本發(fā)明涉及模擬光模塊設(shè)計(jì)及制造技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種小型化可焊接封裝的大功率模擬光模塊。

背景技術(shù)：

近年來(lái)光纖通信在軍、民用方面都得到了快速的發(fā)展。其中，光模塊作為光纖通信中最為關(guān)鍵的器件，也在一代又一代的技術(shù)發(fā)展變革中，取得了翻天覆地的改變。

光模塊主要由光電子器件、功能電路和光接口等結(jié)構(gòu)件組成。光電子器件包括發(fā)射和接收兩部分，發(fā)射部分可為發(fā)光二極管(lightemittingdiode,led)、垂直腔面發(fā)射激光器(verticalcavitysurfaceemittinglaser,vcsel)、法布里-珀羅光腔激光器(fabry-perotcavityemittinglaser,fp)和分布反饋激光器(distributedfeedbackemittinglaser,dfb)等幾種結(jié)構(gòu)的光源之一；接收部分可為pin(positive-intrinsic-negative,pin)型或雪崩光電二極管(avalanchephotodiode,apd)結(jié)構(gòu)的光探測(cè)器之一。光模塊的作用就是光電轉(zhuǎn)換，發(fā)送端把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，通過(guò)光纖傳送后，接收端再把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

光模塊有很多不同的封裝格式，常見(jiàn)的有1×9、千兆位轉(zhuǎn)換接口(gigabitinterfaceconverter,gbic)、小封裝技術(shù)(smallformfactor,sff)、緊湊小封裝技術(shù)(smallform-factorpluggables,sfp)等。1×9封裝的光模塊產(chǎn)品最早產(chǎn)生于1999年，采用sc(subscribercable)光接口，通常直接固化在通訊設(shè)備的電路板上，作為固定的光模塊使用。

隨著市場(chǎng)應(yīng)用的不斷變化，光模塊產(chǎn)品逐漸向著小型化、可熱插拔的方向發(fā)展。最開(kāi)始這兩個(gè)方向是獨(dú)立發(fā)展的：一種是熱插拔的光模塊，形成了封裝較大的gbic；一種是小型化的光模塊，采用lc(lucentconnector)光接口，直接固化在電路板上，形成了封裝較小的sff。

gbic和sff這兩種光模塊產(chǎn)品都曾經(jīng)取得了廣泛的應(yīng)用，但隨著市場(chǎng)需求的不斷變換，既小型化又可熱插拔的sfp光模塊產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。sfp光模塊繼承了gbic的熱插拔特性，也借鑒了sff的小型化優(yōu)勢(shì)，其采用lc光接口，體積僅為gbic模塊的1/2到1/3，極大地增加了光端機(jī)設(shè)備的端口密度，適應(yīng)了光通信網(wǎng)絡(luò)迅猛發(fā)展的趨勢(shì)，成為目前應(yīng)用最廣泛的光模塊產(chǎn)品。目前主要的光端機(jī)設(shè)備廠商，無(wú)一例外地摒棄了gbic和sff產(chǎn)品，轉(zhuǎn)而生產(chǎn)sfp封裝的光模塊產(chǎn)品。

當(dāng)前光模塊的發(fā)展趨勢(shì)主要是小型化、數(shù)字化、低成本、低功耗、高速率、遠(yuǎn)距離、熱插拔等。但一些要求比較特殊的光模塊產(chǎn)品由于需求量較小，被各大生產(chǎn)廠商忽視，例如小型化可焊接大功率模擬光模塊在市場(chǎng)上極少出現(xiàn)，但某些科研生產(chǎn)領(lǐng)域仍需要此類光模塊。

如果采用目前應(yīng)用最廣泛的sfp封裝數(shù)字光模塊來(lái)替代，除了能滿足封裝小這一個(gè)要求，其他方面與需求有比較明顯的差距。sfp封裝的數(shù)字光模塊具有工作原理簡(jiǎn)單、光功率穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但在光功率強(qiáng)度、線性度、動(dòng)態(tài)范圍等方面與模擬光模塊相比較則明顯先天不足。一般普通制造成本的數(shù)字光模塊最大光功率只能達(dá)到+3dbm，而同等制造成本的模擬光模塊光功率卻可達(dá)到+9dbm，在接收端光探測(cè)器接收靈敏度差別不大的情況下，模擬光模塊的動(dòng)態(tài)范圍比數(shù)字光模塊大出6db，相當(dāng)于采用模擬光模塊可以多傳輸20km的距離，具有突出的實(shí)際意義。其次數(shù)字光模塊的靜態(tài)直流工作點(diǎn)在其閥值電流附近，調(diào)制信號(hào)為“0”、“1”，不需要苛刻的線性度。故絕大多數(shù)的數(shù)字光模塊自身的線性度都明顯不如模擬光模塊。此外由于sfp封裝的數(shù)字光模塊都采用熱插拔金手指連接方式，雖然此方式裝卸方便，便于維修更換，但當(dāng)金手指長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中，其接觸面容易氧化，造成接觸不良；另外如果設(shè)備實(shí)際使用的環(huán)境存在較大的顛簸振動(dòng)，容易造成金手指連接的光模塊松脫。金手指連接的這兩個(gè)缺陷大大降低了安裝sfp封裝數(shù)字光模塊設(shè)備的可靠性。

現(xiàn)有的模擬光模塊雖然具有光功率大、動(dòng)態(tài)范圍大、線性度好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但目前無(wú)人研制小型化可焊接封裝的大功率模擬光模塊產(chǎn)品，急需者只能退而求其次，選購(gòu)一些性能相近的光模塊產(chǎn)品，再自行設(shè)計(jì)添加額外的電路和程序，以使之符合實(shí)際使用要求。這使得相關(guān)的研制項(xiàng)目難度提高，研制周期延長(zhǎng)，相關(guān)生產(chǎn)被動(dòng)，而且也影響最終產(chǎn)品的運(yùn)行可靠性和器件的兼容性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種小型化可焊接封裝的大功率模擬光模塊，剝離多余外部電路的模擬激光器光源內(nèi)核置于to(transistoroutline，晶體管外形)管殼內(nèi)同軸封裝，光探測(cè)器置于另一個(gè)to管殼內(nèi)同軸封裝；電路板及其上的光電子器件和功能電路裝入sff封裝內(nèi)。所得光模塊同時(shí)具備光功率大、動(dòng)態(tài)范圍大、線性度好、可靠性高、封裝小的特點(diǎn)，適應(yīng)特殊科研生產(chǎn)使用。

本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種小型化可焊接封裝的大功率模擬光模塊，包括發(fā)射和接收光電子器件、功能電路和光接口，本光模塊的發(fā)射光電子器件為模擬激光器，剝離多余外部電路的模擬激光器光源內(nèi)核置于to管殼內(nèi)同軸封裝，接收光電子器件為光探測(cè)器，置于另一個(gè)to管殼內(nèi)同軸封裝。模擬激光器和光探測(cè)器分別連接輸入、輸出光接口。驅(qū)動(dòng)電路連接模擬激光器，光探測(cè)器的輸出依次連接前置放大電路和限幅放大電路。發(fā)射和接收光電子器件、功能電路和光接口均安裝于同一電路板上，電路板上有光模塊固定柱，電路板及其上的光電子器件和功能電路裝入sff封裝內(nèi)。所述sff封裝為sff2×10可焊接封裝，20根焊針依照電路設(shè)計(jì)分別連接光電子器件和功能電路的對(duì)應(yīng)功能引腳。

所述模擬激光器為分布式反饋激光器，即dfb型激光器。所述光探測(cè)器為光接收靈敏度非常高的雪崩光電二極管，即apd型光探測(cè)器。

所述模擬激光器的驅(qū)動(dòng)電路配有慢啟動(dòng)保護(hù)電路，以保證模擬激光器的安全平穩(wěn)啟動(dòng)。

所述模擬激光器連接自動(dòng)功率控制電路，即apc(automaticpowercontrol)電路。在輸入信號(hào)幅度變化時(shí)模擬激光器的光發(fā)射功率會(huì)隨之出現(xiàn)一定范圍的擺動(dòng)，本發(fā)明的apc電路設(shè)計(jì)有效地減小這種光功率擺動(dòng)，使得模擬激光器像數(shù)字激光器一樣，輸出恒定的光發(fā)射功率，適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用的需求。

同時(shí)模擬激光器連接預(yù)失真補(bǔ)償電路，以消除激光器自身非線性所產(chǎn)生的互調(diào)失真。

本發(fā)明的模擬激光器設(shè)置自動(dòng)溫度控制電路裝置，即atc(automatictemperaturecontrol)電路，包括安裝于模擬激光器外部的熱電制冷器，即tec(thermo-electriccooler)裝置，以對(duì)模擬激光器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，提高其線性范圍的穩(wěn)定性。

所述模擬激光器和光探測(cè)器同時(shí)連接數(shù)字診斷監(jiān)測(cè)電路，即ddm(digitaldiagnosticmonitor)電路，光探測(cè)器還連接信號(hào)告警電路。實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)光模塊的工作情況，使用過(guò)程出現(xiàn)問(wèn)題即時(shí)報(bào)警。

本光模塊電路板上的各功能電路相互隔離，并集成于芯片，以保證電路的可靠。

所述輸入、輸出光接口均為lc型光纖連接器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種小型化可焊接封裝的大功率模擬光模塊的優(yōu)點(diǎn)為：1、光功率大，在同等生產(chǎn)制造成本的前提下，本發(fā)明以模擬激光器作為光源，光功率遠(yuǎn)大于數(shù)字激光器的光功率，而且在線性度、光譜特性、溫度穩(wěn)定性以及調(diào)制特性方面優(yōu)于數(shù)字激光器；2、動(dòng)態(tài)范圍大，dfb結(jié)構(gòu)模擬激光器和apd型光探測(cè)器的結(jié)合，使本光模塊的光發(fā)射功率高達(dá)+9dbm，同時(shí)光接收靈敏度低至-40dbm，動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到50db，遠(yuǎn)高于普通數(shù)字光模塊30db左右的動(dòng)態(tài)范圍，為實(shí)際應(yīng)用提供充足的傳輸距離余量保證；3、封裝小，本光模塊收發(fā)合一裝入體積很小的sff封裝之中，較分離的光發(fā)射和光接收模塊節(jié)省了原材料和空間，也比原模擬激光器外形尺寸小很多；原模擬激光器尺寸較大，無(wú)法裝入to管殼內(nèi)，故其小型化無(wú)從談起，本發(fā)明剝離其多余的外部電路，只取光源內(nèi)核裝入to管殼內(nèi)，且各功能電路選用體積微小的芯片，合理設(shè)計(jì)整體電路，使光模塊能裝入sff封裝內(nèi)，實(shí)現(xiàn)小型化；4、線性范圍穩(wěn)定，當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，激光器的閾值電流以(1％～2％)/℃的速度增大，而飽和電流則相應(yīng)減??；當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)，閾值電流減小，飽和電流增大，故環(huán)境溫度的變化會(huì)造成激光器的線性范圍不穩(wěn)定；本光模塊配置的atc電路自動(dòng)控制激光器外部溫度，且體積小、易于控制，優(yōu)于傳統(tǒng)用于半導(dǎo)體激光器的水冷方式；5、預(yù)失真補(bǔ)償電路產(chǎn)生多種預(yù)失真電信號(hào)，消除激光器自身非線性所產(chǎn)生的互調(diào)失真，提高了模擬激光器的線性度，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的高線性度傳輸；6、可靠性高，本光模塊的功能電路組件內(nèi)采用集成芯片并進(jìn)行隔離，保證了電路的可靠性；光電子器件置于to管殼同軸封裝，保證管芯的使用壽命；且發(fā)射和接收光電子器件各置于一個(gè)獨(dú)立to管殼，避免兩者之間的串繞，減小光模塊的自身干擾，提高性能；sff2×10可焊接封裝雖然不如sfp封裝易于裝卸，但焊接是更可靠的連接方式，適用于對(duì)可靠性要求比較高的使用環(huán)境；保留了sfp封裝光模塊普遍采用的ddm.和信號(hào)告警電路，方便用戶實(shí)時(shí)監(jiān)控光模塊的工作情況，對(duì)使用過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題做好提前預(yù)警，從而進(jìn)一步提高了本光模塊的可靠性。

附圖說(shuō)明

圖1為本小型化可焊接封裝的大功率模擬光模塊實(shí)施例結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

本小型化可焊接封裝的大功率模擬光模塊實(shí)施例如圖1所示，圖內(nèi)虛線箭頭表示光信號(hào)連接，實(shí)線箭頭表示電信號(hào)連接。本例光模塊的發(fā)射光電子器件為dfb型模擬激光器，剝離多余外部電路的模擬激光器光源內(nèi)核置于to管殼內(nèi)同軸封裝，接收光電子器件為apd型光探測(cè)器，置于另一個(gè)to管殼內(nèi)同軸封裝。模擬激光器和光探測(cè)器分別連接lc型輸出、輸入光接口。驅(qū)動(dòng)電路和慢啟動(dòng)保護(hù)電路連接dfb型激光器，dfb型激光器還連接自動(dòng)功率控制的apc電路和預(yù)失真補(bǔ)償電路，dfb型激光器設(shè)置自動(dòng)溫度控制電路裝置，包括安裝于模擬激光器外部的熱電制冷器，即tec裝置，以對(duì)模擬激光器進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

apd型光探測(cè)器的輸出依次連接前置放大電路和限幅放大電路。

dfb型激光器和apd型光探測(cè)器同時(shí)連接數(shù)字診斷監(jiān)測(cè)電路，即ddm電路，光探測(cè)器還連接信號(hào)告警電路。

功能電路和光接口均安裝于同一電路板上，電路板上有光模塊固定柱，電路板及其上的光電子器件和功能電路裝入sff2×10可焊接封裝內(nèi)，20根焊針依照電路設(shè)計(jì)分別連接光電子器件和功能電路的對(duì)應(yīng)功能引腳。

本例光模塊電路板上的各功能電路相互隔離，并集成于芯片。

上述實(shí)施例，僅為對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明的具體個(gè)例，本發(fā)明并非限定于此。凡在本發(fā)明的公開(kāi)的范圍之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。