CN108037390A - 一种筛选光模块退化的检测方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光模块检测技术领域，提供了一种筛选光模块退化的检测方法和装置。其中方法包括在进行老化测试前，给予光模块中激光器预设的驱动信号，采集光模块驱动电路的激光器驱动电压值Vf0；在完成老化过程后，再次给予光模块中激光器相同的预设的驱动信号，采集光模块驱动电路的激光器驱动电压值Vf1；若电压值Vf1与电压值Vf0相差超过预设阈值△V，则反馈激光器退化信息。本发明通过对光模块中激光器工作状态的监控和控制，除了直观的发光变化和背光变化进行筛选外，本发明增加了激光器芯片的V‑I特性进行进一步的检测和筛选，可进一步将一些潜在的失效模块筛选出去，从而提高光模块检测筛选的有效性和全面性。

Description

一种筛选光模块退化的检测方法和装置
【技术领域】
本发明涉及光模块检测技术领域，特别是涉及一种筛选光模块退化的检测方法和装置。
【背景技术】
光通信用的光电模块是一种对可靠性要求特别高的模块，其中最影响光电模块使用寿命的元件之一为模块中的半导体激光器，光模块在出货前会在模块级进行老化测试和筛选，以期将早期失效(主要是激光器退化)的产品淘汰出去。
光通信用的光模块发射端激光器正常工作时，一部分正向发光作为发射信号用的光源，背向发光则作为监控用的光源，通常正向发光和背向发光为固定比例。当前的光模块通常是在测试中实测实际发光和背向监控的背光来判断是否失效。主要通过以下两方面的测试进行筛选：
一是实测正向光的发光效率或阈值电流是否劣化来判断激光器是否已退化。
二是通过MPD芯片接收到发射端激光器的背向发光，并进行光电转换，将接收到的背向光转换为光电流，再通过串联电阻转换为电压信号，然后将电压信号输送到MCU中与初始值进行比较，如果劣化超过设定值，则判断激光器已退化。其实现的方法流程如图1所示。
这种方法是基于光模块中激光器的实际电光特性进行检测和筛选的，可以直观的将发光效率和阈值电流已明显退化的光模块检测出来并筛选出去，但对于一些发光特性还正常的，但对于电压/电流特性已异常的潜在失效产品则无法检测出来，流向市场之后会在使用过程中逐步退化并最终失效。
鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是对于一些发光特性还正常的，但对于电压/电流特性已异常的潜在失效产品则无法检测出来，流向市场之后会在使用过程中逐步退化并最终失效。
本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种筛选光模块退化的检测方法，对待老化测试的光模块中的激光器管脚进行电压采样，所述方法包括：
在进行老化测试前，给予光模块中激光器预设的驱动信号，采集光模块驱动电路的激光器驱动电压值Vf0；
在完成老化过程后，再次给予光模块中激光器相同的所述预设的驱动信号，采集光模块驱动电路的激光器驱动电压值Vf1；
若所述电压值Vf1与所述电压值Vf0相差超过预设阈值△V，则反馈激光器退化信息。
优选的，在完成老化过程后，所述方法还包括：
测试正向光的发光效率或者阈值电流是否劣化，从而判断激光器是否退化；和/或，
通过MPD芯片接收到发射端激光器的背向发光，将接收到的背向光转换为光电流，再通过串联电阻转换为电压信号V背1，将所述电压信号V背1与老化过程前的初始值V背0进行比较，如果差值超过设定值，则判断激光器已退化。
优选的，所述方法具体包括：
在完成老化过程后，首先测试正向光的发光效率或者阈值电流是否劣化和/或，通过MPD芯片接收到发射端激光器的背向发光，将接收到的背向光转换为光电流，再通过串联电阻转换为电压信号V背1，将所述电压信号V背1与老化过程前的初始值V背0进行比较，并根据差值是否超过设定值，判断激光器是否已退化；
若上述通过正向光和/或通过背向发光判断结果为激光器未退化，再通过所述电压值Vf1与所述电压值Vf0是否相差超过预设阈值，来判断激光器是否退化。
优选的，所述给予光模块中激光器预设的驱动信号，具体是通过电压驱动芯片或者电流驱动芯片实现，其中，直接量测激光器管芯正极和负极两端的电压差，即可采样到所述Vf1值。
优选的，对于10G 850nm的VCSEL芯片，其初始电压Vf0为1.9～2.2V，其老化后电压Vf1为1.9～2.3V。
优选的，预设阈值具体是△V为0.2-0.5V时，可判断激光器芯片异常或退化。
优选的，所述光模块具体为单通道收模块；或者，多通道并行光模块；
其中，在多通道并行光模块中，需要对每一个通道的激光器进行分别监控。
第二方面，本发明还提供了一种筛选光模块退化的检测装置，包括电压采样模块、初始电压采集模块、老化后电压采集模块和分析模块，其中各模块均与分析模块相连，具体的：
电压采样模块，用于对待老化测试的光模块中的激光器管脚进行电压采样；
初始电压采集模块，用于在进行老化测试前，给予光模块中激光器预设的驱动信号，并通过所述电压采集模块采集所述测试电阻两端的初始电压值Vf0，并将所述初始电压值Vf0发送给分析模块；
老化后电压采集模块，用于在完成老化过程后，再次给予光模块中激光器相同的所述预设的驱动信号，并通过所述电压采集模块采集光模块驱动电路的激光器驱动电压值Vf1，并将所述初始电压值Vf1发送给分析模块；
分析模块，用于判断所述电压值Vf1与所述电压值Vf0相差超过预设阈值△V，则反馈激光器退化信息。
优选的，还包括正向光检测模块和背向光检测模块，所述正向光检测模块和背向光检测模块连接所述分析模块，具体的：
所述正向光检测模块，用于测试正向光的发光效率或者阈值电流，并转发给分析模块，以便分析模块分析其是否劣化，从而判断激光器是否退化；
所述背向光检测模块，通过包含的MPD芯片接收到发射端激光器的背向发光，将接收到的背向光转换为光电流，再通过串联电阻转换为电压信号V背1发送给所述分析模块，所述分析模块还用于将所述电压信号V背1与老化过程前的初始值V背0进行比较，如果差值超过设定值，则判断激光器已退化。
优选的，对于10G 850nm的VCSEL芯片，其初始电压Vf0为1.9～2.2V，其老化后电压Vf1为1.9～2.3V。
本发明提出一种新的对光模块发射端退化的检测方法，通过对光模块中激光器工作状态的监控和控制，除了直观的发光变化和背光变化进行筛选外，本发明增加了激光器芯片的V-I特性进行进一步的检测和筛选，可进一步将一些潜在的失效模块筛选出去，从而提高光模块检测筛选的有效性和全面性，提升光模块的高可靠性。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的现有技术中筛选光模块退化的检测方法流程图；
图2是本发明实施例提供的一种筛选光模块退化的原理结构图；
图3是本发明实施例提供的一种筛选光模块退化的检测方法流程图；
图4是本发明实施例提供的另一种筛选光模块退化的检测方法流程图；
图5是本发明实施例提供的一种筛选光模块退化的检测装置结构示意图；
图6是本发明实施例提供的另一种筛选光模块退化的检测装置结构示意图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明在研究了现有技术中存在的两种判定激光器是否退化的方式后，提出了一种V-I特性，确定激光器的二极管特性是否正常，即在不同直流偏置电流下，激光器二极管的正向压降Vf是否正常。
现有技术中两种判定激光器是否退化的方式：
方式一：通过P-I特性，确定激光器的出光效率和阈值电流门槛，从而判断激光器是否退化；
方式二：通过Im-P特性，确定在激光器出光的同时，背向光转换为光电流的大小，从而判断激光器是否退化。
通常在芯片级或光器件级，可以针对每一个产品进行P-I测试，实测这几个指标激光器输出功率Pout，激光器出光检测到的阈值电流Ith，背光检测到电流Im，并在老化前后进行比较，将变化较大的产品筛除出去。但针对模块级，现有手段也仅能测量出Pout、Ith、和Im，进行老化前后的比较和筛选。且目前随着数据通信的飞速发展，很多短距互联的光模块均采用COB(chip-on-board)的封装方式，即芯片直接封装在模块的PCB板上，无中间的光器件形式，此类COB封装的模块，目前只有通过测量出Pout、Ith、和Im，进行老化前后的比较和筛选。因此存在一定比例的产品筛选不完全，导致将一些Vf已变化的潜在失效产品流向市场中去了，影响到产品在市场中的使用寿命。
由于激光器的Vf退化是一个缓慢的过程，在老化中退化的程度比较轻微，如果测量不准确的话，不易察觉。且只有当Vf劣化到一定程度时，才会影响到P-I特性和Im特性，因此用户直接用P-I特性的劣化或Im特性的劣化来做退化筛选。但是，我们也存在一些在老化后，Vf已开始退化但还未影响到P-I特性退化的现象存在，这种样品在现有的老化筛选方式中不能筛选出来，在流向市场之后使用过程中逐步退化并最终失效。虽然比例不大，但已逐渐被客户投诉。
举例来说，10G 850nm VCSEL芯片在偏置电流为6mA时，正常Vf在2.0V，当它老化后由2.0V变化成2.2V时，发射光功率和背光电流依然正常，也就是说，此时通过△P或△Im都不能将其筛选出去，但随着时间的推移，该值进一步退化，直至Vf退化到2.8V或者更大时，光功率和背光电流也出现了退化才被客户发觉并投诉。
本发明正是利用了特定类型光模块中(例如：TO封装的光模块、蝶形封装的光膜块等等)，通过老化前和老化后激光器驱动电压的差值，同样能够反映出光模块内激光器的退化现象，从而提出各实施例中的具体实现方案。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1:
本发明实施例1提供了一种筛选光模块退化的检测方法，在本发明实施例中，所述光模块具体指TO封装光模块或者蝶形封装光模块等，外部驱动芯片22能够直接与光模块内部激光芯片管脚直连形式的光模块，其实现原理图如图2所示，其中MCU21通过I/O口采集光模块23中对应激光器的接口(如图2中虚线所示)，通过A/D转换采集到的激光器电压(即激光器驱动电压)，如图3所示，对待老化测试的光模块中的激光器管脚进行电压采样，所述方法包括：
在步骤201中，在进行老化测试前，给予光模块中激光器预设的驱动信号，采集光模块驱动电路的激光器驱动电压值Vf0。
在步骤202中，在完成老化过程后，再次给予光模块中激光器相同的所述预设的驱动信号，采集光模块驱动电路的激光器驱动电压值Vf1。
在步骤203中，若所述电压值Vf1与所述电压值Vf0相差超过预设阈值△V，则反馈激光器退化信息。
本发明提出一种新的对光模块发射端退化的检测方法，实现对发射端激光器工作状态的监控和控制，除了直观的发光变化和背光变化进行筛选外，本发明实施例增加了激光器芯片的V-I特性进行进一步的检测和筛选，可进一步将一些潜在的失效模块筛选出去，从而提高光模块检测筛选的有效性和全面性，提升光模块的高可靠性。
本发明实施例在具体实现的过程中还可以结合正向光和/或背向光检测方式，达到更高精度的、更多参考维度的激光器退化结论的判断，因此，结合本发明实施例，存在一种优选的实现方案，在完成老化过程后，如图4所示，所述方法还包括：
测试正向光的发光效率或者阈值电流是否劣化，从而判断激光器是否退化；和/或，
通过MPD芯片接收到发射端激光器的背向发光，将接收到的背向光转换为光电流，再通过串联电阻转换为电压信号V背1，将所述电压信号V背1与老化过程前的初始值V背0进行比较，如果差值超过设定值，则判断激光器已退化。
基于上述优选的实现方案，在真正组合正向光和/或背光检测与本发明实施例所提出的激光器驱动电压检测时，由于正组合正向光和/或背光检测退化的结论优先级比激光器驱动电压检测的优先级低，即激光器驱动电压检测结论为退化时则必定会得到正组合正向光和/或背光检测退化的结论，而正组合正向光和/或背光检测退化的结论不一定能得到激光器驱动电压检测结论为退化，因此，对于必须要进行激光器驱动电压检测的情况下，在结合正组合正向光和/或背光检测退化的扩展方案中，其实现的顺序也存在一种优选的实现方式，具体的：
在完成老化过程后，首先测试正向光的发光效率或者阈值电流是否劣化，和/或，通过MPD芯片接收到发射端激光器的背向发光，将接收到的背向光转换为光电流，再通过串联电阻转换为电压信号V背1，将所述电压信号V背1与老化过程前的初始值V背0进行比较，并根据差值是否超过设定值，判断激光器是否已退化；
若上述通过正向光和/或通过背向发光判断结果为激光器未退化，再通过所述电压值Vf1与所述电压值Vf0是否相差超过预设阈值，来判断激光器是否退化。
所述给予光模块中激光器预设的驱动信号，具体是通过电压驱动芯片或者电流驱动芯片实现，其中，直接量测激光器管芯正极和负极两端的电压差，即可采样到所述Vf1值。这是由于本发明实施例所限定的光模块结构特性所决定的，即光模块的驱动芯片能够直接与光模块中从激光器芯片两极印出来的管脚相连(因此，在本发明各实施例中对此称为“激光器驱动电压”)。
在本发明实施例中，对于10G 850nm的VCSEL芯片，其初始电压Vf0为1.9～2.2V，其老化后电压Vf1为1.9～2.3V。通常情况下，不同材料不同速率的激光器，此Vf值不同，如10Gbps GaAs材料的850nm VCSEL激光器在偏置电流为6mA时，Vf为2.0V左右；而10G InP材料的1310nm DFB激光器则在偏置电流为30mA左右时，Vf为1.5V左右。
在本发明实施例中，所述预设阈值具体是△V为0.2-0.5V时，可判断激光器芯片异常或退化。以10Gbps GaAs材料的850nm VCSEL激光器为例，所述△V优选的采用0.3V。
在本发明实施例中，所述光模块具体为单通道收模块；或者，多通道并行光模块(例如：4通道、8通道、12通道或更多通道)；其中，在多通道并行光模块中，需要对每一个通道的激光器进行分别监控。
实施例2：
本发明实施例还提供了一种筛选光模块退化的检测装置，可用于执行例如实施例1所述的检测方法，如图5所示，包括电压采样模块、初始电压采集模块、老化后电压采集模块和分析模块，其中各模块均与分析模块相连，具体的：
电压采样模块，用于对待老化测试的光模块中的激光器管脚进行电压采样；
初始电压采集模块，用于在进行老化测试前，给予光模块中激光器预设的驱动信号，并通过所述电压采集模块采集所述测试电阻两端的初始电压值Vf0，并将所述初始电压值Vf0发送给分析模块；
老化后电压采集模块，用于在完成老化过程后，再次给予光模块中激光器相同的所述预设的驱动信号，并通过所述电压采集模块采集光模块驱动电路的激光器驱动电压值Vf1，并将所述初始电压值Vf1发送给分析模块；
分析模块，用于判断所述电压值Vf1与所述电压值Vf0相差超过预设阈值△V，则反馈激光器退化信息。
结合本发明实施例，存在一种优选的实现方案，如图6所示，装置还包括正向光检测模块和背向光检测模块，所述正向光检测模块和背向光检测模块连接所述分析模块，具体的：
所述正向光检测模块，用于测试正向光的发光效率或者阈值电流，并转发给分析模块，以便分析模块分析其是否劣化，从而判断激光器是否退化；
所述背向光检测模块，通过包含的MPD芯片接收到发射端激光器的背向发光，将接收到的背向光转换为光电流，再通过串联电阻转换为电压信号V背1发送给所述分析模块，所述分析模块还用于将所述电压信号V背1与老化过程前的初始值V背0进行比较，如果差值超过设定值，则判断激光器已退化。
在本发明实施例中，对于10G 850nm的VCSEL芯片，其初始电压Vf0为1.9～2.2V，其老化后电压Vf1为1.9～2.3V。
值得说明的是，上述装置内的模块、单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明的处理方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例1中的叙述，此处不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种筛选光模块退化的检测方法，其特征在于，对待老化测试的光模块中的激光器管脚进行电压采样，所述方法包括：
在进行老化测试前，给予光模块中激光器预设的驱动信号，采集光模块驱动电路的激光器驱动电压值Vf0；
在完成老化过程后，再次给予光模块中激光器相同的所述预设的驱动信号，采集光模块驱动电路的激光器驱动电压值Vf1；
若所述电压值Vf1与所述电压值Vf0相差超过预设阈值△V，则反馈激光器退化信息。
2.根据权利要求1所述的筛选光模块退化的检测方法，其特征在于，在完成老化过程后，所述方法还包括：
测试正向光的发光效率或者阈值电流是否劣化，从而判断激光器是否退化；和/或，
通过MPD芯片接收到发射端激光器的背向发光，将接收到的背向光转换为光电流，再通过串联电阻转换为电压信号V背1，将所述电压信号V背1与老化过程前的初始值V背0进行比较，如果差值超过设定值，则判断激光器已退化。
3.根据权利要求2所述的筛选光模块退化的检测方法，其特征在于，所述方法具体包括：
在完成老化过程后，首先测试正向光的发光效率或者阈值电流是否劣化，和/或，通过MPD芯片接收到发射端激光器的背向发光，将接收到的背向光转换为光电流，再通过串联电阻转换为电压信号V背1，将所述电压信号V背1与老化过程前的初始值V背0进行比较，并根据差值是否超过设定值，判断激光器是否已退化；
若上述通过正向光和/或通过背向发光判断结果为激光器未退化，再通过所述电压值Vf1与所述电压值Vf0是否相差超过预设阈值，来判断激光器是否退化。
4.根据权利要求1所述的筛选光模块退化的检测方法，其特征在于，所述给予光模块中激光器预设的驱动信号，具体是通过电压驱动芯片或者电流驱动芯片实现，其中，直接量测激光器管芯正极和负极两端的电压差，即可采样到所述Vf1值。
5.根据权利要求1所述的筛选光模块退化的检测方法，其特征在于，对于10G 850nm的VCSEL芯片，其初始电压Vf0为1.9～2.2V，其老化后电压Vf1为1.9～2.3V。
6.根据权利要求5所述的筛选光模块退化的检测方法，其特征在于，预设阈值具体是△V为0.2-0.5V时，可判断激光器芯片异常或退化。
7.根据权利要求1所述的筛选光模块退化的检测方法，其特征在于，所述光模块具体为单通道收模块；或者，多通道并行光模块；
其中，在多通道并行光模块中，需要对每一个通道的激光器进行分别监控。
8.一种筛选光模块退化的检测装置，其特征在于，包括电压采样模块、初始电压采集模块、老化后电压采集模块和分析模块，其中各模块均与分析模块相连，具体的：
电压采样模块，用于对待老化测试的光模块中的激光器管脚进行电压采样；
初始电压采集模块，用于在进行老化测试前，给予光模块中激光器预设的驱动信号，并通过所述电压采集模块采集所述测试电阻两端的初始电压值Vf0，并将所述初始电压值Vf0发送给分析模块；
老化后电压采集模块，用于在完成老化过程后，再次给予光模块中激光器相同的所述预设的驱动信号，并通过所述电压采集模块采集光模块驱动电路的激光器驱动电压值Vf1，并将所述初始电压值Vf1发送给分析模块；
分析模块，用于判断所述电压值Vf1与所述电压值Vf0相差超过预设阈值△V，则反馈激光器退化信息。
9.根据权利要求8所述的筛选光模块退化的检测装置，其特征在于，还包括正向光检测模块和背向光检测模块，所述正向光检测模块和背向光检测模块连接所述分析模块，具体的：
所述正向光检测模块，用于测试正向光的发光效率或者阈值电流，并转发给分析模块，以便分析模块分析其是否劣化，从而判断激光器是否退化；
所述背向光检测模块，通过包含的MPD芯片接收到发射端激光器的背向发光，将接收到的背向光转换为光电流，再通过串联电阻转换为电压信号V背1发送给所述分析模块，所述分析模块还用于将所述电压信号V背1与老化过程前的初始值V背0进行比较，如果差值超过设定值，则判断激光器已退化。
10.根据权利要求8或9所述的筛选光模块退化的检测装置，其特征在于，对于10G850nm的VCSEL芯片，其初始电压Vf0为1.9～2.2V，其老化后电压Vf1为1.9～2.3V。
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