本发明专利技术公开了一种激光收发器件及其制造方法和提高其温度运作范围的方法，利用低成本激光发射器组件TOSA来增加诸如SFP或SFP+等的激光收发一体化模块的温度运作范围，利用加热器与激光二极管一起封装集成在诸如TO-CAN的TOSA中。利用在SFP＋的电路板上集成温度传感器来监测SFP＋激光收发模块的运作温度，或通过检测激光器的偏置电流和输出功率计算TOSA激光器的运作温度，利用热控制电路和软件来控制激光收发模块上的TOSA中的加热器：若检测的温度低于设定的阈值，软件将启动控制电路并给加热器供电加热激光二极管，若检测的温度高于设定的阈值，软件将关断控制电路停止加热激光二极管。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤通信技术，尤其涉及一种小型。该小型激光收发器件具体为具有温度监控功能并控制封装在发射器光学组件(Transmitter Optical Subassembly, TOSA)中的激光二极管温度的小型可插拔收发器(Small form-factor pluggable transceiver, SFP)及 SFP+等的光收发一体化模块。
技术介绍
随着光纤通信技术在骨干网、市域网、局域网、数据中心以及无线网络通信的广泛应用，符合SFP+MSA标准(SFF-8431 Specifications for Enhanced Small F orm FactorPluggable Module SFP+, Revision 4. I, 6th of July 2009)的低成本并相对容易制造的小型可插拔光收发一体化模块(SFP+)已越来越普及。一个紧凑的低成本的TOSA和接收器光学组件(Receiver Optical Subassembly, ROSA)是SFP模块上的主要部分。在发射端，主板上传的数据通过激光驱动器给半导体激光二极管，如FP，DFB或VCSEL等，施加偏置电流并调制，将高速数据信号转换成高速光脉冲信号通过工业标准的LC接头发送到光纤上。在接收端，通过光纤传来的光信号经光子探测器，如光电探测器(PIN)或雪崩光电二极管(APD)转变成高速电信号并经环阻放大器(TIA)放大，传给限幅放大器或线性放大器放大后，通过SFP的标准电接口送给主板进行处理。微控制单元(MCU)用来监控激光驱动器和限幅放大器，检测TOSA的发射功率、ROSA的接收功率、模块的温度等，并通过标准的I2C接口与主板通信。典型的可插拔SFP模块的原理框图如图I所示。随着收发模块体积的缩小、端口密度的增大，对光收发一体化模块的功耗和温度的要求越来越严。根据MSA的要求，不包括SerDes的SFP+模块的功耗要求小于I. Off在商用温度范围。收发模块的温度通常由MCU内置的传感器检测或直接安装在模块电路板上的温度传感器来检测以提高精度。随着光纤通信在无线网络中的应用的展开，比如在3G网络中用光纤来连接室内基带单元(Building Baseband Unit, BBU)和射频拉远单元(RemoteRadio Unit，RRU)之间的通信，对既满足低功耗又能在工业温度范围(-40°C至+85°C)稳定工作的SFP+的收发一体化的模块的需求增长很快。光收发一体化模块的工作温度主要由TOSA和ROSA来决定，这是因为用来制造激光二极管和光子探测器的半导体材料的特性是随温度变化而变化的。在分布式反馈激光器(DFB)中用做光学增益介质的半导体材料的增益曲线和用作波长选择的分布式光栅是很依赖环境工作温度的。而它们随温度变化的表现又各不相同。激光器的DFB模式是由光栅的有效栅距来决定，增益曲线是由半导体材料的能级间隔的能量来决定的。在温度变化下，1310nm波段或1550nm波段的InGaAsP/InP激光二极管的增益峰值位移的温度系数大约是0. 4至0. 6nm/° C，而取决于折射率变化引起的光栅栅距变化的DFB模式的温度系数大约只有0. lnm/° C。两者之间温度系数的不同将限制DFB激光器的温度工作范围(MitsuoFukuda, “Optical semiconductor devices”， A Wiley Interscience Publication,1999, pp. 160.)。当工作温度超出一定的范围，DFB激光器的边模抑制比(SMSR)将减少，单模工作状态将消失，因此严重影响甚至中断通信。为了增大激光器的工作温度范围，通常采用的方法是把芯片的耦合效率(kL)设计的高一些。但是这又将增加激光器的相对强度噪声(RIN)而不适合用于光纤通信。激光器芯片的制造商通常根据温度的性能指标来筛选芯片或封装好的TO-CAN以满足不同温度范围的激光器。这样不仅影响产率和成本而且影响性能。因此，具有宽工作温度范围比如工业温度范围的激光器芯片或激光发射器组件(TOSA)就非常昂贵且性能也难以保证。在需要严格控制波长的高密度波分复用(DWDM)的光纤通信中，就需要更高价的发射器组件，比如 XMD 二型的管壳(见Multi-source Agreement (MSA) of 10 Gbit/sMiniature Device (XMD), XMD04, Physical Interface of LC TOSA Type 2 Package,Rev. I. 2, January 17，2006)的激光发射器组件(XMD-T0SA2型)。在这样的TOSA中，通常在小型热电制冷器上放置硅基光学底座，并在硅基光学底座安装背向功率监测器，用于波长锁定的标准具，温度传感器，和DFB激光二极管芯片等，再通过耦合透镜，隔离器等耦合到LC插孔上。激光二极管的波长可以通过监控并调节激光器的温度来控制在需要的波长上。显然，这种TOSA是更难制作，并且它的功耗和成本将限制它的工作温度范围以及应用范围。这种TOSA不适合应用于需要低功耗，低成本而不需要精确波长控制并能在工业温度范围内应用的光收发一体化模块。因此，制造低价的，低功耗，易于制作，具有宽的温度工作范围的光收发一体化模块是非常有必要的。为了缩小尺寸和功耗，M. Inchino等人介绍了一种方法(Moriyasu Ichino, Satoshi Yoshikawa, Hirotaka Oomori, Yasuhiro Maeda, Naoki Nishiyama, Toshihiko Takayama, Toshio Mizue, Ichiro Tounai, Mitsuaki Nishie,“Small Form Factor Pluggable Optical Transceiver Module with Extremely LowPower Consumption for DffDM Applications，，， IEEE 2005 Electronic Components andTechnology Conference, PP1044-1049.),该方法在TO-CAN中把热敏电阻,光子探测器与激光二极管一起集成在TEC上，通过减少在TEC上的数目来达到降低TEC的功耗的目的。这样的TOSA能在-5°C至70°C摄氏度的商业温度范围工作。但将TEC集成在TO-CAN TOSA中，不可避免地增加了制作难度，成本以及功耗。这在不需要精确波长控制而需要宽的温度工作范围的应用中是不利的 由 F. Miller 等的文献(F. Miller, E. Soo, H. Low, R. Kaneshiro, “SmallForm Factor Transmitter optical subassembly (TOSA) having functionality forcontrolling the temperature, and methods of making and using the TOSA，，，USpatent, US 7738517 B2, Jun. 15本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种激光收发器件，其特征在于，包括微处理器、激光二极管、加热控制器、发射器光学组件和接收器光学组件；所述的光学组件通过加热器与激光二极管集成一起；利用外置在电路板上的温度监控传感器检测温度，或利用微处理器中的温度传感器来检测模块温度而不需要外置的温度传感器，或利用监测激光器的运作状态比如偏置电流和输出功率来检测激光器的工作温度而不需要外置的温度传感器；微处理器在软件的控制下控制和监测发射端和接收端的性能状态指标包括模块的温度、电压、激光器的偏流、调制、发射功率和接收功率；并在软件的控制下监测模块温度并控制发射器件内置的加热器；控制软件用来控制和监测发射端和接收端的性能状态指标包括模块的温度、电压、激光器的偏流、调、发射功率和接收功率；并在软件的控制下监测模块温度并控制发射器件内置的加热器；控制电路用来控制微处理器，激光驱动器，激光发射组件，激光接收组件，以及用来控制激光器的温度；激光器的驱动器用来驱动和调制激光发射器，把高速电信号转化成光信号发射出去；光学接收器组件和限幅放大器用来接收输入的光信号，转化成电信号，并进行限幅放大。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王文陆，王长虹，张振峰，
申请(专利权)人：武汉华工正源光子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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