CN201004104Y - 小型化致冷型光发射组件 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种小型化致冷型光发射组件，包括一管壳装置、一透镜装置和一光耦合输出装置，管壳装置包括：一开口管壳座体和一密封上盖，管壳座体的前端面设有一平板玻璃光窗，后端面电绝缘密封安装有8个pin管脚，管脚呈上下两排交错均分；管壳座体内设：激光器芯片、热电致冷器、背光探测器，热敏电阻；透镜装置包括一透镜座体和透镜，该透镜用于汇聚由激光器芯片透过所述平板玻璃光窗的光束，透镜座体的后端固定连接所述光耦合输出装置，由透镜汇聚后的光束经所述单模光纤的斜端面耦合输出。其结构紧凑、成本低，激光器输出波长和光功率均较稳定，且符合MSA多源协议小型化光收发一体模块SFP的封装要求。

Description

小型化致冷型光发射组件
技术领域
本实用新型涉及一种应用于WDM-PON光纤接入系统的光发射组件，尤其涉及一种适合MSA多源协议小型化光收发一体模块(SFP)封装要求的小型化致冷型光发射组件。
背景技术
目前在光纤通信系统中广泛应用的光发射组件主要有两类：非致冷型同轴封装光发射组件和致冷型蝶型封装光发射组件。如图5所示的非致冷型同轴封装光发射组件，将激光器芯片1组装在TO管座2上，带透镜的管帽3密封焊接在TO管座2上，安装好激光器芯片1的管座、透镜、光纤等通过金属套管沿同一光轴耦合封装。该结构的非致冷型同轴激光器由于内部不带致冷器，致使激光器芯片1发出的光波长与输出光功率会随着激光器芯片1的结温变化而变化，不能满足DWDM系统和WDM-PON光纤接入系统对光模块的高速稳定工作要求。如图6所示的致冷型蝶型封装光发射组件，采用14pin管脚的蝶型封装技术，金属管壳内部气密封装有：激光器芯片、耦合透镜、热电致冷器、自由空间光隔离器、热敏电阻、固定环、背光探测器，光纤套管。该种结构光发射组件的管壳内的元器件较多，成本高，结构复杂，管壳体积较大，不能满足符合MSA多源协议小型化光收发一体模块对其光发射组件的小型化尺寸要求。
一篇中国专利申请公开号为200510007732.4的发明专利公开了一种结构紧凑、体积较小的光发射组件，其专利名称为《小型光学分组件》，如图7所示，该结构的光发射组件包括：激光器芯片、调制器、背光探测器、带匹配电阻和微带线的硅光具座、热电致冷器、热敏电阻、准直透镜、隔离器、聚焦透镜、后光束转向透镜，光学耦合器等元件组装在带多层陶瓷RF射频信号馈入接口的管壳体上，7pin管脚一致排列于金属管壳的尾部。该结构的光发射组件结构紧凑，体积小，且激光器输出的波长和光功率均较稳定，其速率可达10G/s以上，完全符合MSA多源协议小型化光收发一体模块的小型化封装要求，但对于传输速率在2.5G/s以下的小型化光收发一体模块，该种光发射组件的金属管壳内的元器件较多，组装工艺十分复杂，不能满足光发射组件的小型化、低成本要求。
发明内容
为克服以上缺点，本实用新型提供一种小型化致冷型光发射组件，其结构紧凑、管壳内元器件较少，成本低，激光器输出波长和光功率均较稳定，且符合MSA多源协议小型化光收发一体模块的封装要求。
本实用新型采用如下技术方案：一种小型化致冷型光发射组件，包括一管壳装置、一透镜装置和一光耦合输出装置，管壳装置包括：一开口管壳座体和一密封上盖，管壳座体的前端面设有一平板玻璃光窗，后端面电绝缘密封安装有8个pin管脚，管脚呈上下两排交错均分，位于管壳座体内，其下排管脚比上排管脚长以便下排管脚金丝球焊接；管壳座体内设：激光器芯片、热电致冷器、背光探测器，热敏电阻；透镜装置包括一透镜座体和透镜，该透镜用于汇聚由激光器芯片发射后经所述平板玻璃光窗透射的光束，透镜座体的前端面设有凸缘与管壳座体的前端面采用激光焊接固定，透镜座体的后端固定连接所述光耦合输出装置，该装置包括一金属套管和一单模光纤，单模光纤固定在陶瓷插芯中，其端面呈斜8°左右，由透镜汇聚后的光束经所述单模光纤的斜端面耦合输出。
所述激光器芯片为离散模式反射不敏感量子阱激光器芯片。
所述透镜为非球透镜。
由于上述结构的小型化致冷型光发射组件的金属管壳内只包括激光器芯片、热电致冷器、背光探测器，热敏电阻等有源器件，管壳内的元器件较少，且8个pin管脚全部布局于管壳的后端面，管壳内激光器芯片发射的光束由管壳外的非球透镜汇聚后由光纤斜端面耦合输出，该种结构光发射组件结构体积较小，工作性能较稳定，符合MSA多源协议SFP光收发一体模块的小型化封装要求，且激光器芯片采用了离散模式反射不敏感量子阱激光器芯片，反射光较小，光发射组件无需另设光隔离器，从而可有效降低整个组件的成本。
附图说明
图1表示本实用新型小型化致冷型光发射组件的立体结构外形图；
图2表示图1所示光发射组件的剖面图；
图3表示图2所示光发射组件的8pin管脚分布图；
图4表示图3所示光发射组件的电路原理图；
图5表示传统的非致冷型同轴封装光发射组件的剖面结构示意图；
图6表示传统的14pin致冷型蝶型封装光发射组件的结构示意图；
图7表示现有技术结构紧凑型光发射组件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本实用新型最佳实施例。
由图1所示的小型化致冷型光发射组件，包括一管壳装置100、一透镜装置200和一光耦合输出装置300。
如图2所示的小型化致冷型光发射组件，管壳装置100包括：由一开口管壳座体101和一密封上盖102形成的一金属管壳，管壳座体101的前端面1011设有一平板玻璃光窗1012，后端面1013电绝缘密封安装有8个pin管脚1014，管脚呈上下两排交错均分，位于管壳座体101内，其下排管脚1014A比上排管脚1014B长，以便下排管脚金丝球焊接；管壳座体101内设激光器芯片105、热电致冷器106、背光探测器107，热敏电阻108；透镜装置200包括一透镜座体201和非球透镜202，该透镜用于汇聚由激光器芯片105发射后经平板玻璃光窗1012透射的光束，透镜座体201的前端面设有凸缘2011与管壳座体101的前端面1011采用激光焊接固定，透镜座体201的后端固定连接所述光耦合输出装置300，该装置包括一金属套管301和一单模光纤302，单模光纤302固定在陶瓷插芯303中，其端面呈斜8°左右，由透镜202汇聚后的光束经所述单模光纤302的斜端面耦合输出。
金属管壳保证激光器芯片105等有源元件的高可靠性运行的电接口和光接口的气密性封装要求，由于小型化致冷型光发射组件最终用于安装至符合MSA多源协议的光收发一体模块中，  该结构的光模块其组件的安装空间极小，所以本发明的金属管壳外形尺寸中，其宽度W不大于6mm、高度H不大于5.6mm。下排管脚1014A伸入管壳内的长度比上排管脚伸入管壳内的长度多0.8mm左右，这种管脚布局可以保证上下两排管脚均适合金丝球焊工艺的操作，且所有管脚伸入管壳座体101内的端部均处理成便于金丝球焊工艺的压焊平面。管脚1014均通过玻璃绝缘子密封安装在管壳座体101的后端面1013上。管壳座体101的底板采用导热性能良好的金属材料，如铜或铜钨合金等，以保证小型化致冷型光发射组件与外部环境良好的热交换，而管壳座体101的四个侧壁不等厚且采用可焊性能良好的金属，如Kovar材料。激光器芯片105最佳采用离散模式反射不敏感量子阱激光器芯片，工作波长取1550nm，采用该种激光器芯片，整个组件受反射光的影响较小，无需另设光隔离器，从而会降低整个光发射组件的材料成本。安装时金属管壳内的激光器芯片105、非球透镜202、单模光纤302沿光轴OA光耦合对准，即激光器芯片105发出的光由平板玻璃光窗1012透射后再经非球透镜202汇聚至单模光纤302的斜8°端面输出，单模光纤302的斜8°端面可以有效减少光路耦合时反射光进入激光器谐振腔体。透镜座200与管壳座体101的前端面1011为平面无缝接触，在耦合对准过程中，可相对滑动，以补偿激光器芯片105与平板玻璃光窗1012中心之间的对准安装误差。
如图3和图4所示，小型化致冷型光发射组件由激光器芯片105通过衬底安装在基板上，基板安装在热电致冷器106的吸热面上，基板表面刻蚀有金属薄膜图形电路，基板表面设有对准标记，该标记与光轴OA对准，激光器芯片105与下排管脚1014A的第#3和第#4管脚连接；背光探测器107与上排管脚1014B的第#5和第#6管脚连接；热电致冷器106通过镀锡铜线与下排管脚1014A的第#1和第#2管脚焊接；热敏电阻108与上排管脚1014B的第#7和第8管脚连接，除热电致冷器106外，其余元件都是通过金丝与管脚电连接。
热电致冷器106由碲化铋阵列元件组成，这些阵列元件被固定在两块陶瓷基板中间，该热电致冷器的外形尺寸大小要合适，如3.2mmX3.2mm，以满足小型化发射组件的封装要求。热敏电阻108和热电致冷器106与外部控制电路一起，组成自动温度控制系统，以便控制激光器芯片105的结温，保证激光器芯片105以恒定的温度如25℃工作，从而稳定激光器的工作波长和输出光功率。背光探测器107与光轴OA成锐角安装在基板上，对少许的激光器谐振腔后向光进行测量，以提供激光器前端面出射光功率的指示。背光探测器107的安装角度可以根据对背光探测器的响应度范围要求，进行适当调整。背光探测器107和激光器芯片105与外部偏置电路一起组成自动功率控制系统，以进一步保证光功率的稳定输出。

Claims (3)

1、一种小型化致冷型光发射组件，其特征是，包括一管壳装置(100)、一透镜装置(200)和一光耦合输出装置(300)，管壳装置(100)包括：一开口管壳座体(101)和一密封上盖(102)，管壳座体(101)的前端面(1011)设有一平板玻璃光窗(1012)，后端面(1013)电绝缘密封安装有8个pin管脚(1014)，管脚呈上下两排(1014B、1014A)交错均分，位于管壳座体(101)内，其下排管脚(1014A)比上排管脚(1014B)长以便下排管脚金丝球焊接；管壳座体(101)内设：激光器芯片(105)、热电致冷器(106)、背光探测器(107)，热敏电阻(108)；透镜装置(200)包括一透镜座体(201)和透镜(202)，该透镜用于汇聚由激光器芯片(105)发射后经所述平板玻璃光窗(1012)透射的光束，透镜座体(201)的前端面设有凸缘(2011)与管壳座体(101)的前端面(1011)采用激光焊接固定，透镜座体(201)的后端固定连接所述光耦合输出装置(300)，该装置包括一金属套管(301)和一单模光纤(302)，单模光纤(302)固定在陶瓷插芯(303)中，其端面呈斜8°左右，由透镜(202)汇聚后的光束经所述单模光纤(302)的斜端面耦合输出。
2、根据权利要求1所述的小型化致冷型光发射组件，其特征在于，所述激光器芯片(105)为离散模式反射不敏感量子阱激光器芯片。
3、根据权利要求1或2所述的小型化致冷型光发射组件，其特征在于，所述透镜(202)为非球透镜。
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