CN100369340C - 半导体激光器蝶形封装器件 - Google Patents
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Abstract
一种半导体激光器蝶形封装器件，包括：一蝶形管壳；一半导体致冷器烧焊在蝶形管壳里面；一热沉上安装有半导体激光器，该半导体激光器与热沉之间用金丝连接；一Z型支架包括上下连接面与上下载物面，在Z型支架的上下载物面上安装有热敏电阻、热沉、背光探测器及透镜，且该Z型支架固定在半导体致冷器上；一倒∏形的支架固定在Z型支架上；一聚焦透镜安装在倒∏形的支架上；一固定套管内装有隔离器和陶瓷插针光纤，该固定套管固定在蝶形管壳的尾端，在该隔离器和陶瓷插针光纤的外壁套置有金属套管，在金属套管外壁套置有橡胶套管。
Description
技术领域
本发明属于半导体、光纤通信技术领域，更具体说是半导体激光器与透镜、光隔离器和光纤的蝶形耦合封装器件。
背景技术
在光纤通信技术中，通常采用半导体激光器作为光纤通信的信号源。为了将半导体激光器产生的激光引入光纤进行传导，需要将半导体激光器耦合封装到某种特定的封装形式当中，达到将半导体激光器产生的光信号稳地可靠的耦合到传输媒质即光纤当中，以及将直流偏置、调制信号等电信号引入半导体激光器的目的。常见的耦合封装形式有同轴封装，蝶形封装，双列直插封装，小型双列直插封装等等。其中蝶形封装由于内部空间较大，通常安装有半导体致冷器、热敏电阻、微波微带电路、透镜和光隔离器。通过半导体制冷器和热敏电阻，结合外部控制电路，能够保证半导体激光器保持一个恒定的工作温度，这对于发光波长等性能对工作温度十分敏感的半导体激光器十分重要；微波微带电路对于减少封装对于半导体激光器高频响应特性的影响起到很明显的作用；在光路当中，光隔离器及透镜的使用，对于各光学端面反射以及光纤散射引起的反向光产生隔离作用并基本消除，因为反向光入射到半导体激光器内会影响到半导体激光器的相对强度噪声、非线性啁啾等性能，限制了光信号的传输距离。因此蝶形封装的半导体激光器器件具有诸多的优点，使其在光纤通信的波分复用、高速率、长距离等应用领域成为应用广泛的一种封装形式。在半导体激光器蝶形封装器件中，通常采用双准直透镜中间加隔离器的光耦合形式，由于要用两个透镜及光纤对半导体激光器进行耦合，所以耦合对准难度大，且装配结构略显复杂，从而影响生产效率，对技术工人要求高，生产成本高的问题；并且在半导体激光器蝶形封装器件工作过程中，由于半导体激光器本身的发热，半导体制冷器的热量迁移作用，周围环境的温度变化等原因，会导致半导体激光器所在的位置与透镜位置产生一定的温度梯度，这样材料的热胀冷缩并不一致，最终导致半导体激光器的位置与透镜的相对位置发生相对变化，影响器件的出光稳定性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种半导体激光器蝶形封装器件，该器件由于采用聚焦透镜及隔离器光纤一体器件能够相对快捷的进行半导体激光器的耦合工作，生产效率高，结构稳定；且由于透镜与半导体激光器安装在同一热沉上，半导体激光器本身的发热所产生的温度梯度影响基本消除，工作时温度稳定性较好。
本发明解决其技术问题的技术方案是：
本发明一种半导体激光器蝶形封装器件，其特征在于，其中包括：
一蝶形管壳；
一半导体致冷器，该半导体致冷器烧焊在蝶形管壳里面；
一热沉，该热沉上安装有半导体激光器，该半导体激光器与热沉之间用金丝连接；
一Z型支架，该Z型支架包括上下连接面与上下载物面，在Z型支架的上下载物面上安装有热敏电阻、热沉、背光探测器及聚焦透镜，且该Z型支架固定在半导体致冷器上；
一倒∏形的支架，该倒∏形的支架固定在Z型支架上；
所述聚焦透镜安装在倒∏形的支架上；
一固定套管，该固定套管内装有隔离器和陶瓷插针光纤，该固定套管固定在蝶形管壳的尾端，在该固定套管外壁套置有金属套管，在金属套管外壁套置有橡胶套管
其中Z型支架侧视为Z形，其材料为可伐或镍的镀金支架。
其中该Z型支架的上下连接面与上下载物面严格垂直。
其中聚焦透镜采用非球面设计，以提高耦合效率，该聚焦透镜的双面镀增透减反膜减少了光反射的影响。
其中该倒∏形的支架的材料为可伐或镍
本发明的有益效果是：通过Z支架、聚焦透镜和隔离器光纤一体器件的使用使耦合工艺简化，结构稳定；能够快速、简便、可靠和高效地进行半导体激光器蝶形器件的耦合封装，达到降低生产成本的目的。
附图说明
为进一步说明本发明的技术内容，以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明，其中：
图1是本发明半导体激光器蝶形封装器件的俯视图。
图2是本发明半导体激光器蝶形封装器件的侧视图。
具体实施方式
首先请参阅图1及图2所示，本发明一种半导体激光器蝶形封装器件，其特征在于，其中包括：
一蝶形管壳20；
一半导体致冷器6，该半导体致冷器6烧焊在蝶形管壳20里面；
一热沉3，该热沉3上安装有半导体激光器1，该半导体激光器1与热沉3之间用金丝4连接；
一Z型支架9，该Z型支架9包括上下连接面与上下载物面，在Z型支架9的上下载物面上安装有热敏电阻2、热沉3、背光探测器5及透镜8，且该Z型支架9固定在半导体致冷器6上，该Z型支架9侧视为Z形，其材料为可伐或镍的镀金支架，该Z型支架9的上下载物面具有高平行度和高表面光洁度，该Z型支架9的上下连接面与上下载物面严格垂直，；
一倒∏形的支架7，该倒∏形的支架7固定在Z型支架9上，该倒∏形的支架7的材料为可伐或镍；
一聚焦透镜8，该聚焦透镜8安装在倒∏形的支架7上，该聚焦透镜8采用非球面设计，以提高耦合效率，该聚焦透镜8的双面镀增透减反膜减少了光反射的影响；
一固定套管10，该固定套管10内装有隔离器11和陶瓷插针光纤12，该固定套管10固定在蝶形管壳20的尾端，在该隔离器11和陶瓷插针光纤12的外壁套置有金属套管13，在金属套管13外壁套置有橡胶套管14。
实施例
在图1和图2的实施例中，蝶形管壳20的材料为可伐，选用可伐材料是因为其具有良好的导热性且热膨胀系数比较小，因此工作时可以在短时间里将内部器件产生热传导出去且器件整体结构不会因为热产生明显变化；将半导体致冷器6烧焊在蝶形管壳20内底面，焊接时要保证没有虚焊或焊接空隙，因为虚焊及焊接空隙会导致热传导不充分会影响器件长期稳定性；Z支架9为可伐或镍的镀金支架，具有比较好的可焊性和热传导性，运用线切割和精加工技术令Z支架9侧视为Z型，上下载物面有合适的厚度，足够大的固定面积和高的平行度和表面光洁度，合适的厚度产生比较强的支撑力保证结构稳定，足够大的固定面积保证散热良好，高的平行度和表面光洁度为装配在Z支架9上的其它器件提供良好的准直及焊接条件，上下连接面与上下载物面严格垂直且垂直间距要通过计算得到，即不能与管壳底部接触又可满足透镜的固定高度要求；Z支架9不能与管壳20和管壳引脚21相接触，以免引起有源器件短路；将装有半导体激光器1的热沉3、热敏电阻2和背光探测器5先后烧焊在Z型支架9上，其中半导体激光器1通过焊锡固定在热沉3上，并用金丝4进行连接，半导体激光器1的出光面与热沉3的边缘在同一平面且尽量靠近Z型支架9的垂直边缘，以避免边缘金属引起的反射光进入半导体激光器1，热敏电阻2尽量靠近半导体激光器1得到比较准确的温度特性，背光探测器5靠近半导体激光器1且应该斜放以减小反射；上述完成后将Z支架9焊接在半导体致冷器6上，要求焊接紧密，没有虚焊和空焊，这样可保证结构稳定，热传导充分；透镜支架7对聚焦透镜8起到支撑连接的作用，透镜支架7可选用可伐、镍或不锈钢材料进行线切割加工，形状类似倒∏形，倒∏形的底面与Z支架9固定连接，两垂直面的间距应该等于聚焦透镜8的外径，当半导体激光器1的出光通过调整聚焦透镜8，隔离器11与陶瓷插针光纤12的相对位置且光耦合效率最大时，保持位置不动将透镜支架7用激光焊接固定到Z支架9上，然后用激光焊接将聚焦透镜8与透镜支架7固定；其中光隔离器11与陶瓷插针光纤12固定在固定套管10内，当透镜固定好后，再次微调光隔离器11与陶瓷插针光纤12所在的固定套管10至光耦合效率最高时，将金属套筒13套在固定套管10外，用激光焊接将金属套筒13焊接在蝶形管壳20的尾端，然后用激光焊接将金属套筒13套与固定套管10焊接固定；最后套上橡胶套管14对金属套筒13进行过渡保护防止外力损伤。
完成上述步骤后，将半导体激光器1的热沉3、热敏电阻2和背光探测器5通过引腿或金丝与管壳引脚21焊接相连，由于蝶形管壳20的管壳引脚21可以根据不同要求进行改变，所以图中没有画出这些连接；上述都完成后，在充氮环境下盖上管壳盖并用平行缝焊机进行封焊(图中未画出)，充氮环境是为了将氮气注入管壳内进行气体保护，防止内部器件氧化，可以延长器件使用寿命。
Claims (5)
1.一种半导体激光器蝶形封装器件，其特征在于，其中包括：
一蝶形管壳；
一半导体致冷器，该半导体致冷器烧焊在蝶形管壳里面；
一热沉，该热沉上安装有半导体激光器，该半导体激光器与热沉之间用金丝连接；
一Z型支架，该Z型支架包括上下连接面与上下载物面，在Z型支架的上下载物面上安装有热敏电阻、热沉、背光探测器及聚焦透镜，且该Z型支架固定在半导体致冷器上；
一倒П形的支架，该倒П形的支架固定在Z型支架上；
所述聚焦透镜安装在倒П形的支架上；
一固定套管，该固定套管内装有隔离器和陶瓷插针光纤，该固定套管固定在蝶形管壳的尾端，在该固定套管外壁套置有金属套管，在金属套管外壁套置有橡胶套管。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器蝶形封装器件，其特征在于，其中Z型支架侧视为Z形，其材料为可伐或镍的镀金支架。
3.根据权利要求1或2所述的半导体激光器蝶形封装器件，其特征在于，其中该Z型支架的上下连接面与上下载物面严格垂直。
4.根据权利要求1所述的半导体激光器蝶形封装器件，其特征在于，其中聚焦透镜采用非球面设计，以提高耦合效率，该聚焦透镜的双面镀增透减反膜减少了光反射的影响。
5.根据权利要求1所述的半导体激光器蝶形封装器件，其特征在于，其中该倒П形的支架的材料为可伐或镍。
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