CN107942449A - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光模块，涉及光通信领域。本发明实施例提供的光模块包括激光芯片、第一驱动电路、第二驱动电路及耦合透镜；所述激光芯片包括位于同一衬底上的第一有源区及第二有源区，所述第一驱动电路驱动所述第一有源区工作，所述第一有源区工作时发出的光由所述耦合透镜会聚；当所述第一驱动电路停止驱动所述第一有源区工作时，所述第二驱动电路驱动所述第二有源区工作。当第一驱动电路停止驱动第一有源区工作时，第二驱动电路驱动第二有源区工作以产生热量，第二有源区工作产生的热量可以起到加热第一有源区的效果，以保持第一有源区的温度，从而保证第一有源区出光波长的稳定。

Description

一种光模块

技术领域

本发明涉及光通信领域，尤其设计一种光模块。

背景技术

光通信领域中，使用光模块产生光信号，以实现信号的传输。波分复用技术是光通信领域常见的带宽扩展技术，波分复用技术在同一根光纤中采用多个波长不同的光进行数据传输，以光波长的不同以区分不同的信号通道，有序的数据传输依赖于光信号波长的稳定性。

在无源光网络PON业务系统中采用波分复用技术，波长的稳定性问题显得尤为重要。在PON网络中，光网络单元ONU光模块以突发发光的方式与光线路终端OLT实现光通信。具体地，光网络单元光模块在实现光通信时发光，在不实现光通信时不发光，这种发光与不发光的突发模式使得光模块的激光芯片在工作与不工作之间变化，激光芯片不工作时不产生热量，此时激光芯片的温度下降，当激光芯片恢复工作，激光芯片的温度随之回升，激光芯片的温度处于剧烈变化过程中，导致激光芯片的出光波长不稳定。

发明内容

本发明实施例提供一种光模块，在突发模式下保持出光波长的稳定。

为了实现上述发明目的，本发明实施例采用如下技术方案：

本发明实施例提供一种光模块，包括激光芯片、第一驱动电路、第二驱动电路及耦合透镜；所述激光芯片包括位于同一衬底上的第一有源区及第二有源区，所述第一驱动电路驱动所述第一有源区工作，所述第一有源区工作时发出的光由所述耦合透镜会聚；当所述第一驱动电路停止驱动所述第一有源区工作时，所述第二驱动电路驱动所述第二有源区工作。

第一驱动电路驱动第一有源区工作，第一有源区工作时发出的光由耦合透镜会聚，以形成可用于数据传输的光，

当第一驱动电路停止驱动第一有源区工作时，第一有源区停止产生热量，第一有源区的温度将下降；此时，第二驱动电路驱动第二有源区工作以产生热量，由于第一有源区与第二有源区位于同一衬底上，第二有源区工作产生的热量可以起到加热第一有源区的效果，以保持第一有源区的温度，避免了第一有源区从停止工作到开始工作过程中的剧烈温度变化，从而保证第一有源区出光波长的稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为接入网组网结构示意图；

图2为本发明实施例中光模块发光驱动结构示意图；

图3为本发明实施例中激光芯片的结构示意图；

图4为本发明实施例中突发信号时序示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为接入网组网结构示意图。如图1所示，位于局端的光线路终端OLT与位于终端的光网络单元ONU采用一对多的拓扑结构连接。具体地，OLT与ONU1、ONU2、ONU3、ONU4、ONU5连接，ONU接入OLT的信号通道只有一条，多个ONU之间采用时分的方式主动与OLT通信。

ONU通过向OLT发送光信号以实现主动通信，在时分模式下，同一时刻只有一个ONU对外发光，对ONU而言，其在发光与不发光之间切换，而NU的发光是通过其中的光模块实现的，ONU向光模块发出突发信号BURST，以控制光模块中激光器的发光状态。

光模块中具有激光芯片以及激光芯片驱动电路，激光芯片驱动电路为激光芯片供电，以实现激光芯片发光，而ONU提供的突发信号BURST控制激光驱动电路对激光芯片的供电。

激光芯片出光的波长随激光芯片温度变化而变化，这种现象在半导体激光芯片上尤为突出，这种现象对采用波分复用技术组网、采用突发模式工作的无源光网络PON极为不利。

无源光网络PON采用一个光线路终端对应多个光网络单元的组网方式，多个光网络单元采用时分的方式与同一个光线路终端通信。对于单个光网络单元，其光模块采用突发模式工作，即光模块的激光芯片在发光与不发光之间切换工作。当激光芯片工作时，其发光并产生热量，温度维持稳定，波长也维持稳定；当激光芯片停止工作时，其不发光，产生的热量降低，激光芯片的温度开始降低，波长也随之改变；当激光芯片再次工作时，其发光并产生热量，温度开始升高然后维持稳定，这一过程中激光芯片的温度发生了剧烈变化，激光芯片的出光波长也处于不稳定状态。

随着光通信带宽扩容，光通信网络中复用的波长越来越多，波长与波长之间的间隔越来越小，光信号的速率越来越高，激光芯片出光波长因温度变化而变化，会导致根据波长预设的通信通道相互混淆，造成接收端丢失光信号或接收错误的光信号。

针对上述问题，本申请发明人从维持激光芯片温度稳定的角度出发，设计了一种新的光模块方案。

温度变化是波长不稳定的原因，温度变化源自激光芯片不工作时产生的热量降低，对此，本申请发明人发现，如果激光芯片在不工作时，有其他热源产生热量，同样可以维持激光芯片的温度。在此基础上，本申请发明人发现，采用半导体制冷器TEC或加热电阻等热源为激光芯片加热，在波长间隔较大的情况下具有一定的效果，但在波长间隔较小的情况下，上述热源与激光芯片之间的热传导较慢，激光芯片在不工作之后，接收热源的热量之前，仍有温度下降的情况出现，仍会导致波长不稳定。

本申请发明人根据上述技术分析，设计了一种新的激光芯片方案，将该激光芯片方案应用到光模块中时，又设计了一种新的光模块方案。

本发明实施例提供一种光模块，包括激光芯片、第一驱动电路、第二驱动电路及耦合透镜；所述激光芯片包括位于同一衬底上的第一有源区及第二有源区，所述第一驱动电路驱动所述第一有源区工作，所述第一有源区工作时发出的光由所述耦合透镜会聚；当所述第一驱动电路停止驱动所述第一有源区工作时，所述第二驱动电路驱动所述第二有源区工作。

图2为本发明实施例中光模块发光驱动结构示意图。如图2所示，第一驱动电路D1与第二驱动电路D2分别接收来自上位机的同一突发信号BURST，第一驱动电路D1与第一有源区AA1相连，第二驱动电路D2与第二有源区AA2相连，第一有源区AA1与第二有源区AA2位于同一衬底SUB上。第一有源区发出的光经耦合透镜L会聚后进入光纤F。

图2仅是结构示意图，实际产品中，光模块中采用的封装方式有多种，比如TO封装、COB封装、BOX封装及硅基光芯片封装等，应用具体的封装，其具体结构会适应性改变，但是其本质原理如图2所示。

第一驱动电路驱动第一有源区工作，第一有源区工作时发出的光由耦合透镜会聚，以形成可用于数据传输的光；

当第一驱动电路停止驱动第一有源区工作时，第一有源区停止产生热量，第一有源区的温度将下降；此时，第二驱动电路驱动第二有源区工作以产生热量，由于第一有源区与第二有源区位于同一衬底上，第二有源区工作产生的热量可以起到加热第一有源区的效果，以保持第一有源区的温度，避免了第一有源区从停止工作到开始工作过程中的剧烈温度变化，从而保证第一有源区出光波长的稳定。

第一驱动电路及第二驱动电路可以分别体现为两个不同的芯片，也可以由一个芯片集成。

在芯片级别上设计两个有源区，结合现有的芯片制作工艺较强的一致性，这两个有源区工作时的热效率十分接近，而且生长在同一衬底上，这两个有源区热交换的效率非常高，这使得不论第一有源区工作还是第二有源区工作，只要两个有源区同一时刻仅一个在工作，整个激光芯片产生的热量变化非常小，波长变化非常小，可以满足苛刻的波分复用技术要求。

图3为本发明实施例中激光芯片的结构示意图。如图3所示，激光芯片的衬底SUB上具有第一有源区AA1及第二有源区AA2，在有源区AA1、AA2之间具有隔离槽103，隔离槽103将整个激光芯片分割成相互独立的两个发光单元101及102。激光芯片为分层结构，从下至上每层依次为衬底、有源区、光栅区、包层及电极，有源区是激光芯片产生热量的主要区域。

在上述激光芯片中，第一有源区的上方具有第一电极，第一驱动电路与第一电极连接；第二有源区的上方具有第二电极，第二驱动电路与第二电极连接，驱动电路通过电极驱动有源区工作。

本发明实施例提供的激光芯片具有两个相互独立有源区，每个有源区均有对应的电极，每个正常工作的有源区都可以出光，但激光芯片仅需要一个出光，所以在两个有源区中择优选择其一。对于未被选择的有源区，为了防止其发出的光对光模块的正常工作产生干扰，可以在该有源区的出光处涂敷遮光材料。

有源区的出光是发散的，需要经过会聚后才可以在进入光纤时达到光通信使用的光功率要求，所以在被选择的有源区出光方向上设置耦合透镜以会聚出光。

具体地，第一有源区与第二有源区采用时分的方式工作，以避免第一有源区与第二有源区同时工作产生过多热量，导致温度发生剧烈变化。

第一驱动电路驱动第一有源区工作，第一有源区工作时发出的光由耦合透镜会聚；具体地，第一有源区发出的光用于传输信号，所以第一驱动电路为第一有源区提供第一偏置电流以及调制电流，通过在偏置电流上增加调制电流，以驱动第一有源区发出载有信号的光；第一有源区工作时发出的光由耦合透镜会聚，由有源区发出的光相对发散，经耦合透镜会聚后耦合进光纤，经过会聚的光可以高效率的耦合进光纤，达到光通信的光功率要求。

第二驱动电路驱动第二有源区工作，第二有源区工作时可以发光，可以设置为不发光，第二有源区不发光可以减小对第一有源区出光的干扰。

具体地，由于第二发光区并不需要传输信号，所以第二驱动电路仅需要为第二有源区提供第二偏置电流，较佳的，第一驱动电路与第二驱动电路提供相同的偏置电流，以使第一有源区及第二有源区工作时产生的热量基本相同。

具体地，可以在第二有源区位置处涂覆吸光胶等吸光材料，通过吸收光的方式达到第二有源区不对外出光的目的；同样，也可以是第二有源区本身就不会发光。第二有源区仅需要为第一有源区提供热量，以满足工作时产生热量即可，对是否出光没有要求。

具体地，可以将激光芯片及耦合透镜采用同轴封装TO-CAN封装在一起；也可以将激光芯片及耦合透镜贴装在盒子中的基底上；还可以采用chip-on-board封装，在电路板表面贴装激光芯片，在激光芯片上方罩设透镜组件，在透镜组件上形成耦合透镜。

在无源光网络PON环境中，光网络单元ONU采用突发模式发光，以与光线路终端OLT进行通信。对于光模块而言，突发模式通过突发信号控制激光芯片的发光实现。

图4为本发明实施例中突发信号时序示意图。如图4所示，突发信号为电压随时间变化的矩形波信号。在t1时刻，由低电平变为高电平；在t2时刻，由高电平变为低电平；在t3时刻，由低电平变为高电平，以此类推变化。突发信号一般由上位机产生，高电平或低电平保持的时间由实际发光需要而设定。

在突发信号的控制下，驱动电路将电通过激光芯片的电极注入，电能在有源区转化为光能，以发出光。

当所述突发信号为第一电平时，第一驱动电路驱动第一有源区工作；当突发信号为第二电平时，第一驱动电路停止驱动第一有源区工作，第二驱动电路驱动第二有源区工作。

突发信号是一种第一电平与第二电平相互变化的信号，其具体体现为高低电平变化的信号。具体地，可以是在需要传输光信号时，向第一驱动电路提供高电平信号，指示第一驱动电路驱动第一发光区工作发光；在不需要传输光信号时，向第一驱动电路提供低电平信号，指示第一驱动电路停止驱动第一发光区工作发光；第二驱动电路接收与第一驱动电路同样的突发信号，第二驱动电路在接收低电平信号时，驱动第二发光区工作。具体地，也可以是在需要传输光信号时，向第一驱动电路提供低电平信号，指示第一驱动电路驱动第一发光区工作发光；在不需要传输光信号时，向第一驱动电路提供高电平信号，指示第一驱动电路停止驱动第一发光区工作发光；第二驱动电路接收与第一驱动电路同样的突发信号，第二驱动电路在接收高电平信号时，驱动第二发光区工作。

突发信号BURST可以指示光信号的输出与停止，在同一突发信号的指示下，第一驱动电路与第二驱动电路可以有时序的工作。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种光模块，其特征在于，包括激光芯片、第一驱动电路、第二驱动电路及耦合透镜；

所述激光芯片包括位于同一衬底上的第一有源区及第二有源区，所述第一驱动电路驱动所述第一有源区工作，所述第一有源区工作时发出的光由所述耦合透镜会聚；

当所述第一驱动电路停止驱动所述第一有源区工作时，所述第二驱动电路驱动所述第二有源区工作。

2.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述第一驱动电路及所述第二驱动电路分别接收来自上位机的突发信号；当所述突发信号为第一电平时，所述第一驱动电路驱动所述第一有源区工作；当所述突发信号为第二电平时，所述第一驱动电路停止驱动所述第一有源区工作，所述第二驱动电路驱动所述第二有源区工作。

3.如权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述第一驱动电路提供第一偏置电流及调制电流，所述第二驱动电路提供第二偏置电流。

4.如权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述第一偏置电流等于所述第二偏置电流。

5.如权利要求4所述的光模块，其特征在于，所述第一有源区的上方具有第一电极，所述第一驱动电路与所述第一电极连接；所述第二有源区的上方具有第二电极，所述第二驱动电路与所述第二电极连接。

6.如权利要求1至5任一所述的光模块，其特征在于，所述第二有源区涂覆遮光材料。