CN105340204B - 具有热屏蔽功能的多信道光发射次模块以及包含该模块的光收发器模组 - Google Patents

具有热屏蔽功能的多信道光发射次模块以及包含该模块的光收发器模组 Download PDF

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Abstract

本发明属于多信道光发射器或收发器技术领域，提供一种可用于多信道光收发器的具有热屏蔽功能的多信道光发射次模块。所述具有热屏蔽功能的光发射次模块包含激光阵列，及与之相耦合的阵列波导光栅，用于复合不同信道波长的光信号。复数个与温度控制设备(例如，热电冷却器)热偶和的激光器热屏蔽元件，激光器热屏蔽元件上的热屏蔽间可用以对相应激光阵列中的激光器分别进行热屏蔽。本发明可借助在热屏蔽间中设置加热器和或冷却器的方式，分别对各个激光器进行热度控制，以得到目标波长的激光。本发明所提供的光收发器可用于波分复用光系统，例如，可用于波分复用无源光纤网络中的光线路终端。

Description

具有热屏蔽功能的多信道光发射次模块以及包含该模块的光 收发器模组
相关专利申请案的交叉引用
本申请是于2012年12月7日提出的美国专利申请案(申请序列号NO.13/708,569)的部分延续案，该美国专利申请案所揭露的全部内容将通过引用完全并入本申请。
技术领域
本发明涉及多信道的光发射器或收发器，尤其是关于一种具有热屏蔽功能的多信道的光发射次模块(TOSA)。
背景技术
在使用光通信网络以来，曾一度普遍采用“点对点”式的网络，其包含经由光纤连接的发射器和接收器。这种网络比较容易构建，但是需要部署大量的光纤来连接多个用户，随着接入该网络的用户数量的增加，所需的光纤数量也急速增长，从而使得部署和管理这些增长中的大量光纤的工作越来越复杂，成本越来越高。
无源光纤网络(PON)可通过在网络中的发射终端(例如，光线路终端，OLT)和远程分枝点之间使用一条“主干”光纤来解决上述问题，这条主干光纤可能有20千米，或者更长。这种无源光纤网络(PON)所面临的问题是如何有效的利用主干光纤的容量，以尽可能的传输最大的信息量。在光纤网络中可通过使用波分复用(WDM)来实现不同的光信号多路复用在不同的波长上，以增加单个主干光纤上的信息承载量。举例来说，在波分复用无源光纤网络(WDM-PON)中，在各个光分枝点之间的单条主干光纤承载着多信道波长上的光信号，这些分枝点通过引导各个用户之间不同波长的信号来提供一种简单的路由功能。在这种情况下，每个用户可以被分配到一个或多个信道波长用以发送和/或接收数据。
波分复用无源光纤网络(WDM-PON)中的光线路终端(OLT)包含一个多信道光发射次模块(TOSA)和一个多信道光接收次模块(ROSA)，用于在多信道波长上发送和接收光信号。光线路终端的收发器模块通常体积较小。多信道光发射次模块可包含一个阵列波导光栅以及与其光耦合的激光器阵列，用于复合不同的信道波长的光信号。在波分复用无源光纤网络(WDM-PON)中，波长的精准度通常依赖于波长信道的数量和容量，同时也可以通过控制多信道光发射次模块(TOSA)中的温度控制。
上述光线路终端收发器模块面临如下问题，如何在一个狭小的空间内控制激光器阵列和阵列波导光栅的温度，以及如何在低能耗的情况下防止外热对激光波长产生不利影响。举例来说，多信道光发射次模块中包含激光器阵列，这些激光器的温度将受到邻近激光器以及该多信道光发射次模块中的热气流的影响。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种多信道收发器模组，包括：一收发器壳体；一设置于所述收发器壳体内的具有热屏蔽功能的多信道光发射次模块，所述光发射次模块用于发射不同信道波长的波分复用光信号，其包含：一激光阵列，用于产生激光，其中，所述激光阵列中的每个激光器分别与不同的光信道关联；一温度控制设备；以及复数个用于热屏蔽所述激光阵列的激光器热屏蔽元件，所述激光器热屏蔽元件与所述温度控制设备热偶和，并定义有多个热屏蔽间，其中，每个所述热屏蔽间中分别设有一个所述激光器，并对相应的所述激光器进行热屏蔽，所述激光器所产生的激光可以穿过所述热屏蔽间发射出去；以及一设置于所述收发器壳体内的多信道光接收次模块，用于接收不同信道波长上的波分复用光信号。
此外，发明还提供一种具有热屏蔽功能的多信道光发射次模块，包含：一光发射次模块壳体；一设置于所述光发射次模块壳体内的激光阵列，用于产生激光，其中所述激光阵列中的每个激光器与不同的光信道关联；一设置于所述光发射次模块壳体内的阵列波导光栅，用于复合各个不同信道波长的激光；一设置于所述光发射次模块壳体内的温度控制设备；以及复数个用于热屏蔽所述激光阵列的激光器热屏蔽元件，所述复数个激光器热屏蔽元件与所述温度控制设备热偶和，并定义有多个热屏蔽间，其中，每个所述热屏蔽间中分别设有一个所述激光器，并对相应的所述激光器进行热屏蔽，所述激光器所产生的激光可以穿过所述热屏蔽间发射出去。
更进一步的，本发明还提供一种光线路终端，包含：至少一第一和第二多信道收发器，每个所述多信道收发器，包括：一设置于一收发器壳体内的具有热屏蔽功能的多信道光发射次模块，所述光发射次模块用于发射不同信道波长的波分复用光信号，其包含：一激光阵列，用于产生激光，其中，所述激光阵列中的每个激光器与不同的光信道关联；一温度控制设备；以及复数个用于热屏蔽所述激光阵列的激光器热屏蔽元件，所述激光器热屏蔽元件与所述温度控制设备热偶和，并定义有多个热屏蔽间，其中，每个所述热屏蔽间中分别设有一个所述激光器，并对相应的所述激光器进行热屏蔽，所述激光器所产生的激光可以穿过所述热屏蔽间发射出去；以及一设置于所述收发器壳体内的多信道光接收次模块，用于接收不同信道波长的波分复用光信号。
附图说明
图1为本发明一实施例所提供的包含至少一个多信道光收发器的波分复用无源光纤网络功能框图。
图2为本发明一实施例所提供的包含具有热屏蔽功能的多信道光发射次模块的多信道光收发器模块拆解图。
图3为图2所示的多信道光收发器的内部结构俯视图。
图4为本发明一实施例所提供的包含具有热屏蔽功能的激光器阵列的多信道光发射次模块端部透视图。
图5为图4所示的一个具有热屏蔽功能的激光器的透视侧视剖面图。
图6为图5所示的多信道光发射次模块和具有热屏蔽功能的激光器的透视放大图。
图7为图6所示的多信道光发射次模块和具有热屏蔽功能的激光器的侧视图。
图8和图9分别为本发明一实施例所提供的具有热屏蔽功能的激光器的俯视图和透视图。
图10为为本发明一实施例所提供的具有热屏蔽功能的激光器的透视图。
图11为本发明另一实施例所提供的包含具有热屏蔽功能的激光器阵列的多信道光发射次模块的俯视透视图。
图12为图11中的多信道光发射次模块中的具有热屏蔽功能的激光器阵列的局部剖视放大图。
图13为图11中多信道光发射次模块中的具有热屏蔽功能的激光器的侧面剖视图。
图14为图13中的具有热屏蔽功能的激光器沿直线13-13方向的顶部剖视图。
图15为图11中的多信道光发射次模块中的多个激光器热屏蔽元件的仰视图。
图16为图15中的激光器热屏蔽元件的后视图。
图17为图15中的激光器热屏蔽元件的正视图。
具体实施方式
本发明实施例中所提供的具有热屏蔽功能的多信道光发射次模块可用于多信道光收发器。所述光发射次模块包含激光器阵列，以及与激光器阵列光耦合的阵列波导光栅，用于复合不同信道波长的光信号。复数个热耦合于温度控制设备的激光器热屏蔽元件，其中温度控制设备可以是热电冷却器，激光器热屏蔽元件上的热屏蔽间可分别对激光器阵列中的激光器进行热屏蔽。通过对每个激光器单独的进行温度控制，可使得每个激光器可产生不同目标波长的激光，在一实施例中，可通过在热屏蔽间中设置加热器或者冷却器，或者同时设置加热器和冷却器，来控制相应的激光器的温度。包含上述光发射次模块的光收发器可用于波分复用光系统，例如，可用于波分复用无源光纤网络中的光线路终端。
本文中所提及的“信道波长”是指与光信道相关的波长，其可包括一个中心波长周围的特定波长频带。在一个实施例中，信道波长可以是由国际电信联盟(ITU)定义的，例如ITU-T的密集波分复用网格。文中所使用的“耦合”包含任何方式的连接、结合，“光耦合”是指光纤由一种元件传输至另一元件的耦合，上述“耦合”装置并不一定是彼此直接连接，可以是通过处理或改变这些信号的中间元件或设备而形成的间接连接。文中所使用的“热耦合”是指可两个元件之间可直接或间接的实现热传递的连接，以及文中所述的“热隔离”是指防止外界热量传导给被隔离元件，在本发明的实施例中，“热隔离”是指防止光发射次模块的外部热量传导给光发射次模块内部的一个或多个元件。本文中所使用的“热屏蔽”是指防止热量通过热对流或热辐射转移给被屏蔽元件，其中，上述热隔离和热屏蔽并不是指防止全部热量的传导或转移。
请参照图1，图1为本发明一实施例所提供的包含至少一个多信道光收发器的波分复用无源光纤网络功能框图。如图1所示，本实施例中的波分复用无源光纤网络100包括一个或多个多信道光收发器102a和102b。所述波分复用无源光纤网络100提供一种采用波分复用系统的点对多点的光网络架构。所述波分复用无源光纤网络100包含至少一个光线路终端110，光线路终端110通过光纤、波导和或光路114,115-1至115-n，与多个光网络终端或光网络单元112-1t至112-n耦合。光线路终端110包含至少一个多信道光收发器，图1中以两个多信道光收发器102a和102b为例进行图示。
光线路终端110可以设置在波分复用无源光纤网络100的中央室，光网络单元112-1至112-n部署在住宅区、商业场所或其他用户所在场所。分枝点113，例如远程节点通过耦合主干光路114、分离光路115-1至115-n到达对应的用户区域光网络单元112-1至112-n。分枝点113包含至少一个无源耦合设备，如例解复用器或光纤多路复用器/解复用器。本实施例中，光网络单元112-1至112-n与光线路终端110的距离不大于20千米。
波分复用无源光纤网络100可包含其他节点或网络设备，例如以太网无源光纤网络(EPON)或千兆以太网无源光纤网络(GPON)节点或设备，这些节点或设备被设置在不同的地点分别与分枝点113和光网络单元112-1至112-n耦合。波分复用无源光纤网络100可通过通用平台提供音频信号、数据信号和或视频信号的光纤到户服务，在这一应用中，中央室可耦合至少一个数据源或网络来提供这些音频信号、数据信号和或视频信号。
在波分复用无源光纤网络100中，不同的光网络单元112-1至112-n被分配到不同的信道波长用于发送和接收光信号。在一实施例中，波分复用无源光纤网络100通过使用不同的波段来传输光线路终端110相关的上行信号与下行信号，以避免同一光纤上的接收信号和背反射传输信号(back reflected transmission signal)之间的相互干扰。例如，L波段(例如大约1565nm至1625nm)可用于传输光线路终端110的下行信号，C波段(大约1530nm至1565nm)可用于传输光线路终端110的上行信号。上行信号和/或下行信号的信道波长一般对应于ITU网格，例如，上行信号的波长与100GHz的ITU网格一致，而下行信号波长则稍微偏离于100GHz的网格。
光网络单元112-1至112-n被分配到L波段和C波段范围内的不同的信道波长，光网络单元112-1至112-n中的收发器或接收器用于接收至少一种属于L波段(例如，λL1,λL2,…λLn)信道波长的光信号，光网络单元112-1至112-n中的收发器或发射器用于接收至少一种属于C波段(例如，λC1,λC2,…λCn)信道波长的光信号。其他的波长或波段均在本发明系统和方法的保护范围中。
分枝点113可解复用下行信号，所述下行信号是从光线路终端110通过不同信道波长传输到光网络单元112-1t至112-n的下行波分复用光信号(如图中的λL1,λL2,…λLn)，分枝点113可选择性的为每个光网络单元112-1至112-n提供下行波分复用光信号，由每个光网络单元112-1至112-n可进行分离和处理指定的光信道波长。各个光信号可通过加密处理来防止被没有被分配到特定光网络单元的光信道窃听。分枝点113也可以复合或多路复用上行光信号，所述上行光信号是从各光网络单元112-1至112-n到光线路终端110在主光纤通道上传输的上行波分复用光信号(如图中的λC1,λC2,…λCn)。
本发明的实施例中，光网络单元112-1包含激光器116和光电探测器118，其中，激光器116可以是激光二极管，用于在指定的上行信道波长(λC1)上发射光信号，其可包含可调谐激光器，用于调谐到指定信道波长；光电探测器118可以是光电二极管，用于在指定的下行信道波长(λL1)上接收光信号。本实施例中，光网络单元112-1包含激光器116、耦合于激光器116的双工器117、光电探测器118和耦合于双工器117的C+L带通滤波器119，C+L带通滤波器119仅允许光网络单元112-1接收L波段的信道波长(λL1)和发射C波段的信道波长。
光线路终端110可在不同信道波长(如图示中的，λL1,λL2,…λLn)产生多个光信号，并将这些光信号进行复合至主干光纤或光路114上的下行波分复用光信号中。每个光线路终端中的多信道光收发器102a和102b包含多信道光发射次模块120和多信道光接收次模块130，其中，多信道光发射次模块120用于产生和复合在不同多信道波长的光信号；多信道光接收次模块130用于分离和接收不同信道波长的光信号。光线路终端110可从主干光路114上的上行波分复用光信号中解复用出不同信道波长的光信号，并接收这些解复用出的光信号。
在一实施例中，多信道光发射次模块120包含激光器阵列122，如激光二极管，激光器阵列122可通过各个RF数据信号(TX_D1to TX_Dm)调制产生各个光信号。调制激光器阵列122需使用包含外部调制和直接调制等多种调制技术。光复用器124，，如阵列波导光栅，用于复合各不同下行信道波长(如图中的λL1,λL2,…λLm)上的光信号。
本发明的一些实施例中，激光器122可以是能产生不同信道波长光信号的可调谐激光器，在本发明的其他实施例中，激光器122也可以在一个信道波长的波段之上产生光信号，这个信道波长是根据过滤和或复用技术所指定的。在申请号为13/543,310(U.S.PatentApplication Pub.No._______________)、13/357,130(U.S.Patent ApplicationPub.No._______________)和13/595,505(U.S.Patent ApplicationPub.No._______________)的美国专利申请案中有关于包含有激光器阵列和阵列波导光栅的光收发器更详细的揭露，这些内容将通过引用完全并入本案。图示实施例中，光线路终端110更包含复用器104，可对来自多信道收发器102a中的多信道光发射次模块的多路光信号和来自多信道收发器102a中的多信道光发射次模块的多路光信号进行复用，以产生下行聚合波分复用光信号。
在本发明的一个实施例中，激光器122可包含分布反馈激光器和衍射光栅，为激光器提供光学反馈以使其可根据温度的变化来改变激光波长。多信道光发射次模块120可包含一温度控制系统，用于通过控制激光器122和或复用器124的温度来维持目标波长的精准度。通过热屏蔽或者热隔离的方式来将每个激光器的温度控制在目标值，并且维持在一个精准的期望波长，下文将进行详细描述。
本发明的实施例中，多信道光接收次模块130包含用于分离各个上行信道波长(如图中的λC1,λC2,…λCn)的解复用器132。光电探测器阵列134，如，光电二极管，用于探测在各上行信道波长上的光信号，以及提供接收到的数据信号RX_D1至RX_Dm。本实施例中，光线路终端110进一步包含解复用器106，其中，解复用器106用于将上行波分复用光信号解复用成第一波分复用光信号和第二波分复用光信号并分别提供给多信道光收发器102a和102b中的多信道光接收次模块。光线路终端110还包括双工器108设置于主干光路114与复用器104和解复用器106之间，如此一来，主干光路114可承载上行信道波长和下行信道波长。本发明的实施例中，多信道光收发器102a和102b可更包含用于发送和接收光信号的其他元件，例如激光驱动器、跨阻放大器和各种控制界面。
在本发明的一个实施例中，多信道光收发器102a和102b分别对应16个信道上的发射和接收，那么波分复用无源光纤网络100将支撑32个下行L波段信道波长和32个上行C波段信道波长。在本发明的又一实施例中，光线路终端中的多信道光收发器102a，102b与光网络单元112-1至112-n之间的下行L波段可支持至少约26分贝的功率预算，光网络单元112-1至112-n与光线路终端中的收发器102a，102b之间的上行C波段可支持至少约23dB的功率预算，在一实施例中，波分复用无源光纤网络110可在1.25G波特上使用8B/10B来编码开关键作为调制方案。也可以使用其他的数据比率和调制方案。
如前文所述，上行和下行信道波长可在100GHZ的网格上具有一个信道波长跨度范围。举例而言，每一多信道光收发器102a，102b中的光发射次模块可覆盖L波段中16个信道波长，光接收次模块可覆盖C波段中的16个信道波长，如此一来，多信道光收发器102a，102b一共可覆盖32个信道。因此，复用器104可将多信道光收发器102a中的16个信道与多信道光收发器102b中的16个信道复合，解复用器106可将一个32信道的波分复用光信号解复用成两个16信道的波分复用光信号。为了便于复用器104和解复用器106的使用，信道波长的范围可跳过范围内的中间信道(例如，跳过两个信道)，在本发明的一个实施例中，波分复用无源光网络100中的多信道光收发器的目标波长的精确度控制在±0.05nm，目标操作温度的范围是-5℃至70℃，目标功耗约为16.0W。
请同时参照图2和图3，如图所示，本实施例中的多信道收发器模组202包含具有热屏蔽和或热隔离功能的多信道光发射次模块220。如前文所述，波分复用无源光纤网络中的光线路终端中可通过使用多个多信道收发器模组来覆盖范围内的目标信道，因此多信道收发器模组202和其中的多信道光发射次模块220要尽可能的设计成最小的形状。多信道收发器模组202通过端部204进行光的输入和输出，并通过端部206进行电的输入和输出。多信道收发器模组202包含收发器壳体210，收发器壳体210内设置有多信道光发射次模块220、多信道光接收次模块230以及双光纤式直接链路适配器213，其中双光纤式直接链路适配器213直接与多信道光发射次模块220和多信道光接收次模块230连接，用于光的输入和输出。
双光纤式直接链路适配器213分别通过光纤222和光纤223与多信道光发射次模块220和多信道光接收次模块230耦合，以使得适配器250可直接与多信道光发射次模块220和多信道光接收次模块230直接连接。双光纤式直接链路适配器213也可通过可插拔光连接器(图未标示)分别将多信道光发射次模块220和多信道光接收次模块230与光纤电缆(图未标示)连接，其中光连接器可以是LC连接器。当可插拔光连接器连接至双光纤式直接链路适配器213时，双光纤式直接链路适配器213分别在多信道光发射次模块220和多信道光接收次模块230与承载多信道收发器之间光信号的光纤电缆中的光纤建立光耦合。
多信道光发射次模块220包含阵列波导光栅225，与阵列波导光栅225耦合的激光器阵列(图2和图3中未标示)。温度控制系统可使用同一温度控制设备对激光器阵列和或阵列波导光栅的温度进行控制，详细可见下文说明。每个激光器不仅能被屏蔽掉来自多信道光发射次模块220内部的热量，还会与来自多信道光发射次模块220外部的热量相隔离。激光器阵列中的每个激光器的温度都可进行单独的控制，用以产生精确度范围内的目标波长。例如，在可操作温度范围-5℃至70℃内，激光器的温度若维持在误差±0.5℃的话，则所产生的波长精准度将维持在±0.05nm。
多信道收发器模组202可更包含至少一个印刷电路板208，印刷电路板208耦合于光发射次模块220或者光接收次模块230，其可包含如激光驱动器、跨阻放大器和各种控制界面等电路电子元件。光发射次模块220与导线224连接，导线224上载有包含光发射次模块220发射数据的电信号。光接收次模块230与导线224连接，导线224上载有包含光接收次模块230接收数据的电信号。
壳体顶部212把光发射次模块220、光接收次模块230、适配器250、光纤222，232以及其他元件包围在收发器壳体210中。收发器壳体210的宽度小于55mm，长度小于130mm，高度小于10mm。具体来说，本发明的实施例中收发器壳体210的宽度可为54.6，长度可为110mm，高度可为9.8mm。由此可见，多信道收发器模组202所包含的具有热屏蔽功能的多信道光发射次模块220的宽度、长度和高度都要能符合一定的要求，使其能被包围在收发器壳体210中。
请同时参照图4和图5，以下将对实施例中的具有热屏蔽或者热隔离功能的多信道光发射次模块220进行更详细的说明，值得注意的是，虽然本实施例中多信道光发射次模块220同时具有热屏蔽和热隔离的功能，但本发明的其他实施例中，多信道光发射次模块220可仅具有热屏蔽或者热隔离功能中的一种。本实例所提供的具有热屏蔽或者热隔离功能的多信道光发射次模块220包含与阵列波导光栅225光耦合的激光器阵列226，其中，激光器阵列226包括激光器226-1至226-n(图中仅对226-1进行了详细的绘示)。激光器阵列226中的各激光器226-1至226-n可以是分布反馈激光器，能根据温度的变化来改变激光波长，也可以是受到热屏蔽的激光器。在一个具体实施方式中，激光器226-1至226-n通过使用低弯曲损耗的光纤光(图中未标示)耦合于阵列波导光栅225。本发明的实施例中，各激光器226-1至226-n可以是一个激光器封装包，其可以但不限于包含一种安装有激光二极管芯片激光的底座或下底座。激光器封装包可更包含光学元件和或光电元件，其中，光学元件可以是可将激光耦合至各光纤的透镜；光电元件可以是监控光电二极管。阵列波导光栅225包含阵列波导光栅芯片，芯片类型可以用于波分复用技术、粗波分复用技术、密集型光波复用技术或解复用技术。
本实施例中，多信道光发射次模块220更包含用于支撑激光器阵列226-1至226-n的激光器阵列托盘240和用于支撑阵列波导光栅225的阵列波导光栅托盘242。激光器阵列托盘240和阵列波导光栅托盘242均热偶和于统一的温度控制设备260，如此一来，温度控制设备260、激光器阵列托盘240和阵列波导光栅托盘242在一个相对狭小的空间内构成光反射次模块的温度控制系统。温度控制设备260可以是用于降低激光器阵列226和阵列波导光栅225的热电冷却器，例如，帕尔帖(Peltier)装置。本实施例中，通过使用阵列波导光栅托盘242将阵列波导光栅225支撑在激光器阵列226之上，并使用同一温度控制设备，可降低在狭小空间维持目标温度范围的功耗。
本实施例中，阵列波导光栅托盘242包含支撑部244和侧部246、248，其中支撑部244用于支撑阵列波导光栅225，侧部246和侧部248用于保持支撑部244位于激光器阵列226之上。激光器阵列托盘240可为一个平板结构，它设置于侧部246和侧部248之间，激光器阵列托盘240、侧部246和侧部248分别单独的热耦合于温度控制设备260，举例来说，可热耦合于半导体制冷器的低温面。激光器阵列托盘240、侧部246和侧部248可直接与温度控制设备260相接触，也可以通过其他导热材料与温度控制设备260间接连接以实现热耦合。通过将激光器阵列托盘240的最大面与温度控制设备260进行热耦合，可对激光器阵列226的温度进行更准确的控制。本发明的实施例中，激光器阵列托盘240和阵列波导光栅托盘242并不限制于图示中的特定形状，也可以是其他形状，激光器阵列托盘240和阵列波导光栅托盘242可以为一个整体的结构，也可以是由多个片状组成的结构。
激光器阵列托盘240和阵列波导光栅托盘242使用导热系数大于60W/(m·K)的导热材料制成，较佳的，使用导热系数大于80W/(m·K)的导热材料制成，其中导热材料可为铜或者锌。在一实施例中，激光器阵列托盘240和阵列波导光栅托盘242各自中的至少一个部分有经过镀金处理，以便于焊接。举例来说，激光器阵列托盘240可由导热系数大约为170W/(m·K)的氮化铝制成，阵列波导光栅托盘242由导热系数大于300W/(m·K)的镀金铜制成。
为使本实施例中的多信道光发射次模块220具有热隔离功能，请同时参照图6和图7，本实施例中的多信道光发射次模块220更包含热隔离条270，用于电连接激光器226-1至226-n或者其他元件与外部电路。热隔离条270热耦合于温度控制设备260，用于防止多信道光发射次模块220外部的热量传导至激光器226-1至226-n，例如将热隔离条270热耦合于半导体制冷器的低温面。其中，热隔离条270可直接与温度控制设备260接触，或者与激光器阵列托盘240相接触。本实施例中，热隔离元件270从多信道光发射次模块220的一端横穿激光器阵列226延伸至多信道光发射次模块220的另一端，值得注意的是，本发明的其他实施例中，热隔离条270可包含多个组成元件，其也可以仅延伸穿过的多信道光发射次模块220一部分。每个激光器226，或者其他光电元件，通过至少一条导线272引线键合于热隔离条270上的导电垫片271。虽然图示中仅显示单个激光器226和一条导线272，但本实施例中，包含多个激光器和多条导线，各个激光器(如图4所示的激光器226-1至226-n)都是分别经由一条单独的导线独立的引线键合于热隔离条270上的导电垫片271。本发明实施例中的热隔离条270的形状并不限于图示中的矩形，也可以是其他形状。
热隔离条270分别电性连接于激光器阵列226和外部电路，如印刷电路板208，从而使得激光器阵列226与印刷电路板208可通过热隔离条270电性连接。如图所示，热隔离条270通过导线274引线键合于位于多信道光发射次模块壳体282上的导电垫片280，导电垫片280可通过引线或者穿过壳体282的通路284，以及图5中的导线224电性连接于外部电路。热隔离条270上的导电垫片271通过多条导线274连接于壳体部分282上的导电垫片280，为激光器阵列226中的激光器和外部电路提供多个导电路径。本发明的实施例中，连接外部电路的电路布局并不限于图示中的方式，也可采用其他方式。
由于热隔离条270热耦合于温度控制设备260，那么就可以通过控制热隔离条270的温度来防止外界的热量通过导电垫片280传导给激光器阵列226。热隔离条270使激光器226与外界的热量隔离，并同时使激光器226与多信道光发射次模块220外部电路电连接。热隔离条270由热导系数大于60W/(m·K)的导热材料制成，例如，氮化铝。热隔离条270上的导线或通路可包含金，以易于焊接。
请同时参照图8至图10，本实施例中，定义有热屏蔽间252的激光器热屏蔽元件250可用于对激光器226进行热屏蔽。其中，激光器热屏蔽元件250包含隔板251和基板253，隔板251从基板253上延伸出，定义出热屏蔽间252。激光器热屏蔽元件250可通过激光器阵列托盘240与温度控制设备260热耦合，因此温度控制设备260可维持激光器热屏蔽元件250的温度，例如，可将温度保持在一致的温度下，如40℃，从而使得激光器热屏蔽元件250的隔板251可为激光器226屏蔽掉来自多信道光发射次模块220内部的热量。值得注意的是，图示中只显示了一个激光器热屏蔽元件250，和一个被其热屏蔽的激光器226，本发明的实施例中，包含多个激光器热屏蔽元件250分别一一对应于激光器阵列中的多个激光器226-1至226-n，并分别对该些激光器226-1至226-n进行热屏蔽。
激光器热屏蔽元件250由热导系数大于60W/(m·K)的导热材料制成，较佳的，导热材料的热导系数可大于80W/(m·K)，例如，可由热导系数为160W/(m·K)的导热材料制成，其材料具体可以为易于焊接的钨铜合金或其镀金材料，也可以是其他符合热导系数要求的导热材料。
如图所示，激光器226包含安装在下底座229上的激光二极管芯片227，其中激光二极管芯片227可以是分布反馈激光二极管芯片。下底座229设置在热屏蔽间225内，位于两个隔板251之间。下底座229上还可安装用于监测激光二极管芯片227发射激光的光电二极管监控器228。加热器264，如电阻，设置于相邻于激光二极管芯片227，用于独立控制激光二极管芯片227的温度，并由此达到控制激光二极管芯片所发射激光的波长。本发明的工作原理为，通过温度控制设备260将激光器阵列226的温度维持在一个基准线上，加热器264分别单独对单个激光器进行加热，使其温度上升并高出基准线，以此来改变激光器所发射出激光的波长。热屏蔽元件250可对热屏蔽间252外的热量进行屏蔽，避免对其激光二极管芯片227产生影响，以更好的分别对各个激光器进行温度控制。本发明的其他实施例中，可通过其他温度控制设备分别对各激光二极管芯片227进行独立的温度控制。
本实施例中的激光器热屏蔽元件250可更包含透镜223，透镜223可用于汇聚发射激光至光纤或波导，如图所示，透镜223设置于激光器热屏蔽元件250上，并与激光二极管芯片227对齐。值得注意的是，本发明实施例中的激光器热屏蔽元件250可以是但并不限于图示中的形状。在本发明的其他实施例中，激光器热屏蔽元件的顶部是封闭的。
请同时参照图11至图17，图11至图17为本发明的另一实施例所提供的具有热屏蔽功能的多信道光发射次模块1120。本实施例中，多个激光器热屏蔽元件1150集成为一体，并定义有多个热屏蔽间1152，激光器阵列1126中的激光器分别设置在热屏蔽间1152中，并且被封闭起来。激光器热屏蔽元件1150上设有多个开口1156用于激光器阵列1126将激光从热隔离间1152中发射出去。激光器阵列1126中的激光器可根据温度的改变来发射出不同波长的激光，其可以是分布反馈激光器。激光器热屏蔽元件1150通过为激光器阵列1126屏蔽来自热屏蔽间1152外的热量，以防止这些热量对激光器阵列1126产生影响，其中这些热量可来自其他激光器或者是多信道光发射次模块1120内部的热气流。
具有热屏蔽功能的多信道光发射次模块1120包含温度控制设备1160，温度控制设备1160热耦合于激光器阵列1126和激光器热屏蔽元件1150。温度控制设备1160可以是用于降低激光器阵列1126热电冷却器，例如，帕尔帖装置。温度控制设备1160上设有热导基板1162，激光器阵列1126安装在导热基板1162上。激光器热屏蔽元件1150至少有一部分与热导基板1162接触，以热耦合于温度控制设备1160。如此一来，温度控制设备1160可将各个激光器1126和激光器热屏蔽元件1150的温度维持在一个范围，本发明的一个实施例中，温度控制设备1160可将导热基板的温度维持在40℃。具有热屏蔽功能的多信道光发射次模块1120可更进一步包含用于监控导热基板1162的温度监控器，使得导热基板1162可维持在一个目标温度，其中，温度监控器可以是热敏电阻。
如下文所述，每个热屏蔽间1152中可设有至少一个温度控制器，用于对各激光器1126中进行单独的温度控制。，通过各个激光器之间的热屏蔽，激光器热屏蔽元件1150可以对各个独立的温度进行控制并且可将温度维持在一个目标范围内，即与目标温度的温差±0.5℃。
激光器热屏蔽元件1150由热导系数大于60W/(m·K)的导热材料制成，较佳的，导热材料的热导系数可大于80W/(m·K)，例如，可由热导系数约为160W/(m·K)的导热材料制成，其材料具体可以是钨铜合金，也可以是其他符合热导系数要求的导热材料。导热基板1162由热导系数大于60W/(m·K)的导热材料制成，较佳的，导热材料的热导系数可大于80W/(m·K)。
激光器阵列1126光耦合于阵列波导光栅(图未标示)，如前文所述，阵列波导光栅通过阵列波导光栅托盘的支撑，设于激光阵列上。图示的实施例中，多信道光发射次模块具有16个信道，其所包含的激光器阵列1126由16个激光器组成，这些激光器分别对应16个激光器热屏蔽元件，其中的数量仅为本发明的一个示例，并不作为对本发明的限制，其他的数量均属于本发明的包含范围。
如图12所示，每个激光器包含激光二极管芯片1127，激光二极管芯片1127安装在位于热屏蔽间1152内的下底座1129上。用于监测激光二极管芯片1127发射激光的光电二极管1128也安装在下底座1129上。激光二极管芯片1127与开口1156对齐，使得激光二极管芯片1127产生的激光可穿过开口1156。其他用于将激光耦合至光纤或者波导(图未标示)的光学元件，例如可包含透镜1123，透镜1123与开口1156对齐，可将激光二极管芯片1127所发射出的激光汇聚并光耦合至光纤或这波导(图未标示)中。
图13和图14对热屏蔽间1152进行更细节的显示，每个热屏蔽间1152由一前隔板1153、一后隔板1154，多个侧隔板1151和一个顶部1155构成，激光器下底座1129设于热屏蔽间1152中，其中，热屏蔽隔板1153、1154、1151中的至少一个延伸至导热基板1162，通过导热基板1162分别将激光器热屏蔽元件1150热耦合至温度控制设备1160。图示实施例中，位于各热屏蔽间1152之间的至少一个侧隔板1151与导热基板1162相接触以在各激光器下底座11129之间形成热隔离墙，这些热隔离墙可对热屏蔽间1152中的激光二极管芯片1127进行热屏蔽或热隔离。
如图13和14所示，各热隔离间1152中设有至少一个温度控制设备，分别用于对激光二极管芯片1127提供独立的温度控制。本实施例中，温度控制设备是位于激光二极管芯片1127下方并与激光器下底座1129热耦合的微型热电冷却器1166。可选择的，温度控制器可以是位于激光器下底座1129上的激光二极管芯片1127旁边的加热器1164，如，电阻器。微型热电冷却器1166和加热器1164，可用于对激光二极管芯片1127的温度进行独立的控制。
本实施例中，热隔离元件1170部分延伸至热屏蔽间1152中，用于为激光二极管芯片1127(或其他元件)与多信道次发光模块的外部电路(如，外部的多信道的光发射次模块)提供电性连接。热隔离元件1170可通过热导基板1162与温度控制设备1160热耦合，从而为激光二极管芯片1127和其他电连接元件提供与外部环境进行的热隔离。激光二极管芯片1127通过至少一条导线1172引线键合于位于热隔离元件1170上的导电垫片1171。图示中仅以一条导线1172与激光二极管芯片连接为示例，本发明的实施例中，包含多条导线分别用于将其他电学元件或光电元件连接至热隔离元件1170上的多个导电垫片。
如图所示，热隔离元件1170的一部分从热屏蔽间1152中延伸出来，并可通过至少一条导线1174引线键合于多信道光发射次模块壳体上的导电垫片(图未标示)，由此为激光二极管芯片1127和外部电路(如图2中所示的印刷电路板208)提供电性连接。由于热隔离元件1170的温度可由与其热耦合的温度控制设备1160进行控制(如，通过加热或冷却)，因此热隔离元件1170可防止外部环境中的热量传导至激光二极管芯片1127。如此一来，热隔离元件1170可以在激光二极管芯片1127与多信道光发射次模块的外部电路进行电性连接时，为激光二极管芯片1127隔离来自多信道光发射次模块外部的热量。本法的实施例中，各热隔离元件1170分别延伸至激光器热屏蔽元件1150的各个热屏蔽间1152中，在各激光器1126或其他元件与外部电路之间提供具有热隔离功能的电性连接。
如图15至17所示，激光器热屏蔽元件1150中的侧隔板1151、前隔板1153、后隔板1154定义出热屏蔽间1152。其中，前隔板1153上设有开口1156，以使得激光可从热屏蔽间1152中发射出去。后隔板1154短于其他隔板，从而使得热隔离元件延伸出热屏蔽间1152。值得注意的是，本发明的实施例中的激光器热屏蔽元件1150和热屏蔽间1152不限于图示中的特定形状，其也可以为其他形状，激光器热屏蔽元件1150可以是一体成型的结构，也可以是由多个结构组成。
由此可见，本发明所提供的具有热屏蔽功能的多信道光发射次模块可为其包含的激光器屏蔽外界温度变化，并对其进行单独的温度控制，使得具有热屏蔽功能的多信道光发射次模块可在低能耗和空间小的情况下通过控制温度来提供精确的信道波长。
本发明的实施例中，多信道收发器模组包含收发器壳体、具有热屏蔽功能的多信道光发射次模块以及多信道光接收次模块。其中，多信道光发射次模块设置于收发器壳体内，用于发射不同信道波长的波分复用光信号，其包含激光器阵列、温度控制设备和复数个激光器热屏蔽元件，其中的激光器阵列用于产生激光，其所包含的各个激光器分别与不同的光信道关联；激光器热屏蔽元件热耦合于温度控制设备，用于对激光器阵列中的每个激光器进行热屏蔽，激光器热屏蔽元件定义有多个热屏蔽间，每个热屏蔽间中分别设有一个激光器，并分别对相应的激光器进行热屏蔽，同时激光器所发射出的激光可穿过相应的热屏蔽间发射出去；多信道光接收次模块设置于收发器壳体内，用于接收不同信道波长上的波分复用光信号。
本发明的另一实施例中，具有热屏蔽功能的多信道光发射次模块包含光发射次模块壳体、激光器阵列波导光栅、温度控制设备和激光器热屏蔽元件。其中，激光器阵列设置于光发射次模块壳体中，用于产生激光，激光器阵列中的各个激光器分别与不同的光信道关联；阵列波导光栅设置于光发射次模块壳体中，光耦合于激光器阵列，用于复合不同信道波长上的激光；温度控制设备同样设置于光发射次模块壳体中，与激光器热屏蔽元件热耦合，激光器热屏蔽元件用于对激光器阵列进行热屏蔽，其定义有多个热屏蔽间，每个热屏蔽间中分别设有一个激光器，并对相应的激光器进行热屏蔽，激光器所产生的激光可以穿过热屏蔽间发射出去。
本发明的又一实施例中，光线路终端至少包含两个多信道收发器，第一多信道收发器和第二多信道收发器，每个多信道收发器包括收发器壳体，具有热屏蔽功能的多信道光发射次模块和多信道光接收次模块，其中多信道光发射次模块设置于收发器壳体内，用于发射不同信道波长的波分复用光信号。多信道光发射次模块包含激光器阵列、温度控制设备和多个激光器热屏蔽元件。其中激光器阵列用于产生激光，激光器阵列中的每个激光器分别与不同的光信道关联；激光器热屏蔽元件热耦合于温度控制设备，并定义有多个热屏蔽间，用于对激光器阵列进行热屏蔽。每个热屏蔽间中分别设有一个激光器，并分别对相应的激光器进行热屏蔽，同时激光器所产生的激光可穿过相应的热屏蔽间发射出去。多信道光接收次模块设置于收发器壳体内，用于接收不同信道波长的波分复用光信号。
虽然本发明的原理描述如上，本领域技术人能可以理解的是，上述描述仅是对本发明的一种示例说明，而不构成对本发明的限制。在本发明范围内的还可包含其他不同实施例。在权利要求书范围内，本领域技术人员可对本发明进行修改和替换。

Claims (20)

1.一种多信道收发器模组，其特征在于，包括：
一收发器壳体；
一设置于所述收发器壳体内的具有热屏蔽功能的多信道光发射次模块，所述光发射次模块用于发射不同信道波长的波分复用光信号，其包含：
一激光阵列，用于产生激光，其中，所述激光阵列中的每个激光器分别与不同的光信道关联；
一温度控制设备；以及
复数个用于热屏蔽所述激光阵列的激光器热屏蔽元件，所述激光器热屏蔽元件与所述温度控制设备热耦合，并定义有多个热屏蔽间，其中，每个所述热屏蔽间中分别设有一个所述激光器，并对相应的所述激光器进行热屏蔽，所述激光器所产生的激光可以穿过所述热屏蔽间发射出去，其中每个激光热屏蔽元件包括多个分别定义所述热屏蔽间并且将所述激光器与所述光发射次模块内的热进行热屏蔽的墙；以及
一设置于所述收发器壳体内的多信道光接收次模块，用于接收不同信道波长上的波分复用光信号。
2.如权利要求1所述的多信道收发器模组，其特征在于，进一步包括至少一热隔离元件，与所述温度控制设备热耦合，其中，所述热隔离元件分别与所述激光器引线键合，并电性连接于所述光发射次模块的外部电路，所述激光器通过所述热隔离元件与所述光发射次模块外部的电路电性连接，从而防止所述光发射次模块外部的热量传导至所述激光器。
3.如权利要求1所述的多信道收发器模组，其特征在于，所述温度控制设备是热电冷却器。
4.如权利要求1所述的多信道收发器模组，其特征在于，进一步包括一阵列波导光栅，所述阵列波导光栅与每个所述激光器相耦合，用于复合各个不同信道波长的激光。
5.如权利要求4所述的多信道收发器模组，其特征在于，进一步包括一阵列波导光栅托盘，用于支撑所述阵列波导光栅，使其位于所述激光阵列之上，所述阵列波导光栅托盘与所述温度控制设备热耦合。
6.如权利要求1所述的多信道收发器模组，其特征在于，所述激光热屏蔽元件的材料导热系数大于80W/(m·K))。
7.如权利要求1所述的多信道收发器模组，其特征在于，所述激光热屏蔽元件与定义出所述热屏蔽间的多个隔板集成为一体。
8.如权利要求1所述的多信道收发器模组，其特征在于，所述激光热屏蔽元件包含一基板及多个隔板，所述隔板从所述基板上延伸出来，并定义出各个所述热屏蔽间。
9.如权利要求1所述的多信道收发器模组，其特征在于，进一步包括激光器温控设备，所述激光器温控设备位于各所述热屏蔽间中，用于分别对各个所述激光器进行独立的温度控制。
10.如权利要求9所述的多信道收发器模组，其特征在于，所述激光器温控设备包含一电阻加热器。
11.一种具有热屏蔽功能的多信道光发射次模块，其特征在于，包含：
一光发射次模块壳体；
一设置于所述光发射次模块壳体内的激光阵列，用于产生激光，其中所述激光阵列中的每个激光器与不同的光信道关联；
一设置于所述光发射次模块壳体内的阵列波导光栅，用于复合各个不同信道波长的激光；
一设置于所述光发射次模块壳体内的温度控制设备；以及
复数个用于热屏蔽所述激光阵列的激光器热屏蔽元件，所述复数个激光器热屏蔽元件与所述温度控制设备热耦合，并定义有多个热屏蔽间，其中，每个所述热屏蔽间中分别设有一个所述激光器，并对相应的所述激光器进行热屏蔽，所述激光器所产生的激光可以穿过所述热屏蔽间发射出去，其中每个激光热屏蔽元件包括多个分别定义所述热屏蔽间并且将所述激光器与所述光发射次模块内的热进行热屏蔽的墙。
12.如权利要求11所述的具有热屏蔽功能的多信道光发射次模块，其特征在于，进一步包括至少一热隔离元件，与所述温度控制设备热耦合，其中，所述热隔离元件分别与所述激光器引线键合，并电性连接于所述光发射次模块的外部电路，从而使所述激光器通过所述热隔离元件与所述光发射次模块外部的电路电性连接的同时，防止所述光发射次模块外部的热量传导至所述激光器。
13.如权利要求11所述的具有热屏蔽功能的多信道光发射次模块，其特征在于，所述温度控制设备是热电冷却器。
14.如权利要求11所述的具有热屏蔽功能的多信道光发射次模块，其特征在于，所述激光热屏蔽元件包含一基板及多个隔板，所述隔板从所述基板上延伸出来，并定义出各个所述热屏蔽间。
15.如权利要求11所述的具有热屏蔽功能的多信道光发射次模块，其特征在于，进一步包括激光器温控设备，所述激光器温控设备位于各所述热屏蔽间中，用于分别对各个所述激光器进行独立的温度控制。
16.如权利要求11所述的具有热屏蔽功能的多信道光发射次模块，其特征在于，所述激光热屏蔽元件的材料导热系数大于80W/(m·K)。
17.如权利要求11所述的具有热屏蔽功能的多信道光发射次模块，其特征在于，所述激光器是分布反馈激光器。
18.一种光线路终端，其特征在于，包含：
至少一第一和至少一第二多信道收发器，每个所述多信道收发器，包括：
一设置于一收发器壳体内的具有热屏蔽功能的多信道光发射次模块，所述光发射次模块用于发射不同信道波长的波分复用光信号，其包含：
一激光阵列，用于产生激光，其中，所述激光阵列中的每个激光器与不同的光信道关联；
一温度控制设备；以及
复数个用于热屏蔽所述激光阵列的激光器热屏蔽元件，所述激光器热屏蔽元件与所述温度控制设备热耦合，并定义有多个热屏蔽间，其中，每个所述热屏蔽间中分别设有一个所述激光器，并对相应的所述激光器进行热屏蔽，所述激光器所产生的激光可以穿过所述热屏蔽间发射出去，其中每个激光热屏蔽元件包括多个分别定义所述热屏蔽间并且将所述激光器与所述光发射次模块内的热进行热屏蔽的墙；以及
一设置于所述收发器壳体内的多信道光接收次模块，用于接收不同信道波长的波分复用光信号。
19.如权利要求18所述的光线路终端，其特征在于，所述温度控制设备是热电冷却器。
20.如权利要求18所述的光线路终端，其特征在于，所述激光热屏蔽元件包含一基板及多个隔板，所述隔板从所述基板上延伸出来，并定义出各个所述热屏蔽间。
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