CN102324964A

CN102324964A - 带双开路短枝节匹配网络的光发射器

Info

Publication number: CN102324964A
Application number: CN201110128875A
Authority: CN
Inventors: 徐成植; 卢昆忠; 许远忠; 樊士斌
Original assignee: Wuhan Telecommunication Devices Co Ltd
Current assignee: Wuhan Telecommunication Devices Co Ltd
Priority date: 2011-05-18
Filing date: 2011-05-18
Publication date: 2012-01-18

Abstract

本发明涉及的带双开路短枝节匹配网络的光发射器，包括有光发射器，还包括有双开路短枝节匹配网络，所述双开路短枝节匹配网络由基板和两段开路短枝节L1、开路短枝节L2及一段微带传输线L3构成，所述双开路短枝节匹配网络设置在光电发射器中的热沉上；通过本技术方案，采用双开路短枝节匹配网络对电吸收调制激光器进行阻抗匹配，从而进一步实现更宽带宽内的平坦频率响应，降低了器件眼图的上升时间和抖动，进而获得更低的误码率；减少了热沉部件上的发热元件，从而大大降低了器件的功耗；在高速过渡热沉上面直接制作双开路短枝节减少了器件封装工艺流程；在高速过渡热沉上面直接制作双开路短枝节降低器件封装成本。

Description

带双开路短枝节匹配网络的光发射器

技术领域

本发明涉及一种光发射器，特别是涉及一种带双开路短枝节匹配网络的光发射器。

背景技术

在现有技术中，电吸收调制激光器因其体积小、低啁啾、高调制带宽、低调制电压等众多优点而被广泛用于在当前光纤通信系统中，在其传统的封装过程中，驱动信号速率比较低时，电吸收调制激光器的阻抗和信号源阻抗能实现比较好的匹配，但是当其被调制到更高速率时，其阻抗在随着频率发生变化，很难与50欧姆的信号源实现很好的匹配，导致器件最终封装后性能大大降低，为了保证电吸收调制激光器与信号源实现很好的匹配，达到信号良好的传输，一般采用分立元件匹配法即在信号加载电路上并联一个与信号源相匹配的电阻来减小反射信号对信号源的影响，随着频率的进一步提升，如上升到10Gb/s这种方式不能满足要求，现有的技术一般采用以下两种方法来实现匹配：1、如图1所示，采用高频信号传输线阻抗优化设计和分立元件匹配相结合的方法，它是由金属地电极1、信号电极2、薄膜电阻3、终端50欧匹配电阻4和EML芯片5构成，即高频信号传输线阻抗不采用传统的50欧姆设计并在传输线终端前制作薄膜电阻进行阻抗匹配；2、如图2所示，采用元件L型匹配网络，它是由金属地电极1、信号电极2、薄膜电阻3、终端50欧匹配电阻4、EML芯片5和L网络6构成，这两种方法最后信号通过电阻走向器件，虽然实现了阻抗匹配，但是将有一部分信号能量损耗在薄膜电阻上，从而最终降低了整个器件的消光比，并且只适用于10Gb/s及其以下的器件，当器件频率上升到更高频率时，此两种方法将不再实用。本发明采用双开路短枝节分布式匹配网络对40Gb/s电吸收调制激光器进行匹配，此双开路短枝节网络直接在过渡热沉上制作几乎不需增加成本，并且消除了由于串联电阻带来消光比降低的影响。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种带双开路短枝节匹配网络的光发射器，通过本技术方案，采用双开路短枝节分布式匹配网络对40Gb/s电吸收调制激光器进行匹配，此双开路短枝节网络直接在过渡热沉上制作几乎不需增加成本，并且消除了由于串联电阻带来消光比降低的影响。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：一种带双开路短枝节匹配网络的光发射器，包括有光发射器，还包括有双开路短枝节匹配网络，所述双开路短枝节匹配网络由基板和两段开路短枝节L1、开路短枝节L2及一段微带传输线L3构成，所述双开路短枝节匹配网络设置在光电发射器中的热沉上。

所述基板由介质基板和金属底板构成，所述金属底板设置在介质基板上，两段开路短枝节L1、开路短枝节L2及一段微带传输线L3设置在金属底板上。

所述介质基板由氧化铝材料制成，其厚度为0.254mm，其长度为3mm，宽度为1mm。

所述金属底板是用由下向上分为三层的30-50纳米厚的TiW、150-200纳米厚的Ni、及2-4微米厚的Au材料制成。

所述两段开路短枝节L1、开路短枝节L2和微带传输线L3分别是用由下向上分为三层的30-50纳米厚的TiW、150-200纳米厚的Ni、及2-4微米厚的Au材料制成。

所述开路短枝节L1垂直于微带传输线L3，其位置距离坐标原点位置为0.86mm，其宽度为0.27mm，长度为0.1mm；开路短枝节L2垂直于微带传输线L3，其位置距离开路短枝节L1位置为0.74mm，其宽度为0.27mm，长度为0.3mm。

本发明达到的技术效果如下：一种带双开路短枝节匹配网络的光发射器，通过本技术方案，采用双开路短枝节匹配网络对电吸收调制激光器进行阻抗匹配，通过以上的匹配网络实现低回程损耗的电路设计和高消光比光学特性设计，从而进一步实现更宽带宽内的平坦频率响应，降低了器件眼图的上升时间和抖动，进而获得更低的误码率；并且无需在传输线上串联欧姆电阻，解决了在微带传输线L 3传输结构制作欧姆电阻的工艺麻烦，加大在电吸收调制激光器上的信号提高了器件的消光比；去掉了串联的欧姆电阻，减少了热沉部件上的发热元件，从而大大降低了器件的功耗；在高速过渡热沉上面直接制作双开路短枝节减少了器件封装工艺流程；在高速过渡热沉上面直接制作双开路短枝节降低器件封装成本。

附图说明

图1为现有技术中高频信号传输线阻抗匹配网络示意图。

图2为现有技术中L型匹配网络示意图。

图3为本发明带双开路短枝节匹配网络的光发射器整体结构示意图。

图4为本发明中双开路短枝节匹配网络的立体结构示意图。

图中，1金属地电极、2信号电极、3薄膜电阻、4终端50欧匹配电阻、5EML芯片、6L网络、7双开路短枝节匹配网络、8过渡块、9热敏电阻、10发射器芯片、11背光探测器、12准直透镜、13聚焦透镜、14光学隔离器、15焊接工件、16陶瓷光纤插针、17蝶形金属陶瓷管壳、18高频馈入部分、19信号控制输入PIN脚部分、20半导体制冷器、21热沉、22半导体驱动芯片、23框架、24介质基板、25微带传输线L3、26开路短枝节L1、27开路短枝节L2、28金属底板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案和实施例作进一步说明。

如图3和图4所示，本发明涉及的带双开路短枝节匹配网络的光发射器，包括有光发射器，还包括有双开路短枝节匹配网络7，所述双开路短枝节匹配网络7由基板和两段开路短枝节L126、开路短枝节L227及一段微带传输线L3构成，所述双开路短枝节匹配网络7设置在光电发射器中的热沉21上。

所述基板由介质基板21和金属底板28构成，所述金属底板28设置在介质基板21上，两段开路短枝节L126、开路短枝节L227及一段微带传输线L3设置在金属底板28上。

所述介质基板21由氧化铝材料制成，其厚度为0.254mm，其长度为3mm，宽度为1mm。

所述金属底板28是用由下向上分为三层的30-50纳米厚的TiW、150-200纳米厚的Ni、及2-4微米厚的Au材料制成。

所述两段开路短枝节L126、开路短枝节L227和微带传输线L325分别是用由下向上分为三层的30-50纳米厚的TiW、150-200纳米厚的Ni、及2-4微米厚的Au材料制成。

所述开路短枝节L126垂直于微带传输线L325，其位置距离坐标原点位置为0.86mm，其宽度为0.27mm，长度为0.1mm；开路短枝节L227垂直于微带传输线L325，其位置距离开路短枝节L126位置为0.74mm，其宽度为0.27mm，长度为0.3mm。

如图3所示，本发明的带双开路短枝节匹配网络的光发射器的实施例中，蝶形金属陶瓷管壳17，在蝶形金属陶瓷管壳17中的底座为铜钨合金制成，框架23部分为可阀合金制成；高频馈入部分2，包括双GPPP高频同轴连接器和氧化铝介质基板，通过焊料焊接在管壳1前面底座上；信号控制输入PIN脚部分3，该部分直接焊接在蝶形金属陶瓷管壳17的框架23上；半导体制冷器20，该半导体制冷器焊接在蝶形金属陶瓷管壳1底面；热沉21是镍材料制成，该热沉21通过焊料焊接在半导体制冷器20上；半导体驱动芯片22，直接焊接在热沉21上；双开路短枝节匹配网络7由两段开路枝节L126、开路枝节L227和一段微带传输线L3组成，直接焊接在热沉21上；过渡块8为氮化铝材料制成的高频薄膜电路，过渡块8通过焊料焊接在热沉21上；热敏电阻9、发射器芯片10、和背光探测器11设置在过渡块8上；准直透镜12，通过激光焊接在热沉21上；聚焦透镜13，通过激光焊接在陶瓷光纤插针16上；光学隔离器14用环氧树脂固定在热沉21上；焊接工件15和陶瓷光纤插针16通过激光焊接在蝶形金属陶瓷管壳17上。

本发明的实施例中，蝶形金属陶瓷管壳17、框架23、蝶形金属陶瓷管壳17中的底座、高频馈入部分18和信号控制输入PIN脚部分19，通过高温焊接在一起，可阀材料和铜钨合金具有良好的导热性和较低的热膨胀系数，可以保证发射器件在较宽的温度范围内工作时的性能，半导体制冷器20烧焊在蝶形金属陶瓷管壳17里面，焊接是要保证没有焊接空隙，以保证良好的热传导和器件的长期可靠性。半导体驱动芯片22焊接在热沉21上面，保证了电吸收调制激光器的工作信号幅度。同时双开路短枝节匹配网络7实现低回程损耗的电路设计和高消光比光学特性设计，更宽带宽内的平坦频率响应，降低了器件眼图的上升时间和抖动，获得更低的误码率，减少了热沉21部件上的发热元件，从而降低了器件的功耗，热沉21及其上面的部件在蝶形金属陶瓷管壳17外焊接完成，具体是首先将热敏电阻9、发射器芯片10和背光探测器11焊接在过渡块8上，然后将过渡块8焊接在热沉21上，再通过光学耦合平台固定准直透镜12、聚焦透镜13、隔离器14。焊接好后的热沉21组件在高倍显微镜下准确的焊接于焊有半导体制冷器20和聚焦透镜13的蝶形金属陶瓷管壳17内，焊接过程中要保证光路的准直；最后通过激光焊接将焊接工件15和陶瓷光纤插针16焊接在蝶形金属陶瓷管壳17外以实现光纤耦合，焊接工件15用来调整陶瓷光纤插针16的位置以实现最大的耦合效率。

本发明双开路短枝节匹配网络对电吸收调制激光器进行阻抗匹配时，采用传统的微带线结构和采用本发明所涉及的双开路短枝节匹配网络7的光发射器频率响应曲线图，我们可以看出采用匹配网络后器件的-10dB以下回程损耗达到39GHz，3dB调制响应带宽达到35GHz。对比采用传统结构封装的器件的-10dB以下回程损耗26GHz扩大了13GHz，3dB调制响应带宽从31.6GHz扩大到了35.1GHz，实现了器件低回程损耗的电路设计和更宽带宽内的平坦频率响应，从而在光学特性提高了器件的消光比，降低了器件眼图的上升时间和抖动，获得更低的误码率。同时减少了热沉21部件上的发热元件，在降低了器件功耗的同时减少了制作过渡热沉21的工序。

本发明的双开路短枝节匹配网络7直接在过渡热沉21上面制作，不需要另外附加的工序，实现低成本、低工艺难度、高性能封装设计。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims

1.一种带双开路短枝节匹配网络的光发射器，包括有光发射器，其特征在于，还包括有双开路短枝节匹配网络，所述双开路短枝节匹配网络由基板和两段开路短枝节L1、开路短枝节L2及一段微带传输线L3构成，所述双开路短枝节匹配网络设置在光电发射器中的热沉上。

2.根据权利要求1所述的带双开路短枝节匹配网络的光发射器，其特征在于，所述基板由介质基板和金属底板构成，所述金属底板设置在介质基板上，两段开路短枝节L1、开路短枝节L2及一段微带传输线L3设置在金属底板上。

3.根据权利要求2所述的带双开路短枝节匹配网络的光发射器，其特征在于，所述介质基板由氧化铝材料制成，其厚度为0.254mm，其长度为3mm，宽度为1mm。

4.根据权利要求2所述的带双开路短枝节匹配网络的光发射器，其特征在于，所述金属底板是用由下向上分为三层的30-50纳米厚的TiW、150-200纳米厚的Ni、及2-4微米厚的Au材料制成。

5.根据权利要求1或2所述的带双开路短枝节匹配网络的光发射器，其特征在于，所述两段开路短枝节L1、开路短枝节L2和微带传输线分别是用由下向上分为三层的30-50纳米厚的TiW、150-200纳米厚的Ni、及2-4微米厚的Au材料制成。

6.根据权利要求1或2所述的带双开路短枝节匹配网络的光发射器，其特征在于，所述开路短枝节L1垂直于微带传输线L3，其位置距离坐标原点位置为0.86mm，其宽度为0.27mm，长度为0.1mm；开路短枝节L2垂直于微带传输线L3，其位置距离开路短枝节L1位置为0.74mm，其宽度为0.27mm，长度为0.3mm。