CN104810724A - 同轴封装带制冷dfb激光发射器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光通信器件，特别涉及激光发射器。提出一种同轴封装带制冷DFB激光发射器，包括腔体，腔体内设置有贴装在激光芯片热沉上的DFB激光芯片及贴装在探测芯片热沉上的背光探测芯片，采用TO封装结构，腔体内同轴封装有管座、管帽、光隔离器、适配器、透镜和45°全反片，热电制冷器的一侧贴装在激光芯片热沉的下方，另一侧贴装在管座上。本发明采用TO同轴封装结构，采用45°全反片有效解决了光路结构难题，并通过在DFB激光发射器内部设置热电制冷器来精确控制激光发射器的工作温度，本发明具有体积小、成本低、输出波长稳定等特点，有利于实现激光高速、长距离传输。
Description
技术领域
本发明属于光通信器件，特别涉及激光发射器。
背景技术
半导体激光器是光纤通信中的光源器件，具有电光直接转换、响应速度快、体积小、寿命长等特点。半导体激光器信号的调制方式主要有直接调制激光器（DFB激光器）和外调制激光器（EML激光器）两种。直接调制激光器是通过改变输入电流来调制激光器的输出，DFB激光器由于具有动态单模、响应速度快的特点，已经成为光纤通信中的主要光源。DFB激光器结构简单、易于实现，但调制电流会引起有源层折射率的变化，导致光的相位受到调制，从而使工作频率展宽，且目前大部分DFB激光器都没有进行温度控制，容易产生啁啾(Chirp)效应，难以实现波分复用达到长距传输。部分DFB激光器封装成受温度控制激光器，专利号为200420046800.9的实用新型专利公开了一种DFB激光器组件，激光器内部带有热电制冷器，可抑制啁啾效应，但因其采用的是壳体封装，所以存在封装尺寸大、成本高的缺点。电吸收调制激光器（EA调制激光器）传输性能更优于DFB激光器，但是由于受EA芯片的限制，成本一直比较高。EML激光器芯片一直受国外芯片公司的垄断，价格昂贵。
发明内容
为了解决市场上DFB激光发射器存在的无问题，本发明采用TO同轴封装结构，通过封装制冷器于DFB激光发射器内部，达到温度精准控制、抑制啁啾的目的，且具有体积小、成本低的优点，可以大量应用在长途干线网络中，有利于实现激光高速、长距离、稳定波长的传输。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：提出一种同轴封装带制冷DFB激光发射器，包括腔体，腔体内设置有贴装在激光芯片热沉上的DFB激光芯片及贴装在探测芯片热沉上的背光探测芯片，采用TO封装结构，腔体内同轴封装有管座、管帽、光隔离器、适配器、透镜和45°全反片，热电制冷器的一侧贴装在激光芯片热沉的下方，另一侧贴装在管座上。
所述DFB激光芯片与45°全反片的贴装距离小于0.1mm，且DFB激光芯片发出的镭射线与45°全反片的中心对准。
所述背光探测芯片与DFB激光芯片之间的贴装角度为6°-8°。
所述热电制冷器与管座采用环氧胶贴装，热电制冷器与激光芯片热沉采用环氧胶贴装。。
本发明的有益效果具体体现在：采用TO封装结构，管座、管帽、光隔离器、适配器及45°全反片均采用同轴封装，尺寸更小，成本更低，有利于制作尺寸更小的光发射次模块（TOSA），以满足小型化光学收发器（XFP/SFP+）的要求。由于同轴封装带制冷DFB激光发射器采用集成化结构，其承载芯片的热沉、管壳体积非常小，与其配套的通信设备体积也可相应缩小，有利于实现光通讯设备的小型化、集成化。
DFB激光芯片的热沉下方贴装热电制冷器，热电制冷器与TO底座紧贴并采用环氧胶粘接，可以为DFB激光芯片进行有效的散热；采用热电制冷器可以使温度控制达到商业级温度（-5°~75°），且功耗小于0.2W；热电制冷器能够精确控制DFB激光芯片的温度，且DFB激光器工作的温度与波长一一对应，因此控制DFB激光芯片的温度即可使DFB激光器发射出波长稳定的激光，有效抑制啁啾效应，提高激光的传输距离，大大减少长距离光通讯设备的铺设成本。
在DFB激光发射器中采用了45°全反片来改变光路，克服了DFB激光发射器采用TO封装所带来的光路结构难题； DFB激光芯片与45°全反片均贴装在激光芯片热沉上，且二者的贴装距离小于0.1mm，上电后DFB激光芯片的镭射线正对全反片的中心，从而可以得到更好的耦合效率。
背光探测芯片的贴装和DFB激光芯片贴装角度为6°-8°，有利于得到最佳的背光电流，且不会引入反射光，可以更好地监测激光芯片的工作状态。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中Ⅰ处的局部放大图；
图3为本发明的光路图；
图中：1-管座，2-管帽，3- DFB激光芯片，4-热敏电阻，5-激光芯片热沉，6-背光探测芯片7-，探测芯片热沉，8-热电制冷器， 9-45°全反片，10-壳体，11-光隔离器，12-金属套筒，13-适配器，14-软带，15-凸透镜。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步说明。
如图1、2所示，本发明采用TO-8封装结构， 主要包括管座1，管帽2， DFB激光芯片3，热敏电阻4，激光芯片热沉5，背光探测芯片6，探测芯片热沉7，热电制冷器8， 45°全反片9，壳体10，光隔离器11，金属套筒12，适配器13、软带14及透镜15。激光发射器的腔体由管座1、壳体10和适配器13组成，管座1需满足10G通信传输速率。 DFB激光芯片3通过金硒焊料贴装到激光芯片热沉5，背光探测芯片6通过环氧胶贴装在探测芯片热沉7上。腔体内的管座1、管帽2、光隔离器11、适配器13及45°全反片9采用同轴安装，以得到最佳的耦合效率，并减小封装体积，。背光探测芯片6用来监测DFB激光芯片3的工作状态，背光探测芯片6和DFB激光芯片3的贴装成一定角度，角度范围为6°-8°，可得到最佳的背光电流，且不会引入反射光。DFB激光芯片3与45°全反片9均贴装在激光芯片热沉5上，二者的贴装距离小于0.1mm，且上电后DFB激光芯片3的镭射线要正对全反片的中心，以便得到更好的耦合效率。其中，45°全反片9、热敏电阻4、背光探测芯片6均采用环氧胶进行贴装。热电制冷器8的一侧贴装在激光芯片热沉5的下方，另一侧通过环氧胶贴装在管座1上。本发明中采用金线键合的方式对DFB激光芯片3、热敏电阻4、激光芯片热沉5、背光探测芯片6、探测芯片热沉7、热电制冷器8及管座1的电极进行电气连接，对DFB激光芯片3及激光芯片热沉5进行金线键合时要求采用等长度的多线平行键合方式，以减少电感、提高高频传输性能。热敏电阻4用来探测DFB激光芯片3的工作温度，DFB激光芯片3工作温度的变化会引起热敏电阻4阻值的变化，该变化通过电路传输至热电制冷器8的控制电路，控制电路通过调节热电制冷器的输入电流控制DFB激光发射器的工作温度。柔性电路尺寸结构采用行业通用软带14，可兼容光学收发器（XFP/SFP+）的封装结构。
如图3所示，上电后，DFB激光芯片3发射激光，激光入射到45°全反片9上，45°全反片9将入射光全部反射，反射光垂直向上直射，反射光通过凸透镜15折射后进入光隔离器11，光隔离器11输出的正向光进入单模光纤并输出。光隔离器11可有效隔离反向光，得到单色性更好的光。
本发明采用TO同轴封装结构，采用45°全反片有效解决了光路结构难题，并通过在DFB激光发射器内部设置热电制冷器来精确控制激光发射器的工作温度，本发明具有体积小、成本低、输出波长稳定等特点，有利于实现激光高速、长距离传输。
Claims (4)
1.一种同轴封装带制冷DFB激光发射器，包括腔体，腔体内设置有贴装在激光芯片热沉（5）上的DFB激光芯片（3）及贴装在探测芯片热沉（7）上的背光探测芯片（6），其特征在于：采用TO封装结构，腔体内同轴封装有管座（1）、管帽（2）、光隔离器（11）、适配器（13）、透镜（15）和45°全反片（9），热电制冷器（8）的一侧贴装在激光芯片热沉（5）的下方，另一侧贴装在管座（1）上。
2.根据权利要求1所述的同轴封装带制冷DFB激光发射器，其特征在于：所述DFB激光芯片（3）与45°全反片（9）的贴装距离小于0.1mm，且DFB激光芯片（3）发出的镭射线与45°全反片的中心对准。
3.根据权利要求1所述的同轴封装带制冷DFB激光发射器，其特征在于：所述背光探测芯片（6）与DFB激光芯片（3）之间的贴装角度为6°-8°。
4.根据权利要求1所述的同轴封装带制冷DFB激光发射器，其特征在于：所述热电制冷器（8）与管座（1）采用环氧胶贴装，热电制冷器（8）与激光芯片热沉（5）采用环氧胶贴装。
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