CN211627884U - 一种集成驱动芯片的光发射器及激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种集成驱动芯片的光发射器及激光器，将驱动芯片和光发射芯片集成在一起，通过两个套接的金属管件进行封装，不仅解决了光发射单元体积庞大的缺点，同时也提高了光发射单元的可靠性。简化了系统的设计复杂度，同时也有利于降低成本。所集成驱动芯片的光发射器/激光器适用于量子保密通信领域。

Description

一种集成驱动芯片的光发射器及激光器

技术领域

本实用新型属于光发射模块的封装技术领域，具体涉及一种集成驱动芯片的光发射器及激光器。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本实用新型相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着光纤网络和互联网技术的不断发展，当前人们对于通信容量和质量的巨大需求，迫使人们提出传输带宽更大，速率更高，同时性能更加稳定的光通信方案，而这不可避免导致光通信系统的复杂。系统上的复杂导致系统体积增加，可靠性降低，设计繁冗以及成本的增加。随着移动互联时代的到来，人们需要功能强大，性能稳定，同时又小巧玲珑的通信系统。

光发射器模块是信号产生的源头，是光纤通信领域重要的组成部分。该模块的性能决定着光纤通信质量的好坏，距离的远近和速率的高低。

据发明人了解，目前的光发射器模块由于含有脉冲整形电路、比较放大电路和保护电路等电子学功能单元，多存在体积庞大的问题，同时电路中各个分立元器件性能指标不一，使得模块的环境可靠性较差。

发明内容

本实用新型为了解决上述问题，提出了一种集成驱动芯片的光发射器及激光器，本实用新型驱动芯片和光发射芯片集成在一起，通过两个套接的金属管件进行封装，不仅解决了光发射单元体积庞大的缺点，同时也提高了光发射单元的可靠性。

根据一些实施例，本实用新型采用如下技术方案：

一种集成驱动芯片的光发射器，包括尾部开口的金属管壳，所述金属管壳内设置有高频陶瓷电路，所述金属管壳的底板上设置有半导体制冷器，所述半导体制冷器上固定连接有热沉，所述热沉上一侧设置有缓冲热沉，另一侧设置有准直透镜和光学隔离器；

所述缓冲热沉依次设置有驱动芯片、背光探测器和光发射芯片，且所述背光探测器的光敏面中心与光发射芯片的出光口中心在一条直线上，且所述探测器光敏面不与该直线垂直，所述驱动芯片和光发射芯片电连接；

所述金属管壳的尾部开口处套设有一金属套筒，所述金属套筒内设置有聚焦透镜和光纤陶瓷插针，且所述出光口中心与准直透镜的中心、光学隔离器的中心、聚焦透镜的中心和光纤陶瓷插针均在同一直线上。

作为进一步的限定，所述金属管壳为蝶形金属陶瓷管壳，金属采用可伐合金。

作为进一步的限定，所述半导体制冷器焊接在金属管壳的底板上。

作为进一步的限定，所述热沉为氮化铝热沉，直接焊接在所述半导体制冷器上。

作为进一步的限定，所述驱动芯片与所述高频陶瓷电路之间电连接。

作为进一步的限定，所述背光探测器光敏面与出光光线之间具有一夹角，该夹角不超过82°。

作为进一步的限定，所述缓冲热沉上还设置有一热敏电阻，所述热敏电阻设置于光发射芯片的一旁。

作为一种可选择的实施方式，所述准直透镜焊接在热沉上，所述光学隔离器通过环氧树脂固定在热沉上。

作为另一种可选择的实施方式，所述准直透镜和光学隔离器通过光学耦合平台设置于热沉的一侧。

作为进一步的限定，所述金属套筒的中心轴与所述金属管壳的中心轴位于同一平面上。

一种激光器，包括上述集成驱动芯片的光发射器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型将驱动芯片和光发射芯片集成在一起，通过两个套接的金属管件进行封装，不仅解决了光发射单元体积庞大的缺点，同时也提高了光发射单元的可靠性。简化了系统的设计复杂度，同时也有利于降低成本。

本实用新型利用背光探测器监测激光器出光口背面的光强，其光敏面中心与光发射芯片出光口中心在一条直线上，同时探测器光敏面不与该直线保持垂直，以减少探测器光敏面的反射光影响光发射芯片的发光，有助于保证光源的强度。

本实用新型可以通过调节准直透镜、聚焦透镜和光纤之间的距离使得三者之间的耦合效率最高，得到最大的出口光强。

本实用新型所集成驱动芯片的光发射器/激光器适用于量子保密通信领域，不仅解决了光发射单元体积庞大的缺点，同时也提高了光发射单元的可靠性。简化了系统的设计复杂度，同时也有利于降低成本。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是本实施例的光发射器的出光截面图；

图2是本实施例的光发射器的内部结构图；

图3是本实施例的背光探测器的设置细节图。

其中，1金属管壳，2半导体制冷器TEC，3热沉，4缓冲热沉，5驱动芯片，6背光探测器，7光发射芯片，8热敏电阻，9准直透镜，10光学隔离器，11聚焦透镜，12金属套筒。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本实用新型中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“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，只是为了便于叙述本实用新型各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本实用新型中任一部件或元件，不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本实用新型中的具体含义，不能理解为对本实用新型的限制。

作为一种典型的实施例，提供一种集成驱动芯片的光发射器，具体包括：

尾部带开口的蝶形金属管壳；

固定在管壳里面的半导体制冷器；

固定在半导体制冷器上的热沉；

固定在热沉上的缓冲热沉、准直透镜和光学隔离器；

固定在缓冲热沉上的热敏电阻、光发射芯片、背光探测器和驱动芯片；

与蝶形金属管壳套接，设置于其尾部的金属套筒；

设置于金属套筒内的聚焦透镜与光纤陶瓷插针。

驱动芯片位于缓冲热沉上，驱动芯片的射频信号通过连接线与光发射芯片互连，驱动芯片和光发射芯片的正负极通过金丝线与蝶形金属陶瓷管壳上的引脚相连。

下面对每个部分进行详细的介绍，如图2所示，金属管壳1，该金属管壳1采用蝶形金属陶瓷管壳，金属可采用可伐合金；

半导体制冷器TEC 2，该半导体制冷器TEC 2直接焊在金属管壳1的底板上；

热沉3可以选用氮化铝热沉3，该热沉3直接焊接在半导体制冷器TEC 2上，其上放置缓冲热沉4、准直透镜9和光学隔离器10；

缓冲热沉4，该缓冲热沉4放置在氮化铝热沉3之上，上面放置驱动芯片5、背光探测器6，光发射芯片7和热敏电阻8；

驱动芯片5，该驱动芯片5可以直接安放在缓冲热沉4上，金属管壳1内的高频陶瓷电路可以通过金丝线与驱动芯片5连接；

背光探测器6，该背光探测器6用于监测激光器出光口背面的光强，背光探测器6的光敏面中心与光发射芯片7出光口中心在一条直线上，同时探测器光敏面不与该直线保持垂直，如图3所示，探测器光敏面与该直线的夹角θ不超过82°时比较好，能够有效减少探测器光敏面的反射光影响光发射芯片7的发光；当然，夹角θ也不宜过小，应使得背光探测器6中能够产生足够大小的背光电流，以保证驱动芯片5中自动功率控制(APC)环路的稳定性；其中，背光电流的大小还和背光探测器与激光器背出光面之间的距离有关；

光发射芯片7，光发射芯片7直接固定在缓冲热沉4上；与背光探测器6维持在一条直线上；光发射芯片7可以为应用于电吸收调制激光器(EML)的电吸收光发射芯片7，也可以为应用于分布式反馈(DFB)激光器的DFB光发射芯片7，也可以为应用于分布式布拉格反射(DBR)激光器的DBR光发射芯片7，或者为其他类型的光发射芯片7。

热敏电阻8，该热敏电阻8放置在缓冲热沉4上，光发射芯片7的一旁，与半导体制冷器TEC 2协同工作实现对光发射芯片7的温度调控；

准直透镜9，放置于热沉3上，焊接时要求准直透镜9的中心为光发射芯片7出光口的中心；

光学隔离器10，该光学隔离器10用环氧树脂固定在热沉3上，在部分实施例中，也可以通过光学耦合平台固定好准直透镜9和光学隔离器10；

聚焦透镜11，与光纤陶瓷插针金属套筒12整合成一体，通过焊料焊接在金属管壳1的出光开口处。

通过调节准直透镜9、聚焦透镜11和光纤之间的距离使得三者之间的耦合效率最高，得到最大的出口光强。

当然，如图1所示，在具体使用时，光发射芯片7、准直透镜9、光学隔离器10和聚焦透镜11的中心均在同一直线上时，能够保证出光光线(图中虚线表示)具有较好的光强。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种集成驱动芯片的光发射器，包括尾部开口的金属管壳，所述金属管壳内设置有高频陶瓷电路，所述金属管壳的底板上设置有半导体制冷器，所述半导体制冷器上固定连接有热沉，所述热沉上一侧设置有缓冲热沉，另一侧设置有准直透镜和光学隔离器；

其特征是：所述缓冲热沉依次设置有驱动芯片、背光探测器和光发射芯片，且所述背光探测器的光敏面中心与光发射芯片的出光口中心在一条直线上，且所述探测器光敏面不与该直线垂直，所述驱动芯片和光发射芯片电连接；

所述金属管壳的尾部开口处套设有一金属套筒，所述金属套筒内设置有聚焦透镜和光纤陶瓷插针，且所述出光口中心与准直透镜的中心、光学隔离器的中心、聚焦透镜的中心和光纤陶瓷插针均在同一直线上。

2.如权利要求1所述的一种集成驱动芯片的光发射器，其特征是：所述金属管壳为蝶形金属陶瓷管壳，金属采用可伐合金。

3.如权利要求1所述的一种集成驱动芯片的光发射器，其特征是：所述半导体制冷器焊接在金属管壳的底板上。

4.如权利要求1所述的一种集成驱动芯片的光发射器，其特征是：所述热沉为氮化铝热沉，直接焊接在所述半导体制冷器上。

5.如权利要求1所述的一种集成驱动芯片的光发射器，其特征是：所述驱动芯片与所述高频陶瓷电路之间电连接。

6.如权利要求1所述的一种集成驱动芯片的光发射器，其特征是：所述背光探测器光敏面与出光光线之间具有一夹角，该夹角不超过82°。

7.如权利要求1所述的一种集成驱动芯片的光发射器，其特征是：所述缓冲热沉上还设置有一热敏电阻，所述热敏电阻设置于光发射芯片的一旁。

8.如权利要求1所述的一种集成驱动芯片的光发射器，其特征是：所述准直透镜焊接在热沉上，所述光学隔离器通过环氧树脂固定在热沉上；

或，所述准直透镜和光学隔离器通过光学耦合平台设置于热沉的一侧。

9.如权利要求1所述的一种集成驱动芯片的光发射器，其特征是：所述金属套筒的中心轴与所述金属管壳的中心轴位于同一平面上。

10.一种激光器，其特征是：包括如权利要求1-9任一项所述的集成驱动芯片的光发射器。

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