CN207764415U - 一种基于cwdm的高速光电同轴发射组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于CWDM的高速光电同轴发射组件，其中包括发光构件、加热薄片和柔性电路板，发光构件尾部的金属底座上伸出有引脚，加热薄片和柔性电路板内均设置有对应引脚数量的过孔，通过引脚依次插入过孔实现三者连接；加热薄片内过孔以外的区域分布有加热电路，加热电路的两端设置有输出焊盘；对应各引脚的过孔，柔性电路板上设置有功能线路与各过孔连通，功能线路外的区域内设置有电气线路，电气线路上对应加热电路设置有焊盘，加热电路通过输出焊盘与焊盘配合实现电气连接。本实用新型通过对发光构件外部进行简单的加热结构配置，在工作环境温度过低时将激光器的实际工作最低温度适当提升，使得发射波长受温度影响产生的波长漂移降低。

Description

一种基于CWDM的高速光电同轴发射组件

【技术领域】

本实用新型涉及光电通信技术领域，具体涉及一种基于CWDM的高速光电同轴发射组件。

【背景技术】

在当今光纤的应用中，稀疏波分复用(Coarse Wavelength DivisionMultiplexer，简写为CWDM)以其低廉的设备使用成本优势成为广泛使用的波分复用技术。具体网络应用中，CWDM由于波长间隔宽，对其中使用的无致冷半导体激光器技术指标要求较低。但是，现有的通用激光器管芯存在一种温度特性，即激光器的发射波长随温度影响而变化，变化系数约为0.1nm/℃，由于CWDM的波长间隔达到20nm，在工业级全温度(-40～+85℃)范围内，相对通常室温(25℃)而言，高温波长漂移达6nm，低温波长漂移达6.5nm，同时室温波长自身偏差+/-3nm，所以实际极限波长偏移高达9.5nm，9.5nm远远不能满足CWDM中为了确保通道之间不相互干扰所规定的单通道波长漂移不超过6.5nm的要求。

目前，已有国外研究机构提出了一种解决方案，可以保证uncooled激光器在20～70℃范围内波长基本不变[“Uncooled DBR Laser Directly Modulated at 3.125Gb/s asAthermal Transmitter for Low-Cost WDM Systems”，IEEE PHOTONICS TECHNOLOGYLETTERS，VOL.17，NO.10，OCTOBER 2005]，但这种方案需要外加较为复杂的控制电路系统来实现波长控制，并且制作成本也相对较高，导致可实现性不高。另一方面，国内专利[一种无致冷半导体激光器波长随温度漂移的自动补偿电路CN 101867151 A]中记载，用热敏电阻与无致冷半导体激光器的调谐段相连接，再通过恒压源或恒流源驱动该电路。该方法需要改变激光器芯片驱动电路，实现较为困难，而且这种方法直接影响信号带宽，无法实现高速CWDM通信应用。

鉴于此，克服CWDM系统中受到温度的影响，其发射波长的波长漂移过大，导致通信系统各通道之间产生相互干扰是本技术领域亟待解决的问题。

【实用新型内容】

本实用新型要解决的技术问题是：

在CWDM中使用的无致冷半导体激光器，工作时受到温度的影响，使通信通道中发射波长产生的波长漂移过大，导致信系统各通道之间产生相互干扰。进一步要解决的问题是，针对上述问题目前行业内的解决方案可实施性低，实施成本太高，实施难度大。

本实用新型是通过如下技术方案达到上述目的的：

一种基于CWDM的高速光电同轴发射组件，包括发光构件、加热薄片和柔性电路板，发光构件尾部的金属底座上伸出有引脚，加热薄片和柔性电路板内均设置有对应引脚数量的过孔，通过引脚依次插入加热薄片和柔性电路板内的过孔实现三者连接；加热薄片内过孔以外的区域分布有加热电路，加热电路的两端设置有输出焊盘；对应各引脚的过孔，柔性电路板上设置有功能线路与各过孔连通，柔性电路板上功能线路外的区域内设置有电气线路，电气线路上对应加热电路设置有焊盘，加热电路通过输出焊盘与焊盘配合使用实现电气连接。

优选的，所述功能线路通过金手指焊盘与外部模块实现连接；电气线路通过金手指焊盘或另外设置电源接口与外部电源连接。

优选的，在引脚插入的过孔上设置一个或多个温度检测点，温度检测点通过金手指焊盘与外部控制模块连接；外部控制模块与外部电源控制连接，外部控制模块以温度检测点的检测温度为依据实现对外部电源的开启或关闭控制。

优选的，所述引脚依次插入加热薄片和柔性电路板内的过孔后，通过钎焊工艺将加热薄片、柔性电路板和过孔三者实现紧固连接。

优选的，发光构件由TO-CAN、隔离器、光纤插针组件及金属底座进行依次耦合组成；TO-CAN内包括激光器管芯，背光监测管芯，热沉和组合透镜；激光器管芯和背光监测管芯集成在热沉上，对应TO-CAN产生的光路方向，在TO-CAN的外壳上设置组合透镜。

优选的，所述加热薄片对应金属底座的形状设置；加热薄片内加热电路为密集纯电阻电路，加热电路均匀分布在加热薄片的过孔外圈区域，加热电路的输入焊盘分布在靠近过孔的区域内。

优选的，所述加热薄片包括导热胶层、铝片层、粘合剂层和电路板层；铝片层的两侧分别设置导热胶层和粘合剂层，粘合剂层的另一侧设置电路板层；所述过孔贯穿导热胶层、铝片层、粘合剂层和电路板层，电路板层内分布有由铜箔材料制作的加热电路。

优选的，所述柔性电路板设置为顶部对应金属底座轮廓，尾部对应外部连接模块尺寸延长的长条形，金手指焊盘设置在柔性电路板的底端。

本实用新型在不改变芯片设计和工艺控制的条件下，通过对发光构件外部进行简单的加热结构配置，在工作环境温度过低时，通过加热结构加热，将发光构件中激光器的实际工作最低温度适当提升，缩小激光器的实际工作温度区间，从而使得发射波长受温度影响产生的波长漂移降低，保持在系统允许的范围内，达到满足在CWDM系统中应用的目的。

【附图说明】

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种基于CWDM的高速光电同轴发射组件的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种基于CWDM的高速光电同轴发射组件的整体结构安装状态示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种基于CWDM的高速光电同轴发射组件的发光构件结构爆炸示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种基于CWDM的高速光电同轴发射组件的加热薄片示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种基于CWDM的高速光电同轴发射组件的加热薄片剖视示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种基于CWDM的高速光电同轴发射组件的柔性电路板示意图。

图中：1、发光构件；2、TO-CAN；3、隔离器；4、光纤插针组件；5、金属底座；51、引脚；6、加热薄片；61、加热薄片上的过孔；62、加热电路；63、输出焊盘；64、导热胶层；65、铝片层；66、粘合剂层；67电路板层；7、柔性电路板；71、柔性电路板上的过孔；72、功能线路；73、电气线路；74、焊盘；75、金手指焊盘；76、电源接口。

【具体实施方式】

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本实用新型的限制。

此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本实用新型。

实施例1:

如图1～2所示，本实用新型实施例1提供了一种基于CWDM的高速光电同轴发射组件，其中包括：发光构件1、加热薄片6和柔性电路板7，发光构件1尾部的金属底座5上伸出有引脚51，加热薄片6和柔性电路板7内均设置有对应引脚51数量的过孔61/71，通过引脚51依次插入加热薄片6和柔性电路板7内的过孔71实现三者连接；加热薄片内过孔61以外的区域分布有加热电路62，加热电路62的两端设置有输出焊盘63；对应各引脚51的过孔61/71，柔性电路板7上设置有功能线路72与各过孔71连通，柔性电路板7上功能线路72外的区域内设置有电气线路73，电气线路73上对应加热电路62设置有焊盘74，加热电路62通过输出焊盘63与焊盘74配合使用实现电气连接。

结合图1所示，为了节省空间的同时还满足一定程度的安装稳定性，金属底座5上的引脚51数量通常设置为四个(图1中即以四个为例示出)，在装配时先将发光构件1金属底座5上的引脚51对准加热薄片6和柔性电路板7上的过孔61/71，并依次插入，将发射组件装配成为图2所示状态。则此时，加热薄片6和柔性电路板7通过输出焊盘63与焊盘74接触配合，实现将加热薄片6中的加热电路62与柔性电路板7上的电气线路73连通。发光构件1通过引脚51插入柔性电路板7上的过孔71，实现将发光构件1中的模块与功能线路72实现连接。

运行时，先将外部电源对功能线路72供电，使得发光构件1开始工作，当环境温度的最低温度低于激光器芯片(以下简称芯片)工作被允许的温度最低值时，对电气线路73供电，则加热电路62开始产热，通过热传导，加热电路62产生的热量经过金属底座5传递给发光构件1内的芯片，将芯片的实际工作最低温度适当提升，缩小芯片实际工作温度区间，从而使得芯片发射波长受温度影响产生的波长漂移降低。以工业温度区间：-40～+85℃为例，通过加热薄片6对芯片加热，即使环境温度为工业级-40～+85℃，也能使芯片的实际工作温度范围维持在：+15～+85℃，芯片工作温度区间缩窄,此时芯片中心温度为50℃，距离极限边缘温度只有35℃，极限波长漂移为3.5nm进一步考虑中心温度下波长偏差+/-3nm，能够达到单通道波长漂移不超过6.5nm的要求。

本实用新型实施例在不改变任何芯片设计和工艺控制的条件下，通过对发光构件1外部进行简单的加热结构配置，在工作环境温度过低时，通过加热结构加热，将发光构件1中激光器的实际工作最低温度适当提升，缩小激光器的实际工作温度区间，从而使得发射波长受温度影响产生的波长漂移降低，保持在系统允许的范围内，达到满足在CWDM系统中应用的目的。

如图6所示，结合本实用新型实施例，根据功能线路72和电气线路73不同的连接需求和位置安装需要，存在一种优选的实现方案，其中，柔性电路板7上设置有金手指焊盘75，所述功能线路72通过金手指焊盘75与外部模块实现连接；电气线路73可以通过金手指焊盘75或另外设置电源接口76与外部电源实现连接。

为了将发光构件1、加热薄片6和柔性电路板7紧固安装，结合本实用新型实施例，存在一种优选的实现方案，其中，所述引脚51依次插入加热薄片6和柔性电路板7内的过孔61/71后，通过钎焊工艺将加热薄片6、柔性电路板7和过孔61/71三者实现紧固连接。钎焊时通过在过孔61/71与加热薄片6和柔性电路板7之间放置焊料(或者焊丝)，并融化，利用两种材料原子之间的作用力，使得过孔61/71分别与加热薄片6和柔性电路板7连接在一起。

结合本实用新型实施例，为了提高加热电路62的加热效率，存在一种优选的实现方案，其中，发光构件1的金属底座5为高导热系数的合金材料制作而成。

实施例2:

在实施例1的基础上，结合图3所示，本实施例提供了一种具体的发光构件1组成方式，发光构件1由TO-CAN2、隔离器3、光纤插针组件4及金属底座5进行依次耦合组成。TO-CAN2内通常包括激光器管芯，背光监测管芯，热沉和组合透镜；激光器管芯和背光监测管芯集成在热沉上，对应TO-CAN2产生的光路方向，在TO-CAN2的外壳上设置组合透镜。

在发射组件的工作过程中，加热薄片6产生的热量经过金属底座5传递给热沉，TO-CAN2内的热沉通常设置为氮化铝热沉，再传递给激光器管芯，难免热传导过程中会产生一定的热量损失。

为了尽可能的减少热传递过程中的热量损失，结合图4-图5所示，所述加热薄片6对应金属底座5的形状设置；加热薄片6内加热电路62通常设计为密集纯电阻电路，过孔61通常设置在加热薄片6的中间部位以保证使用强度，则加热电路62均匀分布在加热薄片6的过孔61外圈区域，以提供较大范围的与金属底座5的热交换面积，加热电路62的输出焊盘63分布在靠近过孔61/71的区域内。

进一步，在上述实施例的基础上，提供一种优选的加热薄片6结构，所述加热薄片6包括导热胶层64、铝片层65、粘合剂层66和电路板层67；铝片层65的两侧分别设置导热胶层64和粘合剂层66，粘合剂层66的另一侧设置电路板层67；所述过孔61/71贯穿导热胶层64、铝片层65、粘合剂层66和电路板层67，电路板层67内分布有由铜箔材料制作的加热电路62。加热薄片6安装时，将电路板层67对应柔性电路板7，导热胶层64对应金属底座5安装。

实施例3：

在以上实施例的基础上，为了在保证激光器工作温度范围的同时，降低加热薄片6的耗能，本实施例提供了一种优选的实施方案，其中，在引脚51插入的过孔61/71上设置一个或多个温度检测点，温度检测点的数量和间隔距离根据金属底座5的热传导效率，环境温度，过孔61/71直径，温度检测准确度等经验数据进行综合设置，通常对应每个过孔61/71设置一个温度检测点，温度检测点通过金手指焊盘75与外部控制模块连接；外部控制模块与外部电源控制连接，外部控制模块以温度检测点的检测温度为依据实现对外部电源的开启或关闭控制。在发射组件运行时，当温度检测点检测到的平均温度低于控制模块中的预设最低温度，控制模块随即启动外部电源对电气线路73供电，则加热电路62启动，加热薄片6对激光器加热，当温度检测点检测到的平均温度达到预设最低温度后，控制模块对电气线路73断电，降低耗能。

进一步在特定的极端长时间低温条件下，控制模块可以通过控制加热电路62中的供电电流，使得加热电路62持续输出稳定热量，保证激光器的工作温度维持在一个稳定的可允许范围内。

结合上述实施例，如图6所示，为了配合其他模块的连接安装和方便后续对发射组件进行功能扩展，所述柔性电路板7设置为顶部对应金属底座5轮廓，尾部对应外部连接模块尺寸延长的长条形，金手指焊盘75设置在柔性电路板7的底端。金手指焊盘75位置方便插装、焊接等操作，而柔性电路板7上线路外的区域，可以进行其他功能接口设置。

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

Claims (10)

1.一种基于CWDM的高速光电同轴发射组件，其特征在于，包括发光构件(1)、加热薄片(6)和柔性电路板(7)，发光构件(1)尾部的金属底座(5)上伸出有引脚(51)，加热薄片(6)和柔性电路板(7)内均设置有对应引脚(51)数量的过孔(61/71)，通过引脚(51)依次插入加热薄片(6)和柔性电路板(7)内的过孔(61/71)实现三者连接；加热薄片(6)内过孔(61)以外的区域分布有加热电路(62)，加热电路(62)的两端设置有输出焊盘(63)；对应各引脚(51)的过孔(71)，柔性电路板(7)上设置有功能线路(72)与各过孔(71)连通，柔性电路板(7)上功能线路(72)外的区域内设置有电气线路(73)，电气线路(73)上对应加热电路(62)设置有焊盘(74)，加热电路(62)通过输出焊盘(63)与焊盘(74)配合使用实现电气连接。

2.根据权利要求1所述的基于CWDM的高速光电同轴发射组件，其特征在于，所述功能线路(72)通过金手指焊盘(75)与外部模块实现连接；电气线路(73)通过金手指焊盘(75)或另外设置电源接口(76)与外部电源连接。

3.根据权利要求1所述的基于CWDM的高速光电同轴发射组件，其特征在于，在引脚(51)插入的过孔(61/71)上设置一个或多个温度检测点，温度检测点通过金手指焊盘(75)与外部控制模块连接；外部控制模块与外部电源控制连接，外部控制模块以温度检测点的检测温度为依据实现对外部电源的开启或关闭控制。

4.根据权利要求1所述的基于CWDM的高速光电同轴发射组件，其特征在于，所述引脚(51)依次插入加热薄片(6)和柔性电路板(7)内的过孔(61/71)后，通过钎焊工艺将加热薄片(6)、柔性电路板(7)和过孔(61/71)三者实现紧固连接。

5.根据权利要求1所述的基于CWDM的高速光电同轴发射组件，其特征在于，发光构件(1)由TO-CAN(2)、隔离器(3)、光纤插针组件(4)及金属底座(5)进行依次耦合组成。

6.根据权利要求1所述的基于CWDM的高速光电同轴发射组件，其特征在于，所述加热薄片(6)对应金属底座(5)的形状设置；加热薄片(6)内加热电路(62)为密集纯电阻电路，加热电路(62)均匀分布在加热薄片(6)的过孔(61/71)外圈区域，加热电路(62)的输入焊盘(74)分布在靠近过孔(61/71)的区域内。

7.根据权利要求6所述的基于CWDM的高速光电同轴发射组件，其特征在于，所述加热薄片(6)包括导热胶层(64)、铝片层(65)、粘合剂层(66)和电路板层(67)；铝片层(65)的两侧分别设置导热胶层(64)和粘合剂层(66)，粘合剂层(66)的另一侧设置电路板层(67)；所述过孔(61/71)贯穿导热胶层(64)、铝片层(65)、粘合剂层(66)和电路板层(67)，电路板层(67)内分布有加热电路(62)。

8.根据权利要求7所述的基于CWDM的高速光电同轴发射组件，其特征在于，电路板层(67)内分布的加热电路(62)由铜箔材料制作而成。

9.根据权利要求1所述的基于CWDM的高速光电同轴发射组件，其特征在于，所述柔性电路板(7)设置为顶部对应金属底座(5)轮廓，尾部对应外部连接模块尺寸延长的长条形，金手指焊盘(75)设置在柔性电路板(7)的底端。

10.根据权利要求1所述的基于CWDM的高速光电同轴发射组件，其特征在于，金属底座(5)为高导热系数的合金材料制作而成。