CN102598439B - 光子集成电路的有效热电冷却 - Google Patents

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Abstract

一个包含载体(110)的装置，其中，载体(110)包含至少一个热生成组件和耦合至载体表面的热电冷却器(TEC)(202)，其中，TEC(202)的截面积小于载体(110)的截面积，并且其中，TEC(202)与第二个热生成组件对齐。包含的装置包含一个载体(110)，该载体(110)包含多个光发射器和一个有源组件，至少一个TEC(202)耦合至载体(110)的表面，其中，支撑柱(204)的热电阻高于TEC(202)，其中，TEC(202)的截面积小于载体(110)的截面积，并且其中，TEC(202)与光发射器、有源组件或两者对齐。

Description

光子集成电路的有效热电冷却
本专利申请要求2009年11月30日申请的标题为“光子集成电路的有效热电冷却”(Efficient Thermoelectric Cooling of Photonic Integrated Circuits)，申请号为12/627255的美国专利申请的优先权，特此将其全部内容引入作为参考。
技术领域
本发明与光通信技术领域相关，特别地，与光子集成电路的有效电热冷却领域相关。
发明背景
光子集成电路(PIC)可能包含半导体激光器阵列作为光发射器源。PIC的性能要求来自激光器源的信号的完整性。来自激光器阵列的输出信号可能会由于制造过程的不同、设备年龄、设备温度或其他内部或外部因素而有所不同。操作激光器阵列可以生成影响激光器工作的热量，也会影响PIC的其他组件。此外，激光器阵列可能为激光器包含单独的加热器，以调整或微调激光器波长输出。这种微调可能会将额外的热量添加到PIC。对此附加热量进行热管理可以改善来自PIC的输出信号的信号完整性。一种热管理方法采用热电冷却器(TEC)去除来自PIC的热量。但是，TEC可能消耗大量功率，导致进一步管理PIC的能量损耗变得更加困难。
发明内容
在一个实施例中，本发明包含一种设备，其包含一个载体载体，载体至少包含一个热生成组件和一个耦合至载体表面的TEC，其中，TEC载体的横断面面积小于载体的横断面面积，并且其中，TEC与热生成组件对齐。
在另一个实施例中，载体本发明包括一种包含载体的设备，载体发射器载体包含多个光发射器和一个有源组件(至少一个TEC载体耦合至载体的表面)载体以及一个耦合至载体表面的支撑柱，其中，支撑柱具有高于TEC的热阻系数，其中，TEC载体的横断面区域小于载体的横断面面积，并且其中，TEC与光发射器、有源组件(或两者)对齐。
下面的详细介绍以及附图和权利要求将有助于更清楚地理解本发明的上述及其他特点。
附图简述
为了更完整地理解本发明，请结合附图和说明并参考下列简述，其中相似的参考数字表示相似的元件。
图1为波分复用(WDM)发射器的实施例的俯视图。
图2A为WDM发射器实施例的侧剖面图。
图2B为WDM发射器的后剖面视图。
图3A为包含两个TEC的WDM发射器的另一个实施例的侧剖面图。
图3B为包含两个TEC的WDM发射器实施例的侧剖面图。
图4为耦合至WDM发射器的不同的TEC的冷却系数曲线图。
具体实施方式
首先，应当理解，虽然下文说明了一个或多个实施例的实现过程，但本发明涉及的系统和/或方法可以采用任何技术(不管当前是否已知或存在)来实现。本发明不应仅限于下文所述的阐释性实施例、附图和技术，包括本文中说明和介绍的示范设计和实施例；可在所附权利要求及其等效要求的全部范围内对本发明进行修改。
集成WDM发射器可以是用于数据传送系统的适合设备。已经开发了用于制作这些发射器(例如：单片和混合集成)的技术，并且与分散WDM发射器相比，可能会降低成本和每千兆赫(GHz)带宽的能耗。在单片集成中，多个WDM组件可以与阵列波导(AWG)复用器集成在一起，以形成具有单个光输出的WDM发射器阵列。此级别的集成可以在一个单片铟磷化物(InP)芯片上完成，其上可能具有一个约四到五毫米(mm)的区域，会远远小于包含分散组件的类似设备。通常，随着激光器密度增加，功耗也会增加。多个激光器可以共享一个TEC以实现在最佳温度操作，例如：大约20摄氏度。此外，激光器集成还会增加端口密度。混合集成还可以共享光子集成的一些优势，例如高端口密度、低功耗和降低批量生产的成本。但是，混合集成具有比单片集成更独特的优势，例如具有更高的生产产量。由于单片集成依赖于InP技术，而该技术还没有完全成熟，所以使用单片集成进行单个WDM激光器芯片生产的设备产量可能会低。例如，使用单片方法对单个芯片进行多个元素(例如：多于40个元素)的集成只会生产约一位数的产量。另一方面，混合集成可以对每个组件使用更成熟的技术，结果是，产量会显著提高。
为WDM应用进行单片或混合集成技术实践的一个重要的挑战可能是，改善发射器阵列中的各单独激光器的可调谐性，以便所有信道能够同时符合国际电信联盟(International Telecommunications Union，ITU)标准。特别地，有源组件(如：激光器)的温度需要精确控制(例如：通过TEC)。但是，无源组件(如：光纤、耦合器和波长复用器)的温度不需要进行同样的精确控制，因为其对温度变化的敏感性较小。当前，对有源组件的温度控制的实现方法是，通过在热量方面将加热器耦合至激光器阵列，以改变每个激光器的本地温度。此附加的热量提供对激光器的输出波长的调节。但是，对激光器波长进行热调节还会产生附加的不需要的热量，从而使系统的热管理复杂化。例如，包含四个激光器的阵列可能要求总冷却功率为约一瓦特。但是，增加了本地加热器以便在每个激光器中提供约100GHZ的可调谐范围的包含约四个激光器的阵列，可能要求约3瓦特的总冷却功率，该数值约比不使用加热器时高三倍。
热管理会变得更加复杂，因为集成通常会包含AWG或其他组件，可能会占用大量系统区域。例如，指标差别约为1.5％、台阶约为200GHz的AWG可能要求芯片大小比不使用AWG时大十倍。由于AWG是设备的集成部分，所以此区域通常由TEC连同激光器阵列一起冷却，从而可能会增加系统的功耗。诸如激光器之间的热串扰等其他问题可能会进一步使集成发射器的冷却复杂化。为了减轻热串扰，可能会通过加热器向激光器增加更多热量，以便实现相当的热调节范围。例如，当与激光器最相邻的设备产生约百分之十的热串扰时，可能需要从加热器增加约百分之二十的热量输入，以维持足够的热调节范围。
本发明为用于提供PIC热管理功能的设备和方法。PIC载体可能包含耦合至载体的TEC，载体可用于冷却一些载体的组件。有效的PIC热管理可以通过适当的尺寸选择和TEC定位来实现。适当的TEC尺寸可以是能够提供足够的冷却功能而不会达到高热电阻系数的阈值的最小TEC。例如，为了满足特殊应用的尺寸过小的TEC，可能会由于TEC和载体之间的热耦合不足而提供高热电阻系数。另一方面，大于需要的TEC可能会在不需要的区域提供冷却，从而由于进行了不必要的冷却而浪费功率。此外，在进行组件冷却时对TEC位置放置适当可能会改善PIC的热管理。例如，将TEC放置在载体中接近于热源的地方，可以提供有效的热去除，同时不会冷却无源组件和/或不会依赖于从有源组件进行信道热量的热传导以实现冷却。在多个实施例中，可以向载体耦合任何大小、形状或数量的TEC，以提供有效的热管理。
激光发射器系统可能包含多个光发射器(例如：激光器、光电二极管、其他配置为以光波长发送电磁波的设备或者其组合)。光波长可能包含至少一部分可见的波长范围、红外波长范围、紫外线(UV)波长范围或者其他光波长范围。在一个实施例中，光发射器可能是分散的发射器单元，这些发射器单元可能互相耦合。例如，分散的光发射器可能安装在载体上或光平台的阵列排列中。光发射器还可以耦合至光耦合器或波长复用器，可以配置为将来自不同光发射器的输出结合为一个单个输出。来自不同的光发射器的输出可以具有不同的波长，来自光耦合器或波长复用器的输出可能包含不同的光发射器波长。光耦合器可以放置在载体上。光耦合器可以通过多个光纤或波导耦合至光发射器，还可以通过附加的光纤或波导耦合至输出。此外，激光发射器系统可以包含波长锁定设备，其可以耦合至光发射器和光耦合器。在备选实施例中，激光发射器系统中的至少一些无源组件可能集成至一个芯片(例如：平面光波导(PLC)，该PLC可以用做载体，诸如激光器这样的有源组件可以放置在载体上)。
图1说明了WDM激光发射器100(例如：PIC)的实施例。WDM激光发射器100可能包含载体110、激光器芯片120、台阶台阶130、多个第一信道140、阵列式波导(AWG)150以及可选的第二信道155。WDM激光发射器100可能包含或耦合至光纤160。这些组件可以根据已知配置(例如：混合集成配置或单片微波配置)而进行配置。WDM激光发射器100还可以发射多个明确的密集WDM(DWDM)信道(如国际电联电信标准化部门(International Telecommunication Union Telecommunication StandardizationSector，ITU-T)G.694.1和/或粗WDM(CWDM)信道(如ITU-T G.694.2中所述)。同样地，WDM激光发射器100可能适用于骨干网和/或接入光网络。
在一个实施例中，载体110可配置为容纳和集成多个组件。特别地，载体110可能包含至少一种材料，用于集成、连结和/或支持至少WDM激光发射器100的一些有源和/或无源组件，例如：激光器芯片120、第一信道140、AWG 150和/或第二信道155。载体110可以使用沉积过程(例如：在芯片或衬底上)来生成。此外，载体110可能包含位于不同站点的多个层，可以使用沉积和/或蚀刻过程而生成。这些层可以与WDM发射器100的其他组件(例如：第一信道140、AWG 150和/或第二信道155)绑定在一起。此外，这些层还可以安装或支持WDM激光发射器100的组件(例如：激光器芯片120)。在实施例中，载体110可能包含介质材料(例如：二氧化硅(SiO2))的超薄层，可以使用化学沉积方法(例如：化学溶液沉积(CSD)、化学气相沉积(CVD)和等离子增强CVD(PECVD))沉积在衬底上。或者，该超薄层可以使用物理沉积方法(例如：热蒸发、飞溅、脉冲激光沉积或阴极弧离子沉积(arc-PVD))进行沉积。还可以使用其他沉积过程，包括反应溅射、分子束外延(MBE)、金属有机化学气相外延法(MOVPE)、拓扑方法以及任何其他适当的过程。超薄层还可以使用湿法化学刻蚀方法或等离子干法刻蚀方法在载体110的一些区域进行刻蚀。超薄层厚度可能小于约一毫米，例如：约10微米。
激光器芯片120可能为WDM激光发射器100的光发射组件。激光器芯片120可以耦合至载体110并包含多个可在一个阵列中进行配置的集成半导体激光器。例如，一个半导体激光器阵列可以通过沉积激光材料(例如：铟磷化物(InP)或砷化物(GaAs))在芯片上的多个对齐位置上生成。或者，可以使用化学或电化学掺杂将激光材料添加至芯片中。激光器芯片120可以是激光器二极管、异质结构激光器、量子阱激光器(quantum well laser)、量子级联激光器(quantum cascade lasers)、分布反馈(distributed feedback，DFB)激光器以及它们的组合。激光器芯片120可以配置为以大体上相同的方向(例如：阵列的同一侧)发送多个光波。激光器芯片120还可以配置为以跨带宽的多个波长发送光波。在一个实施例中，所有波长可能会间隔相同的值，其中任意两个波长值之间的差值大致相同。在一个实施例中，激光器芯片120可以通过芯片打线(Bonding)耦合至载体110。
在一个实施例中，台阶台阶130和载体110可以容纳激光器芯片120。例如，台阶台阶130可以被放置在载体110的一个边缘并耦合至激光器芯片120。台阶130可能包含载体110的层，该层可能通过刻蚀或沉积而生成，并因而可能包含与载体110一样的材质(例如：SiO2)。台阶130还可以耦合至外部电子组件，它可能用于操作和/或调制WDM激光发射器100(如下所示)。
从激光器芯片120发射的光可能会通过第一信道140传送到WDM激光发射器的其他组件。同样地，第一信道140可以耦合至激光器芯片120和AWG 150，并与激光器芯片120对齐。第一信道140可以包含多个波导，其可以配置为将来自激光器芯片120的光传送至AWG 150。波导可以为非传导性波导，可能包含具有比周围的载体110(可能为PLC)具有更高介电常数或非传导常数的非传导性材质。例如，第一信道140的生成可以通过以下过程来完成：通过在载体110上沉积具有更高指标材质的层、刻蚀周围区域，然后在载体110上沉积相同的材质，直至沉积的材质形成上方的覆层。这样的过程可能会在信道140的周围生成相同的覆层材质。因此，光波可能会通过从激光器120至AWG 150的内部全反射，导向通过第一信道。
通过第一信道140传送的光波可以在AWG 150处混合成单个光波，并从WDM激光发射器100发送。相应地，AWG 150可以耦合至第一信道140和第二信道155。AWG 150可以是光复用器(MUX)，配置为将多个光波从第一信道结合至可在第二信道155中传播的混合光波。例如，AWG 150可能包含多个光栅波导，可能具有不同的长度，其中，两个相邻的光栅波导可能具有相同的长度差。光波可能与激光器芯片120中单独的半导体激光器对应，其中，各光波可能具有不同的波长。光波可以通过光栅波导传播，由于相邻光栅波导之间的长度差不同，会经过一个相变，并与AWG 150输出处的混合光波发生结构上的冲突。因此，混合光波可能包含单独光波的所有波长。光栅波导可以为介质光栅波导，可以包含与第一信道140相同的材质，并可以使用与用于生成第一信道140类似的过程来生成。
混合光可以使用第二信道155和光纤160从WDM激光发射器100来发送。第二信道155可能包含介质波导，与第一信道140类似。第二信道155可以耦合至AWG 150和光纤160，同样地，可以将混合光从AWG 150导向光纤160。第二信道155可以使用与用于生成第一信道140类似的进程来生成。在一个实施例中，第一信道140、AWG 150和第二信道155可以放置在载体110相同的层中，可以与激光器芯片120对齐。
在一个实施例中，光纤160可以为光缆，用于将混合光波从WDM激光发射器100发送至光系统(如光电信系统或光网络)。特别地，光纤160可用于传送WDM信号，如上述DWDM和/或CWDM信号。光纤160可以为：在ITU-T标准G.652中定义的标准单模式光纤(SMF)、在ITU-T标准G.653中定义的色散位移SMF、在ITU-T标准G.654中定义的截止位移SMF、在ITU-T标准G.655中定义的非零色散位移SMF、在ITU-T标准G.656中定义的非零分散位移SMF、多模式光纤或任何其他类型的光纤。此处描述的所有标准均以提述方式纳入本文中。
图2A说明了WDM激光发射器100的侧视图。由于WDM激光发射器100的组件可以集成至载体110，因此可能在侧视图中不可见。同样，WDM激光发射器100的剖面图可能无法显示WDM激光发射器100所有组件的位置。同样，WDM激光发射器100多个组件的位置在载体上表面显示为直线，但是要理解，尽管这些组件可能显示在载体110的表面，但实际上它们可能嵌入到载体110中，以便不会从表面延伸出来，当载体为PLC时经常会发生这种情况。所显示的WDM激光发射器100的组件包括载体110、激光器芯片120、第一信道140、AWG 150以及第二信道155。此外，载体110可能耦合至TEC202与支撑柱204。TEC 202和支撑柱204可能耦合至位于其余组件的对面一侧的载体110的底部的相对的端点。此外，第一信道140和AWG 150可以为MUX的组件。在某些实施例中，第二信道155还可以为MUX的组件。
载体110可以为半导体薄片的一部分，例如在集成电路和微电子的制造中使用的硅(Si)基。例如，载体110可能包含大体上纯和无缺陷的晶体材料，例如：晶体Si。载体110可以使用晶体生长过程(例如：Czochralski过程)来生成。然后，载体110可以使用金刚石层面切割等进行切片、并通过一个或多个研磨过程(例如：重叠、化学机械研磨或者其他研磨过程)进行研磨。载体110可以通过钢锯成型或者对载体110的材料采用其他机械方法成型。载体110的形状可以为扁平状、矩形或圆盘形。例如，载体110的长度、宽度或直径约为一英寸至12英寸，其厚度可能小于一毫米并大于100微米。
TEC 202可以配置为对载体110(例如激光器芯片120)的至少一些组件提供冷却。例如，TEC 202可能包含多个高热传导单元，沿TEC 202的长度排成一个阵列并跨载体110。高热传导单元也称为球块、接合块或连结，可以彼此间距均匀并且可以耦合至载体110。在一个实施例中，该接合块可以为两个不同的金属表面(例如：铋和镝)之间的二金属接合，其可以以特定方向传导热量(具体基于当前经过该接合的流量的方向)。特别地，电流可以经过定向而将热量从载体110传送至TEC 202。该接合块可以并行排列(例如：并排)以便为热流提供更大的横断面区域。TEC 202的功耗可以由P＝Ni2r得出，其中，P表示功率，i为TEC 202的驱动电流，r为TEC 202的电阻，N为TEC 202的耦合块的数量。当TEC 202的耦合块数N降低时(例如：低于某个阈值)，则TEC 202的热电阻可能会升高。在一个实施例中，TEC 202的大小可以根据载体110的至少一些热生成组件承载的热负载而进行调整。同样地，TEC 202的截面积(例如：耦合至载体110的上表面)可能会小于载体110的截面积(例如：下表面耦合至TEC 202和支撑柱204)。本文中所使用的术语“截面积”可能指的是耦合至另一个组件表面的表面区域。例如，TEC的截面积指的是耦合至载体的TEC的表面(例如：图2A中显示的TEC的表面)。同样，载体的截面积指的是耦合至TEC的载体的表面区域(例如：图2A中显示的载体的下表面)。在一个实施例中，耦合至载体110的TEC202的截面积可能小于载体110的截面积的70％、50％、40％、30％、20％或10％。如图2A中所示，TEC 202可能小于载体110的长度(例如，在y方向)。特别地，TEC 202的长度可能等于激光器芯片120的长度，以便为激光器芯片120提供足够的冷却，同时不会不必要地增加全局功耗。因此，TEC202的尺寸可以在考虑这些因素的前提下，进行适当的配置。选择合适大小的TEC 202可能包含：确定可以达到有效热消除的大小，同时在管理热负载时不会消耗比所需更多的功率。
支撑柱204可以包含多种材质中任意数量的材质(例如不锈钢、Si、SiO2、陶瓷或热电阻相对低的其他适当的材料)。例如，支撑柱204可能比TEC 202具有较低的热传导性或更高的热电阻。支撑柱204可以为能够具有足够的机械强度的柱型、管型、长方体或者其他适当的形状，以便能够为WDM激光发射器100提供机械支持。在一个实施例中，支撑柱204可能是中空的以便进一步降低其热传导性。支撑柱204可能与TEC 202具有相同的高度(例如：在z方向)。支撑柱204可以向载体110以及TEC 202提供支持。例如，支撑柱204的高度可能为约2至10毫米。支撑柱204可以附加至载体110并进行排列以便支持载体110的不受TEC 202支持的部分或者其他支持组件或结构。如图2A中所示，支撑柱204可以放置在载体110的与TEC相对的一端(例如：在y方向)。在另一个实施例中，第二个支撑柱204可以放置在载体110的中间，以便为WDM激光发射器100提供附加支持。
在一个实施例中，激光器芯片120可以为有源组件(可以为热源)。同样地，TEC 202的大小需要足以去除激光器芯片120的多余热量，并在不产生过多热耗的情况下提供足够的冷却。在一个实施例中，TEC 202的大小可能小于、大于或等于载体110的可能需要冷却的任何组件，例如激光器芯片120和/或任何加热器。例如，TEC 202可能与位于载体110底部的激光器芯片120对齐。同样地，TEC 202可能从激光器芯片120提取热量并促进激光器芯片120在合适的温度下(例如：约二十摄氏度)操作。
在一个实施例中，例如，从激光器芯片120的操作产生的任何热量或者通过多个加热器(没有显示)添加至激光器芯片的热量，都通过热传导经由载体110传送至TEC 202。TEC 202可以提供热泵取功能(例如：基于帕尔贴(Peltier)效果)，以便将激光器芯片120的热量从载体110的底侧转移到TEC 202的底部。然后，这些热量可以通过传导、对流、辐射或其他热转移方式从TEC 202的底部传导至另一个组件、空气或其他远离WDM激光发射器100的地方。WDM激光发射器100的热量以同样的方法进行热管理。此外，将TEC 202调整为合适的大小可以最小化TEC 202的功耗。例如，将TEC 202的大小调整为高于所需的阈值以进行足够的冷却，可能会增加TEC的不必要的功耗。同样地，如果TEC 202大于所需的值，可能会冷却载体110不生成热量的组件，从而浪费功率。此外，将TEC 202放置和排列在接近热源的地方(例如：激光器芯片120和/或任何加热器)，可能会由于对TEC 202生成热量或产生冷却效果而削弱载体110的其他组件可能体验到的效果。
图2B为WDM激光发射器100的后视图。与图2A类似，WDM激光发射器100的多个组件的位置在图2B中的载体110的上表面上显示为一行，应该理解，尽管这些组件可能将会显示为从载体110的表面延伸出去，但是实际上可以将它们嵌入在载体110中，因此不会从表面上延伸出去。所显示的载体110的组件包含载体110、激光器芯片120和TEC 202。如图2B中所示，TEC 202可能小于载体110的宽度(例如：在x方向)。特别地，TEC 202的宽度可能约等于激光器芯片120的宽度，以便为激光器芯片120提供足够的冷却功能，同时不会增加不必要的全局功耗。可以选择TEC 202的尺寸(例如在x、y和/或z方向)以改进WDM激光发射器100的热管理和功能，同时不会产生过量的功耗。
图3A为WDM激光发射器400的另一个实施例的后视图。与图2A类似，WDM激光发射器400的多个组件的位置显示在图3A中，在载体110的上表面用线条表示，应该理解，尽管这些组件可能看上去为从载体110的表面延伸出去，但是实际上它们嵌入在载体110中，因此不会从表面上延伸出去。这些组件包括多个激光器芯片120、第一信道140、AWG 150和第二信道155，它们可以配置为与WDM发射器100的相应组件类似的配置。例如：两个激光器芯片120、两个第一信道140、两个AWG 150以及两个第二信道155可以位于载体110相对的不同侧(例如：以镜像类型进行排列)。或者，两个激光器芯片120和两个第一信道140可能位于载体110的相对的不同侧，并耦合至单个AWG 150和单个第二信道155。在任一情况下，两个单独的TEC 202都可以放置在两个激光器芯片120的其中一个和/或加热器的下方，并可以配置为去除两个激光器芯片120的热量。此外，可以将支撑柱204放置在两个TEC202之间，以支持WDM发射器400的中间部分。如上所述，TEC 202可以有助于从两个激光器芯片120去除热量，以提供WDM发射器400的热管理功能。此外，与具有与载体110相同的横断面面积的单个TEC相比，使用两个单独的TEC 202可能会降低功耗。两个单独的TEC 202的总面积可能会小于能覆盖载体110的对立两侧的激光器芯片120所能覆盖的同样面积的单个TEC 202的面积。使用两个TEC而不是单个TEC实现的面积的减少可能会降低操作TEC的不必要的功耗。
在图3B中，说明了WDM发射器500的另一个实施例。与图2A类似，在图3B中，WDM激光发射器500的多个组件的位置在载体110的上表面上显示为线条，应该理解，尽管这些组件可能看上去为从载体110的表面延伸出去，但是实际上它们可能嵌入在载体110内部，因此不会从表面上延伸出去，例如PLC就是这种情况。激光器芯片120、第一信道140、AWG 150和第二信道155这些组件，可以配置为类似于WDM发射器100。WDM发射器500还可以包含组件206，其可以为有源组件，除了通过激光器芯片120生成的热量，组建206也可以生成热量。组件206可以为第二激光器芯片120、放大器、MUX、复用器(DEMUX)或其它类型的组件中的一个。在一个实施例中，组件206从热生成的角度(例如：可能不在系统中生成大量热量)来说，可能为无源组件。在另一个实施例中，组件206可能为无源组件，但是由于暴露给其他组件或二阶热效果，所以仍然会包含热负载。
如显示，WDM发射器500可以包含尺寸经过适当调整的第二个TEC，以便有效去除组件206的热量而不会导致过量的功耗。第二个TEC 203可以位于载体110上与组件206相对的一侧，可以经过对齐以便接近于组件206。第二个TEC 203的大小可以通过组件206的功率和区域来确定。因此，第二个TEC 203可以为WDM发射器500提供附加的热管理功能。支撑柱204可以排列为为WDM发射器500提供附加的热管理功能。支撑柱204可以排列为为WDM发射器500提供机械支持，例如：在不受TEC 202和第二个TEC203或WDM发射器500的其他组件支持的区域中。支撑柱204可以位于WDM发射器500与激光器芯片102相对的边缘。第二个TEC 203还可以在WDM发射器500的中间部分为WDM发射器500提供机械支持。
图4说明了数据的曲线图600，表示耦合至载体的不同TEC的冷却系数。这些数据使用由受铜散热片支持的PLC(硅基二氧化硅)制成的载体进行计算。这些数据可用于为载体选择适当的TEC长度。例如，载体(没有显示)可能具有约30毫米的长度和约8毫米的宽度。载体在一个边缘还包含激光器芯片和AWG。激光器芯片可能具有约两毫米的宽度。激光器芯片可能包含约四个具有约500毫米间距的独立的激光发射器，可以倒装到载体中。激光器芯片可以为可以生成热量的载体有源组件。在图4中，与12个TEC对应的数据具有不同的长度差(从载体的共同点进行测量)。TEC的长度范围从约三毫米至三十毫米不等。每个TEC都耦合至载体，并配置为使用约三瓦特功率去除约一瓦特热量。该载体使用约各个不同的TEC来测试以确定冷却功能，为约一瓦特的热负载使用约三瓦特的功耗。
图4中的曲线显示了使用9毫米的TEC长度实现的最大热冷却功能。范围从约8毫米至约10毫米时该曲线图的显示相对较平。因此，从冷却效率来看，范围从约8毫米至约10毫米内的相应的三个TEC可以比其余已测试的TEC执行更佳功能。
提供的数据可能不足以确定是由三个TEC中的哪一个(例如：对应于约8毫米、约9毫米或约10毫米)提供了最有效的冷却功能。但是，可以从曲线图中看出，长度为9毫米的TEC的有效性可能比长度为3毫米或30毫米的TEC高得多。与3毫米TEC长度或约30毫米TEC长度对应的数据表示其有效性远远小于约9毫米长度的TEC。例如，长度约9毫米的TEC的热有效性约比长度为3毫米的TEC高百分之五十，比长度为约30毫米的TEC高约百分之二十五。
如果使用了长度约8毫米的TEC，则TEC的热电阻可能高于所需(由于TEC的偶合数N较低)。在这种情况下，可能会对导致更多的功耗(由于使用尺寸不足的TEC管理约一瓦特的热负载)。相反，选择比曲线图中所示尺寸大的TEC(例如：长度约为30毫米的TEC)可能不会提供足够的冷却功能，因为一些冷却功能被分布到不贡献热负载的区域。这可能会被视为意外结果，因为具有面积更大的截面积的TEC通常被视为可以提供更大的温度差。无论是使用小于一般尺寸TEC还是使用大于一般尺寸的TEC都会减少PIC的整体热管理效率。
在一个实施例中，还可以使用更多的TEC管理可能会暴露在热源中从而会影响其操作的无源组件。在另一个实施例中，沿载体(例如：在图2B中的x方向)的TEC宽度可能约等于载体的宽度或小于载体的宽度。在另一个实施例中，任何尺寸的TEC(例如：长度、宽度和/或高度)可能为大约相同或不同(基于适当的选择条件)。在一个实施例中，此处提供的系统和方法可能使用市售的组件来实施。
本文至少阐述了一个实施例，本领域技术人员对文中所述实施例和/或其特点的改变、合并和/或修改均包含在本发明的范围内。因合并、整合和/或省略这些实施例而产生的其他实施例也涵盖在本发明的范围内。在明确指出数值范围或限制的情况下，可以将这些明确的范围或限制理解为包括其范围内类似幅度的迭代范围或限制(例如，大约从1至10包括2、3、4等；大于0.10包括0.11、0.12、0.13等)。例如，如果指明了带有一个下限(Rl)和上限(Ru)的数值范围，便会具体指出该范围内的所有数值。具体来说，该范围内的数值如下：R＝Rl+k*(Ru-Rl)，其中，k是一个范围为1％至100％的变量，其增量为1％，例如，k等于1％、2％、3％、4％、5％...50％、51％、52％...95％、96％、97％、98％、99％或100％。此外，在以上例子中，还会具体指出Rl和Ru界定的所有数值范围。根据权利要求的任何元素使用术语“可选地”表示该元素在其所属的权利要求范围内并非是必需的。应当理解，“包含”、“包括”、“具有”等上位概念词是用以支持由“...组成”、“本质上由...组成”和“大体上由...组成等下位概念词。因此，保护范围并非由以上阐述界定，而是由下述权利要求界定；保护范围涵盖这些权利要求的所有等效要求。对于将来的发明，会将这些权利要求全部纳入到申请文件中；这些权利要求是本发明的实施例。在本发明中，讨论一个参考资料并非意味着承认它是一个先有技术，特别是发布日期在参考本专利申请优先日期之后的参考资料。在本文中以引用的方式并入的本发明中揭示的所有专利、专利申请以及引用的出版物，是为了为本发明提供可效仿的、程序上的或其他细节的补充。
尽管本发明中已经提供了多个实施例，但是需要理解，在不背离本发明的精神实质或范围的情况下，可以以多种其他特定的形式来表现本发明中阐释的系统和方法。当前示例仅作为说明之用，并不为了限制，并且不是为了限制为本文中给定的细节。例如，可以将各元素或组件组合或整合至另一个系统中，或者可以省略或者不实施某些功能。
此外，在各种实施例中描述和说明的技术、系统、子系统和方法都是离散的或者单独的，在不背离本发明的范围的情况下，可以组合或整合至其他系统、模块、技术或方法中。其他显示或讨论为耦合或直接耦合或者彼此进行通信的项目，可以通过电子、机械或其他方式间接耦合至一些界面、设备或中间组件或者与之进行通信。本领域技术人员可以设计其他变化、替代和变更示例，并且在不背离本文中所揭示的精神实质和范围的情况下，可以设计本发明的变形方案并对其进行更改、替换。

Claims (16)

1.一种具有以下特点的装置：
一个包含两个热生成组件的载体，热生成组件包含光发射器，以及
两个耦合至载体表面的热电冷却器TEC，还包含耦合至载体表面的支撑柱，
其中，TEC的截面积小于载体的截面积，载体的长度大于TEC的长度,和/或载体的宽度大于TEC的宽度，TEC在排列时与热生成组件对齐；
其中，两个TEC分别放置在两个热生成组件的光发射器的下方，并配置为去除两个光发射器的热量，同时不冷却无源组件，所述两个TEC之间放置支撑柱。
2.如权利要求1所述的装置，其中，支撑柱具有高于TEC的热电阻和面积小于TEC的截面积。
3.如权利要求2所述的装置，其中，支撑柱不与热生成组件对齐并且不与TEC相邻。
4.如权利要求2所述的装置，其中，支撑柱是中空的。
5.如权利要求2所述的装置，其中，支撑柱是实心的。
6.如权利要求1所述的装置，其中载体包含排成阵列的波导光栅AWG和/或耦合器，并且其中，TEC不与AWG、任意耦合器或者两者对齐。
7.如权利要求1所述的装置，其中，热生成组件还包含多个加热器，并且其中，TEC与加热器对齐。
8.如权利要求7所述的装置，其中，光发射器耦合至加热器。
9.如权利要求1所述的装置，其中，第二个TEC的截面积小于载体的截面积，并且其中，第二个TEC与第二个热生成组件对齐。
10.如权利要求9所述的装置，其中，TEC的截面积和第二个TEC的截面积的总和小于载体的截面积。
11.一种具有以下特点的装置：
载体包含两个光发射器和一个有源组件；两个耦合至载体表面的TEC，以及一个耦合至载体表面的支撑柱，
其中，支撑柱具有高于TEC的热电阻，
其中，TEC的截面积小于载体的截面积，载体的长度大于TEC的长度，和/或，载体的宽度大于TEC的宽度，并且，TEC与光发射器、有源组件或两者进行对齐；
其中，所述两个TEC分别放置在两个光发射器的下方，并配置为去除两个光发射器的热量，所述两个TEC之间放置支撑柱。
12.如权利要求11所述的装置，其中，有源组件包含第二组多个光发射器。
13.如权利要求11所述的装置，其中，有源组件包含多个加热器。
14.如权利要求11所述的装置，其中，光发射器与有源组件相邻。
15.如权利要求11所述的装置，其中，光发射器置于载体的一边缘附近，并且其中，有源组件置于载体上相对的另一边缘附近。
16.如权利要求15所述的装置，其中，TEC与光发射器对齐，并且其中，第二个TEC与有源组件对齐。
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