CN102520491A - 光发射器组件及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种光发射器组件包括壳体、电路板、光发射器、前透镜及后透镜。壳体开设有收容腔，侧壁上开设有开口。电路板收容与收容腔内与壳体的底部连接。前透镜通过双光束焊接于壳体的底部。发射器电连接在电路板上，光发射器位于前透镜的焦点处。后透镜设于前透镜远离光发射器的一侧，光发射器、前透镜及后透镜位于同一光轴上，开口位于光轴上。由于前透镜是通过双光束同时焊接，焊接时间一致，焊接后的焊点对称性好，焊点的应力释放一致，保证前透镜焊接的稳定性，从而保证光路的稳定性。双光束焊接的速度较快，避免了长时间的占用昂贵的焊接设备，耗费设备资源和人力资源。本发明还提供了一种光发射器组件的制作方法。

Description

光发射器组件及其制作方法

【技术领域】

本发明涉及光纤通信技术领域，特别是涉及一种光发射器及其制作方法。

【背景技术】

光发射器组件(Transmitter Optical Subassembly缩写为TOSA)是现代光纤通信的核心器件，2.5Gb/s、10Gb/s及以上的高速光发射器及密集型光波复用(DWDM)系统使用的光发射器组件，要求带温度控制的器件，通常采用蝶型封装以保证其功能。传统的前透镜焊接方法都是采用平面式热沉，单光速激光焊接方法，焊接效率低，焊接质量差。光发射器组件的光学输出都是利用透镜或类似透镜的光学元件耦合光发射芯片的输出到单模光纤或单模插针，但由于单模发射器芯片和单模光纤的模相差较大，为了保证光路的稳定性和耦合效率，高速蝶型器件耦合光路的设计一般采用准直、聚焦的双透镜的结构。但是目前，准直透镜和聚焦透镜的焊接方法复杂，并且很容易造成准直透镜的焊点的应力不平衡，破坏准直透镜的稳定性。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种稳定性较高的光发射器组件。

一种光发射器组件包括：

壳体，开设有收容腔，所述壳体的侧壁上开设有开口；

电路板，收容于所述收容腔内，且与所述壳体的底部连接；

前透镜，通过双光束焊接于所述壳体的底部；

光发射器，电连接在所述电路板上，所述光发射器位于所述前透镜的焦点处；及

后透镜，设于所述前透镜远离所述光发射器的一侧，且固定连接在所述壳体上，所述光发射器、所述前透镜、所述后透镜位于同一光轴上，所述开口与所述光轴相对设置。

进一步地，所述后透镜设于所述壳体的开口处，且与所述壳体的内侧壁固定连接。

进一步地，所述电路板上设有热敏电阻，所述热敏电阻与所述电路板电连接。

进一步地，所述光发射器组件还包括背光探测器，所述背光探测器设于所述光发射器远离所述前透镜的一侧，且与所述电路板电连接。

进一步地，所述后透镜通过高温焊料焊接在所述壳体的开口处。

进一步地，所述光发射器组件还包括焊接工件及光纤适配器，所述焊接工件固定连接在所述外壳的开口处的外侧壁上，所述光纤适配器与所述焊接工件连接。

进一步地，所述光发射器组件还包括制冷器及热沉，所述制冷器设于所述壳体的底部，所述热沉设于所述制冷器上，所述电路板及所述前透镜设于所述热沉上。

进一步地，所述光发射器组件还包括隔离器，所述隔离器固定连接于所述热沉上，位于所述前、后透镜之间的光轴处。

进一步地，所述光发射器组件还包括前透镜支架，所述前透镜支架通过双光束焊接在所述热沉上，所述前透镜通过双光束焊接在所述前透镜支架上。

本发明还有必要提供一种光发射器组件的制作方法，所述制作方法包括以下步骤：

将电路板固定连接于热沉上；

将前透镜通过双光束斜焊接机焊接于热沉上；

将光发射器电焊接在电路板上且位于前透镜的焦点处；

将后透镜利用高温焊料焊接在壳体内，所述后透镜位于前透镜的光轴上远离光发射器的一端；及

采用三光束斜焊方法将光适配器通过焊接在所述壳体的开口处。

上述光发射器组件中，电路板与光发射器导通，使光发射器发光，并且光发射器位于前透镜的焦点处，可以使发散光线变为平行光线。后透镜与前透镜位于同一光轴上，汇聚平行光线，最终出射光线从壳体的开口处出射。由于前透镜是通过双光束焊接在壳体上，由于双光束同时焊接，焊接时间一致，焊接后的焊点对称性好，焊点的应力释放一致，保证前透镜焊接的稳定性，从而保证光路的稳定性。避免了由于单光束焊接产生的焊点不对称，焊点应力释放不一致导致光路稳定性差。并且，双光束焊接的速度较快，避免了长时间的占用昂贵的焊接设备，耗费设备资源和人力资源。

在上述光发射器组件的制作方法中，将前透镜通过双光束斜焊接机焊接于热沉上，在前透镜的光轴上，且远离光发射器的一端，将后透镜利用高温焊料焊接在壳体内。利用双光束斜焊接机焊接前透镜，保证前透镜的焊点的应力释放一致，保证前透镜连接的稳固性，同时也保证了光路的稳定性，提高整个光发射器组件的稳定性。

【附图说明】

图1为一实施方式的光发射器组件的结构剖视图；

图2为图1所示光发射器组件的立体结构图；

图3为图1所示光发射器组件的右视图；

图4为一实施方式的光发射器组件的制作方法的流程图。

【具体实施方式】

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本实施方式的光发射器组件100包括壳体110、制冷器120、热沉130、电路板140、光发射器150、前透镜160、后透镜170、隔离器180、背光探测器190、焊接工件(图未标)及光纤适配器(图未标)。

请参阅图2和图3，壳体110开设有收容腔112。壳体110的侧壁上开设有开口114。壳体110包括金属部分及陶瓷部分。金属部分为可伐，陶瓷部分为高频输入的氧化铝。可伐材料具有良好的导热性和低的热膨胀系数，可以保证光发射器组件100在较宽的温度范围内工作的性能，同时高频输入的陶瓷材料可以保证光发射器组件100具有良好的高频性能。在本实施方式中，壳体110为蝶型金属陶瓷管壳。

制冷器120及热沉130，制冷器120设于壳体110的底部，热沉130设于制冷器120上。制冷器120为半导体制冷器，制冷器120焊接在壳体110的底部。热沉130为钨铜或镍材料，热沉130具有很高的耐热性和良好的导热导电性。热沉130焊接在半导体制冷器上，为制冷器120提供一个散热、制冷的平台。

电路板140收容于收容腔112内，电路板140设于热沉130上。电路板140上连接的元件及其在焊接过程中产生的热量，通过热沉130和制冷器120散发出去。

光发射器150为光发射芯片，与电路板120电连通，接通电源能够使光发射器150发生出激光。

请参阅图2，光发射器组件100还包括前透镜支架162，前透镜支架162通过双光束焊接在热沉130上。双光束激光同时焊接，保证前透镜支架162的焊点相对称，使焊点应力释放一致，保证前透镜支架162的稳定性，并且能够节约焊接时间，节省人力物力。

前透镜160通过双光束焊接于前透镜支架162上，光发射器150位于前透镜160的焦点处。前透镜160通过双光束焊接在前透镜支架162上。由于双光束同时焊接，焊接时间一致，焊接后的焊点对称性好，焊点的应力释放一致，保证前透镜焊接的稳定性，从而保证光路的稳定性。避免了由于单光束焊接产生的焊点不对称，焊点应力释放不一致导致光路稳定性差。并且，双光束焊接的速度较快，避免了长时间的占用昂贵的焊接设备，耗费设备资源和人力资源。具体在本实施方式中，前透镜160为准直透镜。需要指出的是，前透镜支架162可以省略，前透镜160直接连接在热沉130上。

可以理解，制冷器120可以省略，热沉130直接与壳体110的底部连接。热沉130也可以省略，电路板140直接与制冷器120连接。制冷器120和热沉130可以同时省略，则电路板140收容于收容强内，与壳体110的底部连接光发射器150电连接在电路板120上。前透镜160直接连接在壳体110的底部。

后透镜170设于前透镜160远离光发射器150的一侧，且固定连接于壳体110的开口114前，光发射器150、前透镜160及后透镜170位于同一光轴上。具体在本实施方式中，后透镜170设于所述壳体110的开口114处，且与壳体110的内侧壁固定连接。后透镜170通过高温焊料焊接在壳体110的开口处。后透镜170直接焊接在壳体110的内侧壁上，一方面使光发射器组件100的空间变小，节省了光发射器组件100的内部空间；另一方面可以密封壳体110的开口114，增强光发射器组件100的密封性。并且，将后透镜170直接焊接在壳体110的内侧壁上，降低了工艺难度，并避免了将焊接的热量传递给制冷器120及热沉130，减小制冷器120及热沉130的损耗。具体的，后透镜170为聚焦透镜。

隔离器180固定连接于热沉130上，设于前透镜160与后透镜170之间且位于前透镜160与后透镜170的光轴上。隔离器180为光学隔离器，该隔离器180用353ND胶水固定粘合在热沉130上。光线入射到前透镜160上，变为平行光线，光学隔离器设于前透镜160与后透镜170的光轴上，单向通过线偏振光，阻止反向光通过。如果有反向光通过，光线沿原光路返回，会影响光发射器芯片，影响光发射器组件100的正常使用。将隔离器180设于热沉130上，散掉隔离器180工作中产生的热量，保证光发射器组件100在整个工作温度范围内隔离度。

背光探测器190设于光发射器150远离前透镜160的一侧，且与电路板120电连接。光线沿前透镜160及的方向传播为正向传播，则背光探测器190通过检测光发射器130的反向上的光线强度，来计算正向的光线强度，并随之达到控制出射光的强度的目的。

电路板140上设有热敏电阻142，热敏电阻142与电路板140电连接。热敏电阻142可以根据光发射器组件100温度控制电路板140上的工作电流，从而达到控制光发射器组件100的温度情况。防止光发射器组件100内温度过高，损坏元件，影响光发射器组件100的正常使用。

焊接工件固定连接在外壳的开口处的外侧壁上，光纤适配器与焊接工件连接。焊接工件和光纤适配器通过三光束斜焊接方法焊接在壳体110的开口处，可以通过调接焊接工件的同心度，调整光纤插针的位置，以实现最大的光纤耦合效率，提高了焊接质量和焊接效率。需要说明的是，焊接工件及光纤适配器可以省略，此时光纤插针直接与壳体110的开口114耦合。

请参阅图4，本发明还提供了光发射器组件的制作方法200，该制作方法200包括以下步骤：

将电路板220固定连接于壳体210的底部；

将前透镜260通过双光束斜焊接机焊接于壳体210的底部；

将光发射器250电焊接在电路板220上且位于前透镜260的焦点处，；

将后透镜270利用高温焊料焊接在壳体210内，后透镜270位于前透镜260的光轴上远离光发射器250的一端；

采用三光束斜焊方法将光适配器焊接在壳体210的开口处。

上述光发射器组件100中，电路板与光发射器导通，使光发射器发光，并且光发射器位于前透镜的焦点处，可以使发散光线变为平行光线。后透镜与前透镜位于同一光轴上，汇聚平行光线，最终出射光线从壳体的开口处出射。由于前透镜是通过双光束焊接在壳体上，由于双光束同时焊接，焊接时间一致，焊接后的焊点对称性好，焊点的应力释放一致，保证前透镜焊接的稳定性，从而保证光路的稳定性。避免了由于单光束焊接产生的焊点不对称，焊点应力释放不一致导致光路稳定性差。并且，双光束焊接的速度较快，避免了长时间的占用昂贵的焊接设备，耗费设备资源和人力资源。

上述光发射器组件的制作方法200，首先将制冷器、热沉依次连接壳体的底部，保证光发射器组件能够达到良好的散热。当省略制冷器、热沉的时候，该步骤可以省略。再将电路板220固定连接于壳体210的底部，可以理解为，电路板220可以通过焊接或是粘接等固定连接方式与壳体210的底部连接。然后将前透镜支架262通过双光束焊接机焊接在热沉上。通过夹具夹持前透镜260，并且同时调节前透镜260和光纤准直器(图未示)的位置，当光功率达到最大的时候，将前透镜260通过双光束斜焊接机焊接于前透镜支架262上。前透镜支架262可以省略，前透镜260直接双光束焊接在热沉上。在前透镜260的光轴上，且远离光发射器250的一端，将后透镜270利用高温焊料焊接在壳体210内。利用双光束斜焊接机焊接前透镜260，保证前透镜260的焊点的应力释放一致，保证前透镜260连接的稳固性，同时也保证了光路的稳定性，提高整个光发射器组100的稳定性。将光适配器通过三光束斜焊方法焊接在壳体210的开口处，可以通过调接焊接工件的同心度，调整光纤插针的位置，以实现最大的光纤耦合效率，提高了焊接质量和焊接效率。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种光发射器组件，其特征在于，包括：

壳体，开设有收容腔，所述壳体的侧壁上开设有开口；

电路板，收容于所述收容腔内，且与所述壳体的底部连接；

前透镜，通过双光束焊接于所述壳体的底部；

光发射器，电连接在所述电路板上，所述光发射器位于所述前透镜的焦点处；及

后透镜，设于所述前透镜远离所述光发射器的一侧，且固定连接在所述壳体上，所述光发射器、所述前透镜、所述后透镜位于同一光轴上，所述开口与所述光轴相对设置。

2.根据权利要求1所述的光发射器组件，其特征在于，所述后透镜设于所述壳体的开口处，且与所述壳体的内侧壁固定连接。

3.根据权利要求1所述的光发射器组件，其特征在于，所述电路板上设有热敏电阻，所述热敏电阻与所述电路板电连接。

4.根据权利要求1所述的光发射器组件，其特征在于，所述光发射器组件还包括背光探测器，所述背光探测器设于所述光发射器远离所述前透镜的一侧，且与所述电路板电连接。

5.根据权利要求1所述的光发射器组件，其特征在于，所述后透镜通过高温焊料焊接在所述壳体的开口处。

6.根据权利要求1所述的光发射器组件，其特征在于，所述光发射器组件还包括焊接工件及光纤适配器，所述焊接工件固定连接在所述外壳的开口处的外侧壁上，所述光纤适配器与所述焊接工件连接。

7.根据权利要求1所述的光发射器组件，其特征在于，所述光发射器组件还包括制冷器及热沉，所述制冷器设于所述壳体的底部，所述热沉设于所述制冷器上，所述电路板及所述前透镜设于所述热沉上。

8.根据权利要求7所述的光发射器组件，其特征在于，所述光发射器组件还包括隔离器，所述隔离器固定连接于所述热沉上，位于所述前、后透镜之间的光轴处。

9.根据权利要求7所述的光发射器组件，其特征在于，所述光发射器组件还包括前透镜支架，所述前透镜支架通过双光束焊接在所述热沉上，所述前透镜通过双光束焊接在所述前透镜支架上。

10.一种光发射器组件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

将电路板固定连接于热沉上；

将前透镜通过双光束斜焊接机焊接于热沉上；

将光发射器电焊接在电路板上且位于前透镜的焦点处；

将后透镜利用高温焊料焊接在壳体内，所述后透镜位于前透镜的光轴上远离光发射器的一端；及

采用三光束斜焊方法将光适配器焊接在所述壳体的开口处。

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