用于光发射器系统的提高效率的加热激光器封装技术方案

一种加热激光器封装通常包括位于单个激光器封装中的激光二极管、加热电阻器和晶体管。加热电阻器和晶体管形成加热电路，且位于与激光二极管邻接的载体上。晶体管用以控制至加热电阻器的驱动电流，以及晶体管产生的任意额外容量有助于加热激光二极管，由此增加系统的热效率。加热激光器封装可用于温控多信道模块光发射次模块中，光发射次模块可用于多信道光收发器中。光收发器用于波分复用光学系统例如波分复用无源光网络中的光线路终端中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本揭露关于光发射器，尤其是一种具有提高效率的加热激光器封装，用于提供热控制的多信道光发射次组件(transmitteropticalsubassembly；TOSA)中。
技术介绍
光通讯网络一度通常是“点对点”类型的网络，包括通过光纤连接的发射器和接收器。这种网络相对容易构造，但配备许多光纤来连接多个用户。随着与此网络连接的用户数目增加以及光纤数迅速增加，配备和管理许多光纤则变得复杂且昂贵。通过使用从网络的发送端例如光线路终端(OpticalLineTerminal，OLT)到远达20公里或以上的远程分支点的单个“主干(trunk)”光纤，无源光网络(PassiveOpticalNetwork，PON)解决了这个问题。开发这种无源光网络的一个挑战是有效利用主干光纤的容量，从而在主干光纤上传送最大可能量的信息。使用波分复用(WavelengthDivisionMultiplexing，WDM)在不同波长上将不同的光信号多路复用，光纤通讯网络可增加在单个光纤上载送的信息量。举例来说，波分复用型的无源光网络(WDM-PON)中，单个主干光纤将多信道波长的光信号载送至光分支点，以及载送来自光分支点的多信道波长的光信号。通过引导到个体用户或者来自个体用户的不同波长的信号，分支点提供简单的路由功能。在这种情况下，每个用户被分配在其上发送和/或接收数据的一个或多个信道波长。为了在多信道波长上发送与接收光信号，波分复用型的无源光网络中的光线路终端包括多信道光发射次模块和多信道光接收次模块(ReceiverOpticalSubassembly，ROSA)。光发射次模块的一个例子包括光耦合于阵列波导光栅(ArrayedWaveguideGrating，AWG)的激光器的阵列，以组合多信道波长的多个光信号。为了提供不同的信道波长，多信道光发射次模块中使用可调谐激光器，以及可调谐激光器发出的波长随着温度的变化而变化。波分复用型无源光网络中，所期望的波长准确度或精度往往取决于信道波长的数量和间距，并且可通过控制温度而在光发射次模块中被控制。举例来说，在100G的密集波分复用(DWDM)系统中，温度需要控制在±0.5℃以内以保持±0.5纳米的波长精度，以及温度范围需要大于4℃以提供期望的激光二极管的波长产量。这种光线路终端收发器组件的一个挑战是，在相对小的空间中并且利用相对低的功耗对激光器的阵列提供充分温度控制。激光器阵列中控制个体激光二极管的温度的一种方式是针对各个激光二极管的每一个使用单独的温控装置，例如热电致冷器(TEC)和温度监测器(例如，热敏电阻)，以在监测温度的基础上针对每一激光器提供闭环的温度控制。举例来说，为了支持光发射次模块中的16个信道，将需要16个热电致冷器、16个热敏电阻、用于热敏电阻的32个端口，以及用于控制这些元件的每一个的电路。这种闭环系统需要更复杂的电路设计和更高的成本，不适合用于较小外形因数的光线路终端收发器组件内。用于热调谐激光器的加热和温度控制的另一挑战是在光线路终端组件的功率预算内操作。
技术实现思路
附图说明通过阅读以下具体实施方式以及结合图式，将更好地理解这些和其它特征和优点，其中：图1为符合本揭露实施例的包括至少一个多信道光收发器的波分复用无源光网络的功能方块图。图2为符合本揭露实施例的包括温控多信道光发射次模块的多信道光收发器的分解示意图。图3为图2所示的多信道光收发器内部的俯视示意图。图4为温控多信道光发射次模块的一个实施例的端部透视图。图5为图4所示的温控多信道光发射次模块的侧面透视图。图6为用于温控多信道光发射次模块中的加热激光器封装的一个实施例的俯视示意图。图7为符合本揭露实施例的温控多信道光发射次模块的示意图。图7A为温控多信道光发射次模块中每一激光器的波长随温度变化的图表。图8为符合本揭露实施例的用于加热激光器封装的局部温度控制电路的方块图。图9为符合本揭露的另一代表性实施例之操作流程图。具体实施方式符合本文所述实施例的加热激光器封装通常包括位于单个激光器封装中的激光二极管、加热电阻器和晶体管。加热电阻器和晶体管形成加热电路，且位于与激光二极管邻接的载体(submount)上。晶体管用以控制至加热电阻器的驱动电流，以及晶体管产生的任意额外容量有助于加热激光二极管，由此增加系统的热效率。加热激光器封装用于温控多信道光发射次模块，光发射次模块可用于多信道光收发器中。温控多信道光发射次模块通常包括激光器阵列，其光耦合于光复用器以组合不同信道波长的多个光信号。光复用器例如为阵列波导光栅。通过对激光器阵列器建立整体温度，并且单独升高个体激光器的局部温度，激光器被热调谐至信道波长。温控装置例如与激光器阵列耦合的热电致冷器可提供整体温度。个体加热器例如与各个激光器相邻的电阻器和晶体管可提供局部温度。光收发器可用于波分复用型的光学系统中，例如波分复用型无源光网络中的光线路终端中。本文所使用的“激光器封装”指与其他部件例如载体、监测器光二极管、热屏蔽件和/或光学器件封装的激光二极管。本文所使用的术语“信道波长”指与光信道相关的波长，以及包括中心波长周边的特定波段。一个例子中，信道波长可以由国际电信联盟(InternationalTelecommunicationUnion，ITU)标准例如国际电信联盟远程通信标准化组织的密集波分复用(densewavelengthdivisionmultiplexinggrid；DWDM)网格定义。本文所使用的术语“调谐至信道波长”指调整激光器输出，这样发射的激光包括此信道波长。本文使用的术语“耦合”指任何连接、耦合、链接等，以及“光耦合”指耦合这样从一个元件发出的光线被给予另一元件。这种“耦合”装置并非必须彼此直接连接，以及可通过操纵或修改这种信号的中间部件或装置被分离。本文使用的术语“热耦合”指两个部件之间的直接或间接连接或接触，而导致热量从一个部件被传导到另一部件。本文使用的术语“热隔离”指使得来自外界的热能避免被传导至被隔离的部件的一种配置。举个例子，热隔离的多信道光发射次模块中，避免光发射次模块外部的热量被传导至光发射次模块中的一或多个部件。本文使用的术语“热屏蔽”指避免热量通过对流或辐射被传递至被屏蔽的部件的一种配置。热隔离和热屏蔽并非需要避免传导或传递所有热量的一种配置。请参照图1，图中表示且描述了符合本揭露本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种温控多信道模块光发射次模块(TOSA)，包括：一光发射次模块外壳；一印刷电路板，包括一激光驱动器和一温控电路，所述印刷电路板位于所述光发射次模块外壳中；以及激光器封装的阵列，耦合于所述印刷电路板，所述激光器封装的每一个包括：一激光二极管，由所述激光驱动器提供的功率产生激光，所述激光与各个光信道相关，以及所述激光二极管可热调谐到与所述各个光信道相关的一信道波长；一加热电阻器，位于接近所述激光二极管，所述加热电阻器升高所述激光二极管的一局部温度超过所述光发射次模块的一整体温度，以热调谐所述激光二极管；以及一晶体管，调节通过所述加热电阻器的一驱动电流，所述驱动电流基于所述温控电路提供的一温控信号，其中所述晶体管产生的额外热量至少部分被传递到所述激光二极管，以进一步升高所述激光二极管的所述局部温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.26 US 13/975,8671.一种温控多信道模块光发射次模块(TOSA)，包括：
一光发射次模块外壳；
一印刷电路板，包括一激光驱动器和一温控电路，所述印刷电路板位于所
述光发射次模块外壳中；以及
激光器封装的阵列，耦合于所述印刷电路板，所述激光器封装的每一个包
括：
一激光二极管，由所述激光驱动器提供的功率产生激光，所述激光与
各个光信道相关，以及所述激光二极管可热调谐到与所述各个光信道相关
的一信道波长；
一加热电阻器，位于接近所述激光二极管，所述加热电阻器升高所述
激光二极管的一局部温度超过所述光发射次模块的一整体温度，以热调谐
所述激光二极管；以及
一晶体管，调节通过所述加热电阻器的一驱动电流，所述驱动电流基
于所述温控电路提供的一温控信号，其中所述晶体管产生的额外热量至少
部分被传递到所述激光二极管，以进一步升高所述激光二极管的所述局部
温度。
2.如权利要求1所述的温控多信道模块光发射次模块，其特征在于，其
中所述温控电路进一步基于与所述激光二极管相关的一校准查询表产生所述
温控信号。
3.如权利要求1所述的温控多信道模块光发射次模块，其特征在于，其
中所述激光二极管为一分布式反馈(DFB)激光器。
4.如权利要求1所述的温控多信道模块光发射次模块，其特征在于，其
中所述信道波长包括国际电信联盟(ITU)信道波长。
5.如权利要求1所述的温控多信道模块光发射次模块，其特征在于，进
一步包括一温控装置，位于所述光发射次模块外壳中且热耦合于所述激光器封
装的阵列，用于建立所述激光器封装的阵列的所述整体温度，这样所述激光器
封装的阵列中至少一个激光二极管在所述整体温度被调谐到所述信道波长至
少其一。
6.如权利要求5所述的温控多信道模块光发射次模块，其特征在于，所
述温控装置为一热电致冷器。
7.如权利要求5所述的温控多信道模块光发射次模块，其特征在于，进
一步包括：
多个激光器热屏蔽件，用于热屏蔽所述激光器封装的阵列，所述激光器热
屏蔽件热耦合于所述温控装置且定义多个热屏蔽隔间，其中所述热屏蔽隔间的
每一个接收且热屏蔽所述激光器封装各自其一，同时允许发射的激光穿出所述
热屏蔽隔间，以及其中所述加热电阻器和所述晶体管位于所述热屏蔽隔间各自
其一中。
8.如权利要求5所述的温控多信道模块光发射次模块，其特征在于，其
中所述整体温度处调谐的所述信道波长其中之一为所述信道波长中最小的。
9.如权利要求1所述的温控多信道模块光发射次模块，其特征在于，进
一步包括位于所述光发射次模块外部的一波长监测器，所述波长监测器产生监
测波长数据，以及其中所述温控电路进一步接收所述监测波长数据以及根据所
述监测波长数据调节所述温控信号。
10.一种加热激光器封装，包括：
一激光二极管，由一激光驱动器提供的功率产生激光，所述激光与各个光
信道相关，以及所述激光二极管可热调谐到与所述各个光信道相关的一信道波
长或信道波长之波段；
一加热电阻器，位于接近所述激光二极管，所述加热电阻器升高所述激光
二极管的一局部温度，以热调谐所述激光二极管；以及
一晶体管，调节通过所述加热电阻器的一驱动电流，所述驱动电流基于一
温控信号，其中所述晶体管产生的额外热量至少部分被传递到所述激光二极
管，以进一步升高所述激光二极管的所述局部温度。
11.如权利要求10所述的加热激光器封装，其特征在于，进一步包括一
载体，其中所述激光二极管、所述加热电阻器和所述晶体管被装设于所述载体
上。
12.如权利要求11所述的加热激光器封装，其特征在于，进一步...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑军，汪谊，何宜龙，
申请(专利权)人：祥茂光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US