ECTC 2026 Furukawa：支撑下一代硅光CPO的8×23dBm超高功率UHP ELSFP模块

为规避高温工作风险、保障激光源寿命，外置激光源（ELS）模块成为行业主流方案——将激光器布置在环境温度更低的前面板位置，既降低可靠性退化风险，又支持面板级热插拔更换。光互联论坛（OIF）已发布ELSFP模块实施协议，统一了人眼安全激光处理、前面板高密度集成与多厂商互通的标准规范。

在前期研究中，古河电工团队已推出面向ELS模块的小型化8通道无致冷CWDM TOSA，并基于双TOSA架构实现16通道ELSFP模块。团队以激光器结温65℃为可靠性上限，在实用风冷条件下验证了模块的功耗容限：在环境温度40℃、风量3.75 CFM的条件下，8通道与16通道ELSFP模块的最大允许功耗分别为12.6W与20.8W，对应单通道光纤耦合输出光功率分别为+22dBm与+21dBm。

当前，硅光收发器的单波速率持续提升，100Gbaud PAM4（200Gb/s）已规模应用，下一代200Gbaud PAM4（400Gb/s）技术正在加速演进。高速率下为维持足够的信噪比与链路裕量，接收端需要更高的光输入功率。OIF ELSFP协议已定义超高功率（UHP）等级，指标为+23±1.5dBm，行业对超高功率ELS模块的需求日益迫切。

在2026年第76届IEEE电子元件与技术会议（ECTC）上，古河电工团队发布了全新的8通道ELSFP模块方案：采用1800μm长腔的半导体光放大器（SOA）集成分布反馈（DFB）激光器，替代前代1000μm腔长方案，拓展有源区面积以提升输出能力；配合优化的TOSA集成与散热设计，在实用风冷条件下实现单通道+23dBm以上的光纤耦合输出，完整达成UHP等级指标。

一、8通道ELSFP模块设计

1.1 整体结构与TOSA集成设计

8通道ELSFP模块内部集成单颗8通道TOSA，TOSA外形尺寸仅22.5mm（长）×13.0mm（宽）×3.3mm（高），体积高度紧凑。TOSA引出保偏光纤（PMF）尾缆，末端装配12芯MT插芯；模块壳体内的光纤弯曲半径大于7.5mm，高于6.0mm的最小弯曲半径要求，可避免光纤弯曲损耗上升与偏振消光比（PER）下降。

TOSA通过柔性印刷电路（FPC）与搭载驱动电路的印刷电路板组件（PCBA）实现电气连接。驱动电路支持8路激光器独立的自动功率控制（APC）或自动电流控制（ACC）模式，模块工作状态可通过I2C总线接口进行监测。模块光端采用盲配光连接器，电端金手指定义符合OIF ELSFP IA规范。

TOSA内部集成8颗SOA集成型DFB激光器，是实现超高功率的核心。为满足UHP等级要求，方案采用1800μm腔长的DFB激光器，替代前代1000μm腔长器件；其中SOA区域采用比DFB区域更宽的台面结构，可同时降低电阻与热阻，支撑高光功率输出。为抑制相邻激光器之间的热干扰，基板上的激光器间距设置为1.2mm。

光耦合系统由集成光隔离器的准直透镜组成，将每路DFB激光器输出的连续激光耦合进入保偏光纤。单通道仅需一次主动对准，典型耦合效率即可达到80%以上。在55℃壳温条件下，该8通道TOSA可实现全通道+23dBm输出，功率转换效率（PCE）达15.5%。

1.2 散热架构与热仿真验证

为保障高功率下的激光器可靠性，模块采用直接导热的高效散热架构：TOSA贴装于模块上壳体，上壳体直接接触风冷散热器，使激光器产生的热量直接传导至风冷散热路径。模块笼体上加装高度约11mm的散热器，空气从前端窄进风口流入，依次经过壳体散热器与笼体散热器，形成完整的风冷流道。

团队采用SolidWorks流体仿真工具，以环境温度40℃、风量3.75CFM为边界条件，对8路激光器同时以900mA偏置电流工作的场景进行温度场仿真。结果显示，得益于高散热效率的结构设计，激光器结温可控制在65℃以内，满足可靠性阈值要求；PCBA上的激光驱动电路因散热路径相对较弱，出现全场最高温度68℃。

对比前代方案的仿真结果可清晰看到性能提升：前代1000μm腔长激光器在偏置电流约620mA时，结温即达到65℃上限；新一代1800μm长腔方案凭借更低的电热阻与更大的有源区，可在900mA偏置电流下仍维持结温≤65℃，最大允许偏置电流大幅提升，为高光功率输出提供了充足的电流裕量。

二、模块性能实测结果

团队搭建专用风冷测试系统，通过风扇转速精确控制进风口风量，借助恒温箱精准控制环境温度，在环境温度40℃、风量3.75CFM的标准实用工况下，对8通道同时工作的模块开展全面性能测试。

2.1 功耗特性

实测功耗与仿真计算结果吻合度良好。前代8通道ELSFP模块受限于620mA的最大允许偏置电流，最大允许功耗为12.6W；新一代模块在激光器结温不超过65℃的可靠性约束下，最大允许偏置电流提升至900mA，对应最大允许功耗达17.6W，可归入OIF ELSFP IA规范中的Class 5功率等级。

2.2 光纤耦合输出光功率

在900mA偏置电流、8通道同时工作的条件下，所有通道的光纤耦合输出光功率均超过+23dBm（对应200mW），完整达到OIF定义的超高功率（UHP）等级。若将每通道独立校准至恰好+23dBm输出，模块总功耗为14.8W。

2.3 功率转换效率

功率转换效率（PCE）定义为8通道总光纤耦合输出光功率与模块总电气功耗的比值。测试结果显示，在900mA偏置电流全通道满偏工作时，模块PCE为10.1%；将各通道独立校准至+23dBm标称输出时，模块PCE提升至10.8%。模块PCE峰值出现在400mA偏置电流点，此时单通道光功率超过+20dBm，能效表现最优。

三、总结

本次工作通过采用1800μm腔长的高功率DFB激光器，配合小型化8通道TOSA集成设计与高效风冷散热架构，成功研制出超高功率等级的8通道ELSFP模块。在环境温度40℃、风量3.75CFM的实用风冷条件下，模块实现单通道+23dBm以上的光纤耦合光输出，激光器结温稳定控制在65℃可靠性阈值以内。

模块最大允许功耗可达17.6W；在+23dBm/通道的标称工作点，模块功耗为14.8W，功率转换效率达10.8%。该成果为下一代高速CPO硅光收发器提供了高功率、高可靠的外置激光源解决方案，可支撑单波400Gb/s及更高速率的光互连系统演进。