CN111509542A - 一种18Ghz激光器 - Google Patents

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王志文
贺亮
侯炳泽
刘兆东
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Abstract

本发明属于激光器技术领域，涉及一种18Ghz激光器，包括管壳、制冷器、电板、热沉、电感、电容、准直透镜、双级隔离器、聚焦透镜、光纤、PD芯片、激光器芯片、热敏电阻、信号输入线和匹配电阻。本发明的激光器能够满足18Ghz信号传输，能够应用于航空航天领域，满足各种恶劣条件使用。本发明的产品具有业内最高的隔离度要求，是具有非常好的单色性，可以做到领先世界的超窄线宽1MHz以内，以及具有非常高的边模抑制比，可高达50dB以上。

Description

一种18Ghz激光器
技术领域
本发明属于激光器技术领域，涉及一种18Ghz激光器。
背景技术
针对5G的应用场景，高速的光模块起至关重要的作用，光模块中的激光器受设计、封装工艺、生产多方面影响，目前行业中的激光器封装从光耦合效率低、装配工艺精度低、体积大，逐渐发展为高耦合效率、高精度、小体积封装工艺。目前射频电路中常用的微带线、共面波导等方式实现传输线的连接。不同的传输线结构之间存在着特征阻抗匹配变换，和微波模式匹配的问题。
发明内容
为解决上述为问题，本发明基于射频电路的特性，提供18Ghz激光器，包含机械设计、控温系统、电路设计等。本发明是实现一种18GHz激光器的设计，应用于应用电信/数据通信、光纤射频、模拟射频链路传输等领域。
本发明的技术方案为：
一种18GHz激光器，包括管壳1、制冷器2、电板3、热沉4、电感5、电容6、准直透镜7、双级隔离器8、聚焦透镜9、光纤10、PD芯片11、激光器芯片13、热敏电阻14、信号输入线15和匹配电阻17；
所述光纤10与焊接在管壳1上的光窗的外侧，激光器通过光纤10与外部设备连接；所述聚焦透镜9位于管壳1的内部，设置于光窗的内侧；所述制冷器2设置在管壳1内，所述电板3固定在制冷器2上，制冷器2为电板3上的部件降温；所述热沉4固定在电板3上，靠近管壳1的过渡块16的一侧，电板3起导热的作用；所述双级隔离器8和准直透镜7设置在电板3上，所述PD芯片11和激光器芯片13设置在热沉4上，且聚焦透镜9、双级隔离器8、准直透镜7、激光器芯片13和PD芯片11从左至右依次布置，且位于同一条直线上，即均位于光路上；
所述电感5、电容6、热敏电阻14、匹配电阻17和信号输入线15均设置在热沉4上；所述信号输入线15，一端与过渡块16连接，另一端与激光器芯片13连接，且匹配电阻17串联在信号输入线15上；所述电容6通过银胶粘贴在热沉4上，靠近激光器芯片13，电容6通过金线与信号输入线15连接；所述激光器芯片13，其正极通过金线连接到热沉4上，负极通过共晶连接到信号输入线15上；所述PD芯片11通过绝缘胶粘贴在热沉4上，其正负极分别通过金线连接到管壳1的管脚上；所述热敏电阻14，其正极通过金线与管壳1的管脚相连，负极通过银胶粘贴在热沉4上，实现导电；所述电感5，其一端与激光器芯片13的负极相连，另一端与管壳1的管脚相连；
所述热沉4上设置多个金属化镀金过孔12，阵列分布在信号输入线15两侧，直径0.3mm。
本发明的有益效果：本发明的激光器能够满足18Ghz信号传输，能够应用于航空航天领域，满足各种恶劣条件使用。本发明的产品具有业内最高的隔离度要求，是具有非常好的单色性(即光谱纯度)，可以做到领先世界的超窄线宽1MHz以内，以及具有非常高的边模抑制比(SMSR)，可高达50dB以上。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图；
图2为本发明装置的局部放大图。
图中：1管壳；2制冷器；3电板；4热沉；5电感；6电容；7准直透镜；
8双级隔离器；9聚焦透镜；10光纤；11PD芯片；12金属化镀金过孔；
13激光器芯片；14热敏电阻；15信号输入线；16过渡块；17匹配电阻。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
如图1和图2所示为本发明的一种18GHz激光器，包括管壳1、制冷器2、电板3、热沉4、电感5、电容6、准直透镜7、双级隔离器8、聚焦透镜9、光纤10、PD芯片11、激光器芯片13、热敏电阻14、信号输入线15和匹配电阻17；热沉4上设有多个金属化镀金过孔12，热沉4位于靠近管壳1的过渡块16的一端。
本实施例的所采用的具体工艺如下：
1、采用氮化铝材质的热沉4，在热沉4设置多个金属化镀金过孔12，通过过孔沉金工艺，保证激光器的性能，通过高频电路仿真结果可知，热沉4具有结构标新立异、工艺简单、性能良好等优点。并在电路上预置匹配电阻5％精度的45Ω的匹配电阻17，和线路上的等效阻抗匹配。
2、在供电电路上增加180nh绕线电感5，降低电流波动对信号的影响，减少杂波以及金丝键合带来的寄生电感，以及电容产生的谐振。
3、在信号传输线路(信号传输线15)上增加一个nf级旁路电容6，保证信号的完整性能、把输入信号的高频杂波滤除掉、同时能够降低器件的能耗。
4、采用的侧面接受光的PD芯片11，收光面为45°，避免背光原路反射给芯片带来干扰、PD的正负极都在芯片的上面，方便金丝键合。
5、采用双透镜工艺，准直透镜7加聚焦透镜9，实现高耦合效率达90％。增加双透镜之间的距离，在双透镜中间增加双级隔离器8，光隔离度达到45dB，保证光路完整性同时又能够实现光路无反射。
6、采用预置焊锡的制冷器2(TEC)，能够更有效的满足产品的工业级温度要求，使得产品在-40℃～-85℃依然能够保持芯片的工作温度，适用于更复杂、更极端的恶劣环境。
7、电板3采用四面镀金工艺，能够保证热沉4的接地共面波导的传输线。
8、管壳1采用的是7pin的K头连接方式，过渡块16采用接地共面波导氧化铝连接。
9、激光器芯片13采用25G DFB芯片，DFB激光器最大特点是具有非常好的单色性(即光谱纯度)，它的线宽普遍可以做到1MHz以内，以及具有非常高的边模抑制比(SMSR)，可高达40-50dB以上。通过共晶设备焊接到热沉4上面，共晶的加热使用脉冲加热方式，能够有效保护芯片不受损伤。
10、热敏电阻14采用NTC型热敏电阻，阻值与温度为负系数关系。具有体积小、功率大、抑制浪涌电流能力强、反应速度快、材料常数(B值)大、寿命长、可靠性高、工作范围宽等特点。
生产过程如下：首先把制冷器2和电板3通过共晶工艺装配在管壳1中，然后把激光器芯片13共晶在热沉4上，把电感5使用绝缘胶水固定在热沉4的线路上、电感5的两个线头连接在热沉4的供电电路上；在激光器芯片13的后面贴装一个PD芯片11；在信号输入端贴装一个电容6、在激光器芯片13旁边贴装一个热敏电阻14。然后把热沉4贴装到电板3上面，信号输入线15和管壳上面的过渡块16对齐、保证50um左右的缝隙、通过金丝键合连接信号输入线和过渡块16，信号输入的金线小于500um，能够保证阻抗及电场的匹配。然后把热敏电阻14及PD芯片11也通过金丝键合连接入电路中。电路连接完成后通过透镜耦合工艺装配准直透镜7和双级隔离器8。聚焦透镜9通过机械定位装配到管壳1内部中，然后整体管壳1进行缝焊，形成一个密闭的空间，保证产品的可靠性，最后通过尾纤耦合工艺，把尾纤10装配到产品的出光端，整体完成装配后进行可靠性试验，完成整个产品的工艺流程。

Claims (2)

1.一种18GHz激光器，其特征在于，所述的18GHz激光器包括管壳(1)、制冷器(2)、电板(3)、热沉(4)、电感(5)、电容(6)、准直透镜(7)、双级隔离器(8)、聚焦透镜(9)、光纤(10)、PD芯片(11)、激光器芯片(13)、热敏电阻(14)、信号输入线(15)和匹配电阻(17)；
所述光纤(10)与焊接在管壳(1)上的光窗的外侧，激光器通过光纤(10)与外部设备连接；所述聚焦透镜(9)位于管壳(1)的内部，设置于光窗的内侧；所述制冷器(2)设置在管壳(1)内，所述电板(3)固定在制冷器(2)上，制冷器(2)为电板(3)上的部件降温；所述热沉(4)固定在电板(3)上，靠近管壳(1)的过渡块(16)的一侧，电板(3)起导热的作用；所述双级隔离器(8)和准直透镜(7)设置在电板(3)上，所述PD芯片(11)和激光器芯片(13)设置在热沉(4)上，且聚焦透镜(9)、双级隔离器(8)、准直透镜(7)、激光器芯片(13)和PD芯片(11)从左至右依次布置，且位于同一条直线上，即均位于光路上；
所述电感(5)、电容(6)、热敏电阻(14)、匹配电阻(17)和信号输入线(15)均设置在热沉(4)上；所述信号输入线(15)，一端与过渡块(16)连接，另一端与激光器芯片(13)连接，且匹配电阻(17)串联在信号输入线(15)上；所述电容(6)通过银胶粘贴在热沉(4)上，靠近激光器芯片(13)，电容(6)通过金线与信号输入线(15)连接；所述激光器芯片(13)，其正极通过金线连接到热沉(4)上，负极通过共晶连接到信号输入线(15)上；所述PD芯片(11)通过绝缘胶粘贴在热沉(4)上，其正负极分别通过金线连接到管壳(1)的管脚上；所述热敏电阻(14)，其正极通过金线与管壳(1)的管脚相连，负极通过银胶粘贴在热沉(4)上，实现导电；所述电感(5)，其一端与激光器芯片(13)的负极相连，另一端与管壳(1)的管脚相连。
2.根据权利要求1所述的一种18GHz激光器，其特征在于，所述热沉(4)上设置多个金属化镀金过孔(12)，阵列分布在信号输入线(15)两侧，直径0.3mm。
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