光器件的可靠性：GR-468
提起光器件的可靠性，就不得不提Telcordia。Telcordia前身Bellcore，1999年被科学应用国际公司收购后改名Telcordia，现在Telcordia属于爱立信。
Telcordia影响力如此之大，相信只要是咋们这个行业做过产品可靠性的，应该没人没听说过Telcordia。否则只能证明你的产品毫无可靠性！
Telcordia可靠性标准中，对我们最具有参考意义的应该就是GR-468和GR-了。GR-468重点讲了有源器件的可靠性标准，而GR-重点讲无源器件的可靠性。虽然涵盖的产品种类不同，但是可靠性测试包含的项目大体相同。
现在就以GR-468为主线盘点一下可靠性测试项目：
可靠性测试项目与器件类型、器件应用场景关系很大，因此有必要先对器件和应用场景进行分类。
按照封装层次，可以分为5个层级（更多针对有源器件）：
1. wafer level: 晶圆级，芯片还未解理的状态
2.diode level：芯片被解理/切割成一颗颗，或者芯片贴装在热沉上的状态
3.submodule level：芯片被初步组装，但还不具备完整的光/电接口,
比如TO组件
4.module level：芯片拥有了完整的光电接口，可以进行一系列指标测试，
比如TOSA器件
5.Integrated Module：多个光电组件组成一起，形成的更高级封装，比如光模块
按道理来讲，越初级的封装，做可靠性的成本越低。比如已经在晶圆上完成了老化（burn in），那么就可以省去芯片级的老化步骤，可以节省不少工时和物料；如果提前完成了芯片非气密可靠性，那么器件或者模块的非气密可靠性更容易得到保证。
但是考虑到实际情况（主要是测试），在晶圆上不可能测出DFB的PIV或者眼图；在TO级别，没有耦合连接器，也不可能测出耦合效率。既然无法测出某些关键指标，也就无从判断是否合格，因此一般可靠性都是建立在芯片级、器件级，以及模块级的封装上。
按照应用场景分类，可分为
温度长期处于5~40℃，低温偶尔到-5或高温偶尔到50℃的环境，比如室内环境。用于室内的模块，工作范围处于商温（0-70℃/-5-70℃）就够了。
温度不受控制，低可以到-40℃比如东北，高可以到65℃比如中东，后面全部以室外环境代替。用于室外的模块，工作温度范围一般为-40~85℃
下面开始盘点光器件要做的可靠性验证项目。
1. 机械完整性
1.1 机械冲击与振动
当产品被运输的时候，难免抛来抛去；使用的时候，也难免磕磕碰碰；即使产品被安装在设备上了，也会有风扇引起的振动。机械冲击和振动就是针对这些情况提前做好预防与筛选工作。
1.2 热冲击
当一个冷玻璃杯突然倒入开水的时候，由于剧烈的热胀冷缩引起应力，来不及释放，使得玻璃杯破裂。气密封装的光器件虽然不至于破碎，但内部气体缩胀、各材质热胀系数不一致引起的引力，也可能导致气密失效。
热冲击主要针对气密性封装的器件，需要将器件来回浸泡在0℃的冰水混合物和100℃的开水中。浸泡时间要求不小于2分钟，且5分钟之内达到水的温，然后10秒钟之内转移到另一个水槽内。做15个循环就完成了热冲击过程。
重要的事情再说一遍，此测试仅针对气密封装器件，你要是把QSFP模块泡在水里做这个测试，坏了可别怪我。
1.3 光纤可靠性
对于有尾纤的器件或模块，比如尾纤式TOSA，还要进行尾纤受力测试（没有尾纤的忽略此项目）：
根据尾纤受力形式不同，分为轴向扭转、侧向拉力、轴向拉力。主要参数就是施加力的大小，和施加力的次数或时间。力的大小和受力次数（时间）根据光纤是025带涂覆层光纤、松套光纤（如09松套）、紧套光纤（09紧套）、还是加强型光纤（如3mm中间填丝线保护光纤）而定。
1.4 连接器可靠性
对于有连接器的器件和模块，需要对连接器的可靠性进行检查。
插拔可靠性：和外接连接器拔插200次，监控光功率
抗非轴向扭摆(wiggle)：Cisco 认定光学设备中光纤光缆受非轴向力时会明显导致光功率变化，这就是wiggle，还没找到标准。
抗拉托特：要求10次测试中，小于30%的概率被拉出。
2. 不带电环境（存储/运输）压力可靠性
2.1 高温/低温存储
器件存储环境千差万别，有些器件可能放在东北，零下几十度；又些器件可能被运往中东，环境温度五十多度，车内甚至可以到70多度。因此很有必要在发货前，就验证器件是否能抗的住这些极端温度。由于只是运输存储，所以不带电。
一般有低温存储和高温存储。经大量经验发现，有源器件在低温下，不太可能失效，所以低温存储时间只有72小时，甚至可以不用做；而高温存储一般在85℃下存储2000h，如果器件的最高工作温度高于85℃，那么在器件最高工作温度下存储。
相比有源器件，无源器件里面用的胶比较多，胶有个很重要的参数就是Tg点，Tg点是胶的力学特性改变温度点。因此一般无源器件在-40℃低温存储1000h。
2.2 高低温循环
上周武汉天气从18℃一下降到-2℃，然后这几天又回到了10℃，我们很多人身体都不“可靠了”，纷纷感冒。但是咋光器件可不能失效啊，否则感冒在家不能上网多难受。几乎所有光器件在出厂前都要经历温循考验。
每种材料的热膨胀系数不一样，只有在剧烈的温度变化下，才能考验不同材料是否存在失效风险。
温循可比天气变化严格多了，升降温速率至少10℃/min，在85℃和-40℃这两个温度点，还要停留足够长的时间让器件达到环境温度。对于室内应用的光模块，温循100次就OK，对于室外应用光模块，需要温循500次。对于有TEC控温的模块，温循的时候，需要把TEC开着。
听起湿热是不是稍感陌生，但提起双85应该很熟悉吧。湿热不一定是85℃/85%RH，也可以使其它温度和湿度的组合（75℃/90%RH），只是85℃/85%是最常用的湿热条件。湿热可以测试气密性器件的气密特性，也可以考验非气密器件的可靠性。GR-468上不分室内室外应用，推荐的85℃/85%RH时间是500h，而GR-1221推荐室外应用双85可靠性要做到至少2000h。需要注意的是，这些标准推荐的时间只是一个最低参考，具体时间可以根据产品特点而选定，也可以和后面更严格的带电双85合并。
3. 带电（工作状态）可靠性
3.1 高温可靠性：
芯片/器件/模块开足马力，以最大电流或者最大功率条件下工作。这样做是为了加速失效。对于室外应用，温度设定在85℃，对于室内应用，温度设定在70℃；对于芯片级可靠性，持续时间5000h，对于器件或模块级可靠性，持续时间2000h。特别地，对于PD，温度一般设定在175℃，时间2000h。
3.2 耐周期湿度可靠性
湿度和温度同时变化条件下的可靠性实验，有可能会产生水汽凝结或者结霜。这个实验仅仅针对室外应用的器件和模块。该实验的温湿度控制曲线如下图，要做20个循环。一个循环下来要24小时，至少有一半的循环的最后一步要降到-10℃，停留不少于3h。
3.3 湿热可靠性：
这项实验针对非气密封装的器件，85℃/85%RH，持续1000小时或2000h（视具体产品和应用而定），需要特别注意的是，并不是工作电流/出光功率越大越好，因为这样会产生大量的热，从而改变器件周围的环境。对于激光器，工作电流保持在阈值电流1.2倍就行了。
以上项目基本上包含了可靠性认证绝大多数项目。对于上面所有项目，凡是需要拿模块做实验的，数量一般选11个；凡是拿器件或者芯片做验证的，数量一般都是22个。没有失效情况，才算通过可靠性。否则就要再做一次，但是再做一次就没必要拿这么多器件/模块出来了。
那么具体怎么操作呢，比如进行LD的高温带电（85℃/5000h），要求LTPD为10%，投入22只样品，有1只失效了，显然这个实验没通过。那么我们按下面这个表查找，第一列为失效个数，失效1个，LTPD为10，对应的数字是38，那么只需要再拿38-22=16只芯片做一次高温带电，没有失效芯片，那么这项可靠性验证就通过了！
Telcordia GR-468 用于电信设备的光电子器件的一般可靠性保证要求目录
1.1 范围和目的
可靠性保证 － 概述和基本原理
1.2.1 可靠性保证概述
1.2.2 可靠性保证一般要求的基本原理
1.3 文件的历史
1.4 相关的 Telcordia 文件
1.5.1 器件术
1.5.2 供应商，厂商和客户
1.5.3 工作环境
1.5.3.1 CO环境
1.5.3.2 UNC 环境
1.5.4 质量水平
1.5.5 失效率
1.5.6 要求术语
1.6 要求标记惯例
2. 可靠性保证程序
2.1 供应商资格审查和器件验证
2.1.1 规范和控制
2.1.2 供应商资格审查
2.1.3 器件验证一般程序的相关标准
2.1.3.1 验证测试文件
2.1.3.2 相似器件的验证
2.1.3. 3 验证的组件水平
2.1.3.4 临时使用的器件
2.1.3.5 使用供应商提供的资料
2.1.3.6 内部制造器件的处理
2.1.3.7 验证测试的抽样
2.1.3.7.1 LTPD 抽样方案
2.1.3.7.2 验证中不合格器件的使用
2.1.3.7.3 小批量器件的处理
2.1.3.7.4 附加样品的特性测试数据
2.1.3.7.5 应力测试的附加考虑因素
2.1.3.8 验证失败的器件规则
2.1.4 重新验证
2.2 逐批控制
2.2.1 批的定义
2.2.2 采购规范
2.2.3 逐批控制的抽样
2.2.3.1 以 AQL 为基础的抽样
2.2.3.2 小批量器件的处理
2.2.4 源流检验／进料检验
2.2.4.1 使用供应商提供的数据
2.2.4.2 内部制造器件的处理
2.2.4.3 用于采购模块的器件的控制
2.2.5 逐批控制文件
2.2.6 逐批控制的测试范围
2.2.6.1 外观检验
2.2.6.2 电气和光学测试
2.2.6.3 筛选
2.2.7 数据记录和保留
2.2.8 供应商历史记录数据的汇总
2.2.9 不良器件和不良批的处理
2.2.10 来料免检程序
2.3 反馈和纠正措施
2.3.1 逐批控制数据
2.3.2 电路板测试和老化
2.3.3 系统水平测试和老化
2.3.4 现场返回器件的修复
2.3.5 未经证实的电路板失效
2.3.6 数据的收集和分析
2.3.7 器件失效的分析
2.4 器件的存储和处理
2.4.1 不合格材料
2.4.2 材料复查系统
2.4.3 仓库存货规则
2.4.3.1 FIFO 存货法
2.4.3.2 重工器件
2.4.4 ESD 预防
2.5 文件和测试数据
2.5.1 文件的可用性
2.5.2 其它信息的可用性
2.6 器件的可用性
2.7 环境，健康，安全和物理设计考虑因素
3. 测试程序
3.1 一般测试程序标准
3.1.1 标准化测试程序
3.1.2 测试仪器
3.1.3 通过／失败标准的制定
3.1.4 可选的测试条件
3.1.4.1 等效测试条件的计算
3.1.4.2 活化能量
3.1.4.3 与多重失效机理相关的附加考虑因素
3.2 特性测试程序
3.2.1 光谱特性
3.2.1.1 MLM激光器的光谱特性
3.2.1.2 SLM激光器的光谱特性
3.2.1.2.1 连续波激光器的考虑因素
3.2.1.2.2 WDM激光器的考虑因素
3.2.1.2.3 可调激光器的考虑因素
3.2.1.2.4 高比特率应用的考虑因素
3.2.1.3 LEDs的光谱特性
3.2.2 输出功率／驱动电流特性
3.2.2.1 一般输出功率和L-I曲线测量考虑因素
3.2.2.2 激光门槛电流
3.2.2.3 激光门槛电流的温度灵敏度
3.2.2.4 特定电流水平的输出功率水平
3. 2 .2. 4. 1 门槛电流的激光输出功率
3.2.2.4.2 LED输出功率
3.2.2.5 激光L-I曲线的线性度
3.2.2.5.1 整体线性度
3.2.2.5.2 拐点
3.2.2.5.3 饱和度
3.2.2.6 激光器的斜效率
3.2.2.7 相对强度噪声
3.2.2.8 EELED高效发光
3.2.2.9 EELED激光发射的门槛值
3.2.3 激光器的电压 － 电流曲线
3.2.4 调制输出特性
3.2.4.1 调制信号形状
3.2.4.1.1眼孔图样
3.2.4.1.2 上升和下降时间
3.2.4.2 消光比和调制深度
3.2.4.3 导通延迟
3.2.4.4 截止频率
3.2.5 可调激光器特性
3.2.6 出射光场和元件排列
3.2.6.1 远场图形
3.2.6.2 耦合效率
3.2.6.3 前后向寻迹比值偏差
3.2.6.4 前后向寻迹误差
3.2.6.5 偏振消光比
3.2.7 调制器的光学和电气特性
3.2.7.1 EA调制器特性
3.2.7.2 外部调制器特性
3.2.8 光电检测器特性
3.2.8.1 效率
3.2.8.2 空间同质性
3.2.8.3 线性度
3.2.8.4 监控光电检测器的光电流
3.2.8.5 暗电流
3.2.8.6 容抗
3.2.8.7 截止频率
3.2.8.8 击穿电压
3.2.8.9 过量噪声因数
3.2.9 接收机特性
3.2.9.1 接收的光功率水平
3.2.9.2 输入信号的衰变容限
3.2.10 器件的物理特性
3.2.10.1 内部湿度和密封性
3.2.10.2 ESD测试
3.2.10.3 易燃性
3.2.10.4 晶片抗切强度
3.2.10.5 可焊性
3.2.10.6 线粘合强度
3.3 应力测试程序
3.3.1 机械完整性测试
3.3.1.1 机械冲击和振动测试
3.3.1.1.1 机械冲击
3.3.1.1.2 振动
3.3.1.2 热冲击
3.3.1.3 光纤性能测试
3.3.1.3.1 扭曲测试
3.3.1.3.2 侧面拉力测试
3.3.1.3.3 Cable保持力测试
3.3.1.4 连接器和插口器件的耐久性测试
3.3.1.4.1 配对耐久性测试
3.3.1.4.2 摆动测试
3.3.1.4.3 拉力测试
3.3.2 无驱动的环境应力测试
3.3.2.1 存储测试
3.3.2.2 温度循环
3.3.2.3 湿热测试
3.3.3 有驱动的环境应力测试
3.3.3.1 高温工作测试
3.3.3.1.1 测试时间和温度的考虑因素
3.3.3.1.2 其它测试条件的考虑因素
3.3.3.1.3 高温工作测试的适用性
3.3.3.2 循环抗湿性
3.3.3.3 湿热(非密封器件的有驱动测试
3.4 加速老化
3.4.1 高温加速老化
3.4.1.1 恒温测试
3.4.1.2 替代的(变温)测试
3.4.1.3 激光器的附加考虑因素
3.4.1.4 光电二极管的附加考虑因素
3.4.1.5 外部调制器的附加考虑因素
3.4.2 温度循环测试
3.4.3 非密封模块的湿热测试
3.4.4 失效率和可靠性计算
3.4.4.1 失效率
3.4.4.2 逐步劣化分析
3.4.4.3 可靠性计算
3.4.4.4 结果报告
4. 光电子器件的验证
4.1.1 特性测试
4.1.2 特性测试的通过/失败标准
4.2 应力测试
4.2.1 机械完整性和环境应力测试
4.2.2 应力测试 的 通过／失败 判定
4.3 泵浦激光模块验证的考虑因素
4.4 集成模块验证的考虑因素
4.4.1 样品大小和组件水平的考虑因素
4.4.2 工作冲击和振动测试
5. 光电子器件的可靠性测试
5.1 加速老化测试
5.2 加速老化的寿命结束门槛值和失效
6. 光电子器件的逐批控制
6.1 外观检验
6.2 电气和光学测试
6.3.1 程序
6.3.2 筛选的通过／失败标准
7. 其它组成器件的验证和逐批控制
7.1 热电冷却器
7.1.1 TEC 的指定测试信息
7.1.1.1 热电冷却器和温度传感器的检查
7.1.1.2 功率循环测试
7.1.2 TEC 的验证
7.1.3 TEC 的逐批控制
7.4 光纤尾线和光学连接器
7.5 一般电气／电子元件
7.6 混合器
附录 A： 抽样计划表
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－二ＯＯＪ＼巾国Ｆ１ｖｒＨ发展商峰论坛及设计技术研讨会ＦＴＴＨ方案精选
无源光网络中光分路器技术综述
――黄俊明，博创科技有限公司
２０世纪末提出光纤到户的概念开始，有源接入和无源光网络等各种形式的光纤接入方式各显神通。但真正商用是从２００３年起日本ＮＴＴ开始大规模铺设基于ＥＰＯＮ技术的ＦＴＴＨ网络，２００５年美国ＶｅｒｉｚＯｎ开始铺设基于ＧＰＯＮ技术的ＦＴＴＨ网络开始。
到目前为止，全球各地运营商根据自身已有网络条件和提供的服务内容选用的技术基本成形：东亚地区（日本、韩国、东南亚、台湾地区）基本倾向于采用ＥＰＯＮ技术，北美、欧洲基本倾向于ＧＰＯＮ技术。有源接入技术基本没有前途。
中国电信和中国网通一直在静观其变，试图找到一种适合中国国情的光纤接入方式，由于ＥＰＯＮ技术成熟，成本低，能够满足电信和有线网络的要求，相比较而言，ＧＰＯＮ技术复杂，芯片不成熟，成本较高，现阶段还不适合大规模使用。选择ＥＰＯＮ技术开始使用已成为电信和有线网络运营商的必然选择。
ＥＰＯＮ是基于以太网协议的无源光网络，就是除了局端设备ＯＬＴ和用户端设备ＯＮＵ之外，中间链路设备全部无源设备（主要有无源光分路器和光缆及配线设备），由于无源器件不需要电源，所以可靠性高，安装和维护成本低。
无源光分路器是其中的主要器件，也是主要的故障源，其性能和可靠性决定了整个网络的维护成本。下面具体介绍一下无源光分路器的标准、制造工艺、可靠性要求，并提供一些解决方案供设计参考。
一、无源光分路器标准介绍
关于无源光分路器技术质量标准，国际通用标准为美国贝尔实验室的ＴｅｌｃｏｒｄｉａＧＲ一１２０９．ＣＯＲＥ《无源器件的一般要求》和ＴｅｌｃｏｒｄｉａＧＲ一１２２１．ＣＯＲＥ《无源光器件可靠性一般要求》。ＧＲ－１２０９规定了无源器件的技术参数要求和短期可靠性要求；ＧＲ?１２２１－ＣＯＲＥ详细规定了器件的长期可靠性要求以及各种型式试验的方法和判定标准。
各国运营商根据本地区的实际情况提出一些符合自身需要的技术指标和可靠性要求。由于中国ＦＴＴＨ还刚处于试验阶段，器件的可靠性要求还没有引起足够的重视，至今没有制定相应的入网标准。相近的标准有ＹＤ／ＴＩｌ１７－２００１《全光纤型分支器件技术条件》，由于此标准制定得比较早，标准发布时国内还没有平面波导器件（ＰＬＣＳｐｌｉｔｔｅｒ）制造商，更没有三网合一ＦＴＴＨ的要求，标准要求太低，不能作为ＰＯＮ光分路器的测试标准。在可靠性要求方面可作为参考。１３２
二ｏｏ八巾国ＦＴＴＨ发展高峰论坛及设计技术研讨会ＦＴＴＨ方案精选
下面以ＴｅｌｃｏｒｄｉａＧＲ．１２０９．ＣＯＲＥ，ＧＲ－１２２１．ＣＯＲＥ为基础介绍一下各种型号分路器的质量技术要求：（１）技术指标：
Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ１２０９对器件的要求分为数字场合和视频场合，也就是全波段和两个工作窗口分别作了规定。
１２６０－１６４０
２×Ｎ均分型光分路器工作波长（ｎｍ）插入损耗
偏振相关损耗视频场合１２９０－１３３０，１５３０－１５７００．８＋３．４１０９２（Ｎ）１．０＋３．４１０９２（Ｎ）０．６１０９２（Ｎ）０．７１０９２（Ｎ）５５ｄＢ５５ｄＢ插入损耗均匀性１×Ｎ２×Ｎ５５ｄＢ５５ｄＢ０．１（１＋ｌ０９２Ｎ）０．１（１＋ｌ０９２Ｎ）
我们将目前常用的产品计算如下：
１ｘ４１×８
１１．０／１０．５
１．８／１．２
０．１３１Ｘ１６１４．４／１３．８２．４／１．６０．１４
２ｘ４２ｘ８
１１．２／ｌＯ．８
２．１／１．８
０．１３２ｘ１６１４．６／１４．１２．８／２．４０．１４
５５ｄＢ２ｘ３２１８／１７．４３．５／３．００．１５２ｘ６４２１．４／２０．７４．２／３．６０．１６ｌｘ３２１７．８／１７．１３．０／２．００．１５１ｘ６４２１．２／２０．４３．６／２．４０．１６插入损耗（ｄＢ）（数字／视频）均匀性（ｄＢ）（数字／视频）偏振相关损耗（ｄＢ）方向性（ｄＢ）回波损耗（ｄＢ）插入损耗（ｄＢ）（数字／视频）均匀。Ａ（ｄＢ）（数字／视频）偏振相关损耗（ｄＢ）方向性（ｄＢ）回波损耗（ｄＢ）７．６／７．２１．２／０．８Ｏ．１２７．８／７．５１．４门．２０．１２
（２）器件操作条件和工作环境要求：
此外，Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ１２０９还规定了在以下运输条件和工作环境条件下，器件能够正常工作。
高湿度循环
水浸泡＋７５４Ｃ，相对湿度９０％，时间：１６８，Ｊ，时频率范围：１０―５５ＨＺ振幅：１．５５ｍｍ持续时间：３个轴向，每轴２０分钟，共１小时２００９，１．３３ｍｓ，３个轴向，２７：欠／轴－４０一＋７０℃，转变速度：＞１。Ｃ１分钟，极限温度保持１５分钟，１０个循环．４０－－＋８５。Ｃ，２０％Ｈ～８５％Ｈ，转变速度：＞１。Ｃ１分钟，极限温度保持１５／７），钟，下０个循环温度：＋４３。Ｃ，ＰＨ：５．５。持续时问：１６８４，时１３３
＝ｏｏ八中国ＦＴＴＨ发展商峰论坛及设计技术研讨会ＦＴＴＨ方案精选
但工艺复杂，成品率低，质餐稳定性不好。目前一次性拉ｌｘ４的工艺比较成熟。图６是一次性熔融拉锥示意图
图６一次熔锥型光分路器
三、平面波导型（ＰＬＣ）与熔融拉锥型（ＦＢＴ）两种光分路器性能比较
平面波导型与熔融拉锥型相比在工作波长、可靠性、均匀性、体积、温度特性等方面具有优势，分路数越多优势越明显；熔融拉锥型的优势在于成本低，分光比可以根据需要进行调整，特别在低分路情况下优势越明显。比较如下：
ＰＬＣＳｐｌｉｔｔｅｒＦＢＴＣｏｕｐｌｅｒ
均匀性（ｄＢ）
偏振相关损耗（ｄＢ）
分光比１２６０―１６５０（全波段）好低（＜０．２）．４０－＋８５．１３１０／１５５０／１４９０窗口限制较差高（Ｏ．３―０．５）．２０￣＋７０损耗小变很好很小高分路低，低分路高均分，固定工艺控制不好时，分光比会变化故障点多，耐振动性能差较大较低可根据需要调节
为了证明以上结论，我们用宽带光源从１２６０～１６５０ｎｍ连续测试两种工艺１×８器件的插入损耗值，并作图如下，从中可以看出ＰＬＣ的工作带宽、均匀一致性性方而具有明显的优势。
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Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ（ｎｍ）
图７ｌｘ８ＰＬＣ和ＦＢＴ光分路器波长相关损耗测试图关于可靠性方面说明如下：ＰＬＣ芯片和光纤阵列是全胶工艺，两个交接面通过ＵＶ胶连结，目前
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盒式光分路器
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& 特点： 低附加损耗 高回波损耗 各种分光比 紧凑结构 环境稳定性好 平面波导光分路器（PLC Splitter）作为无源光网络（PON）的核心器件之一，在FTTX建设中广泛应用。天野通信生产的1xN和2xN系列PLC光分路器产品性能、指标及可靠性均满足并优于Telcordia GR-1209、GR-1221和YD/T等标准。
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