DE4343494A1 - HF-Zuführung für einen Laser in einem Lasermodul mit Peltierkühler - Google Patents
HF-Zuführung für einen Laser in einem Lasermodul mit PeltierkühlerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine HF-Zuführung für einen Laser in einem
Lasermodul mit Peltierkühler der im Oberbegriff des Anspruchs 1
näher bezeichneten Ausführung. Derartige Lasermodule werden
insbesondere in Systemen der optischen Nachrichtentechnik verwendet.
Aus der DE 41 10 378 A1 ist eine Einrichtung mit Halbleiterlaser
für Wandlermodule bekannt, bei der auf der Oberseite eines
Trägerteiles aus Keramik mehrere Mikrostreifenleitungen angeordnet
sind. Diese bilden an einem Ende Anschlüsse für die Zuleitung von
Gleichstrom und von Hochfrequenzsignalen. Am anderen Ende sind die
Mikrostreifenleitungen elektrisch leitend mit dem Halbleiterlaser
verbunden. Das beispielsweise aus Aluminium- oder Bornitrid
bestehende Trägerteil hat an der Unterseite eine als Massekontakt
dienende Metallschicht, die über durchmetallisierte Bohrungen mit
verschiedenen Mikrostreifenleitungen auf der Oberseite elektrisch
leitend verbunden ist.
Außerdem ist für Lasermodule die Verwendung von handelsüblichen
Gehäusen in sogenannter Butterfly-Ausführung bekannt, bei der die
erforderlichen Anschlußstifte nicht den Boden, sondern zwei sich
gegenüberstehende Seitenwände des Gehäuses isoliert durchsetzen und
zwar mit je einer Reihe von mehreren, in einem vorgegebenen Abstand
angeordneten Anschlußstiften. Die elektrischen Verbindungsleitungen
innerhalb eines derartigen Gehäuses bestehen üblicherweise aus
mehreren gebondeten Golddrahtbrücken, die sich zwischen den
Anschlußstiften und einem z. B. mit einem Halbleiterlaser bestückten
Trägerplättchen erstrecken. Letzteres ist auf einem Montageblock
angeordnet, der seinerseits auf einem handelsüblichen, auf dem
Gehäuseboden des Lasermoduls befestigten Peltierkühler fixiert ist.
Lasermodule der geschilderten Ausführung werden kommerziell
erfolgreich bei Datenraten bis 2,5 Gb/s eingesetzt. Sollen die
Lasermodule jedoch höhere Datenraten übertragen, verursacht die
Kapazität des Peltierkühlers in Verbindung mit der Induktivität der
als Massebond dienenden Golddrahtbrücken eine störende
Parallelresonanz. Da die Kapazität des Peltierkühlers bauartbedingt
ist, läßt sich diese nur unwesentlich reduzieren, beispielsweise
durch serielles Zuschalten einer weiteren Kapazität im
Gehäuseboden, wie M. Goto und andere in "Proceedings of the 42nd
Electronic Components and Technology Conference (FCTC), 1992,
Seiten 830 bis 837" unter dem Titel "Design and Performance of a
10-Gbit/s Optical Transmitter Module" berichten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Lasermodul mit
den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen die
HF-Zuführung so zu verbessern, daß beim Betreiben des Lasermoduls
im Bereich von Datenraten mit 10 Gb/s keine störende
Parallelresonanz im Übertragungsband auftritt. Diese Aufgabe wird
erfindungsgemäß durch ein Lasermodul mit den im Anspruch 1
angegebenen Merkmalen gelöst. Ausgestaltungen der HF-Zuführung des
Lasermoduls sind den Unteransprüchen und der mit dem Lasermodul
erzielbare Vorteil der Beschreibung zu entnehmen.
Die Erfindung wird anhand eines in einer Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles wie folgt näher beschrieben. In der Zeichnung
zeigen:
Fig. 1 einen Ausschnitt eines Lasermoduls ohne Deckel, in einer
Querschnittsansicht;
Fig. 2 den Ausschnitt des Lasermoduls der Fig. 1, in der
Draufsicht.
In Fig. 1 und 2 ist das Lasermodul insgesamt mit 1 bezeichnet. Es
besteht unter anderem aus einem quaderförmigen Gehäuse 2, einem auf
dem Gehäuseboden 3 befestigten Peltierkühler 4 und einem auf dem
Peltierkühler angeordneten Montageblock 5. Außerdem aus einem auf
dem Montageblock 5 sitzenden Trägerplättchen 6 mit darauf fixiertem
Halbleiterlaser 7 und zugehöriger Anschlußschaltung sowie einem
eine Anpaßschaltung tragenden Keramiksubstrat 8, das seinerseits
auf einem neben dem Peltierkühler 4 angeordneten Sockel 9 befestigt
ist.
Das vorzugsweise aus Kovar gefertigte Gehäuse 2 hat auf zwei sich
gegenüberstehenden Seitenwänden 10 je eine Reihe, die Seitenwände
durchsetzende Anschlußstifte 11, 11′, die bei Standardgehäusen
üblicherweise in Durchführungen 12 aus Glas eingeschmolzen sind,
die aber auch in keramische Durchführungen eingebettet sein können.
Bei dem Peltierkühler 4 handelt es sich um ein Bauelement bekannter
Bauart, auf dem der als Wärmesenke dienende Montageblock 5
befestigt ist.
Das auf dem Montageblock 5 angeordnete Trägerplättchen 6 besteht
vorzugsweise aus Aluminium- oder Bornitrid. Es hat einen
rechteckigen Umriß und ist von den Abmessungen her so gestaltet und
angeordnet, daß eine Längsseite und dessen zwei Schmalseiten mit
der Vorderkante und beiden Seitenkanten von Peltierkühler 4 und
Montageblock 5 bündig abschließen. Der auf dem Trägerplättchen 6
mit dessen zuvor erwähnter Längskante ebenfalls bündig abschließend
fixierte Halbleiterlaser 7 ist mit der Anschlußschaltung verbunden,
die aus drei in Koplanartechnik ausgeführten Leiterbahnen besteht,
welche an einer zu den Anschlußstiften 11 des Gehäuses 2 weisenden
Schmalseite des Trägerplättchens 6 enden. Von den drei Leiterbahnen
dienen die beiden äußeren als Masseleitungen und die zwischen
diesen angeordnete Leiterbahn als Signalleitung. Die Breite der
Masseleitungen ist dabei so ausgelegt, daß sie jeweils kleiner als
das Trägerplättchen 6 dick ist. Hierdurch wird die elektrische
Kapazität zwischen Masseleitungen und der aus Befestigungsgründen
metallisierten Rückseite des Trägerplättchens 6 gegenüber der
Kapazität des Peltierkühlers 4 ebenfalls klein und die beim Betrieb
des Lasermoduls 1 vorhandene Feldenergie hauptsächlich in den
Schlitzen zwischen der Signalleitung und den Masseleitungen
konzentriert. Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, daß im
Leitungszug vor dem Halbleiterlaser 7 ein Widerstand 13 zur
Anpassung des Wellenwiderstandes des Halbleiterlasers 7 vorgesehen
ist.
Unterhalb der im Gehäuse 2 vorstehenden Anschlußstifte 11 mit der
Signalzuführung zum Halbleiterlaser 7 ist der eingangs erwähnte
Sockel 9 im Gehäuse 2 befestigt. Der von der Form her blockartige
Sockel 9 besteht aus Metall, vorzugsweise Kovar und er ist sowohl
an den Gehäuseboden 3 als auch an die Seitenwand 10 des Gehäuses 2
gelötet. Auf der Oberseite des Sockels 9 ist das vorzugsweise aus
Aluminiumoxid bestehende Keramiksubstrat 8 mit der Anpaßschaltung
durch Löten fixiert. Sockelhöhe und Substratdicke sind dabei so
aufeinander abgestimmt, daß zwischen der Anpaßschaltung und den im
Gehäuse 2 vorstehenden Enden der Anschlußstifte 11, 11′ kein oder
nur ein sehr kleiner Luftspalt vorhanden ist.
Wie Fig. 2 zeigt, hat das Keramiksubstrat 8 die Form eines
rechteckigen Plättchens, das so lang wie der Sockel 9 ist und mit
einer Längsseite unmittelbar an die die Anschlußstifte 11, 11′
enthaltende Seitenwand 10 des Gehäuses 2 grenzt. Es ist jedoch
breiter als der Sockel 9, wodurch das Keramiksubstrat 8 an der zum
Montageblock 5 weisenden Seite übersteht und mit der überstehenden
Längsseite bis dicht an die Schmalseite des Trägerplättchens 6
reicht, an welcher die Leiterbahnen der Anschlußschaltung enden.
Keramiksubstrat 8 und Trägerplättchen 6 haben somit einen geringen
parallelen Abstand zueinander, der mechanische Berührungen zwischen
beiden Teilen mit Sicherheit verhindert. Durch die mechanische
Entkopplung vom Trägerplättchen 6 mit dem Halbleiterlaser 7 werden
somit auch thermische Probleme vermieden.
Auf dem Keramiksubstrat 8 ist die Anpaßschaltung in
Dünnschichttechnik ausgebildet. Sie enthält den Übergang von der am
Lasermodul 1 ankommenden koaxialen zur im Wellenwiderstand
angepaßten koplanaren Leitungsgeometrie der Leiterbahnen des
Trägerplättchens 6. Die Anpaßschaltung hat gegen die Seitenwand 10
des Gehäuses 2 Mikrostreifenleitungscharakter und besteht aus zwei
äußeren, relativ großen Metallflächen, die als Masseleitungen 14
dienen und an die entsprechenden Anschlußstifte 11 des Gehäuses 2
gelötet sind sowie einer zwischen diesen Metallflächen dem
signalführenden Anschlußstift 11′ zugeordneten schmalen
Metallfläche, die nur unwesentlich breiter als der Anschlußstift
11′ dick ist. Sie dient als Signalleitung 15 und ist an diesen
Anschlußstift 11′ gelötet. Damit das Zinnlot die Anschlußstifte 11,
11′ sauber umfließen kann, reichen die Metallflächen der
Masseleitungen 14 außen bis an die Schmalseiten des
Keramiksubstrates 8, das neben den entsprechenden Anschlußstiften
11 übersteht.
Auf den innen zum signalführenden Anschlußstift 11′ weisenden
Seiten erstrecken sich die Metallflächen soweit, daß ein etwa dem
Durchmesser des Anschlußstiftes 11′ entsprechender Abstand zur
Metallfläche der Signalleitung 15 vorhanden ist. Im relativ
großflächigen Teil der Masseleitungen 14 ist jeweils wenigstens
eine durchmetallisierte Bohrung 16 angeordnet, welche die
Masseleitungen 14 mit der metallisierten Unterseite des
Keramiksubstrates 8 und mit dem Sockel 9 elektrisch verbinden.
Die zuvor definierten Breitenabmessungen der Metallflächen von den
Masseleitungen 14 und der Signalleitung 15 erstrecken sich in der
Tiefe in etwa so weit wie die Enden der Anschlußstifte 11, 11′ im
Gehäuse 2 lang sind, gehen anschließend jeweils in einen Taper über
und sind an der freien Längsseite des Keramiksubstrates 8 auf
koplanare Leitungsanschlüsse reduziert, die in Breite und Abstand
zueinander den koplanaren Leiterbahnen des Trägerplättchens 6
entsprechen und auf dessen freie Leitungsenden ausgerichtet sind.
Die Taper von Masseleitungen 14 und Signalleitung 15 sind hier so
konfiguriert, daß sie von der an der Seitenwand 10 des Gehäuses 2
ausgehenden Seite bis zu der zur Anschlußschaltung führenden Seite
einen über die gesamte Breite des Keramiksubstrats 8
gleichbleibenden Wellenwiderstand haben, welcher den selben Wert
wie der Wellenwiderstand der Anschlußschaltung des Trägerplättchens
6 hat. Auf eine niveaugleiche Anordnung von Anpaß- und
Anschlußschaltung kommt es hierbei nicht an, jedoch sollten deren
Anschlüsse keinen wesentlichen lateralen Versatz haben.
Die Leitungsenden der Anschlußschaltung sind jeweils durch eine aus
einem relativ kurzen, gebondeten Golddraht bestehende Drahtbrücke
17 mit den koplanaren Leitungsanschlüssen der Anpaßschaltung
verbunden und liegen somit im selben Abstand parallel nebeneinander
wie die koplanaren Leitungen der Anschlußschaltung. Weil hierbei
die koplanare Geometrie der Leitungen erhalten bleibt, wird durch
den Leitungscharakter der Bondführung eine geringe scheinbare
Massebondinduktivität erreicht. Werden zudem die koplanaren
Leiterbahnen der Anschlußschaltung auf dem Trägerplättchen 6 so
ausgelegt, daß w/d konstant und d/h klein ist und wird außerdem die
Dicke des Trägerplättchens 6 groß gewählt, so wird eine gute
kapazitive Entkopplung zum Peltierkühler 4 erreicht und die
scheinbare Kapazität erheblich reduziert. Die so reduzierte
Kapazität und die zuvor beschriebene Reduzierung der Induktivität
führen entweder zu einer Aufhebung oder zu einer gewünschten
Erhöhung der Parallelresonanz, die so hoch ist, daß sie außerhalb
des Übertragungsbandes von 10 Gb/s liegt.
Claims (5)
1. HF-Zuführung für einen Halbleiterlaser in einem Lasermodul mit
Peltierkühler, die innerhalb eines Gehäuses die Enden von im
Gehäuse isoliert befestigten Anschlußstiften und den
Halbleiterlaser elektrisch miteinander verbindet, wobei der
Halbleiterlaser auf einem Trägerplättchen, das Trägerplättchen auf
einem Montageblock und der Montageblock auf dem Peltierkühler
sitzt, der seinerseits auf dem Gehäuseboden des Lasermoduls fixiert
ist,
gekennzeichnet durch eine auf dem Trägerplättchen
(6) in Koplanartechnik ausgeführte Anschlußschaltung mit
Leiterbahnen, die mit dem Halbleiterlaser (7) verbunden sind und
durch eine mit den Anschlußstiften (11, 11′) des Gehäuses (2)
verbundene, auf einem Keramiksubstrat (8) in Dünnschichttechnik
hergestellte Anpaßschaltung, bei der zwei Masseleitungen (14) mit
einer dazwischen angeordneten Signalleitung (15) in je einem Taper
auf eine, den Enden der Anschlußschaltung entsprechende koplanare
Leitungsgeometrie übergehen, sowie durch mehrere, die
Anpaßschaltung und die Anschlußschaltung verbindende Drahtbrücken
(17) in paralleler Anordnung.
2. HF-Zuführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Breite der Masseleitungen auf dem Trägerplättchen (6) kleiner als
das Substrat dick ist, so daß die elektrische Kapazität zwischen
Masseleitungen und Trägerplättchenrückseite gegenüber der Kapazität
des Peltierkühlers (4) ebenfalls klein und Feldenergie beim Betrieb
des Lasermoduls (1) hauptsächlich in den Schlitzen zwischen
Signalleitung und Masseleitungen konzentriert ist.
3. HF-Zuführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Keramiksubstrat (8) einen rechteckigen Umriß hat und so auf einem
im Gehäuse (2) befestigten Sockel (9) fixiert ist, daß eine
Längsseite an eine Seitenwand (10) des Gehäuses (2) grenzt und die
Leitungen (14, 15) unmittelbar unter den Enden der ihnen
zugeordneten Anschlußstifte (11, 11′) liegen, während die andere
Längsseite des Keramiksubstrats (8), an welcher die Taper in
koplanaren Leitungsanschlüssen enden, einen geringen Abstand zum
Trägerplättchen (6) mit der Anschlußschaltung hat.
4. HF-Zuführung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Taper
von Masseleitungen (14) und Signalleitungen (15) so konfiguriert
sind, daß sie von der an der Seitenwand (10) des Gehäuses (2)
ausgehenden Seite bis zu der zur Anschlußschaltung führenden Seite
einen über die gesamte Breite des Keramiksubstrates (8)
gleichbleibenden Wellenwiderstand haben.
5. HF-Zuführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Sockel (9) aus Kovar und das Keramiksubstrat (8) aus Aluminiumoxid
bestehen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4343494A DE4343494A1 (de) | 1993-12-20 | 1993-12-20 | HF-Zuführung für einen Laser in einem Lasermodul mit Peltierkühler |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4343494A DE4343494A1 (de) | 1993-12-20 | 1993-12-20 | HF-Zuführung für einen Laser in einem Lasermodul mit Peltierkühler |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE4343494A1 true DE4343494A1 (de) | 1995-06-22 |
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ID=6505545
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE4343494A Withdrawn DE4343494A1 (de) | 1993-12-20 | 1993-12-20 | HF-Zuführung für einen Laser in einem Lasermodul mit Peltierkühler |
Country Status (1)
Country | Link |
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- 1993-12-20 DE DE4343494A patent/DE4343494A1/de not_active Withdrawn
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Date | Code | Title | Description |
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