CN112968351A - 一种同轴封装的电吸收调制激光器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光纤通信技术领域，特别涉及一种同轴封装的电吸收调制激光器装置。装置包括管座、半导体制冷器、管帽组件、电吸收调制激光器芯片和热沉；管帽组件设置在管座上形成用于密封管座上安装元件的密封空间；管座包括承载面，在密封空间内，半导体制冷器设置在承载面上，热沉设置在半导体制冷器的背离承载面的一侧上；电吸收调制激光器芯片贴装于热沉靠近管座中心轴的一面上，管帽组件用于透射电吸收调制激光器芯片出射的信号光，电吸收调制激光器芯片出光的光轴与管座的中心轴相互重合。电吸收调制激光器芯片在垂直于承载面的方向直接出射信号光，管帽组件透射信号光，确保了光路的稳定性，提升电吸收调制激光器的可靠性。

Description

一种同轴封装的电吸收调制激光器装置

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，特别涉及一种同轴封装的电吸收调制激光器装置。

背景技术

电吸收调制激光器作为一种可靠的光源在长距离高速光纤传输系统中发挥着重要的作用。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。传统的激光器主要是采用内调制技术的直调式激光器，直调式激光器按调制信号对光源本身直接调制，以调制信号改变激光器的振荡参数，通过偏置电流的变化改变激光器输出特性以实现调制，加载信号是在激光振荡过程中进行，其体积小、结构简单、容易实现，并且成本低。但是频带利用率较低，因其特殊的啁啾效应，内调制的速率很难满足以太网长距离的传输，不能满足高速率光通信系统的需要。而采用外调制技术的电吸收激光器将激光光束直接发射在调制器上，用调制信号改变调制器的物理性能，从而使通过调制器的激光束光波的参量发生变化，降低啁啾效应，容易实现高速率光信号的调制，因此逐渐取代了直调式激光器成为市场主流。

早先的电吸收激光器主要采用BOX封装，其优势在于内置空间大，散热性能良好，但随着设备厂商小型化整合，BOX结构无法满足其尺寸要求，同时BOX封装成本也远大于同轴封装。同轴封装逐渐取代了BOX封装成为市场主流，采用同轴封装的方式一方面可以降低管壳的成本，另一方面可以随着主流的模块尺寸进行封装。

但是，目前市场上的电吸收激光器的同轴封装结构存在一个问题：电吸收调制激光器芯片卧式贴装在热沉上，若想让电吸收调制激光器芯片产生的激光从帽状壳体竖直发射到光纤适配器需在光路中增加45°反射镜，而反射镜贴片的精度将直接影响光路稳定性，进而影响耦合的光功率，工艺难度大，可靠性差。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本申请提供一种同轴封装的电吸收调制激光器装置，提升光信号传输的稳定性。

一种同轴封装的电吸收调制激光器装置，包括管座、半导体制冷器、管帽组件、电吸收调制激光器芯片和热沉；

所述管帽组件设置在所述管座上，且形成有用于密封所述管座上安装元件的密封空间；

所述管座包括承载面，在所述密封空间内，所述半导体制冷器设置在所述承载面上，所述热沉设置在所述半导体制冷器的背离所述承载面的一侧上；

所述管帽组件用于透射电吸收调制激光器芯片出射的信号光，所述电吸收调制激光器芯片贴装于所述热沉靠近所述管座中心轴的一面上，所述电吸收调制激光器芯片出光的光轴与所述管座的中心轴相互重合。

优选地，所述管帽组件包括透镜和管帽，所述透镜设置在所述管帽上，所述透镜用于透射电吸收调制激光器芯片出射的信号光。

优选地，还包括钨铜块，所述钨铜块贴装于所述热沉远离所述电吸收调制激光器芯片的一面上，同时所述钨铜块设置在所述半导体制冷器上。

优选地，所述热沉与所述钨铜块采用银胶连接。

优选地，所述热沉选用氮化铝材料。

优选地，还包括背光探测器，所述背光探测器与所述热沉间隔预设距离设置在所述半导体制冷器上，所述背光探测器设置在所述电吸收调制激光器芯片的背光方向。

优选地，所述热沉靠近所述管座中心轴的一面上还设置有热敏电阻，所述热敏电阻用于监测所述电吸收调制激光器芯片的温度。

优选地，所述热沉靠近所述管座中心轴的一面上还设置有薄膜电阻，所述薄膜电阻与所述电吸收调制激光器芯片的高速调制信号输入阻抗匹配。

优选地，还包括散热块，所述散热块包裹于所述管帽组件的外侧。

优选地，还包括隔离适配器，所述管帽组件与所述隔离适配器之间采用连接环连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的电吸收调制激光器装置包括管座、半导体制冷器、管帽组件、电吸收调制激光器芯片和热沉，热沉竖立设置在管座的承载面上，电吸收调制激光器芯片贴附在热沉靠近管座中心轴的一面上，电吸收调制激光器芯片在垂直于承载面的方向直接出射信号光，管帽组件透射电吸收调制激光器芯片出射的信号光，由此确保了光路的稳定性，提升电吸收调制激光器的可靠性，无需另外设置改变光路方向的反射镜，从而降低光路耦合及对准的困难程度；电吸收调制激光器芯片出光的光轴与管座的中心轴相互重合，降低了封装工艺的复杂程度，在光路耦合上降低了管帽组件与电吸收调制激光器芯片的耦合难度。

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为本发明实施例提供的电吸收调制激光器装置的内部结构示意图；

图2为本发明实施例提供的电吸收调制激光器装置整体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的电吸收调制激光器装置整体爆炸结构示意图。

图示说明：管座1、半导体制冷器2、背光探测器3、管帽组件4、对地电阻5、电吸收调制激光器芯片6、热沉7、钨铜块8、薄膜电9、旁路电容10、热敏电阻11、滤波电容12、散热块13、隔离适配器14、连接环15、引脚16；

承载面101、透镜401、管帽402

具体实施方式

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设置在”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。

此外，术语“长”“短”“内”“外”等指示方位或位置关系为基于附图所展示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有此特定的方位、以特定的方位构造进行操作，以此不能理解为本发明的限制。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

请参阅图1至3，一种同轴封装的电吸收调制激光器装置包括管座1、半导体制冷器2、管帽组件4、电吸收调制激光器芯片6和热沉7，半导体制冷器2作为装置的冷却散热件；

管帽组件4设置在管座1上形成密封空间，密封空间用于密封管座1上的安装元件，管帽组件4用于透射电吸收调制激光器芯片6出射的信号光；

管座1包括承载面101，在密封空间内，半导体制冷器2设置在承载面101上，在垂直于所述承载面101的方向上，热沉7设置在半导体制冷器2的背离承载面101的一侧上，电吸收调制激光器芯片6贴装于热沉7靠近管座1中心轴的一面上，电吸收调制激光器芯片6出光的光轴与管座1的中心轴相互重合。

在本实施例中，热沉7竖立设置在承载面101上，热沉7包括靠近管座1中心轴的连接面，电吸收调制激光器芯片6贴附在连接面上，电吸收调制激光器芯片6在垂直于承载面101的方向直接出射信号光，管帽组件4透射电吸收调制激光器芯片6出射的信号光，确保了光路的稳定性，提升电吸收调制激光器的可靠性，无需另外设置改变光路方向的反射镜，从而降低光路耦合及对准的困难程度；电吸收调制激光器芯片6出光的光轴与管座1的中心轴相互重合，降低了封装工艺的复杂程度，在光路耦合上降低了管帽组件4与电吸收调制激光器芯片6的耦合难度。此外，管帽组件4直接设置在管座1上实现光路耦合，该耦合方式不需要设计特殊的夹具夹持管帽组件4，因此通用性高。

在一个可选的实施方式中，管帽组件4包括透镜401和管帽402，透镜401设置在管帽402上，管帽402与承载面101连接。透镜401透射电吸收调制激光器芯片6出射的信号光。透镜401可以是球形或非球形。

为提高装置的散热能力，在一个可选的实施方式中，电吸收调制激光器装置包括有钨铜块8，钨铜块8具有良好的散热特性，钨铜块8贴装于热沉7远离电吸收调制激光器芯片6的一面上，钨铜块8同时设置在半导体制冷器2上。

可选的，热沉7选用氮化铝材料，热沉7与钨铜块8采用高导散热银胶连接。电吸收调制激光器芯片6发出的热量经过热沉7传到银胶，再传到钨铜块8上，钨铜块8上的热量再传递给半导体热电制冷器2，从而完成散热循环，整体散热效果好。

电吸收调制激光器芯片6包括电吸收调制器及半导体激光二极管，半导体激光二极管用于发射激光，电吸收调制器用于对激光进行调制，从而得到信号光。

在一个可选的实施方式中，电吸收调制激光器装置包括还包括背光探测器3，背光探测器3与热沉7间隔预设距离设置在半导体制冷器2上，背光探测器3设置在电吸收调制激光器芯片6的背光方向。背光探测器3的光接收面与半导体激光二极管的后出光面相互正对，背光探测器3用于感测半导体激光二极管发射的激光的功率，并将此电信号传递给控制端，控制端从而可以根据背光探测器3探测的结果，控制施加于半导体激光二极管的电流的大小。此外，控制端根据背光探测器3传输的电信号可以判断电吸收调制激光器芯片6是否处于正常状态，以此保证光信号传输效果。背光探测器3可以为侧面照明InGaAs/InP探测器，也可以为正面进光InGaAs/InP探测器。

在一个可选的实施方式中，热沉7靠近管座1中心轴的一面上还设置有热敏电阻11，热敏电阻11用于监测电吸收调制激光器芯片6的温度。热敏电阻11通过监测热沉7的温度，进而监测电吸收调制激光器芯片6的温度。

在一个可选的实施方式中，热沉7靠近管座1中心轴的一面上还设置有薄膜电阻9，薄膜电阻9作用是在实际测试过程中降低电吸收调制激光器芯片6中的电吸收调制器的高阻，便于对电吸收调制激光器芯片6进行高频特性的测试。薄膜电阻9可以为50欧姆阻抗的薄膜电阻。

本实施例中，热沉7靠近管座1中心轴的一面上还设置有旁路电容10、滤波电容12、对地电阻5。旁路电容10作用是将电吸收调制器及半导体激光二极管彼此之间存在的信号耦合导入到地，避免了高频信号对电吸收调制器的附加调制，能得到更好的调制带宽。对地电阻5具有稳定电吸收调制激光器芯片6的特性，减少外界对电吸收调制激光器芯片6的电串扰和抗电磁干扰。

滤波电容12用于滤除直流激励源中的谐波分量。这是由于施加给电吸收调制激光器芯片6的直流电会存在脉动波纹，为了滤除电流波纹，在电吸收调制激光器芯片6的电极并联了一个220pf的电容，起到降压、整流、滤波和稳压的作用，整体稳定性提高。从光路耦合的角度，滤波电容12一方面降低了对电吸收调制激光器芯片6的贴片精度要求，另一方面在耦合上可以降低与外界光学装置的耦合难度。外界光学装置如光纤适配器。

为进一步提升装置的散热能力，在一个可选的实施方式中，电吸收调制激光器装置还包括散热块13，散热块13包裹管帽组件4的外周。具体的，散热块13可以包裹管帽402的整个外周，散热块13也可以包裹管帽402的外壳的一部分。

本实施例中，电吸收调制激光器装置还包括隔离适配器14。具体的，管帽组件4上套设有一个连接环15，隔离适配器14套设在连接环15远离管帽组件4的一端。隔离适配器14与光纤适配器的入光口连接实现光路传输，隔离适配器14还具有过滤其他波长的作用。

电吸收调制激光器装置还包括贯穿管座1的多个引脚16，多个引脚16与外部系统进行电连接。多个引脚16包括对地引脚16，其余引脚16分别与半导体制冷器2的正极、半导体制冷器2的负极、对地电阻5、热敏电阻11、背光探测器3、滤波电容12的一端对应连接。

为了能够将各元件准确定位在热沉7上，在一个可选的实施方式中，热沉7划分多模块，元件贴装在对应的模块区域内。此外，多模块划分也能够分解金线过长导致整个链路存在的阻抗不对等致使激光器射频性能裂化。

综上，本实施例的激光器装置包括管座1、半导体制冷器2、管帽组件4、电吸收调制激光器芯片6和热沉7，热沉7竖立设置在管座1上，电吸收调制激光器芯片6贴附在热沉7靠近管座1中心轴的连接面上，电吸收调制激光器芯片6在垂直于承载面101的方向直接出射信号光，电吸收调制激光器芯片6出光的光轴与管座1的中心轴相互重合，管帽组件4透射电吸收调制激光器芯片6出射的信号光，确保了光路的稳定性，提升电吸收调制激光器的可靠性，降低了封装工艺的复杂程度，在光路耦合上降低了管帽组件4与电吸收调制激光器芯片6的耦合难度。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种同轴封装的电吸收调制激光器装置，其特征在于，包括管座(1)、半导体制冷器(2)、管帽组件(4)、电吸收调制激光器芯片(6)和热沉(7)；

所述管帽组件(4)设置在所述管座(1)上，且形成有用于容纳所述管座(1)上安装元件的密封空间；

所述管座(1)包括承载面(101)，在所述密封空间内，所述半导体制冷器(2)设置在所述承载面(101)上，所述热沉(7)设置在所述半导体制冷器(2)的背离所述承载面(101)的一侧上；

所述管帽组件(4)用于透射电吸收调制激光器芯片(6)出射的信号光，所述电吸收调制激光器芯片(6)贴装于所述热沉(7)靠近所述管座(1)中心轴的一面上，所述电吸收调制激光器芯片(6)出光的光轴与所述管座(1)的中心轴相互重合。

2.根据权利要求1所述的同轴封装的电吸收调制激光器装置，其特征在于，所述管帽组件(4)包括透镜(401)和管帽(402)，所述透镜(401)设置在所述管帽(402)上，所述透镜(401)用于透射电吸收调制激光器芯片(6)出射的信号光。

3.根据权利要求1所述的同轴封装的电吸收调制激光器装置，其特征在于，还包括钨铜块(8)，所述钨铜块(8)贴装于所述热沉(7)远离所述电吸收调制激光器芯片(6)的一面上，同时所述钨铜块(8)设置在所述半导体制冷器(2)上。

4.根据权利要求3所述的同轴封装的电吸收调制激光器装置，其特征在于，所述热沉(7)与所述钨铜块(8)采用银胶连接。

5.根据权利要求1所述的同轴封装的电吸收调制激光器装置，其特征在于，所述热沉(7)选用氮化铝材料。

6.根据权利要求1所述的同轴封装的电吸收调制激光器装置，其特征在于，还包括背光探测器(3)，所述背光探测器(3)与所述热沉(7)间隔预设距离设置在所述半导体制冷器(2)上，所述背光探测器(3)设置在所述电吸收调制激光器芯片(6)的背光方向。

7.根据权利要求1所述的同轴封装的电吸收调制激光器装置，其特征在于，所述热沉(7)靠近所述管座(1)中心轴的一面上还设置有热敏电阻(11)，所述热敏电阻(11)用于监测所述电吸收调制激光器芯片(6)的温度。

8.根据权利要求7所述的同轴封装的电吸收调制激光器装置，其特征在于，所述热沉(7)靠近所述管座(1)中心轴的一面上还设置有薄膜电阻(9)，所述薄膜电阻(9)与所述电吸收调制激光器芯片(6)的高速调制信号输入阻抗匹配。

9.根据权利要求1所述的同轴封装的电吸收调制激光器装置，其特征在于，还包括散热块(13)，所述散热块(13)包裹于所述管帽组件(4)的外侧。

10.根据权利要求9所述的同轴封装的电吸收调制激光器装置，其特征在于，还包括隔离适配器(14)，所述管帽组件(4)与所述隔离适配器(14)之间采用连接环(15)连接。

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