CN104810724A - 同轴封装带制冷dfb激光发射器 - Google Patents

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张彩
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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

同轴封装带制冷DFB激光发射器
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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