CN112803235A - 一种同轴封装激光装置 - Google Patents

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阳曦
赵平
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Abstract

本发明实施例公开了一种同轴封装激光装置，用于解决现有的同轴封装激光装置的散热效果不佳的技术问题。本发明实施例包括管座、激光芯片、反射棱镜、半导体制冷器以及热敏电阻；所述管座上开设有多个安装孔，所述安装孔内安装有管脚，所述半导体制冷器安装于所述管座上，所述半导体制冷器上设置有热沉块，所述激光芯片、所述反射棱镜以及所述热敏电阻均设置于所述热沉块上；多个所述管脚分别与所述激光芯片、所述半导体制冷器以及所述热敏电阻电连接。

Description

一种同轴封装激光装置
技术领域
本发明涉及通信激光转装置技术领域，尤其涉及一种同轴封装激光装置。
背景技术
随着光通信行业的发展，更高速率，更长传输距离的激光器的需求持续增加，而高功率意味着大功耗，同时激光器工作过程中产生的废热也会越多，因此，高功率激光器同轴封装的散热问题已然受到越来越多专家学者的重视。
虽然目前市场上已经出现添加了温控系统的制冷型同轴封装激光器，但这类型的激光器成本较高，结构相对复杂，并且散热效果并不佳，具体地如图5所示，目前的制冷型同轴封装激光器的激光芯片与氮化铝基板需要通过设置过渡基板方可竖立于制冷器上面，由于过渡基板的存在，激光芯片与氮化铝基板无法直接平铺在制冷器上，激光芯片的热量需要经过氮化铝基板、过渡基板才能进入到制冷器内，现有的设计严重影响整个激光器的散热效率。
因此，为解决现有的技术问题，寻找一种同轴封装的激光装置成为本领域技术人员所研究的重要课题。
发明内容
本发明实施例公开了一种同轴封装激光装置，用于解决现有的同轴封装激光装置的散热效果不佳的技术问题。
本发明实施例提供了一种同轴封装激光装置，包括管座、激光芯片、反射棱镜、半导体制冷器以及热敏电阻；
所述管座上开设有多个安装孔，所述安装孔内安装有管脚，所述半导体制冷器安装于所述管座上，所述半导体制冷器上设置有热沉块，所述激光芯片、所述反射棱镜以及所述热敏电阻均设置于所述热沉块上；
多个所述管脚分别与所述激光芯片、所述半导体制冷器以及所述热敏电阻电连接。
可选地，还包括背光探测芯片；
所述背光探测芯片设置于所述热沉块上；
所述背光探测芯片与所述管脚电连接。
可选地，还包括导电线；
多个所述管脚通过所述导电线分别与所述激光芯片、所述半导体制冷器、所述热敏电阻以及所述背光探测芯片电连接。
可选地，所述导电线为金线。
可选地，所述背光探测芯片设置于所述激光芯片出射的激光光束的反向路径上，所述反射棱镜设置于所述激光芯片出射的激光光束的同向路径上。
可选地，还包括中空的管帽，所述管帽与所述管座固定连接且与所述管座形成腔体；
所述管帽内安装有密封玻璃；
所述管帽内还设置有透镜，所述透镜位于所述密封玻璃远离所述管座的一侧，且所述透镜远离所述密封玻璃的一端外凸于所述管帽。
可选地，所述透镜远离所述密封玻璃的一端设置有第一固定环，所述第一固定环安装于所述管帽上。
可选地，还包括外壳体、单环适配器以及第二固定环；
所述外壳体套设于所述管帽的外围，所述单环适配器与所述第二固定环固定连接，且所述单环适配器通过所述第二固定环与所述外壳体远离所述管座的一端连接。
可选地，所述外壳体上还安装有散热块；
所述散热块与所述外壳体的外壁相贴合。
可选地，所述管座上还设置有氮化铝基板，所述氮化铝基板与两个所述管脚连接，且所述氮化铝基板通过所述导电线与所述热沉块连接。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本实施例中的热沉块直接设置于半导体制冷器上，激光芯片、热敏电阻直接平铺于热沉块的表面，由激光芯片所散发出的热量能够直接通过热沉块达到半导体制冷器，更有效地使半导体制冷器快速转换热能，半导体制冷器吸收上述的热量后并将热量传递到管座，热量由管座底部散出激光装置外。通过上述的设计，能够有效提高同轴封装激光装置的散热效率，使同轴封装激光装置能够正常稳定工作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明提供的一种同轴封装激光装置的结构示意图；
图2为本发明提供的一种同轴封装激光装置的结构爆炸图；
图3为本发明提供的一种同轴封装激光装置中的管座以及相关电子元件的结构示意图；
图4为本发明提供的一种同轴封装激光装置中的热沉块的结构示意图；
图5为背景技术中制冷型同轴封装激光器的内部结构示意图；
图示说明：管座1；半导体制冷器2；热沉块3；焊盘301；第一金层区域302；第二金层区域303；第三金层区域304；第四金层区域305；第五金层区域306；激光芯片4；反射棱镜5；热敏电阻6；背光探测芯片7；管脚8；氮化铝基板9；管帽10；密封玻璃11；第一固定环12；透镜13；外壳体14；第二固定环15；单环适配器16；散热块17；
背景技术激光器的管座18；背景技术激光器的制冷器19；背景技术激光器的过渡基板20；背景技术激光器的氮化铝基板21；背景技术激光器的激光芯片22。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种同轴封装激光装置，用于解决现有的同轴封装激光装置的散热效果不佳的技术问题。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图4，本实施例中提供的一种同轴封装激光装置，包括：
管座1、激光芯片4、反射棱镜5、半导体制冷器2以及热敏电阻6；
所述管座1上开设有多个安装孔，所述安装孔内安装有管脚8，所述半导体制冷器2安装于所述管座1上，所述半导体制冷器2上设置有热沉块3，所述激光芯片4、所述反射棱镜5以及所述热敏电阻6均设置于所述热沉块3上；
需要说明的是，所述激光芯片4与所述热沉块3进行共晶焊接固定；
多个所述管脚8分别与所述激光芯片4、所述半导体制冷器2以及所述热敏电阻6电连接。
需要说明的是，上述的激光芯片4、热敏电阻6、反射棱镜5均平铺于热沉块3上，并且所述热敏电阻6靠近于激光芯片4设置，热敏电阻6能够更加准确检测到激光芯片4工作时的温度，进一步实现对激光芯片4的工作温度进行精准控制。
本实施例中对激光芯片4的温度进行控制的工作原理：
所述激光芯片4工作的温度变化会引起所述热敏电阻6阻值的变化，该变化通过相对应电路结构传输至所述半导体制冷器2的控制电路，控制电路通过调节所述半导体制冷器2的的输入电流控制所述激光芯片4的工作温度。
本实施例中的热沉块3直接设置于半导体制冷器2上，激光芯片4、热敏电阻6直接平铺于热沉块3的表面，由激光芯片4所散发出的热量能够直接通过热沉块3达到半导体制冷器2，更有效地使半导体制冷器2快速转换热能，半导体制冷器2吸收上述的热量后并将热量传递到管座1，热量由管座1底部散出激光装置外。通过上述的设计，能够有效提高同轴封装激光装置的散热效率，使同轴封装激光装置能够正常稳定工作。
进一步地，还包括背光探测芯片7；
所述背光探测芯片7设置于所述热沉块3上，所述背光探测芯片7设置于所述激光芯片4出射的激光光束的反向路径上；
所述背光探测芯片7与所述管脚8电连接。
在本实施方式中，所述背光探测芯片7主要用于接收所述激光芯片4背侧所发出的光，并将该光信号转换为电信号，获得所述激光芯片4的背光电流，然后将电信号反馈给对应的控制电路。如果因所述激光芯片4性能减弱，输出的光功率较低时，背光电流会减弱，控制电路便会增大驱动电流以增大所述激光芯片4输出功率，相反，若所述激光器输出功率因环境变化而增大时，背光电流也会增大，反馈给控制电路以降低驱动电流，降低光的输出功率，进而保证所述激光芯片4输出的光具有稳定的光功率，从而可以通过背光电流的大小来判断所述激光芯片4性能的好坏，促使用户体验感更佳。
进一步地，还包括导电线；
多个所述管脚8通过所述导电线分别与所述激光芯片4、所述半导体制冷器2、所述热敏电阻6以及所述背光探测芯片7电连接。
具体地，本实施例中的热沉块3的表面上设置有焊盘301、第一金层区域302、第二金层区域303、第三金层区域304、第四金层区域305以及第五金层区域306，上述的五个金层区域围绕焊盘301进行布置；
所述激光芯片4设置于所述焊盘301上，第一金层区域302通过导电线与激光芯片4的正极连接，第二金层区域303通过导电线与激光芯片4的负极连接，第一金层区域302和第二金层区域303分别通过导电线与管脚8连接；所述背光探测芯片7设置于第三金层区域304，第三金层区域304通过导电线与管脚8连接，所述热敏电阻6设置于第四金层区域305，所述第四金层区域305通过导电线与管脚8连接，所述第五金层区域306为热敏电阻6的过渡区间，第五金层区域306通过导电线与管脚8连接。
通过将热沉块3分多个区域对电子元件进行安装主要是为了解决导电线过长导致整个链路存在的阻抗不对等，从而导致整个激光装置射频性能裂化的问题。
可选地，本实施中的导电线可选用金线。
进一步地，所述反射棱镜5设置于所述激光芯片4出射的激光光束的同向路径上。
需要说明的是，通过上述的设计，可确保所述激光芯片4所射出的激光可经反射棱镜5进行反射。
进一步地，还包括中空的管帽10，所述管帽10与所述管座1固定连接且与所述管座1形成腔体；
上述管座1上的电子元件均位于所述腔体内部；
所述管帽10内安装有密封玻璃11，所述密封玻璃11用于对管帽10进行密封，确保管帽10内部的光路完整；
所述管帽10内还设置有透镜13，所述透镜13位于所述密封玻璃11远离所述管座1的一侧，且所述透镜13远离所述密封玻璃11的一端外凸于所述管帽10。
需要说明的是，激光芯片4所发射的激光光束经过反射棱镜5反射后垂直射入管帽10内的中心，具体地经反射的激光光束能够直接入射于透镜13的中心。
进一步地，所述透镜13远离所述密封玻璃11的一端设置有第一固定环12，所述第一固定环12安装于所述管帽10上。
需要说明的是，所述第一固定环12用于对所述透镜13进行固定。
进一步地，还包括外壳体14、单环适配器16以及第二固定环15；
所述外壳体14套设于所述管帽10的外围，所述单环适配器16与所述第二固定环15固定连接，且所述单环适配器16通过所述第二固定环15与所述外壳体14远离所述管座1的一端连接。
需要说明的是，上述的外壳体14、管帽10、管座1、单环适配器16以及透镜13采用同轴安装的方式进行安装。
进一步地，所述外壳体14上还安装有散热块17；
所述散热块17与所述外壳体14的外壁相贴合。
需要说明的是，通过上述的设计，可以进一步加强本实施例中同轴封装激光装置的散热效率。
进一步地，所述管座1上还设置有氮化铝基板9，所述氮化铝基板9与两个所述管脚8连接，且所述氮化铝基板9通过所述导电线与所述热沉块3连接。
需要说明的是，氮化铝基板9通过金锡加料片的形式固定在两个管脚8上。
本实施例中的同轴封装激光装置具有以下优势：
1、管座1直接与信号传输基板连接，取代进口高频组合技术，具备低成本优势；且管座1不需要额外考虑竖直方向基板的加工工艺问题，开模难度小；
2、管座1上的各电子元件采用平躺式结构，使激光装置的结构更加紧凑，同时主光路与背光检测光路较为稳定，光信号传输效果优良；
3、激光芯片4、背光探测芯片7、热敏电阻6均平贴在热沉块3上，固晶和共晶工序的流程简化，操作难度小，且贴片的精度高；
4、平躺式结构的激光芯片4通过背部的热沉块3直接平贴在半导体制冷器2的热面，更有效地使半导体制冷器2快速转换热能，通过半导体制冷器2的冷面传递到管座1底部散出。对比目前的立体式结构，热沉块3与半导体制冷器2的接触面积是立体式结构的两倍，充分利用热电制冷效应，可靠性高；
5、平躺式结构的热敏电阻6与激光器在同一热沉块3上，且间距较近，热感性性能更佳，进一步提高了工作波长的控制精度；
6、热沉块3上各个模块区间布局合理，所需焊接的金线距离短，链路阻抗低，电信号传输性能稳定。
以上对本发明所提供的一种同轴封装激光装置进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种同轴封装激光装置，其特征在于，包括管座、激光芯片、反射棱镜、半导体制冷器以及热敏电阻；
所述管座上开设有多个安装孔，所述安装孔内安装有管脚，所述半导体制冷器安装于所述管座上，所述半导体制冷器上设置有热沉块，所述激光芯片、所述反射棱镜以及所述热敏电阻均设置于所述热沉块上；
多个所述管脚分别与所述激光芯片、所述半导体制冷器以及所述热敏电阻电连接。
2.根据权利要求1所述的同轴封装激光装置，其特征在于，还包括背光探测芯片；
所述背光探测芯片设置于所述热沉块上；
所述背光探测芯片与所述管脚电连接。
3.根据权利要求2所述的同轴封装激光装置，其特征在于，还包括导电线；
多个所述管脚通过所述导电线分别与所述激光芯片、所述半导体制冷器、所述热敏电阻以及所述背光探测芯片电连接。
4.根据权利要求3所述的同轴封装激光装置，其特征在于，所述导电线为金线。
5.根据权利要求2所述的同轴封装激光装置，其特征在于，所述背光探测芯片设置于所述激光芯片出射的激光光束的反向路径上，所述反射棱镜设置于所述激光芯片出射的激光光束的同向路径上。
6.根据权利要求1所述的同轴封装激光装置，其特征在于，还包括中空的管帽，所述管帽与所述管座固定连接且与所述管座形成腔体；
所述管帽内安装有密封玻璃；
所述管帽内还设置有透镜，所述透镜位于所述密封玻璃远离所述管座的一侧，且所述透镜远离所述密封玻璃的一端外凸于所述管帽。
7.根据权利要求6所述的同轴封装激光装置，其特征在于，所述透镜远离所述密封玻璃的一端设置有第一固定环，所述第一固定环安装于所述管帽上。
8.根据权利要求6所述的同轴封装激光装置，其特征在于，还包括外壳体、单环适配器以及第二固定环；
所述外壳体套设于所述管帽的外围，所述单环适配器与所述第二固定环固定连接，且所述单环适配器通过所述第二固定环与所述外壳体远离所述管座的一端连接。
9.根据权利要求8所述的同轴封装激光装置，其特征在于，所述外壳体上还安装有散热块；
所述散热块与所述外壳体的外壁相贴合。
10.根据权利要求3所述的同轴封装激光装置，其特征在于，所述管座上还设置有氮化铝基板，所述氮化铝基板与两个所述管脚连接，且所述氮化铝基板通过所述导电线与所述热沉块连接。
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