CN102798943A

CN102798943A - 用可调谐ld实现的光收发机

Info

Publication number: CN102798943A
Application number: CN2012101645160A
Authority: CN
Inventors: 菲利普·爱德华兹; 吉格纳什·沙阿
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2032-05-24
Also published as: US20120301152A1; CN102798943B; US8380073B2; JP2012244149A; JP2012244146A

Abstract

本发明公开了一种用可调谐LD实现的光收发机。可调谐LD安装在TOSA（发射器光学组件）内。光收发机设置有以上下关系布置的两个电路板。TOSA主要与第二板连接，但是用于驱动可调谐LD的信号在FPC板上传送，所述FPC板与安装有用于可调谐LD的驱动器电路的第一板直接连接。

Description

用可调谐LD实现的光收发机

技术领域

本发明涉及光收发机，特别地，本发明涉及安装有与半导体光

调制器（后文中称为iTLD）集成的可调谐激光二极管（后文中称为LD）的光收发机。

背景技术

美国专利USP 7,416,353公开了安装有两块电路板的光收发机，

所述两块电路板在壳体中以上下关系排布并且借助柔性印刷电路（后文中称为FPC）板相互电连接。但是，在上面现有技术中公布的光收发机安装了仅与两块电路板中的一块电联接的两个光学组件（后文中称为OSA）。

发明内容

本发明的一个方案涉及包括发射机光学组件（后文中称为TOSA）、第一电路板、第二电路板、第一FPC和第二FPC的光收发机。TOSA装有可调谐LD和光调制器，并由具有高于例如10GHz的高频成分的驱动信号驱动。第一电路板装配有驱动电路，所述驱动电路产生驱动信号来驱动光调制器。第二电路板设置有偏置电路来提供用于对可调谐器件的发射波长进行调谐的偏压。第一FPC板将第一电路板和第二电路板电连接。第二FPC板将TOSA直接连接至第一电路板。光收发机具有两个FPC板和两块电路板并且驱动信号直接从第一电路板提供给TOSA而不经过第一FPC板和第二电路板的布置可以抑制驱动信号的劣化。

附图说明

通过参照附图对本发明的优选实施例的下述详细说明将会更好地理解前述的和其他的目的、方案和优点，其中：

图1是遵循XFP标准的光收发机的外部视图；

图2示出了图1中所示的光收发机的内部；

图3A是侧剖视图，图3B是在光收发机内实现的可调谐LD的平面图；

图4A说明了在SG-DFB区域中发生的光学机理，图4B示出了SG-DFB区域的发射光谱，图4C1至图4C3说明了在CSG-DBR区域中出现的与其中温度分布相关的光学机理；

图5是与图3A和图3B中所示的可调谐LD相集成的半导体光调制器的平面图；

图6是根据本发明的安装有iTLD的TOSA内部的透视图；

图7是安装到TEC上的iTLD的侧视图；

图8是根据本发明的iTLD的接线图；

图9示出了组装有两块电路板、三个FPC板和两个OSA的中间产品；

图10示出了图9中所示的中间产品的透视图，其中两块电路板以上下关系设置；

图11是连接两块电路板的LF-FPC板的平面图；

图12是将TOSA直接连接至电路板的RF-FPC板的平面图，电路板上安装有驱动电路；

图13示出了将ROSA与第一电路板组装的过程；

图14示出了将第二电路板与组装有ROSA的第一电路板组装的过程；

图15示出了在第二电路板上安装TOSA的过程；

图16示出了将RF_FPC与TOSA的引脚焊接到一起的过程；

图17放大了RF_引脚的设置于TOSA后壁中的部分；以及

图18是中间产品的透视图，其中第二电路板被移除以显示第一电路板的表面。

具体实施方式

图1是根据本发明的实施例的光收发机的外观。图1中所示的光收发机（XFP收发机）1设置有壳体，壳体的布置遵循XFP收发机的协议（称为多源协议（MSA）），并且是由金属制成的。例如为发射机光学组件（TOSA）、接收机光学组件（ROSA）和与那些装在电路板上的光学组件（OSA）电连接的电子电路等光学元件和电气元件被封装在金属壳体（金属封装件）11中。壳体11包括上壳体11g和下壳体11e。壳体11的前侧设置有供外部光学连接器插入的光学插座11a。也就是说，将光连接器插入光学插座11a，这使设置在光连接器一端上的插芯和在光学插座11a中突出的套筒配合，光连接器中的光纤可以和OSA中的光学装置进行光耦合。光学插座的一侧与U形的基座（卡止件）11c组装。使基座11c在光学插座前面枢转以横过该插座，与基座11c配合的机构可以释放闩锁（闩锁机构）11b，闩锁11b使光收发机1与主机系统的框架接合。当光学插座11a收容妨碍基座11c旋转的外部光连接器时，光收发机1不能从框架释放。

另一方面，光收发机1的后部露出了在其中形成有电插头12a的电路板（母板）12的端部（檐部11f）。该插头12a与在主机系统中配备的电连接器配合以建立光收发机1和主机系统之间的通信。因为插头具有多个电极，多个电极中的部分电极具有不同于其它电极的长度。将插头插入连接器中，长度大于其它电极的用于供电和接地的电极首先建立连接；然后，具有较短长度的用于信号的电极相接触。这样，首先稳定了供电；然后可以在稳定的条件下进行信号传输，这样省掉了在将插头12a与连接器配合时关断主机系统电源的程序。提供这样的装置来将其闩锁到主机系统上并且起到省掉断电程序的作用的光收发机被称为可热插收发机。

图2示出了壳体11的内部。本实施例的光收发机1设置有OSA20和OSA 30，每个OSA都具有矩形封装件（主体）20a和30a，并且通常被称为蝶式模块。从封装件20a和30a的前壁延伸出的套筒20b或30b从光学插座11a的腔室11h中伸出。套筒20b或30b可以接收在该腔室11h中的外部光连接器的插芯。电路板12在其后部具有宽度较窄的颈部12c，以及形成有插头12a之处的位于颈部12c外部的暴露区域（暴露部分）12b。颈部12c设置在后壁11j之间，并且可以吸收由于插头与连接器的插/拔引起的应力，从而不影响对OSA 20和OSA 30的应力。此外，壳体12还具有位于两侧的侧壁11k。为了说明的目的而定义了光收发机1的方向性关系（即前侧和后侧）。下面所提供的说明书仅描述了：前侧是设置有光学插座11a的一侧，而后侧是形成有插头的另一侧。

根据本发明的实施例的光收发机1安装有与半导体光调制器集成的波长可调谐的LD；因此下面的描述将该装置称为集成可调谐LD（iTLD）。接下来将描述iTLD；特别地，将会详细介绍其结构和驱动操作。

根据本实施例光收发机1装有可调谐LD。下面介绍该可调谐LD的结构和操作的细节。

图3A和图3B是根据本实施例的iTLD 100的剖视图和平面图。iTLD 100在其激光器部分和共用半导体基板101上包括：（a）半导体光学放大器（SOA）的区域110，（b）采样光栅分布反馈激光器（SG-DFB）的区域120，（c）采样啁啾光栅分布布拉格反射镜（Chirped Sampled Grating Distributed Bragg Reflector）（CSG-DBR）的区域130，以及（d）光吸收（OA）的区域140。

SOA区域110包括下包覆层111、放大层112、上包覆层113、接触层114和电极115，其中它们按此顺序层叠在共用基板101上。在共用基板101下布置有接地电极（GND）109。SG-DFB区域120在基板101上包括下包覆层111、活性层122、上包覆层113、另一接触层124以及沿着iTLD 100的光轴交替布置的DFB电极125a和调谐电极这两种类型的电极。图3A和图3B中所示的实施例示出了三组相应的电极。CSG-DBR区域130在共用基板101上包括下包覆层111、光引导层132、上包覆层113、绝缘膜（绝缘层）138和多个加热器136a至136c，多个加热器136a至136c沿着光轴布置并且布置在相应的加热器电极135a至135c与接地电极（GND）139G之间。接地电极139G由三个独立的加热器电极135a至135c共用；也就是说，六个膜构成了布置在第一加热器电极135a和接地电极139G之间的第一加热器136a，四个薄膜构成了布置在第二加热器电极135b和接地电极139G之间的第二加热器136b；并且四个薄膜构成了布置在第三加热器电极135c和接地电极139G之间的第三加热器136c。OA区域140在共用基板101上包括下包覆层111、吸收层142、上包覆层113、另一接触层144和电极145。

下包覆层111和上包覆层113共用于上述四个区域110至140。此外，放大层112的下部、活性层122的下部、引导层132的下部和吸收层142的下部（即与下包覆层111顶部之间的界面）与其他层的顶部一致并且在所有区域中平滑地延续。

包括了处于下包覆层111和光栅层102之间的波纹状界面的多个衍射光栅102a形成在SG-DFB区域120和CSG-DBR区域130中。图3A一同展示了作为其中每个区域包含多个波纹的区域的衍射光栅。SG-DFB区域120和CSG-DBR区域130包含多个区段，其中一个区段包含一个光栅102a和紧邻光栅但不具有任何光栅的空间。在图3A和图3B中所示的本实施例中，SG-DFB区域120包含五个区段；而CSG-DBR区域130包含七个区段。衍射光栅是由与下包覆层111的折射率不同的材料制成的。在其一个实例中，当下包覆层111由InP制成时，光栅层102可以由In_0.78Ga_0.22As_0.47P_0.53制成。

共用基板101可由InP制成。CSG-DBR区域130中的引导层132可由InGaAsP制成，InGaAsP的基本吸收边缘与短于激光器发射波长的波长相对应。例如，引导层132可以具有大约1.3μm的能带隙波长。活性层122可以由对于目标发射波长具有光学增益的InGaAsP制成。例如，活性层122可以具有大约1.57μm的能带隙波长。放大层112可以通过放大或者有时吸收SG-DFB区域120中产生的光来控制发射的量值。放大层112和OA区域140中的吸收层142可具有大约1.57μm的能带隙波长，该能带隙波长与活性层的能带隙波长大致相等。放大层112和吸收层142可以由对于从iTLD 100中发出的光的波长具有基本吸收特性的半导体材料制成。活性层122、放大层112和吸收层142可有量子阱结构，其中由5nm厚的Ga_0.47In_0.53As制成的阱层和由10nm厚的Ga_0.28In_0.72As_0.61P_0.39制成的势垒层交替叠置。放大层112和吸收层142可以呈由Ga_0.46In_0.54As_0.98P_0.02制成的块状构造。这些放大层112和吸收层142可以由与活性层122相同的材料制成。在这种组合中，iTLD 100的制造过程可被简化，这是因为活性层122、放大层112和吸收层142同时形成。共用基板101可在其背面上设置电极105。电极105在所有的四个区域110至140中延伸。

下面对选择iTLD 100的发射波长的方法进行说明。

首先，我们假设有一个移除了调谐电极135b的结构。参照图4A，向DFB电极125a中注入预设电流，活性层122会产生光子。SG-DFB区域120提供了采样光栅。如之前所述，采样光栅具有间距为DS的多个光栅区域，在光栅区域中形成波纹状界面。图4A示出了光栅区域A，以及设置在光栅区域A之间的其他区域B。其他区域B不具有波纹状界面。SG-DFB区域120中的对于在其中产生的光的反射光谱变成如图4B所示的那些反射光谱。间距DI可以由活性层122的有效折射率、其他区域B的有效折射率和光栅区域A的间距DI确定。

另一方面，CSG-DBR区域130的反射光谱可由图4C1至图4C3中所示的那些给定。特别地，CSG-DBR区域130还包括包含光栅区域和光栅区域之间的空间区域的多个区段。为了说明的目的考虑单个区段的布置，与SG-DFB区域120类似，假定的单个区段提供具有与间距DS略微不同的预设间距DS’的多个光栅区域。因此，SG-DFB区域120与CSG-DBR区域130中的单个区段相互作用，在SG-DFB区域120的反射光谱的一个峰值波长和单个区段的反射光谱的一个峰值波长变得彼此相等的波长处会发生激光发射，其中这种选择单一波长的机理被称为游标原理（Vernier Effect）。在SG-DFB区域120的反射峰值和CSG-DBR区域的反射峰值之间未发生波长匹配的情况下，伴随区段的加热器可以改变区段的光学特性：具体而言，热量可以改变半导体材料的折射率，这样会改变CSG-DBR区域130中的反射峰值的间距。因此，波长匹配可通过游标原理来实现。CSG-DBR区域130设置有三个区段130A至130C。三个区段中的至少两个区段在不同于其它的光栅区域之间具有它们特定的间距。这种布置方式被称为采样啁啾光栅分布布拉格反射镜。

本实施例的iTLD 100可以通过如上所述的游标原理来选择其单一波长。也就是说，游标原理可以解释为：SG-DFB区域120假定在预定波长区域中的N个反射峰值；而CSG-DBR区域130假定在相同波长区域中的N+1个或N-1个反射峰值，并且在两个峰值重合的波长处会发生激光发射。该机理自动形成这样一种情况：其中两种类型的峰值波长重合的多个波长条件表现为扩展预设波长区域。两种类型峰值波长在上面的预设波长区域的两端处重合。

因此，本实施例的iTLD 100设置有在CSG-DBR区域130中的三个区段，其中这三个区段在光栅区域102a之间具有与其他区段略微不同的特定间距。此外，每个区段130A至130C设置有其各自的加热器136a至136c。iTLD 100可以选择区段130A至130C中的一个区段，通过调整温度分布来主导性地影响其发射波长。

如图4C1至图4C3中所示，将温度分布设定为：距SG-DFB区域120最近的区域130A成为最高的区域，而除了SG-DFB区域120之外的区域130C相对较低；CSG-DBR区域130的包络反射光谱可以在第一区段130A中相对于其他反射光谱被增强。因此，发射波长可以会聚到存在于在由游标原理设定的相等波长中具有相对高反射率的区域中的单一波长。调节如图4C1至图4C3中所示的各个区域130A至130C中的温度分布，可以在包络反射光谱中对反射率成为最大值的波长进行调节。而且，通过加热器调节各个区域130A至130C中的平均温度，可以在反射光谱的包络被增强的相应波长范围中选出匹配波长。因此，SG-DFB区域120与CSG-DBR区域130的结合可以调谐发射波长。可以通过调谐提供给加热器136a至136c的电流来容易地调节CSG-DBR区域130中的温度分布。

进一步参照图3A和3B，SG-DFB区域120包括在DFB区域120A之间的调谐区域120B。调谐区域120B包括调谐电极125b以及波导层122b而不是活性层122a。向调谐电极125b施加偏压或偏流，调谐区域120B中的波导层122b可以改变其等同折射率。对施加到调谐电极125b上的偏流/偏压进行调节，可以对由游标原理粗略选择的发射波长和CSG-DBR区域130中的温度进行微调，以便与ITU-T光栅精确地匹配。

电极145、135a至135c、125a、125b和115独立于其它电极与相应的偏压元件连接。将电流提供给SG-DFB区域120中的电极125a，活性层122a可以产生光子。iTLD 100可以发射具有调谐后单一波长的激光，该激光在层122a、122b和132中传播并且在SG-DFB区域120和CSG-DBR区域130之间重复地反射。激光中的一部分在SOA区域110中被放大并且向外输出。OA区域140中的吸收层142可以吸收通过CSG-DBR区域130泄漏的光。从电极115注入SOA区域110中的电流可以调节SOA区域112的光学增益；因此，通常用于控制常规LD的自动功率控制（APC）电路可以通过监测来自SOA区域110的光输出的部分并且将监测结果反馈给注入电流来保持来自iTLD 100的光输出的功率。

iTLD 100安装到TEC上，并TEC的温度保持基本恒定。半导体材料的物理特性，尤其是其折射率和能带隙能量取决于温度。即使当发射波长是由上述游标原理确定时，装置的温度波动也可以改变发射波长。因此，本发明的iTLD 100优选地在温度保持基本恒定的条件下工作。

在外部从SOA区域的一侧的前端面提取如此确定波长的光；而进入OA区域140的光可被吸收到其中，并且由于比后平面大10%的高反射率，到达后端面的光的其余部分朝向OA区域140反射并且再次被吸收到其中。因此，从后端面泄漏的光基本上为零或者足够小可忽略不计。根据本实施例的iTLD 100可以抑制从其后平面发射的杂散光。优选的是，有效测量杂散光以将从后端面泄漏的光抑制为与来自前平面的光输出相比的至少1/100或更小。因为本实施例的后平面显示出其反射率大于10%，所以可以防止外部的光进入iTLD 100内。后端面的反射率大于20%是更优选的。从后端面进入iTLD 100的杂散光在OA区域142中被吸收，这样还可以抑制漫射光进入光腔室，也就是说，SG-DFB区域120和CSG-DBR区域130。

将对光调制器200进行说明。

图5是根据本发明的实施例的光调制器200的示意性平面图。作为所谓Mach-Zender调制器的类型的光调制器200包括第一耦合部210、调相部（phi CTRL）220、调制部230以及第二耦合部240。第一耦合部210提供与第一输入端口（第一输入端面）211a耦合的第一输入波导212a以及与第二输入端口（第二输入端面）211b耦合的第二输入波导212b。这两个波导212a和212b在第一耦合波导215处结合，然后分为第一波导221a和第二波导221b。假定光调制器200的轴线沿其纵轴线延伸，第一输入波导211a和第一波导221a布置在相同侧，而第二输入波导211b和第二波导221b布置在相同侧。

第一和第二波导221a和221b在第二耦合波导245处汇合，然后分为与第一输出端口（第一输出端面）241a耦合的第一输出波导242a以及与第二输出端口（第二输出端面）241b耦合的第二输出波导242b。第一输出端口241a和第二波导221b布置在相同侧，而第二输出端口241b和第一波导241a布置在相同侧。第一波导221a的光路长度按预设条件不同于第二波导221b的光路长度。例如，第一波导221a的光路长度和第二波导221b的光路长度之间的差被设定为使得在两个波导221a和221b中传播的光显示出–π/2的相差。

通常被称为臂的第一波导221a和第二波导221b设置有可对在其中传播的光的相位进行调节的臂电极。臂电极通常包括调相电极229和调制器电极239，其中调相电极229和调制器电极239彼此分离且电绝缘。调相电极229和调制器电极239这两个电极之间的位置关系不限制于图5所示那些；调相电极229布置在与调制器电极239相比靠近输入端口的一侧。而且，第一输出波导242a和第二输出波导242b中的每个设置有监测器电极244。

调制器电极239在其一端接收来自外部驱动器电路的调制信号以对在第一波导221a和第二波导221b中传播的光进行调制。调制器电极239的另一端与终端电阻器238连接。将调制信号施加到调制器电极239；第一波导221a和第二波导221b中的芯件20的折射率变化以对在其中传播的光的相位进行调制。

外部驱动器提供与其它信号互补的两个信号，每个信号施加给第一波导221a的调制器电极239和第二波导221b的调制器电极239。也就是说，当第一波导221a的调制器电极239接收到电平为“1”的信号时，第二波导221b的调制器电极239接收到电平为“0”的信号。相反地，当第一波导221a的调制器电极239接收到电平为“0”的信号时，第二波导221b的调制器电极239接收到电平为“1”的信号。因此，由于第一波导221a和第二波导221b之间的电压差，在第一波导221a中传播的光的相位与在第二波导221b中传播的光的相位有差异。

进一步具体地，当第一波导221a的调制器电极239接收到电平为“1”的信号而第二波导221b的调制器电极239接收到电平为“0”的信号时，在第一波导221a中传播的光与在第二波导221b中传播的光相比产生了–π/2的相差。另一方面，当电平为“0”的信号施加到第一波导221a的调制器电极239而电平为“1“的信号施加到第二波导221b的调制器电极239时，在相应的波导221a和221b中传播的光之间产生了+π/2的相差。

如之前所述，两个波导221a和221b的光路长度具有与-π/2的相移对应的差。因此，当施加到调制器电极239上的调制信号导致在相应的波导221a和221b中传播的光之间产生-π/2的相差时，在相应的波导221a和221b的端部的光之间的相差变为-π，这样在第一输出端口241a处输出光而在第二输出端口241b处的光消失。另一方面，当调制信号导致在相应的波导221a和221b中传播的光之间产生+π/2的相差时，在相应的波导221a和221b的端部处的光之间的相差消失，这使得在第一输出端口241a处的光消失，而从第二输出端口241b输出光。

因此，根据在第一波导241a中传播的光和在第二波导241b中传播的光之间的相差，在两个输出端口241a和241b之间变换用于提取自第一输入端口211a输入的光的端口。可以对来自第一输出端口241a的光输出或者来自第二输出端口241b的光输出进行调制。图5所示的实施例从第一输出端口241a提取调制光。

实际上，第一波导241a和第二波导241b的光路长度不总是与那些设计值一致。制造第一波导241a和第二波导241b的处理不稳定性通常会导致装置参数的离散。因此，在相应的第一波导241a和第二波导241b中传播的光的相差不总是对调制器电极239毫无任何偏置信号的显示为-π/2。调相电极229可以在没有偏压施加到调制器电极239的条件下来调节光的相位。

具体地，将DC电压施加到调相电极229，可以在统计学意义上调节在相应的第一波导221a和第二波导221b中传播的相位。也就是说，施加到调相电极229上的DC电压可从由监测电极249监测到的光输出反馈回去。布置在监测电极249下面的输出波导242a和242b可以如光电二极管一样工作。在输出波导242a和242b中传播的光的一部分可被转换为光电流Ipd，并且从光电流Ipd转换为电压信号的电压可被反馈给调相电极229。当在第一输出波导241a中传播的光和在第二输出波导241b中传播的光之间的相差为零或-π时，来自第一输出端口241a的光输出的强度和来自第二输出端口241b的光输出的强度变得与其它的光输出强度相等。因此，调相器电路对施加到调相电极229的电压进行调节，以使来自第一输出端口241a的光输出的强度和来自第二输出端口241b的光输出的强度变得与其它的光输出强度相等。因此，在没有调制信号施加到调制器电极239的条件下，在相应的第一波导241a和第二波导241b中传播的光的相位变为0或-π。

根据本发明的实施例的光收发机安装有提供这样描述的iTLD100的TOSA。接下来，将对TOSA的细节进行说明。

图6示出了待安装到本实施例的光收发机内的TOSA 20的内部。图6所示的TOSA 20包括呈盒状的主体21以及从盒状主体21的一个侧壁突出的联接部22。图6省略了联接部22。

总共十八个（18）引脚23a和23c（RF_引脚）从盒状主体21的后壁21a延伸出。这些引脚23a和23c布置为两排；而其它六个（6）引脚23b（LF_引脚）从盒状主体21的一个侧壁延伸出。布置在后壁中的引脚23c的上方阵列被设置为用于传送高频信号以驱动光调制器200并且用于在CSG-DBR区域130中提供加热器电流，在CSG-DBR区域130中引脚被布置为将信号直接提供给iTLD 100。引脚23a和23c的下方阵列以及在侧壁中的那些引脚23b被设置以用于将除了驱动光调制器200的那些信号以外的信号传送至光调制器200，并且将除了用于加热器的信号之外的信号传送至iTLD 100；也就是说，后一组引脚23a至23c被设置以用于传送具有低频成分的信号或DC信号。TOSA 20的盒状主体21可由金属制成，但是那些引脚23a至23c从中引出的部分是由陶瓷制成以确保与金属主体的电绝缘。传送高频信号的引脚23c阻抗匹配以抑制信号质量下降。

与光调制器200集成的iTLD 100安装到TEC 24上。本实施例的TOSA 20的特征为TEC的纵向与盒状壳体21的纵向对准，但是iTLD 100成对角地安装到TEC 24上。也就是说，来自光调制器200的光输出的光轴与其光发射面具有除了直角外的特定角，具体地，iTLD 100的（也是光调制器200的）光轴相对其光发射面的法向倾斜。因此，即使从光调制器200发射的光在外部被反射且返回光调制器200，反射光也不可能回到iTLD 100的活性层122a并且造成任何光学噪声。

从光调制器200发射出的光由第一透镜31会聚并且进入第一光耦合器32。光耦合器通过第一棱镜32a分光，此时两束光不一定是均等划分的。光束中的一束进入标准具滤光器（etalon filter）33并且由第二PD 34b接收；而另一光束朝向第一PD 34a入射。第一PD34a由盒状主体21的侧壁遮盖。朝向第一PD 34a前进的光束再次被第二棱镜32b划分，其中划分光束中的一束朝向第一PD 34a入射，而光束中的另一束朝向光耦合部22入射。也就是说，在图6所示的光耦合系统中，第一PD 34a检测到来自光调制器200的原始光输出，而第二PD 34b检测到由标准具滤光器33调制的光。而且，到达光耦合部22的光具有由两个棱镜32a和32b弯曲两次而成的曲折光轴。标准具滤光器33具有相对于波长的周期透光率，并且透光率的周期大致对应于DWDM光通信系统的光栅之间的跨距。然后，基于第二PD 34b的输出来控制带有光调制器200的iTLD 100的温度，iTLD100的发射波长可与ITU-T光栅中的一个对准。光学部件31至34布置在TEC 24上，并且可通过TEC 24精确地控制相应的温度。两个PD 34a和34b通过相应的子安装件35a和35b安装到TEC 24上。

图7是示出TEC 24和安装到TEC 24上的部件的截面。TEC 24设置有珀耳帖（Peltier）装置、由CuW制成的基座24C以及其它两个基座24A和24B，其中前述基座24A是由氮化铝（AlN）制成的。珀耳帖装置24包括上板24a、下板24b以及放置在上板24a和下板24b之间的多个珀耳帖元件24c。珀耳帖元件串联地电连接。上板24a安装有CuW基座24C以便从安装有iTLD 100的部分延伸到安装有其余光学部件的另一部分。TEC 24的后述部分（即安装有其余光学部件的另一部分）通过CuW基座24C和AlN基座24A安装有部件31至34。前述部分（即安装有iTLD 100的部分）通过CuW基座24C和另一AlN基座24B安装有带有光调制器200的iTLD 100。TEC 24的上板24a支撑光学部件的一部分。

而且，珀耳帖元件24c仅布置在安装有iTLD 100的区域中。布置有光学部件31至34的另一区域不具有珀耳帖元件24c，这是因为光学部件31至34的特性为对其温度不敏感，而iTLD 100和光调制器200的特性为非常敏感。对iTLD 100和光调制器200的温度进行精确地控制是必要的。另一方面，珀耳帖装置24的价格主要取决于其尺寸。安装带有光调制器200的iTLD 100的区域仅设置珀耳帖装置24的本实施例的布置可显示出成本上的优势。在安装有光学部件31至34的其余区域中的温度控制可通过将CuW基座的厚度设定为大约1.3mm来实现。而且，上板仅支撑安装有带有光调制器200的iTLD 100的区域的布置方式，而TEC 24的上板24a延伸到安装有光学部件31至34的中间区域的本实施例的布置方式，可以确保支撑其余区域所需的强度。尽管改进的布置中上板24a不支撑其余区域但是保持带有光调制器200的iTLD 100，也可以通过在其下面设置CuW基座24C来确保光学部件31至34所需的温度性能。然而，从所造成的强度的角度看，优选的是上板24a延伸到其余区域的中间部分。上板24a完全支撑光学部件31至34的其余区域的另一布置方式不仅提高了TEC 24的成本，还影响了带有光调制器200的iTLD100的温度性能。延伸至其余区域的上板24a可以如散热器一样工作，并且TEC 24的功耗增加。

图8示意性地示出了TOSA 20的引脚连接，也就是TOSA 20中相应的引脚23a至23c的相互连接。如之前所述，根据本实施例的TOSA 20设置总共24个引脚23a至23c。在后壁中的引脚23c提供用于驱动光调制器200的两个驱动信号（23c-2和23c-4）以及用于加热器的三个控制信号（23c-6至23c-8）。因为两个驱动信号（23c-2和23c-4）包含达到或有时超过10GHz的高频成分，因此两个信号引脚（23c-2和23c-4）在其两侧伴随有信号接地引脚（23c-1、23c-3和23c-5），这可以模拟信号引脚（23c-2和23c-4）的阻抗匹配。

一些引脚23b从壳体的侧壁引出至iTLD 100的三个区域（23b-C至23b-E），其中引脚23b包括用于两个监测信号（23b-A和23b-B）的那些引脚和用于电流的那些引脚。在这些引脚23a-A至23a-F中传送的信号为包含极低频成分的DC信号或基本DC信号。因此，引脚23b不必考虑引脚本身的阻抗条件和与其连接的布线。从后壁引出出的引脚23a的下方阵列对应于用于控制TEC 24的那些引脚23a-12、23a-13和23a-18以及用于除了高频信号以外的光调制器200的那些引脚23a-10、23a-11、23a-14至23a-17。这些信号也是DC或基本DC信号，而无需考虑其阻抗条件。用于向TEC 24供应电流的引脚23a-12和23a-13中流动着大的电流，应当考虑其寄生电阻。

接下来，将对根据本发明如何向TOSA 20提供信号的布置进行说明。

图9是示出TOSA 20、ROSA 30、两个电路板12和13以及两个柔性印制电路（下文记为FPC）板17和18的透视图，这些部件安装在光收发机1内。如图9所示，第一FPC 16（下文中称为Rx_FPC16）将ROSA 30与母板12连接。Rx_FPC 16将彼此互补的信号D-Rx和/D-Rx从ROSA 30传送到母板12，而将电源Vcc和ROSA 30中的PD的偏压Vpd的其它信号从母板12传送到ROSA 30。电源用于安装在ROSA 30内的前级放大器。根据本发明的光收发机1在ROSA30中安装有作为光接收装置的雪崩光电二极管（APD）。用达到数十伏特的相对高压偏置APD是必要的。ROSA 30可在其中安装可变光学衰减器（下文记为VOA）。Rx_FPC 16可以传送信号以控制VOA，具体地而言，设定VOA的衰减度。

如之前所述，TOSA 20设置有两种类型的引脚23a至23c，即，用于高频信号的引脚23c以及用于DC或低频信号的引脚23a和23b。前述一组引脚23c焊接到FPC 18的一端，下文将FPC 18称为RF_FPC，而RF_FPC 18的另一端与母板12直接连接。其它组的引脚23a和23b直接焊接到子板13。通过后述组引脚23a和23b传送的信号在子板13上受到部分处理并且通过下文中称为LF_FPC的另一FPC 17传送到母板12。这样，根据本实施例的光收发机1通过RF_FPC 18将高频信号从母板12上的电路12A直接传送至TOSA20，而DC或低频信号通过LF_FPC 17和子板13上的互连与TOSA 20连接。在绕过子板13将高频信号从母板12直接传送到TOSA 20的布置可抑制信号质量的下降。

图10示出了两个板12和13以及两个OSA 20和30以及三个FPC 16至18组装在光收发机1的壳体内的布置。在图10中，标记12a表示母板正面，标记13b表示子板背面。通过弯曲LF_FPC 17和RF_FPC 18，以上下关系布置两个板12和13。因为TOSA 20布置在母板12的前向空间中以及ROSA 30的一侧，所以TOSA 20不会妨碍ROSA 30。ROSA 30的基座被设定为向下，而TOSA的基座20d被设定为向上。将图10所示的中间产品组装在光收发机1的壳体内，TOSA 20的基座20d与壳体的顶板接触；而ROSA 30的基座与壳体的底部接触。TOSA 20和ROSA 30各自安装有产生热的装置（发热装置），例如TOSA 20中的TEC 24以及ROSA 30中的前级放大器，并且这些装置安装在相应的基座上，可基本上实现TOSA 20和ROSA 30之间的热隔离。

iTLD 100为具有对其温度极其敏感的发射波长的半导体光发射装置。因此，ROSA 30和TOSA 20之间的热隔离对于可调谐光收发机的性能很重要。而且，母板12上通过表面安装技术安装有信号处理电路12A，并且此电路12A产生大量的热，但是母板12的背面上除去了对电路12A散热的任何部件。当两个板12和13按上下位置布置时，电路12A的上表面面向子板13的主表面。但是，子板13的主表面安装有用于TOSA 20的其它电路并且未设置用于对母板12上的电路12A散热的部件。因此，不存在用于电路12A的散热路径。仅电路12A的引脚将来自电路12A的热传导到母板12。电路12A周围的这种布置可将TOSA 20与电路12A热隔离。

图11为在相互成对角的位置在母板12的一侧设置电极（母板电极）17a而在子板13的另一侧设置另一电极（子板电极）17b的LF_FPC 17的平面图。LF_FPC 17中的电极的对角布置可防止与LF_FPC 17连接的两个板12和13成扭曲关系布置。布置在相互扭曲的相应位置的两个板12和13不仅使得难以安装板12和13，而且当它们被迫安装时对RF_FPC 18产生应力，这影响在RF_FPC 18上传送的高频信号的质量。

图12是RF_FPC 18的平面图。两条信号线D+和D-、三条加热器线以及四条接地线在RF_FPC 18上延伸。两条信号线D+和D-在置于接地线之间时从TOSA一侧的电极18a前进到母板12一侧的另一电极（母板电极）18b。RF_FPC 18的中间部分被狭缩并且弯曲。狭缩部分使得易于在此处弯曲，从而实现两个板12和13的上下布置。信号线D+和D-在狭缩部分的内侧延伸以通过最短距离将TOSA20与母板12连接。加热器线可以布置在狭缩部分处的外侧，因为它们传送具有相对低频的信号。

根据本实施例的光收发机1，在安装到母板12上的电路12A中产生为TOSA 20提供的高频信号，并且高频信号直接传送至RF_FPC18上的TOSA 20而不经过子板13。这种布置方式不仅可以缩短传送高频信号的绝对距离，而且可以防止使得阻抗不匹配的板12和13与LF_FPC 17之间的传送介质的不连续导致的信号劣化。而且，LF_FPC 17成对角地连接两个板12和13。这种布置方式使得LF_FPC17上的互连更长久，并且能有效地防止两个板成扭曲关系布置。

接下来，将对使用两个FPC 17和18组装两个OSA 20和OSA 30以及两个板12和13的过程进行说明。

首先，Rx_FPC 16将安装有电路12A的母板12与ROSA 30连接。使ROSA 30的引脚穿过设置在Rx_FPC 16中的相应偏压元件，同时在电极设置在母板12中的情况下在与ROSA 30相对的一侧焊接电极，ROSA 30可与母板12联接。

接下来，LF_FPC 17通过图14所示的常规焊接技术将子板13与母板12连接。此外，用于DC或低频信号的TOSA 20的引脚23a和23b穿过子板13中的偏压元件并且焊接到通孔周围的焊盘处，如图15所示。图15省略了ROSA 30和母板12。上述焊接的过程，即ROSA 30和TOSA 20的焊接过程可同时进行；也就是说，将包括TOSA 20和ROSA 30的装置布置在相应位置处，一次焊接可将除了RF_FPC 18以外的那些装置组装到一起。

接下来，如图16所示，TOSA 20的引脚23c通过点焊与RF_FPC18焊接到一起。图16也省略了母板12和ROSA 30。在此状态下，RF_FPC 18在其一端处与TOSA 20连接，而另一端仍处于未连接状态。然后，RF_FPC 18的另一端通过点焊等方法与母板12上的电极焊接到一起。

最后，弯曲LF_FPC 17和RF_FPC 18以使具有TOSA 20的子板13与母板12重叠，两个板12和13以上下布置的方式设置。因为引起了推动FPC 17和18挤压板12和13的应力，因此弯曲的FPC板17和18可以提高电极焊接的可靠性。图17是示出RF_FPC 18和TOSA 23的引脚23c之间的连接状态的剖视图。引脚23c在其焊接处向下弯曲，并且RF_FPC 18在面向子板13的位置（弯曲部分）18a处平坦地延伸，这样可以扩大RF_FPC 18的弯曲半径并且抑制在RF_FPC 18上传送的高频信号的质量的下降。为了得到较小的弯曲半径，RF_FPC 18的折断取决于RF_FPC 18的主要材料。形成为向下弯曲的引脚23c可以提高RF_FPC 18的可靠性。

图18是OSA 20和OSA 30以及两个FPC 17和FPC 18的透视图，其中它们如图所示这样相互组装到一起。图18省略了子板17以显示母板12的表面的布置。再次参照图2，图2示出了光收发机1的内部，其中安装有两个OSA 20和OSA 30以及两个板12和13。如上所述，根据本实施例的光收发机1安装有除了信号处理电路12A之外的多个电源以控制iTLD 100。因此，不仅需要母板12而且需要子板13以在其各个表面（母板顶面）12a、12b、13a和13b上以紧密封装的布置方式安装多个电子部件。因为两个板12和13布置在上下位置上，图18明确地示出了TOSA 20的基座20d和ROSA 30的顶板30c，而图15示出了TOSA 20的顶板20c和ROSA 30的基座30d。各个基座20d和30d与上壳体和下壳体接触，这形成了两个独立的散热路径。因为母板12的与安装电路12A的位置对应的背面上设置有电子部件，因此安装到母板12的顶面上的电路12A不具有实际上的发热路径。因此，电路12A的散热路径沿着母板12，这样可将TOSA 20与在电路12A中产生的热进行热隔离。

尽管本文详细地说明了本发明的多个实施例和变型例，显然，对于本领域技术人员而言本发明的公开和教导将暗示多个可选的设计。

Claims

1.一种光收发机，包括：

TOSA，其被构造为安装有与光调制器集成的半导体LD；

第一电路板，其被构造为安装有用于产生驱动所述光调制器的驱动信号的驱动电路；

第二电路板，其被构造为安装有向所述半导体LD提供偏压的偏置电路；

第一FPC板，其被构造为将所述第一电路板和所述第二电路板电连接；以及

第二FPC板，其被构造为将所述TOSA与所述第一电路板直接连接。

2.根据权利要求1所述的光收发机，

其中，所述TOSA设置有第一组引脚和第二组引脚，所述第一组引脚传送所述驱动信号并且与所述第二FPC板直接连接，所述第二组引脚提供所述偏压，并且

所述驱动信号通过所述第二FPC板提供给所述TOSA，而不在所述第二电路板中传送。

3.根据权利要求2所述的光收发机，

其中，所述第一组引脚沿着所述光收发机的纵向引出，并且

所述第二FPC板设置有与所述第一电路板连接并且沿着所述光收发机的横向延伸的电极以及用于传送所述驱动信号的互连线，所述互连线与所述电极和所述第一组引脚中的一个连接并且在所述第二FPC板上大致成直角弯曲。

4.根据权利要求3所述的光收发机，

其中，所述第二FPC板在其中部具有狭缩部分。

5.根据权利要求1所述的光收发机，

其中，所述第一电路板和所述第二电路板以上下关系布置在所述光收发机中。

6.根据权利要求5所述的光收发机，

其中，所述TOSA设置有传送所述驱动信号并且与所述第二FPC板直接连接的第一组引脚，并且

所述第一组引脚朝向所述第二电路板弯曲。

7.根据权利要求5所述的光收发机，

还包括ROSA，所述ROSA具有用于安装发热装置的基座和包括顶部和底部的壳体，

其中，所述TOSA设置有用于安装发热装置的基座，并且

所述TOSA的所述基座与所述壳体的所述顶部和底部中的一个接触，所述ROSA的所述基座与所述壳体的所述顶部和底部中的另一个接触。

8.根据权利要求1所述的光收发机，

其中，所述第一FPC板设置有与所述第一电路板连接的电极以及与所述第二电路板连接的另一电极，并且

所述电极在所述第一FPC板上与所述另一电极成对角地形成。

9.根据权利要求1所述的光收发机，

所述电极和所述另一电极形成为相对于所述光收发机的纵轴线偏移。