CN113703104B - 一种蝶形soa器件及生产耦合方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蝶形SOA器件，管壳内设置有TEC制冷器，TEC制冷器冷面上依次设置有汇聚透镜、SOA芯片电路基板和平行光透镜，管壳两端设置有输入口和输出口，输入口设置有输入尾纤，输出口设置有输出尾纤，SOA芯片电路基板上设有SOA芯片和热敏电阻，TEC制冷器的引脚和SOA芯片电路基板的引脚均通过回形电路基板与管壳两侧对应的引脚连接，本发明还公开了一种蝶形SOA器件生产耦合方法。本发明设置回形电路基板，可缩短金线长度、降低金丝键合工艺难度，避免金丝过长导致的金线易坍塌、强度低等问题；可获得更高的耦合效率和耦合精度。可保证SOA器件耦合精度更高、可靠性更强。

Description

一种蝶形SOA器件及生产耦合方法
技术领域
本发明属于光器件技术领域，具体涉及一种蝶形SOA器件，还涉及一种蝶形SOA器件生产耦合方法。
背景技术
SOA(Semiconductor Optical Amplifier)，半导体光放大器，是将光信号进行放大的一种器件，可用于提高数据传输功率和扩展传输距离。在光纤通信中，经过远距离传输后的光信号功率较低，过低的光功率将无法满足PD组件的接收需求，因此，常采用在接收端前增加SOA半导体光放大器来对光信号进行放大。为方便应用，提供一种采用工业标准14引脚的蝶形封装的SOA器件。
现有蝶形SOA器件生产中，耦合SOA芯片前汇聚透镜和后准直透镜时，一般采用给SOA芯片加电，使SOA芯片自身发光，然后调整前汇聚透镜或后准直透镜位置，使对应透过前汇聚透镜的光功率符合要求，或使透过后准直透镜的光功率或光斑尺寸符合要求；采用这种单一方式耦合SOA器件时，存在耦合效率低以及耦合可靠性不高的问题。比如，利用SOA芯片自身发光，仅通过测光功率或光斑尺寸耦合平行光透镜时，由于SOA芯片剩余反射率的存在，实际测得的光可能还包括了，部分经SOA芯片两端反射振荡产生的光，所以即使将光功率或光斑耦合到指定要求了，但实际SOA器件的光功率不满足要求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种蝶形SOA器件，还提供一种蝶形SOA器件生产耦合方法，
本发明的上述目的通过以下技术手段实现：
一种蝶形SOA器件，包括管壳，管壳内设置有TEC制冷器，TEC制冷器冷面上依次设置有汇聚透镜、SOA芯片电路基板和平行光透镜，管壳两端设置有输入口和输出口，输入口设置有输入尾纤，输出口设置有输出尾纤，SOA芯片电路基板上设有SOA芯片和热敏电阻，汇聚透镜中心光轴、输入尾纤轴线以及SOA芯片光输入口轴线同轴；平行光透镜中心光轴、输出尾纤轴线、SOA芯片光输出口轴线同轴，TEC制冷器和SOA芯片电路基板均通过回形电路基板与管壳两侧对应的引脚连接。
一种蝶形SOA器件，还包括桥接电路，桥接电路设置在靠近TEC制冷器和SOA芯片电路基板的的位置，TEC制冷器和SOA芯片电路基板与桥接电路之间通过金丝键合，桥接电路与回形电路基板之间通过金丝键合，回形电路基板与管壳侧部对应的引脚通过金丝键合。
如上所述的输入尾纤和输出尾纤为准直器尾纤，准直器尾纤包括准直透镜和尾纤组件，准直透镜固定在透镜支架上，透镜支架通过调节环焊接在尾纤组件上，尾纤组件包括插芯、套设在插芯上的插芯套管、插设在插芯中心的纤芯、以及固定在插芯套管尾端的尾管；插芯套管的首端通过调节环与透镜支架连接，插芯朝向准直透镜的端面为斜面，斜面与垂直于插芯中心轴的平面的夹角为4～8°。
如上所述的插芯套管外侧设有对位切边。
如上所述的管壳的输入口设置有输入口通光片，输出口设有输出口通光片，输入口通光片与垂直于管壳的输入口轴线的平面成6～8°倾角，输出口通光片与垂直于管壳的输出口轴线的平面成6～8°倾角。
如上所述的在平行光透镜和输出口通光片之间设有隔离器，隔离器通过支架固定在管壳的腔体内，隔离器的轴线、平行光透镜的光轴以及输出口的轴线同轴。
一种蝶形SOA器件生产耦合方法，包括以下步骤：
步骤1、旋转输入尾纤相对于管壳的角度，使得输入尾纤接收到的光功率达到最大，用胶水将输入尾纤固定在输入口；
步骤2、调整汇聚透镜位置，使得输入尾纤接收到的光功率达到最大；
步骤3、旋转输出尾纤相对于管壳的角度，使得输出尾纤接收到的光功率达到最大，用胶水将输出尾纤固定在输出口；
步骤4、耦合平行光透镜。
如上所述的步骤3包括以下步骤：
将输出尾纤的准直透镜一端插入输出口，使SOA芯片自发光，自发光传输至输出尾纤，旋转输出尾纤相对于管壳的角度，使得输出尾纤接收到的光功率达到最大，用胶水将输出尾纤固定在输出口。
如上所述的步骤4包括以下步骤：
步骤4.1、将平行光透镜置于预设位置，给SOA芯片加电，使SOA芯片自发光，自发光会向后通过平行光透镜传输至输出尾纤，调整平行光透镜位置，使得输出尾纤接收到的光功率达到最大；
步骤4.2、给SOA芯片加电，通过输入尾纤提供指定输入功率光P0，输入功率光P0经过汇聚透镜汇聚至SOA芯片光输入口，SOA芯片产生受激辐射对输入功率光P0进行放大后，经平行光透镜准直至输出尾纤，检测输出尾纤接收到的光功率P1，微调平行光透镜位置，使接收到的光功率P1相对于输入的光功率P0的放大增益符合要求，进入步骤4.3；
步骤4.3、给SOA芯片施加反向1.8V电压，通过输入尾纤提供指定输入功率光P0，测输出尾纤接收到的光功率是否满足指定反偏功率；如果满足指定反偏功率，则结束；如果测输出尾纤接收到的光功率不满足指定反偏功率，则进入步骤4.4；
步骤4.4、返回步骤4.2并将步骤4.2中的微调平行光透镜实施为缩短平行光透镜到SOA芯片出光口的距离，在SOA芯片放大增益满足放大增益要求的情况下，使输出尾纤接收到的光功率缩减。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
通过设置回形电路基板作为转接电路来实现SOA芯片电路基板和TEC制冷器与蝶形管壳引脚之间的电气连接，可缩短金线长度、降低金丝键合工艺难度，以及保障电气连接可靠性，避免金丝过长导致的金线易坍塌、强度低等问题；采用回形的电路基板，相对于采用多个转接电路基板，只需一次贴装定位工序、生产效率高；
准直透镜通过透镜支架和调节环焊接在尾纤上的结构，相对于准直透镜与尾纤插芯直接通过套筒对接的结构，可在焊接时根据要求微调准直透镜和尾纤插芯的相对位置，以获得更高的耦合效率和耦合精度。
尾纤组件的插芯套管上设有对位切边，调节尾纤组件时可作为调节参考。
将通光片通过高温烧结在蝶形管壳输入输出口上，以保证蝶形管壳密封效果，能满足气密性封装要求；
在平行光透镜和通光片之间设置隔离器，可降低反射对输入端的影响；
SOA器件光路耦合中，对平行光透镜耦合精度要求较高，通过先粗耦合至光功率最大处，再精耦合至指定放大增益，能提升平行光透镜的耦合精度；同时也能避免因仅通过光斑或光功率耦合平行光透镜时，存在的耦合功率与实际不符的问题，能提升耦合效率及产品良率。
通过粗耦合光功率、精耦合放大增益，以及再耦合反偏系数的方式，耦合平行光透镜，可保证SOA器件耦合精度更高、可靠性更强。
采用将准直透镜通过调节环焊接在尾纤组件上的方式，相对于常规SOA器件采用的准直透镜与插芯组件通过套管匹配并胶粘在一起的方式，一方面，焊接的可靠性更强，使用中更不容易失效；另一方面，可在焊接时根据要求微调准直透镜和尾纤插芯的相对位置，以获得更高的耦合效率和耦合精度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的剖面结构示意图；
图3为准直器尾纤的结构放大示意图；
图4为准直器尾纤的插芯套管的切面示意图；
图中：1-管壳；11-输入口；12-输出口；2-TEC制冷器；31-汇聚透镜；32-SOA芯片电路基板；321-SOA芯片；322-热敏电阻；33-平行光透镜；41-输入尾纤；42-输出尾纤；51-回形电路基板；52-桥接电路；61-准直透镜；62-透镜支架；63-调节环；64-尾纤组件；65-插芯；651-斜面；66-插芯套管；661-对位切边；67-纤芯；68-尾管；7-隔离器；71-支架；81-底部垫块；82-汇聚透镜垫块；83-平行光垫块。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
一种蝶形SOA器件包括，蝶形的管壳1，设置在管壳1的腔体内的TEC制冷器2，依光路顺序设置在TEC制冷器2冷面上的汇聚透镜31、SOA芯片电路基板32和平行光透镜33；管壳1两端设置有输入口11和输出口12，输入口11设置有输入尾纤41，输出口12设置有输出尾纤42。其中，SOA芯片电路基板32上设有SOA芯片321和热敏电阻322，汇聚透镜31中心光轴、输入尾纤41轴线以及SOA芯片321光输入口轴线同轴；平行光透镜33中心光轴、输出尾纤42轴线、SOA芯片321光输出口轴线同轴。TEC制冷器2的引脚和SOA芯片电路基板32的连接焊点通过金丝键合至回形电路基板51对应的对内连接焊点，再使回形电路基板51的对外连接焊点金丝键合至管壳1两侧对应的引脚，回形电路基板51的对内连接焊点与对外连接焊点一一对应，实现管壳1内外的电气连通。
为进一步缩短金线长度，桥接电路52设置在靠近TEC制冷器2引脚和SOA芯片电路基板32的连接焊点的位置，TEC制冷器2的引脚和SOA芯片电路基板32的连接焊点与桥接电路52对应的对内连接焊点通过金丝键合，桥接电路52的对外连接焊点与回形电路基板51对应的对内连接焊点通过金丝键合，桥接电路52的对内连接焊点与对外连接焊点一一对应，回形电路基板51的对外连接焊点与管壳1两侧的引脚通过金丝键合，TEC制冷器2和SOA芯片电路基板32，依次通过桥接电路52、回形电路基板51与管壳1引脚实现电气连通。
输入尾纤41和输出尾纤42可采用准直器尾纤，具体的准直器尾纤的结构包括准直透镜61和尾纤组件64。具体的，可采用将准直透镜61固定在透镜支架62上，透镜支架62通过调节环63焊接在尾纤组件64上，可通过控制调节环63与尾纤组件64焊接的相对位置获得更高的耦合效率和耦合精度。
其中尾纤组件64可根据应用需求采用保偏光纤或单模光纤。尾纤组件64包括插芯65、套设在插芯65上的插芯套管66、插设在插芯65中心的纤芯67、以及固定在插芯套管66尾端的尾管68；其中，插芯套管66包括插芯套管体和套设在插芯套管体上的限位环，插芯套管66的首端通过调节环63与透镜支架62连接，尾纤组件64中的插芯65靠近管壳1的输入口11/输出口12的端面上，插芯65朝向准直透镜61的端面为斜面651，斜面651与垂直于插芯65中心轴的平面的夹角为4～8°。输入尾纤41和输出尾纤42可通过胶水固定在管壳1的输入口11和输出口12。
为方便SOA器件生产过程中调节输入尾纤41和输出尾纤42的位置，插芯套管66外侧可设有对位切边661，可通过观察对位切边661与管壳1边沿的夹角，旋转调节尾纤组件64的周向方位。
管壳1的输入口11设置有输入口通光片，输出口12设有输出口通光片(图中未示出)，为降低反射，输入口通光片可与垂直于管壳1的输入口11轴线的平面成6～8°倾角，输出口通光片可与垂直于管壳1的输出口12轴线的平面成6～8°倾角；输入口通光片和输出口通光片可通过高温分别烧结在管壳1内腔上的输入口11和输出口12上。
在平行光透镜33和输出口通光片之间设有隔离器7，隔离器7通过支架71固定在管壳1的腔体内，隔离器7的轴线、平行光透镜33的光轴以及输出口12的轴线同轴。
为光路的高度匹配，可设置对应的底部垫块81、汇聚透镜垫块82、平行光垫块83等，底部垫块81设置在TEC制冷器2热面下方，汇聚透镜垫块82设置在汇聚透镜31下方，平行光垫块83设置在平行光透镜33下方。其中为保证TEC制冷器2的制冷效果，设置在TEC制冷器2热面下方的底部垫块81可采用铜钨合金，加强导热散热效果。
一种SOA器件生产耦合方法，包括以下步骤：
步骤1、耦合输入尾纤41：将输入尾纤41的准直透镜61所在的一端插入输入口11，直至输入尾纤41的限位环抵至输入口11；给SOA芯片321加电(例如施加350mA电流)，使得SOA芯片321自发光，自发光会向前传输至输入尾纤41；旋转输入尾纤41相对于管壳1的角度，使得输入尾纤41接收到的光功率达到最大(可在输入尾纤41接入光功率计，或其他光功率检测设备)；用胶水将输入尾纤41固定在输入口11。
旋转方法：通过输入尾纤41的插芯套管66上的对位切边661的方位，以对位切边661为参照，使得输入尾纤41以15度步进旋转，粗调至输入尾纤41接收到的光功率最大处；再在该光功率最大处所在位置的基础上，以1度为步进旋转，将输入尾纤41精调至接收到的光功率最大处。
步骤2、耦合汇聚透镜31：将汇聚透镜31置于预设位置，给SOA芯片321加电(例如施加350mA电流)，使SOA芯片321自发光，调整汇聚透镜31位置，使得输入尾纤41接收到的光功率达到最大(5dbm)；
步骤3、耦合输出尾纤42：同耦合输入尾纤41方法，将输出尾纤42的准直透镜61一端插入输出口12，直至输出尾纤42的限位环抵至输出口12，使SOA芯片321自发光，自发光会传输至输出尾纤42，旋转输出尾纤42相对于管壳1的角度，使得输出尾纤42接收到的光功率达到最大(可在输出尾纤42接入光功率计，或其他光功率检测设备)；用胶水将输出尾纤42固定在输出口12；耦合输出尾纤42前，可先将隔离器7贴装在预设位置。
步骤4、耦合平行光透镜33，具体包括以下步骤：
步骤4.1、粗耦合平行光透镜33至输出尾纤42接收到的光功率最大：将平行光透镜33置于预设位置，给SOA芯片321加电(350mA电流)，使SOA芯片321自发光，自发光会向后通过平行光透镜33传输至输出尾纤42，调整平行光透镜33位置，使得输出尾纤42接收到的光功率达到最大；(最大光功率值需不小于7dbm)；
步骤4.2、微调平行光透镜位置，将SOA芯片放大增益调整至满足放大增益要求：给SOA芯片321加电(350mA电流)，通过输入尾纤41提供指定输入功率光P0，输入功率光P0会经过汇聚透镜31汇聚至SOA芯片321光输入口，SOA芯片321产生受激辐射对输入功率光P0进行放大后，经平行光透镜33准直至输出尾纤42，检测输出尾纤42接收到的光功率P1，微调平行光透镜33位置，使接收到的光功率P1相对于输入的光功率P0的放大增益符合要求，进入步骤4.3；比如，输入的指定光功率P0为6dbm时，使接收到的光功率P1不小于15dbm时，认为符合放大增益要求。
步骤4.3、耦合SOA芯片反偏系数：给SOA芯片321施加反向1.8V电压，通过输入尾纤41提供指定输入功率光P0(例如6dbm)，测输出尾纤42接收到的光功率是否满足指定反偏功率(-40dbm)；如果满足指定反偏功率，则结束，如果测输出尾纤42接收到的光功率不满足指定反偏功率，则进入步骤4.4；
步骤4.4、返回步骤4.2并将步骤4.2中的微调平行光透镜33位置实施为缩短平行光透镜33到SOA芯片321出光口的距离，在SOA芯片放大增益满足放大增益要求的情况下，使输出尾纤42接收到的光功率缩减0.2dbm，输入不变的时候，输出尾纤42接收的光功率缩减了，就相当于放大增益缩减了。
一种SOA器件生产耦合方法，还包括反偏功率测量步骤：不给SOA芯片321加电，通过输入尾纤41提供指定功率输入光(例如6dbm)，测输出尾纤42接收到的关断光功率(-35dbm)；记录该关断光功率值，并结合预设的关断系数(5db)，计算得出预计要求的反偏功率(-40dbm)。
准直器尾纤(输入尾纤41和输出尾纤42)的制作方法：将准直透镜61固定在透镜支架62；透镜支架62与调节环63焊接；用平行光TO激光器向平行光发出平行光，调整插芯套管66的首端嵌入调节环63中的深度，使准直器尾纤接收到的光功率最大，将插芯套管66的首端焊接在调节环63上。
需要指出的是，本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例作各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (2)

1.一种蝶形SOA器件，包括管壳(1)，其特征在于，管壳(1)内设置有TEC制冷器(2)，TEC制冷器(2)冷面上依次设置有汇聚透镜(31)、SOA芯片电路基板(32)和平行光透镜(33)，管壳(1)两端设置有输入口(11)和输出口(12)，输入口(11)设置有输入尾纤(41)，输出口(12)设置有输出尾纤(42)，SOA芯片电路基板(32)上设有SOA芯片(321)和热敏电阻(322)，汇聚透镜(31)中心光轴、输入尾纤(41)轴线以及SOA芯片(321)光输入口轴线同轴；平行光透镜(33)中心光轴、输出尾纤(42)轴线、SOA芯片(321)光输出口轴线同轴，TEC制冷器(2)和SOA芯片电路基板(32)均通过回形电路基板(51)与管壳(1)两侧对应的引脚连接，
还包括桥接电路(52)，桥接电路(52)设置在靠近TEC制冷器(2)和SOA芯片电路基板(32)的位置，TEC制冷器(2)和SOA芯片电路基板(32)与桥接电路(52)之间通过金丝键合，桥接电路(52)与回形电路基板(51)之间通过金丝键合，回形电路基板(51)与管壳(1)侧部对应的引脚通过金丝键合，
所述的输入尾纤(41)和输出尾纤(42)为准直器尾纤，准直器尾纤包括准直透镜(61)和尾纤组件(64)，准直透镜(61)固定在透镜支架(62)上，透镜支架(62)通过调节环(63)焊接在尾纤组件(64)上，尾纤组件(64)包括插芯(65)、套设在插芯(65)上的插芯套管(66)、插设在插芯(65)中心的纤芯(67)、以及固定在插芯套管(66)尾端的尾管(68)；插芯套管(66)的首端通过调节环(63)与透镜支架(62)连接，插芯(65)朝向准直透镜(61)的端面为斜面(651)，斜面(651)与垂直于插芯(65)中心轴的平面的夹角为4～8°，
所述的插芯套管(66)外侧设有对位切边(661)，
所述的管壳(1)的输入口(11)设置有输入口通光片，输出口(12)设有输出口通光片，输入口通光片与垂直于管壳(1)的输入口(11)轴线的平面成6～8°倾角，输出口通光片与垂直于管壳(1)的输出口(12)轴线的平面成6～8°倾角，
在所述的平行光透镜(33)和输出口通光片之间设有隔离器(7)，隔离器(7)通过支架(71)固定在管壳(1)的腔体内，隔离器(7)的轴线、平行光透镜(33)的光轴以及输出口(12)的轴线同轴。
2.一种权利要求1所述的蝶形SOA器件生产耦合方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、旋转输入尾纤(41)相对于管壳(1)的角度，使得输入尾纤(41)接收到的光功率达到最大，用胶水将输入尾纤(41)固定在输入口(11)；
旋转输入尾纤(41)的方法：通过输入尾纤(41)的插芯套管(66)上的对位切边(661)的方位，以对位切边(661)为参照，使得输入尾纤(41)以15度步进旋转，粗调至输入尾纤(41)接收到的光功率最大处；再在该光功率最大处所在位置的基础上，以1度为步进旋转，将输入尾纤(41)精调至接收到的光功率最大处，
步骤2、调整汇聚透镜(31)位置，使得输入尾纤(41)接收到的光功率达到最大；
步骤3、旋转输出尾纤(42)相对于管壳(1)的角度，使得输出尾纤(42)接收到的光功率达到最大，用胶水将输出尾纤(42)固定在输出口(12)；
步骤4、耦合平行光透镜(33)，
所述的步骤3包括以下步骤：
将输出尾纤(42)的准直透镜(61)一端插入输出口(12)，使SOA芯片(321)自发光，自发光传输至输出尾纤(42)，旋转输出尾纤(42)相对于管壳(1)的角度，使得输出尾纤(42)接收到的光功率达到最大，用胶水将输出尾纤(42)固定在输出口(12)，
所述的步骤4包括以下步骤：
步骤4.1、将平行光透镜(33)置于预设位置，给SOA芯片(321)加电，使SOA芯片(321)自发光，自发光会向后通过平行光透镜(33)传输至输出尾纤(42)，调整平行光透镜(33)位置，使得输出尾纤(42)接收到的光功率达到最大；
步骤4.2、给SOA芯片(321)加电，通过输入尾纤(41)提供指定输入功率光P0，输入功率光P0经过汇聚透镜(31)汇聚至SOA芯片(321)光输入口，SOA芯片(321)产生受激辐射对输入功率光P0进行放大后，经平行光透镜(33)准直至输出尾纤(42)，检测输出尾纤(42)接收到的光功率P1，微调平行光透镜(33)位置，使接收到的光功率P1相对于输入的光功率P0的放大增益符合要求，进入步骤4.3；
步骤4.3、给SOA芯片(321)施加反向1.8V电压，通过输入尾纤(41)提供指定输入功率光P0，测输出尾纤(42)接收到的光功率是否满足指定反偏功率；如果满足指定反偏功率，则结束；如果测输出尾纤(42)接收到的光功率不满足指定反偏功率，则进入步骤4.4；
步骤4.4、返回步骤4.2并将步骤4.2中的微调平行光透镜(33)实施为缩短平行光透镜(33)到SOA芯片(321)出光口的距离，在SOA芯片放大增益满足放大增益要求的情况下，使输出尾纤(42)接收到的光功率缩减，
反偏功率测量步骤包括：不给SOA芯片(321)加电，通过输入尾纤(41)提供指定功率输入光，测输出尾纤(42)接收到的关断光功率；记录该关断光功率值，并结合预设的关断系数，计算得出预计要求的反偏功率。
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