专利名称：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
技术领域：
本发明涉及光纤通信技术，尤其涉及一种小型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。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。
背景技术：
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. 15，2010.)介绍了一种将热控制器、加热器、温度传感器、监测的光子探测器、ESD保护二极管和激光二极管一起集成在TO-CAN中的基底上来控制激光二极管的温度的方法。可是这种方法需要复杂的设计，需要非常复杂的制作过程在TO-CAN中的光学底座上集成许多额外的元件，因此增加了 TOSA和SFP的成本与功耗。但上述方法均没有从光收发一体化模块的整体上考虑，没能充分利用模块已有的条件来设计成本较低并易于加工制造，且能工作在较宽温度范围的收发一体化模块。
发明内容
有鉴于此 ，本发明的主要目的在于提供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，能够利用低成本发射器光学组件来提高诸如SFP或SFP+等的光收发一体化模块的温度运作范围。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的
一种激光收发器件，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。其中，所述加热器为加热电阻，与高速激光二极管集成封装成发射器件来提高发射器件的工作温度。利用外置温度传感器监测光学收发模块的温度。利用检测激光器的工作状态，如偏置电流和输出功率来决定激光器的工作温度。利用检测到的温度，加热控制电路和软件来控制具有所述光发射器件的工作温度的光收发一体化模块。一种权利要求I所述激光收发器件的制造方法，该方法包括
A、将一个如薄膜电阻或小尺寸电阻作为加热器与高速激光二极管一起封装集成在诸如TO-CAN的发射器组件TOSA中；
B、在所述TOSA的外部用一根软性印刷电路板FPC将TOSA中激光二极管LD、光探测器二极管与加热器的引脚连接到诸如小型可插拔收发器SFP+的激光收发模块的电路板上；并将温度监控传感器集成在诸如SFP +的电路板上来监测激光收发模块的运作温度；通过检测其偏置电流和输出功率来计算激光器的运作温度。一种权利要求I所述激光收发器件的温度控制方法，使用热控制电路和软件控制激光收发模块上的发射器组件TOSA控制加热器开启或停止，如果检测到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；如果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。一种提高权利要求I所述激光收发器件的温度运作范围的方法，包括a、利用加热器与激光二极管集成一起的光发射组件TOSA，集成在同轴TO-CAN中制成低成本的TOSA加热激光二极管；
b、利用外置在电路板上的温度监控传感器检测温度，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；
C、微处理器在软件的控制下监测模块温度并根据检测到的温度和预先设定的温度阈值来控制发射器件内置的加热器；
d、控制软件 用来监测模块温度T并与预先设定的温度阈值Ttl比较来决定开启或关闭发射器件内置的加热器。如果检测到的温度T高于预先设定的温度阈值Ttl，软件将关闭给加热器供电并延迟h秒再检测模块的温度；如果检测到的温度T低于预先设定的温度阈值Ttl，软件将开启给加热器供电加热发射器件，并延迟h秒再检测模块的温度T ;并与温度阈值Ttl加上温度偏移量A T比较；如果T <T0+ A T，继续给加热器供电加热发射器件；如果T >T0+ A T，软件将关闭给加热器供电并延迟h秒再检测模块的温度。利用检测激光驱动器的偏置电流和输出功率来控制激光二极管的温度的过程，具体为如果检测到的LD偏置电流Ibias高于预先设定的偏置电流阈值Ibiastl，软件将将关闭给加热器供电停止加热发射器件；如果检测到的LD偏置电流Ibias低于预先设定的偏置电流阈值Ibiastl,软件将开启给加热器供电加热发射器件，并延迟h秒，执行自动功率控制环路，再检测激光器的偏置电流IbiasN ;并与预先设定的偏置电流阈值Ibiastl加上迟滞偏置电流量A I相比较；如果IbiasN <Ibias0+ A I，继续延迟h秒，执行自动功率控制环路，给加热器供电加热发射器件；如果IbiasN> Ibiastl+A I，软件将关闭给加热器供电并延迟h秒，执行自动功率控制环路，再检测LD的偏置电流。本发明所提供的小型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，具有以下优点
本发明充分利用了诸如微控制单元(MCU)，温度传感器等激光收发模块上已有的必须资源来达到成本低、工艺复杂度低、易于批量生产并具有较宽温度工作范围的光收发一体化模块的目的。本发明控制TOSA中激光二极管的温度的方法，在软件控制下的微处理器单元，用来检测模块温度的温度传感器和用来控制加热器的热控制电路。如果在软件控制下的微处理器单元根据温度传感器检测的模块温度低于设定的温度阈值，就开启温度控制电路给加热器供电并加热TOSA中的激光二极管；否则关闭温度控制电路停止加热。该温度控制环路具有开启延迟的特点，这样在开启或关闭加热器时限制峰值电流。因为在低温时TOSA具有高的功率-电流斜效率需要较低的偏置电流就可维持稳定的输出功率，并且模块的电子芯片以及ROSA等都将消耗较低的功率，所以SFP+模块的加热控制电路将不增加模块的功耗极限。控制TOSA中激光二极管温度的另一种方法包括在软件控制下的微处理器单元，用来检测激光二极管发射功率的背向功率探测器，以及监控激光二极管偏置电流电路等来检测和计算激光二极管的温度，和用来控制加热器的热控制电路。如果在软件控制下的微处理器单元根据发射功率和偏置电流计算的激光二极管的温度低于设定的温度阈值，就开启温度控制电路给加热器供电并加热TOSA中的激光二极管；否则关闭温度控制电路停止加热。温度控制环路具有开启延迟的特点，这样在开启或关闭加热器时限制峰值电流。因为在低温时TOSA具有高的功率-电流斜效率需要较低的偏置电流就可维持稳定的输出功率，并且模块的电子芯片以及ROSA等都将消耗较低的功率，所以SFP+模块的加热控制电路将不增加模块的功耗极限。
图I为传统SFP+激光收发一体化模块的原理框 图2为利用本发明具有温度可控TOSA和温控电路的SFP+收发一体化模块的原理框
图3为利用微处理器、模数及数模转换器，外置温度传感器和高侧负载开关控制加热 电阻来控制TOSA温度的工作原理 图4为利用微处理器、模数及数模转换器，监测激光二极管偏置电流和功率通过高侧负载开关控制加热电阻来控制TOSA温度的工作原理 图5为可用于图3及图4中的加热控制器的原理示意 图6为利用本发明的具有加热电阻的5针同轴TO-CAN的底部连线示意 图7为显示在三个温度TckT1与T2 (TtlCT1CT2)下激光二极管的发射功率与偏置电流的关系曲线；
图8为利用本发明方法监测激光收发模块温度并调整激光二极管温度的控制流程原理 图9为利用本发明来监测激光二极管偏置电流和发射功率的激光收发模块并调整激光二极管温度的控制流程原理图。
具体实施例方式下面结合附图及本发明的实施例对本发明的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作进一步详细的说明。本发明的基本思想现有技术中的SFP或SFP+等可插拔激光收发一体化模块的温度通常由装在模块电路板上的温度传感器来监控。对于特定设计的收发一体化模块，激光二极管与模块电路板的温度通常有个固定的差异。因此可以通过检测模块电路板的温度来决定激光二极管的温度。如果模块上报的温度偏低，就表明发射激光二极管的温度也低。这样模块上的微处理器控制单元(MCU)就可以通过模块上报的温度来决定开启或关闭热控制电路达到控制发射激光组件中的加热电阻。图2为利用本发明具有温度可控TOSA和温控电路的SFP+收发一体化模块的原理框图。所述光学组件通过加热控制器与激光二极管集成一起，如集成在同轴TO - CAN中制成发收发器件；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、和接收功率等；设置模块的报警与告警信号；通过I2C与主板通信；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、和接收功率等；设置模块的报警与告警信号；通过I2C与主板通信；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。如图2所示，模块输入电信号(Tx+，Tx-)通过激光驱动器调制具有加热电阻的激光发射组件中的激光二极管转化为光信号，并通过发射组件的光接口耦合到光纤上发送出去。激光驱动器的偏置电流，调制电流，调制相位，交叉点等都可通过MCU控制调节，并且激光器的偏置电流可以通过模数转化经MCU上报监控。激光器的发射功率(Tx_P)通过发射组件中内置的光电二极管(PD)检测光电流经MCU上报实时监控。模块的温度通过温度传感器探测并经MCU的模数(AD)转化器上报检测。如果检测到的温度低于设定的阈值温度，软件通过MCU启动温度控制电路给激光发射器组件中的加热电阻的加热来达到提高激光器的工作温度。如果检测到的温度高于设定的阈值温度，软件通过MCU关闭温度控制电路停止给激光发射器组件中的加热电阻供电来停止加热。接收端的运作则与传统的收发模块一致，光电二极管把接收到的光信号转化成电信号，经跨阻放大器(TIA)放大后传给限幅放大器(LA)后传递给主板。接收的光功率(Rx_P)可以通过检测光电流并通过MCU上报实时监测。图3为利用微处理器、模数及数模转换器，监测激光二极管偏置电流和功率通过高侧负载开关控制加热电阻来控制TOSA温度的工作原理图。如图3所示，温度传感器检测模块的温度并通过模数(ADC)转化成数字信号上报给MCU中的软件。软件根据上报的温度与电可擦可编程只读存储器(EEPROM)存储的阈值温度比较。如果检测到的温度高于阈值温度，软件就通过MCU经DAC关闭高侧负载开关停止给TOSA中的加热电阻供电。如果检测到的温度低于EEPROM存储的阈值温度，软件就通过MCU经DAC启动高侧负载开关产生电流给TOSA中的加热电阻供电来提高TOSA中的激光二极管的工作温度。图4为利用微处理器、模数及数模转换器，监测激光二极管偏置电流和功率通过高侧负载开关控制加热电阻来控制TOSA温度的工作原理图。如图4 所示激光二极管的偏置电流是通过激光驱动器监测，并通过MCU中的模数(ADC)转化成数字信号上报给MCU中的软件。激光的发射功率是通过组装在TOSA中的背光探测器(PD)检测并转化为光电流，通过电阻转化为电压经模数转换上报给微处理器(MCU)。MCU上的软件根据上报值确定激光的发射功率，并与设定的功率值(Ptl)比较来调节激光驱动器的驱动电流达到自动功率控制(APC)的功能。如果功率稳定，软件把上报的偏置电流与电可擦可编程只读存储器(EEPROM)存储的预定的偏置电流比较。如果检测到的偏置电流高于预定的偏置电流，软件就通过MCU经DAC关闭高侧负载开关停止给TOSA中的加热电阻供电。如果检测到的偏置电流低于EEPROM存储的预定的偏置电流，软件就通过MCU经DAC启动高侧负载开关产生电流给TOSA中的加热电阻供电来提高TOSA中的激光二极管的工作温度。图5为可用于图3及图4中的加热控制器的原理示意图，如图5所示，当HSWITCH被MCU置为高电压值时，MOSFET (NTP2101P/NC)打开源极(S)与漏极(D)的通路给激光发射组件中的电阻供电加热，使激光器温度升高。当HSWITCH被MCU置为零电压时，MOSFET(NTP2101P/NC)关闭源极(S)与漏极(D)的通路停止给激光发射组件中的电阻供电加热。
图6为利用本发明的具有加热电阻的5针同轴TO-CAN的底部连线示意图，如图6所示，加热电阻通过管脚2供电，并于TO-CAN的地连接。激光二极管LD连接于管脚I和4之间，监控光电二极管则连接于管脚4与TO-CAN的地。具体的连线方式可以不同，但内置于TO-CAN中的电阻应靠近LD，使得加热效应较明显。如图3与图8所示，MCU中的电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)用来储存阈值温度Ttl，迟滞温度差AT，时间延迟h和h，收发模块的标准接口参数，制造商，以及其它信息。温度控制环路是由在软件控制下的MCU来执行。首先，MCU读取温度传感器上报的模块温度T，并与储存的温度阈值Ttl比较。如果T大于Ttl,软件控制的MCU将把MCU的输出端口 HSWITCH设成低电平来关闭控制电路停止给TOSA中的加热电阻供电，或渐渐地减少数MCU上的数模转换器(DAC)的设置来渐渐地降低供电电流至0安培停止给加热电阻供电；如果T小于Ttl,软件控制下的MCU将把HSWITCH端口设成高电平来开启热控制电路，或者增大 DAC的设置来逐渐地增大加热电流来给TOSA中的激光二极管加热。MCU将延迟、秒再开始通过模数转换器(ADC)读取温度传感器上报的温度。如果读取的新温度Tn小于Ttl+AT，那么软件将回到等待t(i秒的步骤再开始读温度。如果读取的新温度Tn大于Ttl+AT，那么软件将通过MCU把HSWITCH端口置低电平来关闭加热控制电路，或渐渐地减少DAC的设置来减少加热电流至0安培停止给TOSA中的激光二极管加热。软件控制的MCU将等待A秒再读取温度并执行下一步骤。APC环路以及软件的其他功能将照常运行在此不作详细介绍。FP或DFB激光器是温度敏感器件，激光器的波长及发射功率都是依赖于温度的。当温度变化时，激光的波长和功率都会发生相应的变化。通过监测这些特性，激光二极管的温度可以精确地决定出来。在一个典型的激光收发模块中，激光器的功率通常通过自动功率控制(APC)回路控制在恒定的范围内。简单的来说，APC环路读取发射功率集成在TOSA中的功率监测PD，并与目标功率比较。如果检测的功率低于目标功率,APC就增加激光器的偏置电流；如果检测的功率高于目标功率，APC就减少激光器的偏置电流；如果检测的功率在目标功率设定的范围内则保持偏置电流不变。因此当激光二极管的温度发生变化时，APC为了保持恒定的功率输出，激光器的偏置电流就要做相应的变化。图7显示在三个温度Ttl, T1,与T2 (TtlCT1CT2)下激光二极管的发射功率与偏置电流的关系曲线。为了保持恒定的功率Po，激光器的偏置电流将随温度的升高而增加，在三个温度下的相应的偏置电流有如下关系Ibiastl < Ibiasl < Ibias2O因此，在APC的控制输出的功率恒定的条件下，如果检测到的偏置电流低，则表明激光器的温度也偏低。这样在软件控制下的MCU就可以根据检测到的激光偏置电流来开启或关闭热控制电路来控制TOSA中激光器的温度。
如图4与图9所示，EEPROM将存储预先设定的阈值偏置电流Ibiastl,迟滞偏置电流差Al，时间延迟h和h，收发模块的标准接口参数，制造商，以及其它信息。其中阈值偏置电流Ibiastl对应激光器的目标阈值温度Ttlt5温度控制环路是由在软件控制下的MCU来执行。首先，MCU通过模数转换器(ADC)从激光驱动器读取LD的偏置电流Ibias,并与储存的电流阈值Ibiastl比较。如果Ibias大于Ibiastl,软件控制的MCU将把MCU的输出端口 HSWITCH设成低电平来关闭控制电路停止给TOSA中的加热电阻供电，或渐渐地减少MCU上的数模转换器(DAC)的设置来渐渐地降低供电电流至0安培停止给加热电阻供电；如果Ibias小于Ibiastl,软件控制下的MCU将把HSWITCH端口设成高电平来开启热控制电路，或者增大DAC的设置来逐渐地增大加热电流来给TOSA中的激光二极管加热。MCU将延迟&秒再开始通过ADC从激光驱动器读取LD的偏置电流Ibias。期间APC环路将调整LD的偏置电流来保持激光器的输出功率。如果读取的新IbiasN小于Ibiastl+△〗，那么软件将回到等待t0秒的步骤，执行APC环路，再开始读激光器的偏置电流。如果读取的新偏置电流IbiasN大于Ibias(l+AI，那么软件将通过MCU把HSWITCH端口置低电平来关闭加热控制电路，或渐渐地减少DAC的设置来减少加热电流至0·安培停止给TOSA中的激光二极管加热。软件控制的MCU将等待A秒，期间APC环路将调整LD的偏置电流来保持激光器的输出功率，再通过模数转换器(ADC)从激光驱动器读取LD的偏置电流Ibias,并执行下一步骤。APC环路以及软件的其他功能将照常运行在此不作详细介绍。以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
权利要求
1.一种激光收发器件，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。
2.根据权利要求I所述的激光收发器件，其特征在于，所述加热器为加热电阻，与高速激光二极管集成封装成发射器件来提高发射器件的工作温度。
3.根据权利要求I所述的激光收发器件，其特征在于，利用外置温度传感器监测光学收发模块的温度。
4.根据权利要求I所述的激光收发器件，其特征在于，利用检测激光器的工作状态，如偏置电流和输出功率来决定激光器的工作温度。
5.根据权利要求I所述的激光收发器件，其特征在于，利用检测到的温度，加热控制电路和软件来控制具有所述光发射器件的工作温度的光收发一体化模块。
6.一种权利要求I所述激光收发器件的制造方法，其特征在于，该方法包括 A、将一个如薄膜电阻或小尺寸电阻作为加热器与高速激光二极管一起封装集成在诸如TO-CAN的发射器组件TOSA中； B、在所述TOSA的外部用一根软性印刷电路板FPC将TOSA中激光二极管LD、光探测器二极管与加热器的引脚连接到诸如小型可插拔收发器SFP+的激光收发模块的电路板上；并将温度监控传感器集成在诸如SFP +的电路板上来监测激光收发模块的运作温度；通过检测其偏置电流和输出功率来计算激光器的运作温度。
7.—种权利要求I所述激光收发器件的温度控制方法，其特征在于，使用热控制电路和软件控制激光收发模块上的发射器组件TOSA控制加热器开启或停止，如果检测到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；如果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。
8.一种提高权利要求I所述激光收发器件的温度运作范围的方法，其特征在于，包括 a、利用加热器与激光二极管集成一起的光发射组件T0SA，集成在同轴TO-CAN中制成低成本的TOSA加热激光二极管； b、利用外置在电路板上的温度监控传感器检测温度，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； C、微处理器在软件的控制下监测模块温度并根据检测到的温度和预先设定的温度阈值来控制发射器件内置的加热器； d、控制软件用来监测模块温度T并与预先设定的温度阈值Ttl比较来决定开启或关闭发射器件内置的加热器。
9.根据权利要求8所述激光收发器件的温度运作范围的方法，其特征在于，如果检测到的温度T高于预先设定的温度阈值Ttl,软件将关闭给加热器供电并延迟h秒再检测模块的温度；如果检测到的温度T低于预先设定的温度阈值Ttl,软件将开启给加热器供电加热发射器件，并延迟h秒再检测模块的温度T ;并与温度阈值Ttl加上温度偏移量A T比较；如果T CTtl+AT，继续给加热器供电加热发射器件；如果T XTtl+AT，软件将关闭给加热器供电并延迟h秒再检测模块的温度。
10.根据权利要求9所述激光收发器件的温度运作范围的方法，其特征在于，利用检测激光驱动器的偏置电流和输出功率来控制激光二极管的温度的过程，具体为如果检测到的LD偏置电流Ibias高于预先设定的偏置电流阈值Ibiastl，软件将将关闭给加热器供电停止加热发射器件；如果检测到的LD偏置电流Ibias低于预先设定的偏置电流阈值Ibiastl，软件将开启给加热器供电加热发射器件，并延迟h秒，执行自动功率控制环路，再检测激光器的偏置电流IbiasN ;并与预先设定的偏置电流阈值Ibias。加上迟滞偏置电流量A I相比较；如果IbiasN <Ibias(l+AI，继续延迟h秒，执行自动功率控制环路，给加热器供电加热发射器件；如果IbiasN> Ibiastl+A I，软件将关闭给加热器供电并延迟L秒，执行自动功率控制环路，再检测LD的偏置电流。
全文摘要
本发明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。
文档编号H01S5/024GK102749684SQ201210081980
公开日2012年10月24日 申请日期2012年3月26日 优先权日2012年3月26日
发明者张振峰, 王文陆, 王长虹 申请人:武汉华工正源光子技术有限公司