在 housing=55℃ 條件下，QSFP ELS 實現：

• 8×20 dBm（總0.8 W）

• 整機功耗 5.6 W

• 模塊級 PCE 14.3%

  
  

  并且裝入殼體后溫升僅 case-housing ≈ 0.7℃，功耗計算與實測一致。

4. 8通道 TOSA 的特性

4.1 實物結構

圖8給出 8 通道 TOSA 的實物照片。基板左側通過 FPC（柔性電路板）與各通道 LD/PD實現電連接；基板右側 8 根 PMF（保偏光纖）從 TOSA 的鋁蓋處引出。尾纖處有膠水保護。

4.2 光功率與電流特性——耦合效率與工作電流的穩定性

圖9展示了 case=25℃ 與 55℃ 下，8 通道光纖耦合輸出功率隨 LD 偏置電流變化的曲線。結果表明：

• 無論 case 溫度如何變化，耦合效率保持在 80%–85% 的一致水平；
• 在 case=25℃ 與 55℃ 下，實現 20 dBm（100 mW） 的偏置電流均可做到 <300 mA，低于此前預估的 350 mA。

為什么<300 mA很關鍵？（這句話直接與模塊功耗 5.6 W強相關）
模塊級功耗里有一大塊來自供電鏈路：3.3 V → DC/DC → LD bias。當達到目標光功率所需電流更低時，意味著：
1）LD 本體電功耗更低（I 降了，I·V 自然下降）；
2）DC/DC 的輸出功率需求更低，轉換損耗也跟著下降；
3）在 APC（恒功率）模式下，為補償溫漂所需的電流裕量更充足，更容易在 55℃ 仍把整機功耗壓在 5–6 W 量級。
換句話說：這是 14.3% 模塊級 PCE 能成立的先決條件之一。

4.3 光譜與單縱模質量——波長與 SMSR

圖10給出所有通道的實測光譜：

• 各通道波長滿足 CWDM4 波長要求；
• 各通道 SMSR > 50 dB，說明譜線干凈，有利于降低串擾與噪聲劣化風險。

4.4 TOSA 級 PCE

在 case=55℃ 下，該 TOSA 可實現全通道均達到 20 dBm 的光纖耦合輸出，總光功率為：

• Popt_total = 8 × 100 mW = 0.8 W

同時 TOSA 功耗低至：

• Pin_TOSA = 3.7 W

因此 TOSA 級 PCE 為：

• PCE_TOSA = 0.8 / 3.7 ≈ 21.2%

提醒：這里的 TOSA 級 PCE 不包含控制/驅動電路與 DC/DC 電源轉換損耗；而后續 QSFP ELS 的 模塊級 PCE（14.3%）是整機的，兩者必須分開對比。

本節一句話結論：TOSA 作為光源引擎，在 55℃ case 下已經做到了高耦合（80–85%）+ 低電流（<300 mA）+ 干凈光譜（SMSR>50 dB）+ 高效率（21.2%）；后續任務是：把它裝進 QSFP 后仍然守住這些輸入條件，并把系統損耗壓到足夠低，讓模塊級 PCE 站得住。

5. Pigtailed-QSFP ELS 的結構與設計要點

5.1 線纜與 MPO 端：PMF 慢軸如何定義、如何對準？

他們在 MT/MPO 端面建立兩個參考線：

• Target line（目標線）

  穿過導針孔中心的連線（機械參考）

• Alignment line（對準線）

  穿過 PMF 兩處應力區中心并經過纖芯中心的連線（慢軸參考）
  通過端面目視旋轉每根 PMF，使 alignment line 與 target line 重合，并定義 rotational angle error（目標 <±3°，實測在 0.1–1.6°范圍）。

補充：
1、采用業內常用的芳綸壓接結構，其抗拉本質是芳綸接管拉力路徑，避免拉力傳遞到裸纖；
BOOT 的限位結構則用于阻斷外部彎折/拖拽應力向內傳遞。

本小節一句話：先建立參考系，再談 PER 才能量產。

5.2 控制電路：3.3V 供電下怎么省電？

結論先行：模塊級 PCE 想高，關鍵在供電電壓貼近需求，減少壓差損耗。

作者給出控制電路框圖，其中省電關鍵在 DC/DC：

• ELS 供電為 3.3 V
• DC/DC 將電壓降到接近 LD 所需的最大偏置電壓

• 在較小壓差下提供所需偏置電流（文中提到可支持到 500 mA 級）

控制方式上：

• ACC（恒流）：簡單，但輸出易隨溫度/老化漂

• APC（恒功率）：PD 反饋閉環調電流，把輸出鎖住（更工程量產）

本小節一句話：不是少用電，而是同樣輸出少浪費。

5.3 散熱邊界與內部熱路徑：為什么 housing 溫度定義在頂部？

結論先行：在風冷 cage 場景里，QSFP 頂部才是主要散熱出口，因此把 housing 溫度定義為頂部表面溫度是合理的。

圖13描述了 air-cooling 環境：QSFP 插入帶頂部熱沉的 cage 后，

• 頂部表面與熱沉熱連接

  熱量主要經上側傳導并被帶走
  
  
  

為了減小 housing 溫度與 TOSA case 溫度差異，作者強調：

• TOSA 的底面應貼到 QSFP 頂蓋內側（熱阻最小）

圖14 的熱仿真在 housing=55℃、全通道 300 mA 條件下給出：

• TOSA case 溫升約 0.7℃

文中另提可抑制到 1.4℃

• 0.7℃可能對應某位置/理想貼合假設

• 1.4℃更像保守條件（局部最高溫升或接觸熱阻更差的假設）

本小節一句話：熱路徑短，是無TEC還能在 55℃跑起來的基礎。

5.4｜OIF補充資料：把散熱變成可檢驗的機械指標（平坦度/粗糙度）

OIF 協議對與熱沉接觸的上下表面殼體提出粗糙度與平坦度要求。出光越大（功耗越高），越傾向選 Typical/Enhanced：

工程解釋：

• 平坦度：決定貼不貼得上（宏觀翹曲會導致局部不接觸）

• 粗糙度：決定貼上后導得好不好（微觀峰谷導致真實接觸面積小，需要壓力+TIM填谷）

• 平坦度決定能不能貼上，粗糙度決定貼上后導得好不好

6. 實物與實測結果：裝進QSFP后曲線幾乎不掉，功耗模型對上實測

6.1 實物與端面結果

圖15 給出 pigtailed-QSFP ELS 實物：TOSA + 控制板裝入 QSFP，8 路 PMF 輸出到 12 芯 MPO。

圖16 給出 MT 插芯端面與角度結果：各通道角誤差控制在 0.1–1.6°范圍，PER 全通道 >20 dB。

PER 本文暫保留結論：當角誤差壓到 1–2°量級，PER 往往進入底噪主導區，角度與 PER 不再強單調相關。
這個數據初看與之前寫的一篇有矛盾（角度越大，PER越小），后面再單獨開一篇講。

從外置光源到FAU：高雙折射光纖軸向偏差的PER代價

6.2 光功率特性：TOSA vs QSFP ELS

圖17 給出在 TOSA case=55℃、housing=55℃ 條件下，

• QSFP ELS 的光纖耦合功率曲線相比裸 TOSA 僅略低
• 作者解釋為：LD 溫度只高出約 0.7℃
  兩條曲線吻合良好 → 側證殼內溫升確實被抑制（與 圖14 仿真一致）

6.3 功耗特性：計算 vs 實測

圖18 給出功耗隨 LD 偏置電流變化的計算與實測對比，二者吻合良好。
在 housing=55℃、全通道 300 mA 獲得 >100 mW（20 dBm） 時：

• 實測整機功耗：5.6 W

• 總光功率：0.8 W

• 模塊級 PCE ≈ 0.8/5.6 = 14.3%

本節一句話：圖17（熱閉環）+ 圖18（電閉環）共同把 14.3% 模塊級PCE做實。

7. 結論與解讀：兩層光電轉化效率

論文給出兩層效率閉環：

• TOS級（光源發動機）

  ：case=55℃，8×20 dBm，功耗 3.7 W → PCE 21.2%

• 模塊級（可部署 QSFP ELS）

  ：housing=55℃，8×20 dBm，整機 5.6 W → PCE 14.3%

模塊級低于 TOS級的差值主要來自：

• DC/DC 轉換損耗

• 控制/監控電路損耗

• 系統互連與結構帶來的額外損耗

• 
  

參考文章： 封裝與光學

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