專利名稱：光源、光發(fā)射器件及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖通訊領(lǐng)域，尤其是關(guān)于一種光發(fā)射器件及其光源。
背景技術(shù)：
隨著信息化建設(shè)的突飛猛進，人們對于數(shù)據(jù)、語音、圖像等多媒體通信的需求日益旺盛，以太網(wǎng)寬帶接入方式因此被提到了越來越重要的位置。但是傳統(tǒng)的5類線電纜只能將以太網(wǎng)電信號傳輸100米，在傳輸距離和覆蓋范圍方面已不能適應實際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的需要。與此同時，光纖通信以其信息容量大、保密性好、重量輕、體積小、無中繼、傳輸距離長等優(yōu)點在廣域網(wǎng)等大型網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛的應用。在一些規(guī)模較大的企業(yè)，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時直接使用光纖為傳輸介質(zhì)建立骨干網(wǎng)，而內(nèi)部局域網(wǎng)的傳輸介質(zhì)一般為銅線，如何實現(xiàn)局域網(wǎng)同光纖主干網(wǎng)相連呢？這就需要在不同端口、不同線形、不同光纖間進行轉(zhuǎn)換并保證鏈接質(zhì)量。光纖收發(fā)器的出現(xiàn)，將雙絞線電信號和光信號進行相互轉(zhuǎn)換，確保了數(shù)據(jù)包在兩個網(wǎng)絡(luò)間順暢傳輸。同時它將網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離極限從銅線的100米擴展到100公里(單模光纖)。光發(fā)射器件作為光纖收發(fā)器中將電信號轉(zhuǎn)變成相對應的光信號的重要組成元件，也得到了廣泛的發(fā)展和應用。
典型的光發(fā)射器件如圖1所示，包括一光源10和一精密自對準裝置20。該精密自對準裝置20包括一過渡環(huán)22、一短插芯24以及一開口套管26。定位于開口套管26內(nèi)的短插芯24由氧化鋯陶瓷制成，其包括一小孔貫穿中心以容納一光纖244，且短插芯24鄰近光源10的端面為一與中心軸線垂直方向成8度角的傾斜面242。該光源10包括一同軸封裝半導體激光器12固持于一金屬座14內(nèi)。過渡環(huán)22定位于閉口套管26和金屬座14之間，并通過點焊連接技術(shù)加以固定。過渡環(huán)的使用使得激光器12和短插芯24中光纖的距離可調(diào)，不同的激光器光源都可以通過調(diào)節(jié)得以與短插芯24內(nèi)的光纖244達成最佳耦合效果。
半導體激光器12采用TO-CAN封裝技術(shù)制成，其包括一半導體激光器管芯122、一半導體激光器載體123、一背光探測器124以及一背光探測器載體126封閉于由一管座128和一管帽120閉合形成的封閉空間內(nèi)。承載有激光器管芯122的半導體激光器載體123水平定位于管座128朝向管帽120伸出的突出部1280的側(cè)表面前端，承載有背光探測器124的背光探測器載體126粘接定位于管座128底部的中心區(qū)域，且背光探測器124、激光器管芯122以及光纖244、開口套管26的中心軸線處在同一直線上。工作時，激光器10將從驅(qū)動電路傳輸來的電信息碼流信號轉(zhuǎn)變成相應的光信號，該精密自對準裝置20再將光信號耦合到可插拔的光纖連接器中，通過光纖傳輸?shù)街付ㄎ恢?，完成信號的傳輸?br> 當前，衡量光發(fā)射器件性能的最主要指標有兩個，其一是從光纖連接器輸出的光功率的大小，ITU-T和IEEE等國際標準值一般在-11dbm至0dbm。其二，由于業(yè)界通用的光發(fā)射器件中的光源對外界反射光非常敏感，反射光可以進入到激光器的諧振腔影響其正常工作(如圖4a所示)，由于光源本身不具備抵抗外界反射光的能力，所以業(yè)界衡量光發(fā)射器性能的第二個指標就是從可插拔光纖連接器返回到激光器管芯的反射光功率(簡稱反射光)的大小，反射光功率越小，光發(fā)射器件的發(fā)射眼圖越清晰，信噪比越高，傳輸?shù)木嚯x越遠。以上傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的短插芯的傾斜端面設(shè)計即是為了獲得較高的光反射特性(如圖4b所示)，該結(jié)構(gòu)一般可以獲得-40db左右的反射光損耗，也可以達到-11dbm至0dbm的耦合光功率要求。但是該結(jié)構(gòu)使用的材料多，成本較高；而且工藝也比較復雜，耗時較多；而且，由于光源本身的反射光敏感性的缺陷，成品可以實現(xiàn)的反射光損耗性能難以得到進一步的提升，不能滿足未來進一步發(fā)展需要。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)光發(fā)射器件由于光源對外界反射光的敏感性，從而不得不使用其它的方式如更多地元器件和更復雜的流程工藝來消除進入到光源的反射光的缺陷，本發(fā)明提供一種對反射光不敏感的光源和一種成本低、工藝簡單的光發(fā)射器件，以及制造該光發(fā)射器件的方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的第一個技術(shù)方案是一光源包括一激光器管芯、一激光器載體、一背光探測器、一背光探測器載體封閉于由一管座和一管帽閉合形成的密閉空間內(nèi)，該激光器管芯定位于該激光器載體，且其朝向管帽的端面與光源的中心軸線的垂直方向相交成3到25度角，該背光探測器定位于該背光探測器載體。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的又一技術(shù)方案是一光發(fā)射器件包括一光源和一套管分別固持于一光源基座的兩側(cè)，該光源一光源包括一激光器管芯、一激光器載體、一背光探測器、一背光探測器載體封閉于由一管座和一管帽閉合形成的密閉空間內(nèi)，該激光器管芯定位于該激光器載體，該背光探測器定位于該背光探測器載體，該激光器管芯朝向管帽的端面與光源的中心軸線的垂直方向相交成3到25度角。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的又一技術(shù)方案是將一背光探測器載體固定于一管座；將一激光器管芯固定于一管芯載體且使得管芯的出光端面與載體的中心線的垂直線成3至25度角；將管芯載體固定于管座；將管座與一管帽熔接以將該管芯和探測器封閉制成光源；將光源固定于一金屬基座，將一金屬套管固定于金屬基座的另一側(cè)；微調(diào)形成光發(fā)射器件。
本發(fā)明的有益效果是，該光源的激光器管芯朝向管帽的端面與光源的中心軸線的垂直方向相交成3到25度角，如圖4c所示，激光器管芯出射光可以進入套管內(nèi)的光纖進行傳輸，而光纖回返的反射光則不能進入激光器管芯的諧振腔，因而本發(fā)明光源本身即具備對抗反射光的能力，從源頭剔除了光源對反射光敏感的缺陷，從而克服了光發(fā)射器件技術(shù)認識上的偏見，從可插拔光纖連接器返回到LD管芯的反射光功率(簡稱反射光)的大小的不再成為衡量指標，可以不使用其他的輔助的精密昂貴器件如上文提到的陶瓷短插芯和金屬過渡環(huán)來對抗反射光。試驗結(jié)果顯示使用本發(fā)明的光發(fā)射器件降低成本在10％以上，使工藝流程縮短5個步驟，減少一半的焊接次數(shù)。而光學性能方面同樣可以達到耦合功率最小-11dbm，最大+1dbm，在155Mb/S速率下的眼圖與采用短插芯的傳統(tǒng)方式基本相當，在1.25Gb/S下的眼圖張開度完全滿足TIU-TG.983的要求。而且，如果未來通信系統(tǒng)對光發(fā)射器件的性能要求更高時，本發(fā)明的光發(fā)射器件只需簡單的再加上短插芯等器件，便可得到進一步的升級，而傳統(tǒng)器件卻難以如此輕松實現(xiàn)。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
圖1是傳統(tǒng)光發(fā)射器件剖面圖。
圖2是本發(fā)明光發(fā)射器件的剖面圖。
圖3是本發(fā)明光發(fā)射器件中的光源放大圖。
圖4a到4c分別為傳統(tǒng)方式和本實用型下激光器出射和回返光路圖。
具體實施例方式
請參看圖2，本發(fā)明光發(fā)射器件的一個具體實施方式
包括一光源30和一套管40分別固持于一光源基座50的兩側(cè)。套管40和光源基座50通常由金屬材質(zhì)制成，并通過點焊連接技術(shù)進行固定，光源30則通過點焊技術(shù)固定于金屬基座50相對于金屬套管40的另一側(cè)。與現(xiàn)有技術(shù)不同，本發(fā)明金屬套管40為閉口套管。工作時，光源30將從驅(qū)動電路傳輸來的電信息碼流信號轉(zhuǎn)變成相應的光信號，該金屬套管40再將光信號耦合到可插拔的光纖連接器中，通過光纖傳輸?shù)街付ㄎ恢?，完成信號的傳輸?br> 請一并參看圖3，該光源30包括一激光器管芯302、一激光器管芯載體303、一背光探測器305、一背光探測器載體306封閉于由一管座308和一管帽300閉合形成的密閉空間內(nèi)。承載有背光探測器305的背光探測器載體306粘接固定于管座308底部的中心區(qū)域，承載有激光器管芯302的管芯載體303粘接定位于管座308朝向管帽300伸出的突出部3080的側(cè)表面前端。激光器管芯302成一角度設(shè)置于管芯載體303的前端，使得激光器管芯302朝向管帽300的端面與光源30以及套管40的中心線的垂直方向呈3到25度夾角，當然更好的可以將角度設(shè)置在8到11度以內(nèi)，為獲得更佳光學效果，激光器管芯302最佳設(shè)置位置為保持8至11度的角度的同時以中心線為基準向下平移距離d，d的范圍控制在1至50um(見圖4c所示)。管座包括多個引腳307并與激光器管芯302以及背光探測器305達成電性互連。該管帽300可以是一球透鏡或者非球透鏡并與管座308熔接形成密閉空間，密閉空間內(nèi)可以填充保護氣體以對激光器管芯進行良好保護。
制造時，將背光探測器的載體粘接到管座的背部中央，激光器粘接于背光探測器的載體上，預烘；將LD芯片放置在半導體激光器管芯的載體的前端并與中心線的垂直線呈3°～15°夾角，并以中心線為基準向下平移d(1～50um)，一起放置到管座的伸出部分上部的前端，其中心線與半導體激光器管芯載體的中心線重合，加熱燒結(jié)，冷卻后進行電性連接，烘烤；采用瞬間局部加熱的工藝將球透鏡或非球透鏡的管帽和帖片/鍵和后的管座熔接在一起；將閉口精密陶瓷套管和陶瓷套管金屬套粘接為一體，插入光纖跳線并與光功率計連好，將封裝好的激光器件加電，并插入半導體激光器金屬座中，固定陶瓷套管金屬套和激光器件與3維精密微調(diào)架，調(diào)節(jié)X/Y/Z調(diào)節(jié)軸使輸出光功率達到需要值，使用YAG激光點焊固定，從而制成本發(fā)明光發(fā)射裝置。
本發(fā)明激光器管芯可以是法布里-珀羅半導體激光器(FP-LD)、分布回饋式激光器(DFB-LD)、垂直腔面發(fā)射激光器(VCSELS)中的任意一種，不同激光器的選擇可以根據(jù)傳輸?shù)木嚯x以及其他光學性能的不同要求而加以選擇。
圖4c為本發(fā)明激光器管芯302在工作時的光學示意圖，由于激光器管芯302放置于管芯載體304的前端并與中心線的垂直方向呈3到25度夾角，回返的反射光與激光器管芯302光出射方向成一定角度，不能進入激光器的諧振腔，從而不會影響激光器諧振腔的正常工作，即從源頭上杜絕了光源10對回返反射光的敏感性，使得本發(fā)明光源具備其他光源沒有的優(yōu)越性能，使用該光源的光發(fā)射器件也不需要再額外的配備專門的器件如短插芯、過渡環(huán)甚至于隔離器來阻止反射光回射光源影響激光器的正常工作，也不需要繁冗器件之間的復雜的耦合調(diào)整工作，省時省力省成本。
同時，實驗結(jié)果顯示本發(fā)明光發(fā)射器件在不使用其他的輔助的精密昂貴器件如陶瓷短插芯和金屬過渡環(huán)來對抗反射光的情況下，降低成本在10％以上，使工藝流程縮短5個步驟，減少一半的焊接次數(shù)。而且性能上也毫不遜色，同樣可以達到耦合功率最小-11dbm，最大+1dbm，在155Mb/S速率下的眼圖與采用短插芯的傳統(tǒng)方式基本相當，在1.25Gb/S下的眼圖張開度完全滿足TIU-TG.983的要求。如果未來通信系統(tǒng)對光發(fā)射器件的性能要求更高時，本發(fā)明的光發(fā)射器件只需進一步包括一短插芯和過渡環(huán)，短插芯定位于套管內(nèi)且其靠近光源一端為傾斜面，過度環(huán)電焊定位于光源和金屬套管之間，以調(diào)節(jié)短插芯與光源的距離。便可得到進一步的升級，而傳統(tǒng)器件卻難以如此輕松實現(xiàn)。
顯然，上面僅描述了本發(fā)明較佳實施方式，在附屬項和它們的等同技術(shù)里，在本發(fā)明的基本思想內(nèi)更多的修改、變更和改變同樣可以實現(xiàn)。因而，本發(fā)明及其具體實施方式
不限于上述的實施方式，而是可在權(quán)利要求的范圍內(nèi)變化。
權(quán)利要求
1.一光源包括一激光器管芯、一激光器載體、一背光探測器、一背光探測器載體封閉于由一管座和一管帽閉合形成的密閉空間內(nèi)，該激光器管芯定位于該激光器載體，該背光探測器定位于該背光探測器載體，其特征在于該激光器管芯朝向管帽的端面與光源的中心軸線的垂直方向相交成3到25度角。
2.如權(quán)利要求1所述的光源，其特征在于激光器管芯最佳設(shè)置位置為保持角度的同時以中心線為基準向下平移一定距離。
3.如權(quán)利要求2所述的光源，其特征在于該平移的距離是1至50um。
4.如權(quán)利要求1所述的光源，其特征在于該激光器管芯為一半導體激光器。
5.如權(quán)利要求1所述的光源，其特征在于該背光探測器載體進一步包括多個金屬引腳與該背光探測器以及激光器管芯電性互連。
6.一光發(fā)射器件其特征在于包括一光源和一套管分別固持于一光源基座的兩側(cè)，該光源包括一激光器管芯、一激光器載體、一背光探測器、一背光探測器載體封閉于由一管座和一管帽閉合形成的密閉空間內(nèi)，該激光器管芯定位于該激光器載體，該背光探測器定位于該背光探測器載體，該激光器管芯朝向管帽的端面與光源的中心軸線的垂直方向相交成3到25度角。
7.如權(quán)利要求6所述的光源，其特征在于激光器管芯最佳設(shè)置位置為保持角度的同時以中心線為基準向下平移一定距離。
8.如權(quán)利要求6所述的光源，其特征在于該平移的距離是1至50um。
9.如權(quán)利要求6所述的光發(fā)射器件，其特征在于激光器管芯為一半導體激光器。
10.如權(quán)利要求6所述的光發(fā)射器件，其特征在于該光源、套管以及該光源通過點焊連接技術(shù)進行固定。
11.如權(quán)利要求6所述的光發(fā)射器件，其特征在于進一步包括一過渡環(huán)點焊連接固定于該套管和該光源基座之間。
12.如權(quán)利要求11所述的光發(fā)射器件，其特征在于進一步包括一陶瓷短插芯定位于該套管內(nèi)并臨近該過渡環(huán)。
13.如權(quán)利要求12所述的光發(fā)射器件，其特征在于該陶瓷短插芯靠近該過渡環(huán)一端為一傾斜面。
14.如權(quán)利要求6所述的光發(fā)射器件，其特征在于該套管為金屬閉口套管。
15.一種光發(fā)射器件的制造方法包括步驟將一背光探測器載體固定于一管座；將一激光器管芯固定于一管芯載體且使得管芯的出光端面與載體的中心線的垂直線成3至25度角；將管芯載體固定于管座；將管座與一管帽熔接以將該管芯和探測器封閉制成光源；將光源固定于一金屬基座，將一金屬套管固定于金屬基座的另一側(cè)；微調(diào)形成光發(fā)射器件。
16.如權(quán)利要求15所述的光發(fā)射器件的制造方法，其特征在于其間背光探測器是粘接于管座的底部中央，激光器管芯是粘接于管芯載體。
17.如權(quán)利要求16所述的光發(fā)射器件的制造方法，其特征在于該管芯載體粘接于管座向管帽伸出的突出部側(cè)面前端。
18.如權(quán)利要求17所述的光發(fā)射器件的制造方法，其特征在于該光源、金屬基座以及金屬套管都是激光點焊加以固定。
19.如權(quán)利要求15所述的光發(fā)射器件的制造方法，其特征在于管芯在保持角度的同時以中心線為基準向下平移一定1至50um的距離。
全文摘要
本發(fā)明屬于光纖通訊領(lǐng)域，其提供一種光發(fā)射器件包括一光源和一套管分別固持于一光源基座的兩側(cè)，該光源一光源包括一激光器管芯、一激光器載體、一背光探測器、一背光探測器載體封閉于由一管座和一管帽閉合形成的密閉空間內(nèi)，該激光器管芯定位于該激光器載體，該背光探測器定位于該背光探測器載體，該激光器管芯朝向管帽的端面與光源的中心軸線的垂直方向相交成一角度。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)光發(fā)射器件由于光源對外界反射光的敏感性，從而不得不使用其它的方式如更多地元器件和更復雜的流程工藝來消除進入到光源的反射光的缺陷。
文檔編號H04B10/04GK1960089SQ20051010112
公開日2007年5月9日 申請日期2005年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月3日
發(fā)明者柴廣躍 申請人:深圳市恒寶通光電子有限公司