CN104051954A - 应用于光电子器件光信号监测的光耦合结构 - Google Patents

Abstract

一种应用于光电子器件光信号监测的光耦合结构，包括：一管壳，为矩形的凹槽状；一制冷器固定在管壳凹槽的底面；一热沉固定在制冷器的上面；一半导体光发射器件芯片、一准直透镜、分光棱镜、一聚焦透镜、一光纤和一管壳尾管依序排列于同一光路上；一探测器芯片固定在热沉的下载物面；一聚焦透镜支架固定在热沉的下载物面；一光纤支架固定在热沉下载物面；一管壳尾管固定管壳的圆孔上。本发明是在光耦合部分通过安装分光棱镜将一束光信号引入探测器芯片中，可克服半导体光电子器件封装中因微波微带电路复杂或需双端光耦合而无法安置背光探测器的困难，实现了对半导体光电子器件光信号的监测。

Description

应用于光电子器件光信号监测的光耦合结构

技术领域

本发明属于光电子器件封装与测试领域，更具体说是一种应用于光电子器件光信号监测的光耦合结构。

背景技术

半导体光电子器件的封装是制造器件的重要工序，关系到光电子器件的高性能发挥出来的程度以及器件在各种环境下工作的可靠性。半导体光电子器件的封装，包括电连接、光耦合、温控、机械固定及密封等一系列措施。通过特定形式的封装，能将半导体光电子器件产生的光信号稳定可靠地耦合到光纤中传输，以及将直流偏置、调制信号等电信号引入半导体光电子器件。为了保证半导体光电子器件工作在稳定的状态，通常情况下需要在封装管壳中安置光电探测器。利用光电探测器对光路中所传递的光能量进行监测，并结合外部电路反馈控制，以维持半导体光电子器件的稳定工作状态。目前，对于半导体激光器的封装，应用最广的光信号监测方案是在半导体激光器芯片背面安置背光探测器。利用背光探测器接收激光器芯片背面发出的光，产生光电流并通过外部电路反馈控制激光器芯片，实现了对激光器芯片工作状态的监测与控制。但是，随着通信对半导体激光器的高频性能要求越来越高，需要在封装管壳内设计越来越复杂的微波微带电路。对于一些特定情况，在激光器芯片背面安置有复杂的微波微带电路，此时没有足够的空间安置背光探测器。若重新布局微波微带电路，不但过程复杂，而且对于封装后的激光器高频性能也会影响很大。此外，对于需要双端耦合的半导体光电子器件如半导体光放大器、电致吸收调制器等，利用背面出光进行探测监控的方案在这里也不再适用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种应用于光电子器件光信号监测的光耦合结构。该结构能在没有足够空间安置背光探测器的情况下，实现对半导体光电子器件光信号的监测。

本发明提供一种应用于光电子器件光信号监测的光耦合结构，包括：

一管壳，该管壳为可阀或陶瓷材料，其形状为矩形的凹槽状，在其纵向的一侧壁开有一圆孔；

一制冷器，该制冷器固定在管壳凹槽的底面；

一热沉，该热沉为阶梯结构，有上下两个载物面，其固定在制冷器的上面；

一半导体光发射器件芯片，该半导体光发射器件芯片固定在热沉的上载物面并靠近下载物面；

一准直透镜支架，该准直透镜支架固定在热沉的下载物面，呈倒II型；

一准直透镜，该准直透镜固定在准直透镜支架上；

一分光棱镜，该分光棱镜固定在热沉的下载物面；

一探测器芯片，其固定在热沉的下载物面，该探测器芯片位于分光棱镜的一侧；

一聚焦透镜支架，该聚焦透镜支架固定在热沉的下载物面，呈倒II型；

一聚焦透镜，该聚焦透镜固定在聚焦透镜支架上；

一光纤支架，该光纤支架固定在热沉下载物面；

一光纤，该光纤固定在光纤支架上；

一管壳尾管，该管壳尾管固定管壳的圆孔上；

其中所述的半导体光发射器件芯片、准直透镜、分光棱镜、聚焦透镜、光纤和管壳尾管为依序排列，均位于同一光路上。

本发明的有益效果是，其是在光耦合部分通过安装分光棱镜将一束光信号引入探测器芯片中，可克服半导体光电子器件封装中因微波微带电路复杂或需双端光耦合而无法安置背光探测器的困难，实现了对半导体光电子器件光信号的监测。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容，以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明，其中：

图1是本发明一种应用于光电子器件光信号监测的光耦合结构的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。

请参阅图1所示，本发明提供一种应用于光电子器件光信号监测的光耦合结构，包括：

一管壳1，该管壳1为可阀或陶瓷材料，其形状为矩形的凹槽状，在其纵向的一侧壁开有一圆孔101；

一制冷器2，该制冷器2固定在管壳1凹槽的底面，用于保证半导体光电子器件工作在恒定温度中；

一热沉3，该热沉3为阶梯结构，有上下两个载物面，烧焊在制冷器2上。该热沉3所采用的是无氧高电导铜或者金刚石、可阀或氮化铝、氧化铍或碳化硅等具有高热导率及低膨胀系数的材料。热沉3通过采用线切割或腐蚀的方法得到，经过磨平、抛光后，在热沉3的上下两表面镀金，使得热沉3具有良好的导电性与导热性。

一半导体光发射器件芯片4，该半导体光发射器件芯片4锡焊贴在热沉3的上载物面上。该半导体光发射器件芯片4可以是半导体激光器、电致吸收调制器、半导体光放大器等。该半导体光发射器件芯片4要尽量靠近热沉3上载物面的垂直边缘，以避免边缘金属引起的反射进入半导体光发射器件芯片4中影响工作性能。将半导体光发射器件芯片4用锡焊固定在热沉3的上载物的作用是，半导体光发射器件芯片4与热沉3紧密固定，并且保持热沉3和半导体光发射器件芯片4电极的良好电接触和热传导性能。

一准直透镜支架5，该准直透镜支架5对准直透镜6起到支撑连接的作用，准直透镜支架5可选用可阀、镍或不锈钢材料进行线切割加工，形状类似倒II型。倒II的底面与热沉3的下载物面通过激光焊接固定，两垂直面的间距应该等于准直透镜6的外径。

一准直透镜6，该准直透镜6通过激光焊接在准直透镜支架5上，起到将从半导体光发射器件芯片4出射的发散光转变为准直光的作用。

一分光棱镜7，该分光棱镜7通过金属焊或固化胶固定在热沉3的下载物面，其作用在于将准直后的激光分为传播方向相互垂直的两束，大部分光直接通过该分光棱镜7进入聚焦透镜10，另一小部分光经过90度转向入射到探测器芯片8中。

一探测器芯片8，该探测器芯片8用锡焊贴在热沉3的下载物面上。该探测器芯片8应该靠近分光棱镜7的一个出光面且应该以20～45度斜放以减少反射。探测器芯片8与热沉3应紧密固定，以保证热沉3和探测器芯片8电极之间的良好电接触和热传导性能。

一聚焦透镜支架9，该聚焦透镜支架9对聚焦透镜10起到支撑连接的作用，聚焦透镜支架9可选用可阀、镍或不锈钢材料进行线切割加工，形状类似倒II型，倒II的底面与热沉3的下载物面通过激光焊接固定，两垂直面的间距应该等于聚焦透镜10的外径。

一聚焦透镜10，该聚焦透镜10通过激光焊接在聚焦透镜支架9上，起到将直接通过分光棱镜7的激光会聚到光纤12中的作用。聚焦透镜10采用非球面设计，以提高耦合效率。聚焦透镜10的双面镀增透减反膜，以减少光反射的影响。

一光纤支架11，该光纤支架11通过激光焊接在热沉3下载物面，用于支撑光纤12。

一光纤12，该光纤12通过激光焊接在光纤支架11上，用于耦合输出聚焦透镜10出射的激光信号。

一管壳尾管13，该管壳尾管13烧焊在管壳1侧壁上，用于将光纤12引出管壳1。

其中所述的半导体光发射器件芯片4、准直透镜6、分光棱镜7、聚焦透镜10、光纤12和管壳尾管13为依序排列，均位于同一光路上。

需要说明的是，根据封装器件性能的要求，本实施例中管壳1(包括引脚、光输入端、电输入端等，在图中并未画出)可以有不同的设计，并不局限于图中所示；准直透镜6、分光棱镜7、聚焦透镜10和光纤12的位置应精细调整，以保证光耦合效率最大；热沉3、半导体光发射器件芯片4与探测器芯片8应通过引腿或金丝与管壳1引脚焊接相连，在图中没有画出这些连接。

至此，已经结合附图对本发明一种应用于光电子器件光信号监测的光耦合结构进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明一种应用于光电子器件光信号监测的光耦合结构有了清楚的认识。

此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施方式中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域的普通技术人员可对其进行简单地熟知地替换。

综上所述，本发明一种应用于光电子器件光信号监测的光耦合结构，在光耦合部分通过安装分光棱镜将一束光信号引入探测器芯片中，可克服半导体光电子器件封装中因微波微带电路复杂或需双端光耦合而无法安置背光探测器的困难，实现了对半导体光电子器件光信号的监测。

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 (9)

1.一种应用于光电子器件光信号监测的光耦合结构，包括：

一管壳，该管壳为可阀或陶瓷材料，其形状为矩形的凹槽状，在其纵向的一侧壁开有一圆孔；

一制冷器，该制冷器固定在管壳凹槽的底面；

一热沉，该热沉为阶梯结构，有上下两个载物面，其固定在制冷器的上面；

一半导体光发射器件芯片，该半导体光发射器件芯片固定在热沉的上载物面并靠近下载物面；

一准直透镜支架，该准直透镜支架固定在热沉的下载物面，呈倒II型；

一准直透镜，该准直透镜固定在准直透镜支架上；

一分光棱镜，该分光棱镜固定在热沉的下载物面；

一探测器芯片，其固定在热沉的下载物面，该探测器芯片位于分光棱镜的一侧；

一聚焦透镜支架，该聚焦透镜支架固定在热沉的下载物面，呈倒II型；

一聚焦透镜，该聚焦透镜固定在聚焦透镜支架上；

一光纤支架，该光纤支架固定在热沉下载物面；

一光纤，该光纤固定在光纤支架上；

一管壳尾管，该管壳尾管固定管壳的圆孔上；

其中所述的半导体光发射器件芯片、准直透镜、分光棱镜、聚焦透镜、光纤和管壳尾管为依序排列，均位于同一光路上。

2.根据权利要求1所述的应用于光电子器件光信号监测的光耦合结构，其中所述热沉的材料为无氧高电导铜或者金刚石、可阀或氮化铝、氧化铍或碳化硅。

3.根据权利要求2所述的应用于光电子器件光信号监测的光耦合结构，其中所述热沉的上下两载物面磨平并抛光。

4.根据权利要求3所述的应用于光电子器件光信号监测的光耦合结构，其中所述热沉的上下两载物面镀金。

5.根据权利要求1所述的应用于光电子器件光信号监测的光耦合结构，其中所述该半导体光发射器件芯片是半导体激光器、电致吸收调制器或半导体光放大器。

6.根据权利要求1所述的应用于光电子器件光信号监测的光耦合结构，其中所述准直透镜支架和聚焦透镜支架的材料为可阀、镍或不锈钢，形状类似倒II型，其两垂直面间距等于聚焦透镜的外径。

7.根据权利要求1所述的应用于光电子器件光信号监测的光耦合结构，其中所述准直透镜采用非球面设计，表面镀增透减反膜。

8.根据权利要求1所述的应用于光电子器件光信号监测的光耦合结构，其中所述聚焦透镜采用非球面设计，表面镀增透减反膜。

9.根据权利要求1所述的应用于光电子器件光信号监测的光耦合结构，其中所述探测器芯片与分光棱镜的一个出光面具有一20-45度的夹角。