用于光发射器系统的提高效率的加热激光器封装的制作方法
【技术领域】
[0001]本揭露关于光发射器，尤其是一种具有提高效率的加热激光器封装，用于提供热控制的多信道光发射次组件(transmitter optical subassembly;T0SA)中。
【背景技术】
[0002]光通讯网络一度通常是“点对点”类型的网络，包括通过光纤连接的发射器和接收器。这种网络相对容易构造，但配备许多光纤来连接多个用户。随着与此网络连接的用户数目增加以及光纤数迅速增加，配备和管理许多光纤则变得复杂且昂贵。
[0003]通过使用从网络的发送端例如光线路终端(Optical Line Terminal，0LT)到远达20公里或以上的远程分支点的单个“主干(trunk)”光纤，无源光网络(Passive OpticalNetWOrk，P0N)解决了这个问题。开发这种无源光网络的一个挑战是有效利用主干光纤的容量，从而在主干光纤上传送最大可能量的信息。使用波分复用(Wavelength Divis1nMultiplexing，WDM)在不同波长上将不同的光信号多路复用，光纤通讯网络可增加在单个光纤上载送的信息量。举例来说，波分复用型的无源光网络(WDM-PON)中，单个主干光纤将多信道波长的光信号载送至光分支点，以及载送来自光分支点的多信道波长的光信号。通过引导到个体用户或者来自个体用户的不同波长的信号，分支点提供简单的路由功能。在这种情况下，每个用户被分配在其上发送和/或接收数据的一个或多个信道波长。
[0004]为了在多信道波长上发送与接收光信号，波分复用型的无源光网络中的光线路终端包括多信道光发射次模块和多信道光接收次模块(Receiver Optical Subassembly,ROSA)。光发射次模块的一个例子包括光親合于阵列波导光栅(Arrayed WaveguideGrating，AWG)的激光器的阵列，以组合多信道波长的多个光信号。为了提供不同的信道波长，多信道光发射次模块中使用可调谐激光器，以及可调谐激光器发出的波长随着温度的变化而变化。波分复用型无源光网络中，所期望的波长准确度或精度往往取决于信道波长的数量和间距，并且可通过控制温度而在光发射次模块中被控制。举例来说，在100G的密集波分复用(DffDM)系统中，温度需要控制在± 0.5°C以内以保持± 0.5纳米的波长精度，以及温度范围需要大于4°C以提供期望的激光二极管的波长产量。
[0005]这种光线路终端收发器组件的一个挑战是，在相对小的空间中并且利用相对低的功耗对激光器的阵列提供充分温度控制。激光器阵列中控制个体激光二极管的温度的一种方式是针对各个激光二极管的每一个使用单独的温控装置，例如热电致冷器(TEC)和温度监测器(例如，热敏电阻)，以在监测温度的基础上针对每一激光器提供闭环的温度控制。举例来说，为了支持光发射次模块中的16个信道，将需要16个热电致冷器、16个热敏电阻、用于热敏电阻的32个端口，以及用于控制这些元件的每一个的电路。这种闭环系统需要更复杂的电路设计和更高的成本，不适合用于较小外形因数的光线路终端收发器组件内。用于热调谐激光器的加热和温度控制的另一挑战是在光线路终端组件的功率预算内操作。
【发明内容】
【附图说明】
[0006]通过阅读以下【具体实施方式】以及结合图式，将更好地理解这些和其它特征和优点，其中:
[0007]图1为符合本揭露实施例的包括至少一个多信道光收发器的波分复用无源光网络的功能方块图。
[0008]图2为符合本揭露实施例的包括温控多信道光发射次模块的多信道光收发器的分解示意图。
[0009]图3为图2所示的多信道光收发器内部的俯视示意图。
[0010]图4为温控多信道光发射次模块的一个实施例的端部透视图。
[0011 ]图5为图4所示的温控多信道光发射次模块的侧面透视图。
[0012]图6为用于温控多信道光发射次模块中的加热激光器封装的一个实施例的俯视示意图。
[0013]图7为符合本揭露实施例的温控多信道光发射次模块的示意图。
[0014]图7A为温控多信道光发射次模块中每一激光器的波长随温度变化的图表。
[0015]图8为符合本揭露实施例的用于加热激光器封装的局部温度控制电路的方块图。
[0016]图9为符合本揭露的另一代表性实施例之操作流程图。
【具体实施方式】
[0017]符合本文所述实施例的加热激光器封装通常包括位于单个激光器封装中的激光二极管、加热电阻器和晶体管。加热电阻器和晶体管形成加热电路，且位于与激光二极管邻接的载体(submount)上。晶体管用以控制至加热电阻器的驱动电流，以及晶体管产生的任意额外容量有助于加热激光二极管，由此增加系统的热效率。
[0018]加热激光器封装用于温控多信道光发射次模块，光发射次模块可用于多信道光收发器中。温控多信道光发射次模块通常包括激光器阵列，其光耦合于光复用器以组合不同信道波长的多个光信号。光复用器例如为阵列波导光栅。通过对激光器阵列器建立整体温度，并且单独升高个体激光器的局部温度，激光器被热调谐至信道波长。温控装置例如与激光器阵列耦合的热电致冷器可提供整体温度。个体加热器例如与各个激光器相邻的电阻器和晶体管可提供局部温度。光收发器可用于波分复用型的光学系统中，例如波分复用型无源光网络中的光线路终端中。
[0019]本文所使用的“激光器封装”指与其他部件例如载体、监测器光二极管、热屏蔽件和/或光学器件封装的激光二极管。本文所使用的术语“信道波长”指与光信道相关的波长，以及包括中心波长周边的特定波段。一个例子中，信道波长可以由国际电信联盟(Internat1nal Telecommunicat1n Un1n，ITU)标准例如国际电信联盟远程通信标准化组织的密集波分复用(dense wavelength divis1n multiplexing grid;DWDM)网格定义。本文所使用的术语“调谐至信道波长”指调整激光器输出，这样发射的激光包括此信道波长。本文使用的术语“耦合”指任何连接、耦合、链接等，以及“光耦合”指耦合这样从一个元件发出的光线被给予另一元件。这种“耦合”装置并非必须彼此直接连接，以及可通过操纵或修改这种信号的中间部件或装置被分离。本文使用的术语“热耦合”指两个部件之间的直接或间接连接或接触，而导致热量从一个部件被传导到另一部件。本文使用的术语“热隔离”指使得来自外界的热能避免被传导至被隔离的部件的一种配置。举个例子，热隔离的多信道光发射次模块中，避免光发射次模块外部的热量被传导至光发射次模块中的一或多个部件。本文使用的术语“热屏蔽”指避免热量通过对流或辐射被传递至被屏蔽的部件的一种配置。热隔离和热屏蔽并非需要避免传导或传递所有热量的一种配置。
[0020]请参照图1，图中表示且描述了符合本揭露实施例之波分复用型无源光网络100，包括一或多个多信道光收发器102a和102b。波分复用型无源光网络100使用波分复用系统提供一种点对多点的光网络架构。依照波分复用型无源光网络100的一个实施例，至少一个光线路终端110经由光纤、波导和/或路径114、115-1至115-n耦合于多个光网络终端(ONTs)或光网络单元(0NUs)112-l至112-n。虽然图示的实施例中，光线路终端110包括两个多信道光收发器102a和102b，但是光线路终端110可包括一或多个多信道光收发器。
[0021]光线路终端110可位于波分复用型无源光网络100的中心局(Central Office)，以及光网络单元112-1至112-n可位于家庭、商业或其他类型的用户位置或经营场所。分支点113(例如，远程节点)将主干光路径114耦合于分离的光学路径115-1至115-n，以耦合于各个用户位置的光网络单元112-1至112-n。分支点113包括一或多个无源耦合装置，例如光分路器(splitter)或是光复用器/解复用器。在一个例子中，光网络单元112-1至112-n位于距离光线路终端110约20公里或不足20公里的位置。
[0022]波分复用型无源光网络100还可包括额外的节点或网络装置，例如以太网无源光网络(ΕΡ0Ν)或吉比特无源光网络(GP0N)节点或装置，其耦合于分支点113与不同位置或经营场所的光网络单元112-1至112-n之间。波分复用型无源光网络100的一种应用是提供光纤到屋(Fiber To The Home，FTTH)或者光纤入户(Fiber To The Premises，FTTP)，能够透过通用平台传递音频、数据和/或视频服务。在这种应用中，中心局可耦合于提供这些音频、数据和/或视频的一或多个源或网络。
[0023]在波分复用型无源光网络100当中，不同的光网络单元112-1至112-n可以被分配不同的信道波长以用于发送或接收光信号。一个实施例中，波分复用型无源光网络100利用不同波段传输相对光线路终端110的下行(downstream)和上行(upstream)光信号，以避免同一光纤上的接收信号与背面反射传输信号之间的干扰。举个例子，L波段(例如，约1565至1625纳米)可用于来自光线路终端110的下行传输，以及C波段(约1530至1565纳米)可用于到光线路终端110的上行传输。上行和/或下行信道波长通常符合国际电信联盟网格(ITUgrid)。在一个例子中，上行波长被分配10GHz的国际电信联盟网格，以及下行波长相对10GHz国际电信联盟网格略有偏移。
[0024]由此，光网络单元112-1至112-n可在L波段内和C波段内被分配不同的信道波长。位于光网络单元112-