CN109561521A - 用于光具座的具有优化形状的集成加热器 - Google Patents

Abstract

一种光具座可以包括集成加热器。该集成加热器可以包括基板和布置在该基板上的加热元件。该加热元件可以包括至少一根电迹线。集成加热器可以与被构造成使该加热元件以小于阈值的温度梯度加热布置在该光具座附近的光学器件的非单片式形状相关联。该集成加热器可以布置在光具座的表面或光学器件的光学部件的表面中的至少一个上。

Description

用于光具座的具有优化形状的集成加热器

技术领域

本公开涉及光学通信系统。更具体地，本公开涉及用于光具座的集成加热器和用于优化集成加热器形状的方法，以确保热梯度阈值满足集成加热器和光具座。

背景技术

对于诸如波长选择开关(WSS)的光机械器件，可以提供等温环境以确保光机械器件的光学部件和/或机械部件提供预期的性能。例如，可以将光机械器件插入诸如烤箱的等温加热设备，以确保光机械器件的等温环境，而不管光机械器件正被操作所处的位置的环境温度。然而，配置维持光机械器件的等温环境的导热外壳可能导致尺寸标准或成本标准不满足光机械器件。因此，配置光机械器件的等温环境而不需要导热外壳将是有利的。

加热器可以集成到光具座中，从而为包括在光具座中的其他部件提供加热。例如，加热器可以提供热量输出，以在-5℃和60℃之间的环境温度范围下维持约60摄氏度(℃)的等温环境。随着环境温度朝向温度范围的下端偏移，加热器可以输出更大量的功率以维持部件的操作温度，这会导致过高的成本并且/或者增加加热器和/或暴露于加热器的部件的故障的可能性。加热器设计会引起光具座的温度梯度。例如，光具座的第一部分可以经历第一温度，而光具座的第二部分可以经历与第一温度相差阈值量的第二温度，这会导致环境温度范围下的光具座的每个部件不维持在等温环境。

发明内容

根据一些可能的实现方式，光具座可以包括集成加热器。集成加热器可以包括基板和布置在基板上的加热元件。加热元件可以包括至少一根电迹线(trace)。集成加热器可以与非单片式(non-monolithic)形状相关联，该非单片式形状被构造成使加热元件以小于阈值的温度梯度加热布设在光具座附近的光学器件。集成加热器可以被布置在光具座的表面或光学器件的光学部件的表面中的至少一个上。

根据一些可能的实现方式，加热器可以包括布置在光学封装的内表面上的多个加热元件，而不存在粘合剂层布设在多个加热元件和光学封装的内表面之间。光学封装可以包围光学器件。多个加热元件可以被布置成在光学封装内部提供等温环境的形状。等温环境可以包括小于3摄氏度的温度梯度。

根据一些可能的实现方式，光学封装可以包括布设在光学封装内部的光具座上的波长选择开关(WSS)和多个加热器。多个加热器中的至少一个加热器可以布设在光学封装内部的光具座上，而在至少一个加热器和光具座之间没有设置粘合剂层。多个加热器中的至少一个加热器可以具有使多个加热器能够在0摄氏度和60摄氏度之间的环境温度范围内维持等温环境的形状。等温环境可以包括光学封装内的小于3摄氏度的温度梯度。

附图说明

图1A和图1B是用于优化光具座的集成加热器的加热器形状的示例过程的流程图；

图2A至图2E是关于图1A和图1B示出的示例过程的示例实现方式的图；

图3A和图3B是关于图1A和图1B示出的示例过程的示例实现方式的图；

图4A和图4B是关于图1A和图1B示出的示例过程的示例实现方式的图；

图5是在其中可以实现本文描述的系统和/或方法的示例环境的图；和

图6是图5的一个或多个设备的示例部件的图。

具体实施方式

示例实施方式的如下详细说明参考附图。不同图中的相同附图标记可以标识相同或相似的元件。

光机械器件可以在等温环境中操作以确保一致的性能。例如，光机械器件可以被封装在导热外壳中，并且导热外壳可以位于诸如烤箱的等温环境中。附加地或替代地，加热器可以附接到导热外壳的外部，以使热量通过导热外壳分散到光机械器件的部件上。然而，利用导热外壳可以导致大于光机械器件的阈值尺寸和/或大于与光机械器件相关联的阈值成本。而且，在导热外壳外部利用加热器可以导致大于功率资源的阈值利用率。此外，利用集成加热器而非导热外壳外部的加热器可以导致光机械器件的部件的阈值温度梯度，从而降低一致的性能的可能性，从而降低光机械器件等的使用寿命。因此，配置具有小于阈值温度梯度且具有小于阈值功率要求的光机械器件的等温环境将是有利的。

本文描述的一些实现方式可以提供用于为光机械器件的集成加热器构造优化的形状。例如，本文描述的一些实现方式可以包括使用多级设计优化过程用于优化集成加热器的形状的方法。以这种方式，可以改善形状的优化水平。换句话说，基于执行多级设计优化过程所确定的加热器配置可以与相对于使用另一设计过程获得的加热器设计的降低的温度梯度、降低的功耗等相关联。而且，本文描述的一些实现方式可以包括使用多级设计优化程序获得的优化的加热器设计，用于光机械器件，诸如波长选择开关(WSS)。以这种方式，基于优化的加热器设计制造的集成加热器可以为具有非导热外壳的光机械器件提供加热，该优化的加热器设计相对于加热器的另一种设计具有降低的温度梯度和/或降低的功耗。

图1A和图1B是用于优化光具座的集成加热器的加热器形状的示例性过程100的流程图。在一些实现方式中，图1A和图1B的一个或多个过程框可以由客户端设备510执行，如本文关于图5所描述的。在一些实现方式中，图1A和图1B的一个或多个过程框可以由与客户端设备510隔开的诸如服务器设备520的另一设备或一组设备执行或包括客户端设备510的另一设备或一组设备执行。

图1A和图1B关于图2A至图2E描述。图2A至图2E是关于图1A和图1B示出的示例过程100的示例实现方式200的图。图2A至图2E示出了优化用于光具座的集成加热器的加热器形状的示例。

如图1A所示出的，过程100可以包括识别光学器件的一组部件(框110)。例如，客户端设备510可以识别光学器件的该组部件。在一些实现方式中，客户端设备510可以接收标识光学器件的该组部件的输入。例如，在集成加热器的设计期间，设计者可以识别将包括在光学器件中的部件。在一些实现方式中，客户端设备510可以自动识别该组部件。例如，客户端设备510可以使用自然语言识别技术来解析需求文档、可以使用图像处理技术来解析设计规范等。如关于图2A并且附图标记206所示出的，设计者可以在光学器件202中识别一组部件204-1至204-8(下文中分别称为“部件204”，并统称为“部件204”)。在这种情况下，设计者可以向客户端设备510提供输入，并且客户端设备510可以接收识别部件204的该输入。

在一些实现方式中，光学器件202可以是具体类型的光学器件。例如，光学器件202可以是波长选择开关(WSS)器件，包括WSS、可重构光分插复用器(ROADM)、发射器、接收器、收发器、放大器、掺铒(erbium doped)光纤放大器(EDFA)、硅光子芯片/器件、3D传感器件/子组件的光具座、或包括另一类型的光学器件的另一类型的光学器件或光具座。在一些实现方式中，部件204可以是具体类型的光学部件。例如，部件204可以是波导。附件地或替代地，部件204可以是光学器件(例如光栅、棱镜、光栅-棱镜(棱栅)、透镜(例如球面透镜或平场透镜)、滤光器、反射镜、光纤阵列单元(FAU)、切换引擎(例如使用微机电系统(MEM)技术或硅基液晶(LCoS)技术)、硅光子部件(例如硅光子芯片)以及/或者类似的。附加地或替代地，部件204可以是发射器、接收器、放大器、开关器等。附加地或者替代地，部件204可以包括诸如热敏电阻的温度传感器，以为集成加热器提供反馈回路。

以这种方式，客户端设备510识别光学器件的一组部件。

如图1A中进一步示出的，过程100可以包括基于光学器件的该组部件确定一组设计标准(框120)。例如，客户端设备510可以基于光学器件的该组部件确定该组设计标准。在一些实现方式中，客户端设备510可以接收标识该组设计标准的输入。例如，在集成加热器的设计期间，设计者可以识别在优化集成加热器形状时将评估的设计标准。

在一些实现方式中，该组设计标准可以包括灵敏度标准。例如，第一部件可以被确定与第一温度梯度的正常操作(即，在预测的值范围内的操作，诸如在预测的波长范围内的光束的传输)相关联，而第二部件可以被确定与第二温度梯度的正常操作相关联。

在一些实现方式中，该组设计标准可以包括位置标准。例如，第一部件可以位于光学封装中的第一位置，而第二部件可以位于光学封装中的第二位置，以形成例如光路。在一些实现方式中，可以关于二维位置确定该组设计标准中的一个或多个设计标准。例如，可以分别关于水平(平面内)温度梯度和光学封装中的水平位置确定部件的灵敏度标准和位置标准。作为示例，关于图2A，水平温度梯度和水平位置可以被规范为关于X轴和Y轴的设计标准。在一些实现方式中，可以关于三维位置确定该组设计标准中的一个或多个设计标准。例如，可以分别关于水平(平面内)温度梯度和垂直(平面外)温度梯度或光学封装中的水平位置和光学封装中的垂直位置确定部件的灵敏度标准或部件的位置标准。作为示例，关于图2A，可以关于X轴和Y轴确定水平温度梯度，且可以关于Z轴确定垂直温度梯度。

在一些实现方式中，可以基于该组设计标准对该组部件分类。例如，可以基于与阈值灵敏度标准(例如，相对于该组部件的其他部件对温度梯度最敏感)相关联将该组部件中的一个或多个部件分类为关键部件。虽然本文就“关键”部件进行了描述，但是部件的其他分类也是可能的。

以这种方式，客户端设备510可以确定该组设计标准。

如图1A中进一步示出的，过程100可以包括基于该组设计标准识别初始加热器配置(框130)。例如，客户端设备510可以基于该组设计标准识别用于光学封装的集成加热器的初始加热器配置。在一些实现方式中，客户端设备510可以接收识别初始加热器配置的输入。例如，在集成加热器的设计期间，设计者可以基于该组设计标准识别初始加热器配置，并且可以向客户端设备510提供识别初始加热器配置的输入。

在一些实现方式中，可以确定识别初始加热器配置的一个或多个加热器的初始加热器位置。例如，基于加热器的一组特征和一组设计标准(例如，加热器的最大热量输出、光学器件将被操作下的环境温度、光学器件将操作下的所需的温度、该组部件的一组位置等)，可以选择一定量的加热器。在一些实现方式中，可以选择多个加热器。例如，基于该组部件的一组最大温度梯度，可以选择第一加热器定位在该组部件上方，并且可以选择第二加热器定位在该组部件下方，从而相对于选择的单个加热器降低垂直温度梯度。作为示例，关于图2B，在初始配置208中，第一加热器208-1在Z轴上可以定位在部件204上方，而第二加热器208-2在Z轴上可以定位在部件204下方。

类似地，基于单个加热器被确定为具有维持该组部件的所选择的温度的不足的热量输出，可以选择多个加热器以确保维持所选择的温度。类似地，基于单个加热器被确定为相对靠近单个加热器定位的部件输出过多热量以确保对于相对远离单个加热器定位的另一部件维持阈值温度，可以选择多个加热器以确保输出小于阈值量的热量以维持阈值温度。

在一些实现方式中，可以基于一组水平(平面内)温度梯度确定初始加热器配置。例如，可以基于光学封装的部件的位置并基于与该部件相关联的水平温度梯度确定初始加热器配置。基于在水平温度梯度的基础上确定初始加热器配置并且基于光学封装的纵横比(例如，关于图2B，光学封装与X轴的比Z轴上的高度长的长度和Y轴的比Z轴上的高度宽的宽度相关联)，相对于基于垂直温度梯度确定初始加热器配置，可以使用减少的计算资源等在减少的步骤量中执行后续优化。

在一些实现方式中，可以基于光学封装的热损耗路径确定初始加热器配置。例如，可以基于该组部件的热质量、光学封装的热阻等来计算热损耗路径(例如，面内热损耗路径)。在一些实现方式中，可以基于与热损耗路径相关联的边缘损耗确定初始加热器配置。例如，可以基于在光学封装的边缘的阈值接近度内的热损耗分布确定初始加热器配置。在一些实现方式中，可以基于将边缘损耗与一组量化的集成加热器功率值进行比较确定初始加热器配置。例如，基于在第一值范围内的边缘损耗，可以为初始加热器配置选择第一集成加热器功率以确保该组部件的阈值温度，并且基于在第二值范围内的边缘损耗，可以选择第二不同的集成加热器功率。

在一些实现方式中，基于部分热传递测定可以确定初始加热器配置。例如，基于导热传递测定可以确定初始加热器配置。以这种方式，相对于执行对流热传递或辐射热传递的测定，可以降低初始加热器配置的测定的复杂性，从而减少计算资源的利用。以这种方式，在没有基于识别部件和设计标准所确定的初始加热器配置的情况下，基于相对于执行优化而减少用于优化的变量的数量，减少了用于优化集成加热器形状的计算资源的利用。

关于图2B，并且如初始配置208示出的，为光学器件202选择初始加热器配置。例如，可以选择一组单片式集成加热器208-1和208-2作为初始加热器配置。单片式集成加热器可以包括接收电连接的一组焊盘210和一组引线212(例如，电迹线、加热元件等)，以基于经由电连接接收的电产生热量。

关于图2C，并且如附图标记214示出的，初始加热器配置可以导致光学器件202的具体温度梯度。区域216至224表示基于初始加热器配置为光学器件202确定的不同温度。例如，区域216可以表示第一温度；区域218可以表示小于第一温度的第二温度；区域220可以表示小于第二温度的第三温度；区域222可以表示小于第三温度的第四温度，并且区域224可以表示小于第四温度的第五温度。在这种情况下，区域216和区域224之间的温度梯度可以超过基于该组设计标准所确定的部件204的阈值温度梯度。

以这种方式，客户端设备510可以识别初始加热器配置。

如图1A中进一步示出的，过程100可以包括基于该组设计标准确定用于确定目标加热器配置的一组优化参数(框140)。例如，客户端设备510可以确定用于确定目标加热器配置的一组优化参数。在一些实现方式中，客户端设备510可以接收标识该组优化参数的输入。例如，在集成加热器的设计期间，设计者可以识别该组优化参数，并且可以向客户端设备510提供识别一组优化参数的输入。

在一些实现方式中，该组优化参数可以包括一组外部参数。例如，该组优化参数可以包括关于环境温度(例如，在大约0℃至大约60℃之间，在大约-5℃至大约60℃之间等)的参数，用于光学封装将被定位的位置。附加地或替代地，该组优化参数可以包括关于光学封装上方气流的气流参数。在这种情况下，可以基于使用热计算流体动力学(CFD)模型的确定校准用于气流参数的对流系数。例如，基于气流参数可以确定用于气流条件的对流膜系数。附加地或替代地，可以使用有限元分析(FEA)传导模型确定气流参数。例如，可以为光学封装的暴露于基于气流参数所确定的气流条件的外表面确定对流边界条件。

以这种方式，客户端设备510可以确定该组优化参数。

如图1A中进一步示出的，过程100可以包括基于该组优化参数执行改变初始加热器配置以确定目标加热器配置的优化过程(框150)。例如，客户端设备510可以执行确定目标加热器配置的优化过程，优化过程可以包括确定光学器件的CFD模型、计算光学器件的对流系数、确定光学器件的对流边界条件、确定光学器件的光学块内部的气流模型、执行优化几何变量的FEA模型、以及将执行FEA模型的结果与执行热CFD模型的结果互相关联，以确定是否满足该组设定标准等，如本文关于图1B中的框151-156所描述的。

以这种方式，客户端设备510可以执行该优化过程。

如图1A中进一步示出的，过程100可以包括基于执行优化过程提供识别目标加热器配置的信息(框160)。例如，客户端设备510可以提供识别目标加热器配置的信息，以使得能够基于目标加热器配置制造集成加热器。在一些实现方式中，客户端装置510可以提供识别目标加热器配置的信息用于经由用户界面显示。在一些实现方式中，客户端设备510可以提供关于目标加热器配置的信息。例如，客户端设备510可以提供材料列表、零件列表、组装计划、工程规范(例如，尺寸图、架构图等)等。在一些实现方式中，客户端设备510可以提供关于目标加热器配置的一个或多个度量。例如，客户端设备510可以提供识别目标加热器配置的温度梯度的信息、目标加热器配置的功耗、目标加热器配置相对于初始加热器配置所估计的在功耗上的节省等。

以这种方式，客户端设备510可以提供标识目标加热器配置的信息。

图1B提供了关于图1A的框150的进一步细节。如图1B示出的，过程100可以包括确定光学器件的热计算流体动力学模型(框151)。例如，客户端设备510可以确定光学器件的CFD模型。在一些实现方式中，客户端设备510可以基于向客户端设备510的输入确定CFD模型。例如，客户端设备510可以基于一组优化参数、光学器件的一组部件、光学器件的一组特征(例如，将用于该光学器件的一组材料、光学器件的形状、光学器件的部件的形状等)、一组设计标准等)确定CFD模型。在一些实现方式中，客户端设备510可以适应另一CFD模型以供光学器件使用。例如，客户端设备510可以获得存储的CFD模型或存储的CFD模型模板，并且可以将关于光学器件的值(例如，形状值、材料值等)适应或输入到存储的CFD模型或存储的CFD模型模板中，以确定光学器件的CFD模型。

以这种方式，客户端设备510可以确定CFD模型。

如图1B中进一步示出的，过程100可以包括计算用于光学器件的封装的外表面的一组对流系数(框152)。例如，客户端设备510可以基于执行CFD模型计算光学器件的光学封装的该组对流系数。在一些实现方式中，客户端设备510可针对多种气流条件执行CFD模型以确定光学封装的外表面的该组对流系数。例如，基于识别可能的气流条件的范围的气流参数，客户端设备510可以实现CFD模型的多次执行以确定多种可能的气流条件的对流系数。在一些实现方式中，客户端设备510可针对光学封装的多个外表面和/或其部分执行CFD模型。例如，客户端设备510可以基于输入到客户端设备510的信息识别光学封装的多个表面，并且可以实现CFD模型的多次执行来计算光学封装的多个表面的对流系数。

以这种方式，客户端设备510可以计算该组对流系数。

如图1B中进一步示出的，过程100可以包括在有限元分析模型中确定对流边界条件(框153)。例如，客户端设备510可以在FEA模型中确定对流边界条件。在一些实现方式中，客户端设备510可以基于该组对流系数确定对流边界条件。例如，客户端设备510可以处理该组对流系数以识别对流边界条件。以这种方式，客户端设备510校准与光学封装相关联的气流的对流系数(例如，对流膜系数)。

以这种方式，客户端设备510可以确定对流边界条件。

如图1B中进一步示出的，过程100可以包括确定光学器件的光学块内部的传导空气的模型(框154)。例如，客户端设备510可以对光学器件的光学块内部的传导空气建模。在一些实现方式中，客户端设备510可以确定用于光学块的气体/空气模型。例如，客户端设备510可以基于光学块计算作为空气环境、气体环境等的模型。在一些实现方式中，客户端设备510可确定光学块的FEA导热模型以模型化光学块内部的传导空气。例如，客户端设备510可以利用与光学块的气体域相关联的布尔函数来确定FEA导热模型。在这种情况下，校准的对流边界条件可以用于对光学块的暴露于环境(即，非强制)气流的外表面建模。在一些实现方式中，传导空气的模型可以排除光学块内部的对流。例如，客户端设备510在不包括对流气流的影响的情况下可以确定FEA导热模型。以这种方式，客户端设备510相对于包括对流气流计算而降低优化过程的计算复杂度，而不将阈值误差引入优化过程的结果中。以这种方式，相对于确定对流气流可以降低优化集成加热器形状的处理资源的利用。

以这种方式，客户端设备510可以确定光学块内部的传导空气的模型。

如图1B中进一步示出的，过程100可以包括执行优化一组几何变量的未知子集的有限元分析模型(框155)。例如，客户端设备510可以利用一组已知的几何变量(例如，环境温度范围、环境气流条件等)执行FEA模型(例如，FEA导热模型)以优化该组几何变量(例如，加热器功耗和加热器形状)的未知子集。在一些实现方式中，客户端设备510可以选择该组几何变量。例如，客户端设备510可以基于制造性标准、计算的热损耗路径标准等选择该组几何变量。在一些实现方式中，客户端设备510可基于执行FEA模型确定目标加热器配置，诸如集成加热器的加热器功耗和加热器几何形状。例如，客户端设备510可以利用已知系数(例如，一组对流系数、初始加热器配置等)来确定目标加热器配置。

在一些实现方式中，客户端设备510可以利用具体类型的优化过程执行FEA模型。例如，客户端设备510可以利用试错优化过程。附加地或替代地，可以执行另一种类型的优化过程，诸如迭代过程、收敛过程、启发式过程(例如，遗传算法)等。在一些实现方式中，客户端设备510可以基于为集成加热器所选择的均匀功率密度加热元件来优化FEA模型。在这种情况下，相对于为集成加热器所选择的可变功率密度加热元件，可以降低制造成本。在一些实现方式中，客户端设备510可以基于集成加热器的可变功率密度来优化FEA模型。在这种情况下，可以实现降低的温度梯度。基于利用少于阈值量的几何参数(例如，将可优化几何变量的量约束到可优化几何变量的子集)，客户端设备510可以优化FEA模型以确定使用用于集成加热器的可变功率密度加热元件的几何结构，而不过多(即，大于阈值)利用计算资源。在一些实现方式中，客户端设备510可基于一个或多个设计标准(诸如尺寸约束、成本约束、制造型约束等)选择集成加热器(例如，均匀功率密度或可变功率密度)的类型。

以这种方式，客户端设备510可以执行FEA模型。

如图1B中进一步示出的，过程100可以包括将执行有限元分析模型的结果与执行热计算流体动力学模型的结果互相关联，以确定是否满足该组设计标准(框156)。例如，客户端设备510可以将执行FEA模型的结果与执行热CFD模型的结果互相关联，以确定是否满足该组设计标准。在这种情况下，客户端设备510可以利用FEA模型优化的结果来确定加热器配置是否满足光学器件的部件的温度梯度标准。类似地，客户端设备510可以利用FEA模型优化的结果来确定加热器配置是否满足加热器功耗标准。基于满足一组设计标准，客户端设备510可以确定FEA模型的输出是目标加热器配置。

关于图2D，并且如附图标记226示出的，可以为光学器件202选择目标加热器配置。例如，用于单个集成加热器的非单片式形状可以被选择作为目标加热器配置，以使得单个集成加热器以小于阈值的温度梯度加热光学部件204。非单片式单个集成加热器可以包括接收电连接的一组焊盘210和一组引线212，以基于经由电连接接收的电产生热量。

关于图2E，并且如附图标记228示出的，目标加热器配置可以导致光学器件202的另一温度梯度。区域218-224表示基于初始加热器配置为光学器件202确定的不同温度。例如，区域218可以表示小于第一温度的第二温度；区域220可以表示小于第二温度的第三温度；区域222可以表示小于第三温度的第四温度；区域224可以表示小于第四温度的第五温度。在这种情况下，区域218-224之间的温度梯度可以满足部件204的阈值温度梯度。

以这种方式，客户端设备510可以将执行FEA模型的结果与执行CFD模型的结果互相关联，以确定是否满足该组设计标准。

尽管图1A和图1B示出了过程100的示例框，但是在一些实现方式中，过程100可以包括附加块、更少块、不同块或不同于图1A和图1B中所示的那些块布置的块。附加地或替代地，可以并行执行过程100的两个或更多个块。

如上所述的，图2A至图2E仅作为示例提供。其他示例是可能的，并且可以不同于关于图2A至图2E所描述的。

图3A和图3B是关于图1A和图1B示出的示例过程100的示例实现方式300的图。图3A和图3B示出了用于光具座的集成加热器的优化加热器形状的示例。

关于图3A和图3B，双1x20 WSS可以被配置在具有基于柯伐(Kovar)合金的光学封装的基于殷钢的光具座上。殷钢和柯伐合金可以分别与17.3瓦特/米-开尔文(W/mK)和10.2W/mK的相对低的热导率相关联。基于识别WSS的一组部件并基于该组部件确定一组设计标准，可以确定使用两个加热器的初始加热器配置用于WSS(例如，布置在光具座上方的第一加热器和布置在光具座下方的第二加热器)。在一些实现方式中，WSS可以布置在光学封装(例如，陶瓷光学封装、氮化铝光学封装、殷钢光学封装、柯伐合金光学封装等)内部。确定一组优化参数，并使用例如FEA模型执行优化以对热传递模型(例如，导热传递、对流热量传递、辐射热量传递等)建模。基于该优化，确定为WSS提供等温环境的目标加热器配置。基于包括直接附接到WSS的光具座而非被提供在热环境(例如，烤箱)中WSS的两个加热器，降低WSS的尺寸和WSS的功耗。

如图3A示出的，在俯视图中，提供了布置在光具座上方的单片式第一加热器。第一加热器被配置成完全覆盖光具座，并被配置成提供均匀功率密度。例如，加热器的不同部分处的热通量可以在阈值百分比内，诸如在10％之内、在5％之内、在1％之内等。

如图3B示出的，在仰视图中，提供了布设在光具座下方的非单片式第二加热器。第二加热器被配置为仅覆盖光具座的一部分并且被配置为提供均匀功率密度。在这种情况下，散热通过加热器的表面积相对均匀地分布。如附图标记302示出的，用于将加热器附接至光具座的粘合剂的部分可以延伸超出第二加热器的加热器元件的极限。以这种方式，相对于将粘合剂仅直接布置在加热器元件和光具座之间的另一技术，可以改善第二加热器到光具座的安装。在一些实现方式中，粘合剂可以是压敏粘合剂，例如卡普顿(Kapton)胶带或任何类型的压敏粘合剂(PSA)胶带。

在一些实现方式中，加热器(包括胶带)的总厚度可以约为400微米(μm)。在一些实现方式中，表面积可以关于光具座的尺寸和/或安装在光具座上的将被维持在等温环境中的光学部件的占空面积。例如，加热器的加热器元件的加热器表面积大约为4750平方毫米(mm²)。

在一些实现方式中，第一加热器和第二加热器中的至少一个可以集成到光具座的表面上。例如，加热器元件可以诸如经由印刷过程、沉积过程、剥离程序等以第一加热器和第二加热器的形状直接布置在光具座和/或光具座的一个或多个部件的表面上(例如，加热器元件可以直接布置在玻璃基板、硅基板等上和/或玻璃基板或硅基板等中)。以这种方式，包括光具座、第一加热器和第二加热器的光学封装的尺寸可以相对于使用粘合剂附接至光具座的具有基板的第一加热器和第二加热器而减小。而且，由于省略第一加热器和第二加热器的粘合剂和/或基板而导致的增加的空气间隙可导致功耗降低。此外，省略粘合剂相对于使用粘合剂可以改善光学封装的耐久性。

如上所述，图3A和图3B仅作为示例提供。其他示例是可能的，并且可以不同于关于图3A和图3B所描述的。

图4A和图4B是关于图1A和图1B示出的示例过程100的示例实现方式400的图。图4A和图4B示出了优化用于光具座的集成加热器的加热器形状的示例。

关于图4A和图4B，WSS装备有光具座的陶瓷外壳。光具座与180W/mK的导热率相关联。WSS的光学封装使用铝制造；然而，将加热器附接到铝封装导致过大功耗。作为结果，加热器可以被配置为通过附接到光具座而集成到光学封装中。

如图4A示出的，确定用于WSS的初始加热器配置402。初始加热器配置402是单个单片式集成加热器。集成加热器可以与7.6mm轨迹(即，导热元件或引线)相关联。WSS可以与用于光学部件的200毫瓦(mW)基板液晶(LCoS)技术和0.8W/mK玻璃基板相关联。如附图标记404示出的，确定用于初始加热器配置的温度梯度。第一温度406(例如，相对高的温度，诸如摄氏65.6度(65.6℃))和第二温度408(例如，相对低的温度，诸如61.5℃)之间的温度梯度超过阈值温度梯度。

如图4B示出的，基于执行基于FEA的优化过程，为WSS确定目标加热器配置412，如本文所描述的。目标加热器配置412是单个非单片式集成加热器。单个非单片式集成加热器的形状可以被构造为引起小于WSS的阈值温度梯度。例如，该形状可以包括形成八字形形状的一组开口413，以在WSS的部件的子集(例如，WSS的棱栅)附近引起降低的热通量。集成加热器可以与7.6毫米轨迹相关联，并且可以安装在光具座底部。如附图标记414示出的，为目标加热器配置确定温度梯度。第一温度416(例如，相对高的温度，诸如摄氏65.6度(65.6℃))和第二温度418(例如，相对低的温度，诸如63.3℃)之间的温度梯度满足阈值温度梯度，从而确保WSS可以在不降低由非等温环境造成的性能的情况下操作。在一些实现方式中，阈值温度梯度可以小于3℃、小于2.5℃、小于2℃、小于1℃等。

在一些实现方式中，集成加热器可以与具体厚度相关联。例如，集成加热器可以与在200微米(μm)和600μm之间、在300μm和500μm之间、或在350μm和450μm之间的厚度相关联。在一些实现方式中，集成加热器可以与约400μm、小于400μm等的厚度相关联。在一些实现方式中，集成加热器可以在不使用粘合剂(例如，压敏粘合剂)的情况下附接到光具座。例如，加热器元件可以集成到光具座(例如，导电加热器元件可以直接印刷、沉积、图案化等到光具座的基板上，而不是附接到光具座的单独基板上。)。

以这种方式，可以增加加热器元件和光学封装之间的空气间隙，从而相对于与具有基板的集成加热器相关联的减小的空气间隙降低功耗，其中该基板附接到光具座。而且，基于消除对粘合剂的需要，可以基于降低引起使加热器元件从光具座上脱离的粘合剂劣化的可能性来提高WSS的耐久性。此外，消除对承载加热器元件的基板的需要可以降低由基板引起的加热器元件和光具座之间的绝缘，从而降低与加热器元件相关联的功耗。此外，基于将加热器元件直接附接到光具座，诸如经由将加热器元件印刷到光具座，相对于需要将基板手动对准到光具座上的位置降低制造难度，其中加热器元件被附接到基板。

在一些实现方式中，集成加热器的加热器元件可以直接集成到WSS的部件的表面上，诸如经由将导热元件印刷到该部件的表面。在一些实现方式中，加热元件(例如，电迹线)可以图案化到光学封装的内表面上(例如，光学封装的氮化铝内表面)。例如，可以在加热元件和光学封装的内表面之间没有基板或粘合剂层的情况下图案化该加热元件。

在一些实现方式中，集成加热器可以包括柔性基板。例如，集成加热器可以包括布置在柔性基板上的一组加热器元件、WSS的部件等，其中该柔性基板附接到光具座。以这种方式，集成加热器可以从光具座的平面三维移位，从而使得相对于平面集成加热器能够改善温度梯度控制并且/或者降低功耗。

如上所述，图4A和图4B仅作为示例提供。其他示例是可能的，并且可以不同于关于图4A和图4B所描述的。

图5是示例环境500的图，在该示例环境中，可以实现本文描述的系统和/或方法。如图5示出的，环境500可以包括客户端设备510、服务器设备520和网络530。环境500的设备可以经由有线连接、无线连接或有线连接和无线连接的组合互连。

客户端设备510包括能够接收、生成、存储、处理和/或提供与确定集成加热器的优化形状相关联的信息的一个或多个设备。例如，客户端设备510可以包括通信和/或计算设备(诸如移动电话(例如，智能电话、无线电话等))、计算机(例如，膝上型计算机、平板计算机、手持设备、台式计算机等)、玩游戏设备、可穿戴通信设备(例如，智能手表、一副智能眼镜等)或类似类型的设备。

服务器设备520包括能够存储、处理和/或路由与确定集成加热器的优化形状相关联的信息的一个或多个设备。在一些实现方式中，服务器设备520可以包括允许服务器设备520从环境500中的其他设备接收信息和/或向环境500中的其他设备发送信息的通信接口。

网络530包括一个或多个有线和/或无线网络。例如，网络530可以包括蜂窝网络(例如，长期演进(LTE)网络、码分多址(CDMA)网络、3G网络、4G网络、5G网络、另一种类型的下一代网络等)、公共陆地移动网络(PLMN)、局域网(LAN)、广域网(WAN)、城域网(MAN)、电话网络(例如，公共交换电话网络(PSTN))、专用网络、自组网络、内联网、因特网、基于光纤的网络、云计算网络等、和/或这些的组合或其他类型的网络的组合。

图5中示出的设备和网络的数量和布置作为示例被提供。实际上，会有附加设备和/或网络、更少的设备和/或网络、不同的设备和/或网络、或者不同于图5中示出的那些设备和/或网络布置的设备和/或网络。此外，图5中示出的两个或更多个设备可以在单个设备中实现，或者图5中示出的单个设备可以实现为多个分布式设备。附加地或替代地，环境500的一组设备(例如，一个或多个设备)可以执行被描述为由环境500的另一组设备执行的一个或多个功能。

图6是设备600的示例部件的图。设备600可以对应于客户端设备510和/或服务器设备520。在一些实现方式中，客户端设备510和/或服务器设备520可以包括一个或多个设备600和/或设备600的一个或多个部件。如图6示出的，设备600可以包括总线610、处理器620、存储器630、存储部件640、输入部件650、输出部件660和通信接口670。

总线610包括允许设备600的部件之间通信的部件。处理器620被实现在硬件、固件或硬件和软件的组合中。处理器620是中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、加速处理单元(APU)、微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或另一类型的处理部件。在一些实现方式中，处理器620包括能够被编程为执行功能的一个或多个处理器。存储器630包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和/或存储供处理器620使用的信息和/或指令的另一类型的动态或静态存储设备(例如，闪存、磁存储器和/或光学存储器)。

存储部件640存储关于设备600的操作和使用的信息和/或软件。例如，存储部件640可以包括连同相应驱动器的硬盘(例如，磁盘、光盘、磁光盘和/或固态盘)、光盘(CD)、数字通用光盘(DVD)、软盘、盒式磁带、磁带和/或另一类型的非暂时性计算机可读介质。

输入部件650包括允许设备600接收诸如经由用户输入(例如，触摸屏显示器、键盘、小键盘、鼠标、按钮、开关和/或麦克风)的信息的部件。附加地或替代地，输入部件650可包括用于感测信息的传感器(例如，全球定位系统(GPS)部件、加速计、陀螺仪和/或致动器)。输出部件660包括提供来自设备600(例如，显示器、扬声器和/或一个或多个发光二极管(LED))的输出信息的部件。

通信接口670包括类似收发器的部件(例如，收发器和/或单独的接收器和发射器)，其使得设备600能够诸如经由有线连接、无线连接、或有线和无线连接的组合与其他设备通信。通信接口670可以允许设备600从另一设备接收信息和/或向另一设备提供信息。例如，通信接口670可以包括以太网接口、光学接口、同轴接口、红外接口、射频(RF)接口、通用串行总线(USB)接口、Wi-Fi接口、蜂窝网络接口等。

设备600可以执行本文描述的一个或多个过程。设备600可以基于处理器620执行由非暂时性计算机可读介质(诸如存储器630和/或存储部件640)存储的软件指令来执行这些过程。计算机可读介质在本文中被定义为非暂时性存储器设备。存储器设备包括单个物理存储设备内的存储器空间或分布在多个物理存储设备上的存储器空间。

软件指令可以经由通信接口670从另一计算机可读介质或从另一设备被读取到存储器630和/或存储部件640中。当存储在存储器630和/或存储部件640中的软件指令被执行时，该软件指令可以使处理器620执行本文描述的一个或多个过程。附加地或替代地，可以使用硬连线电路代替软件指令或与软件指令结合使用执行本文描述的一个或多个过程。因此，本文描述的实现方式不限于硬件电路和软件的任何特定组合。

图6中示出的部件的数量和布置作为示例被提供。实际上，设备600可以包括附加部件、更少部件、不同部件或者与图6中示出的那些部件不同布置的部件。附加地或替代地，设备600的一组部件(例如，一个或多个部件)可以执行被描述为由设备600的另一组部件执行的一个或多个功能。

以这种方式，可以确定用于集成加热器的加热器形状以确保光学器件的等温环境。而且，提供用于WSS的优化加热器形状，以使得相对于与更大温度梯度、增加的功率消耗等相关联的其他加热器配置能够改善WSS的性能。

虽然前述公开提供了图示说明和描述，但并非旨在穷举或将实现方式限于所公开的精确形式。鉴于以上公开内容，修改和变型是可能的，或者可以从实现方式的实践中获得。

本文结合阈值描述了一些实现方式。如本文所使用的，满足阈值可以涉及值大于阈值、多于阈值、高于阈值、大于或等于阈值、小于阈值、少于阈值、低于阈值、小于或等于阈值、等于阈值等。

将显而易见的是，本文描述的系统和/或方法可以以不同形式的硬件、固件或硬件和软件的组合被实现。用于实现这些系统和/或方法的实际专用控制硬件或软件代码不限制该实现方式。因此，本文描述了系统和/或方法的操作和行为，而没有参考特定的软件代码，应该理解的是，可以基于本文的描述设计实现系统和/或方法的软件和硬件。

尽管特征的具体组合被叙述在权利要求中和/或公开在说明书中，但是这些组合并不旨在限制可能实现方式的公开。实际上，这些特征中的许多可以以未在权利要求中特定陈述和/或在说明书中公开的方式组合。尽管下面列出的每个从属权利要求可以直接依赖于仅一个权利要求，但是可能的实现方式的公开包括与权利要求组中的每个另一权利要求组合的每个从属权利要求。

除非明确地如此描述，否则本文使用的元件、动作或指令不应被解释为关键或必要的。此外，如本文所使用的，冠词“一(a/an)”旨在包括一个或多个项目，并且可以与“一个或多个”互换使用。此外，如本文所使用的，术语“组”旨在包括一个或多个项目(例如，相关项目、不相关项目、相关和不相关项目的组合等)，并且可以与“一个或多个”互换使用。在仅有一个项目的情况下，术语使用“一个”或类似的语言。此外，如本文所使用的，术语“具有”、“包括”、“包含”等旨在是开放式术语。此外，除非另有明确说明，否则短语“基于”旨在表示“至少部分地基于”。

Claims (20)

1.一种光具座，包括：

集成加热器，

所述集成加热器包括：

基板；和

布置在所述基板上的加热元件，所述加热元件包括至少一根电迹线，

其中，所述集成加热器与一非单片式形状相关联，所述非单片式形状被构造成使所述加热元件以小于阈值的温度梯度加热布置在所述光具座附近的光学器件，

其中，所述集成加热器布置在所述光具座的表面或所述光学器件的光学部件的表面中的至少一个上。

2.根据权利要求1所述的光具座，其中，所述集成加热器的厚度小于450微米。

3.根据权利要求1所述的光具座，其中，所述基板是所述光具座的所述表面，不存在粘合剂层布置在所述光具座的所述表面和所述基板之间。

4.根据权利要求1所述的光具座，其中，所述基板的至少一部分是柔性基板。

5.根据权利要求1所述的光具座，其中，所述基板是玻璃基板。

6.根据权利要求1所述的光具座，其中，所述基板是所述光学器件的所述光学部件的所述表面。

7.根据权利要求1所述的光具座，其中，所述光学器件是波长选择开关(WSS)或双1x20WSS。

8.根据权利要求1所述的光具座，其中，所述加热元件是均匀瓦特密度加热元件。

9.根据权利要求1所述的光具座，其中，所述光具座包括陶瓷外壳。

10.根据权利要求9所述的光具座，其中，所述陶瓷外壳包围所述集成加热器和所述光学器件。

11.一种加热器，包括：

多个加热元件，其布置在光学封装的内表面上，不存在粘合剂层布置在所述多个加热元件和所述光学封装的所述内表面之间，

所述光学封装包围光学器件，

所述多个加热元件被布置成在所述光学封装内提供等温环境的形状；以及

其中，所述等温环境包括小于3摄氏度的温度梯度。

12.根据权利要求11所述的加热器，其中，所述加热器的厚度小于或等于400微米。

13.根据权利要求11所述的加热器，其中，所述形状是8字形形状。

14.根据权利要求11所述的加热器，其中，所述形状是使用有限元分析技术构造的。

15.根据权利要求11所述的加热器，其中，所述内表面是氮化铝内表面；和

其中，所述多个加热元件是集成在所述氮化铝内表面上的多根电迹线。

16.根据权利要求11所述的加热器，其中，所述温度梯度小于2.5摄氏度。

17.根据权利要求11所述的加热器，其中，所述加热器针对在0摄氏度和60摄氏度之间的环境温度范围维持所述等温环境。

18.一种光学封装，包括：

波长选择开关(WSS)，其布置在所述光学封装内部的光具座上；和

多个加热器，

其中，所述多个加热器中的至少一个加热器布置在所述光学封装内部的所述光具座上，而不存在粘合剂层布置在所述至少一个加热器和所述光具座之间，

其中，所述多个加热器中的至少一个加热器具有使所述多个加热器能够在0摄氏度和60摄氏度之间的环境温度范围内维持等温环境的形状，

其中，所述等温环境包括所述光学封装内的小于3摄氏度的温度梯度。

19.根据权利要求18所述的光学封装，其中，所述波长选择开关布置在所述多个加热器之间。

20.根据权利要求18所述的光学封装，其中，所述温度梯度是水平温度梯度和竖直温度梯度。