Y8T349 DFB激光器的抗反射设计
昨天有个新闻，说旭创推出了一款大功率抗反射的激光器。
旭创的CW 大功率激光器芯片可以达到100mW光功率， 这个功率在OFC2022的PPT汇编中提到过Lumentum的100mW方案，在ECOC2022汇编中，也和过华为的700+mW的方案做过对比。
咱们把旭创的激光器纳入到同一个坐标系，在这个坐标系中，华为的功率是最大的，暂且不把他们作为同一个维度去考虑。虽然华为的CW激光器也是为了CPO的ELSFP做的设计。
旭创给出的PI曲线是在25℃的数据，按这个数据来看，线性段的电光效率约为29%， Lumentum那两个设计在常温下的效率约为40%，Silvers那个效率约为27%
先把Lumentum的数据纳入到旭创给出的横纵坐标轴
再把旭创的数据填入到Lumentum的坐标轴
重新再来梳理这个100mW，
Lumentum的说法是100mW的激光器，说的其实是常温下500mA 电流，激光器功率为200mW， 这样就可以在高温下（取消TEC成本）效率下降后，依然还能保持100mW的输出光功率。
旭创给出的是500mA电流，在温度25℃时，光输出功率可以达到100mW，并且处于饱和区。要保持这个功率不下降，需要增加TEC来制冷。
旭创给出的降成本措施，是取消隔离器，在无隔离器的前提下，可以抵抗-19.8dB的反射量。
-19.8dB反射，是个什么概念？首先看公式，反射光功率（Pre）与输出光功率Pout之比，一个是反射一个是回损
旭创给出了几个值，无反射，-25.1dB反射，-21.8dB反射，-19.8dB反射，
我换算一下，-19.8dB也就是1%的反射量，-21.8dB是0.6%反射量，-25.1dB是0.3%的反射量。
因为激光器对于反射量是害怕大反射的光来干扰光的谐振（也就是相干性），能扛得住大反射率，那么其他就能接受。
我们重点考虑-19.8dB，1%反射率，这个情况下，旭创能抗住。大于这个反射量，目前还不知道，他家说OFC2023年有论文发表，咱等三个月就能知道了。
在很多光模块的标准协议中，都会看到这些参数要求，RIN，还有就回损容限，也有叫反射容限的。
回损容限和反射容限，他们其实表达的是同一个意思，取log，刚好反射容限是就是-17.1dB，（虽然看到的是负号，但是这是个正数啊，这是大于0的数，可千万别弄混了。）
这几个参数要表达的意思，很明确，17.1dB的回损是2%的反射。
把反射率控制在2%，对光纤的各种接头来说，压力挺大的。
光纤的插拔，不管是LC的连接器，还是MPO各种连接器，是吧。单模常规光纤的纤芯在9μm左右，还有一部分是是4μm，一些是10-13μm的，各有不同的用途。
连接器的目的是光纤有效接触
但是，一颗灰尘就能毁了一切，肉眼可识别的灰尘颗粒度是100μm左右，咱们为了控制大气中的洁净度，要测试PM2.5、PM10，这是指的肉眼看不到的2.5μm颗粒度的灰尘，10μm颗粒度的灰尘，空气中弥散着无数个。
一个小的灰尘落在光纤上，那么来光纤头就不能有效直接接触，鞋里一个石头子，硌住了。
光纤的光就会经历一小段从玻璃到空气的日子。
从玻璃光纤的折射率1.5，到空气的1.0折射率，这个界面的反射率，大家知道是多少么？
4.2%
亲们，这是4.2%
所以，为了降低激光器的压力，光纤组需要设计整条链路的总的反射率＜2%，在很久以前的10GE光模块中，这个反射率大家控制在6%就行，在802.3av，10GE PON中甚至控制到10%，就行。
换成咱们老百姓的语言，通信有发射端（包括激光器），有光纤传输端，还有接收端（包括探测器、TIA跨阻放大器）等等。
如果他们是三个部门，那么，光纤线路组发给激光器的邮件会这么写
激光器，你好我们很理解你对于反射很敏感，不愿意接受光路中存在光学反射这个现象，对反射的容忍性不高，但是客观现象我们也不能完全消除。当年10G 10km的传输中，我们允许光路接口有6%的光反射，现在我们要求这些个LC啊、MPO啊光接口的各个岗位都提高自己的工作能力，将总反射量控制在<2%，尽量减小对你的压力，以便提高你的工作积极性。800G FR4光纤线路组
激光器属于发射部门的骨干成员，那么发射组写给自己组员的邮件，是这样儿的。
激光器，你好光纤线路组的同志们牺牲自己，将压力抗在肩上，努力为了我们减小负担，但是，同志们，咱们自己要争气啊，一定要保证在2%的反射压力下，每赫兹的噪声密度小于光信号幅度的1.26x10-14，因为我们的信号调制频率至少是在5x1010Hz，一定要控制噪声量，坚决不能把压力再传递给接收组的同志们。他们所面对的噪声情况更加复杂，有来自于咱们的、还有光纤的和他们自己的探测器、TIA等噪声。加油！！800G FR4 光发射组
旭创没有公开自己的抗反射设计是什么，我们就回头看看其他厂家的设计。
抗反射中，最容易实现的是用隔离器。
普通DFB是常见的单模激光器设计，横截面结构常见如下，今天用不同的颜色来区分InP、InGaAsP这两类材料，量子阱可以用InGaAsP或者AlGaInAs来做，这不是今天的重点，我用几条深红色的线来做示意。
常规DFB的抗反射容限，大约在-25dB左右，（大约的意思是不同厂家设计不一样，这个值也有差异的。），-25dB就是千分之三反射率，芯片在0.3%反射就扛不住了，更何况要要求他们抗住百分之二反射，甚至是6%、10%的反射，是不太可能的。太难了。
如果加一个15dB的隔离器，那么能抗住2%反射量，系统的反射量更大的话，也可以选择更高隔离度的设计。
上一个图用反射量来标注，是一样的，这些单位能换算。
现在的CW DFB，基本上做了斜出光设计，就是为了能提高抗反射能力，如果旭创选择这种波导结构，那属于常规设计，看他家的波导和电极的分布，不太像。
另外的其他厂家设计，就是从横截面上开始的。我们写过源杰的一些抗反射，也整理过coherent（原Finisar）的抗反射设计。
源杰的设计，我没找到具体的抗反射数据，今天看一下横截面的结构，中间的粉色InGaAsP区间，我做了夸张示意，为了方便看清楚。实际结构中波导层的InGaAsP很薄。
首先，光栅要远离出光面，避免反射回来的光对光栅的谐振造成影响。光栅就是DFB的“相干”性谐振腔，是分布式谐振腔。
一个结构是是让光输出下移一些，刻蚀后用InP回填（深蓝色是回填的InP材料），这样即使有些光反射回来，那么也只有很小一部分进去到DFB谐振区，抗反射能力提高。
弧形回填区，矩形回填区，都可以的。侧面是矩形回填区，在俯视图中就是弧形渐变结构。
或者直接填充厚的InGaAsP层，一方面可以降低反射角，提高耦合效率，一方面可以提高可靠性，还能提高抗反射能力。
原Finisar的设计，他们的目标其实是用来提高带宽的，提高抗反射能力，是属于赠送的额外性能。
提高带宽，本来需要双段式波导，或者三段式波导，既然有这个波导存在，那么就可以起到发射远离谐振光栅的作用。
DFB+R这种结构，可以抵抗12%的反射量，几乎能管住绝大多数的以太网场景。
Two-K是双向远离光栅，可以抵抗20%的光反射量，约等于一个18dB的隔离器。
DR的设计，它的谐振光栅是左边那个，右边是用来做PPR共振的。这个结构可以扛得住40%的反射量，也就是等于21dB的光隔离器
从这个角度来看。
旭创芯片至少可以抵抗1%的反射量，是否能更大，目前没有数据，等OFC2023有了数据再分析。
Lumentum的大功率激光器，今年给出的设计是底部加了一个光学波导下拉的结构，这也能远离谐振光栅，从结构上看也能提高一点抗反射能力，也没有具体数据。
一切等到三个月后再来复盘。
