CN114815091B - 一种可快速散热的光发射器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光通信技术领域，它涉及一种可快速散热的光发射器，其包括光发射次组件和散热件；光发射次组件包括座体、发光芯片、制冷芯片、保温筒、隔热筒、套筒、透镜和轴向调节环，隔热筒连接在保温筒与套筒之间，发光芯片和制冷芯片均安装在保温筒内，透镜安装在套筒内，发光芯片发出的光用于经由隔热筒内部照射到透镜上；散热件包括散热基座和凸出散热基座的环形筒壁，光发射次组件通过座体插入环形筒壁内侧、且与散热件保持相对固定，环形筒壁套设在保温筒外侧、且两者之间具有间隔，制冷芯片用于将发光芯片上的热能传导至散热件。根据本发明的方案，其可以对光发射次组件进行散热、且强化温控效果，以提高中心波长的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，特别涉及一种可快速散热的光发射器。
背景技术
光发射次组件(Transmitter optical subassembly，TOSA)为光纤通信(Fiber-optic communications)的重要元件。光发射次组件在运作时会产生大量的热能，这些热能将使光发射次组件的温度升高，使光发射次组件内部的激光二极管的特性无法稳定，且使激光二极管的光电特性产生变化，进而影响光发射次组件的效能及使用寿命。
中心波长稳定性是衡量光发射次组件性能的重要指标，光发射次组件的中心波长变化率越小，中心波长稳定性越好。以光纤陀螺的SLD光发射次组件为例，光纤陀螺工作时，对SLD光发射组件不加温度控制时，中心波长变化率为400ppm/℃，中心波长稳定性较差；实施了温度控制时，中心波长变化率可控制在100-200ppm，中心波长稳定性有所提高。目前，100-200ppm的中心波长变化率尚能满足中低精度光纤陀螺的应用需求。但是，对于高精度光纤陀螺是远远不够的。DFB激光器、FP激光器、DBR激光器等也存在同样的问题，其光发射次组件的中心波长稳定性有待提高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种可快速散热的光发射器，主要所要解决的技术问题是：如何对光发射次组件进行散热、且强化温控效果，以提高中心波长的稳定性。
为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：
本发明的实施例提供一种可快速散热的光发射器，包括光发射次组件和散热件；所述光发射次组件包括座体、发光芯片、制冷芯片、保温筒、隔热筒、套筒、透镜和轴向调节环，所述保温筒的一端固定在座体上、且另一端具有第一缩口，所述透镜安装在所述套筒内，所述套筒的一端具有第二缩口、且另一端具有供透镜上的光线穿过的过孔，所述隔热筒的一端与第一缩口连接、且另一端与所述第二缩口连接，所述轴向调节环安装在套筒的所述另一端，所述发光芯片和制冷芯片均安装在所述保温筒内，所述发光芯片发出的光用于经由隔热筒内部照射到透镜上；所述散热件包括散热基座和凸出散热基座的环形筒壁，所述光发射次组件通过座体插入环形筒壁内侧、且与散热件保持相对固定，所述环形筒壁套设在保温筒外侧、且两者之间具有间隔，所述制冷芯片用于将发光芯片上的热能传导至散热件。
可选的，所述隔热筒的外壁上还套固有支撑架，所述支撑架套设在环形筒壁的内侧，以对环形筒壁提供支撑。
可选的，所述支撑架呈环状、且卡固在隔热筒的外壁上。
可选的，所述的可快速散热的光发射器还包括热管，所述热管用于穿过所述座体，所述热管的冷面与所述制冷芯片的热面相接触，所述热管的热面与散热基座相接触。
可选的，当包括支撑架时，所述热管卡固在座体上，所述环形筒壁背离散热基座的一侧具有内螺纹，所述支撑架的外侧具有与所述内螺纹相适配的外螺纹，所述光发射次组件通过所述支撑架螺纹连接在环形筒壁上、且使热管的热面与散热基座相抵。
可选的，所述座体与所述散热基座之间具有用于容置热管的间隙，所述环形筒壁上设有连通所述间隙的散热孔。
借由上述技术方案，本发明可快速散热的光发射器至少具有以下有益效果：
1、通过设置制冷芯片，可以对光发射器进行散热；制冷芯片可以将发光芯片上的热能传导至散热件，散热件呈桶状、且具有较大的散热面积，可以辅助制冷芯片快速散热，使本发明光发射器的散热性能大幅提升；
2、一方面，通过在座体上设置保温筒，可以减少保温筒内部空气与外部空气之间的热交换，以提高保温筒内部温度的稳定性；另一方面，本发明将透镜和发光芯片安装在不同的空间，具体来说，本发明将透镜安装在套筒内，且将发光芯片安装在保温筒内，且通过隔热筒隔断套筒和保温筒，如此可以减少套筒与保温筒之间的热量传递，以进一步提高保温筒内温度的稳定性；另外，通过在套筒和保温筒上设置缩口，可以减少套筒和保温筒之间的空气流动，以进一步提高保温筒内温度的稳定性。因此，针对发光芯片温度的影响因素减少，发光芯片的温度仅通过制冷芯片进行控制，从而制冷芯片可以对发光芯片的温度进行更为精确的控制，进而强化了温控效果，提高了本发明光发射器的中心波长的稳定性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明的一实施例提供的一种可快速散热的光发射器的立体图；
图2是本发明的一实施例提供的一种可快速散热的光发射器的剖面结构示意图；
附图标记：1、套筒；2、隔热筒；3、支撑架；4、散热件；5、轴向调节环；6、透镜；7、保温筒；8、发光芯片；9、制冷芯片；10、热管；11、第二缩口；12、座体；41、散热基座；42、环形筒壁；61、过孔；71、第一缩口；401、散热孔。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如图1和图2所示，本发明的一个实施例提出的一种可快速散热的光发射器，其包括光发射次组件和散热件4。光发射次组件包括座体12、发光芯片8、制冷芯片9、保温筒7、隔热筒2、套筒1、透镜6和轴向调节环5。保温筒7采用保温材料制成，比如可以为三氧化二铝陶瓷、氮化铝陶瓷或者氧化铍陶瓷材料等。保温筒7的一端固定在座体12上，比如通过胶水等粘接固定在座体12上。保温筒7的另一端具有第一缩口71，第一缩口71的口径小于保温筒7的内径。透镜6安装在套筒1内。套筒1的一端具有第二缩口11，第二缩口11的口径小于套筒1的内径。第一缩口71和第二缩口11两者的口径可以相同。套筒1的另一端具有供透镜6上的光线穿过的过孔61。隔热筒2采用隔热材料制成，如玻璃纤维、石棉、岩棉、硅酸盐、气凝胶毡、真空板等。隔热筒2的一端与第一缩口71连接，比如通过胶水粘接固定等。隔热筒2的另一端与第二缩口11连接，比如通过胶水粘接固定等。隔热筒2为直线型筒，且各处的内径均一致。轴向调节环5安装在套筒1的另一端，比如焊接固定在套筒1的另一端。发光芯片8和制冷芯片9均安装在保温筒7内。发光芯片8发出的光用于经由隔热筒2内部照射到透镜6上。
如图2所示，前述的散热件4包括散热基座41和凸出散热基座41的环形筒壁42，散热基座41和环形筒壁42可以一体成型。散热件4可以为金属件，比如由铜、铝等材料制成。前述的光发射次组件通过座体12插入环形筒壁42内侧、且与散热件4保持相对固定。环形筒壁42套设在保温筒7外侧、且两者之间具有间隔，制冷芯片9用于将发光芯片8上的热能传导至散热件4。
在上述示例中，制冷芯片9可以将发光芯片8上的热能传导至散热件4，散热件4呈桶状、且具有较大的散热面积，可以辅助制冷芯片9快速散热，使本发明光发射器的散热性能大幅提升。
通过采用上述的方案，可提高光纤陀螺的中心波长稳定性，原因阐述如下：传统的SLD光发射次组件中，SLD发光芯片8位于座体12上，SLD发光芯片8裸露在管壳腔体内部，工作时，SLD发光芯片8与周围环境发生热传导和热对流，例如高温时，SLD发光芯片8温度为25.00℃，座体12温度为21.05℃，管壳腔体内部环境温度为85℃左右，也即管壳腔体内部环境温度高于SLD发光芯片8温度，座体12温度低于SLD发光芯片8温度，在此情况下，SLD发光芯片8与座体12发生热传导，管壳腔体内部环境与SLD发光芯片8、座体12发生热对流。也就是说，SLD发光芯片8的温度变化受到多方面因素影响，温控难度大。由于SLD光发射组件的中心波长变化取决于SLD发光芯片8温度的变化，所以传统SLD光发射组件的中心波长稳定性受到了制约。
而本发明采用上述的方案后，一方面，通过在座体12上设有保温筒7，可以减少保温筒7内部空气与外部空气之间的热交换，以提高保温筒7内部温度的稳定性；另一方面，本发明将透镜6和发光芯片8安装在不同的空间，具体来说，本发明将透镜6安装在套筒1内，且将发光芯片8安装在保温筒7内，且通过隔热筒2隔断套筒1和保温筒7，如此可以减少套筒1与保温筒7之间的热量传递，以进一步提高保温筒7内温度的稳定性；另外，通过在套筒1和保温筒7上设置缩口，可以减少套筒1和保温筒7之间的空气流动，以进一步提高保温筒7内温度的稳定性。因此，针对发光芯片8温度的影响因素减少，发光芯片8的温度仅通过制冷芯片9进行控制，从而制冷芯片9可以对发光芯片8的温度进行更为精确的控制，进而强化了温控效果，提高了本发明光发射器的中心波长的稳定性。
如图2所示，前述隔热筒2的外壁上还可以套固有支撑架3，支撑架3套设在环形筒壁42的内侧，以对环形筒壁42提供支撑。具体来说，隔热筒2的外侧壁上可以具有凹陷的环形卡槽，支撑架3呈环状、且卡固在环形卡槽内。支撑架也可以由隔热材料制成，以防止散热件上的热量回流至保温筒7。
在上述示例中，散热件4的环形筒壁42与保温筒7之间具有间隙，主要是为了防止散热件4上的热量回流到保温筒7上。而通过设置支撑架3对环形筒壁42提供支撑，可以维持环形筒壁42与保温筒7之间间隙的稳定性。
如图2所示，前述的光发射器还可以包括热管10，热管10用于穿过座体12，热管10的冷面与制冷芯片9的热面相接触，热管10的热面与散热基座41相接触。其中，热管10的热传导效率较高，热管10可以将保温筒7内部的热量快速地传导出来，如此有利于保温筒7内部温度的整体降低，从而进一步提高本发明光发射器的散热效率。
在一个具体的应用示例中，当包括支撑架3时，前述的热管10卡固在座体12上，环形筒壁42背离散热基座41的一侧具有内螺纹，支撑架3的外侧具有与内螺纹相适配的外螺纹。光发射次组件通过支撑架3螺纹连接在环形筒壁42上、且使热管10的热面与散热基座41相抵。
在上示例中，座体12与环形筒壁42滑动配合，热管10与座体12保持相对固定，热管10的冷面与制冷芯片9的热面相接触。将座体12伸入环形筒壁42内部，然后旋拧光发射次组件，使支撑架3与环形筒壁42螺纹连接，并带动热管10的热面不断靠近散热基座41，直至热管10的热面与散热基座41相抵，防止热管10的热面与散热基座41之间出现间隙，从而提高了热管10的热面与散热基座41之间抵触的稳定性，使热管10可以热量稳定地传输给散热基座41，并通过整个散热件4进行散热。
如图2所示，座体12与散热基座41之间具有用于容置热管10的间隙，环形筒壁42上可以设有连通间隙的散热孔401，使外部空气可以流入该间隙内，并与座体12和散热件4内侧进行热交换，如此可以进一步提高本发明光发射器的散热效率。
下面介绍一下本发明的工作原理和优选实施例。
本发明在于设计一种可快速散热的光发射器，其包括光发射次组件和散热件4，光发射次组件的透镜6和发光芯片8安装在不同的空间内，具体来说，透镜6安装在套筒1内，发光芯片8安装在保温筒7内，并且套筒1与保温筒7之间通过隔热筒2连接，如此可以减少套筒1与保温筒7之间的热量传递，以提高保温筒7内温度的稳定性。另外，通过在套筒1和保温筒7上设置缩口，可以减少套筒1和保温筒7之间的空气流动，以进一步提高保温筒7内温度的稳定性。针对发光芯片8温度的影响因素减少，发光芯片8的温度仅通过制冷芯片9进行控制，从而制冷芯片9可以对发光芯片8的温度进行更为精确的控制，进而强化了温控效果，提高了本发明光发射器的中心波长的稳定性。
隔热筒2上还套固有支撑架3，支撑架3呈环状、且具有外螺纹，散热件4具有散热基座41和凸设在散热基座41上的环形筒壁42，环形筒壁42的背离散热基座41的一侧具有内螺纹，座体12上还卡固有热管10，热管10的冷面与制冷芯片9的热面接触，光发射次组件通过座体12插入环形筒壁42内侧，且通过支撑架3与环形筒壁42螺纹配合，且带动热管10的热面与散热基座41相抵，使热管10可以将热量稳定地传输给散热件4进行散热。
这里需要说明的是：在不冲突的情况下，本领域的技术人员可以根据实际情况将上述各示例中相关的技术特征相互组合，以达到相应的技术效果，具体对于各种组合情况在此不一一赘述。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种可快速散热的光发射器，其特征在于，包括光发射次组件和散热件(4)；
所述光发射次组件包括座体(12)、发光芯片(8)、制冷芯片(9)、保温筒(7)、隔热筒(2)、套筒(1)、透镜(6)和轴向调节环(5)，所述保温筒(7)的一端固定在座体(12)上、且另一端具有第一缩口(71)，所述透镜(6)安装在所述套筒(1)内，所述套筒(1)的一端具有第二缩口(11)、且另一端具有供透镜(6)上的光线穿过的过孔(61)，所述隔热筒(2)的一端与第一缩口(71)连接、且另一端与所述第二缩口(11)连接，所述轴向调节环(5)安装在套筒(1)的所述另一端，所述发光芯片(8)和制冷芯片(9)均安装在所述保温筒(7)内，所述发光芯片(8)发出的光用于经由隔热筒(2)内部照射到透镜(6)上；
所述散热件(4)包括散热基座(41)和凸出散热基座(41)的环形筒壁(42)，所述光发射次组件通过座体(12)插入环形筒壁(42)内侧、且与散热件(4)保持相对固定，所述环形筒壁(42)套设在保温筒(7)外侧、且两者之间具有间隔，所述制冷芯片(9)用于将发光芯片(8)上的热能传导至散热件(4)。
2.根据权利要求1所述的可快速散热的光发射器，其特征在于，所述隔热筒(2)的外壁上还套固有支撑架(3)，所述支撑架(3)套设在环形筒壁(42)的内侧，以对环形筒壁(42)提供支撑。
3.根据权利要求2所述的可快速散热的光发射器，其特征在于，
所述支撑架(3)呈环状、且卡固在隔热筒(2)的外壁上。
4.根据权利要求2或3所述的可快速散热的光发射器，其特征在于，还包括热管(10)，所述热管(10)用于穿过所述座体(12)，所述热管(10)的冷面与所述制冷芯片(9)的热面相接触，所述热管(10)的热面与散热基座(41)相接触。
5.根据权利要求4所述的可快速散热的光发射器，其特征在于，当包括支撑架(3)时，所述热管(10)卡固在座体(12)上，所述环形筒壁(42)背离散热基座(41)的一侧具有内螺纹，所述支撑架(3)的外侧具有与所述内螺纹相适配的外螺纹，所述光发射次组件通过所述支撑架(3)螺纹连接在环形筒壁(42)上、且使热管(10)的热面与散热基座(41)相抵。
6.根据权利要求5所述的可快速散热的光发射器，其特征在于，
所述座体(12)与所述散热基座(41)之间具有用于容置热管(10)的间隙，所述环形筒壁(42)上设有连通所述间隙的散热孔(401)。
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