CN110703391A - 具有气密光启动器及外部阵列波导光栅的光发射次模块 - Google Patents

具有气密光启动器及外部阵列波导光栅的光发射次模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种光发射次模块，根据本发明的光发射次模块包括耦接于气密光启动器的光驱动电路。气密光启动器包括由多个侧墙界定的壳体。壳体界定出气密的腔体以避免引入会降低光学能量的污染物。气密的光启动器通过光学插座光学地耦接于外部的阵列波导光栅或其他多工装置。光学插座例如包括光学隔离器、光纤柱及光纤套管部。因此，相较于将阵列波导光栅及相关的元件设于气密腔体内的方法，外部的阵列波导光栅及相关的外部光学耦合元件有利于使气密的光启动器具有尺寸较小的腔体。本发明还公开一种具有光发射次模块的光收发器。

Description

具有气密光启动器及外部阵列波导光栅的光发射次模块
技术领域
本发明涉及美国专利案15/963,246(“TOSA with Trace Routing to ProvideElectrical Isolation Between Power and RF Traces”，申请日：2018年4月26日)，此申请的整体可这里作为参考。
本发明关于光学通讯，特别是一种具有以气密方式密封的光启动器壳体的光发射次模块(transmitter optical subassembly，TOSA)以及以气密方式密封的光启动器壳体的外部阵列波导光栅(arrayed wavguide grating，AWG)。
背景技术
光收发器可用来发出及接收光学信号以适用于但不限于网络数据中心(internetdata center)、线缆电视宽带(cable TV broadband)及光纤到户(fiber to the home，FTTH)等各种应用。举例来说，相较于以铜制成的线缆来传输，以光收发器来传输可在更长的距离下提供更高的速度。为了以较低的成本在较小的光收发器模块中提供较高的速度例如会面临热管理(thermal management)、插入损耗(insertion loss)及合格率(manufacturing yield)等挑战。
光收发器模块一般包括用于发射光学信号的一或多个光发射次模块。光发射次模块能包括一或多个激光器以及相关的电路，其中激光器用来发出一或多个信道波长(channel wavelength)，且电路用来驱动激光器。诸如长距离通讯的某些光学应用会需要光发射次模块包括以气密方式密封的壳体以及设置在此壳体中的阵列波导光栅、温度控制装置、激光封装结构(laser package)及相关的电路，借以降低损失并确保有良好的效能。然而，包括有以气密方式密封的壳体会增加制造方面的复杂度及成本，并导致不可忽视的(non-trivial)挑战。
发明内容
根据本发明的一态样公开了一种光发射次模块。光发射次模块包括气密光启动器以及多路复用器。气密光启动器具有一壳体以及多个激光装置。壳体界定出气密的一腔体。激光装置设置于气密的腔体中，并用于发出相关的多个信道波长。多路复用器设置于气密的腔体之外，并光学地耦接于气密光启动器，借以接收相关的信道波长并输出一多工基信号。
以上关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的权利要求书还进一步的解释。
附图说明：
图1A及图1B为根据本发明的实施例的多频光收发器的方块图；
图2A为根据本发明的实施例的光发射次模块的第一侧的立体图；
图2B为图2A中根据本发明的实施例的光发射次模块的第二侧的立体图；
图2C为图2B中根据本发明一实施例的光发射次模块的第二侧的局部放大图；
图3为根据本发明一实施例的气密壳体的剖面图；
图4为根据本发明的气密壳体的另一剖面图；
图5为呈现根据本发明的气密壳体与光纤插座一起使用的剖面图；
图6为根据本发明的气密壳体的立体图；
符号说明：
100、100’ 光收发器
102 壳体
104 发射连接电路
108 接收连接电路
110、112 MPO连接器
111 光多路复用器
113 光多路解复用器
114 光纤
115 输出光纤
116 输出光学连接器
117 输入光纤
118 输入光学连接器
120a、120b、120c、120d 光发射次模块
122 发射光纤
130 光接收次模块
132 接收光纤
133 光纤阵列
134 光侦测器阵列
136 跨阻抗放大器
200 光发射次模块
202 基板
204 气密光启动器
206-1 第一端
206-2 第二端
208 发射电路接口区域
210 光启动器驱动电路
212 光启动器接口区域
214-1 第一安装面
214-2 第二安装面
216、218 长轴
222 垫片
224 壳体
226 腔体
228 馈通装置
230-1 第一表面
230-2 第二表面
232-1 第一部分
232-2 第二部分
234、236 线路
240 激光装置
242、242-1、242-2、246 互连装置
244 垫片
250、251、252、253 插座
252 温度控制装置
254 光纤
256 底部侧墙
280 汇聚镜片
401-1 第一侧墙
401-2 第二侧墙
402 第一安装面
404 温度控制激光装置
406 第一子安装件
407 热电致冷器
408 第二子安装件
409 激光子安装件
410 激光二极管
411 阵列波导光栅
412 聚焦透镜
414 光线路径
420-1、420-2、420-3、420-4 开孔
430-1 第一开孔
430-2 第二开孔
440 焊接环
442 插座安装件
445 光学隔离器
446 透镜
447 套管容纳部
448 波导
449 多工光学信号
452 光纤柱
TX_D1、TX_D2、TX_D3、TX_D4 驱动信号
RX_D1、RX_D2、RX_D3、RX_D4 电性数据信号
W1、W2、W3 宽度
具体实施方式
以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使本领域的技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所公开的内容、权利要求书及附图，本领域的技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例是进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。
如上所述，部分的光发射次模块能达到高达10公里或更远的光学传输距离。这种光发射次模块可适用于CFP(C form-factor pluggable)、CFP2、CFP4及QSFP(quad smallform-factor pluggable)等标准的应用。一般来说，这种光发射次模块包括气密的封装结构(或简称为壳体)以及用于光学耦合的LC插座(或其他合适的插座)。气密的封装结构可容纳诸如电吸收调变器机体激光器(electro-absorption modulator integrated laser，EML)的激光封装结构、电力监控光二极管(power monitors photodiodes)、热电致冷器(thermoelectric cooler，TEC)、诸如用于多工的(multiplexing)多频波长的阵列波导光栅的光多路复用器(optical multiplexer)、诸如印刷电路板的电性互连器(electricalinterconnects)，以及诸如光纤柱(fiber stub)的光学互连器(optical interconnects)。气密的封装结构能包括多个腔体(cavity)，且这些腔体具体来说被设计来以优化空间限制的方式容纳这些元件，并可促进热量的流动。然而，以需要配合光学启动器的元件的尺寸来制造气密封装结构会增加制造成本及复杂度。此外，例如热电致冷器可能需要消耗大量的电力来冷却/加热器密腔体中的元件，而此最终会导致传输效率的降低。
因此，本发明大致上关于一种具有气密壳体的光发射次模块。气密壳体包括激光装置(laser arrangement)以及多工装置(multiplexing device)，其中激光装置设置于气密壳体中且用于输出多个信道波长，且多工装置设置于气密壳体的外部，并例如为阵列波导光栅、滤波器或其他合适的装置。具体来说，根据本发明的光发射次模块包括耦接于气密光启动器的光驱动电路。气密光启动器包括由多个侧墙界定出的壳体。壳体界定出气密的腔体，借以防止引入会降低电力的污染物。气密光启动器通过光学插座光学地耦接于外部的阵列波导光栅。光学插座能包括波导，且波导例如通过光隔离器(optical isolator)、光纤柱及光纤套管部(fiber ferrule section)来实现。因此，相较于其他将阵列波导光栅及相关元件设至在气密腔体中的方法来说，外部的阵列波导光栅及相关的外部光学耦合元件有利地使气密光启动器地腔体具有较小的尺寸，其中相关的外部光学耦合元件例如为隔离器、光纤柱、光纤套管部。
这里，可用气密的(hermetic-sealed)或气密地密封(or hermetically-sealed)等词来形容壳体，且这些词是指壳体最多仅会以大约5×10-8立方厘米/秒的速度释放填充气体(filler gas)，其中填充气体可包括惰性气体(inert gas)或惰性气体的混合物。惰性气体例如为氮气、氦气、氩气、氪气、氙气。惰性气体的混合物例如为氮氦混合物(nitrogen-helium mix)、氖氦混合物(neon-helium mix)、氪氦混合物(krypton-helium mix)或氙氦混合物(xenon-helium mix)。
这里，“信道波长(channel wavelength)”指与光学信道相关的波长，且可包括中心波长附近的特定波长带。于一示例中，信道波长可由国际电信联盟(InternationalTelecommunication，ITU)标准定义，例如ITU-T密集波分复用(dense wavelengthdivision multiplexing，DWDM)网格(grid)。本发明同样地可应用于稀疏波分复用(coarsewavelength division multiplexing，CWDM)。于特定的示例中，信道波长根据局域网络(local area network，LAN)波分复用(wavelength division multiplexing，WDM)实施，而局域网波分复用也可称为LWDM。用语“耦合”这里是指任何连接、耦接、连结或相似的关系，且“光学地耦合”是指光从一个元件传递(impart)到另一个元件的耦合关系。这种“耦合”装置并不需要直接彼此连接，且可由中间元件或能操控或修改这样的信号的装置分隔开。
用语“实质上”这里一般性地使用并指可接受的误差范围内的精准程度，其中可接受的误差范围视为并反映因制造过程中的材料组成、材料缺陷及/或限制/奇异(peculiarity)所产生的次要真实世界变化(minor real-world variation)。这种变化可因此被描述为大致地(largely)，但不需完全地达成所述的特性。为了提供一种非限制性的示例来量化“实质上”，除非另有说明，否则次要变化可造成的误差小于或等于特定描述的数量/特性的正负5％。
请参阅相关附图，其中图1A呈现及描述根据本发明实施例的光收发器100。于本实施例中，光收发器100使用四个不同的信道波长(λ1、λ2、λ3、λ4)发出并接收四个信道的信号，且每信道能具有至少大约25Gbps/s的传输速度。于一示例中，信道波长λ1、λ2、λ3、λ4可分别为1270纳米(nm)、1290nm、1310nm及1330nm。包括相关于局域网波分复用的其他信道波长也位于本发明的范围内。光收发器100也能具有2公里(km)至约10公里的传输距离。光收发器100例如可用于网络数据中心应用(internet data center applications)或是光纤到户(fiber to the home，FTTH)应用。
虽然以下的示例及实施例呈现并说明四信道的(4-channel)光收发器，但本发明并不以此为限。举例来说，本发明同样地能应用于2、6或8信道的配置。
本实施例所公开的光收发器100包括多个光发射次模块(TOSA)120a、120b、120c、120d及多信道的光接收次模块(receiver optical subassembly，ROSA)130，其中光发射次模块120a、120b、120c、120d用于在不同的信道波长发出光学信号，且多信道的光接收次模块130用于在不同的信道波长接收光学信号。光发射次模块120a、120b、120c、120d及多信道的光接收次模块130位于收发器的壳体102中。
发射连接电路104及接收连接电路108在壳体102中分别提供电性连接给光发射次模块120a、120b、120c、120d及多信道的光接收次模块130。发射连接电路104电性连接于各个光发射次模块120a、120b、120c、120d中的电子元件(例如激光器、屏幕光二极管等等)，且接收连接电路108电性连接于多信道的光接收次模块130中的电子元件(例如光二极管、转阻放大器等等)。发射连接电路104及接收连接电路108可为柔性印刷电路，其中柔性印刷电路至少包括导电路径借以提供电性连接，并也可包括额外的电路。
如下详细描述，各个光发射次模块120a、120b、120c、120d可实施为光发射次模块200。各个光发射次模块可电性耦接于发射连接电路104上的导电路径，且可用于接收驱动信号(例如TX_D1、TX_D2、TX_D3、TX_D4)，并将信道波长发射至发射光纤122的光纤上。
多光纤推接(multi-fiber push on，MPO)连接器110提供光学连接给壳体102中的光发射次模块120a、120b、120c、120d及多信道的光接收次模块130。MPO连接器110分别通过发射光纤122及接收光纤132光学地耦接于光发射次模块120a、120b、120c、120d及多信道的光接收次模块130。MPO连接器110用于耦接于相匹配的MPO连接器112，而使得光收发器100中的发射光纤122及接收光纤132光学地耦接于外部的光纤114。
接着，图1A中所呈现的本实施例的多信道的光接收次模块130包括光侦测器(photodetector)阵列134，其中光侦测器阵列134例如包括光学耦合于光纤阵列133的光二极管，且光纤阵列133由接收光纤132的端部形成。多信道的光接收次模块130也包括多信道的跨阻抗放大器(transimpedance amplifier)136，且多信道的跨阻抗放大器136电性连接于光侦测器阵列134。光侦测器阵列134及跨阻抗放大器136侦测从光纤阵列133接收的光学信号并将此光学信号转换成电性数据信号RX_D1、RX_D2、RX_D3、RX_D4，其中电性数据信号通过接收连接电路108输出。光接收次模块的其他实施例也可用于光收发器100中，而用于接收及侦测一或多个光学信号。
本实施例所提供的光收发器100不包括光多路复用器(multiplexer)或多路解复用器(demultiplexer)。光学信号可于光收发器100多路复用或多路解复用。
请参阅图1B，另一实施例提供的光收发器100’包括同上所述的光启动器(例如光发射次模块120a、120b、120c、120d及光接收次模块130)，并还包括光多路复用器111及光多路解复用器113。光多路复用器111及光多路解复用器113皆可包括阵列波导光栅(AWG)。光多路复用器111光学地耦接于发射光纤122，且光多路解复用器113光学地耦接于接收光纤132。光多路复用器111多路复用正通过发射光纤122发射的光学信号，借以提供经多路复用的光学信号给输出光纤115。光多路复用器113将输入光纤117所接收并经多路复用的光学信号多路解复用，借以提供所接收的光学信号给接收光纤132。输出光纤115及输入光纤117分别耦接于输出光学连接器116以及输入光学连接器118。
本实施例所提供的光收发器100’包括4个信道，且可用于稀疏波分复用，但也可包括其他数量的信道。本实施例所提供的光收发器100’也可具有每信道至少约25Gbps的传输速率以及至少约2km到10km的传输距离，并可用于网络数据中心应用或光纤到户应用。
请参阅图2A至图2B，其呈现有根据本发明一实施例的示例性光发射次模块200。光发射次模块200可作为上述光收发器100、100’中的光发射次模块装置实施。如附图所示，光发射次模块200包括一基板202及一气密光启动器204，其中气密光启动器204耦接于基板202的一端。具体来说，基板202包括一第一端206-1，且第一端206-1沿长轴216延伸至一第二端206-2。基板可包括印刷电路板(printed circuit board，PCB)，且印刷电路板由硅或任何其他能耦接/安装至电子元件的材料所形成。基板202包括用于安装元件的至少两个安装面，例如以相对的布置方式(arrangement)/布局(configuration)相对设置的第一安装面214-1及第二安装面214-2。
基板202包括发射电路(TX)接口区域208、光启动器接口区域212以及光启动器驱动电路210，其中发射电路接口区域208邻近于第一端206-1、光启动器接口区域212邻近于基板的第二端206-2，且光启动器驱动电路210设置于发射电路接口区域208以及光启动器接口区域212之间。发射电路接口区域208可包括用于与发射连接电路电性耦接的多个端子/垫片(pad)，其中发射连接电路例如为发射连接电路104。发射电路接口区域208可因此于耦接于相关的发射连接电路时从相关的发射连接电路接收信号，其中此信号例如为电力信号或诸如射频(RF)的其他信号。光启动器接口区域212也包括用于与气密光启动器204电性耦接的垫片222(或是端子)。
光启动器驱动电路210可包括电力转换电路及其他适于驱动光启动器的芯片/装置，其中光启动器例如为气密光启动器204。光启动器驱动电路210可设置于基板202中的一或多个安装面上。举例来说，如图2A及图2B所示，光驱动电路设置于第一安装面214-1及第二安装面214-2。这种双侧的布置方式使得射频(RF)及直流(DC)线路(trace)能彼此独立，而有利于最小化或降低他们彼此的电性干涉。然而，本发明并不需要以此为限，且光驱动电路可根据所向往的配置而仅设置于基板202的一侧。光启动器驱动电路210可通过线路电性耦接于发射电路接口区域208，且更具体地来说电性耦接于多个端子/垫片。类似地，光启动器驱动电路210可通过线路电性耦接于光启动器接口区域212的垫片/端子，此将于以下详细描述。
气密光启动器204包括气密的壳体224或是由多个侧墙界定出的壳体224。壳体224可包括长轴218，且长轴218实质上穿过基板202的长轴216。壳体224例如可包括金属、塑料、陶瓷或其他任何合适的材料。壳体224可为组合式结构或是一体式结构。
壳体224可更界定出用于激光器的一腔体226(如图3所示)，且用于激光器的腔体226中可填充有惰性气体借以形成惰性气圈(inert atmosphere)。于一实施例中，密封于气密容器中的惰性气体包括氮气，且较佳地包括1大气压的氮气。惰性气体可由氮气、氦气、氩气、氪气、氙气，或它们的混合物所形成，其中所述混合物包括氮氦混合物、氖氦混合物、氪氦混合物或氙氦混合物。可以特定折射率或其他光学性质为准挑选包括在气密容器中的惰性气体或混合气体。也可基于这些气体促进隔热的能力来选择这些气体。举例来说，可单独使用被认为用于促进热传递的氦气或是一并使用氦气及上述所提及的气体。在任何情况中，气密的以及气密地皆可交替使用并指壳体仅以最多约5×10-8立方厘米/秒的速度释放填充气体。
如附图所示，壳体224可邻接或抵于(abut)(例如直接耦接于)基板202的第二端206-2，并从第二端206-2延伸。此也可称为壳体224以及基板202之间的端对端(end-to-end)连结。壳体224可通过粘着剂或其他合适的方式牢固地(securely)贴附于基板，其中合适的方式例如为螺丝、铆钉、摩擦紧配(friction-fit)、舌部及凹槽的搭配或上述的任何组合。然而，壳体224也可不直接耦接于基板202的第二端206-2，而是可通过中间装置/结构间接地耦接于基板202的第二端206-2。
如图2A及图2B所示，替代地，或是除了粘着剂或其他的贴附装置以外，壳体224可根据电性互连装置(electrical interconnect devices)(或仅称为互连装置)牢固地贴附于基板202，其中电性互连装置焊接或耦接于基板202及壳体224之间。举例来说，第一类型的互连装置一并以242表示，并各自以242-1及242-2表示，且可通过各自的垫片222耦接于基板202。虽然其他实施例属于本发明所欲涵盖的范畴中，但是第一类型的互连装置242可实质上于尺寸及类型上相似。举例来说，各个互连装置242可实质上具有相似的尺寸，且可各包括铜、铝、铁或其他合适的导电金属或合金。于其他实施例中，互连装置242-1与互连装置242-2可包括不同的金属材料并具有不同的尺寸。于一特定的示例性实施例中，互连装置242包括直流(DC)总线互连器(bus bar interconnects)。
如附图所示，互连装置242-1可耦接于基板202的第一安装面214-1，且互连装置242-2可设置于基板202的第二安装面214-2而相对于互连装置242-1。相对于仅在基板202的一侧耦接互连装置而言，这种相对的配置/布置方式可增加壳体224及基板202之间的接口的结构稳定度。于本实施例中，虽然在其他实施例中互连装置可以错位的方式设置而不共同延伸(coextensive)，但是各个第一互连装置242-1可与相对应的第二互连装置242-2以共同延伸的方式设置。在某些实施例中互连装置242可仅耦接于一侧而提供基板202以及壳体224之间的电性通讯，且本发明不应以此为限。
在任何情况中，互连装置242可合适地为刚体，而防止或减少壳体224相对基板202的转动。各个互连装置242的底面中例如有高于50％的实体部分(substantial portion)可耦接于基板202的垫片222。这可使互连装置242能有相对较大的表面区域接触于基板202，借以能进行额外的焊接。额外的焊接可更进一步增加结构支撑的强度，并牢固地维持壳体224相对基板202的位置。因此，于某些实施例中，各个互连装置242中耦接于基板202的表面积相对壳体224的比例可为2:1、3:1、4:1、6:1或任何比例。
于一实施例中，各个互连装置242可在电性耦接于基板202中相关的垫片222及壳体224的垫片244时，形成实质上连续的电性导体(electrical conductor)，其中各个互连装置242例如以焊接或其他方式电性耦接于基板202。连续的电性导体可为直线形的，且例如不具有弯折的外形。如图3所示，虽然互连装置242-2可用于携带直流信号，但是基板202及壳体224中相关的垫片可无须电性耦接于光启动器驱动电路210及激光装置240，其中激光装置240也可称为激光传输装置或称为激光器封装结构。反之，互连装置242-2可被电性隔离，并可仅用来提供基板202与壳体224之间结构上的支撑(例如防止转动)及/或接地的功能。另外，一或多个互连装置242-2可被电性隔离，同时其它互连装置242-2可被用来于基板202及气密光启动器204之间提供直流信号。
并且，第二类型的互连装置246可将基板202电性耦接至气密光启动器204，借以提供射频信号传递(signaling)。第二类型的互连装置246可如附图所示包括焊线(wirebonding)，但是也可使用其他类型的互连装置。如附图所示，图2B及图2C中的实施例包括多个第二类型的互连装置246。焊线可特别适于传送高频率的射频信号。然而，焊线例如能根据基板202及壳体224之间的移动而轻易受损。于一实施例中，第一类型的互连装置242可引入刚性及基板202与壳体224之间牢固的连接，借以防止或减少上述受损发生的机会。
图3呈现根据本发明一实施例的壳体224的剖面图。如附图所示，壳体224包括界定出腔体226的多个侧墙。腔体226包括设置于其中的激光装置240。激光装置240可用于将相关的信道波长发出至光纤中及/或其他设置在插座250(或连接器)的波导，其中光线例如为光纤254中的一个(请参阅图2B)。需注意的是，光纤254可实施为图1A及图1B中的发射光纤122。诸如汇聚镜片280的聚焦透镜(Focusing lenses)可设置于腔体226中并对齐于相关的激光器封装结构，借以发出从相关的激光器封装结构发出的光到插座250的光纤或波导中。腔体226也可包括与激光装置240热连通的温度控制装置252。温度控制装置252可包括热电致冷器或其他合适的装置。温度控制装置252也可热连通于底部侧墙256，借以能传递热量。因此，温度控制装置252可有利于通过金属壳体(或其他壳体)逸散热量，其中壳体224可设置于金属壳体中。
腔体226可至少部分地由馈通(feedthrough or passthrough)装置228形成。馈通装置228例如可包括合适的刚体非金属材料，例如诸如氧化硅(crystalline oxide)、氮化硅或碳化物材料的无机材料，且它们通常被称为陶瓷。诸如碳或硅等元素也可称作陶瓷且皆为在本发明的范围中。馈通装置228的第一部分232-1可至少部分地延伸至腔体中，且第二部分232-2可从腔体226延伸。
馈通装置228可至少由第一表面230-1(也可称为第一安装表面)及第二表面230-2(也可称为第二安装表面)界定，且第二表面230-2已相对的布置方式/配置相对设置于第一表面230-1。第一表面230-1及第二表面230-2可包括设置或图形化于它们的线路。举例来说，第一表面230-1可包括设置于其上的线路234(或称为直流线路)，且线路234用于传送直流信号。另一方面，第二表面230-2可包括设置于其上的线路236(或称为射频线路)，且线路236用于传送射频信号。馈通装置228可具有宽度W1(或厚度)，且宽度W1介于0.1毫米(mm)至2毫米(mm)之间，但其他的尺寸也属于本发明的范围内。馈通装置228具有宽度W1而能防止或减轻直流信号及射频信号之间的电性干涉，其中直流信号及射频信号分别由线路234与线路236传递。馈通装置228的宽度W1可等于基板202的宽度W2。然而，宽度W1与宽度W2也可不相同，且宽度W2可大于或小于宽度W1。如附图所进一步呈现地，当基板202及馈通装置228耦接在一起时，基板202的第一安装面214-1及第二安装面214-2可平行于馈通装置228的第一表面230-1及第二表面230-2延伸，并可实质上与第一表面230-1及第二表面230-2共平面。
并且，线路234的第一端可电性耦接于基板202，且尤其是通过各个互连装置电性耦接于光启动器驱动电路210，其中互连装置例如为第一类型的互连装置242-1。如附图所示，线路234中位于馈通装置228的第一表面230-1的第二端可接着以焊线接合，或通过合适的方式电性耦接于激光装置240。各个激光装置240例如可包括激光二极管及屏幕光二极管，且可用于发出相关的信道波长。类似地，线路234的第一端通过各个互连装置电性耦接于光启动器驱动电路210，其中互连装置例如为第二类型的互连装置242-2，且第二端通过焊线或其他合适的方法电性耦接于激光装置240。
图4至图5呈现根据本发明的光发射次模块200的额外配置。如附图所示，壳体224由多个侧墙界定，且多个侧墙至少包括第一侧墙401-1及第二侧墙401-2。如上所述，壳体224可包括金属，且因此界定壳体224的侧墙可由金属所构成。金属尤其适于传递热量，且侧墙可适于从腔体226中的光学元件连通/传递热量。举例来说，侧墙也可连通于光收发器壳体的侧墙，且也能通过光收发器壳体连通及逸散热量。
第一侧墙401-1及第二侧墙401-2可由实质上平行第一安装面214-1及第二安装面214-2(如图2A及图2B所示)延伸的至少一表面界定，其中第一安装面214-1及第二安装面214-2界定基板202的第一表面及第二表面。第一侧墙401-1及第二侧墙401-2可用相对的布置方式相对设置。第一侧墙401-1及第二侧墙401-2可至少部分地界定腔体226。
第一侧墙401-1具有至少一第一安装面402。第一安装面402可实质上为平坦的，但本发明并不以此为限。如附图所示，腔体226包括设置在第一安装面402上的温度控制激光装置404。尤其，温度控制激光装置包括用于热电致冷器的第一子安装件406、热电致冷器407、用于热电致冷器的第二子安装件408、激光子安装件409、多个激光二极管410以及多个聚焦透镜412。第一子安装件406可设置于第一安装面402，且可被用来支撑附图所呈现的元件的叠层。多个热电致冷器407可接着被设置在第一子安装件406上。第二子安装件408可接着被设置于热电致冷器407的顶面而使得热电致冷器407的顶面直接耦接于第二子安装件408的底面。于某些实施例中，热电致冷器407可无须直接耦接于第二子安装件408，且本发明并不以此为限。热电致冷器407可因此支撑热电致冷器407并能热连通于第二子安装件408及第一子安装件406之间。
第二子安装件408的第二表面或是顶面可具有用于激光子安装件409以及聚焦透镜412(或可称为准直透镜)的安装面(或是支撑面)。激光子安装件409包括用于耦接至激光二极管410及相关电路的至少一安装面。如图3所示，激光子安装件409可耦接于多个激光装置，但于某些实施例中，可有独立的激光子安装件供各个激光二极管设置。
并且，激光子安装件409可具有宽度W3而支撑并对齐各个激光二极管410，而使得激光光能实质上沿光线路径414发射到各个相关聚焦透镜412的中心。腔体226可还包括沿光线路径414设置的透镜446。透镜446可与光线路径414夹有约2至8度的角度，借以降低背向反射(back reflection)并确保优化的耦合效率。
如图6所清楚呈现，壳体224可还包括侧墙，且侧墙包括多个开孔420-1、420-2、420-3、420-4。各个开孔420-1、420-2、420-3、420-4可具有不同的半径。举例来说，开孔420-1包括衔接于第二开孔430-2的第一开孔430-1。第一开孔430-1可相邻于相关的激光二极管及聚焦透镜，且第二开孔430-2可相邻于插座250。第一开孔430-1的半径可大于第二开孔430-2的半径。如上所述，各个开孔420-1、420-2、420-3、420-4使相关的信道波长能从腔体226发射。
并且，各个光纤耦合用的插座250、251、252、253以焊接环(welding ring)440及插座安装件442耦接于壳体224。各个插座250、251、252、253可还包括光路径/波导引件，且光路径/波导引件包括光学隔离器445、光纤柱452及套管(ferrule)容纳部447(或光纤容纳部)，但其他实施例也属于本发明涵盖的范畴中。
如图4及图5所示，各个插座250、251、252、253使中间波导能光学地耦接于阵列波导光栅411，且中间波导例如为波导448。阵列波导光栅411可接着多路复用通过各个中间波导接收的信道波长并输出多路复用光学信号449，其中阵列波导光栅411例如通过开孔420-1、420-2、420-3、420-4来通过中间波导接收信道波长。多工光学信号449可接着通过输出光纤被发射，且输出光纤例如为图1B中的输出光纤115。
如附图所示，各个插座250、251、252、253通过光学隔离器445及光纤柱452的延伸，而使得波导448及阵列波导光栅411设置于腔体226的外部。须注意的是，虽然附图中呈现阵列波导光栅411，但也可使用诸如滤波器的其他多工装置，且这些多工装置皆属于本发明所欲涵盖的范畴中。因此，腔体226中的元件的数量便会减少，而使得腔体226可被气密地密封且具有降低制造复杂度及成本的尺寸。这更进一步使外部的光学元件能在使壳体224气密之前或之后耦接/安装于壳体224，并因为气密的腔体226外部的元件相较于位在气密的腔体226内的元件能更容易地取代/维修而具有较好的可操作性(serviceability)。此外，热电致冷器的尺寸及/或数量可随着腔体226的尺寸减小而减小或降低，这可减少需要加热/冷却的元件的数量并缩小环绕这些元件的区域。使用尺寸相对较小的热电致冷器及/或较少的整理元件数量可降低加热/冷却相关的功耗，并更进一步降低整体的成本及制造复杂度。
根据本发明的一态样公开有一种光发射次模块。光发射次模块包括气密光启动器以及多路复用器。气密光启动器具有一壳体以及多个激光装置。壳体界定出气密的一腔体。激光装置设置于气密的腔体中，并用于发出相关的多个信道波长。多路复用器设置于气密的腔体的外，并光学地耦接于气密光启动器以接收相关的信道波长并输出一多工基信号。
根据本发明另一态样公开有一种光收发器。光收发器包括壳体、光发射次模块以及光接收次模块。光发射次模块设置于壳体，且包括气密光启动器以及一阵列波导光栅。气密光启动器具有壳体以及至少一激光装置。壳体界定出气密的一腔体。激光装置设置于气密的腔体中。阵列波导光栅设置于气密的腔体的外部且光学地耦接于气密光启动器，借以接收多个相关的信道波长并输出一多工基信号。光接收次模块设置于壳体。
虽然本发明已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的还动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (18)

1.一种光发射次模块，其特征在于，包括：
一气密光启动器，具有一壳体以及多个激光装置，该壳体界定出气密的一腔体，该些激光装置设置于气密的该腔体中，并用于发出相关的多个信道波长；以及
一多路复用器，设置于气密的该腔体之外，并光学地耦接于该气密光启动器以接收相关的该些信道波长并输出一多工基信号。
2.根据权利要求1所述的光发射次模块，其特征在于，该光发射次模块还包括安装于该气密光启动器的一光学耦合插座，该光学耦合插座包括一波导，该波导至少部分由一光纤柱提供，且该光纤柱位于气密的该腔体的外部。
3.根据权利要求1所述的光发射次模块，其特征在于，还包括：
一基板，由彼此相对的一第一表面及一第二表面所界定，该基板包括一电性耦合区域以及一光启动器接口区域，其中该电性耦合区域用于电性耦接于一发射连接电路，而该光启动器接口区域用于电性耦接于该气密光启动器；以及
一光启动器驱动电路，设置于该基板，用以提供一射频信号及一电力信号以驱使该气密光启动器输出一或多个信道波长；
其中，该基板包括至少一第一线路以及至少一第二线路，该至少一第一线路设置于该第一表面以提供该电力信号，该至少一第二线路设置于该第二表面以提供该射频信号，该第一线路及该第二线路以彼此相对的方式配置以提供一电性隔离而降低该电力信号及该射频信号之间的电性干涉。
4.根据权利要求3所述的光发射次模块，其特征在于，还包括第一类型的至少一第一互连装置以及第二类型的至少一第二互连装置，该至少一第一互连装置电性耦接于该第一线路及该气密光启动器的该壳体中相对应的一线路以提供该电力信号，该至少一第二互连装置电性耦接于该第二线路以及该气密光启动器的该壳体中相对应的一线路以提供该射频信号，且第一类型的该至少一第一互连装置相异于第二类型的该至少一第二互连装置。
5.根据权利要求4所述的光发射次模块，其特征在于，第一类型的该第一互连装置为直流总线互连器。
6.根据权利要求4所述的光发射次模块，其特征在于，第二类型的该第二互连装置为焊线。
7.根据权利要求3所述的光发射次模块，其特征在于，该电性隔离至少部分由该基板的一宽度及/或形成该基板的一材料的材料性质所提供。
8.根据权利要求3所述的光发射次模块，其特征在于，还包括多个电性互连器，该些电性互连器支撑该基板于该气密光启动器的该壳体。
9.根据权利要求3所述的光发射次模块，其特征在于，该气密光启动器的该壳体还包括一馈通装置以电性耦接该些激光装置至该气密光启动器。
10.根据权利要求9所述的光发射次模块，其特征在于，该馈通装置用于以端对端连结直接地耦接于该基板。
11.根据权利要求9所述的光发射次模块，其特征在于，该馈通装置至少由相对一第二表面的一第一表面所界定，且该馈通装置的该第一表面及该第二表面实质上相对该基板的该第一表面及该第二表面平行延伸。
12.根据权利要求11所述的光发射次模块，其特征在于，还包括用于从该光启动器驱动线路中设置于该馈通装置的该第一表面的部分接收该电力信号的至少一线路，以及从该光启动器驱动电路中设置于该馈通装置的该第二表面的部分接收该射频信号的至少一线路。
13.一种光收发器，其特征在于，包括：
一壳体；
一光发射次模块，设置于该壳体中，该光发射次模块包括：
一气密光启动器，具有界定出气密的一腔体的一壳体以及设置于气密的该腔体中的至少一激光装置；以及
一阵列波导光栅，设置于气密的该腔体的外部且光学地耦接于该气密光启动器以接收多个相关的信道波长并输出一多工基信号；以及
一光接收次模块，设置于该壳体。
14.根据权利要求13所述的光收发器，其特征在于，该光发射次模块还包括安装于该气密光启动器的一光学耦合插座，该光学耦合插座包括一波导，该波导至少部分由一光纤柱提供，且该光纤柱位于气密的该腔体的外部。
15.根据权利要求13所述的光收发器，其特征在于，该光发射次模块还包括：
一基板，由彼此相对的一第一表面及一第二表面所界定，该基板包括一电性耦合区域以及一光启动器接口区域，其中该电性耦合区域用于电性耦接于一发射连接电路，而该光启动器接口区域用于电性耦接于该气密光启动器；以及
一光启动器驱动电路，设置于该基板，用以提供一射频信号及一电力信号以驱使该气密光启动器输出一或多个信道波长；
其中，该基板包括至少一第一线路以及至少一第二线路，该至少一第一线路设置于该第一表面以提供该电力信号，该至少一第二线路设置于该第二表面以提供该射频信号，该第一线路及该第二线路以彼此相对的方式布置以提供一电性隔离而降低该电力信号及该射频信号之间的电性干涉。
16.根据权利要求15所述的光收发器，其特征在于，该光发射次模块还包括多个第一互连装置以从该光启动器驱动电路提供该电力信号至气密的该腔体的该至少一激光装置，且该些第一互连装置支撑该气密光启动器于该基板。
17.根据权利要求15所述的光收发器，其特征在于，该光发射次模块还包括一直流总线，该直流总线设置于该基板的该第一表面及该第二表面。
18.根据权利要求15所述的光收发器，其特征在于，该光发射次模块还包括多个第二互连装置以从该光启动器驱动电路提供该射频信号至气密的该腔体的该至少一激光装置，且该些第二互连装置为焊线。
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