CN216210058U - 一种to封装soa管芯组件及一种光器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种TO封装SOA管芯组件及一种光器件，TO封装SOA管芯组件包括TO底座、外套于TO底座的TO管帽、设置在TO底座上的制冷器、设置在制冷器冷面上的热沉，热沉包括相互垂直的第一工作台和第二工作台，第一工作台上依光路顺序贴装有汇聚透镜、SOA芯片基板和第一准直透镜，第二工作台上设有棱镜组件。本实用新型提出的TO封装SOA管芯组件，其棱镜组件将SOA芯片输出光线折转180度，使光输入端和光输出端位于同一端，相较于蝶形封装将光输入端和光输出端设置在相对的两端，可以较大程度缩小管芯组件的尺寸，从而满足半导体光放大器小型化的需求。

Description

一种TO封装SOA管芯组件及一种光器件

技术领域

本实用新型涉及光器件技术领域，特别涉及一种TO封装SOA管芯组件及一种光器件。

背景技术

半导体光放大器，又称SOA(Semiconductor Optical Amplifier)，是将光信号进行放大的一种器件，可用于提高数据传输功率和扩展传输距离。SOA封装组件是半导体光放大器中一个核心的组成部分，随着光通信技术的发展，半导体光放大器小型化是明显的发展趋势，因此需要对SOA封装组件进行小型化的设计。

常规的SOA封装组件是采用蝶形封装，结构主要包括蝶形外壳，以及安装在蝶形外壳腔体内的汇聚透镜、SOA芯片、第一准直透镜、制冷器等，在蝶形外壳的两端分别连接外部的的光输入端、光输出端。

实用新型内容

本申请实用新型人发现采用蝶形封装结构导致产品尺寸较大且不利于满足半导体放大器小型化需求的问题。鉴于上述问题，有必要提出一种TO封装SOA管芯组件以解决或部分解决上述问题，本实用新型提出的技术方案如下：

一方面，本实用新型提出了一种TO封装SOA管芯组件，包括TO底座、外套于TO底座的TO管帽、设置在TO底座上的制冷器、设置在制冷器冷面上的热沉，其中：

热沉包括相互垂直的第一工作台和第二工作台，所述第一工作台上依光路顺序贴装有汇聚透镜、SOA芯片基板和第一准直透镜，SOA芯片基板至少包括SOA芯片，汇聚透镜光轴与SOA芯片光输入口同轴，第一准直透镜光轴与SOA芯片光输出口同轴；所述第二工作台上设有棱镜组件；

所述棱镜组件用于将SOA芯片输出光线折转180度，以便使经过第一准直透镜准直的SOA芯片输出光线垂直于TO底座并反向射向TO管帽。

进一步的，所述棱镜组件包括：两个45度棱镜，所述45度棱镜水平放置在第二工作台上，使反射面朝向第一准直透镜且与第二工作台所在面的夹角为45度，两个45度棱镜的反射面分别为第一反射面和第二反射面，所述第一反射面和第二反射面相对设置且相互镜像。

进一步的，所述棱镜组件为一等腰梯形棱镜，所述等腰梯形棱镜短底边对应的面贴合在第二工作台上，所述等腰梯形棱镜的两个45度反射面分别为第一反射面和第二反射面。

进一步的，所述棱镜组件的位置使得所述第一准直透镜光轴穿过所述第一反射面的中心。

进一步的，所述第一反射面的反射光线与第一工作台放置SOA芯片基板的平面之间的夹角为锐角。

进一步的，所述第一工作台上设有汇聚透镜配高垫台和第一准直透镜配高垫台。

进一步的，所述第二工作台上设有光电芯片，所述TO底座上设有引脚，所述光电芯片与所述引脚连接，所述引脚与外部杂散光监测电路连接。

进一步的，还包括软带，所述TO底座上设有引脚，所述软带用于连接所述引脚和外部电路。

进一步的，输入组件和输出组件采用带尾纤的准直器，所述准直器包括套筒，以及装配在套筒内的光纤插芯、第二准直透镜，所述套筒内嵌于所述插芯固定孔中，光纤插芯与尾纤连接，第二准直透镜靠近套管一侧设置。

另一方面，本实用新型还提出了一种光器件，其特征在于，包括上面所述的TO封装SOA管芯组件。

基于上述技术方案，本实用新型较现有技术而言的有益效果为：

本实用新型提出了一种TO封装SOA管芯组件，通过棱镜组件将SOA芯片输出光线折转180度，使光输入端和光输出端位于同一端，用于固定光输入端和光输出端的外部固定装置只需一个即可，相较于蝶形封装将光输入端和光输出端设置在相对的两端，减少了一个外部固定装置，减少了固定光输入端和光输出端所需占用半导体光放大器的空间，结构更加紧凑，可以较大程度缩小管芯组件尺寸，以满足半导体光放大器小型化的需求。

附图说明

图1是本实用新型实施例一、二中，TO封装SOA管芯组件的的结构示意图；

图2是本实用新型实施例一、三中，一种TO封装SOA管芯组件去掉TO管帽后的结构示意图；

图3是本实用新型实施例一、三中，棱镜组件的结构示意图及光路示意图；

图4是本实用新型实施例二、三中，另一种TO封装SOA管芯组件去掉TO管帽后的结构示意图；

图5是本实用新型实施例二、三中，棱镜组件的结构示意图及光路示意图。

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。

本实用新型中，制冷器是利用半导体材料的温差电效应——即珀尔帖效应来实现致冷的装置，如果把不同极性的两种半导体材料(P型、N型)，联接成电偶对，通过直流电流时就发生能量的转移，电流由N型元件流向P型元件时便吸收热量，这个端面为冷面，电流由P型元件流向N型元件时便放出热量，这个端面为热面。TO(TransistorOut-line，也称晶体管外形)，早期晶体管大都采用同轴封装，后来被借用到光通信中，叫做TO封装，即同轴封装，同轴是从激光器、透镜到光纤，每个光路的中心线在同一直线上，所以采用TO封装的器件也叫做同轴器件。

实施例一

本实施例提出了一种TO封装SOA管芯组件，结合图1和图2所示，包括TO底座10、外套于TO底座10的TO管帽20、设置在TO底座10上的制冷器30、设置在制冷器30冷面上的热沉40，其中：

热沉40包括相互垂直的第一工作台41和第二工作台42，所述第一工作台41上依光路顺序贴装有汇聚透镜50、SOA芯片基板60和第一准直透镜70，SOA芯片基板60至少包括SOA芯片61，汇聚透镜50光轴与SOA芯片61光输入口同轴，第一准直透镜70光轴与SOA芯片61光输出口同轴；所述第二工作台42上设有棱镜组件80。上述贴装完成后，TO管帽20将汇聚透镜50、SOA芯片基板60和第一准直透镜70套在里面，并与TO底座10封装在一起。热沉40可以是图4所示的L型，当然在满足一个水平面一个竖直面的前提下，也可以是其他形状。

所述棱镜组件80用于将SOA芯片61输出光线折转180度，以便使经过第一准直透镜70准直的SOA芯片61输出光线垂直于TO底座10并反向射向TO管帽20。结合图2和图3所示，所述棱镜组件80包括：两个45度棱镜，所述45度棱镜水平放置在第二工作台42上，使反射面朝向第一准直透镜70且与第二工作台42所在面的夹角为45度，两个45度棱镜的反射面分别为第一反射面81和第二反射面82，所述第一反射面81和第二反射面82相对设置且相互镜像，所述第一准直透镜70光轴穿过所述第一反射面81的中心。由于SOA芯片61输出光线经过第一准直透镜70准直后为一组平行光，第一准直透镜70光轴穿过所述第一反射面81的中心，可以确保一组平行光的所有光线都能得到第一反射面81的反射。SOA芯片61输出光线经第一反射面81由竖直光线转化为水平光线，然后进入第二反射面82由水平光线转化为竖直光线，从而实现SOA芯片61输出光线的180度折转。

该TO封装SOA管芯组件的工作原理是：外部光输入端的输入光线透过TO管帽20、经汇聚透镜50汇聚至SOA芯片61光输入口，经SOA芯片61进行光放大后输出，再经第一准直透镜70准直成平行光后，通过棱镜将SOA芯片61输出光线折转180度后射出TO管帽20，到达外部光输出端。

本实施例提出的TO封装SOA管芯组件，通过棱镜组件80将SOA芯片61输出光线折转180度，使光输入端和光输出端位于同一端，用于固定光输入端和光输出端的外部固定装置只需一个即可，相较于蝶形封装将光输入端和光输出端设置在相对的两端，减少了一个外部固定装置，减少了固定光输入端和光输出端所需占用半导体光放大器的空间，结构更加紧凑，可以较大程度缩小管芯组件尺寸，以满足半导体光放大器小型化的需求。

在一些实施例中，为了尽可能远的分开SOA芯片61的输入光线和输出光线，避免其相互影响造成串扰，以方便生产，所述第一反射面81的反射光线与第一工作台放置SOA芯片基板60的平面之间的夹角为锐角。具体的，如图2所示，可使第一反射面81的反射光线第一工作台放置SOA芯片基板的平面之间的夹角为45度，即从第一准直透镜70出来的平行光沿竖直方向入射到第一反射面81后，其反射光线从与第一工作台放置SOA芯片基板60的平面之间的夹角成45度并远离SOA芯片61的方向水平射出，从而拉大输入光线和输出光线之间的距离，避免相互影响造成串扰；另外，使输出光线远离SOA芯片基板60，可以避免输出光线被其余部件遮挡，造成光功率损失。

在一些实施例中，为了满足光路匹配需求，使汇聚透镜50和第一准直透镜70的中心轴分别与输入组件110的中心轴和SOA芯片61光输出口位于同一直线上，如图2所示，第一工作台41上设有对应的汇聚透镜配高垫台412和第一准直透镜配高垫台411，可省去各垫片的成本以及定位贴装工序，简化生产流程提升效率，另外不需要预留垫片贴装所需的空间，TO管帽20的结构可以更加紧凑小巧，从而缩小半导体光放大器的整体尺寸。

在一些实施例中，该TO封装SOA管芯组件还包括软带，所述TO底座10上设有引脚，所述软带用于连接所述引脚和外部电路(比如杂散光监测电路、控制电路、供电电路等)。软带和TO底座10上的引脚连接，使用软带后，TO底座10上的引脚长度可以缩短，刚好够和软带连接即可，软带连接更加灵活，不需要太大的连接预留空间，从而也可以缩小器件的体积，有利于满足器件小型化的需求。

在一些实施例中，如图2所示，所述第二工作台42上设有光电芯片90，所述TO底座10上设有引脚，所述光电芯片90与所述引脚连接，用于生产时监控杂散光，以辅助光路耦合。光电芯片90接收到光，会产生光电流，光电流会随接收到的光的变化而变化。在本实施例中，杂散光是指无法耦合使用的无效光，比如从光学元件表面反射产生的光，或者因位置未对准导致偏离预设光路的光。比如光学元件未对准，可能导致光偏离指定光路，没有在第一反射面81反射，而被光电芯片90接收到，光电芯片90将接收的光转化成对应的电信号，并通过引脚发送给外部杂散光监测电路，外部杂散光监测电路根据电信号的电流值或者电压值大小初步判断杂散光多少，若监测到的杂散光较多，说明需要调整耦合位置。外部杂散光监测电路可以采用现有技术中的具体结构，在此不再赘述。

实施例二

本实施例提出了另一种TO封装SOA管芯组件，如图1和图4所示，包括TO底座10、外套于TO底座10的TO管帽20、设置在TO底座10上的制冷器30、设置在制冷器30冷面上的热沉40，其中：

热沉40包括相互垂直的第一工作台41和第二工作台42，所述第一工作台41上依光路顺序贴装有汇聚透镜50、SOA芯片基板60和第一准直透镜70，SOA芯片基板60至少包括SOA芯片61，汇聚透镜50光轴与SOA芯片61光输入口同轴，第一准直透镜70光轴与SOA芯片61光输出口同轴；所述第二工作台42上设有棱镜组件80。上述贴装完成后，TO管帽20将汇聚透镜50、SOA芯片基板60和第一准直透镜70套在里面，并与TO底座10封装在一起。热沉40可以是图4所示的L型，当然在满足一个水平面一个竖直面的前提下，也可以是其他形状。

所述棱镜组件80用于将SOA芯片61输出光线折转180度，以便使经过第一准直透镜70准直的SOA芯片61输出光线垂直于TO底座10并反向射向TO管帽20。结合图4和图5所示，所述棱镜组件80为一等腰梯形棱镜，所述等腰梯形棱镜短底边对应的面贴合在第二工作台42上，所述等腰梯形棱镜的两个45度反射面分别为第一反射面81和第二反射面82，所述第一准直透镜70光轴穿过所述第一反射面81的中心。由于SOA芯片61输出光线经过第一准直透镜70准直后为一组平行光，第一准直透镜70光轴穿过所述第一反射面81的中心，可以确保一组平行光的所有光线都能得到第一反射面81的反射。SOA芯片61输出光线经第一反射面81由竖直光线转化为水平光线，然后进入第二反射面82由水平光线转化为竖直光线，从而实现SOA芯片61输出光线的180度折转。

该TO封装SOA管芯组件的工作原理是：外部光输入端的输入光线透过TO管帽20、经汇聚透镜50汇聚至SOA芯片61光输入口，经SOA芯片61进行光放大后输出，再经第一准直透镜70准直成平行光后，通过棱镜将SOA芯片61输出光线折转180度后射出TO管帽20，到达外部光输出端。

本实施例提出的TO封装SOA管芯组件，通过棱镜组件80将SOA芯片61输出光线折转180度，使光输入端和光输出端位于同一端，用于固定光输入端和光输出端的外部固定装置只需一个即可，相较于蝶形封装将光输入端和光输出端设置在相对的两端，减少了一个外部固定装置，减少了固定光输入端和光输出端所需占用半导体光放大器的空间，结构更加紧凑，可以较大程度缩小管芯组件尺寸，以满足半导体光放大器小型化的需求。

在一些实施例中，为了尽可能远的分开SOA芯片61的输入光线和输出光线，避免其相互影响造成串扰，以方便生产，所述第一反射面81的反射光线与第一工作台放置SOA芯片基板60的平面之间的夹角为锐角。具体的，如图4所示，可使第一反射面81的反射光线第一工作台放置SOA芯片基板的平面之间的夹角为45度，即从第一准直透镜70出来的平行光沿竖直方向入射到第一反射面81后，其反射光线从与第一工作台放置SOA芯片基板60的平面之间的夹角成45度并远离SOA芯片61的方向水平射出，从而拉大输入光线和输出光线之间的距离，避免相互影响造成串扰；另外，使输出光线远离SOA芯片基板60，可以避免输出光线被其余部件遮挡，造成光功率损失。

在一些实施例中，为了满足光路匹配需求，使汇聚透镜50和第一准直透镜70的中心轴分别与输入组件110的中心轴和SOA芯片61光输出口位于同一直线上，如图4所示，第一工作台41上设有对应的汇聚透镜配高垫台412和第一准直透镜配高垫台411，可省去各垫片的成本以及定位贴装工序，简化生产流程提升效率，另外不需要预留垫片贴装所需的空间，TO管帽20的结构可以更加紧凑小巧，从而缩小半导体光放大器的整体尺寸。

在一些实施例中，该TO封装SOA管芯组件还包括软带，所述TO底座10上设有引脚，所述软带用于连接所述引脚和外部电路(比如杂散光监测电路、控制电路、供电电路等)。软带和TO底座10上的引脚连接，使用软带后，TO底座10上的引脚长度可以缩短，刚好够和软带连接即可，软带连接更加灵活，不需要太大的连接预留空间，从而也可以缩小器件的体积，有利于满足器件小型化的需求。

在一些实施例中，如图4所示，所述第二工作台42上设有光电芯片90，所述TO底座10上设有引脚，所述光电芯片90与所述引脚连接，用于生产时监控杂散光，以辅助光路耦合。光电芯片90接收到光，会产生光电流，光电流会随接收到的光的变化而变化。在本实施例中，杂散光是指无法耦合使用的无效光，比如从光学元件表面反射产生的光，或者因位置未对准导致偏离预设光路的光。比如光学元件未对准，可能导致光偏离指定光路，没有在第一反射面81反射，而被光电芯片90接收到，光电芯片90将接收的光转化成对应的电信号，并通过引脚发送给外部杂散光监测电路，外部杂散光监测电路根据电信号的电流值或者电压值大小初步判断杂散光多少，若监测到的杂散光较多，说明需要调整耦合位置。外部杂散光监测电路可以采用现有技术中的具体结构，在此不再赘述。

实施例三

本实施例提出了一种光器件，包括实施例一和实施例二所述的TO封装SOA管芯组件。

该光器件可以用在光接收器件或光模块等场景中。

本实施例提出的光器件，其TO封装SOA管芯组件通过棱镜组件80将SOA芯片61输出光线折转180度，使光输入端和光输出端位于同一端，相较于蝶形封装将光输入端和光输出端设置在相对的两端，减少了光输入端和光输出端占用光器件的空间，结构更加紧凑，可以较大程度缩小光器件尺寸，以满足光器件小型化的需求。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本实用新型处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本实用新型单独的优选实施方案。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式级似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

Claims (9)

1.一种TO封装SOA管芯组件，其特征在于，包括TO底座、外套于TO底座的TO管帽、设置在TO底座上的制冷器、设置在制冷器冷面上的热沉，其中：

热沉包括相互垂直的第一工作台和第二工作台，所述第一工作台上依光路顺序贴装有汇聚透镜、SOA芯片基板和第一准直透镜，SOA芯片基板至少包括SOA芯片，汇聚透镜光轴与SOA芯片光输入口同轴，第一准直透镜光轴与SOA芯片光输出口同轴；所述第二工作台上设有棱镜组件；

所述棱镜组件用于将SOA芯片输出光线折转180度，以便使经过第一准直透镜准直的SOA芯片输出光线垂直于TO底座并反向射向TO管帽。

2.如权利要求1所述的一种TO封装SOA管芯组件，其特征在于，所述棱镜组件包括：两个45度棱镜，所述45度棱镜水平放置在第二工作台上，使反射面朝向第一准直透镜且与第二工作台所在面的夹角为45度，两个45度棱镜的反射面分别为第一反射面和第二反射面，所述第一反射面和第二反射面相对设置且相互镜像。

3.如权利要求1所述的一种TO封装SOA管芯组件，其特征在于，所述棱镜组件为一等腰梯形棱镜，所述等腰梯形棱镜短底边对应的面贴合在第二工作台上，所述等腰梯形棱镜的两个45度反射面分别为第一反射面和第二反射面。

4.如权利要求2或3所述的一种TO封装SOA管芯组件，其特征在于，所述棱镜组件的位置使得所述第一准直透镜光轴穿过所述第一反射面的中心。

5.如权利要求2或3所述的一种TO封装SOA管芯组件，其特征在于，所述第一反射面的反射光线与第一工作台放置SOA芯片基板的平面之间的夹角为锐角。

6.如权利要求1所述的一种TO封装SOA管芯组件，其特征在于，所述第一工作台上设有汇聚透镜配高垫台和第一准直透镜配高垫台。

7.如权利要求1所述的一种TO封装SOA管芯组件，其特征在于，所述第二工作台上设有光电芯片，所述TO底座上设有引脚，所述光电芯片与所述引脚连接，所述引脚与外部杂散光监测电路连接。

8.如权利要求1所述的一种TO封装SOA管芯组件，其特征在于，还包括软带，所述TO底座上设有引脚，所述软带用于连接所述引脚和外部电路。

9.一种光器件，其特征在于，包括如权利要求1-8任一所述的TO封装SOA管芯组件。

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