CN102176607A - To封装的vcsel二维圆形阵列模块的驱动转接装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种TO封装的VCSEL二维圆形阵列模块的驱动转接装置，包括：一TO管座；一TO管壳，该TO管壳扣置于TO管座上，该TO管壳用于放置TO管壳封装的VCSEL阵列；三个交流的信号输入端，该每一信号输入端与TO管座对应的管脚之间通过一电容连接，该交流的信号输入端为VCSEL提供交流驱动；三个直流的信号输入端，该每一信号接收端与TO管座对应的管脚之间通过一电感连接，该直流的信号输入端为TO管壳封装的VCSEL提供直流偏置。

Description

TO封装的VCSEL二维圆形阵列模块的驱动转接装置

技术领域

本发明属于光通信器件领域，更具体的说是同轴封装即TO封装(Transistor outline或Through-hole)的波长为1.55微米的垂直腔面发射激光器VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)二维圆形阵列及驱动转接装置构成的光模块，该光模块可以进行中短距离范围内的高速信号传输。

背景技术

近年来，垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为有发展前途和使用价值的低成本光发射器件之一，可作长波长光纤通信中的光源，一直处于研究的热潮中。以前的光源采用的大多是传统的边发射激光器，边发射激光器的特点是阈值电流高，输出光垂直于解理面，光束发散角较大，而且在芯片解理前，不能进行单个器件的基本性能测试，不易于实现大规模集成，制造成本高。VCSEL能在垂直于半导体基板的方向上形成谐振腔，并在此垂直方向上发射光。相比较于边发射半导体激光器，VCSEL优势明显，例如，阈值电流低，光束发散角小，单纵模工作，易于集成，便于测量筛选，可使用廉价驱动源，成本低。850nm波长VCSEL的研究已经相对成熟，目前研究的热点主要集中高速率1550nm波长的VCSEL，其传输速率已达到10Gbit/s。多个VCSEL作为能够高度集成地排列成一维或二维阵列的光源而受到更多关注，VCSEL二维阵列常见的多是矩形结构。普通一维或二维阵列的光源需要经过线阵或面阵的光学系统才能进入单模光纤的纤芯中，其结构比较复杂，成本较高。为了让二维圆形VCSEL阵列简单高效地耦合到大孔径多模光纤，需要对VCSEL阵列进行封装。常见的封装类型主要有TO(Transistor Outline)封装和蝶形封装，其中TO封装体积小、串扰小、可靠性高、密封性好，寄生参数小、工艺简单、成本低，适合大批量生产，使用灵活方便。

为了采用低成本的TO封装技术，需要对TO封装技术做一定改进，将二维圆形VCSEL阵列的出射光直接耦合到多模光纤，实现高效率低成本的光耦合和电极连接。本发明满足了这一要求。

发明内容

为了避免使用结构复杂的线阵及面阵光学系统将VCSEL阵列的出射光耦合到光纤，降低光源的封装成本。本发明提供一种TO封装的VCSEL二维圆形阵列模块的驱动转接装置。本发明不需要使用复杂的线阵及面阵光学系统，结构简单，只需使用低成本的TO封装和简易的驱动转接装置。

为达到上述目的，本发明提供一种TO封装的VCSEL二维圆形阵列模块的驱动转接装置，包括：

一TO管座；

一TO管壳，该TO管壳扣置于TO管座上，该TO管壳用于放置TO管壳封装的VCSEL阵列；

三个交流的信号输入端，该每一信号输入端与TO管座对应的管脚之间通过一电容连接，该交流的信号输入端为VCSEL提供交流驱动；

三个直流的信号输入端，该每一信号接收端与TO管座对应的管脚之间通过一电感连接，该直流的信号输入端为TO管壳封装的VCSEL提供直流偏置。

其中三个交流的信号输入端为同轴SMA接头。

其中三个直流的信号输入端为接线柱。

其中电容是贴片电容，该电容值与交流的频率范围匹配。

其中电感是贴片电感，该电感值与交流的频率范围匹配。

其中所述的TO管座包含四个管脚，其中一个管脚接地。

其中TO管壳包括：

三个连接管脚，该三个连接管脚与TO管座上的管脚插接；

一VCSEL阵列芯片，该VCSEL阵列芯片上有五组焊盘及VCSEL芯片，所述焊盘通过引线与连接管脚连接；所述焊盘与VCSEL芯片通过电极连接。

本发明的有益效果是：通过驱动装置对TO封装的VCSEL二维圆形阵列模块进行驱动，该TO封装的VCSEL阵列的出射光场与直径为62.5微米的多模光纤芯径正好匹配，因此VCSEL阵列出射光能够直接耦合到多模光纤中。本发明为VCSEL阵列提供直流偏置和交流驱动，可作为高速光源使用，调制速率可达2.5Gb/s，结构较为简单，可大批量生产，从而降低了光通信系统的成本。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容，以下结合附图对本发明作进一步说明，其中：

图1是TO封装的VCSEL阵列的驱动装置示意图。

图2是VCSEL阵列与TO管座焊接示意图。

具体实施方式

请参阅图1及图2所示，本发明提供一种TO封装的VCSEL二维圆形阵列模块的驱动转接装置，包括：

一TO管座6；所述的TO管座6包含四个管脚61，其中一个管脚61接地；

一TO管壳8(图2中)，该TO管壳8扣置于TO管座6上，该TO管壳8用于放置TO管壳封装的VCSEL阵列7；

三个交流的信号输入端2，该每一信号输入端2与TO管座6对应的管脚61之间通过一电容3连接，该交流的信号输入端2为VCSEL提供交流驱动；所述的三个交流的信号输入端2为同轴SMA接头；所述的电容3是贴片电容，该电容值与交流的频率范围匹配；

三个直流的信号输入端5，该每一信号接收端5与TO管座6对应的管脚61之间通过一电感4连接，该直流的信号输入端5为TO管壳封装的VCSEL提供直流偏置；所述的三个直流的信号输入端5为接线柱；所述的电感4是贴片电感，该电感值与交流的频率范围匹配。

以上三组电容和电感组成三组偏置网络，其中电容的作用是通交流而隔直流，电感的作用是通直流而隔交流。高频交流驱动信号通过交流信号输入端2进入该偏置网络，直流偏置信号通过直流信号输入端5进入该偏置网络，该三组偏置网络的输出分别通过TO管座6上相应的管脚61与TO管壳8里VCSEL阵列芯片82中的三个VCSEL芯片相连，该偏置网络分别作为这三个VCSEL芯片的负极，TO管座6上接地的一个管脚61作为这三个VCSEL芯片共用的正极，从而可以驱动这三个VCSEL芯片。

请参阅图2所示，其中所述的TO管壳8包括：

三个连接管脚81，该三个连接管脚81与TO管座6上的管脚61插接；该三个连接管脚81分别位于TO管壳8的左、上、右方向，分别与VCSEL阵列芯片82中的左、上、右三个VCSEL芯片相连。

一VCSEL阵列芯片82，该VCSEL阵列芯片82上有五组焊盘84及VCSEL芯片87，所述焊盘84通过引线85与连接管脚81连接；所述焊盘84与VCSEL芯片87通过电极86连接。

该VCSEL阵列芯片82中含有五个VCSEL芯片，呈圆形分布，覆盖所有VCSEL芯片出光面的最小圆形区域的直径为62.5微米，与多模光纤芯径大小一致，便于通过透镜将VCSEL阵列的出射光直接耦合到多模光纤中；该VCSEL阵列芯片左、上、右方向的三个VCSEL芯片通过偏置网络被外接驱动装置所驱动，位于阵列芯片正中间和下方向的两个VCSEL芯片不工作。

该TO封装的VCSEL二维圆形阵列模块的驱动转接装置于一高频印制电路板上，该高频印制电路板上焊接有一TO管座6，三个用作交流的信号输入端2的同轴SMA接头，三个用作直流的信号输入端5的接线柱，三个贴片电容，三个贴片电感。

由于三个VCSEL芯片共用了同一个地电极，为了减少信号间的串扰，该高频印制电路板采用四层电路板的结构，其中表层和底层为走线层，表层和底层用于安放同轴SMA接头、接线柱、电容、电感、TO管座，以及走线连接，中间两层为接地层，驱动三个VCSEL芯片的三条信号线都分别有相应的参考地平面，因此能将它们间的串扰降到最低。

本发明使用转接电路通过TO管座的管脚为VCSEL阵列提供偏置电流和调制信号，VCSEL阵列的出射光直接耦合到多模光纤中，可作高速光源使用，结构简单，成本较低。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种TO封装的VCSEL二维圆形阵列模块的驱动转接装置，包括：

一TO管座；

一TO管壳，该TO管壳扣置于TO管座上，该TO管壳用于放置TO管壳封装的VCSEL阵列；

三个交流的信号输入端，该每一信号输入端与TO管座对应的管脚之间通过一电容连接，该交流的信号输入端为VCSEL提供交流驱动；

三个直流的信号输入端，该每一信号接收端与TO管座对应的管脚之间通过一电感连接，该直流的信号输入端为TO管壳封装的VCSEL提供直流偏置。

2.根据权利要求1所述的TO封装的VCSEL二维圆形阵列模块的驱动转接装置，其中三个交流的信号输入端为同轴SMA接头。

3.根据权利要求1所述的TO封装的VCSEL二维圆形阵列模块的驱动转接装置，其中三个直流的信号输入端为接线柱。

4.根据权利要求1所述的TO封装的VCSEL二维圆形阵列模块的驱动转接装置，其中电容是贴片电容，该电容值与交流的频率范围匹配。

5.根据权利要求1所述的TO封装的VCSEL二维圆形阵列模块的驱动转接装置，其中电感是贴片电感，该电感值与交流的频率范围匹配。

6.根据权利要求1所述的TO封装的VCSEL二维圆形阵列模块的驱动转接装置，其中所述的TO管座包含四个管脚，其中一个管脚接地。

7.根据权利要求1所述的TO封装的VCSEL二维圆形阵列模块的驱动转接装置，其中TO管壳包括：

三个连接管脚，该三个连接管脚与TO管座上的管脚插接；

一VCSEL阵列芯片，该VCSEL阵列芯片上有五组焊盘及VCSEL芯片，所述焊盘通过引线与连接管脚连接；所述焊盘与VCSEL芯片通过电极连接。

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