CN110932088B - 一种基于box封装的小型化超宽带dfb射频激光器 - Google Patents

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Abstract

一种涉及射频微波光调制技术领域的基于BOX封装的小型化超宽带DFB射频激光器，其特征是：包含BOX封装管壳、热电制冷器、射频微波电路和光学系统；所述BOX封装管壳为密封腔体结构，BOX封装管壳的一端设有密封贯穿BOX封装管壳侧壁的陶瓷件插头，该陶瓷件插头件身对应BOX封装管壳的内外侧均设有多个一一对应导电连通的金手指，且所述金手指对应陶瓷件插头件身与BOX封装管壳连接的位置埋于陶瓷件内；所述BOX封装管壳内壳底设有热电制冷器，该热电制冷器的顶部设有用于将电信号转换为光信号的射频微波电路；本发明有效解决了现有DFB射频激光器集成率底、频率窄、指标差以及功耗高的问题。

Description

一种基于BOX封装的小型化超宽带DFB射频激光器
技术领域
本发明涉及射频微波光调制技术领域，尤其是涉及一种基于BOX封装的小型化超宽带DFB射频激光器。
背景技术
公知的，DFB射频激光器主要实现射频信号的电光转换功能，其在军品领域主要应用在机载平台的电子对抗和相控阵雷达系统，为了解决空间狭小、重量敏感、集成化困难、可靠性低等问题，现有方案多是从射频激光器的外围驱动电路及光、电的连接方式等方面入手，但由于核心器件射频激光器的封装形式和指标的制约，使得此方案并不能完全满足现有市场需求，主要存在如下问题和缺陷：1.封装形式不利于集成：宽带射频激光器多采用蝶形封装，尺寸较大29.97mm×12.70mm×10.30mm，且需要用射频同轴线或连接器实现射频信号的连接，集成度低；2.频率窄、指标差：DFB射频激光器的工作频率低，且噪声系数指标较差，直接影响射频光传输系统的整体链路指标；3.功耗高：激光器的热电制冷器(TEC)能效低，高低温下(-55℃～70℃)TEC功耗≥2.5W，宽带激光器功耗过大，散热设计复杂；此种现象亟待解决。
发明内容
为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种基于BOX封装的小型化超宽带DFB射频激光器。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于BOX封装的小型化超宽带DFB射频激光器，包含BOX封装管壳、热电制冷器、射频微波电路和光学系统；所述BOX封装管壳为密封腔体结构，BOX封装管壳的一端设有密封贯穿BOX封装管壳侧壁的陶瓷件插头，该陶瓷件插头件身对应BOX封装管壳的内外侧均设有多个一一对应导电连通的金手指，且所述金手指对应陶瓷件插头件身与BOX封装管壳连接的位置埋于陶瓷件内；所述BOX封装管壳内壳底设有热电制冷器，该热电制冷器的顶部设有用于将电信号转换为光信号的射频微波电路，对应位于BOX封装管壳内的金手指通过键合金丝或金带与射频微波电路对应电气连接；所述射频微波电路包含电光转换器、背光监测电路和温度反馈电路，所述温度反馈电路与热电制冷器对应信号反馈连接；所述热电制冷器远离陶瓷件插头的一侧设有光学系统；所述光学系统包含依次光信号传输连接的准直透镜、隔离器、聚焦透镜和耦合光纤，且耦合光纤位于光学系统远离陶瓷件插头的一端，耦合光纤密封贯穿BOX封装管壳远离陶瓷件插头一端侧壁，所述准直透镜与电光转换器对应光信号传输连接。
优选的，所述金手指对应BOX封装管壳的内外错落布置。
优选的，所述射频微波电路设有匹配电路和偏置电路。
优选的，所述射频微波电路匹配电路的交流回路中串联有用于实现匹配50Ω阻抗的电阻。
优选的，所述射频微波电路偏置电路的直流回路中串联有高频电感。
优选的，所述热电制冷器的孔洞率≤5％。
优选的，所述射频微波电路以氮化铝基板为载体。
优选的，所述BOX封装管壳为金属壳体。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明公开的一种基于BOX封装的小型化超宽带DFB射频激光器，结构简单，易于装配，生产成本较低，经测试本发明的3dB带宽≥18GHz，噪声系数指标为42dB@12GHz和48dB@18GHz，射频输入1dB压缩点≥20dBm，能够实现100MHz～18GHz射频信号的电光转换功能，完全满足机载平台和雷达系统的要求；所述射频微波电路设有匹配电路和偏置电路，并以氮化铝基板为载体，所述射频微波电路匹配电路的交流回路中串联有用于实现匹配50Ω阻抗的电阻，所述射频微波电路偏置电路的直流回路中串联有高频电感，该高频电感对偏置电路短路而对交流电路开路，能够避免偏置电路对匹配电路的交流回路造成影响；对应位于BOX封装管壳内的金手指通过键合金丝或金带与射频微波电路对应电气连接，能够利用HFSS软件对键合金丝或金带进行仿真，确定金丝键合的位置、长度、弧度及根数，以减小封装寄生参数，最终实现射频信号的电光转换功能；根据需要，所述金手指对应BOX封装管壳的内外错落布置，以方便射频微波电路的设计。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1、BOX封装管壳；1-1、陶瓷件插头；1-2、金手指；2、热电制冷器；3、射频微波电路；3-1、电光转换器；3-2、背光监测电路；3-3、温度反馈电路；4、光学系统；4-1、准直透镜；4-2、隔离器；4-3、聚焦透镜；4-4、耦合光纤。
具体实施方式
通过下面的实施例可以详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切技术改进。
结合附图1，一种基于BOX封装的小型化超宽带DFB射频激光器，包含BOX封装管壳1、热电制冷器2、射频微波电路3和光学系统4；所述BOX封装管壳1为密封腔体结构；根据需要，所述BOX封装管壳1为金属壳体，即在装配前BOX封装管壳1顶部留有开口，装配后在BOX封装管壳1密封焊接一盖板，以实现BOX封装管壳1为密封腔体的结构，防止有水气或其他污染物进入BOX封装管壳1内；所述BOX封装管壳1的一端设有密封贯穿BOX封装管壳1侧壁的陶瓷件插头1-1，该陶瓷件插头1-1件身对应BOX封装管壳1的内外侧均设有多个一一对应导电连通的金手指1-2，且所述金手指1-2对应陶瓷件插头1-1件身与BOX封装管壳1连接的位置埋于陶瓷件1-1内，即陶瓷件插头1-1内部通过多层布线实现BOX封装管壳1内部与外部的电气连接属性；所述BOX封装管壳1内壳底设有热电制冷器2，该热电制冷器2的顶部设有用于将电信号转换为光信号的射频微波电路3；根据需要，所述射频微波电路3设有匹配电路和偏置电路，并以氮化铝基板为载体，所述射频微波电路3匹配电路的交流回路中串联有用于实现匹配50Ω阻抗的电阻，所述射频微波电路3偏置电路的直流回路中串联有高频电感，该高频电感对偏置电路短路而对交流电路开路，能够避免偏置电路对匹配电路的交流回路造成影响；对应位于BOX封装管壳1内的金手指1-2通过键合金丝或金带与射频微波电路3对应电气连接，能够利用HFSS软件对键合金丝或金带进行仿真，确定金丝键合的位置、长度、弧度及根数，以减小封装寄生参数，最终实现射频信号的电光转换功能；根据需要，所述金手指1-2对应BOX封装管壳1的内外错落布置，以方便射频微波电路3的设计；
所述射频微波电路3包含电光转换器3-1、背光监测电路3-2和温度反馈电路3-3，所述温度反馈电路3-3与热电制冷器2对应信号反馈连接，即能够通过温度反馈电路3-3实时监测射频微波电路3的温度，并反馈给热电制冷器2，通过热电制冷器2调节射频微波电路3的温度，使频微波电路3始终在一个恒定温度内工作，所述背光监测电路3-2能够实时监测电光转换器3-1的发射激光功率，确保电光转换器3-1能够额定输出光信号；根据需要，所述热电制冷器2的孔洞率≤5％，能够利用回流炉对热电制冷器2进行焊接，保证热电制冷器2的孔洞率≤5％，为频微波电路3提供一个良好的散热通道，有效减小热电制冷器2的功耗，使热电制冷器2在全温范围内(-55℃～70℃)的功耗≤1W，同时也提高了频微波电路3的寿命和可靠性；所述热电制冷器2远离陶瓷件插头1-1的一侧设有光学系统4；所述光学系统4包含依次光信号传输连接的准直透镜4-1、隔离器4-2、聚焦透镜4-3和耦合光纤4-4，且耦合光纤4-4位于光学系统4远离陶瓷件插头1-1的一端，耦合光纤4-4密封贯穿BOX封装管壳1远离陶瓷件插头1-1一端侧壁，所述准直透镜4-1与电光转换器3-1对应光信号传输连接，由于电光转换器3-1发射的激光光束在垂直于p-n结方向(快轴方向)的发散角≤40°，平行于p-n结方向(慢轴方向)的发散角≤25°，造成远场光强分布不对称，能够通过光学系统4对激光光束进行整形、隔离和准直，最终将电光转换器3-1发射的激光光束最大效率的耦合到耦合光纤4-4。
实施本发明所述的基于BOX封装的小型化超宽带DFB射频激光器，利用ADS软件和HFSS软件计算并仿真传输线的形式、线宽、地孔的大小及间距，保证射频信号传输的完整性，利用HFSS软件对键合金丝或金带进行仿真，确定金丝键合的位置、长度、弧度及根数，以减小封装寄生参数，最终实现射频信号的电光转换功能，通过设计耦合夹具将准直透镜4-1、隔离器4-2、聚焦透镜4-3和耦合光纤4-4依次进行准直和装配，降低了耦合难度，提高了耦合效率，使耦合效率达到70％，隔离器4-2降低了光的反射，降低了电光转换器3-1的强度噪声和相位噪声，提高了电光转换器3-1的噪声系数指标，达到42dB@12GHz和48dB@18GHz。
本发明未详述部分为现有技术。

Claims (8)

1.一种基于BOX封装的小型化超宽带DFB射频激光器，其特征是：包含BOX封装管壳(1)、热电制冷器(2)、射频微波电路(3)和光学系统(4)；所述BOX封装管壳(1)为密封腔体结构，BOX封装管壳(1)的一端设有密封贯穿BOX封装管壳(1)侧壁的陶瓷件插头(1-1)，该陶瓷件插头(1-1)件身对应BOX封装管壳(1)的内外侧均设有多个一一对应导电连通的金手指(1-2)，且所述金手指(1-2)对应陶瓷件插头(1-1)件身与BOX封装管壳(1)连接的位置埋于陶瓷件插头(1-1)内；所述BOX封装管壳(1)内壳底设有热电制冷器(2)，该热电制冷器(2)的顶部设有用于将电信号转换为光信号的射频微波电路(3)，对应位于BOX封装管壳(1)内的金手指(1-2)通过键合金丝或金带与射频微波电路(3)对应电气连接；所述射频微波电路(3)包含电光转换器(3-1)、背光监测电路(3-2)和温度反馈电路(3-3)，所述温度反馈电路(3-3)与热电制冷器(2)对应信号反馈连接；所述热电制冷器(2)远离陶瓷件插头(1-1)的一侧设有光学系统(4)；所述光学系统(4)包含依次光信号传输连接的准直透镜(4-1)、隔离器(4-2)、聚焦透镜(4-3)和耦合光纤(4-4)，且耦合光纤(4-4)位于光学系统(4)远离陶瓷件插头(1-1)的一端，耦合光纤(4-4)密封贯穿BOX封装管壳(1)远离陶瓷件插头(1-1)一端侧壁，所述准直透镜(4-1)与电光转换器(3-1)对应光信号传输连接。
2.如权利要求1所述的基于BOX封装的小型化超宽带DFB射频激光器，其特征是：所述金手指(1-2)对应BOX封装管壳(1)的内外错落布置。
3.如权利要求1所述的基于BOX封装的小型化超宽带DFB射频激光器，其特征是：所述射频微波电路(3)设有匹配电路和偏置电路。
4.如权利要求3所述的基于BOX封装的小型化超宽带DFB射频激光器，其特征是：所述射频微波电路(3)匹配电路的交流回路中串联有用于实现匹配50Ω阻抗的电阻。
5.如权利要求3所述的基于BOX封装的小型化超宽带DFB射频激光器，其特征是：所述射频微波电路(3)偏置电路的直流回路中串联有高频电感。
6.如权利要求1所述的基于BOX封装的小型化超宽带DFB射频激光器，其特征是：所述热电制冷器(2)的孔洞率≤5％。
7.如权利要求1所述的基于BOX封装的小型化超宽带DFB射频激光器，其特征是：所述射频微波电路(3)以氮化铝基板为载体。
8.如权利要求1所述的基于BOX封装的小型化超宽带DFB射频激光器，其特征是：所述BOX封装管壳(1)为金属壳体。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113626977B (zh) * 2021-06-22 2023-10-03 南京光通光电技术有限公司 一种25g dfb激光器高频互联方法
CN114124232B (zh) * 2021-10-22 2023-06-27 中航光电科技股份有限公司 一种射频无线光发射模块

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN206992475U (zh) * 2017-06-30 2018-02-09 成都成电光信科技股份有限公司 一种使用新型激光器封装结构的rof射频光纤传输模块
CN108107514A (zh) * 2017-12-14 2018-06-01 武汉电信器件有限公司 一种用于box封装光器件的管壳结构
CN109756272A (zh) * 2019-01-07 2019-05-14 中国电子科技集团公司第二十九研究所 一种外调射频电光转换集成组件
CN209327620U (zh) * 2018-12-28 2019-08-30 东莞光智通讯科技有限公司 多通道光发射器件及光通信装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1279046B1 (en) * 2000-04-07 2007-04-04 The Chief Controller, Research and Development, Defence Research and Development Organisation of Ministry of Defence Transmit/receiver module for active phased array antenna
US7144788B2 (en) * 2004-02-19 2006-12-05 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Method for manufacturing a transmitting optical sub-assembly with a thermo-electric cooler therein
CN102129101B (zh) * 2010-11-23 2012-10-17 武汉电信器件有限公司 带耦合透镜的高速蝶形封装管壳及光发射器组件、制造工艺

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN206992475U (zh) * 2017-06-30 2018-02-09 成都成电光信科技股份有限公司 一种使用新型激光器封装结构的rof射频光纤传输模块
CN108107514A (zh) * 2017-12-14 2018-06-01 武汉电信器件有限公司 一种用于box封装光器件的管壳结构
CN209327620U (zh) * 2018-12-28 2019-08-30 东莞光智通讯科技有限公司 多通道光发射器件及光通信装置
CN109756272A (zh) * 2019-01-07 2019-05-14 中国电子科技集团公司第二十九研究所 一种外调射频电光转换集成组件

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