489和1.471。在波長(zhǎng)為860nm時(shí)，沒(méi)有S形曲線的直線波導(dǎo)管的傳輸損耗小于0.1dB/cm。
圖12 帶有光纖BF連接器接口的聚合光纖波導(dǎo)器件
圖13 光纖BF連接器接口裝配流程
光纖BF連接器是將波導(dǎo)薄膜連接到外層纖維的一個(gè)關(guān)鍵元件。從圖13可以看出，波導(dǎo)薄膜一端與微型玻璃毛細(xì)管之間的接口采用V形槽。這一光纖組件可以通過(guò)一種無(wú)源校準(zhǔn)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先，用紫外線固化膠將含有短纖維的微型玻璃導(dǎo)管粘結(jié)到一塊硅片上。再通過(guò)顯微鏡將波導(dǎo)薄膜的一端和進(jìn)入微型玻璃毛細(xì)管的短纖維在V形槽上進(jìn)行校準(zhǔn)，然后讓波導(dǎo)光芯和進(jìn)入微玻璃毛細(xì)管的短纖維中心線處于V形槽基準(zhǔn)面上方的同一高度。這樣，采用無(wú)源校準(zhǔn)在平面方向上即可完成接口的光纖器件的組裝。最后，用紫外線固化膠將波導(dǎo)聚合膜和一個(gè)蓋子安裝到基板上。
波導(dǎo)管另一端圖片見(jiàn)圖14。它配有一個(gè)45°反光鏡，可以將它與VCSEL/PD陣列耦合。只需采用一種帶有90°V形尖端、光滑的鋸齒狀金剛石即可在波導(dǎo)聚合膜邊緣形成這種45°的反光鏡。我們研制出兩種波導(dǎo)聚合膜：其中一種光芯尺寸為35μm×35μm，用于Tx光纖互連模塊;另一種光芯尺寸為50μm×50μm，用于Rx模塊。光芯尺寸不同可以減小波導(dǎo)管和50μm光纖維之間的耦合損耗，因?yàn)镻araBIT光纖互連模塊中的光傳輸路徑總是固定在一個(gè)方向：Tx光纖互連模塊是從VCSEL向纖維傳導(dǎo)，Rx光纖互連模塊是從纖維向PD器件傳導(dǎo)。
圖14 在光纖波導(dǎo)聚合膜邊緣形成的 45°反光鏡
圖15是光耦合系統(tǒng)的近距離照片。它表示波導(dǎo)管和安裝在AIN基板上的VCSEL光纖陣列之間的精確無(wú)源校準(zhǔn)。所有信道的波導(dǎo)管和通過(guò)TMB方式安裝的VCSEL光纖陣列之間的光耦合損耗誤差值均小于0.5dB。
圖15 光耦合系統(tǒng)近距離照片
圖16 光纖波導(dǎo)聚合薄膜插入損耗
如圖16所示，我們所研制的Tx和Rx光纖互連模塊的光纖波導(dǎo)聚合薄膜的平均插入損耗(包括45°反光鏡處和光纖BF連接器接口處的插入損耗)分別為2.3dB和2.2dB。兩種光纖互連模塊信道之間的總偏差在±0.5dB范圍內(nèi)。因此，在這一光纖耦合系統(tǒng)中，通過(guò)TMB方式安裝的光纖波導(dǎo)聚合薄膜和VCSEL/PD陣列的信道間損耗只能在±1.5dB范圍內(nèi)。顯然，采用光纖波導(dǎo)聚合膜所做的這一校準(zhǔn)工藝可以提供成本低廉的光纖互連模塊組件，并為高并行光纖互連模塊提供一種頗具吸引力的封裝方法。
圖17 Tx和Rx40光纖信道ParaBIT光纖互連模塊實(shí)物照片
我們用上述元件和光纖互連技術(shù)研制出ParaBIT光纖互連模塊。圖17為T(mén)x和Rx光纖互連模塊的實(shí)物照片。每個(gè)光纖互連模塊中的AIN多層基板寬為42.1mm，長(zhǎng)為42.1mm，其厚度為1.0mm，然后將它與間距為0.633mm的I/O平帶電信號(hào)引線連接。為了使得高數(shù)據(jù)傳輸速率(每個(gè)信道的傳輸速度在DC~700Mb之間)和高抗噪特性之間保持一定的兼容性，具有差分發(fā)生器耦合邏輯電路的電接口引線應(yīng)采用接地-信號(hào)-信號(hào)-接地結(jié)構(gòu)。該光纖互連模塊具有一種小型表面安裝封裝器件(長(zhǎng)48.0mm，寬47.2mm，厚為8.5mm，無(wú)BF連接器)，這就便于采用板上安裝。Tx和Rx光纖互連模塊具有同樣的封裝結(jié)構(gòu)。
5 性能
為了評(píng)估光纖互連模塊的性能，我們讓Tx和Rx光纖互連模塊運(yùn)行于10信道的700Mb/s NRZ223-1偽隨機(jī)比特序列(PRBS)數(shù)據(jù)，以完成其前期測(cè)試。
在單信道、3信道(信道2~4#)、5信道(信道1~5#)、7信道(信道1~7#)和10信道(信道1~10#)幾種情況下，每個(gè)信道(信道3#)所測(cè)得的比特誤碼率( BER) 參見(jiàn)圖18所示，然后再測(cè)量來(lái)自Rx模塊信道3的電信號(hào)輸出。所采用的系統(tǒng)裝置包括一個(gè)帶有10信道差分輸出的脈沖圖形發(fā)生器、一個(gè)ParaBIT-Tx模塊、10個(gè)光纖多模衰變器、105m光纖(GI-50/125μm)陣列、一個(gè)ParaBIT-Rx光纖互連模塊和一個(gè)誤差檢測(cè)器。這一評(píng)估值對(duì)于只有一個(gè)陣列的芯片來(lái)說(shuō)是非常困難的。Tx/Rx光纖互連模塊相同的VCSEL/PD光纖陣列芯片中，10條光纖信道處于相鄰位置。
圖18 數(shù)量不同的道下通過(guò)光衰變器接收來(lái)自Tx光纖互連模塊的輸出信號(hào)的Rx模塊的比特誤碼率變化情況
在這一光纖互連測(cè)量中，特別需要評(píng)估其動(dòng)態(tài)變化范圍。這一范圍位于右側(cè)趨勢(shì)線和左側(cè)趨勢(shì)線之間的區(qū)域。因?yàn)樵赗x光纖互連模塊中使用了帶有一個(gè)固定判定電平接收器簡(jiǎn)易電路所導(dǎo)致的，而實(shí)際應(yīng)用中，Rx模塊的判定電平和Tx光纖互連模塊光輸出功率在模塊加工之前是固定不變的。比特誤碼率為10-12時(shí)的動(dòng)態(tài)范圍參見(jiàn)表2所示。雖然動(dòng)態(tài)范圍隨著信道數(shù)量的增加而趨于狹窄，但在信道數(shù)量超過(guò)5之后，動(dòng)態(tài)范圍變窄趨勢(shì)變得越來(lái)越不明顯。如果信道超過(guò)10個(gè)，則需要增加輔助VCSEL/PD陣列芯片，因此可以達(dá)到4dB左右的動(dòng)態(tài)范圍�？梢�(jiàn)，在ParaBIT光纖互連模塊樣品中，傳輸距離超過(guò)100m時(shí)其傳輸速率可以達(dá)到每信道700Mb/s的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
表2 比特誤碼率為10-12時(shí)的動(dòng)態(tài)范圍
6 結(jié)論
隨著多媒體應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展，人們很快將會(huì)迫切需要1 T b/s級(jí)通量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和多媒體T bit/s級(jí)服務(wù)器。在板間、內(nèi)部框架和框架之間進(jìn)行光纖互連是達(dá)到這些性能水平的一個(gè)關(guān)鍵因素，因此就需要采用易于制造、易于使用的光纖互連模塊。由此可見(jiàn)，可以用于制造光纖互連模塊的封裝技術(shù)便顯得極為重要。
我們?cè)诒疚慕榻B了一個(gè)光纖互連模塊的具體實(shí)例，并開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的前端樣品作為實(shí)現(xiàn)40信道并行光纖互連系統(tǒng)的第一步。這樣就可以滿足每一個(gè)信道700Mb/s的傳輸速率，并達(dá)到高通量、微型化和節(jié)約成本的設(shè)計(jì)目標(biāo)。顯然，這種ParaBIT光纖互連模塊是研制開(kāi)發(fā)大容量信息系統(tǒng)(如T bit/s級(jí)ATM交換系統(tǒng))一條前景極為樂(lè)觀的途徑。
參考文獻(xiàn)：
[1] Kohsuke Katsura, et al. Packaging for a 40-channel parallel optical interconnection module. IEEE TRANSACTIONS ON ADVANCED PACKAGING. VOL.22. NO.4. |
