激光发射器调节电路及激光发射器的制作方法

本实用新型涉及激光发射器领域，尤其涉及一种激光发射器调节电路及激光发射器。

背景技术：

对于光纤通信系统而言，若要充分利用光纤在传输容量上的优势，则需构建波分复用系统。传统的按照网格对光纤传输带宽进行划分，可以划分为cwdm(coarsewavelengthdivisionmultiplexing，稀疏波分复用)技术、dwdm(densewavelengthdivisionmultiplexing密集波分复用)技术、局域网波分多路复用lan-wdm技术。随着5g系统的建设，运营商也提出了新的波分网络的划分方式，称之为半有源系统open-wdm/mwdm。

在5g系统中，光模块中激光器芯片的工作波长随着温度变化存在一定的漂移，激光器芯片的工作波长在全温范围内的漂移范围约为9.5nm。为了保证通道之间的串扰控制，对于cwdm复用方式，要求波长偏移范围不超过6.5nm。对于其他复用系统，偏移量的控制更加严格。目前在实际应用中，激光器的极限波长偏移达到9.5nm，远远达不到系统对不超过6.5nm偏移的要求。为了解决这一问题，需要对激光器工作时的温度进行调节以使输出波长范围达标。

传统的激光器温控方案是使用tec(thermalelectriccooler，热电制冷器)来控制激光发射器工作的环境温度，但是由于tec工作时需要专用的芯片加以控制，由此使得成本较高。并且，tec在加热和致冷的工作状态，随着温度控制范围的增加，使得温度的使用效率降低，从而导致大量无效的电能损耗产生。随着光模块对功耗的限制，往往不能满足实际光模块的使用需求。

由此，有必要提供一种激光器温控的方案，以提高激光器工作温度控制的效率并降低无效电能的损耗。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种激光发射器调节电路及激光发射器，用以解决现有技术中通过热电制冷器tec对激光发射器内的环境温度进行控制而导致电能损耗增大且成本较高的问题。

为实现上述目的，本实用新型是这样实现的：

第一方面，本实用新型提供一种激光发射器调节电路，包括：

用于检测所述激光器芯片温度的温度检测器；

位于激光发射器内且具有单向导电性的温度调节件，所述温度调节件用于受控地产生热量并将所产生的热量传递至激光发射器内部的激光器芯片；以及

与所述温度调节件电路连接的调节单元，用于调节所述温度调节件的信号强度，通过调节所述温度调节件的信号强度对所述温度调节件产生的热量进行调节，以通过调节所述温度调节件产生的热量调节激光器芯片的温度。

作为本实用新型的进一步改进，所述温度调节件布置于所述激光器芯片的上方，以通过所述激光器芯片支撑所述温度调节件。

作为本实用新型的进一步改进，所述温度调节件位于所述激光器芯片的一侧，且与所述激光器芯片的侧面紧贴布置。

作为本实用新型的进一步改进，所述激光发射器内部还配置有基板，所述温度调节件与所述激光器芯片间隔布置于所述基板上，所述温度调节件产生的热量通过所述基板传递给所述激光器芯片。

作为本实用新型的进一步改进，所述温度调节件工作于反向击穿状态。

作为本实用新型的进一步改进，所述温度调节件为稳压二极管。

作为本实用新型的进一步改进，所述温度调节件为普通二极管、三极管、场效应管或可控硅。

第二方面，本实用新型还提供一种激光发射器，包括：

内部配置有激光器芯片的壳体；以及

第一方面所述的激光发射器调节电路，所述激光发射器调节电路配置于所述壳体内。

作为本实用新型的进一步改进，所述壳体内形成有凸台，所述激光发射器调节电路配置于所述凸台上。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型的激光发射器调节电路根据温度检测器所检测的激光器芯片的温度对位于激光发射器内的温度调节件的信号强度进行调节，通过改变温度调节件的信号强度改变温度调节件所产生的热量，以改变激光器芯片被温度调节件进行热传递后的温度，从而通过调节激光器芯片的工作温度对激光发射器输出的激光光束的波长进行调节。如此，本实用新型通过改变具有单向导电性的温度调节件的信号强度对传递至激光器芯片的工作温度进行调节，与现有技术中通过热电制冷器tec对激光发射器内的环境温度进行控制的方案相比，本实用新型实施例的激光发射器调节电路通过利用温度调节件在其工作中因耗散功率所产生的热量对激光器芯片进行加热，能够有效地降低电能的损耗。

同时，由于现有技术中通过热电制冷器tec实现温度控制的方式较为复杂，在热电制冷器tec工作时需要使用专用的芯片对tec进行控制，由此无疑增加了对激光器芯片温度进行控制的成本，且增加了整体设备的成本以及tec的物料成本，因此本实用新型的激光发射器调节电路能够有效降低对激光器芯片进行控温的成本，以满足光纤传输系统对光模块的成本比较低的要求。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的激光发射器的示意性结构图；

图2为本实用新型另一个实施例的激光发射器的示意性结构图；

图3为本实用新型一个实施例的激光发射器调节电路的示意性结构图；

图4为本实用新型一个实施例的温度调节件与激光器芯片之间的示意性位置关系结构图；

图5为本实用新型另一个实施例的温度调节件与激光器芯片之间的示意性位置关系结构图；

图6为二极管的示意性工作原理图；

图7为本实用新型再一个实施例的温度调节件与激光器芯片之间的示意性位置关系结构图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。

以下结合附图，详细说明本实用新型各实施例提供的技术方案。

光纤通信系统中包含有具有激光发射器的光模块。如图1所示，本实用新型实施例的激光发射器100可包括：内部配置有激光器芯片10的壳体20，壳体20内布置有用于对激光发射器100输出的激光光束的波长进行调节的激光发射器调节电路30。壳体20内形成有凸台21，激光发射器调节电路30配置于凸台21上。其中，凸台21可与壳体20一体成型连接，也可通过其他方式进行固定连接。

图1为激光发射器100的其中一种封装结构图，其中，引脚1表示监控探测器mpd的正极，引脚6表示监控探测器mpd的负极，引脚2表示激光器芯片10的正极，引脚4表示热敏电阻的负极，引脚3表示激光发射器调节电路30中温度调节件302(如二极管)的正极，引脚5表示激光发射器调节电路30中温度调节件302(如二极管)的负极。引脚7表示调制吸收器ea的正极，引脚8表示接地。图2为激光发射器100的另一种封装结构图，其中，引脚1a表示温度调节件302的负极，引脚2a表示温度调节件302的正极，引脚3a表示接地，引脚4a表示调制器modulatoranode的正极，引脚5a表示接地，引脚6a表示监控探测器mpd的负极，引脚7a表示激光器芯片10的正极，引脚8a表示热敏电阻的正极。

结合图1和图3进行说明，本实用新型实施例提供的激光发射器调节电路30包括：用于检测激光器芯片温度的温度检测器301；位于激光发射器100内且具有单向导电性的温度调节件302，温度调节件302用于受控地产生热量并将所产生的热量传递至激光发射器100内部的激光器芯片10；以及与温度调节件302电路连接的调节单元303，用于调节温度调节件的信号强度，通过调节温度调节件的信号强度对所述温度调节件产生的热量进行调节，以通过调节温度调节件302产生的热量调节激光器芯片10的温度。

其中，通过单向控温方式实现对激光器芯片的工作温度进行调节，具体表现为，利用温度调节件302的单向导通特性，控制温度调节件302的信号强度在一定范围内调节，以实现对激光器芯片10的加热。本实用新型实施例所涉及的信号强度可以为电压信号、电流信号或其他可以通过调节以改变温度调节件302产生的热量的信号的强度。

具体地，调节单元303可以为电流输出单元，以向温度调节件302输出电流，并控制流经温度调节件302的电流在5ma～500ma范围内可调，从而改变温度调节件302由于电流的热效应而产生的热量。其中，作为一个优选的实施例，流经温度调节件302的电流的调节范围可以为50ma～200ma。调节单元303可以为电压输出单元，以向温度调节件302输出电压并控制温度调节件302两端电压在0～20v范围内可调，从而通过改变对温度调节件302的施加电压调节温度调节件302产生的热量。作为一个优选的实施例，温度调节件302两端电压的调节范围可以为1v～10v。

本实用新型实施例的激光发射器调节电路30根据温度检测器301所检测的激光器芯片10的温度对位于激光发射器100内的温度调节件302的信号强度进行调节，通过改变温度调节件302的信号强度改变温度调节件302所产生的热量，以改变激光器芯片10被温度调节件302进行热传递后的温度，从而通过调节激光器芯片10的工作温度对激光发射器100输出的激光光束的波长进行调节。如此，本实用新型实施例通过改变具有单向导电性的温度调节件302的信号强度对传递至激光器芯片10的工作温度进行调节，与现有技术中通过热电制冷器tec对激光发射器内的环境温度进行控制的方案相比，本实用新型实施例的激光发射器调节电路30通过利用温度调节件302在其工作中因耗散功率所产生的热量对激光器芯片进行加热，能够有效地降低电能的损耗，以满足光纤传输系统对光模块的功耗比较小的要求。

同时，由于现有技术中通过热电制冷器tec实现温度控制的方式较为复杂，且在热电制冷器tec工作时需要使用专用的芯片对tec进行控制，由此无疑增加了对激光器芯片10温度进行控制的成本，且增加了整体设备的成本以及tec的物料成本，因此本实用新型实施例的激光发射器调节电路30能够有效降低对激光器芯片进行控温的成本，以满足光纤传输系统对光模块的成本比较低的要求。

在生产制造激光器时，在其他条件一定的情况下，激光器的波长和温度存在一个固定的对应关系，并会定义出中心温度(比如macom1xxx-25b-lxx11-s系列激光器的输出中心波长时对应的温度为50℃左右)，中心温度对应的波长即为中心波长。通过本实用新型实施例的方案可实现对激光器芯片的工作温度在45～65℃范围内调节，以使激光器发射的波长在正常范围内，从而使激光器发射的波长偏移在规定指标范围内。其中，通过本实施例的方案可使激光器发射的波长偏移远小于6.5nm，例如本实施例的激光器发射的波长偏移0.2nm或0.5nm左右。从而能够降低5g系统等光纤传输系统中各通道之间的串扰。其中，激光器发射的波长与波长偏移均依赖于不同型号的激光器芯片的工作温度范围与激光器发射的波长之间所具有的固定关系，此种固定关系并非本申请的实用新型点，在此不做详细赘述。

在上述实施例中，如图4所示，温度调节件302布置于激光器芯片10的上方，以通过激光器芯片10支撑温度调节件302。或者，如图5所示，温度调节件302位于激光器芯片10的一侧，且与激光器芯片10的侧面紧贴布置。其中，激光器芯片10可布置于激光发射器100内的基板304上，基板304可布置于凸台21上。

需要说明的是，温度调节件302可以为普通二极管、三极管、场效应管或可控硅或其他可实现温度调节且具有pn结的电子器件，不限于本实用新型实施例所限定的范围。在温度调节件302为三极管、场效应管或可控硅或其他可实现温度调节且具有pn结的电子器件时，对温度调节件302的调节温度原理与对二极管进行温度调节的原理相同，因此，本实用新型实施例以二极管作为温度调节件302为例进行详细说明温度调节件302的具体温度调节过程，对于温度调节件302为三极管、场效应管或可控硅或其他可实现温度调节且具有pn结的电子器件进行温度调节的具体过程不再详细赘述。

以温度调节件302为二极管为例，其工作特性满足伏安特性曲线，如图6所示，即二极管工作于a-b(或a’-b’)段时正向导通，工作于c-d(或c’-d’)段时反向击穿。其中，a-b与a’-b’分别为不同材料二极管对应的正向伏安特性曲线，c-d与c’-d’分别为不同材料二极管对应的反向伏安特性曲线。可以发现，在a-b(或a’-b’)段，c-d(或c’-d’)段的范围内，二极管两端的电压与流过二极管的电流存在较好的线性关系，且二极管所产生的热量q＝v×i。二极管作为半导体元件，其固有的电的热效应被本领域技术人员所熟知且常被排斥。本实用新型实施例对二极管的发热现象加以利用，通过所需求的热量q值，确定出合适的伏安特性曲线的二极管，当激光发射器在低温环境下(低于激光发射器工作的预设温度值，比如45℃-65℃)工作时，通过二极管所产生的热量传递至激光器芯片，维持激光发射器工作在正常的温度区间，以调节激光器芯片的波长至目标范围内。

需要说明的是，在a-b(或a’-b’)段的初始阶段，流经二极管的电流随施加在二极管两端的正向电压呈缓慢上升的趋势，此时，可通过调节流经二极管的电流信号强度或二极管两端的电压信号强度，实现对二极管所产生的热量的调节。随着二极管两端电压的继续增大，流经二极管的电流呈急剧上升，且二极管两端的正向电压几乎不变，此时，通过调节流经二极管的电流信号强度才可有效地改变二极管所产生的热量。具体举例而言，对于a-b(或a’-b’)段中斜率很陡的部分，调节0.1v的电压会产生比如10ma的电流变化，该变化幅度比较大，从而不便于精确地控制二极管所产生的热量。但如果调节0.1ma的电流，则电压的变化可能是0.001v左右，此时，比较容易精确地调节二极管所产生的热量调节。

由此可知，对于二极管的正向伏安特性曲线而言，在初始阶段，通过改变流经二极管的电流信号强度或二极管两端的电压信号强度均可有效地对二极管所产生的热量进行调节。在流经二极管的电流随着二极管两端电压呈急剧上升的阶段，通过调节流经二极管的电流信号强度便于精确且有效地调节二极管所产生的热量。

不难理解，由于具有单向导电性的温度调节件302的体积比较小，温度调节件302在正向导通工作状态时所产生的热量能够有效地传递至激光器芯片10，解决了现有技术中的加热元件的热量主要传递至加热元件所处的载体上而造成热量损耗导致加热效率比较低的问题。

在上述另一实用新型实施例中，如图7所示，激光发射器100内部还可配置有基板304，温度调节件302与激光器芯片10可间隔布置于基板304上。如此，温度调节件302产生的热量通过基板304传递给激光器芯片10。本实用新型实施例通过温度调节件302实现单向控温过程，有效降低了电能的损耗。

此外，温度调节件302可工作于反向击穿状态。对于普通二极管而言，其正常工作于a-b(或a’-b’)段可产生热量，在处于c-d(或c’-d’)段时，普通二极管会被击穿而损害。因此，本实用新型实施例的温度调节件302可以设置为稳压二极管或其他可以工作于反向击穿状态的电子器件。通过单向控温方式实现对激光器芯片10的工作温度进行调节，具体还可以表现为，可以利用稳压二极管的反向击穿特性，在稳压二极管工作于反向击穿状态(在稳压二极管两端施加反向电压直至稳压二极管被击穿)时，控制流经稳压二极管的电流信号强度急剧增加，以使稳压二极管所产生的热量急剧增大，从而有效地通过稳压二极管所产生的热量实现对激光器芯片10的加热。

本实用新型实施例的激光发射器调节电路的调节过程可以为：

首先，检测激光器芯片的温度。

其次，在激光器芯片的温度未达到预设温度值时调节温度调节件的信号强度，以通过调节温度调节件的信号强度对温度调节件产生的热量进行调节。

再者，通过改变温度调节件所产生的热量调节温度调节件传递至激光发射器内激光器芯片的温度。

具体地，在激光器芯片的温度低于预设温度值时，增大流经温度调节件的电流信号强度或增大温度调节件两端的电压信号强度，以增大温度调节件所产生的热量，从而通过温度调节件的热量传递至激光器芯片，提高激光器芯片的温度。当然，在激光器芯片的温度接近或超过预设温度值时，可关闭或减小流经温度调节件的电流信号强度或减小温度调节件两端的电压信号强度，以关闭或减小温度调节件所产生的热量，以使激光器芯片的温度逐渐下降，以达到预设温度值。其中，预设温度值可以45～65℃中的任一温度值。当然，对于不同产品，设计结构可能不同，不同产品对应的预设温度值也可能不同，预设温度值的取值范围视具体产品而定，不限于本实用新型实施例所限定的范围。

由此可见，本实用新型实施例的激光发射器调节电路通过改变具有单向导电性的温度调节件302信号强度对传递至激光器芯片10的工作温度进行调节，与现有技术中通过热电制冷器tec对激光发射器内的环境温度进行控制的方案相比，本实用新型实施例的激光发射器调节电路30通过利用温度调节件302在其工作中所产生的固有的电的热量对激光器芯片进行直接且单向地加热，能够有效地降低非必要电能的损耗，以满足光纤传输系统对光模块的功耗比较小的要求。

同时，由于现有技术中通过热电制冷器tec实现温度控制的方式较为复杂，在热电制冷器tec工作时需要使用专用的芯片对tec进行控制，由此无疑增加了对激光器芯片10温度进行控制的成本，且增加了整体设备的成本以及tec的物料成本，因此本实用新型实施例的激光发射器调节电路30能够有效降低对激光器芯片进行控温的成本，以满足光纤传输系统对光模块的成本比较低的要求。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。