CN110838879B - 激光发射组件 - Google Patents

Abstract

本申请提供了激光发射组件，所述激光发射组件包括底座、位于所述底座表面的基体和位于所述基体正面的激光芯片，所述基体包括与正面相对的背面；其中：所述基体正面还设置有第一导电片、第二导电片、第一微带线和第二微带线；第一微带线的一端电连接所述激光芯片的第一电极、另一端通过第一打线电连接第一导电片；第二微带线的一端电连接所述激光芯片的第二电极、另一端通过第二打线电连接第二导电片；所述激光发射组件还包括回流信号传输结构，所述回流信号传输结构设置于所述基体的顶面和/或背面。该激光发射组件在发射高速信号时，具有良好性能。

Description

激光发射组件

技术领域

本申请涉及光通信技术领域，特别涉及一种制冷型的激光发射组件。

背景技术

随着时代的进步和技术的发展，光通信蓬勃发展。其中，高速光收发一体模块是完成这些高速光纤系统光电变换的关键部件，而这些部件中的核心组件是具有标准光接口的激光发射组件，激光发射组件是将激光器(LD，Laser Device)高精度地安装在具有标准光纤接口的金属套件中。

因此，如何设计一种用于光通信的激光发射组件，就成为一个亟待解决的问题。

申请内容

本申请的目的在于提供一种制冷型的激光发射组件。

为了实现上述申请目的之一，本申请一实施方式提供了一种激光发射组件，所述激光发射组件包括底座、位于所述底座表面的基体和位于所述基体正面的激光芯片，所述基体包括与正面相对的背面；其中：所述基体正面还设置有第一导电片、第二导电片、第一微带线和第二微带线；第一微带线的一端电连接所述激光芯片的第一电极、另一端通过第一打线电连接第一导电片；第二微带线的一端电连接所述激光芯片的第二电极、另一端通过第二打线电连接第二导电片；所述激光发射组件还包括回流信号传输结构，所述回流信号传输结构设置于所述基体的顶面和/或背面。

作为本申请一实施方式的进一步改进，所述回流信号传输结构包括：第一回流信号传输结构和第二回流信号传输结构；第一回流信号传输结构位于所述基体的背面、且与第一打线相对设置，第二回流信号传输结构位于所述基体的背面、且与第二打线相对设置。

作为本申请一实施方式的进一步改进，所述基体包括：相互分离且依次排列的第一基体、第二基体和第三基体，所述第一、第二和第三基体均由导电材料制成；第一导电片设置于第一基体的正面，第二导电片设置于第三基体的正面，所述第一微带线、第二微带线和激光芯片均设置于第二基体的正面；所述回流信号传输结构设置于第一、第二基体的顶面之间和/或背面之间以及第二、第三基体的顶面之间和/或背面之间。

作为本申请一实施方式的进一步改进，所述回流信号传输结构包括：第一回流信号传输结构和第二回流信号传输结构；第一回流信号传输结构位于第一、第二基体的背面之间、且与第一打线相对设置，第二回流信号传输结构位于第二、第三基体的背面之间、且与第二打线相对设置。

作为本申请一实施方式的进一步改进，还包括：散热结构，所述散热结构设置于第二基体和底座之间。

作为本申请一实施方式的进一步改进，所述第一、第二回流传输结构均为打线。

作为本申请一实施方式的进一步改进，第一、第二和第三基体的厚度均相等，其中，厚度为正面和背面的距离。

作为本申请一实施方式的进一步改进，所述厚度的范围为0.08mm-0.32mm。

作为本申请一实施方式的进一步改进，还包括：

设置于所述底座和激光芯片之间的光探测器，所述光探测器用于接收所述激光芯片发出的激光。

作为本申请一实施方式的进一步改进，在所述基体靠近底座部分的厚度大于远离底座部分的厚度，其中，厚度为基体正面和背面之间的距离。

相对于现有技术，本申请的技术效果在于：本申请实施例提供了激光发射组件，所述激光发射组件包括底座、位于所述底座表面的基体和位于所述基体正面的激光芯片，所述基体包括与正面相对的背面；其中：所述基体正面还设置有第一导电片、第二导电片、第一微带线和第二微带线；第一微带线的一端电连接所述激光芯片的第一电极、另一端通过第一打线电连接第一导电片；第二微带线的一端电连接所述激光芯片的第二电极、另一端通过第二打线电连接第二导电片；所述激光发射组件还包括回流信号传输结构，所述回流信号传输结构设置于所述基体的顶面和/或背面。该激光发射组件在发射高速信号时，具有良好性能。

附图说明

图1是本申请实施例中的激光发射组件的第一结构示意图；

图2是本申请实施例中的激光发射组件的第二结构示意图；

图3是本申请实施例中的激光发射组件的第三结构示意图；

图4是本申请实施例中的激光发射组件的第四结构示意图；

图5是本申请实施例中的散热装置的结构示意图；

图6是本申请实施例中的激光发射组件的第五结构示意图；

图7a和7b是现有技术中的激光发射组件的性能示意图；

图8a、8b和8c是本申请实施例中的激光发射组件的第一性能示意图；

图9a、9b和9c是本申请实施例中的激光发射组件的第二性能示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本申请进行详细描述。但这些实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。

本申请实施例一提供了一种激光发射组件，如图1-图4所示，所述激光发射组件包括底座1、位于所述底座1表面的基体和位于所述基体正面的激光芯片31，所述基体包括与正面相对的背面；这里，底座1可以为一个柱形，例如，在图1-4中，底座1呈大致圆柱形，则底座1的表面为圆形。在基体中，激光芯片31所处的一侧面为正面，与正面相对的另一侧面为背面。

所述基体正面还设置有第一导电片21、第二导电片41、第一微带线32和第二微带线33；

第一微带线32的一端电连接所述激光芯片31的第一电极、另一端通过第一打线22电连接第一导电片21；第二微带线33的一端电连接所述激光芯片31的第二电极、另一端通过第二打线42电连接第二导电片41；

所述激光发射组件还包括回流信号传输结构5，所述回流信号传输结构5设置于所述基体的顶面和/或背面。这里，回流信号传输结构5的设置方式可以有多种，例如，(1)在基体的背面设置；(2)在基体的顶面设置；(3)在基体的顶面和背面均设置。在图1和图2中，在基体的顶面和背面均设置；而在图3和图4中，仅仅在基体的背面设置。

在所述基体靠近底座1部分的厚度大于远离底座1部分的厚度，其中，厚度为基体正面和背面之间的距离。即所述基体靠近底座1的部分的厚度大于远离底座1部分的厚度，从而扩大了基体与底座的接触面积，可以理解的是，在发光时，激光芯片31会产生热量，该热量会有部分传导到基体上，也有部分会传导到底座上，即基体和底座都能够散发热量，因此，接触面积扩大了，会更加便于热量传导到底座上，更加便于热量的散发。

在实际使用中，需要向第一、第二导电片分别输入电信号，为激光芯片31提供电流，从而驱动该激光芯片31发出激光；该电流会承载数据且电流值会快速变化，是高速信号，激光芯片31会发出承载信号的激光，这一电流不同于偏置电流，这一电流可以理解为偏置电流与调制电流的加和。

在现有技术中，回流信号传输结构与信号线(即第一打线22、第二打线42)基本上为并行排列，并且高速信号跨板部分传输的是波导模式的高速信号；这种打线方式缺点是，由于采用微带线的传输线结构，信号的传输方式会由微带线到波导结构的传输模式转换，会导致模场转换的损耗。例如，在图7a、7b的仿真结果中，在特征阻抗为25Ohm的系统中，跨板处的打线的阻抗为26.71Ohm，该阻抗值是明显偏高的，并且插损、回损等无源性能也可以有较大的提升。

在发明人的长期实践中，发现如果高速信号线的回流信号传输结构在高速信号线的附近、距离越近和/或频率越高，则传输线损失的能量越少，因此，可以让高速信号的回流路径尽量靠近且覆盖的面积较大。

在本申请的激光发射组件中，将负责信号回流的回流信号传输结构(即GND平面)设计为在高速信号打线的对面或顶面(即位于基体的顶面和/或背面)，从而就可以为跨板部分高速打线提供参考，如图8a、8b和8c所示，在本申请的激光发射组件中，当跨板打线处阻抗优化为25.13Ohm，插损在20GHz以上时，比现有技术中的打线方式提升明显，并且回波损耗在5GHz以上频段有明显改善。

如图2、图4所示，所述回流信号传输结构包括：第一回流信号传输结构51和第二回流信号传输结构52；第一回流信号传输结构51位于所述基体的背面、且与第一打线22相对设置，第二回流信号传输结构52位于所述基体的背面、且与第二打线42相对设置。

如图1-图4所示，所述激光发射组件还包括：设置于所述底座1和激光芯片31之间的光探测器14，所述光探测器14用于接收所述激光芯片31发出的激光。

所述光探测器14设置于所述底座1和激光芯片31之间，以接收所述激光芯片31发出的激光；这里，激光芯片31发出垂直于底座1表面的两束激光，其中，一束激光沿着背离底座1表面的方向射出，另一束激光沿着朝向底座1表面的方向射出，从而射向光探测器14，从而该光探测器14就能够探测出该激光的功率，进而对激光芯片31进行光功率监控。

所述基体包括：相互分离且依次排列的第一基体2、第二基体3和第三基体4，所述第一、第二和第三基体均由导电材料制成。

第一导电片21设置于第一基体2的正面，第二导电片41设置于第三基体4的正面，所述第一微带线32、第二微带线33和激光芯片31均设置于第二基体3的正面。第一导电片21和第二导电片41与第一基体2之间设有绝缘层。

所述回流信号传输结构5设置在第一、第二基体的顶面之间和/或背面之间以及第二、第三基体的顶面之间和/或背面之间。

第一回流信号传输结构51位于第一、第二基体的背面之间、且与第一打线22相对设置，第二回流信号传输结构52位于第二、第三基体的背面之间、且与第二打线42相对设置。

在本申请的激光发射组件中，在第一基体2的背面与第二基体3的背面之间设置有打线，且在第二基体3的背面与第三基体4的背面之间也设置有打线。

第一、第二和第三基体的厚度均相等，其中，厚度为正面和背面的距离。这里，可以将第一基体2、第二基体3和第三基体4减薄，并且根据发明人长期的实践发现，第一回流信号传输结构51与第一打线22的距离越近、且第二回流信号传输结构52与第二打线42的距离越近高速效果越好，例如，图9a、9b和9c为正面与背面的距离(即第一、第二和第三基板的厚度)分别为0.3mm、0.2mm、0.1mm的三种结果，可以看到回流信号传输结构与信号线的距离越近，就越能改善该结构的高速性能。该厚度范围可以为0.08mm-0.32mm，经过发明人的长期实践，发现当厚度处于这个范围时，第一、第二和第三基体具有较好的强度和较好的高频性能。

如图6所示，该激光发射组件还可以包括管帽6，管帽6能够封装底座1，并且具有容纳电子元器件(即光探测器14、激光芯片31、第一基体2、第二基体3和第三基体4等)的容纳腔；在该管帽6上还设置有用于让激光通过的透镜窗口61，激光芯片31所发射的背离底座1表面的激光能够从透镜窗口61射出。

所述第一、第二回流传输结构均为打线。

该激光发射组件还包括：散热结构13，所述散热结构13设置于第二基体3和底座1之间。这里，如图1-4所示，激光芯片31设置于第二基体3上，而第二基体3垫接在散热装置13上，因此，激光芯片31所产生的热量会经由第二基体3传导到散热装置13上，再由散热装置13散发；而光探测器14所产生的热量会直接传导到散热装置13上，由散热装置13散发。

所述散热装置13为半导体制冷器。

可选的，所述散热装置13中设置有散热孔131。这里，散热孔131可以加快散热装置13的散热速度。如图5所示，散热孔131可以包括，贯穿散热装置13的第一散热孔1311，贯穿散热装置13且与第一散热孔1311垂直的若干第二散热孔1312。第一、第二散热孔的中心线均平行于底座1表面，即水平贯穿该散热装置13，从而使得散热装置13与底座1的接触面、与第二基体3的接触面、以及与光探测器14的接触面均为一个平整的、无凹坑的平面，从而便于热量在这些元器件之间的传导。

该激光发射组件包括贯穿所述底座1的第一管脚11、第二管脚12；第一管脚11电连接到第一导电片21，第二管脚12电连接到第二导电片41。

可选的，第一管脚11焊接到第一导电片21，第二管脚12焊接到第二导电片41。这里，底座1可以为金属材料制成，由于散热装置13的一部分热量可能导入到底座1，因此，金属底座1能够更好的散热；可以理解的是，第一、第二管脚与金属底座1之间需要绝缘连接，例如，在图1-4中，第一、第二管脚由绝缘体15包裹，从而实现第一、第二管脚与底座1之间的绝缘；并且如图1-4所示，在底座1上还贯穿其他若干管脚，这些管脚与底座1之间也需要绝缘连接。可选的，所述绝缘体15可以为玻璃等绝缘材料。

这里，在激光通信中，激光芯片31与管脚的打线长度对高速器件的性能至关重要，因为打线在高频特性上可以等效于一个同时具有电阻和电感特性的元件，而打线的长度越长，寄生电感越大，同时在生产中打线长度以及弧度的不可控因素较多，导致器件封装时难以准确预估打线实际等效的电阻电感效应，器件性能不可控，同时电阻和电感的引入会对器件的高频特性造成影响，不利于高频传输。因此在高速器件封装中，希望打线的长度尽量短，线弧高度尽量低，打线数量要求尽量多，目的是为了减少寄生参数，提高器件的性能。而在本申请的激光发射组件中，第一、第二管脚分别焊接到第一、第二导电片，从而有效的降低了激光芯片31与底座1的打线长度。

所述打线为至少两根并联的金线。

本发明实施例还提供了一种激光模块，该激光模块包含有上述的激光发射组件。

本发明实施例二提供了一种用于上述的激光发射组件的组装方法，包括以下步骤：

步骤1：提供底座1、基体和激光芯片31；将所述激光芯片31安装于所述基体的正面，将所述基体安装于所述底座1的表面；

步骤2：在所述基体正面安装第一导电片21、第二导电片41、第一微带线32和第二微带线33；将第一微带线32的一端电连接所述激光芯片31的第一电极、另一端通过第一打线22电连接到第一导电片21；将第二微带线33的一端电连接所述激光芯片31的第二电极、另一端通过第二打线42电连接到第二导电片41；

步骤3：在所述基体的顶面和/或背面安装回流信号传输结构5。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本申请的保护范围，凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种激光发射组件，所述激光发射组件包括底座、位于所述底座表面的基体和位于所述基体正面的激光芯片，所述基体包括与正面相对的背面；其特征在于：

所述基体正面还设置有第一导电片、第二导电片、第一微带线和第二微带线；

第一微带线的一端电连接所述激光芯片的第一电极、另一端通过第一打线电连接第一导电片；第二微带线的一端电连接所述激光芯片的第二电极、另一端通过第二打线电连接第二导电片；

所述激光发射组件还包括回流信号传输结构，所述回流信号传输结构设置于所述基体的顶面和/或背面；

其中，所述回流信号传输结构包括：第一回流信号传输结构和/或第二回流信号传输结构；第一回流信号传输结构位于所述基体的背面、且与第一打线相对设置，第二回流信号传输结构位于所述基体的背面、且与第二打线相对设置。

2.根据权利要求1所述的激光发射组件，其特征在于，

所述基体包括：相互分离且依次排列的第一基体、第二基体和第三基体，所述第一、第二和第三基体均由导电材料制成；

第一导电片设置于第一基体的正面，第二导电片设置于第三基体的正面，所述第一微带线、第二微带线和激光芯片均设置于第二基体的正面；

所述回流信号传输结构设置于第一、第二基体的顶面之间和/或背面之间以及第二、第三基体的顶面之间和/或背面之间。

3.根据权利要求2所述的激光发射组件，其特征在于，

所述回流信号传输结构包括：第一回流信号传输结构和第二回流信号传输结构；

第一回流信号传输结构位于第一、第二基体的背面之间、且与第一打线相对设置，第二回流信号传输结构位于第二、第三基体的背面之间、且与第二打线相对设置。

4.根据权利要求3所述的激光发射组件，其特征在于，还包括：

散热结构，所述散热结构设置于第二基体和底座之间。

5.根据权利要求3所述的激光发射组件，其特征在于：

所述第一、第二回流传输结构均为打线。

6.根据权利要求3所述的激光发射组件，其特征在于：

第一、第二和第三基体的厚度均相等，其中，厚度为正面和背面的距离。

7.根据权利要求6所述的激光发射组件，其特征在于：

所述厚度的范围为0.08mm-0.32mm。

8.根据权利要求1所述的激光发射组件，其特征在于，还包括：

设置于所述底座和激光芯片之间的光探测器，所述光探测器用于接收所述激光芯片发出的激光。

9.根据权利要求1所述的激光发射组件，其特征在于：

在所述基体靠近底座部分的厚度大于远离底座部分的厚度，其中，厚度为基体正面和背面之间的距离。

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