CN108139555B - 降低或消除内部光反射，提高良率，降低高温传输失效和/或改进osa传输性能的方法及实施该方法的改进型光收发器 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了一种光收发器及其制造方法。所述光收发器包含一个底座/外壳，具有粗糙化或深色光器件安装面，一个光发射子器件(TOSA)，一个光接收子器件(ROSA)，固定或安装到所述粗糙化或深色光器件安装面的分光器底座，一个安装或固定到所述分光器底座的分光器和一个光线适配器。所述TOSA包含一个激光二极管，用于将接收电信号转换为输出光信号。所述ROSA包含光电二极管，用于将接收光信号转换为输出电信号。所述分光器能使输出和接收光信号中其一透射通过并反射另一个。所述光纤适配器用于固定光纤，所述光纤接收输出光信号并提供接收光信号。

Description

降低或消除内部光反射，提高良率，降低高温传输失效和/或 改进OSA传输性能的方法及实施该方法的改进型光收发器
技术领域
本发明涉及光收发器领域，尤其是可能会发生高温传输失效的光收发器(比如，≥85℃)，和减少此类失效并提高此类光收发器生产良率的方法。
光或光电发射器-接收器模块(简称光收发器)主要用于将电信息转换到光信息和光信息到电信息，并且通过光纤发送和接收光信息。通常，光收发器包含光电器件，电路和电气及光学接口，并在光纤通信系统和光网络中发挥着重要作用。
收发器常常在制造地点在各种条件下进行性能测试(比如，温度，湿度，电源电压，运行持续时间，等)。自动测试设备(ATE)可用于测试光模块故障。但是，有的故障不容易确定。
本“技术背景”部分仅用于提供背景信息。“技术背景”的陈述并不意味着本“技术背景”部分的主旨向本发明许可了现有技术，并且本“技术背景”的任何部分，包括本技术背景”本身，都不能用于向本发明许可现有技术。
发明内容
本发明一方面涉及光收发器，包含具有粗糙化和/或深色化的光器件安装面的底座或外壳和第一，第二和第三端口，第一端口中的光发射子器件(TOSA)，第二端口中的光接收子器件(ROSA)，固定或安装到所述粗糙化和/或深色化光学器件安装面的分光器底座，安装或或定到所述分光器底座的分光器，和第三端口中的光线适配器。所述TOSA包含激光二极管，用于将接收电信号转换为输出光信号。所述ROSA包含光电二极管，用于将接收光信号转换为输出电信号。所述分光器允许输出光信号和接收光信号中其一透射通过并反射另一个。所述光线适配器用于固定光纤，所述光纤接收来自激光二极管的输出光信号并向分光器发送接收光信号。
当光收发器的底座或外壳包含粗糙化光器件安装面时，所述粗糙化光器件安装面的平均粗糙度至少为2μm。当所述底座或外壳包含深色化光器件安装面时，所述深色化光器件安装面包含在光器件安装面上设置深色密封剂，涂层或粘合剂。所述深色密封剂，涂层或粘合剂可包含聚合树脂或环氧树脂或黑色涂料，或深色或不透明聚合树脂或环氧树脂。所述深色密封剂，涂层或粘合剂可用于吸收波长400-2000nm的光并/或将分光器底座粘附到光学器件安装面。在某些实施例中，所述光器件安装面包含粗糙化且深色化的光器件安装面。
所述光收发器还可包含底座或外壳中的第一透镜且与TOSA相邻。所述第一透镜可用于汇聚和/或准直输出光信号。在此类实施例中，所述光收发器还可包含(i)透镜底座，用于将第一透镜直接或间接固定到TOSA和/或(ii)透明窗口，用于密封和保护TOSA和第一透镜。
或者，所述收发器还包含(i)底座或外壳中的第二透镜，用于将接收光信号汇聚到光电二极管，(ii)设置在分光器和光电二极管之间的第一带通滤波器，用于阻挡，吸收和/或反射部分接收光信号，所述部分接收光信号的波长包含第一预定波长以上的波长和第二预定波长以下的波长，所述第二波长小于所述第一波长，和/或设置在第一透镜和分光器之间的第二带通滤波器，用于阻挡，吸收和/或反射部分输出光信号，所述部分输出光信号的波长包含第三预定波长以上的波长和第四预定波长以下的波长，所述第四预定波长小于第三预定波长。
在其他实施例中，所述TOSA还可包含监控光电二极管，用于接收激光二极管的部分输出并提供输出光信号输出强度的模拟信号特征。在此类实施例中，所述光收发器还可包含(i)模数转换器(ADC)，用于将来自监控光电二极管的模拟信号转换为数字信号和(ii)微控制器或其他逻辑电路，用于接收来自ADC的数字信号并发送反馈信号，所述反馈信号用于控制或调整输出光信号的输出强度。
在其他实施例中，所述激光二极管还包含调制器(比如，所述激光二极管和调制器包含电吸收激光器[EML])，和所述光收发器还包含激光器驱动器，用于接收来自外部源的电数据信号(比如，主机装置)并向激光二极管发送驱动信号(或，调制器，如果有)。
本发明另一放涉及制造光收发器的方法，包含粗糙化和/或深色化底座或外壳的光器件安装面，所述光器件安装面包含第一，第二和第三端口，将分光器底座固定或粘附到所述粗糙化和/或深色化光器件安装面，将分光器固定或安装到所述分光器底座，在第一端口中放置光发射子器件(TOSA)，在第二端口中放置光接收子器件(ROSA)，然后在第三端口中放置光纤适配器。至于所述光收发器，所述分光器允许输出光信号和接收光信号其一透射通过，并反射另一个；所述TOSA 包含激光二极管，用于将接收电信号转换为输出光信号，所述ROSA包含光电二极管，用于将接收光信号转换为输出电信号，而所述光纤适配器固定光纤，所述光纤接收来自激光二极管的输出光信号并向分光器发送接收光信号。
在方法中，所述光器件安装面可以粗糙化(比如，通过喷砂)，深色化，或既粗糙化又深色化。此外，所述收发器底座或外壳面对TOSA的端面也可粗糙化和/或深色化。举例来说，喷砂包含朝光器件安装面排出大量碾磨材料和压缩空气。所述光器件安装面的平均粗糙度至少可以是2μm。再例如，使光器件安装面粗糙化还可包含将深色密封剂，涂层或粘合剂涂敷到光器件安装面上。当使用深色密封剂，涂层或粘合剂使所述光器件安装面粗糙化时，本发明还包含在50-150℃温度下将深色密封剂，涂层或粘合剂固化3-300分钟。
在其他实施例中，本发明还可包含将第一透镜固定或粘附到透镜底座并直接或间接地将透镜底座粘附或固定到 TOSA。所述第一透镜还可用于汇聚和/或准直输出光信号。或者，本方法还包含将第二透镜固定或粘附到ROSA或底座或外壳。所述第二透镜用于将接受光信号汇聚到光电二极管。
在另外的实施例中，本发明还可包含(i)在分光器和光电二极管之间放置带通滤波器和/或(ii)在第一透镜和分光器之间放置第二带通滤波器。所述第一带通滤波器可用于阻挡，吸收和/或反射部分接收光信号，所述部分接收光信号波长包含第一预定波长以上的波长和第二预定波长以下的波长，所述第二预定波长小于所述第一预定波长。所述第二带通滤波器可用于阻挡，吸收和/或反射部分输出光信号，所述部分接收光信号波长包含第三预定波长以上的波长和第四预定波长以下的波长，所述第四预定波长小于所述第三预定波长。具体来说，放置第一带通波滤波器(在分光器和光电二极管之间)和放置第二带通滤波器(在第一透镜和分光器之间)可分别包含将各自的第一或第二带通滤波器固定或粘附到分光器底座。
在其他实施例中，本方法还包含将监控光电二极管粘贴到TOSA中，这样监控光电二极管就能接收部分激光二极管的输出，然后将(i)模数转换器(ADC)和(ii)微控制器放置，固定或安装到光收发器中。所述监控光电二极管可提供输出光信号输出强度的模拟信号特征。所述ADC可用于将来自监控光电二极管的模拟信号转换为数字信号。所述微控制器可用于接收来自ADC的数字信号并提供反馈信号，所述反馈信号可控制或调整输出光信号的输出强度。
本光收发器及方法有利地降低了光收发器中内部反射并显著地改善了高温测试后此类光收发器的生产良率(比如，≥ 85℃)。本发明的全部目的和优势将通过随后对实施例的详细说明和/或附图进行说明。
附图说明
图1为本发明的典型光收发器，包含光发射子器件(TOSA)和光接收子器件(ROSA)。
图2A-B为不同温度下典型光收发器随波长(横轴)变化的光输出功率(竖轴)，如光谱分析仪显示所示。
图3为根据本发明确定典型光收发器高温失效解决方案的试验测试收发器底座反射率的试验设备。
图4A-D为测试使用图3设备的不同收发器底座反射率的结果。
图5为本发明组装典型光收发器方法的流程图。
具体实施方式
本发明的各种实施例都会有详细的参照。参照的例证会在附图中得到阐释。本发明会用随后的实施例说明，但本发明不仅限于这些实施例的说明。相反的，本发明还意欲涵盖，可能包括在由附加权利要求规定的本发明的主旨和值域内的备选方案，修订条款和等同个例。而且，在下文对本发明的详细说明中，指定了很多特殊细节，以便对本发明的透彻理解。但是，对于一个所属技术领域的专业人员来说，本发明没有这些特殊细节也可以实现的事实是显而易见的。在其他实例中，都没有详尽说明公认的方法，程序，部件和电路，以避免本公开的各方面变得含糊不清。
在本申请的背景下，术语“信号”和“光信号”涉及任何已知的结构，构造，排列，技术，方法和/或步骤，用于在电路中运用物理手段将电信号从一个点转移到另一个点。并且，除非事先注明，否则，从就只能从此处的大前提下使用，术语“指定的”，“固定的”，“已知的”和“预定的”来提及值，数量，参数，约束，条件，状态，过程，程序，方法，实践或他们的理论可变组合，但是这种可变往往是事先约定的，并且此后，一经使用便不可更改的。
除非有特别说明，为方便起见，属于“光的”和“光电的”在文中都可交替使用，相互包涵。此外，术语“收发器”指具有至少一个接收器和至少一个发送器的装置，且除非文中另有详细说明，术语“收发器”的使用也包含“接收器”和/或“发射器”。同样，为方便起见，术语“连接到”，“与…耦合”，“与…通信”和“耦合至”都可以交替使用。
在本信息公开中，结构或特征的“主要表面”定义为至少是经由结构或特征最大轴的部分表面(比如，结构为圆形的且直径大于它的厚度，辐射表面为结构的主要表面)。通常，除本文另有提及，三维物体的长宽尺寸则为物体的两个最大尺寸， 3维物体的厚度为物体的最小尺寸。
文中所披露的各种实施例和/或例子都可与其他实施例和/或例子组合，只要这样的组合是适宜，有必要或有利的。下面将结合典型的实施例对本发明进行详细说明。
图1为典型的光收发器100，包含光发射子器件(TOSA)110和光接收子器件(ROSA)120。所述TOSA110包含导线111a-c，第一腔室112，第一透镜114，透镜座116和透明窗口118。所述ROSA120包含第一带通滤波器122，第二透镜124，光电二极管126和导线128a-c，光纤适配器130，光纤插芯132，带光器件安装面142和端面144的底座140，分光器底座150，第二带通滤波器152，第二腔室154，和分光器160。光收发器100可以是小型可插拔(SFP)收发器，增强型小尺寸可插式(SFP+) 收发器，千兆位小型可插拔(XFP)收发器，四通道小型可插拔(QSFP)收发器，或千兆位接口转换器(GBIC)收发器。
TOSA110可包含激光二极管(LD)，监控光电二极管(MPD)，和外壳或包装。所述外壳或包装可包含晶体管外壳 (TO)包装，但本发明并不仅限于此。第一腔室112包含一个或多个供LD和MPD固定或粘附的表面。所述LD用于将电信号 (比如，来自主机)转换为输出光信号，然后将光信号发送至光网络(比如，利用光纤适配器130中的光纤，所述光纤连接到光纤插芯132)。所述LD可以是双异形结构激光器，分别限制异形结构激光器，量子井激光器，量子级联激光器，间带多级激光器，分布式布拉格反射激光器，分布式反馈激光器，垂直腔激光器，垂直腔面发射激光器[VCSEL]，垂直外腔面发射激光器[WECSEL]，外腔激光二极管，或将电流或信号转换为光的其他器件，并且是可调制(比如，电调制激光器[EML]) 或非调制的。
TOSA110还包含激光器驱动器，用于接收电数据信号并将数据驱动信号发送至光耦合到LD的调制器。所述激光器驱动器可通过导线111a-c中一条接收来自主机的电数据信号。当所述电数据信号为单端型时，它通过导线111a-c中一条接收，而当所述电数据信号为差分型时，它通过导线111a-c中两条接收。第四导线(未显示)可能会被导线111b遮挡。所述LD还可接收来自TOSA110中偏压控制电路(英语原文有5，这里没有)的偏置信号或电压。所述MPD可通过模数转换器(ADC) 电路或模块电连接至微控制器。所述微控制器可接收与MPD反馈电流值相关的数字信号(比如，电压)，而所述数字信号可与代表目标值的一个或多个阈值或电压和/或来自LD的光信号可接受的最大和/或最小值比较。所述MPD，模数转换器，微控制器和激光器驱动器可构成自动功率控制(APC)回路，用于将来自LD的光信号输出功率维持在目标值或预定范围内。
第一透镜114用于将输出光信号(可被准直)汇聚到光纤插芯132的端头或靠近端头的一点。第一透镜114可以是包含带扁平正交边的球形透镜、或不带扁平边的球形透镜、半球透镜、带一个或多个凸起、平面和/或下凹表面的非球面透镜，或它们的组合。此类透镜可具有两个或更多的扁平边，相互平行和/或垂直，增强第一透镜114在透镜座116中设置的准确度和/或精度和/或增加第一透镜114和透镜座116间的粘附表面积，但本发明并不仅限于此。举例来说，所述输出光信号为漫射光束，而第一透镜可将输出光信号部分或全部准直。第一透镜114可以是独立单元，由透镜座116固定到位。或，第一透镜 114可集成到透镜座116。透明窗口118用于将TOSA110和第一透镜114密封在外置外壳或封盖内，比如透镜座116(比如，防止潮气在其中累积和/或使第一透镜114和TOSA110免于物理损坏)。在某些实施例中，透镜窗口118可包含带通滤波器，用于杜绝或降低TOSA110中元件受到的光学损害。
ROSA120可包含光电二极管126，用于接收来自光网络的入射光信号(比如，来自光线适配器130中的光纤，与光纤插芯132光学连接)并将光信号转换为电信号(比如，通过导线128a-c中一个或多个发送到主机)。第四导线(未显示)可能会被导线128b遮住。当电信号为单端型时，它通过导线128a-c中一条传输，而当电信号为差分型时，它则通过导线128a-c中两条进行接收。
ROSA120可具有包含TO封装的外壳，但本发明并不仅限于此。光电二极管126可以是PN结光电二极管，PIN结光电二极管，雪崩光电二极管，或任何其他将光信号转换为电信号的器件。或者，ROSA120还可包含(i)跨阻放大器(TIA)，用于将来自LD的转换后电信号放大和(ii)限幅放大器，用于放大接收自TIA的信号。
第二透镜124可包含半球透镜，凹透镜，凸透镜和/或凹凸透镜组合，用于向光电二极管126汇聚入射光信号。第一带通滤波器122可阻挡，吸收和/或反射部分入射光信号，所述部分光信号波长包含第一预定波长以上的波长和第二预定波长以下的波长，所述第二预定波长小于所述第一波长。所述入射光信号可具有预定中心波长(比如，1200-1700nm范围内，比如1270nm,1310nm,1550nm,1577nm等，或800-2000nm范围内，比如850nm及之前提及的波长)。带通滤波器122 可具有垂直于分光器160反射光信号的主表面。
光线适配器130用于固定光纤(未显示)和光纤插芯132，并与光纤光学连接。光纤插芯132的端头可具有斜面(比如，有角度的平面，未与输出光信号垂直)。光线适配器130可独立于光收发器100的外壳或底座。或者光线适配器130可集成到光收发器100的外壳或底座140。
外壳或底座140支撑和/或固定收发器100的各种元件(比如，透镜底座116，光纤适配器130，ROSA120和分光器底座150)并将收发器100的内部与外部环境隔离(比如，防止湿气在其中累积和/或阻挡光进入)。底座140包含面向收发器 100的内部的光器件安装面142(比如，朝向分光器160)。底座140可包含面向TOSA110的端面。底座140可包含不透明塑料和/或金属，比如铝。
分光器底座150对TOSA110中LD发送的光无阻挡。因此，光器件安装面142不利于将光反射回TOSA110，结果是在高温下不会传送具有预定波长的光(比如，大于80℃)。为了降低光返回进入TOSA110的反射率从而预防这种故障机制，光器件安装面142就要粗糙化(比如，通过喷砂，页称为喷磨)。比如，光器件安装面142的平均粗糙度可以是2μm到500μ m或此范围中的任意值(比如，5–250μm,10–200μm等)。
此外，光器件安装面142可用深色或不透明密封剂，涂层或粘合剂密封。在不同的实施例中，所述密封剂全部吸收或基本全部吸收(比如，大于95％，大于98％，大于99％，或任意其他大于95％的值)波长在400–2000nm范围内或具有此范围内值(比如，440–1600nm)的光。此外，所述密封剂，涂层或粘合剂厚度为1-2000μm，或此范围中的值。所述密封剂可包含聚合树脂或环氧树脂，比如丙烯酸或丙烯酸盐树脂，乳胶，苯乙烯，聚酰亚胺，环氧树脂(聚醚)，尿烷，聚酯，聚酰胺，或它们的混合物。所述密封剂可以是天然深色或不透明的，或除了聚合物还包括深色或黑色涂料。比如，所述密封剂可包含苯乙烯和二甲氨基丙胺[DMAPA]马来酰亚胺(比如，市场上可购买的
Figure BDA0001570944350000071
4000i树脂，来自法国巴黎TOTAL CrayValley)或酚醛环氧树脂(比如，市场上可购买的EPO-
Figure BDA0001570944350000072
353-ND粘合剂，来自马萨诸塞，比勒利卡EpoxyTechnology 公司)。因此，所述深色密封剂，涂层或粘合剂可具备多重功能(比如，吸收光并将分光器底座150粘附到底座140的光器件安装面142)。所述深色密封剂，涂层或粘合剂可在预定时间内(比如，3-300分钟)的预定温度下(比如，50-150℃范围内)固化。在不同的例子中，酚醛环氧树脂可在10分钟内在110℃下固化，而苯乙烯-DMAPA马来酰亚胺共聚物可在90分钟内在90℃下固化。此外，底座端面144可利用深色密封剂，涂层或粘合剂粗糙化(比如，喷砂)和/或密封。
分光器底座150提供了固定分光器160、第一带通滤波器122和第二带通滤波器152的表面，三者中每一个都可利用粘合剂固定到分光器底座150(粘合剂通常为透明或基本透明)。分光器底座150可包含一个或多个凹槽，凹陷或其他适用于分光器160，第一带通滤波器122和第二带通滤波器152中每一个的设置，用于分别接纳分光器160，第一带通滤波器122和第二带通滤波器152。分光器底座150通常包含光学透射材料，比如所料(比如，聚碳酸酯，聚稀，聚酯，聚丙烯酸酯，或它们的共聚物)并可通过深色密封剂，涂层或粘合剂粘附或固定到外壳或底座140的一个或多个表面。
分光器160可包含分色镜或其他波长相关光反射器和发射器(比如，长波通[LWP]分色镜，短波通[SWP]分色镜，等)。比如，虽然分光器160可反射波长等于或大于预定波长的光(比如，800–1600nm范围中)，但对小于预定波长的光透明或基本透明。在不同实施例中，分光器160可包含波长选择滤波器(比如，由反射或透射具有某一波长或波段光的材料支撑或涂敷有所述材料)，偏振滤波器(比如，用于反射具有某种偏振的光并使具有不同偏振的光透射)，调幅掩膜，调相掩膜，全息图或光栅。
第二带通滤波器152与第一带通滤波器122类似，且可用于阻挡，吸收和/或反射部分输出光信号，所述输出光信号的波长包含第三预定波长以上和第四预定波长以下的波长，所述第四预定波长小于所述第三预定波长(和前面第一和第二预定波长有类似问题)。第二腔室154提供了第二带通滤波器152的安装面(比如，凹槽)。
高温下收发器100的潜在失效
在光器件安装面142没有粗糙化和/或深色化的情况下，收发器100可能会出现高温下的传输功率失效(比如，大于80 ℃)。比如，来自TOSA110中LD的输出光信号功率可降低到预定最小阈值以下，并接近0mW。在发现这种失效机制的解决方案前，我们用几个试验来分隔导致传输功率高温失效的问题，详见下文。
试验1
10只在第一自动测试(ATE)工作台出现传输功率高温失效(比如，85℃)的收发器(由收发器100表示)在两个不同，随机选择的ATE工作台上测试确定(1)传输功率失效是否重复，和(2)第一ATE工作台是否故障。在两个随机选择的ATE 工作台重新测试后，这10只收发器再进行人工测试(比如，万用表)。不管是在ATE工作台测试还是人工测试，10只收发器仍然全部出现传输功率失效。因此，结果表明传输功率失效由收发器100中缺陷导致，并不是出故障的ATE工作台。
试验2
向收发器100的各个面施加外力(比如，通过击打或锤击底座140的外表面)可更有利于光学元件的排布(比如，通过使激光二极管和光纤排成一行)，从而增大传输功率。
5只有传输功率高温失效的收发器(基本与收发器100类似)被分别(1)击打底座或外壳140的TOSA端口(比如，利用锤子)，然后在85℃测试传输功率，(2)击打用于光线适配器130的端口，然后在85℃测试传输功率，(3)检查传输功率是否在室温下增大(增大至少20％为最佳)，如果是这样，(4)在85℃重测传输功率。尽管5只收发器的传输功率都略微增大(比如，在室温条件下)，但改善不大，且5只收发器仍然在85℃出现传输功率失效。
试验3
在室温下(比如，25℃)，利用光谱分析仪测试5只在85℃出现传输功率失效的收发器(由收发器100代表)，然后再在85℃进行测试。在室温下，收发器输出的光主要在1550nm，如图2A所示。但是，在将测试温度增大至85℃后， 1550nm上的峰值消失，而在1610nm的另一峰值强度增大(详见图2B)。由于收发器100中分光器160的通频带为1530nm 到1570nm(从而超过1610nm)，所以在可接受波长范围中的LD传输功率(1530–1570nm)就非常低，且在某些例子中，为mW。
试验4
为了确定出现输出功率失效的单元中光谱变化的详细情况，在25℃,65℃和85℃用频谱分析仪测试出现高温输出功率失效的收发器(由收发器100表示)。在25℃时，频谱分析仪显示峰值出现在1550nm(即，在可接受范围内)且没有可辨别的第二峰值。在65℃时，频谱分析仪显示峰值出现在1550nm，但低于25℃时的峰值，而另一较小峰值则出现在1610nm。在85℃时，1550nm上的峰值基本消失，而1610nm上的峰值则急剧增大。因此，收发器100的频谱(即，输出光的波长)随温度升高而改变。
试验5
用常规弱电流-电压(LIV)测试法，测试100只出现高温输出功率失效的收发器，然后在利用常规喷砂对底座140的光器件安装面142进行喷砂处理后(比如，利用0.5-1.0MPa的压缩空气喷射平均粒度为30-50μm的石英砂5至10秒)进行功率测试。对收发器底座140进行10-30分钟超声波清洁，然后用酒精(比如，异丙醇)清洁5-15分钟。在清洁后，通过加热到50-100℃使收发器底座140干燥5-15分钟。
所述功率测试确定来自TOSA110中LD的输出光功率在预定波长上(1550nm)是否超过预定阈值。100只收发器都在25℃,65℃和85℃通过LIV和功率测试。喷砂使底座140的光器件安装面142粗糙化(且可深色化)，使更多光可被分散或吸收，并增大光反射角来减少反射回TOSA110中激光二极管的光量。
试验6
50只收发器(由收发器100表示)底座140上的光器件安装面142用深色聚合数值密封，所述深色聚合树脂包含苯乙烯及二甲基丙胺(DMAPA)马来酰亚胺(TOTAL Cray Valley生产的
Figure BDA0001570944350000091
4000i，市场上可购)的共聚物。且，这50只收发器还进行了试验5中相同的LIV和功率测试。另50只收发器(与用
Figure BDA0001570944350000092
4000i密封的50只收发器一样)底座140上的光器件安装面142用酚醛环氧树脂(比如，Epoxy Technology的EPO-
Figure BDA0001570944350000093
353-ND，市场上可购)，且在85℃下利用试验 5中的LIV和功率测试方法进行测试。全部100只收发器以可接受的功率，在可接受波长范围输出光，并因此通过LIV和功率测试。
试验7
50只都没在高温下(比如，85℃)通过LIV和功率测试的收发器(由收发器100表示)，将它们的ROSA120和光线适配器130拆掉。随后用EPO-
Figure BDA0001570944350000101
353-ND树脂将各收发器底座140的光器件安装面142，将ROSA120和光线适配器130 重新排列，然后用与试验5和6中相同的LIV和功率测试方法测试光收发器。所述收发器中4个的分光器160在密封/重新排列期间损坏。其余46只收发器均在85℃通过LIV和功率测试。因此，利用深色密封剂密封光收发器可修复未通过高温ATE测试的光收发器高温功能性。
试验8
图3为试验设置300，其包含激光指示器310，用于照射带分光器320的收发器底座140，形成在平面350入射的反射激光光束340。举例来说，平面350可以是黑板，白板，壁，等具有相对光滑的表面和/或表面处理。收发器底座140放置在离平面350大概15cm的位置。
用试验设置300测试4个收发器底座140。第一个收发器底座为经过深色密封剂粗糙化或密封。第二个收发器底座由酚醛环氧(EPO-
Figure BDA0001570944350000102
353-ND)并在110℃下固化10分钟。第三收发器底座具有与试验5相同或基本相同方式喷砂处理的光器件安装面142(比如，将表面粗糙化，减少对光的反射)。第四收发器底座用苯乙烯-DMAPA马来酰亚胺共聚物(
Figure BDA0001570944350000103
4000i)并在90℃下固化90分钟。测试结果记录在图4A至图4D。
图4A为用激光指示器310照射第一收发器底座的结果(比如，未经粗糙化或密封处理的底座)。反射激光光束340 形成在平面350上的反射420。反射420比较亮，其最小直径5cm左右且最大直径8cm左右。
图4B为用激光指示器310照射第二收发器底座(即，用酚醛环氧粘合剂密封的底座)的结果。激光反射光束340形成在平面350上的反射440。反射440较亮，但强度明显小于反射420。图4B中的反射440比图4A中反射420更散乱，其最小直径10cm左右且最大直径15cm左右。
图4C为用激光指示器310照射第三收发器底座(即，经过喷砂处理的底座)的结果。激光反射光束340形成在平面350 上的反射460。反射460较暗，交图4B的反射440强度明显更小且更散乱，其最小直径超过20cm。
图4D为用激光指示器310照射第三收发器底座(即，用苯乙烯-DMAPA马来酰亚胺共聚物密封的底座)的结果。激光反射光束340形成在平面350上的反射480。反射480较暗且较图4A-图4C的反射420，440和460几乎可以忽略。反射480 的直径也无法准确测量到。
因此，试验1-8表明利用深色聚合树脂密封收发器底座140的光器件安装面142和/或使收发器底座140的光器件安装面 142粗糙化有利于降低收发器的高温失效率(比如，大于80℃)。的确，失效率在粗糙化和密封处理后从20-30％左右降低到了3％(比如，利用ATE测试)。
减少反射和/或高温下输出功率失效的典型光收发器制造方法
图5为制造光收发器典型方法的流程图500。所述光收发器包含TOSA，ROSA，和收发器底座和/或外壳。
在510，收发器底座至少以最小表面粗糙度进行粗糙化。举例说明，利用常规喷砂装置对收发器底座的光器件安装面进行粗糙化。或，所述收发器底座可通过研磨，摩擦研磨面等进行粗糙化(利用配备砂纸的常规砂轮，砂纸平均沙砾尺寸为 10–500μm或此范围中的任意值，比如20-100μm)。
喷砂又名磨料喷砂法。喷砂装置可包含喷盒，用于固定和/或提供碾磨材料，容纳压缩气体或用于提供压缩气体的压缩机(比如，压缩空气，去氧空气，氮气，等)，用于混合研磨材料和压缩气体的管或室(比如，文丘里管)，和用于向收发器底座喷射研磨材料和压缩气体的喷头。所述气体的气压可以是0.2-10MPa或此范围内的任意(比如，0.4-2MPa)。或者，研磨材料和压缩气体的喷射速度可以是100–2000m/s，或此范围内的任意速度。所述压缩机可包含柴油，气体，汽油或电空气压缩机，可用于为喷盒或管或室提供压缩气体。所述喷盒可被加压，且可包含某种机械装置，所述机械装置用于将可调节量的研磨材料送入或注入所述室。在某一实施例中，所述喷砂装置可包含喷柜，所述喷柜包括闭环系统，用于在对收发器底座喷砂时对研磨材料进行循环。所述喷头可包含金属，塑料，或陶瓷，比如硬质合金，碳化硅，或碳化硼。所述研磨材料可包含二氧化硅(比如，硅砂，石英砂，石榴石，等)，碳酸氢钠(比如，小苏打)，氯化钠粒子，硫酸镁石，铜渣，镍渣，氧化铝，碳化硅，玻璃珠，陶瓷渣，或塑料珠。所述研磨材料都具有平均粒子尺寸，或平均粒子范围中的任意值。所述光器件安装面和可能出现的收发器底座的端面都可进行1秒至5分钟的喷砂处理，或1秒至5分钟范围内的喷砂处理(比如， 3-30秒)。所述喷头可相对于光器件安装面和(如果粗糙化)端面呈30-90°。
在512，对收发器进行清洁。在某个实施例中，所述收发器底座通过超声波清洁。举例来说，所述收发器底座可用包含溶剂的常规超声波清洗浴清洁(比如，去离子水，甲醇，乙醇，异丙醇，丙酮，它们的混合物，等)1-60分钟，或此时间范围内的任意时长。举例来说，所述收发器底座首先在去离子水中超声波清洗5-30分钟(比如，去除水溶性杂质)，然后再在有机溶剂中超声波清洗1-20分钟(比如，取出有机杂质，和可能剩余的水)。在一些实施例中，所述有机溶剂的沸点小于 100℃(比如，≤80℃)且水溶性至少为0.25g/ml(比如，水溶性的)。或者，所述收发器底座通过喷射去离子水和干燥进行清洁(或通过用水溶性，低沸点有机溶剂喷洗所述收发器底座或将收发器器底座浸泡其中，比如丙酮或异丙醇)。在清洁后，对所述收发器底座进行干燥(比如，通过暴露在空气中或放置在真空中，通过使空气通过所述收发器底座表面，通过加热，通过上述方式的组合，等)。比如，所述收发器底座可通过放置在烘箱中50-150℃下至少一分钟进行干燥(比如， 3-30分钟，或大于1分钟的时长或时长范围)。
当所述收发器底座通过超声波清洗进行清洁时，超声波装置可包含传感器(用于生成频率20–400kHz的超声波)，洗涤溶剂(比如水)供所述收发器底座浸入，和清洁室，用于保持洗涤溶剂和收发器底座。所述传感器可以是压电式(比如，锆钛酸铅[PZT]，钛酸钡，等)或磁致伸缩式的。超声波搅动所述洗涤溶剂，对粘附在收发器底座上的杂质产生强大的作用力(比如，来自喷砂处理的研磨材料，粗糙化后收发器底座上的灰尘，等)，且可穿透其他难以清洁的孔，裂纹，或凹处。所述洗涤溶剂可包含表面活性剂，用于从收发器底座表面驱离研磨材料和/或释放悬浮颗粒。因此，所有紧紧粘附和/或嵌入收发器底座的杂质都可完全和/或彻底完全清除。
在515，如果想要利用深色密封剂，涂层或粘合剂密封收发器底座(比如，收发器底座还未密封)，所述方法在步骤 520继续。如果不想用深色密封剂，涂层或粘合剂密封收发器底座(比如，收发器底座已经密封，或收发器的制造过程在未密封的情况下在高温测试后具有可接受的良率)，所述方法在550继续。
如文中所述，在520，至少收发器底座的光器件安装面是用深色或不透明密封剂，涂层或粘合剂密封的。或者，收发器底座面向TOSA的端面也用所述深色或不透明密封剂，涂层或粘合剂密封。本发明并不仅限于深色密封剂或粘合剂，且还可包含吸收或降低反射的任意聚合物。此外，所述收发器底座还可在使收发器底座表面(比如，光器件收发器)粗糙化之前或未粗糙化的情况下密封。
所述密封剂可在合适的溶剂中包含聚合物和深色涂料，或天然深色聚合物。所述深色密封剂，涂层或粘合剂可通过喷涂，刷涂，等方式进行涂敷，光安装面和收发器底座的TOSA端表面用溶剂中的深色或不透明密封剂，涂层或粘合剂进行涂敷，然后使密封剂，涂层或粘合剂干燥(比如，去掉溶剂，可利用真空和/或加热实现)。或者，收发器底座的内表面可通过浸镀或挤压涂层包覆或密封。
所述深色密封剂，涂层或粘合剂可随后可在预定温度下在烘箱或加热装置中进行预定时长的固化处理。比如，所述深色密封剂，涂层或粘合剂可在50-150℃的温度下固化3-300分钟。或者，所述深色密封剂，涂层或粘合剂可利用辐射(比如，紫外线辐射)，电子束，或一种或多种化学添加剂进行固化。
在525，如果想要使收发器底座粗糙化(比如，收发器底座还未进行喷砂处理)，所述方法在510继续。另一方面，如果不想要收发器底座粗糙化(比如，收发器底座表面已经足够粗糙化，或收发器制造过程在没有粗糙化的高温测试之后已经具有可接受的良率)，所述方法在550继续。
在530，按照惯例组装光发射子器件(TOSA)。所述TOSA包括至少一个激光二级管(LD)，监控光电二极管(MPD)，多个电气导线，一个透镜，一个透镜底座，一个透明窗口，和外罩或封装，用于固定和保护其中的LD，MPD，透镜和透镜底座。
在540，按惯例组装光接收子器件(ROSA)。所述ROSA可包括至少一个光电二极管，多个电气导线，一个透镜，和一个外壳或封装。在某些实施例中，所述ROSA还可包含带通滤波器。或者，ROSA120还包含(i)跨阻放大器(TIA)，用于放大来自光电二极管的电信号和(ii)限幅放大器，用于放大接收自TIA的信号。所述ROSA外壳或封装用于固定和保护其中的光电二极管和TIA以及限幅放大器(当其出现时)。
在550，将所述TOSA，ROSA，收发器底座(已经密封和/或粗糙化)，及其他元件组装在一起构成收发器。所述其他元件可包含分光器底座，分光器，和一个或多个带通滤波器。在某个实施例中，所述分光器底座是固定到粗糙化和/或密封的底座光器件安装面，而分光器和带通滤波器则固定到分光器底座。
或者，这些步骤也能颠倒。其后，所述TOSA和ROSA都放置(比如，插入)在它们在收发器底座上各自的端口，其中带有光纤和光纤插芯的光纤适配器/连接器放入(比如，插入)收发器底座，所述TOSA和ROSA与光纤或光纤插芯对齐，然后在达到阈值或最大光功率时(比如，对于发射器[LD]和接收器[光电二极管]同时达到)将所述TOSA，ROSA和光纤适配器/连接器固定到位。
图解和说明已经详细展示了前述的本发明的特殊实施例。本发明并不限于前述实施例，并且很明显，也可以鉴于以上所述的技术，对本发明进行修改和变更。本文选定实施例，并对其进行描述，便于最精确地阐述本发明的原理及它的实际应用，从而使所属专业技术领域的其他人员能最大程度的利用本发明及带有各种修改的实施例，以适用于预期的特殊用途。由添加至此的权利要求和它们的等效叙述所定义的发明范围。

Claims (10)

1.一种光收发器，包含：一个底座或外壳，包含深色光器件安装面和第一，第二和第三端口；所述深色光器件安装面包含设置在光器件安装面上的密封剂或粘合剂；在所述第一端口中的光接收子器件，所述光接收子器件包含一个光电二极管，用于将接收光信号转换为输出电信号；一个固定或安装到粗糙化和/或深色光器件安装面的分光器底座；一个安装或固定到所述分光器底座的分光器，所述分光器使输出光信号和接收光信号中其一透射透过并反射另一个；和位于第三端口的光纤适配器，用于固定光纤，所述光纤接收来自激光二极管的输出光信号并向分光器发送接收光信号。
2.如权利要求1所述的光收发器，其特征在于所述密封剂，涂层或粘合剂包含聚合树脂或环氧树脂，深色或黑色颜料。
3.如权利要求1所述的光收发器，其特征在于所述密封剂，涂层或粘合剂包含深色或不透明聚合树脂或环氧树脂。
4.如权利要求1所述的光收发器，其特征在于所述密封剂，涂层或粘合剂用于吸收波长400-2000nm的光并将分光器底座粘附到光器件安装面。
5.如权利要求1所述的光收发器，其特征在于还包含设置在底座或外壳中的第一透镜且与TOSA相邻，所述第一透镜用于汇聚和/准直输出光信号，和设置在底座或外壳中的第二透镜，用于将接收光信号汇聚到光电二极管。
6.如权利要求5所述的光收发器，其特征在于还包含透镜架和透明窗口，透镜架用于将第一透镜直接或间接固定到TOSA，透明窗口用于密封并保护TOSA和第一透镜。
7.如权利要求1所述的光收发器，其特征在于还包含分光器和光电二极管之间的第一带通滤波器，用于阻挡，吸收和/或反射部分接收光信号，所述接收光信号波长包含第一预定波长以上的波长和第二预定波长以下的波长，所述第二预定波长小于第一预定波长；和/或第一透镜和分光器之间的第二带通滤波器，用于阻挡，吸收和/或反射部分输出光信号，所述输出光信号波长包含第三预定以上的波长波长和第四预定波长以下的波长，所述第四预定波长小于第三预定波长。
8.如权利要求5所述的光收发器，其特征在于所述TOSA还包含监控光电二极管，用于接收激光二极管的部分输出并提供输出光信号输出强度的模拟信号特征，而所述光收发器还包含模数转换器和微控制器，模数转换器用于将来自监控光电二极管的模拟信号转换为数字信号，微控制器用于接收来自ADC的数字信号并提供反馈信号，所述反馈信号用于控制或调整输出光信号的输出强度。
9.一种制造光收发器的方法，包含深色化底座或外壳的光器件安装面，对所述光器件安装面进行深色化包含将深色密封剂或粘合剂涂敷到所述光器件安装面；所述底座或外壳包含第一，第二和第三端口；将分光器固定或安装到分光器底座，所述分光器允许输出光信号和接受光信号其一透射并用于反射另一个；将光发射子器件设置到第一端口中，所述光发射子器件包含激光二极管，用于将接收电信号转化为输出光信号；将光接收子器件设置到第二端口中，所述光接收子器件包含光电二极管，用于将接收光信号转换为输出电信号；然后将光纤适配器设置到第三端口中，所述光纤适配器固定光纤，所述光纤接收来自激光二极管的输出光信号并向分光器发送接收光信号。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于还包含在50-150℃温度上将所述深色密封剂，涂层或粘合剂固化3-300minutes的时长。
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