應用於雷射器晶片的加熱結構和光模塊的製作方法

2023-05-02 00:53:26

本實用新型涉及光纖通信技術領域，特別涉及一種應用於雷射器晶片的加熱結構和光模塊。

背景技術：

光發射次模塊(Transmitter Optical Subassembly，縮寫為TOSA)，是光通信的核心部件，是將LD雷射器集成封裝成的一個組件，包括LD雷射器部分、耦合部分和外部光學接口等，是光通信中所用的光收發模塊的關鍵組件，主要用於將電信號轉化成光信號(E/O轉換)。

隨著5G時代及大數據時代的來臨，對數據傳輸速率提出了更高的要求，因而對光模塊的性能提出了更高的要求，例如，要求光模塊可以在-40℃～85℃的環境下正常工作。然而，目前的光模塊最多可以在-20℃～85℃的溫度環境下工作，超出這個溫度範圍就會失效。即是說，目前常用的光模塊還不能滿足此應用需求。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於改善現有技術中所存在的不足，提供一種應用於雷射器晶片的加熱結構和光模塊，可以應用於更嚴苛的溫度環境。

為了實現上述實用新型目的，本實用新型實施例提供了以下技術方案：

一種應用於雷射器晶片的加熱結構，在管帽上連接有加熱器，用於對雷射器晶片加熱。

作為一種實施方式，所述管帽包括一個接地引腳和至少一個功能引腳，其中一個功能引腳通過金線連接所述加熱器的一端，所述加熱器的另一端還連接於所述接地引腳。

進一步地，所述功能引腳為四個，其中一個功能引腳連接所述加熱器，另外兩個功能引腳用於連接雷射器晶片，另外一個功能引腳用於連接光功率監控器件。

作為一種實施方式，加熱器包括一個或多個發熱電阻，當發熱電阻為多個時，多個發熱電阻並聯。

作為一種實施方式，所述加熱器設置於所述管帽的端面基板。作為另一種更佳的實施方式，所述加熱器和所述雷射器晶片設置於熱隔離基板，所述熱隔離基板設置於所述管帽的端面基板。

作為另一種實施方式，所述加熱器包括發熱電阻絲，所述發熱電阻絲盤繞於所述管帽的外部。

較優地，所述加熱器連接有溫度控制電路。進一步地，所述溫度控制電路包括MCU和調節電阻，所述MCU與所述調節電阻連接，通過調整所述調節電阻的阻值以控制流經所述加熱器的電流或電壓的大小。

優選地，所述溫度控制電路還包括穩壓器，所述穩壓器與所述MCU連接。

本實用新型還提供了一種光模塊，包括本實用新型任一實施方式的應用於雷射器晶片的加熱結構。

與現有技術相比，本實用新型提供的應用於雷射器晶片的加熱結構和光模塊，管帽上連接有加熱器，通過加熱器對管帽內的雷射器晶片進行加熱，使其在低溫環境下(例如-40℃)也能正常工作，應用溫度範圍更廣，適用性強，可以更好的支持CPRI協議的5G的無線(Wireless)應用，促進了5G時代及大數據傳輸的發展。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本實用新型的某些實施例，因此不應被看作是對範圍的限定，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1為本實用新型實施例1中一種應用於雷射器晶片的加熱結構示意圖(引腳端面視角)。

圖2為本實用新型實施例1中又一種應用於雷射器晶片的加熱結構示意圖(側面視角)。

圖3為本實用新型實施例2中應用於雷射器晶片的加熱結構示意圖。

圖4為本實用新型實施例中溫度控制電路的原理示意圖。

圖中標記說明

管帽10；片式發熱電阻20；發熱電阻絲20』；熱隔離基板30。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本實用新型實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本實用新型的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本實用新型的範圍，而是僅僅表示本實用新型的選定實施例。基於本實用新型的實施例，本領域技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

本實用新型實施例提供了應用於雷射器晶片的加熱結構，該加熱結構中，在管帽10上連接有加熱器，用於對雷射器晶片加熱。該應用於雷射器晶片的加熱結構可以作為光模塊的一部分應用於光模塊。

光發射模塊的主要工作部件，例如雷射器晶片(例如雷射二極體)設置於管帽內，通過在管帽上設置加熱器，用於在低溫環境下管帽內的對雷射器晶片加熱，使其在超低溫環境下(例如-40℃～-20℃)也能夠正常工作，因此本實施例中提供的加熱結構或光模塊，擴展了雷射器晶片在更低溫度環境下正常工作，從而使得光模塊的應用範圍可以擴展到工業級溫度範圍(-40℃～85℃)使用。不僅可以更好的支持成本要求苛刻的數據中心(Data-Center)，還可以更好的支持CPRI協議的5G的無線(Wireless)應用。

示例性地，下面通過兩個具體的實施例對本發明實施例提供的應用於雷射器晶片的加熱結構進行詳細說明。

實施例1

請參閱圖1，圖1示出了本實施例中所述應用於雷射器晶片的加熱結構，圖1中所示管帽為光模塊中目前常用的結構(基於TO-56的管帽)，顯示了管帽10上引腳的分布。該管帽包括5個引腳，pin1、pin3、pin4、pin5為功能引腳，用於連接工作器件，pin2為接地引腳，本實施例中，將pin1、pin3、pin4、pin5功能引腳中的任意一個通過金線連接加熱器，其中兩個功能引腳連接雷射器晶片(例如雷射二極體LD)，另外一個連接光功率監控器件(例如光電二極體PD)。例如，將pin4連接加熱器，pin5連接光功率監控器件，pin1、pin3連接雷射器晶片。當然地，加熱器和光功率監控器件另外一端都要與接地引腳Pin2連接，接地後以便正常工作。

加熱器可以包括發熱電阻，針對於本實施例，優選為片式發熱電阻20，片式發熱電阻20設置於管帽10內，在沒有改變光發生組件(TOSA，未設置加熱器之前)的標準尺寸。片式發熱電阻20可以為一個或多個(所述多個是指兩個及以上)，當片式發熱電阻20為多個時，多個片式發熱電阻20並聯。

作為一種可實施方式的舉例，發熱電阻可以直接設置在管帽的端面基板，如圖2所示。作為另一種更優的實施方式，如圖3所示，也可以將發熱電阻和雷射器晶片設置於一個熱隔離基板30上，熱隔離基板30再設置於管帽的端面基板，當發熱電阻在低溫加熱時，由於熱隔離基板30的隔熱作用，熱量不會透過管帽的端面基板滲透散失，而是集中對雷射器晶片加熱，因而可以進一步提高加熱效率。

本實施例提供的應用於雷射器晶片的加熱結構，將發熱電阻設置在管帽的內部，直接給雷射器晶片加熱，提高溫度，由於直接在管帽10內部加熱，熱能不易流失，因此加熱速度快，效果好。另外，本實施例中通過改變目前管帽10的引腳連接方式(針對於圖中所示管帽的引腳，傳統(未設置加熱器)一般應用是pin1、pin3連接LD，pin4、pin5連接PD)，將其中一個功能引腳連接加熱器，既不影響原器件的正常使用，又可以實現加熱，實現方式巧妙。

需要說明的是，本實施例中僅針對於光模塊中目前常用的管帽進行如此設置，針對於應用於光模塊中的其他類型管帽，也可以採用其他設置方式，例如，專門增加一個功能引腳用於連接加熱器，雷射器晶片及光功率監控器件依然採用兩個功能引腳連接。又例如，管帽僅布置有兩個功能引腳時，其中一個功能引腳用於連接加熱器，另一個用於連接雷射器晶片。針對於各種形式的管帽，只需要滿足：管帽包括一個接地引腳和至少一個功能引腳，一個功能引腳連接加熱器，加熱器還與接地引腳連接。

為了更為精確地控制加熱時間和/或加熱功率，作為優選的實施方式，還可以增設溫度控制電路，控制加熱器工作。請參閱圖4，作為可實施方式的舉例，溫度控制電路包括MCU和調節電阻，MCU與調節電阻連接，通過調整調節電阻的阻值以控制流經加熱器的電流或電壓的大小，從而實現加熱時間和/或加熱功率控制。進一步優選的實施方式，溫度控制電路還包括穩壓器，穩壓器與MCU連接，經過穩壓輸出的電流或電壓給加熱器。

實施例2

請參閱圖3，本實施例中提供的應用於雷射器晶片的加熱結構中，加熱器包括發熱電阻絲20』，發熱電阻絲20』盤繞於管帽10的外部。為了保持發熱電阻絲20』設置的穩定性，以及不增加管帽的尺寸，為保準TO-56封裝的標準尺寸，在管帽10的外部設置凹槽，發熱電阻絲20』盤繞於該凹槽內。給發熱電阻絲20』施加電流或電壓，發熱電阻絲20』發熱，以熱傳導方式，熱能通過管帽10從管帽外傳遞到管帽內，間接實現對雷射器晶片加熱。

本實施例中，也可以採用圖4所示溫度控制電路對流經加熱電阻絲的電流或電壓進行控制，以實現溫度控制。

本實施例提供的應用於雷射器晶片的加熱結構和光模塊，以熱傳導的方式實現間接加熱，同樣可以對管帽內的雷射器晶片加熱，使其可以應用於超低溫環境(例如-40℃～20℃)下。

以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應以所述權利要求的保護範圍為準。