CN108512017A - 一种具有正向温控功能的激光器组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及温控激光器技术领域，提供了一种具有正向温控功能的激光器组件。导热槽107位于过渡块103的背面，且与过渡块103上设置激光器101的区域对应，激光器101、探测器芯片102和温度传感器106分别设置在过渡块103正面；加热电阻105与导热槽107内表面贴合，过渡块103背面与外壳104完成固定；激光器101的前光面用于对外发射激光信号，探测器芯片102对准激光器101的背光面，用于检测激光器101的背光强度以便对光功率进行控制，温度传感器106用于检测激光器101的温度。本发明实施例中加热电阻位于导热槽内部且不接触外壳，减少了加热电阻发热量直接传导给外壳的耗散，提高了热效率。
Description
【技术领域】
本发明涉及温控激光器技术领域，特别是涉及一种具有正向温控功能的激光器组件。
【背景技术】
激光器是实现电光信号转换功能的关键器件，在光纤通信技术中应用范围十分广泛。由于激光器对工作环境温度非常敏感，激光器的光电性能在更高和更低的工作温度下会出现很大变化，例如激光器的阈值电流会随着环境温度的升高而增大、激光器的工作波长会随着环境温度的降低而减小等等。一些光通信系统对激光器的工作特性有较高要求，为确保系统能正常工作，激光器组件需要对激光器进行独立的温度控制。很多应用情况下，激光器的温度并不需要被控制在某一设定控温点，而只是将温度控制在某一设定值以上即可，为降低成本、简化设计，这种温控应用不需要兼具正向加热、负向制冷的双向温控功能，只需具有正向加热温控功能。
如图1和图2所示，现有具有正向温控功能的激光器组件包括激光器1、探测器芯片2、过渡块3、外壳4、加热片5、温度传感器6，激光器1和探测器芯片2分别连接过渡块3，过渡块3还连接外壳4的内侧，外壳4的外侧连接加热片5和温度传感器6；
激光器1的前光面用于对外发射激光信号，探测器芯片2对准激光器1的背光面，用于检测激光器1的背光强度以便对光功率进行控制，过渡块3用于承载激光器1、探测器芯片2，外壳4用于封装激光器1、探测器芯片2、过渡块3，加热片5和温度传感器6安装在外壳4上，温度传感器6用于检测外壳4的温度，加热片5用于受控加热，产生的热量依次通过外壳4、过渡块3传递给激光器1，同时也有部分热量向外壳4外部空间耗散，从而实现正向温控功能；
当温度传感器6检测到外壳4的实际温度低于设定控温点时，加热片5对外壳4进行正向加热；当温度传感器6检测到外壳4的实际温度高于设定控温点时，加热片5不通电。这种设计可将激光器1粗略控制在高于设定控温点的温度范围内，由于加热片5和温度传感器6位于外壳4的底部，而激光器1位于外壳4的上表面，故加热路径的热阻大、热量被外壳4耗散的比例大，且激光器1与温度传感器6之间存在温度差异，此种设计虽然易于实现，但结构设计时需要为加热片5、温度传感器6预留空间，现有设计具有加热效率较低、温度控制精度较低、组件结构不紧凑的缺点。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是现有设计存在加热效率较低、温度控制精度较低、组件结构不紧凑的问题。
本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种具有正向温控功能的激光器组件，包括激光器101、探测器芯片102、过渡块103、外壳104、加热电阻105、温度传感器106和导热槽107，其中，所述导热槽107位于过渡块103的背面，且与过渡块103上设置激光器101的区域对应，具体的：
激光器101、探测器芯片102和温度传感器106分别设置在过渡块103正面；加热电阻105与导热槽107内表面贴合，所述过渡块103背面与外壳104完成固定；
激光器101的前光面用于对外发射激光信号，探测器芯片102对准激光器101的背光面，用于检测激光器101的背光强度以便对光功率进行控制，温度传感器106用于检测激光器101的温度以便对加热电阻105产生的温度进行控制。
优选的，导热槽107的深度大于加热电阻105的厚度，且小于过渡块103的最大厚度。
优选的，所述加热电阻(105)通过溅射的方式生长在所述导热槽(107)的表面。
优选的，加热电阻105为条形、S形或者U形，用于为激光器101提供正向温度控制。
优选的，温度传感器106相邻的放置在激光器101的侧面，二者都位于过渡块103背面的加热电阻105的有效加热区的正上方。
优选的，在完成所述过渡块103与所述外壳104固定后，位于所述外壳104上且对应与导热槽107的位置设置有隔热片。
优选的，所述过渡块103的导热槽107是通过设置在过渡块103背面的第一垫块108和第二垫块109形成的。
优选的，所述过渡块103具体是由导热材料制作得到的PCB板。
优选的，所述激光器101、探测器芯片102、加热电阻105和温度传感器106，通过金丝焊线的方式与设置在外壳104底座上的管脚完成焊接。
优选的，所述导热槽107通过在过渡块103背面上局部位置设置凹陷区域形成，其中，凹陷区域上设置有到所述过渡块103表面的通孔112，用于位于过渡块103背面的加热电阻105到过渡块103表面的供电线路111。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明中加热电阻位于导热槽内部且不接触外壳，减少了加热电阻发热量直接传导给外壳耗散，提高了热效率；
导热槽内壁上方过渡块正面与激光器底面接触，且内壁薄、热阻小，导热槽内壁上方过渡块与导热槽侧壁接触面积相对较小、热阻大，加热电阻产生的热量通过导热槽侧壁间接传导给外壳的耗散较少，提高了热效率；
温度传感器相邻放置在激光器的侧面，距离近，且二者都位于过渡块背面的加热电阻的正上方，受热均匀、热阻相等，提高了温度控制精度；
位于过渡块正面的温度传感器体积很小，加热电阻嵌入导热槽内，占用激光器组件内部空间很小，并且不占用激光器组件外部空间，从而使激光器组件的结构更紧凑。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，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它的附图。
图1是本发明实施例提供的现有的一种加热片外置的正向温控功能的激光器组件主视图；
图2是本发明实施例提供的现有的一种加热片外置的正向温控功能的激光器组件仰视图；
图3是本发明实施例提供的一种具有正向温控功能的激光器组件的主视图；
图4是本发明实施例提供的一种具有正向温控功能的激光器组件的局部结构仰视图；
图5是本发明实施例提供的另一种具有正向温控功能的激光器组件的主视图；
图6是本发明实施例提供的现有的一种TEC温控激光器的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的另一种具有正向温控功能的激光器组件的局部结构仰视图；
图8是本发明实施例提供的另一种具有正向温控功能的激光器组件的局部结构仰视图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1:
本发明实施例1提供了一种具有正向温控功能的激光器组件，如图3和图4所示，包括激光器101、探测器芯片102、过渡块103、外壳104、加热电阻105、温度传感器106和导热槽107，其中，所述导热槽107位于过渡块103的背面，且与过渡块103上设置激光器101的区域对应，具体的：
激光器101、探测器芯片102和温度传感器106分别设置在过渡块103正面；加热电阻105与导热槽107内表面贴合，所述过渡块103背面与外壳104完成固定；
激光器101的前光面用于对外发射激光信号，探测器芯片102对准激光器101的背光面，用于检测激光器101的背光强度以便对光功率进行控制，温度传感器106用于检测激光器101的温度以便对加热电阻105产生的温度进行控制。
本发明实施例中加热电阻位于导热槽内部且不接触外壳，减少了加热电阻发热量直接传导给外壳的耗散，提高了热效率；导热槽内壁上方过渡块正面与激光器底面接触，且内壁薄、热阻小，导热槽内壁上方过渡块与导热槽侧壁接触面积相对较小、热阻大，加热电阻产生的热量通过导热槽侧壁间接传导给外壳的耗散较少，提高了热效率；温度传感器相邻放置在激光器的侧面，距离近，且二者都位于过渡块背面的加热电阻的正上方，受热均匀、热阻相等，提高了温度控制精度；位于过渡块正面的温度传感器体积很小，加热电阻嵌入导热槽内，占用激光器组件内部空间很小，并且不占用激光器组件外部空间，从而使激光器组件的结构更紧凑。
在本发明实施例中，为了进一步提高加热电阻105的加热效率，可以采用未经过绝缘覆盖处理的加热丝，此时，保证采用的加热电阻105不至于与外壳104接触发生短路，还提供了一种优选的可扩展结构，具体的，导热槽107的深度大于加热电阻105的厚度，且小于过渡块103的最大厚度。优选的，所述加热电阻(105)通过溅射的方式生长在所述导热槽(107)的表面，从而能够达到上述厚度要求的有效控制。
之所以提出上述改进结构是因为，常规采用的加热电阻105一般采用加热丝表面覆盖绝缘耐热材料如聚酰亚胺(导热率特性甚至不如过渡块)，在该常规方式中由于加热丝表面已经做了绝缘处理，因此，不存在上述因为与外壳104接触而发生短路的情况。然而，为了进一步提高正向温度控制的响应速度，直接将加热丝(即加热电阻105)固定在导热槽107中，便成为一种优选的实现方案，而由此带来的则是可能发生与外壳104接触造成的加热丝短路，因此，才有了上述扩展结构方案的设计。
对于激光器101的温控，除了上述改进方案外，本发明实施例还提出一种可与其组合实现的改进思路，能够进一步的将加热电阻105产生的热量集中体现到过渡块103中设置有激光器101的区域。具体的，在完成所述过渡块103与所述外壳104固定后，位于所述外壳104上且对应与导热槽107的位置设置有隔热片110(如图5所示)。所述隔热片110可以减缓加热电阻105所产生的热量，通过壳体104散出，从而在使用相同的加热电阻105情况下，进一步提高温控的响应速率。
在本发明实施例中，所述加热电阻105还可以由贴合固定在导热槽内壁表面的薄膜电阻条、厚膜电阻条实现，工艺简单、体积紧凑。所述加热电阻105可以为条形、S形或者U形等等，以及其他可选的几何图形，用于为激光器101提供正向温度控制。需要强调的是，本发明实施例所提出的加热电阻105为专供正向温控设计的，其成本相对TEC低得多，并且，因为加热电阻的特性所带来的结构上与现有的TEC温控激光器组件也存在本质上的差异，如图6所示，为本发明实施例提供的一种现有的TEC温控激光器组件的结构示意图。
在本发明实施例中，在具体实现方式中，存在一种优选的方案，具体的，温度传感器106相邻的放置在激光器101的侧面，二者都位于过渡块103背面的加热电阻105的有效加热区的正上方。
导热槽107除了拥有上述的优化加热电阻105布局位置、保证加热电阻105正常工作(避免短路)降低加热电阻105与激光器101之间热阻的效果等等，还具有另一个功能是，当激光器101高于设定温度时，加热电阻105不加电，激光器可通过导热槽107两侧的过渡块103与壳体104接触的表面，沿着“过渡块->导热槽两侧过渡块与外壳的接触面->外壳”的路径向外部散热。因此，结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，即通过调整导热槽107与过渡块103的形状和表面积之比，进一步提高正向温控的效率；例如图7所示，所述过渡块103的导热槽107是通过设置在过渡块103背面的第一垫块108和第二垫块109形成的。除此以外所述导热槽107还可以是通过过渡块103通过刻蚀工艺制作一体成型。
在本发明实施例中，所述过渡块103具体表现为由导热材料制作得到的PCB板。过渡块103具体是由氮化铝材料制作，氮化铝过渡块103表面通过蒸镀或者溅射工艺制作有导电线条(即加热电阻105)。所述过渡块103的功能主要就是起到固定激光器101、加热电阻105和温度传感器106作用，可选的是在所述过度块103上印制一些基础的导电线路，还可以直接通过金丝焊线的方式完成电路连接，通常情况下是结合上述两种方式完成相关电路的。
因此，在本发明实施例中，存在一种可选的实现方式，即所述激光器101、探测器芯片102、加热电阻105和温度传感器106，通过金丝焊线的方式与设置在外壳104底座上的管脚完成焊接。
除了上述电气连接方式以外，本发明实施例还提供了另一种更优的实现方式，如图8所示，所述导热槽107通过在过渡块103背面上局部位置设置凹陷区域形成(相比较如图7所示的贯通导热槽结构，如图8所示的凹陷区域形式能够达到更好的聚热，提高了正向温控的效率)，其中，凹陷区域上设置有到所述过渡块103表面的通孔112，用于位于过渡块103背面的加热电阻105到过渡块103表面的供电线路111。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有正向温控功能的激光器组件，其特征在于，包括激光器(101)、探测器芯片(102)、过渡块(103)、外壳(104)、加热电阻(105)、温度传感器(106)和导热槽(107)，其中，所述导热槽(107)位于过渡块(103)的背面，且与过渡块(103)上设置激光器(101)的区域对应，具体的：
激光器(101)、探测器芯片(102)和温度传感器(106)分别设置在过渡块(103)正面；加热电阻(105)与导热槽(107)内表面贴合，所述过渡块(103)背面与外壳(104)完成固定；
激光器(101)的前光面用于对外发射激光信号，探测器芯片(102)对准激光器(101)的背光面，用于检测激光器(101)的背光强度以便对光功率进行控制，温度传感器(106)用于检测激光器(101)的温度以便对加热电阻(105)产生的温度进行控制。
2.根据权利要求1所述的具有正向温控功能的激光器组件，其特征在于，导热槽(107)的深度大于加热电阻(105)的厚度，且小于过渡块(103)的最大厚度。
3.根据权利要求2所述的具有正向温控功能的激光器组件，其特征在于，所述加热电阻(105)通过溅射的方式生长在所述导热槽(107)的表面。
4.根据权利要求2所述的具有正向温控功能的激光器组件，其特征在于，加热电阻(105)为条形、S形或者U形，用于为激光器(101)提供正向温度控制。
5.根据权利要求4所述的具有正向温控功能的激光器组件，其特征在于，温度传感器(106)相邻的放置在激光器(101)的侧面，二者都位于过渡块(103)背面的加热电阻(105)的有效加热区的正上方。
6.根据权利要求1-5任一所述的具有正向温控功能的激光器组件，其特征在于，在完成所述过渡块(103)与所述外壳(104)固定后，位于所述外壳(104)上且对应与导热槽(107)的位置设置有隔热片。
7.根据权利要求1-5任一所述的具有正向温控功能的激光器组件，其特征在于，所述过渡块(103)的导热槽(107)是通过设置在过渡块(103)背面的第一垫块(108)和第二垫块(109)形成的。
8.根据权利要求7所述的具有正向温控功能的激光器组件，其特征在于，所述过渡块(103)具体是由导热材料制作得到的PCB板。
9.根据权利要求1所述的具有正向温控功能的激光器组件，其特征在于，所述激光器(101)、探测器芯片(102)、加热电阻(105)和温度传感器(106)，通过金丝焊线的方式与设置在外壳(104)底座上的管脚完成焊接。
10.根据权利要求1所述的具有正向温控功能的激光器组件，其特征在于，所述导热槽(107)通过在过渡块(103)背面上局部位置设置凹陷区域形成，其中，凹陷区域上设置有到所述过渡块(103)表面的通孔(112)，用于位于过渡块(103)背面的加热电阻(105)到过渡块(103)表面的供电线路(111)。
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