針對(duì)不同的應(yīng)用場景，主要分為受控環(huán)境（CO）和非受控環(huán)境（UNC）。由于光電子器件對(duì)溫度環(huán)境敏感，因此在不同環(huán)境下對(duì)光模塊的操作溫度、范圍以及可靠性要求不一樣：

        1. CO環(huán)境，長期溫度限制在5~40°C，短期內(nèi)-5~50℃，光器件的工作溫度需要延伸20°C。因此器件的工作范圍處于-5~70℃。

        2. UNC環(huán)境，室外溫度氣溫在-40℃~+46℃，通信設(shè)備周圍空氣溫度可達(dá)65℃，光器件工作溫度需延伸20℃，因此器件的工作范圍處于-40℃~85℃。

        同其他類型器件相似，光器件的故障率也可以用FIT來表示，F(xiàn)ailure in Time。1 FIT的定義為運(yùn)行10億小時(shí)出現(xiàn)一個(gè)故障。光電子器件的故障率在不同的時(shí)間的變化也符合浴盆曲線。根據(jù)浴盆曲線，光電子器件的失效主要分為3個(gè)階段：

        1) 早期失效。這一階段問題較多，暴露較快，當(dāng)這些問題逐漸得到處理后，故障率由高到低發(fā)生變化，隨時(shí)間增加趨于穩(wěn)定。對(duì)于早期失效期，需要經(jīng)過早期篩查檢測，盡快去除影響；

        2) 隨機(jī)故障。設(shè)備處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，故障率較低且穩(wěn)定，甚至基本保持不變，這段時(shí)間稱為設(shè)備作業(yè)的最佳時(shí)期，也是設(shè)備的有效壽命期。光電子行業(yè)相比于集成電路，隨機(jī)故障率高，光模塊的熱插拔封裝來由，其中一個(gè)因素是能快速維修和更換，盡量降低失效對(duì)整體系統(tǒng)性能的影響；

        3) 磨損故障。這個(gè)時(shí)期設(shè)備故障率急劇升高，主要是由于設(shè)備經(jīng)過較長時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)使用，某些零件的磨損進(jìn)入劇烈磨損階段，有效使用壽命結(jié)束，設(shè)備已處于不正常狀態(tài)。

圖3 失效率浴盆曲線

（來源：Sangdeok Kim KL, Semin Cho. The Lifetime of a Human and Semiconductor: eetimes; 2021）

        一般電信級(jí)應(yīng)用要求光器件的工作壽命是20年，二十年累積失效率小于100 FITs。在實(shí)際試驗(yàn)中通常采用加速老化試驗(yàn)的方法，通過提高應(yīng)力，用數(shù)千小時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果來推算器件的工作壽命，然后選擇恰當(dāng)?shù)母怕史植既ビ?jì)算器件的失效率。加速壽命試驗(yàn)的理論基礎(chǔ)是Arrhenius 方程:

        其中β為調(diào)整系數(shù)，Ea為活化能，kB 為玻爾茲曼常數(shù) ，Ti為工作溫度。Arrhenius方程是化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)隨溫度變化關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式，適用于單一因素影響下的老化過程。通過對(duì)比正常工作溫度T0與高加速溫度Ti，可以估算出其加速系數(shù)τ：

        針對(duì)激活能的計(jì)算方法以及常見器件的激活能數(shù)值可靠性知識(shí)GR-468均有說明，下表是標(biāo)準(zhǔn)中給出的不同器件在不同失效期時(shí)的參考活化能Ea。需要注意的是，Ea取值的不同將很大程度上影響到加速系數(shù)和最終的老化時(shí)間，在條件允許的情況下，產(chǎn)品應(yīng)該盡量通過不同溫度下的加速老化實(shí)驗(yàn)確定準(zhǔn)確的活化能。

表1 GR-468中給出不同器件的參考激活能

（來源：Telcordia: Generic Reliability Assurance Requirements for Optoelectronic Devices Used in Telecommunications Equipment, GR-468 Issue Number 02 (2004)）