CN111258008A - 具有垂直地安装的监控光二极管的光发射次组件配置 - Google Patents

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CN111258008A CN202010083158.5A CN202010083158A CN111258008A CN 111258008 A CN111258008 A CN 111258008A CN 202010083158 A CN202010083158 A CN 202010083158A CN 111258008 A CN111258008 A CN 111258008A
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王修哲
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Abstract

本发明关于一种多频道光发射次组件，其中多频道光发射次组件具有垂直安装的监控光二极管以降低光发射次组件壳体尺寸并提升射频驱动信号品质。详细来说，根据本发明的光发射次组件壳体包含实质上相对激光二极管安装面横向延伸的至少一垂直监控光二极管安装面，而使得安装在垂直监控光二极管安装面的监控光二极管位在耦接至激光二极管安装面的相关激光二极管上方。垂直安装的监控光二极管因此使邻近于激光二极管且在其他情况下被用来安装监控光二极管的区域能用来图案化导体射频线路，以提供射频驱动信号给激光二极管。导体射频线路可因此从垂直安装的监控光二极管下方延伸到靠近激光二极管的位置，以使它们之间的打线接合能缩短。

Description

具有垂直地安装的监控光二极管的光发射次组件配置
技术领域
本发明关于光学通讯，特别是一种光发射次组件(transmitter opticalsubassembly，TOSA)配置，其具有垂直安装的监控光二极管以降低壳体尺寸并提高射频(radio frequency，RF)驱动信号的品质。
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)、有线电视宽带(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及更大的频宽。为了在空间较为限制的光收发器模块中提供较高的速度已面临诸如热管理、插入损失(insertion loss)、射频驱动信号品质及合格率等的挑战。
光收发器模块一般包含用来发射光学信号的一或多个光发射次组件。光发射次组件可包含一或多个激光器及用于驱动激光器的相关电路，其中激光器用以发出一或多个频道波长。诸如长距离通讯的某些光学应用会需要光发射次组件包含气密的(hermetically-sealed)壳体，其中所述壳体具有设置于其中的阵列波导光栅、温度控制装置、激光封装(laser package)及相关电路以降低损失并确保光学效能(optical performance)。然而，将气密的元件包含在空间受限的壳体中会增加制造复杂度、成本并产生数个无法轻易解决的(non-trivial)挑战。
发明内容
根据本发明一实施例，公开有一种光发射次组件模块。光发射次组件模块包含一激光二极管安装面、至少一第一激光二极管、一基部以及一第一监控光二极管。至少一第一激光二极管设置于激光二极管安装面。第一激光二极管具有一背侧发射面。背侧发射面用于沿一第一光学路径发出一部分的光功率。基部提供一垂直监控光二极管安装面。第一监控光二极管设置于垂直监控光二极管安装面。第一监控光二极管具有一光接收区。光接收区通过第一光学路径并至少根据实质上相对激光二极管安装面横向延伸的垂直监控光二极管安装面而光学地对齐于第一激光二极管，而使得第一光学路径交会于第一监控光二极管的光接收区。
附图说明
这些及其他的特征与优点将通过阅读以下的详细描述及附图被更透彻地了解。在附图中：
图1为根据本发明的实施例的多频道光收发器模块的方块图。
图2为根据本发明的实施例的光收发器模块的立体图。
图3为图2中根据本发明一实施例的光收发器模块的侧视图。
图4及图5根据本发明一实施例共同呈现适用于图2及图3中的光收发器模块的示例性光发射次组件配置。
图6为图4及图5中根据本发明的实施例的示例性光发射次组件配置的俯视图。
图7根据本发明一实施例呈现图4至图6中的示例性光发射次组件配置的空腔的放大图。
图8A为图4至图7中根据本发明一实施例的示例性光发射次组件配置的侧视图。
图8B为图5中根据本发明一实施例的示例性光发射次组件配置沿割面线8B-8B绘制的剖面图。
图9根据本发明一实施例呈现适用于图2及图3中的光收发器模块的另一示例性光发射次组件配置。
图10呈现用来记录(register)激光配置的光功率的现有方法。
附图标记说明：
光收发器100
基板102
多频道光发射次组件配置104
多频道光接收次组件配置106
光收发器架体109
激光配置110
发射连接电路112
光发射次组件壳体114
馈通装置116
中继发射线路117
导体电路119
输出波导120
光纤插座122
光学元件124
频道波长126
光二极管阵列128
放大电路130
接收连接电路132
接收波导134
光纤插座136
光收发器模块200
基板202
多频道光发射次组件配置204
光发射次组件壳体204’
多频道光接收次组件配置206
激光配置210
激光配置210-4
激光二极管211-4
激光二极管次安装件213
光发射次组件壳体214
侧墙214-1～214-6
光学元件空腔220
光耦合插座222
光学元件224
光感测器阵列228
放大电路230
输入端口235
光耦合插座236
长轴250
第一端252
第二端254
第一安装面256
第一端258
第二端259
馈送装置262
馈送装置262’
经多工光学信号263
经多工信号264
接收中间光纤268
发射中间光纤269
长轴450
第一端452
第二端454
输入端口456
输出端口458
开口462
电性互连器464
频道波长466
经多工信号468
开口480-1～480-4
监控光二极管安装面490
第一安装面702
第二安装面704
第三安装面706
第一群导体线路708
第二群导体线路711
监控光二极管712、712-1～712-4
激光二极管次安装件713
监控光二极管次安装件714
光接收区716-4
多工次安装件720
热敏电阻724-4
汇聚透镜726-4
光学路径850
激光配置1000
基板1002
光发射次组件壳体1004
监控光二极管1006
激光二极管1008
光功率1010
光功率1011
激光二极管驱动器1012
打线接合1014
维度D
方向D1
驱动信号TX_D1～TX_D4
电性数据信号RX_D1～RX_D4
具体实施方式
如上所述，某些光发射次组件的传输距离能高达10公里或更长。这种光发射次组件可适用于CFP(C form-factor pluggable)、CFP2、CFP4及QSFP(quad small form-factorpluggable)应用。一般来说，这种光发射次组件包含具有用于光耦合的LC插座(或其他合适的连接端口)的气密封装(或壳体)。气密的封装能容纳诸如电吸收调变积体激光(electro-absorption modulator integrated laser，EML)的激光封装、电力监控光二极管(photodiode，PD)、热电致冷器(thermoelectric cooler，TEC)、诸如阵列波导光栅(arrayed waveguide grating，AWG)且用于多工多个频道波长的光学多工器、诸如可挠式印刷电路板的电性互连器，以及诸如光纤分支(fiber stub)的光学互连器。气密的封装能包含空腔，且空腔特别设计来以最佳化空间限制及提升热传递的方式容纳这种元件。然，制造尺寸须符合光启动器(light engine)的元件的气密封装会增加制造成本及复杂度。
在这种光发射次组件中会使成本及复杂度增加的其中一个元件便是监控光二极管(monitor photodiode，MPD)。监控光二极管能用来监控相对应的激光二极管的光功率。然，现有的方法倾向于将监控光二极管设置在相关的激光二极管的后方、前方或者是附近。在某些情况中，监控光二极管与相关的激光二极管安装至相同的基板。举例来说，图10呈现激光配置1000的一种示例，其中光发射次组件壳体1004的侧墙支撑基板1002(或次安装件)，且基板1002及/或光发射次组件壳体1004的表面支撑激光二极管1008及监控光二极管1006。利用监控光二极管1006记录来自激光二极管的光功率的其中一个位置是直接位于激光二极管1008的后方，以接收激光二极管1008背对发射波导(例如光纤)所发出的少部分的光功率1011。另一个位置包含将监控光二极管1006安装在激光二极管1008的下方或者前方以直接接收由激光二极管1008发出的光功率1010。
无论在任一情况中，光发射次组件壳体1004必须改变尺寸来容纳监控光二极管1006，而使得壳体长度沿着维度D整体性地增加。这便于光发射次组件设计方面产生了两个显著的挑战。第一，监控光二极管的位置(例如在激光二极管1008后方)会需要加长互连电路以绕过/于监控光二极管1006，其中互连电路诸如打线接合1014且从激光二极管驱动器(laser diode driver，LDD)1012延伸至激光二极管1008。打线接合1014这种方式的延伸及绕设会导致飞行时间(time-of-flight，TOF)延迟、阻抗匹配问题及较差的射频表现。第二，增加整体长度会增加光发射次组件壳体空腔的整体体积及光发射次组件的制造复杂度。在使用气密壳体的情况中，这会导致制造成本及每单位制造时间显著地增加，进而最终地降低合格率。
因此，本发明关于一种多频道光发射次组件，其中多频道光发射次组件具有垂直安装的监控光二极管以降低光发射次组件壳体尺寸并提升射频驱动信号品质。详细来说，根据本发明的光发射次组件壳体包含实质上相对激光二极管安装面横向延伸的至少一垂直监控光二极管安装面，而使得安装在垂直监控光二极管安装面的监控光二极管位在耦接至激光二极管安装面的相关激光二极管上方。垂直安装的监控光二极管因此使邻近于激光二极管且在其他情况下被用来安装监控光二极管的区域能用来图案化导体射频线路，以提供射频驱动信号给激光二极管。导体射频线路可因此从垂直安装的监控光二极管下方延伸到靠近激光二极管的位置，以使它们之间的打线接合能缩短。
在特定的示例性实施例中，垂直监控光二极管安装面可至少部分由光发射次组件壳体的馈送装置提供。馈送装置能用以至少部分地被设置在光发射次组件壳体的气密空腔中，以提供电性连接给位于其中的光学元件。馈送装置也可提供实质上相对垂直监控光二极管安装面横向延伸的导体线路安装面，以用来图案化上述的导体射频线路。因此，在将馈送装置插入光发射次组件壳体中之前，可将监控光二极管稳固地安装至馈送装置。同样地，导体射频线路及其他的相关电路(例如滤波电容器、导体直流(DC)线路等等)可于馈送装置位于光发射次组件壳体外侧时被图案化/设置。因此，将馈送装置插入光发射次组件壳体中可使得垂直安装的监控光感测器被动地光学对齐于相关的激光二极管，并使导体射频线路位于间隔激光二极管预设距离的范围内而例如用于通过打线接合电性耦接。
本发明因而相较于其他光发射次组件方法提出数个优点。举例来说，光发射次组件可以模块化的方式制造，而使得馈送装置及光发射次组件壳体可彼此独立地制造及构成。举例来说，如导体线路及监控光二极管等元件可以平行制程的方式安装/耦接至馈送电路，以使光发射次组件壳提及相关的元件能独立于馈送装置完成，进而得到降低生产时间、降低误差及最终地增加合格率的效果。此外，根据本发明具有垂直安装的监控光二极管的光发射次组件壳体有助于降低整体壳体尺寸并同时使激光二极管能邻设于导体线路而用于电性耦合。可因此通过相对较短的打线接合而提升射频信号品质，并例如同时降低生产各个光发射次组件的成本、单位时间及复杂度。
在此，“气密的”及“气密地密封”等用词可交替使用并指壳体最多释放约5*10-8立方公分/秒的填充气体。填充气体可包含惰性气体，例如氮、氦、氩、氪、氙或是其混合物，可包含氮氦混合物、氖氦混合物、氪氦混合物或氙氦混合物。
在此，“频道波长(channel wavelength)”指与光学频道相关的波长，且可包含中心波长附近的特定波长带。在一示例中，频道波长可由国际电信(InternationalTelecommunication，ITU)标准定义，例如ITU-T高密度波长分波多工(dense wavelengthdivision multiplexing，DWDM)网格(grid)。本发明同样地可应用于低密度分波多工(coarse wavelength division multiplexing，CWDM)。在特定的示例中，频道波长根据区域网络(local area network，LAN)波长分割多工(wavelength division multiplexing，WDM)实施，而区域网络波长分割多工也可称为LWDM。
用语“耦合”在此指任何连接、耦接、连结或相似的关系，且“光学地耦合”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。另一方面，用语“直接光学耦合”指两个元件之间不包含诸如面镜及波导等这种中间元件或装置而通过光学路径的光学耦合，或是指两个元件之间没有包含沿着光路径的弯折(bend)/转弯(turn)。
用语“实质上”在此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/标称的特性。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％。
请参阅图式，图1呈现及描述有根据本发明的实施例的光收发器100。在本实施例中，光收发器100包含耦接于一基板102的一多频道光发射次组件配置104以及一多频道光接收次组件配置106，其中基板102也可称为光学模块基板。基板102例如可包含印刷电路板(printed circuit board，PCB)或印刷电路板组件(printed circuit board assembly，PCBA)。基板102可为可插入式的(pluggable)，以用于插入至光收发器架体109中。
在所绘示的实施例中，光收发器100分别通过多频道光发射次组件配置104及多频道光接收次组件配置106使用四个不同的频道波长(λ1、λ2、λ3、λ4)发出并接收四个频道的信号，且每频道能具有至少大约25Gbps的传输速度。在一示例中，频道波长λ1、λ2、λ3、λ4可分别为1270纳米(nm)、1290nm、1310nm及1330nm。包含相关于区域网络波长分割多工的其他频道波长也属于本发明的范畴。光收发器100也能具有2公里(km)到至少约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。虽然接下来的示例及实施例呈现并描述四个频道的光收发器，但本发明并不以此为限。举例来说，本发明也可同样地应用于2、6或8个频道的模式。
详细来说，多频道光发射次组件配置104包含一光发射次组件壳体114，光发射次组件壳体114具有界定出一光学元件空腔220的多个侧墙，其中光学元件空腔220也可简称为空腔(请参阅图4)。所述光学元件空腔220包含设置于其中的多个激光配置110，这将于以下详细描述。各个激光配置110用来发射具有不同的相关频道波长的多个光学信号。各个激光配置可包含被动及/或主动的光学元件，例如激光二极管(laser diode，LD)、监控光二极管(monitor photodiode，MPD)、激光二极管驱动器(laser diode driver，LDD)等等。包含各个激光配置的额外元件包含滤波器、聚焦透镜、滤波电容器等等。
为了驱动这些激光配置110，光收发器100包含一发射连接电路112以提供电性连接给光发射次组件壳体114中的这些激光配置110。发射连接电路112例如可用以从光收发器架体109中的电路接收驱动信号(例如驱动信号TX_D1～TX_D4)。如图式所示，光发射次组件壳体114可被气密地(hermetically)密封以防止诸如灰尘或碎屑(debris)等外界物质进入。因此，多个中继(transit)发射(TX)线路117(或是电性传导路径)可图案化于基板102上的至少一表面，且电性耦接于光发射次组件壳体114的馈通装置(feedthrough device)116以使发射连接电路112处于电性通讯于激光配置110的状态，进而将发射连接电路112与多频道光发射次组件配置104电性互连。馈通装置116例如可包含陶瓷、金属或任何其他合适的材料。
在运作过程中，多频道光发射次组件配置104可接着接收驱动信号(例如驱动信号TX_D1至驱动信号TX_D4)，并与之响应，以产生并发送经多工的频道波长至输出波导120，其中输出波导120例如为发射光纤。所产生的经多工的频道波长可根据光学元件124结合，其中光学元件124例如为阵列波导光栅(arrayed waveguide grating，AWG)，且阵列波导光栅(arrayed waveguide grating，AWG)根据设置位置作为多工装置实施且用以从这些激光配置110接收所发出的频道波长126，并以光纤插座122的方式输出带有经多工的频道波长的信号至输出波导120。
接着，多频道光接收次组件配置106包含一光学元件124(如根据设置位置作为解多工装置的阵列波导光栅)、一光二极管阵列128及一放大电路130(如跨阻抗放大器(transimpedance amplifier，TIA))。光学元件124的输入端口可通过光纤插座136的方式光学地耦接于接收波导134(如光纤)。光学元件124的输出端口可用于输出独立的频道波长至光二极管阵列128。光二极管阵列128可接着输出成比例的(proportional)电性信号至放大电路130，所述信号接着能被放大或者是调变(conditioned)。光二极管阵列128及放大电路130侦测从接收波导134(如光纤)接收的光学信号，并将此光学信号转换成通过接收连接电路132输出的电性数据信号RX_D1至RX_D4。在运作过程中，光二极管阵列128可接着通过导体电路119(可称为导体路径)的方式输出带有所接收的频道波长的表征(representation)的电性信号至接收连接电路132。
现在请参照图2至图3，呈现有根据本发明一实施例的示例性的光收发器模块200。光收发器模块200可实施为图1中的光收发器100，其同样可应用图2至图3的叙述故不再赘述。如图式所示，光收发器模块200包含沿长轴250从第一端252延伸至第二端254的基板202。第一端252可电性耦接于收发器架体以接收驱动信号(例如驱动信号TX_D1至TX_D4)，因此可称为电性耦合端。另一方面，第二端254包含分别用于发送及接收频道波长的一多频道光发射次组件配置204及一多频道光接收次组件配置206，因此可称为光学耦合端。
详细来说，基板包含用于安装光学元件及图案化导体线路(conductive trace)(例如中继发射线路117、导体电路119)的至少一第一安装面256。邻设于第一端252，基板202包含多个垫片(pad)/终端(terminal)而例如用于与收发器架体中的相关电路电性通讯。基板202包含邻设于第二端的多频道光发射次组件配置204及多频道光接收次组件配置206。多频道光接收次组件配置包含设置于其中的放大电路230、光感测器阵列228及根据设置位置作为解多工装置的光学元件224。光学元件224的输入端口235可通过接收中间光纤268的方式耦接于光耦合插座236。因此，光学元件224可从接收波导(例如图1中的接收波导134)接收经多工信号264。光学元件224的输出端口可光学地对齐于光感测器阵列228并输出独立的频道信号至其上。代表独立的频道波长的电性信号可接着在被传到接收连接电路132之前由放大电路放大/过滤。
如图式所示，光发射次组件壳体214由多个侧墙所界定。光发射次组件壳体的第一端258边缘安装(edge mount)并电性耦接至基板202的第二端254。光发射次组件壳体214的第二端259通过发射中间光纤269的方式耦接于光耦合插座222。光发射次组件壳体214的第一端258也可称为电性耦合端，且第二端259也可称为光学耦合端。在一实施例中，光发射次组件壳体214可通过一或多个电性互连装置稳固地接合于基板202，其中一或多个电性互连装置于申请号为16/116,087申请日为2018年8月29且标题为“Transmitter OpticalSubassembly with Hermetically-Sealed Light Engine and External ArrayedWaveguide Grating”的美国专利中详细说明，所述专利的整体在此供参考。
在一实施例中，多频道光发射次组件配置204的光发射次组件壳体214可被气密地密封，但其他实施例中壳体也可无须被气密地密封。因此，多频道光发射次组件配置204也可称为特别适用于长距离通讯(例如高达或超过10公里)的气密光启动器(hermetically-sealed light engine)。光发射次组件壳体214可包含馈送装置262，其中馈送装置262至少部分地设置于光发射次组件壳体214的空腔中以允许基板202及多频道光发射次组件配置204之间的电性互连。光发射次组件壳体214可包含实质上相对基板202的长轴250平行延伸的长轴。光发射次组件壳体214例如可包含金属、塑胶、陶瓷或任何其他合适的材料。光发射次组件壳体214可由多件式或单件式材料结构所形成。
光发射次组件壳体214可更进一步界定出一光学元件空腔220(如图4所示)(也可称为激光器空腔)，其中光学元件空腔220可充满惰性气体(inert gas)以形成惰性层(inert atmosphere)。在一实施例中，气密容器中的惰性层包含氮气，较佳地包含1大气压的氮气。惰性层可由氮、氦、氩、氪、氙或是其混合物所形成，可包含氮氦混合物、氖氦混合物、氪氦混合物或氙氦混合物。包含在气密的光学元件空腔220中的惰性气体或气体混合物可以特定的折射率或其他光学性质为原则来做选择。也可以气体促进隔热的能力为原则来选择气体。举例来说，现有用来提升促进热传导的氦气可单独使用或添加上述其他气体一起使用。在任何情况中，“气密的”及“气密地密封”等用语可交互使用并指壳体最多可释放约5*10-8立方公分/秒的填充气体。
请参照图4至图7，单独呈现有多频道光发射次组件配置204的示例性光发射次组件壳体214的实施例。如图式所示，光发射次组件壳体214沿长轴450从第一端452延伸至第二端454。多个侧墙214-1～214-6界定出位在它们之间的光发射次组件壳体214及光学元件空腔220。须注意的是，图4中呈现的实施例仅为了清楚呈现而省略形成盖体部的侧墙214-6(如图2所示)。
馈送装置262至少部分地界定出光发射次组件壳体214的第一端452并包含诸如汇流排(bus bar)的多个电性互连器464，其中电性互连器464位于光学元件空腔220的外部而安装并电性耦接于基板102。这些电性互连器464可提供电力及射频(radio frequency，RF)驱动信号给这些激光配置210。馈送装置262还包含至少一安装面，例如垂直监控光二极管(monitor photodiode，MPD)安装面，这将于以下详细描述。
接续于光学元件空腔220中的馈送装置262，多个激光配置210设置并受支撑于至少部分由侧墙214-4提供的安装面。根据设置位置作为多工装置的光学元件224也设置并受支撑于至少部分由侧墙214-4提供的安装面。光学元件224包含多个输入端口456，且各个输入端口光学地对齐于这些激光配置210中的相关激光配置。光学元件224还包含一输出端口458，输出端口458较清楚地呈现于图6中。光学元件224的输出端口458光学地对齐于光发射次组件壳体214的侧墙214-3所界定出的开口(aperture)462。开口462可接着衔接(transition)至光纤耦合插座462，其中光纤耦合插座462用于容纳发射中间光纤269(如图2所示)。
因此，在运作过程中，光学元件224接收由这些激光组件沿方向D1从多个输入部(input)发出的频道波长466，并接着输出具有各个发出的频道波长466的多工信号468，以例如通过外部发射光纤进行发射。
图7呈现根据一实施例的光发射次组件壳体214的光学元件空腔220的放大立体图。如图式所示，馈送装置262包含由第一安装面702、第二安装面704及第三安装面706界定的阶梯(step)/肩部(shoulder)构型，其中第一安装面702平行光发射次组件壳体214的长轴450延伸，第二安装面704平行于第一安装面延伸，且第三安装面706依附于(adjoin)第一安装面702及第二安装面704并实质上相对它们横向延伸。因此，第一安装面702、第二安装面704及第三安装面706提供用于耦接至光学元件的多层(multi-tiered)或多阶(multi-step)安装面。现在将接着描述馈送装置262的各个安装面。
第一安装面702包含图案化于其上的第一群导体线路(traces/paths)708。第一群导体线路708可用于提供来自基板202的电力并传送来自多个监控光二极管712的数据信号，其中这些监控光二极管712安装并受第三安装面支撑。为此，第一安装面702也可称为监控光二极管线路安装面/部。第二安装面704包含设置于其上的多个第二群导体线路(traces/paths)711。第二群导体线路711可用于提供来自基板202的电力及数据信号给各个激光配置210。为此，第二安装面704可称为激光二极管线路安装面/部。
接着，如上所述，第三安装面706实质上相对第一安装面702及第二安装面704横向延伸并依附于其上。第三安装面706可用于安装及支撑共同标记为712且个别标记为712-1～712-4的多个监控光二极管。各个监控光二极管712可由监控光二极管次安装件714支撑，其中监控光二极管次安装件714提供电性线路以将监控光二极管电性互连至第一群导体线路708(监控光二极管线路安装部)的相关导体线路。监控光二极管次安装件714可为单件式结构或多件式结构，其中单件式结构例如为单一的电路板或其他合适的基板。单件式结构的监控光二极管次安装件714的其中一个优点为简化将监控光二极管接合及对齐于馈送装置262的动作，而这是因为各个光二极管可在馈送装置262插入光发射次组件壳体214的光学元件空腔220前放置于监控光二极管次安装件714上预设的位置。因此，将监控光二极管次安装件714耦接至馈送装置262光学地将设置于其上的各个监控光二极管对齐而无须执行额外的对齐步骤。
如图式所进一步呈现，各个监控光二极管712包含位于各个晶片的顶(upper/top)面的光接收区(例如图8B中呈现的监控光二极管712-4的光接收区716-4，其中光接收区光学地对齐于激光配置210中相对应的一者。各个监控光二极管的这种垂直安装方式使馈送装置262具有较小的整体覆盖区域(footprint)，并进一步缩短光发射次组件壳体214的整体长度。这种垂直安装方式通过释放各个激光配置后方/附近的空间而允许第二安装面704的光二极管线路延伸于这些监控光二极管712之下并设置于靠近激光配置210的位置，进而达成壳体尺寸的减小。这种将监控光二极管移离相对应的激光配置后方/附近的位置的方式也有利于使第二安装面704的激光二极管线路及各个激光配置之间能通过打线接合(wire bonding)达成相对较短的电性互连，这减缓了诸如飞行时间(time of flight，TOF)及阻抗错配(impedance mismatching)等最终会降低射频信号品质的问题。
接着，各个激光配置210包含由激光二极管次安装件213及选用的热电致冷(thermoelectric cooling，TEC)配置所支撑的激光二极管。举例来说，关联于频道4(channel 4，CH4)的激光配置210-4包含由激光二极管次安装件213支撑及安装的激光二极管211-4。如图8B所呈现的剖面示意图所示，激光二极管次安装件213安装于热电致冷装置720并受其支撑。接着，热电致冷装置720安装于光发射次组件壳体214的侧墙214-4所提供的表面并受其支撑。激光二极管次安装件也可支撑热敏电阻(thermistor)，例如热敏电阻724-4(如图7所示)。接续于这些激光配置210，各个激光配置可包含安装于激光二极管次安装件713并受其支撑的汇聚透镜(例如汇聚透镜726-4)。激光二极管次安装件213可如图式所示包含单件式结构或可由多件式结构形成。
接续于这些激光配置210，光学元件224安装于多工次安装件720并受其支撑。光学元件224的输入端口456光学地对齐于这些激光配置210。为此，多个光学路径850长轴地(longitudinally)延伸过光学元件空腔220，其中各个光学路径从相对应地一个激光二极管延伸出来。一部分的光功率(例如2％或更少)从相对各个激光二极管的发射面的表面(也称为背侧发射面)发出且由各个监控光二极管记录(registered)(例如转换为成比例的电流)，借以形成反馈回路(feedback loop)来确保光功率。因此，各个光学路径850也交会于垂直地安装的监控光二极管712，更具体来说交会于各个相对应且垂直地安装的监控光二极管712的光接收区(例如光接收区716-4)。
在运作过程中，各个激光配置210发出的频道波长发射于光学路径850中相对应的一者，其中各个光学路径850实质上相对彼此平行延伸。如上所述，一部分的光功率从各个激光二极管中相对发射面的表面(也可称为背侧发射面)发出，从而朝监控光二极管712发射一部分的光功率。监控光二极管的各个光接收区(例如光接收区716-4)接着例如借由将光功率转换为成比例的电流来记录这部分的光功率以用来提供给反馈回路。所发出的频道波长接着通过光学元件224的输入端口456接收。光学元件224接着将所接收的频道波长结合到经多工光学信号263中(请参阅图2)。在光学元件224的输出端口458上，经多工光学信号263通过开口(aperture)输出到发射中间光纤269上(请参阅图2)，并接着最终地输出到外部发射光纤(未绘示)。
图9呈现根据本发明的实施例的光发射次组件壳体204’的另一个示例性实施例。如图式所示，光发射次组件壳体204’包含多个侧墙以在它们之间提供空腔，这实质上相似于多频道光发射次组件配置204的结构。然，光发射次组件壳体204’没有在空腔中包含多工装置而是通过开口480-1～480-4耦接于多个波导(未绘示)(例如光纤)的第一端。这些波导的第二端可光学地耦接于外部多工装置，例如阵列波导光栅。这使得光发射次组件壳体204’具有相对较小的整体覆盖区域，这会显著地降低特征化气密壳体的成本及复杂度。简言之，体积越小且光发射次组件壳体204’的空腔中的被动/光学元件的数量越少，则制造光发射次组件壳体204’所需的复杂度、时间及成本就会越低。馈送装置262’可与馈送装置262实质上以类似的方式构成，其叙述同样地能应用于图9中的实施例，故不再赘述。举例来说，相较于其他将监控光二极管放置于相对应的激光二极管后方或者附近的方法来说，垂直的监控光二极管安装面490使监控光二极管能安装于其上，以有助于降低光发射次组件壳体204’的整体长度。
根据本发明一方面公开有一种光发射次组件模块。光发射次组件模块包含一激光二极管安装面、至少一第一激光二极管、一基部以及一第一监控光二极管。至少一第一激光二极管设置于激光二极管安装面。第一激光二极管具有一背侧发射面。背侧发射面用于沿一第一光学路径发出一部分的光功率。基部提供一垂直监控光二极管安装面。第一监控光二极管设置于垂直监控光二极管安装面。第一监控光二极管具有一光接收区。光接收区通过第一光学路径并至少根据实质上相对激光二极管安装面横向延伸的垂直监控光二极管安装面而光学地对齐于第一激光二极管，而使得第一光学路径交会于第一监控光二极管的光接收区。
根据本发明另一方面公开有一种在多频道的一光发射次组件壳体中将多个监控光二极管光学地耦接至相对应的多个激光二极管的方法。所述方法包含安装至少一监控光二极管至一馈送装置所提供的一垂直监控光二极管安装面，将多个导体线路图案化于馈送装置的一或多个表面上，以及将馈送装置插入光发射次组件壳体的一空腔中，以使导体线路邻近于光发射次组件壳体中的激光二极管，其中将馈送装置插入空腔使得各个安装至垂直监控光二极管安装面的至少一监控光二极管光学地耦接于各个相对应的激光二极管的一背侧发射面。
根据本发明再另一方面公开有一种多频道光收发器模块。多频道光收发器模块包含一印刷电路板组件及一光发射次组件配置。光发射次组件配置耦接于印刷电路板组件，且包含一激光二极管安装面、至少一第一激光二极管、一基部以及一第一监控光二极管。至少一第一激光二极管设置于激光二极管安装面。第一激光二极管具有一背侧发射面。背侧发射面用于沿一第一光学路径发出一部分的光功率。基部提供一垂直监控光二极管安装面。第一监控光二极管设置于垂直监控光二极管安装面。第一监控光二极管具有一光接收区。光接收区通过第一光学路径并至少根据实质上相对激光二极管安装面横向延伸的垂直监控光二极管安装面而光学地对齐于第一激光二极管，而使得第一光学路径交会于第一监控光二极管的光接收区。
虽然本发明的原理已在此描述，但是可以理解的是，本领域技术人员可理解这些叙述仅为示例性的而不用于限定本发明的范围。除了在此描述及呈现的示例性实施例之外，其他的实施例也位于本发明的范围内。本领域技术人员当可进行一些修改及替换，且这些修改及替换也位于本发明的范围内并仅以下述的权利要求为限。

Claims (20)

1.一种光发射次组件模块，其特征在于，包含：
一激光二极管安装面；
至少一第一激光二极管，设置于所述激光二极管安装面，所述第一激光二极管具有一背侧发射面，所述背侧发射面用于沿一第一光学路径发出一部分的光功率；
一基部，提供一垂直监控光二极管安装面；以及
一第一监控光二极管，设置于所述垂直监控光二极管安装面，所述第一监控光二极管具有一光接收区，所述光接收区通过所述第一光学路径并至少根据实质上相对所述激光二极管安装面横向延伸的所述垂直监控光二极管安装面而光学地对齐于所述第一激光二极管，而使得所述第一光学路径交会于所述第一监控光二极管的所述光接收区。
2.如权利要求1所述的光发射次组件模块，其特征在于，还包含：
一壳体，具有界定出一空腔的多个侧墙，所述激光二极管安装面设置于所述空腔中；以及
一馈送装置，至少部分由所述基部所界定，所述馈送装置用于至少部分地设置于所述壳体的所述空腔中，其中所述馈送装置的一第一端提供一电性耦合区以电性耦接至一光学模块基板进而接收一射频驱动信号来驱动所述第一激光二极管，且所述馈送装置的一第二端界定出所述垂直监控光二极管安装面，所述垂直监控光二极管安装面设置于所述空腔中。
3.如权利要求2所述的光发射次组件模块，其特征在于，所述壳体的所述空腔被气密地密封以防止异物进入。
4.如权利要求2所述的光发射次组件模块，其特征在于，所述壳体的所述些侧墙的至少其中一者提供一热电致冷安装部，且所述光发射次组件模块提供：
一热电致冷配置，安装于所述热电致冷安装部；以及
一激光二极管次安装件，设置于所述热电致冷配置，所述激光二极管次安装件热连接于所述热电致冷配置，且所述激光二极管次安装件提供所述激光二极管安装面。
5.如权利要求1所述的光发射次组件模块，其特征在于，还包含多个发射射频线路，所述些发射射频线路设置于所述基部上的一表面，所述表面沿实质上平行于所述激光二极管安装面的一方向远离所述垂直监控光二极管安装面延伸。
6.如权利要求5所述的光发射次组件模块，其特征在于，所述些发射射频线路于安装至所述垂直监控光二极管安装面时设置于所述第一监控光二极管之下，以使所述些发射射频线路能朝所述激光二极管安装面延伸，且部分的所述些发射射频线路邻设于所述激光二极管安装面。
7.如权利要求1所述的光发射次组件模块，其特征在于，还包含一第二激光二极管及一第二监控光二极管，所述第二激光二极管设置于所述激光二极管安装面，所述第二监控光二极管设置于所述垂直监控光二极管安装面，所述第二激光二极管及所述第一激光二极管用于发出不同的相关频道波长，且所述第二激光二极管及所述第二监控光二极管通过一第二光学路径光学地对齐，而使得所述第二光学路径从所述第二激光二极管的一背侧发射面延伸并交会于所述第二监控光二极管的一光接收区。
8.如权利要求7所述的光发射次组件模块，其特征在于，还包含一多工配置，所述多工配置至少具有分别光学地对齐于所述第一光学路径及所述第二光学路径的一第一输入端口及一第二输入端口，以接收并合并所述第一激光二极管及所述第二激光二极管所发出的频道波长而产生一经多工光学信号供一输出端口输出。
9.如权利要求8所述的光发射次组件模块，其特征在于，所述多工配置包含一阵列波导光栅以多工所接收的频道波长，且所述阵列波导光栅提供所述输出端口并将所述经多工光学信号传送给耦接至所述输出端口的一发射波导。
10.如权利要求8所述的光发射次组件模块，其特征在于，所述多工配置的所述第一输入端口及所述第二输入端口相对所述第一激光二极管及所述第二激光二极管的一光发射区成角度，使得沿所述第一光学路径及所述第二光学路径接收的入射频道波长以大约8度的角度交会而防止后反射。
11.如权利要求1所述的光发射次组件模块，其特征在于，所述光发射次组件模块实施在能于至少四个不同的频道波长发送及接收的一多频道收发器中。
12.一种在多频道的一光发射次组件壳体中将多个监控光二极管光学地耦接至相对应的多个激光二极管的方法，其特征在于，所述方法包含：
安装至少一监控光二极管至一馈送装置所提供的一垂直监控光二极管安装面；
将多个导体线路图案化于所述馈送装置的一或多个表面上；以及
将所述馈送装置插入所述光发射次组件壳体的一空腔中，以使所述些导体线路邻近于所述光发射次组件壳体中的所述些激光二极管，其中将所述馈送装置插入所述空腔使得各个安装至所述垂直监控光二极管安装面的所述至少一监控光二极管光学地耦接于各个相对应的所述激光二极管的一背侧发射面。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包含将一惰性气体引入所述空腔而形成一气密密封。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包含在将所述馈送装置插入所述光发射次组件壳体的所述空腔后，在所述些激光二极管及所述些导体线路之间引入多个打线接合。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，图案化所述些导体线路包含将各个所述导体线路设置在延伸于所述垂直监控光二极管安装面之下的一表面。
16.一种多频道光收发器模块，其特征在于，包含：
一印刷电路板组件；
一光发射次组件配置，耦接于所述印刷电路板组件，所述光发射次组件配置包含：
一激光二极管安装面；
至少一第一激光二极管，设置于所述激光二极管安装面，所述第一激光二极管具有一背侧发射面，所述背侧发射面用于沿一第一光学路径发出一部分的光功率；
一基部，提供一垂直监控光二极管安装面；
一第一监控光二极管，设置于所述垂直监控光二极管安装面，所述第一监控光二极管具有一光接收区，所述光接收区通过所述第一光学路径并至少根据实质上相对所述激光二极管安装面横向延伸的所述垂直监控光二极管安装面而光学地对齐于所述第一激光二极管，而使得所述第一光学路径交会于所述第一监控光二极管的所述光接收区。
17.如权利要求16所述的多频道光收发器模块，其特征在于，所述光发射次组件配置还包含：
一光发射次组件壳体，具有界定出一空腔的多个侧墙，所述激光二极管安装面设置于所述空腔中；以及
一馈送装置，至少部分由所述基部界定出，所述馈送装置用于至少部分地设置于所述光发射次组件壳体的所述空腔中，其中所述馈送装置的一第一端提供一电性耦合区以电性耦接至一光学模块基板进而接收一射频驱动信号来驱动所述第一激光二极管，且所述馈送装置的一第二端界定出所述垂直监控光二极管安装面，所述垂直监控光二极管安装面设置于所述光发射次组件壳体的所述空腔中。
18.如权利要求17所述的多频道光收发器模块，其特征在于，所述光发射次组件壳体的所述空腔被气密地密封以防止异物进入。
19.如权利要求17所述的多频道光收发器模块，其特征在于，所述光发射次组件壳体的所述些侧墙的至少其中一者提供一热电致冷安装部，且所述光发射次组件配置提供：
一热电致冷配置，安装于所述热电致冷安装部；以及
一激光二极管次安装件，设置于所述热电致冷配置，所述激光二极管次安装件热连接于所述热电致冷配置，且所述激光二极管次安装件提供所述激光二极管安装面。
20.如权利要求16所述的多频道光收发器模块，其特征在于，还包含多个发射射频线路，所述些发射射频线路设置于所述基部上的一表面，所述表面沿实质上平行于所述激光二极管安装面的一方向远离所述垂直监控光二极管安装面延伸，其中所述些发射射频线路在安装至所述垂直监控光二极管安装面时设置于所述第一监控光二极管之下，以使所述些发射射频线路能朝所述激光二极管安装面延伸。
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