CN113991418A - 用于信号传输线路特征阻抗匹配的管座及高频光发射器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于信号传输线路特征阻抗匹配的管座及高频光发射器件。用于信号传输线路特征阻抗匹配的管座包括金属底座，金属底座上穿设有信号PIN针，金属底座顶面导电连接有调节块，调节块上设有沿金属底座轴向的调节槽，调节槽具有圆弧形槽底；每个信号PIN针与一个调节槽的圆弧形槽底同轴设置并具有间距，用于调节对应信号PIN针凸出金属底座顶面的部分的特征阻抗。利用调节块能够快速有效的对每个信号PIN针凸出金属底座顶面的部分的特征阻抗进行调整，使得该部分特征阻抗与之连接器件的特征阻抗匹配，进而避免引起信号传输时的劣化，且调节块结构简单，便于加工，针对不同的电子器件外形尺寸，能够快速变更，适应不同的产品需求，且安装方便。

Description

用于信号传输线路特征阻抗匹配的管座及高频光发射器件

技术领域

本发明涉及高频光发射器件管座设计技术领域，特别是用于信号传输线路特征阻抗匹配的管座及高频光发射器件。

背景技术

用于光纤通信的光收发模块中的光信号发射器件（TOSA），常采用同轴TO-CAN的封装方式。这种封装方式是将金属管座和金属管帽进行密封焊接。其中TOSA里的电子元器件(如半导体激光器LD，光电探测器MPD，半导体制冷器TEC)都安装在管座上，管帽的顶端开孔处粘接有一个透镜或平面玻璃作为内部半导体激光器LD发射激光的出光窗口。从该光窗出射的激光，耦合入光纤连接器，最后通过光纤传输出去。在金属管座上有连通管座上下两面的PIN针，PIN针和管座之间有玻璃填料，PIN针依靠该玻璃填料固定在管座上，并与管座实现电隔离，在管座与管帽密封焊接后，PIN针主要起连接TO-CAN内外电路的作用。封装在TO-CAN内部的PIN针，通过打金线或者锡焊连接到TO-CAN内部的电子元器件上。在TO-CAN外部的PIN针会和柔性电路板FPC焊接在一起，再通过FPC连接到光收发模块的主板上。

在现有的技术方案中，为了保证半导体激光器LD能够稳定发光，常在TO-CAN里放置半导体制冷器TEC，然后再将半导体激光器LD放置在TEC上，以稳定半导体激光器LD的工作温度。因为TEC有一定高度，通常为0.9-3mm，这使得半导体激光器LD及附属电子元器件(如激光器驱动器等)离管座表面会更远，需要管座顶面（内侧）的PIN针更长才能与这些器件打金线连接。而随着PIN针长度的增加，虽对给元器件供电的直流线路并无影响，但是对信号传输线路影响很大。如图1所示，信号PIN针凸出管座顶面（内壁）的部分无法利用金属底座作为参考信号回路，信号PIN针凸出管座顶面（内壁）的较长一段的特征阻抗会发生变化，使信号PIN针凸出管座顶面（内壁）的部分的信号传输线路特征阻抗与原有线路不匹配。而高速信号在该特征阻抗不匹配处容易发生反射，反射信号与原有信号叠加，容易引起信号的劣化。特别是在25G波特率以上高速信号应用中，这种信号的劣化会更明显。

专利《用于DFB激光器的TO壳体》（公开号CN109428259），提供了一种TO壳体，引入子安装座(优选陶瓷材料)，在子安装座上印制与原有信号传输线路匹配的信号线5a和5b，接地线路13,14a,14b。将子安装座上的信号线路和刚伸出管座的信号传输PIN锡焊在一起，接地线13,14a,14b用过孔同子安装座背面的载架(载架与管座为一体)实现参考信号回路连接。可以调整信号线5a,5b和地线13,14a,14b的宽度，间距最终实现管座到TEC上元器件间信号传输路径的特征阻抗匹配。该发明通过引入一个子安装座的方式解决特征阻抗匹配的问题，缺点在于该子安装座加工复杂，成本较高，同时需要增加侧面贴装，锡焊等工艺，增加组装的复杂程度。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术在TO-CAN里放置半导体制冷器TEC后，会导致信号PIN针凸出管座顶面的部分需要设置更长，使得存在信号传输线路特征阻抗与原有线路不匹配的情况，而高速信号在特征阻抗与原有线路不匹配处容易发生反射，使得容易引起信号的劣化的问题，提供用于信号传输线路特征阻抗匹配的管座及高频光发射器件。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于信号传输线路特征阻抗匹配的管座，包括金属底座，所述金属底座上穿设有信号PIN针，所述金属底座顶面导电连接有调节块，所述调节块上设有沿所述金属底座轴向的调节槽，所述调节槽具有圆弧形槽底；

每个所述信号PIN针与一个所述调节槽的圆弧形槽底同轴设置并具有间距，用于调节对应所述信号PIN针凸出所述金属底座顶面的部分的特征阻抗。

其中， 信号PIN针与调节槽的圆弧形槽底的间距可以先通过电磁仿真软件计算，并在后续的测试中验证，最后修正得出。

本方案中，金属底座顶面是指金属底座用于设置半导体激光器的一面，金属底座底面会通过接地PIN针进行接地并作为信号回路，通过在金属底座顶面导电连接有调节块，使得调节块也能够接地并作为信号回路。调节块上可以设置具有圆弧形槽底的调节槽，每个所述信号PIN针与对应的所述调节槽的槽底同轴设置并具有间距，使得每个所述信号PIN针与对应的所述调节槽的槽底具有间距且间距相等，通过控制调节槽的槽底与信号PIN针的间距，以空气为介质，能够利用调节槽的槽底为参考信号回路，就能够调节信号PIN针凸出金属底座顶面的部分的特征阻抗，使得该部分特征阻抗与之连接器件的特征阻抗匹配，进而避免引起信号传输时的劣化。当然，每个信号PIN针可以各通过一个调节块进行特征阻抗调节，即每个调节块有一个调节槽；也可以两个信号PIN针通过一个调节块进行特征阻抗调节，即该调节块具有两个调节槽。

光发射器件金属管座本体通常为冲压模具批量制得，结构一经确定不易改变。而光发射器件里的电子器件如半导体制冷器，激光器驱动器在不同产品中外形尺寸变动很大。

本方案所述用于信号传输线路特征阻抗匹配的管座，利用调节块，能够快速有效的对每个信号PIN针凸出金属底座顶面的部分的特征阻抗进行调整，使得该部分特征阻抗与之连接器件的特征阻抗匹配，进而避免引起信号传输时的劣化。该调节块，结构简单，便于加工，针对不同的电子器件外形尺寸，能够快速变更，适应不同的产品需求，且安装方便。

优选的，所述金属底座上穿设有若干所述信号PIN针和若干电传输PIN针，所有所述信号PIN针相邻设置，所有所述信号PIN针通过一个所述调节块调节所有所述信号PIN针分别凸出所述金属底座顶面的部分的特征阻抗。

当金属底座上穿设有若干所述信号PIN针和若干电传输PIN针时，将两个用于差分信号传输的所述信号PIN针相邻设置，能够便于打金线的连接，同时使得能够将两个信号PIN针分别对应的调节槽集成在一个所述调节块，使得结构更加紧凑，能够减少对空间的占用。

优选的，所述调节块厚度与所述信号PIN针凸出所述金属底座顶面的部分的长度相同，满足对每个信号PIN针凸出金属底座顶面的部分的特征阻抗进行调节，同时便于打金线的连接。

优选的，所述调节块为金属构件或陶瓷构件，所述陶瓷构件的表面设有导电层；金属构件使得调节块能够接地，使得能够作为信号PIN针凸出金属底座顶面的部分的特征阻抗调节的参考信号回路；采用陶瓷构件时，通过在陶瓷构件的表面设置导电层，也能够实现接地。

优选的，所述调节块通过导电胶与所述金属底座粘接，成本低、便于安装，且能够实现导电。

优选的，所述调节槽为拱门型结构，采用拱门型的调节槽，便于调节调节槽的槽底与对应信号PIN针的间距，且便于调节槽和对应信号PIN针的安装。

一种高频光发射器件，包括如上述的用于信号传输线路特征阻抗匹配的管座。

高频光发射器件，采用上述的用于信号传输线路特征阻抗匹配的管座，能够快速有效的对每个信号PIN针凸出金属底座顶面的部分的特征阻抗进行调整，使得该部分特征阻抗与之连接器件的特征阻抗匹配，进而避免引起信号传输时的劣化，使得通过高频光传输信号更加准确。

优选的，所述用于信号传输线路特征阻抗匹配的管座的金属底座顶面中部设有半导体制冷器，所有所述电传输PIN针和所有信号PIN针共同绕所述半导体制冷器外侧间隔设置，所述半导体制冷器远离所述金属底座的一面设有激光器基板和热敏电阻，所述激光器基板远离所述半导体制冷器的一面设有半导体激光器和棱镜，所述棱镜位于所述半导体激光器的主发光面，所述棱镜远离所述激光器基板的一面设有第一透镜；

所述调节块远离所述金属底座顶面的一面设有激光器驱动器，所述激光器驱动器底部的导电层通过导电胶粘接于所述调节块，所述激光器驱动器远离所述调节块的一面粘接有光电探测器，所述光电探测器位于所述半导体激光器的次发光面侧。

通过上述设置，将激光器基板、热敏电阻、半导体激光器、棱镜和第一透镜能够集中布局在金属底座顶面中部的半导体制冷器上，使得高频光的发射位于金属底座中部，且将所有所述电传输PIN针和所有信号PIN针共同绕所述半导体制冷器外侧间隔设置，并将激光器驱动器和光电探测器集中布局在调节块上，便于布置和安装，且有利于打金线的连接，避免因部分打金线长度过长而导致电路连接稳定性差。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明所述用于信号传输线路特征阻抗匹配的管座，通过利用调节块的调节槽的槽底为参考信号回路，能够快速有效的对每个信号PIN针凸出金属底座顶面的部分的特征阻抗进行调整，使得该部分传输线路的特征阻抗与之连接器件的特征阻抗匹配，进而避免引起信号传输时的劣化；其结构简单，便于加工，且安装方便。针对不同的电子器件外形尺寸，能够快速变更，适应不同的产品需求。

2、本发明所述高频光发射器件，采用上述的用于信号传输线路特征阻抗匹配的管座，能够快速有效的对每个信号PIN针凸出金属底座顶面的部分的特征阻抗进行调整，使得该部分传输线路的特征阻抗与之连接器件的特征阻抗匹配，进而避免引起信号传输时的劣化，使得通过高频光传输信号更加准确。

附图说明

图1是现有技术信号PIN针在金属底座顶面的部分与原有线路不匹配的示意图；

图2是实施例1中用于信号传输线路特征阻抗匹配的管座的结构示意图；

图3是实施例1中调节块和信号PIN针的位置示意图；

图4是实施例1中信号PIN针在金属底座顶面的部分与原有线路特征阻抗匹配的示意图；

图5是实施例1中金属底座的顶面（内壁）示意图；

图6是实施例1中金属底座的底面（外壁）示意图；

图7是实施例2中高频光发射器件的内部结构示意图；

图8是实施例2中高频光发射器件的内部结构通过打金线连接的示意图；

图9是实施例2中高频光发射器件的外部结构示意图；

图10是实施例2中高频光发射器件的光路图；

图11是实施例2中高频发射器件信号反射对比图。

图标：1-金属底座；11-电传输PIN针；12-信号PIN针；13-第一玻璃填料；14-第二玻璃填料；15-接地PIN针；2-调节块；21-调节槽；3-导体制冷器；4-激光器基板；5-半导体激光器；6-激光器驱动器；7-光电探测器；8-热敏电阻；9-棱镜；91-第一透镜；92-金线；101-金属管帽；102-第二透镜。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例提供一种用于信号传输线路特征阻抗匹配的管座，参见图2-图6，包括金属底座1，所述金属底座1上穿设有信号PIN针12，所述金属底座1顶面导电连接有调节块2，所述调节块2上设有沿所述金属底座1轴向的调节槽21，所述调节槽21具有圆弧形槽底；

每个所述信号PIN针12与一个所述调节槽21的圆弧形槽底同轴设置并具有间距，用于调节对应所述信号PIN针12凸出所述金属底座1顶面的部分的特征阻抗。

金属底座1顶面是指金属底座1用于设置半导体激光器5的一面，金属底座1底面会通过接地PIN针15进行接地，如图5-图6所示，金属底座1穿设有标号为a-h的8根电传输PIN针11和标号为i、j的两根信号PIN针12；两根信号PIN针12与所述金属底座1之间分别填充有第一玻璃填料13，形成电隔离，用于作为信号传输线路；8根电传输PIN针11与所述金属底座1之间分别填充有第二玻璃填料14，形成电隔离，用于作为直流电传输线路。在金属底座1的底面上还焊接有两根不贯穿所述金属底座1的接地PIN针15，标号为k和l，使得金属底座1接地，也作为信号传输回路。

如图2和图4所示，通过在金属底座1顶面导电连接有调节块2，使得调节块2也能够接地。作为优选，所述调节块2通过导电胶与所述金属底座1粘接，成本低、便于安装，且能够实现导电。

本实施例中，如图2-图4所示，调节块2上可以设置具有圆弧形槽底的调节槽21，每个所述信号PIN针12与对应的所述调节槽21的槽底同轴设置并具有间距，使得每个所述信号PIN针12与对应的所述调节槽21的槽底具有间距且间距相等，如图3所示，信号PIN针12与对应的所述调节槽21的槽底间距为A，通过控制调节槽21的槽底与信号PIN针12的间距，以空气为介质，能够利用调节槽21的槽底为参考信号回路，就能够调节信号PIN针12凸出金属底座1顶面的部分的特征阻抗，使得该部分特征阻抗与之连接器件的特征阻抗匹配，进而避免引起信号传输时的劣化，如图4所示。穿过金属底座1的信号PIN针12可以分为在金属底座1内的段1和凸出金属底座1顶面的段2，段1因为周围有金属底座1作为参考信号回路，其特征阻抗可以用

表示。而凸出金属底座1顶面的段2，如果没有调节块2，也即段2离参考信号回路较远，可等效为一段电感L’，其特征阻抗必然与段1的特征阻抗不同，如图1所示。这样高速信号就会在段1和段2两段的特征阻抗不同处发生发射，引起信号劣化。而加了调节块2的段2，如图4所示，因为可以利用调节块2的调节槽21的圆弧形槽底做参考信号回路，通过调节调节槽21的圆弧形槽底内壁到信号PIN针12的间距，将段2的特征阻抗做到与段1的特征阻抗基本一致，这样就能达到整个传输线特征阻抗匹配，减少信号反射。

本实施例中，每个信号PIN针12可以各通过一个调节块2进行特征阻抗调节，即每个调节块2有一个调节槽21；也可以两个信号PIN针12通过一个调节块2进行特征阻抗调节，即该调节块2具有两个调节槽21。

如图2-图3所示，两个所述信号PIN针12相邻设置，便于打金线92时的连接。所述金属底座1顶面上导电连接有一个所述调节块2，所述调节块2设有分别适配于两个所述信号PIN针12的所述调节槽21。将两个信号PIN针12分别对应的调节槽21集成在一个所述调节块2，使得结构更加紧凑，能够减少对空间的占用。

本实施例中，以在所述调节块2上设置拱门型的调节槽21为优选，便于调节调节槽21的槽底与对应信号PIN针12的间距，且便于调节槽21和对应信号PIN针12的安装，也便于打金线92连接信号PIN针12。

如图8所示，所述调节块2厚度与所述信号PIN针12凸出所述金属底座1顶面的部分的长度相同，所述调节块2厚度是指图8中调节块2的上下方向的尺寸，满足对每个信号PIN针12凸出金属底座1顶面的部分的特征阻抗进行调节，同时便于打金线92时的连接。

本实施例中，所述调节块2为金属构件或陶瓷构件，所述陶瓷构件的表面设有导电层。采用金属构件使得调节块2能够接地，使得能够作为信号PIN针12凸出金属底座1顶面的部分的特征阻抗调节的参考信号回路；采用陶瓷构件时，通过在陶瓷构件的表面设置导电层，也能够实现接地。

本实施例所述用于信号传输线路特征阻抗匹配的管座，结构简单，便于加工，且安装方便，能够快速有效的对每个信号PIN针12凸出金属底座1顶面的部分的特征阻抗进行调整，使得该部分特征阻抗与之连接器件的特征阻抗匹配，进而避免引起信号传输时的劣化。

实施例2

本实施例提供一种高频光发射器件，参见图7-图9，包括如实施例1所述的用于信号传输线路特征阻抗匹配的管座。采用实施例1中的用于信号传输线路特征阻抗匹配的管座，能够快速有效的对每个信号PIN针12凸出金属底座1顶面的部分的特征阻抗进行调整，使得该部分特征阻抗与之连接器件的特征阻抗匹配，进而避免引起信号传输时的劣化，使得通过高频传输信号更加准确。

如图7-图8所示，所述的用于信号传输线路特征阻抗匹配的管座的所述金属底座1上还穿设有若干电传输PIN针11，所述金属底座1顶面中部设有半导体制冷器3，所有所述电传输PIN针11和所有信号PIN针12共同绕所述半导体制冷器3外侧间隔设置，所述半导体制冷器3远离所述金属底座1的一面设有激光器基板4和热敏电阻8，所述激光器基板4远离所述半导体制冷器3的一面设有半导体激光器5和棱镜9，所述棱镜9位于所述半导体激光器5的主发光面， 所述棱镜9远离所述激光器基板4的一面设有第一透镜91；

所述调节块2远离所述金属底座1顶面的一面设有激光器驱动器6，所述激光器驱动器6底部的导电层通过导电胶粘接于所述调节块2，所述激光器驱动器6远离所述调节块2的一面粘接有光电探测器7，所述光电探测器7位于所述半导体激光器5的次发光面侧。

通过上述设置，将激光器基板4、热敏电阻8、半导体激光器5、棱镜9和第一透镜91能够集中布局在金属底座1顶面中部的半导体制冷器3上，使得高频光的发射位于金属底座1中部，且将所有所述电传输PIN针11和所有信号PIN针12共同绕所述半导体制冷器3外侧间隔设置，并将激光器驱动器6和光电探测器7集中布局在调节块2上，便于布置和安装，且有利于打金线92时的连接，避免因部分金线92长度过长而导致电路连接稳定性差。

作为优选，两个所述信号PIN针12相邻设置，便于打金线92时的连接，同时使得能够将两个信号PIN针12分别对应的调节槽21集成在一个所述调节块2，使得结构更加紧凑，能够减少对空间的占用，即所述金属底座1顶面设有一个所述调节块2。所述调节块2包括两个拱门型的调节槽21，采用拱门型的调节槽21，便于调节调节槽21的槽底与对应信号PIN针12的间距，且便于调节槽21和对应信号PIN针12的安装。

如图9所示，所述金属底座1顶面上安装的元件均通过金属管帽101进行封装，金属管帽101远离所述金属底座1的一端端面对齐第一透镜91设有第二透镜102。

如图10所示，半导体激光器5发光是水平方向的，通过棱镜9反射转折90度变垂直向上出射，再依次经过第一透镜91和第二透镜102进行汇聚。

如图11所示，在本实施例中，对比了带调节槽21和不带调节槽21的光发射器件的信号传输质量，测试信号反射S11的数据图表如图11，图11中实线为不带调节槽21的信号反射S11曲线，点划线为带调节槽21的S11曲线，从图11中可以看出，带调节槽21的信号反射在高频率区间明显小于不带调节槽21的信号反射，如以反射信号强度不超过-10dB作为判断信号线路品质的标准，带调节槽21的反射S11曲线，反射信号在信号速率大约为26GHz的时候才增加到-10dB，而不带调节槽21的反射S11曲线，在信号速率大约为17GHz时，反射就增大到-10dB，带调节槽21的管座能够支持更高频率信号的传输。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于信号传输线路特征阻抗匹配的管座，包括金属底座（1），所述金属底座（1）上穿设有信号PIN针（12），其特征在于，所述金属底座（1）顶面导电连接有调节块（2），所述调节块（2）上设有沿所述金属底座（1）轴向的调节槽（21），所述调节槽（21）具有圆弧形槽底；

每个所述信号PIN针（12）与一个所述调节槽（21）的圆弧形槽底同轴设置并具有间距，用于调节对应所述信号PIN针（12）凸出所述金属底座（1）顶面的部分的特征阻抗。

2.根据权利要求1所述的用于信号传输线路特征阻抗匹配的管座，其特征在于，所述金属底座（1）上穿设有若干所述信号PIN针（12）和若干电传输PIN针（11），所有所述信号PIN针（12）相邻设置，所有所述信号PIN针（12）通过一个所述调节块（2）调节所有所述信号PIN针（12）分别凸出所述金属底座（1）顶面的部分的特征阻抗。

3.根据权利要求1所述的用于信号传输线路特征阻抗匹配的管座，其特征在于，所述调节块（2）厚度与所述信号PIN针（12）凸出所述金属底座（1）顶面的部分的长度相同。

4.根据权利要求1-3任一所述的用于信号传输线路特征阻抗匹配的管座，其特征在于，所述调节块（2）为金属构件或陶瓷构件，所述陶瓷构件的表面设有导电层。

5.根据权利要求1-3任一所述的用于信号传输线路特征阻抗匹配的管座，其特征在于，所述调节块（2）通过导电胶与所述金属底座（1）粘接。

6.根据权利要求1-3任一所述的用于信号传输线路特征阻抗匹配的管座，其特征在于，所述调节槽（21）为拱门型结构。

7.一种高频光发射器件，其特征在于，包括如权利要求1-6任一所述的用于信号传输线路特征阻抗匹配的管座。

8.根据权利要求7所述的高频光发射器件，其特征在于，所述用于信号传输线路特征阻抗匹配的管座的金属底座（1）顶面中部设有半导体制冷器（3），所有所述电传输PIN针（11）和所有信号PIN针（12）共同绕所述半导体制冷器（3）外侧间隔设置，所述半导体制冷器（3）远离所述金属底座（1）的一面设有激光器基板（4）和热敏电阻（8），所述激光器基板（4）远离所述半导体制冷器（3）的一面设有半导体激光器（5）和棱镜（9），所述棱镜（9）位于所述半导体激光器（5）的主发光面，所述棱镜（9）远离所述激光器基板（4）的一面设有第一透镜（91）；

所述调节块（2）远离所述金属底座（1）顶面的一面设有激光器驱动器（6），所述激光器驱动器（6）底部的导电层通过导电胶粘接于所述调节块（2），所述激光器驱动器（6）远离所述调节块（2）的一面粘接有光电探测器（7），所述光电探测器（7）位于所述半导体激光器（5）的次发光面侧。

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