用于光發(fā)射器系統(tǒng)的提高效率的加熱激光器封裝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本揭露關(guān)于光發(fā)射器，尤其是一種具有提高效率的加熱激光器封裝，用于提供熱控制的多信道光發(fā)射次組件(transmitter optical subassembly;T0SA)中。
【背景技術(shù)】
[0002]光通訊網(wǎng)絡(luò)一度通常是“點對點”類型的網(wǎng)絡(luò)，包括通過光纖連接的發(fā)射器和接收器。這種網(wǎng)絡(luò)相對容易構(gòu)造，但配備許多光纖來連接多個用戶。隨著與此網(wǎng)絡(luò)連接的用戶數(shù)目增加以及光纖數(shù)迅速增加，配備和管理許多光纖則變得復(fù)雜且昂貴。
[0003]通過使用從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)送端例如光線路終端(Optical Line Terminal，0LT)到遠達20公里或以上的遠程分支點的單個“主干(trunk)”光纖，無源光網(wǎng)絡(luò)(Passive OpticalNetWOrk，P0N)解決了這個問題。開發(fā)這種無源光網(wǎng)絡(luò)的一個挑戰(zhàn)是有效利用主干光纖的容量，從而在主干光纖上傳送最大可能量的信息。使用波分復(fù)用(Wavelength Divis1nMultiplexing，WDM)在不同波長上將不同的光信號多路復(fù)用，光纖通訊網(wǎng)絡(luò)可增加在單個光纖上載送的信息量。舉例來說，波分復(fù)用型的無源光網(wǎng)絡(luò)(WDM-PON)中，單個主干光纖將多信道波長的光信號載送至光分支點，以及載送來自光分支點的多信道波長的光信號。通過引導(dǎo)到個體用戶或者來自個體用戶的不同波長的信號，分支點提供簡單的路由功能。在這種情況下，每個用戶被分配在其上發(fā)送和/或接收數(shù)據(jù)的一個或多個信道波長。
[0004]為了在多信道波長上發(fā)送與接收光信號，波分復(fù)用型的無源光網(wǎng)絡(luò)中的光線路終端包括多信道光發(fā)射次模塊和多信道光接收次模塊(Receiver Optical Subassembly,ROSA)。光發(fā)射次模塊的一個例子包括光親合于陣列波導(dǎo)光柵(Arrayed WaveguideGrating，AWG)的激光器的陣列，以組合多信道波長的多個光信號。為了提供不同的信道波長，多信道光發(fā)射次模塊中使用可調(diào)諧激光器，以及可調(diào)諧激光器發(fā)出的波長隨著溫度的變化而變化。波分復(fù)用型無源光網(wǎng)絡(luò)中，所期望的波長準(zhǔn)確度或精度往往取決于信道波長的數(shù)量和間距，并且可通過控制溫度而在光發(fā)射次模塊中被控制。舉例來說，在100G的密集波分復(fù)用(DffDM)系統(tǒng)中，溫度需要控制在± 0.5°C以內(nèi)以保持± 0.5納米的波長精度，以及溫度范圍需要大于4°C以提供期望的激光二極管的波長產(chǎn)量。
[0005]這種光線路終端收發(fā)器組件的一個挑戰(zhàn)是，在相對小的空間中并且利用相對低的功耗對激光器的陣列提供充分溫度控制。激光器陣列中控制個體激光二極管的溫度的一種方式是針對各個激光二極管的每一個使用單獨的溫控裝置，例如熱電致冷器(TEC)和溫度監(jiān)測器(例如，熱敏電阻)，以在監(jiān)測溫度的基礎(chǔ)上針對每一激光器提供閉環(huán)的溫度控制。舉例來說，為了支持光發(fā)射次模塊中的16個信道，將需要16個熱電致冷器、16個熱敏電阻、用于熱敏電阻的32個端口，以及用于控制這些元件的每一個的電路。這種閉環(huán)系統(tǒng)需要更復(fù)雜的電路設(shè)計和更高的成本，不適合用于較小外形因數(shù)的光線路終端收發(fā)器組件內(nèi)。用于熱調(diào)諧激光器的加熱和溫度控制的另一挑戰(zhàn)是在光線路終端組件的功率預(yù)算內(nèi)操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

【附圖說明】
[0006]通過閱讀以下【具體實施方式】以及結(jié)合圖式，將更好地理解這些和其它特征和優(yōu)點，其中:
[0007]圖1為符合本揭露實施例的包括至少一個多信道光收發(fā)器的波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)的功能方塊圖。
[0008]圖2為符合本揭露實施例的包括溫控多信道光發(fā)射次模塊的多信道光收發(fā)器的分解示意圖。
[0009]圖3為圖2所示的多信道光收發(fā)器內(nèi)部的俯視示意圖。
[0010]圖4為溫控多信道光發(fā)射次模塊的一個實施例的端部透視圖。
[0011 ]圖5為圖4所示的溫控多信道光發(fā)射次模塊的側(cè)面透視圖。
[0012]圖6為用于溫控多信道光發(fā)射次模塊中的加熱激光器封裝的一個實施例的俯視示意圖。
[0013]圖7為符合本揭露實施例的溫控多信道光發(fā)射次模塊的示意圖。
[0014]圖7A為溫控多信道光發(fā)射次模塊中每一激光器的波長隨溫度變化的圖表。
[0015]圖8為符合本揭露實施例的用于加熱激光器封裝的局部溫度控制電路的方塊圖。
[0016]圖9為符合本揭露的另一代表性實施例之操作流程圖。
【具體實施方式】
[0017]符合本文所述實施例的加熱激光器封裝通常包括位于單個激光器封裝中的激光二極管、加熱電阻器和晶體管。加熱電阻器和晶體管形成加熱電路，且位于與激光二極管鄰接的載體(submount)上。晶體管用以控制至加熱電阻器的驅(qū)動電流，以及晶體管產(chǎn)生的任意額外容量有助于加熱激光二極管，由此增加系統(tǒng)的熱效率。
[0018]加熱激光器封裝用于溫控多信道光發(fā)射次模塊，光發(fā)射次模塊可用于多信道光收發(fā)器中。溫控多信道光發(fā)射次模塊通常包括激光器陣列，其光耦合于光復(fù)用器以組合不同信道波長的多個光信號。光復(fù)用器例如為陣列波導(dǎo)光柵。通過對激光器陣列器建立整體溫度，并且單獨升高個體激光器的局部溫度，激光器被熱調(diào)諧至信道波長。溫控裝置例如與激光器陣列耦合的熱電致冷器可提供整體溫度。個體加熱器例如與各個激光器相鄰的電阻器和晶體管可提供局部溫度。光收發(fā)器可用于波分復(fù)用型的光學(xué)系統(tǒng)中，例如波分復(fù)用型無源光網(wǎng)絡(luò)中的光線路終端中。
[0019]本文所使用的“激光器封裝”指與其他部件例如載體、監(jiān)測器光二極管、熱屏蔽件和/或光學(xué)器件封裝的激光二極管。本文所使用的術(shù)語“信道波長”指與光信道相關(guān)的波長，以及包括中心波長周邊的特定波段。一個例子中，信道波長可以由國際電信聯(lián)盟(Internat1nal Telecommunicat1n Un1n，ITU)標(biāo)準(zhǔn)例如國際電信聯(lián)盟遠程通信標(biāo)準(zhǔn)化組織的密集波分復(fù)用(dense wavelength divis1n multiplexing grid;DWDM)網(wǎng)格定義。本文所使用的術(shù)語“調(diào)諧至信道波長”指調(diào)整激光器輸出，這樣發(fā)射的激光包括此信道波長。本文使用的術(shù)語“耦合”指任何連接、耦合、鏈接等，以及“光耦合”指耦合這樣從一個元件發(fā)出的光線被給予另一元件。這種“耦合”裝置并非必須彼此直接連接，以及可通過操縱或修改這種信號的中間部件或裝置被分離。本文使用的術(shù)語“熱耦合”指兩個部件之間的直接或間接連接或接觸，而導(dǎo)致熱量從一個部件被傳導(dǎo)到另一部件。本文使用的術(shù)語“熱隔離”指使得來自外界的熱能避免被傳導(dǎo)至被隔離的部件的一種配置。舉個例子，熱隔離的多信道光發(fā)射次模塊中，避免光發(fā)射次模塊外部的熱量被傳導(dǎo)至光發(fā)射次模塊中的一或多個部件。本文使用的術(shù)語“熱屏蔽”指避免熱量通過對流或輻射被傳遞至被屏蔽的部件的一種配置。熱隔離和熱屏蔽并非需要避免傳導(dǎo)或傳遞所有熱量的一種配置。
[0020]請參照圖1，圖中表示且描述了符合本揭露實施例之波分復(fù)用型無源光網(wǎng)絡(luò)100，包括一或多個多信道光收發(fā)器102a和102b。波分復(fù)用型無源光網(wǎng)絡(luò)100使用波分復(fù)用系統(tǒng)提供一種點對多點的光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。依照波分復(fù)用型無源光網(wǎng)絡(luò)100的一個實施例，至少一個光線路終端110經(jīng)由光纖、波導(dǎo)和/或路徑114、115-1至115-n耦合于多個光網(wǎng)絡(luò)終端(ONTs)或光網(wǎng)絡(luò)單元(0NUs)112-l至112-n。雖然圖示的實施例中，光線路終端110包括兩個多信道光收發(fā)器102a和102b，但是光線路終端110可包括一或多個多信道光收發(fā)器。
[0021]光線路終端110可位于波分復(fù)用型無源光網(wǎng)絡(luò)100的中心局(Central Office)，以及光網(wǎng)絡(luò)單元112-1至112-n可位于家庭、商業(yè)或其他類型的用戶位置或經(jīng)營場所。分支點113(例如，遠程節(jié)點)將主干光路徑114耦合于分離的光學(xué)路徑115-1至115-n，以耦合于各個用戶位置的光網(wǎng)絡(luò)單元112-1至112-n。分支點113包括一或多個無源耦合裝置，例如光分路器(splitter)或是光復(fù)用器/解復(fù)用器。在一個例子中，光網(wǎng)絡(luò)單元112-1至112-n位于距離光線路終端110約20公里或不足20公里的位置。
[0022]波分復(fù)用型無源光網(wǎng)絡(luò)100還可包括額外的節(jié)點或網(wǎng)絡(luò)裝置，例如以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)(ΕΡ0Ν)或吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)(GP0N)節(jié)點或裝置，其耦合于分支點113與不同位置或經(jīng)營場所的光網(wǎng)絡(luò)單元112-1至112-n之間。波分復(fù)用型無源光網(wǎng)絡(luò)100的一種應(yīng)用是提供光纖到屋(Fiber To The Home，F(xiàn)TTH)或者光纖入戶(Fiber To The Premises，F(xiàn)TTP)，能夠透過通用平臺傳遞音頻、數(shù)據(jù)和/或視頻服務(wù)。在這種應(yīng)用中，中心局可耦合于提供這些音頻、數(shù)據(jù)和/或視頻的一或多個源或網(wǎng)絡(luò)。
[0023]在波分復(fù)用型無源光網(wǎng)絡(luò)100當(dāng)中，不同的光網(wǎng)絡(luò)單元112-1至112-n可以被分配不同的信道波長以用于發(fā)送或接收光信號。一個實施例中，波分復(fù)用型無源光網(wǎng)絡(luò)100利用不同波段傳輸相對光線路終端110的下行(downstream)和上行(upstream)光信號，以避免同一光纖上的接收信號與背面反射傳輸信號之間的干擾。舉個例子，L波段(例如，約1565至1625納米)可用于來自光線路終端110的下行傳輸，以及C波段(約1530至1565納米)可用于到光線路終端110的上行傳輸。上行和/或下行信道波長通常符合國際電信聯(lián)盟網(wǎng)格(ITUgrid)。在一個例子中，上行波長被分配10GHz的國際電信聯(lián)盟網(wǎng)格，以及下行波長相對10GHz國際電信聯(lián)盟網(wǎng)格略有偏移。
[0024]由此，光網(wǎng)絡(luò)單元112-1至112-n可在L波段內(nèi)和C波段內(nèi)被分配不同的信道波長。位于光網(wǎng)絡(luò)單元112-