专利名称：具有陶瓷馈通头部组件的发射器光学子组件中的激光监视和控制的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及光电系统和器件。更具体地，本发明的实施例涉及用于光学收发器模块中的晶体管头部组件，其中该头部组件包括为了最优性能而用来监视和调节收发器的激光器件的各种特征。
背景技术：
光纤部件和光电子器件已成为现代连网电路中的重要部件。光纤电路的使用允许在网络系统中的多个部件之间的有效、精确和快速的数据传输。
对于大多数任何系统的设计，在实施光纤系统时常常必须做出工程设计上的权衡。例如，部件的尺寸和模块性常常必须相对于附加空间的需求而平衡以容纳热耗散和电路监视部件。尽管使部件的尺寸最小是理想的，但是一些配置由于它们的固有特性而预先限制了这个最小化。例如，先前在具有长距离传输和/或密集波分复用(DWDM)所需的特性的光纤系统中使用的许多激光器生成了不能由一些较小的封装尺寸所耗散的热量。进而，较小的封装尺寸具有有限的可用于安装和连接诸如热敏电阻、监视器光电二极管、热电冷却器或阻抗匹配电路的附加部件的空间量。
关于较小的封装尺寸，在光纤系统中理想的是使用模块化的部件以便可以在紧凑的区域中并且利用尽可能少的昂贵定制来创建系统。例如，许多光纤系统能够使用模块化的收发器模块。该模块化的收发器模块包括输入接收器光学子组件(ROSA)和输出发射器光学子组件(TOSA)。ROSA包括用于检测光信号的光电二极管以及用于将所述光信号转换为与其它网络部件兼容的数字信号的感测电路。TOSA包括用于发射光信号的激光器以及用于根据输入数字数据信号来调节激光器的控制电路。TOSA具有用于将来自TOSA的激光器的光信号聚焦到光纤的光学透镜。另外，所述收发器模块包括用于将TOSA和ROSA与光纤网络中的其它部件光连接的可插入插口。
收发器模块常常包括电子连接器，用于连接到收发器模块工作所利用的计算机或通信装置(“主机系统”)的电部件。收发器以及光纤系统中的其它部件的设计是基于标准的，使得可以连接部件而没有显著的定制。
当前正开发的一个具体的可插入标准是10千兆比特小形状因子可插入(XFP)标准。此标准限定了诸如尺寸、功率消耗、连接器配置等的各种特征。对于功率消耗，XFP标准引用了1.5W、2.5W和3.5W三个功率消耗水平。当设计工作在XFP标准内的器件时，必须注意选择了什么部件以及怎样配置它们以不超出额定功率消耗。这些器件受半导体物理的原理所约束而优选地在特定温度范围内工作。模块功率耗散和封装尺寸和材料唯一地确定针对给定周围条件的模块工作温度，诸如周围温度、气流等。所得到的模块工作温度确定了可成功地在封装内工作的光学和电子部件的类型。一个这样的封装公知为晶体管外形头部(transistor outline header)，换而言之，公知为TO罩壳或TO。
晶体管外形头部广泛用于光电子学领域，且可以在多种应用中采用。作为一个实例，晶体管头部有时用来保护敏感电器件，并用来将这样的器件电连接到诸如印刷电路板(“PCB”)的部件。
至于它们的构造，晶体管头部常常由圆柱形的金属基体构成，许多传导引线完全地延伸通过且一般垂直于该基体。对于金属基体，常常将基体的尺寸定为符合特定的TO标准尺寸和引线配置，其实例包括TO-5或TO-46。所述引线密闭地密封在基体中以便为包含于TO封装中的部件提供机械的和环境的保护，以及将传导引线与基体的金属材料电隔离。典型地，传导引线中的一个是可以直接电连接到基体的地引线。
各种类型的器件安装在头部的基体的一侧上并连接到引线。通常，帽用来包围安装有这样的器件的基体侧，以形成有助于防止对所述器件的污染或损坏的室。帽和头部的特定特征通常与应用和安装在头部的基体上的具体器件有关。举例来说，在光学器件需要安装在头部的应用中，所述帽为至少部分透明以允许由光学器件产生的光信号从TO封装发射。这些光学TO封装也公知为窗罩壳(window can)。
尽管晶体管头部已被证明是有用的，但是典型的配置仍然造成了各种没有解决的问题。一些这样的问题具体涉及传导引线在头部基体中的物理配置和布置。作为一个实例，各种因素组合而损害精确控制玻璃/金属馈通(feedthrough)、即传导引线和头部基体材料之间的物理接合的电阻抗的能力。一个这样的因素是对于将采用的传导引线的直径，存在相对有限数目的可用选择。此外，在这些配置中典型采用的密封玻璃的介电值的范围是相对小的。而且，对于传导引线的布置，在一些例子中已证明控制引线相对于头部基体中的通孔的位置是相对困难的。
本领域中的其它问题涉及那些复杂的需要许多隔离的电连接来适当地起作用的电和电子器件。典型地，诸如这样的器件及其子部件的尺寸和形状的属性受到器件中的各种形状因子、其它尺度要求和空间限制的强烈约束。与这样的形状因子、尺度要求和空间限制相一致，典型的头部的直径是相对小的，且对应地，可布置于头部基体中的引线的数目，有时称为输入/输出(“I/O”)密度，也是相对小的。
因此，尽管可以将头部基体的直径并因此将I/O密度增加到保证与关联器件的电连接要求相一致所必要的程度，但是与将在其中采用晶体管头部的器件相关联的形状因子、尺度要求和空间限制即使不完全阻止，也强烈地限制了基体直径的增加。
与前述相关，许多晶体管头部的另一个限制性方面涉及头部上可用的相对有限的物理空间。具体而言，头部基体上的相对小量的空间强加了对可在其上安装的部件数目的实际限制。为了克服此限制，期望使用的一些或所有任何附加部件必须改为安装在印刷电路板上，与包含于晶体管头部内的激光器或其它器件相距某个距离。然而，这样的设置不是没有它们的缺点，因为晶体管头部中的有源器件，如激光器和集成电路的性能在某种程度上依赖于相关电和电子部件的物理接近。通过将激光器和集成电路与阻抗匹配所需的附加部件之间的距离最小化，这样的部件之间的固有传输线得以最小化。就此而言，以紧密的物理接近来放置部件减小了反射传输线损耗。
除了上述之外，当期望将某些功能添加到晶体管头部时，面临进一步的挑战。具体而言，监视和/或修改由TOSA的激光器件产生和发射的光信号的特性是有益的。例如，在光学收发器模块的工作期间，随着激光器在TOSA中变热，由激光器件输出的光信号可以随时间改变功率和/或波长。如果在收发器工作期间主动监视这些激光参数，则可以对激光器件进行调节以保证其适当的工作。
对诸如功率和输出波长的激光器件参数的监视典型地使用一个或多个监视光电二极管(“MPD”)来实现。在激光功率监视的情形下，常常使用单个MPD，而波长监视典型地需要协同工作的两个MPD。在任一情况下，理想的是将所述一个或多个MPD与激光器件紧密靠近而设置在晶体管头部组件中，使得由激光器件产生的激光可以由MPD接收。然而，如已经说明的，晶体管头部组件中的光电子器件的位置需要附加的电互连穿过头部组件，这在必须遵守规定的尺度形状因子的公知头部组件设计中是不可能的。因此，在晶体管头部组件中使用一个或多个MPD可能受到限制或完全阻止。
按照上述讨论，需要克服上述挑战的用在光学收发器模块中的晶体管头部设计。具体而言，需要一种使得相对较大数目的互连能够建立于头部内部和位于头部之外的器件之间的晶体管头部。这样的解决方案还应该能够在晶体管头部中应用诸如一个或多个监视光电二极管的监视器件以优化其中设置有诸如激光器件的光电子部件的工作。
发明内容
根据本领域中的上述和其它需要，已制作了本发明。简要地概括，本发明的实施例指向晶体管头部组件，该组件包括用来增强位于头部组件中的诸如激光器的多种光电子器件的可靠性和性能的各种特征。具体而言，当前优选的实施例包括头部组件，该组件能够使一个或多个诸如监视光电二极管的监视器件组合在其中，以优化激光器的工作。这是在将头部组件的尺寸保持在预定形状因子限制内的同时实现的。
在本发明的一个说明性的实施例中，公开了具有延伸通过头部基体的平台的晶体管头部。该平台包括多个堆叠的层，其中每个层限定了延伸通过头部基体的多个指定传导途径以将布置在头部以内的平台部分上的光电子器件与布置在头部外的其它部件互连。平台的多层设计不仅允许可用于在头部中使用的互连的数目的相对增加，还允许将传导途径与头部组件的其它部分电隔离以使它们能从其外部部分通到其内部部分。
多层平台进一步使得专门部件能够被放置在头部组件中以加强其工作。例如，这样的部件包括EML激光器件配置和热电冷却器。特别地，在一个当前的优选实施例中，多层平台提供了一个或多个监视光电二极管在头部组件中的放置以监视激光器件的工作。可以由所述监视光电二极管监视和/或控制的激光器参数包括由激光器发射的光信号的功率和波长。
为监视激光功率，在头部组件中，单个监视光电二极管(“MPD”)设置在基座上，该基座可操作地附着到多层平台。MPD紧密靠近诸如分布反馈激光器的激光器而放置，该激光器也位于基座上。来自激光器的光的反向发射由MPD接收，然后MPD确定激光器输出的功率。然后可以基于MPD的测量对激光器进行调节以优化激光器的工作。
为监视激光波长，两个MPD(其一起作为波长锁定器工作)设置紧密靠近激光器的基座上。来自激光器的光的反向发射由两个MPD接收，其中的一个包括依赖于波长的滤光器。每个MPD根据其接收的激光产生测量信号，滤光的MPD的测量信号的强度根据从激光器接收的光的波长而变化。由相应的MPD产生的两个测量信号的比率比较得到由激光器产生的光信号的波长。以此方式，可以确定并执行对激光器的光信号输出的任何所需修改以优化信号质量。
在上述两个情形(即单或双MPD)中的任何一个中，需要通过头部组件的多个电互连以提供MPD的必要的电连接性。根据本发明，按照如这里公开的多层平台设计，容易提供这些互连，所述设计提供了头部组件的外部和内部部分之间的多个互连而不损害头部组件的尺寸限制。这最终导致增强的性能，不仅对于头部组件和布置在其中的光电子部件，而且对于包含头部组件的光学子组件和作为整体的光学收发器。可替换地，头部组件可以用于其它电子封装配置，如发射器、接收器和转发器等等。
本发明的这些和其它特征从下面的描述和所附的权利要求中将变得更为明显，或可以通过如以下所阐明的本发明的实践而习知。
为了进一步地阐明本发明的上述和其它优点和特征，将通过参考在附图中图示的其特定的实施例来进行对本发明的更具体的描述。应当理解，这些图只描述了本发明的典型的实施例并因此不被认为是对其范围的限制。将通过使用附图利用附加的特征和细节来描述和说明本发明，在附图中图1A为图示了头部组件的一个示例性实施例的器件侧的各个方面的透视图；图1B为图示了头部组件的一个示例性实施例的连接器侧的各个方面的透视图；图2A为图示了头部组件的一个可替换实施例的器件侧的各个方面的透视图；图2B为图示了头部组件的一个可替换实施例的连接器侧的各个方面的透视图；图3A为图示了头部组件的另一个可替换实施例的器件侧的各个方面的透视图；
图3B为图示了头部组件的另一个可替换实施例的连接器侧的各个方面的透视图；图4为具有根据本发明的另一个实施例配置的头部组件的发射器光学子组件的透视图；图5A为包括如图4所示的发射器光学子组件的部分的头部组件的透视图；图5B为图5A的头部组件的侧视图；图6A为移除了圆形基体的图5A的头部组件的透视图；图6B为图6A的头部组件的顶视图；图7为图5A的头部组件的多层平台的一个层的顶视图；图8为图5A的头部组件的多层平台的另一个层的顶视图；图9为根据本发明一个实施例的包括发射器光学子组件的部分的头部组件和对应基座的透视图；图10为图9的头部组件和基座的侧视图；图11为图10的头部组件的一部分的特写视图，示出根据本发明一个实施例的位于基座上的多个光电子部件；图12为根据本发明另一个实施例的包括发射器光学子组件的部分的头部组件和对应基座的透视图；以及图13为图12的基座的一部分的特写视图，示出了某些光电子部件的各种特征。
具体实施例方式
现在将对图进行参考，其中类似的结构将被提供类似的参考标示。应当理解附图是对本发明的当前优选实施例的图解和示意性表示，且不是对本发明的限制，也不必要按比例绘制。
图1-13描述了本发明的实施例的各种特征，其总体上指向改进的头部组件，该头部组件允许在其中布置的部件的增强的功能性。具体而言，本发明的各种实施例公开了一种多层馈通结构，该结构与用于小形状因子光学收发器模块中的头部组件集成。所述馈通的多层配置实现了可放置于头部组件中的电子光学部件的数目和类型两者的显著扩展。实际上，在当前优选实施例中，一个或多个监视光电二极管位于头部组件中以监视激光器件的各种参数。监视光电二极管和激光器件两者都位于部件基座上，该基座又电连接到多层平台。由于由多层平台提供的相对高数目的电互连，方便了将一个或多个光电二极管包括在头部组件中以与激光器件一起工作。这又导致收发器设计中的增强的灵活性以及其改进的控制。
具体而言，可以安装监视光电二极管以便检测到发射自激光器的背面的光。通过使用发射自背面的光，监视光电二极管可以监视激光的功率。
相似地，波长锁定器(在一个实施例中包括多个监视光电二极管)可以使用发射自背面的光来监视激光的波长和/或功率。所述馈通的多层配置提供了足够的电互连以允许将监视光电二极管或其它器件位于激光器附近。
在一个实施例中，本发明的头部组件配置为用于遵守XFP标准的光学收发器模块中。在提交本专利申请的时候，XFP标准为XFP采纳修订版3.1，由10千兆比特小形状因子可插入(XFP)多源协议(MSA)组发布。此XFP采纳修订版3.1文档通过引用结合于此。如这里所使用的，术语“XFP标准”和“XFP多源协议”指的是采纳修订版3.1。这些术语还指任何后续草案或最终协议，使得任何这样的后续草案或最终协议与采纳修订版3.1兼容。
1.头部组件首先合起来参考图1A和图1B，其图示了以200概括标示的头部组件的一个当前优选实施例的透视图。在图示的实例中，头部组件200包括基本圆柱形的金属基体10。基体10包括两个法兰90，用于将头部200可释放地固定到较高级的光机械组件上的插口(未示出)。基体可由合金42形成，其为铁镍合金，以及冷轧钢、Vacon VCF-25合金、科伐合金或其它适用的材料。基体10还包括如所示垂直延伸通过基体的陶瓷平台70。该陶瓷平台密闭地密封到基体以便为包含于TO封装中的部件提供机械和环境保护。陶瓷材料可以包括但不限于氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)。
基体10和平台70之间的密闭密封通过电绝缘的玻璃到金属密封来建立。可替换地，平台70可以结合两个附加的陶瓷外层以电隔离最外的导体。在此第二情形下，金属钎焊料(braze)或焊料可用来将平台70密闭地密封到金属基体。此解决方案克服了玻璃的主要缺点，即它们的低强度、脆性和低热导率。
平台70构造成在基体的任一侧上容纳多个电部件50和100，以及有源器件60。在图示的实施例中，有源器件60包括半导体激光器，并且部件50和100可包括用来平衡激光器的驱动阻抗与部件阻抗的电阻器、电容器和电感器。如下面所更详细讨论的，阻抗匹配电路还可以通过在平台70上蚀刻具有各种电容、电感或电阻特性的电轨迹来创建。除了匹配之外，部件还可以具有诸如测量温度、感测激光器的光功率或波长等的周边功能。由于将半导体激光器垂直于基体10而精确放置是重要的，因此将平台70垂直于基体10而精确放置。
在有源器件60包括半导体激光器的情况下，有源器件60相对于基体10的位置的小偏差可引起所发射的激光束的方向的大偏差。平台和基体之间的精确垂直性可通过在基体材料中结合竖直支座特征来实现，如图1A所示。在如图1A所示的实施例中，竖直支座容纳了光电二极管30。这样的特征可以直接用基体机加工、冲压或金属注模而成，由此提供用于与平台配合的稳定和几何精确的表面。
平台70进一步包括多个电隔离的传导途径110，传导途径110延伸贯穿平台70并因此通过基体10。传导途径110提供位于平台70各处的电器件或部件之间必要的电连接。传导途径11O在不包括半导体激光器60的基体的那一侧形成连接器，该侧在这里也称为基体的“连接器侧”。结合以上所述，注意有源器件60所处的基体的一侧在一些实例中可以在这里称为基体的“器件侧”。
由传导途径110形成的连接器用来直接(例如通过焊接连接)或者间接通过诸如挠性印刷电路的中间器件将头部组件200电连接到诸如印刷电路板的第二电子组件。半导体激光器60经由传导途径110电连接到电部件50和100。
平台70还可以包括多个层，其中每个层可以具有传导层，该传导层具有各种传导途径110。以此方式，可以构造许多传导途径110以与布置在平台70上的各种部件一起使用。通常，这些层彼此电隔离，然而不同层上的各种传导途径110可以通过如印刷电路板领域中公知的通路来连接。
此外，传导途径110可以成形和放置为使它们具有受控制的电容、电感或电阻效应以建立诸如微带或带状线(cpw等)的波导。例如，已知关于用于制造传导途径110的材料和平台70的各个层的材料的某些特性，可通过适当地配置传导途径110来构造无源电器件。以此方式，可以建立具有公知特性的传输线以与附着到平台70的有源器件60一起使用。如上面所提及的，通过将连接到有源器件60的传输线的特性与有源器件60的负载阻抗相匹配，可以减小或在许多情形下消除引起传输错误和较低功率输出的电反射。
通过从传导轨迹110在平台70上构造匹配有源器件60的阻抗的传输线，消除了添加附加分立匹配部件的需求，常常导致较好的总体电路性能。实际上，先前由于缺乏足够的匹配电路，包括晶体管头部的应用被限制到10Gb/s。随着使用构造于平台70上的传输线的改进，可以实现高达40Gb/s或更高的应用。
尽管前面的描述已根据激光器讨论了有源器件60，但是应当注意传输线还可以形成为使用于其它半导体器件的匹配电路得以构造。例如，传输线可以用来直接连接到激光器，如在DFB激光器的情况下。可替换地，传输线可以用来连接到EA调制器，例如，如在结合DFB激光器和EA调制器的EML的情况下。如这里所讨论的，阻抗匹配传输线的阻抗值依赖于附着到平台70的有源器件的负载阻抗。
外部部件尽管仍有用但对于阻抗匹配不是理想的，因为它们常常表示必须由驱动电子部件的电源来驱动的附加负载，如当电阻器用来匹配有源器件60的负载阻抗时。另外，尽管外部部件可以合理地靠近有源器件60而放置，但是在外部部件和有源器件60之间总是存在某个小的距离，起到未匹配的传输线的作用。
高级陶瓷材料的使用允许头部组件200实现封装内的器件和热最终传递到的外部世界之间的基本上较低的热阻，所述材料的实例包括氮化铝和氧化铍。如在下面的本发明可替换实施例的上下文中更详细地讨论的，诸如热电冷却器(“TEC”)，热管或金属散热器的冷却器件可直接安装在平台上，由此在平台上的温度敏感器件和位于热组件外的热沉之间提供了很短的热路径。
如图1A和1B所进一步示出的，头部组件200另外包括延伸通过并伸出基体10的两侧的两个传导引线40。传导引线40密闭地密封到基体10以对传导引线40和基体10之间、包含于TO封装中的部件提供机械和环境保护。传导引线40和基体10之间的密闭密封通过例如玻璃或在本领域中公知的其它可比的密闭绝缘材料来建立。传导引线40还可用来电连接位于基体的相对侧上的器件和/或部件。
至少在图示的实施例中，传导引线40从不包含半导体激光器60的基体10的一侧伸出，使得允许头部组件200与位于例如印刷电路板上的特定头部插口的电连接。重要的是，注意传导途径110和传导引线40执行相同的功能并且潜在传导途径110的数目远大于传导引线40的潜在数目。可替换的实施例可以结合比图示的实施例中所示出的更多的传导途径110。
平台70进一步包括阶梯和凹陷区域，其允许以与陶瓷上的金属垫齐平的各种厚度来安装器件。这允许使用具有改进的电性能和特性的最短的电互连，例如线接合。这还通过例如将安装在平台上的激光器的有源区与封装的光轴对准来提供光学上的有益之处。
光电二极管30用来检测半导体激光器60的信号强度并将此信息转交回半导体激光器60的控制电路。在图示的实施例中，光电二极管可直接连接到传导引线40。可替换地，光电二极管可直接安装到与激光器相同的平台上、相对于光发射区域的凹陷位置。此凹陷位置允许光电二极管捕获由激光器发射的光的一小部分，由此允许光电二极管执行相同的监视功能。
此监视光电二极管的配置允许消除对传导引线40的需求，并有助于诸如线接合的到平台70的传导途径110的简化电连接。在一个可替换的实施例中，光电二极管的光采集可以通过如下来增加将诸如镜面的用于聚焦或重定向光的光学元件放置在基体上，或直接成形和/或涂覆基体金属以将附加的光聚焦到光电二极管上。
如图1A所进一步示出的，基体10包括突出部分45，该部分配置为可释放地将帽(未示出)放置或设置在基体10的一侧上。帽可放置于包含半导体激光器60的基体10的一侧上，目的是保护半导体激光器60免受潜在的破坏性的粒子。对于图示的实施例，透明的帽是优选的，以便允许激光逸出帽和基体10之间的区域。
接着参考图2A和2B，其图示了以300概括标示的头部组件的一个可替换实施例的透视图。此可替换的实施例示出了水平地安装在与头部组件300的基体310垂直地交叉的平台370上的光学接收器360。该光学接收器可以是光电检测器或任何其它能够接收光信号的器件。光学接收器360平地安装在平台370上且检测通过背对基体310的一侧的光信号。这种类型的光学接收器有时称为“边缘检测”检测器。参考图1A和1B更详细地描述了基体310和平台370。平台370包含在基体的任一侧、用于操作光学接收器360的电部件350、400。平台370还包括用于电连接基体310的任一侧上的器件或部件的传导途径410。此头部组件的实施例不包含传导引线且因此经由传导途径410进行所有电连接。
接着参考图3A和3B，其示出了以500概括标示的头部组件的另一个可替换实施例的透视图。此可替换的实施例还示出了垂直地安装在基体510上的光学接收器530。该光学接收器可以是光电检测器或任何其它能够接收光信号的器件。这是检测来自器件顶部的光信号的光学接收器530。参考图1A和1B更详细地描述了基体510和平台570。平台570包含在基体的任一侧、用于操作光学接收器530的电部件550、600。平台570还包括用于电连接基体510的任一侧上的器件或部件的传导途径510。此头部组件的实施例不包含传导引线且因此经由传导途径410进行所有电连接。
在本发明的其它实施例中，光学接收器360或光学接收器530为雪崩光电二极管(APD)。通常，APD表示对光学接收器的良好选择，因为它们具有良好的噪声和增益特性。特别地，APD的宽增益带宽积允许设计的更加多样性，使得可以减少噪声并增加传输距离。和这里所公开的发射器设计不同，这些接收器常常包括紧邻接收器pin二极管或APD安装的有源半导体集成电路，通常以跨阻放大器(TIA)或具有限制放大器的TIA(TIALA)的形式。
2.多层陶瓷馈通结构现在参考图4，描述了发射器光学子组件(“TOSA”)3000的各个细节。如图4所示的TOSA 3000配置用于光学收发器模块(未示出)，该光学收发器模块能够产生用于经由诸如光纤线缆的适当波导传输的经调制的光信号。如已讨论的，这样的光信号用在例如用于高速数据传输的光通信网络中。
TOSA 3000通常包括多个部件，包括透镜组件3004、隔离器3006、外壳3008和插口3010。这些部件合作来容纳和调节在TOSA 3000中产生的光信号以便经由附着到插口3010的连接器化的光纤线缆(未示出)而发射。下面是这些部件中的若干的简短描述。
准直透镜组件3004光耦合到激光二极管3034。准直透镜组件3004可以是适于聚焦来自激光器3034的光以便光可以在光纤网络中进一步传播的任何适用的透镜组合。在接收器应用中，当使用光电二极管时，准直透镜组件2104适于将来自光纤网络的光聚焦到光电二极管上。
隔离器3006适于阻止光后反射到激光二极管3034中。当光从具有第一折射率的介质行进到具有不同的第二折射率的介质中时，通常引起后反射。到激光器中的后反射看上去象与主腔不同的激光器的另一个腔，且使激光的振幅和波长不稳定。已发展了规定可接受的量的后反射的特定标准。例如，SONET规范需要接收器具有不大于-27dB的后反射比率。其它技术可用于接收器以减小光学回程损耗或后反射，包括多种折射率匹配和抗反射技术，如光纤短插针(fiber stub)、角度抛光光纤或短插针、抗反射涂层和玻璃板的组合。
插口3010光耦合到隔离器3006。该插口适于以可插入的方式耦合到其它光纤器件。在本发明的一个实施例中，TOSA 3000遵守XFP形状因子，且对应地，插口3010还配置为遵守XFP标准插口尺寸以便在XFP系统中实施，插口3010为LC光纤线缆插口。其它常用插口为SC和FC连接器。注意TOSA 3000可遵守诸如GBIC和SFP的其它形状因子尺寸，而仍然实现这里所描述的功能性。
TOSA 3000进一步包括头部组件，以3020概括标示，该头部组件提供用于TOSA 3000的多个功能。首先，头部组件3020支持其上放置有光电子器件的部件平台或基座。另外，头部组件3020包括起到互连作用的多层平台结构以使得能够将电信号传递到位于基座上的光电子部件以及从中传递电信号。(如这里所使用的，术语“电信号”意为包括至少电、静电和/或电磁信号。)此外，头部组件3020可以实现冷却和/或加热指定的TOSA部件以便优化位于部件平台上的部件的工作，以及总体的TOSA的工作。
根据本发明的实施例，形成头部组件的部分并且将在下面更详细地讨论的多层平台使得能够在头部组件中包括基本上加强TOSA的工作的指定光电子部件。事实上，在一个实施例中，将一个或多个光学接收器包括在头部组件中以监视和优化由TOSA中的激光器产生的光信号，由此改进光学收发器模块中的TOSA的工作。现在将关注头部组件和多层平台的某些方面，接着是对将其与光学接收器结合的讨论。
继续关注图4，现在参考图5A和5B，其分别示出了示例性头部组件3020的部分的透视和侧视图。如在这些图中所见的，头部组件3020通常包括若干部件，这些部件包括基体3022、帽3023(图4)、散热块3024和以3030概括标示的多层平台(“MLP”)。这些部件中的每个的细节，以及它们的相互关系在下面给出。
如图4、5A和5B所示，头部组件3020的基体3022包括盘部分3022A和圆周法兰3022B。盘部分3022A和法兰3022B可以密闭地彼此结合，或完整地形成为单一件。基体3022与机械地附着到法兰3022B的帽3023一起形成密闭围域(hermetic enclosure)3032，其中可以放置头部组件3020的各种部件，如激光器3034(图4)。光透射窗典型地包括在帽中以允许由位于密闭的围域3032中的激光器产生的光信号通过。如已描述的，这些部件在TOSA 3000的工作期间被直接地或间接地典型地使用以产生经调制的光信号，该光信号可从其中放置有TOSA的光学收发器模块(未示出)发射。如将看出的，基体3022的盘部分3022A优选地由科伐合金制成，科伐合金是一种具有理想热膨胀系数的金属材料，其便于MLP 3030密闭地附着到基体。当然，由此形成的基体3022、帽3023和密闭围域3032的具体尺寸、形状、配置和组成可以根据指定的应用而变化。例如，如果需要，在一个实施例中，基体3022的盘部分3022A可以由铜钨合金制成。
示出了MLP 3030延伸通过在基体3022的盘部分3022A中限定的孔。还示出了散热块3024延伸通过盘孔，相邻于MLP 3030。如在图5B中最好地看到的，正如其名称所暗示的，MLP 3030包括接合而形成MLP的多个堆叠的平台层3036。具体地，在图示的实施例中，MLP 3030包括三个平台层上绝缘层3040，中间层3050和下层3060。这些层3036以如图5A和5B所示的堆叠配置来设置且密闭地密封在一起。层3036还位于散热块3024的顶部，且在一个实施例中，密闭地附着到散热块3024。每个层进一步包括限定在各个层3036的表面上的多个电传导途径3062。可以看出，以此方式的传导途径的设置使得相对较大数目的输入/输出互连能够与头部组件3020连接。注意，尽管MLP 3030包括具有传导途径的多个堆叠层，但在其它实施例中，可以根据本发明采用单层平台来方便激光监视和控制。因此，如这里所讨论的多层MLP的描述不对本发明构成限制。
由于MLP 3030密闭地延伸通过基体3022，所以有用的是，将延伸到密闭围域3032(见图4)中的MLP部分限定为MLP的内部部分3064以及将远离密闭围域的外部上的基体而延伸的MLP部分限定为MLP的外部部分3066。这个外部部分/内部部分规则施加和扩展到MLP 3030的每个层3036。根据本发明的原理，且如将在下面讨论的，层3036的堆叠设置，与限定在其上的传导途径3062的指定配置一起，使得相对较大数目的电互连能够被引入到头部组件3020的密闭围域3032中。在下面进一步可以看出，这又理想地允许密闭围域3032中的光电子部件的加强的选择、放置和工作，由此呈现了相对于较不强健地配置的头部组件的优点。另外，实现了在头部组件中提供的增加数目的互连而不需要增加TOSA封装的尺寸。
MLP 3030的每个层3036优选地由绝缘材料形成。在图示的实施例中，每个层3036由诸如氧化铝或氮化铝的共烧陶瓷材料构成。尽管诸如硝酸铝、氧化铍或其它绝缘陶瓷和非陶瓷材料的其它材料也可以被可接受地采用。有关MLP 3030的每个层3036的结构和配置的进一步细节结合图7和8在下面给出。
现在参考图6A和6B，其描述了从头部组件3020的基体3022分离的MLP 3030的各种视图。在这些视图中，更清晰地示出了MLP 3030的每个层3036和传导途径3062的相对尺寸和相应的置位。如图示的，上绝缘层3040包括跨MLP 3030总宽度的相对短的陶瓷材料板。上绝缘层3040具有稍大于基体3022的盘部分3022A的厚度的宽度“w”。如将在下面更详细地说明的，此宽度足以使上层3040将位于中间层3050(放置在上层之下)的表面上的传导途径3062与基体3022电隔离，基体3022优选地由电传导金属形成。虽然如图所示相对于层3050和3060相对厚，上层3040可以根据对电隔离的需要和头部组件3020的空间需求而具有多个厚度中的一个。
如上面所提及的，基体3022-尤其盘部分3022A-可以由科伐合金、铜钨或拥有基本上类似于制成层3036的陶瓷的热膨胀系数的另一适用材料构成。热膨胀系数的类似性使得适用的密闭密封能够形成在基体3022和MLP 3030之间，由此保持了密闭围域3032的完整性。为了实现盘部分3022A中的孔和MLP 3030之间的粘附，金属化层，优选的是钨合金、钛或具有铜涂层的钛钨合金，形成在MLP 3030的外围的部分附近，如3068所指示的。金属化层3068使用标准沉积技术沉积在这些表面上并且对于使得基体材料能够粘附到MLP 3030是必要的。基体3022到MLP 3030的接合可以通过用铜银钎焊料钎焊或通过其它适用的方法完成以形成它们之间的密闭密封。
在图6A和6B中可以看出，上绝缘层3040覆在中间层3050的部分上以及位于其上的传导途径3062上。如所提及的，此设置使得上绝缘层3040能够防止基体3022的金属盘部分3022A直接接触中间层3050上的传导途径3062。因此，此配置使得中间层3050的传导途径3062能够从外部部分3066通到头部组件3020的内部部分3064而没有来自基体3022的电的或其它的干扰。上绝缘层3040的厚度足够大以便提供位于中间层3050的传导途径3062和基体3022之间的足够间距。此间距对防止由一些传导途径3062建立的电场的电短路是有益的，该电场包括存在于中间层3050的表面之上的场分量。不过应当理解，还可以应用具有与图6A和6B所示不同的形状、组成或配置的上绝缘层，同时仍满足如这里所描述的功能性。
还从图6B而明显的事实是，下层3050被确定尺寸以便相对于内部部分3064上的中间层3050的边缘更远地延伸一个小距离。这使得位于下层3060上的传导途径能够容易地连接到位于密闭围域3032中的诸如基座的部件平台。关于基座的进一步的细节结合图9-12在下面给出。
现在关注图7，图7描述了关于MLP 3030的中间层3050的各种细节。如所提及的，中间层3050，类似于包括MLP 3030的其它层，由陶瓷材料构成并且在其上设置了多个传导途径3062。当前实施例中的传导途径3062优选地通过使用图案技术沉积在各个层表面上，尽管也可以可接受地使用诸如薄膜沉积的其它途径形成实践。优选地，每个传导途径3062包括由诸如钨合金的一种或多种高温传导金属制造的迹线(trace)，然后该迹线优选地覆盖有金镀层。有利地，使用高温金属使得能够使用共烧技术来产生陶瓷。
这里注意MLP 3030的各个层3036上的传导途径3062的类型和放置两者被优选地精密配置以便优化MLP表面上的空间以及最大化所述途径和附着到途径的电光部件的性能。此外，在附图中示出的传导途径根据具体的头部组件设计而配置。因此，尽管将结合图7和8在下面描述的传导途径设计图示了一个可能的配置，其它配置也是可能的。
图7示出了包括多个传导途径3062或其部分的中间层3050的顶表面3050A。通常，三种类型的传导途径3062(或其部分)示出在顶表面3050A上高速传输线、通用信号线和地信号线。这些的每个在下面更详细地描述。
两个高速传输线3070在顶表面3050A上示出。在当前的实施例中，这些线用于将电信号从主机设备(未示出)传输到位于头部组件3020中的基座(见图9-12)上的电光部件(如调制器或直接调制DFB激光器)。就此而言，这些线被配置用于对这样的信号的高速传输。每个传输线3070从中间层顶表面3050A的外部部分3066上的端子端延伸到中间层顶表面的内部部分3064上的端子端。为了清晰起见，MLP 3030的内部和外部部分3064和3066在图7中标示，由叠加的虚线3072分离，其近似地对应于MLP 3030通过基体3022的通路的中心区域。(线3072还将MLP 3030的外部部分3066与内部部分3064近似地划分开。)中间层顶表面3050A上的传输线3070被配置用于电信号的最优传输，在此情形下，该电信号是由诸如图4中的激光器3034的激光器使用的电数据信号。根据结合本发明的前述实施例所讲授的原理，传输线3070在几何上成形为优化它们的传输特性并改进线本身和它们所连接的部件之间的阻抗匹配，该部件诸如激光器3034，其在此情形下以25欧姆的阻抗工作。用于阻抗匹配目的的每个传输线3070的成形可以参见图9，其中每个传输线3070的宽度在这样的点附近变窄，在该点所述传输线通过MLP3030通过基体3022的通路区域，该区域再次由虚线3072近似地指示。
依赖于期望的应用，高速传输线3070可以包括若干类型的传导迹线之一。在图示的实施例中，将传输线3070配置为中间层顶表面3050A上的微带迹线。就此而言，将结合图8在下面讨论的适当地平面直接放置在每个传输线3070之下，如将要讨论的。在另一个实施例中，高速传输线3070可以是共平面的迹线，其具有横向相邻于同一层表面上的迹线的地平面。除了这些实施例之外，还可以可接受地使用其它类型的高速迹线，包括槽线(slotline)和通用波导结构。
除了高速传输线3070之外，图7还示出了应用于当前实施例的MLP3030中的第二类型的传导途径。具体而言，通用信号线3080的部分在图9的中间层顶表面3050A上示出。通用信号线3080用来提供位于头部组件3020外的控制电路(诸如在位于光学收发器中的印刷电路板上，TOSA3000布置在该光学收发器中)和位于头部组件3020中的一个或多个部件之间的交互式控制。可以使用通用信号线3080来互连的头部组件3020中的部件包括但不限于热敏电阻、一些激光器(诸如在此申请的前面的小节中所讨论的EML激光器)和光学接收器，其包括监视光电二极管和波长锁定器，这将在下面讨论的。
具体而言，三个通用信号线3080在MLP 3030的当前实施例中示出，每个具有以放置在中间层顶表面3050A的外部部分3066的边缘处的接触垫3080A的形式的端子端。这些接触垫3080A被配置以与诸如挠性电路的适当配置的电接口电互连，以便例如与设置在头部组件3020外的部件电联系，如布置在收发器印刷电路板上的部件。
每个接触垫3080A经由限定通过中间层3050的传导通路(未示出)与位于MLP 3030的下层3060上的每个通用信号线3080的第二部分3080B互连。如这里所使用的，诸如那些刚才提及的传导通路可以包括例如限定通过MLP 3030的一个或多个层的导电镀通孔，或其它具有相同功能性的类似结构。如图8所示的涉及此第二通用信号线部分3080B的细节在下面进一步地给出。
还在中间层顶表面3050A上示出的是每个通用信号线3080的部分3080C。三个通用信号线部分3080C中的每个形成为中间层顶表面3050A上的传导迹线，并经由限定通过中间层3050的传导通路(未示出)与位于下层3060上的相应通用信号线部分3080B互连。每个通用信号线部分3080C终结于位于MLP 3030的内部部分3064上的中间层顶表面3050A的边缘上的接触垫3080D。然后每个接触垫3080D可以电连接到头部组件3020中的部件，如将要说明的。
第三类型的传导途径3062的部分也在图7中示出。具体而言，四个地信号线3090的部分在图7中的中间层顶表面3050A上示出。一般而言，地信号线3090负责向限定在各个MLP层上的传导途径提供必要的地平面，且具体而言，向上面描述的高速传输线3070的适当工作提供地平面。如图7所示，在一个指定的配置中，四个地信号线接触垫3090A示出在中间层顶表面3050A的外部部分3066上。如此放置，接触垫3090A可以与例如经由挠性电路提供的适当地信号源电对接以按需要向MLP 3030提供地信号。每个地信号线垫3090A以将在下面描述的方式与位于MLP 3030的下层3060上的两个地信号线部分中的一个电连接。
现在在描述涉及MLP 3030的下层3060的各种细节时，参考图8，在当前实施例中，所述下层直接放置在中间层3050之下。如所示的，类似于中间层，下层3060包括传导途径3062的若干部分。具体地，下层3060以顶表面3060A为特征，其上限定有传导途径部分。三个通用信号线部分3080B被示出限定在下层顶表面3060A上，起始于MLP 3030的外部部分3066并向其内部部分3064延伸。(再次为了清晰起见，MLP 3030的内部部分3064与外部部分3066的近似划分由虚线3072指示。)位于外部部分3066上的每个通用信号线部分3080B的端子端通过限定通过中间层的传导通路(未示出)竖直地对准于并电连接到位于中间层顶表面3050A上的相应接触垫3080A。类似地，向着内部部分3064而设置的每个通用信号线部分3080B的另一端子端竖直地对准于并电连接到位于中间层顶表面3050A上的线3072附近的通用信号线部分3080C的相应向内端子端。此电连接也是经由限定通过中间层的传导通路(未示出)来实现。
考虑上述内容，则多个完整的通用信号线传导途径由通用信号线部分3080A-3080D来限定。事实上，图7和8描述了限定在MLP 3030中的三个完整的通用信号线3080，其从MLP的外部部分3066延伸到其内部部分3064。由这些通用信号线3080中的每个限定的传导信号途径首先从接触垫3080A延伸通过限定通过中间层3050的传导通路到达信号线部分3080B的外部部分端子端。传导途径继续沿着每个信号线部分3080B到另一端子端，在该处传导途径经由传导通路通过中间层3050延伸通过而到达其顶表面3050A，以与最接近于每个相应信号线部分3080C的线3072的端子端互连。然后传导信号途径终结于接触垫3080D，接触垫3080D放置于中间层顶表面3050A的内部部分3064的边缘上的每个信号线部分3080C的相邻端子端。
MLP 3030中的通用信号线3080的多层配置通过释放用于设置附加互连的其上的空间(否则其将被通用信号线部分的较大部分占据)而最大化了中间层顶表面3050A的使用。这导致可放置在MLP 3030上的传导途径的数目的增加(即增加的互连密度)，这由增加了将在头部组件3020中应用的电子和光电子部件的数目或类型。
由每个通用信号线3080限定的传导信号途径实现了用于指定电子和/或光电子部件的电联系，如这里所描述。(对于传输线3070和地信号线3090遵循类似的过程，将在下面进一步地解释。)当电信号提供到中间层3050的外部部分3066上的接触垫3080A中的一个时(例如使用挠性电路)，其可以使用如刚才所描述的通用信号线的传导途径来无阻碍地行进通过MLP 3030而到达头部组件3020的密闭围域3032中的内部部分3064(图4)。从这里，电信号可以前进到布置在密闭围域3032中的各种指定电子或光电子部件中的任何一个。在一个实施例中，经由通用信号线3080接收电信号的一个或多个电子和/或光电子部件安装在基座(如图4中的基座3033)上，该基座至少间接地放置在散热块3034上以相邻于密闭围域3032中的MLP 3030的内部部分3064。线接合、楔-楔接合、带(ribbon)接合、基座迹线和/或其它适当的互连可用来将基座上的电子和/或光电子部件与中间层顶表面3050A上的一个或多个通用信号线接触垫3080D电连接。以此方式，位于头部组件3020的密闭围域3032中的部件和头部组件3020外部的器件之间的电联系可经由通用信号线3080实现。
这里注意用于上述实例的基座可与MLP 3030一体形成，或可包括单独的部件。如果将基座配置为单独的部件，则将头部组件3020中的一个基座更换为另一个基座是可能的，从而为TOSA封装添加了模块性。
图8还示出了涉及地信号线3090的部分的各种细节。具体地，两个地信号线部分3090B位于下层顶表面3060A上且通过传导通路(未示出)或其它适当的互连与位于中间层顶表面3050A上的地信号接触垫3090A电互连。地信号线部分3090B占据下层顶表面3060A的基本部分且在图示的实施例中被对准以直接放置在高速传输线3070之下。经过如此的设置，当从地信号线接触垫3090A被供给适当的地信号时(再次，如经由挠性电路)，地信号线部分3090B用作用于高速传输线3070的截切(truncated)地平面，由此使得它们适当地工作。再次看到了MLP 3030的多层配置怎样通过以有效的方式实现地信号的分布、同时仍保留用于其它类型的传导途径的MLP 3030中的空间来加强头部组件的工作。
如结合通用信号线3080已经在上面描述的，这里讨论的传导途径3062中的每个，即高速传输线3070、通用信号线和地信号线3090使得能够将电信号提供到位于头部组件3020的密闭围域3032(图4)中的-诸如在图4中示出的基座3033的-表面上的指定电子和/或光电子部件。传导途径3062可经由一个或多个互连来电连接到基座上的对应部件。在一个实施例中，例如，位于MLP 3030的内部部分上的每个高速传输线3070的端子端可以经由在基座和传输线端子端之间延伸的线接合来与诸如放置在图4中的基座3033上的激光器3034的激光器电连接。而且，通用信号线3080以已经在上面进一步描述的方式连接到指定的部件。最后，除了为传输线3070提供地平面之外，地信号线3090还可以按需要与基座部件互连。
要从头部组件3020外传送到MLP 3030的电信号经由诸如挠性电路的适用接口来提供。挠性电路图案化有电互连，该电互连被配置为与位于中间层顶表面3050A的外部部分3066上的各个传导途径3062的接触点中的每个互补接合。挠性电路进而与位于例如与头部组件3020一起形成光学收发器模块的部分的印刷电路板上的对应部件电连接。以此方式，则内部头部组件部件和外部部件之间的电互连以这样的方式实现，使得通过头部组件的密闭围域的互连的数目和类型两者以基本上有效的方式增加，由此提高头部组件的性能。涉及可与本发明的多层平台的实施例一起采用的示例性挠性电路的进一步细节可在提交于2003年4月9日、名为“FlexibleCircuit for Establishing Electrical Connectivity with Optical Subassembly”的美国申请No.10/409,837中找到，其全部内容通过引用结合于此。
应当注意的是，限定于MLP 3030中的传导途径的数目和特定配置可以以多种方式改变以适于其它应用。因此，这里描述的实施例仅为本发明原理的示例且不应认为是以任何方式对本发明的限制。关于这里讨论的头部组件和多层平台的进一步细节可在提交于2003年7月23日、名为“Multi-layer Ceramic Feedthrough Structure in a Transmitter OpticalSubassembly”的美国申请No.10/625,022中找到，其全部内容通过引用结合于此。
最后，应当理解，例如在一个实施例中，可以将传导迹线配置为使得它们自身形成诸如集成电阻器或电容器的一个或多个部件。
3.激光监视和控制在描述本发明的实施例时，现在将参考图9-13，这些实施例指向一种头部组件，其中包括有多个光电子器件以优化也布置在其中的激光器件的性能。本头部组件包括如在这里先前描述的多层平台，其使得能够在这里有利地采用这些激光监视和控制器件，由此不仅改进容纳头部组件的TOSA，而且也改进其中设置有TOSA的光学收发器模块的总体工作。
首先参考图9，其示出了头部组件3020，头部组件3020的各种特征已结合图4-8在先前描述。因此，接着的讨论将主要集中于头部组件3020的某些所选择的方面。注意在本发明的一个实施例中，头部组件3020包括用于光学收发器模块的TOSA(未示出)的晶体管头部。然而，头部组件3020不只限于此示例性的实施例。
如所示的，头部组件3020包括基体3022以及MLP 3030，该MLP密闭地延伸通过基体以限定MLP的内部部分3064和MLP的外部部分3066，如先前所述。还示出了基座3033，其包括顶表面3033A和衬底部分3033B。注意基座3033可以按具体应用所需采取各种形状、层和其它配置。因此，在图9中示出的基座配置意图仅为示例性的，且不对本发明构成限制。
基座3033以相对于其它头部组件部件的指定取向放置在头部组件3020中。在此实施例中，基座3033坐落在散热块3024的顶部且由此被支持，尽管在其它实施例中可以使用可替换的基座支持设置。如已描述的，在光学收发器的工作期间，可采用散热块3024去除由位于基座3033上的光电子部件产生的热。因此，在此实施例中实现的基座3033和散热块3024之间的热联系对于控制头部组件3020中的热积累是有益的。
基座3033放置在散热块3024上以便与MLP 3030电联系。以此方式，MLP 3030的各个传导途径3062可以与位于基座3033的顶表面3033A上的对应传导途径3092电连接。基座传导途径3092又电连接到位于基座顶表面3033A上的一个或多个光电子部件。以此方式，电信号可以从位于头部组件3020外的部件传送到布置在基座3033上的光电子部件。
图9更详细地描述了放置在基座3033上的两个光电子部件，如上面提及的。激光器3034位于基座3033的顶表面3033A上且被取向以发射通过TOSA 3000的透镜组件3023、隔离器3006和插口3010(图4)的光信号。靠近激光器3034放置的是光学接收器，其用作用于检测由激光器3034产生的光信号的部分的装置。根据本发明，在本实施例中，用于检测激光器的光信号的装置包括可被采用以在激光器3034的工作期间检测其功率水平的监视光电二极管(“MPD”)4000，这在下面进一步地说明。将这样的光电子部件放置在基座3033上的能力源自可依靠MLP 3030引入到头部组件3020的密闭围域3032(图4)中的相对较大数目的电互连(由传导途径3062表示)。
图9中的激光器3034电连接到基座顶表面3033A的两个传导途径3092A中的每个。类似的，MPD 4000与三个传导途径3092B中的两个电连接。在MPD 4000的情形下，MPD的传导底部部分直接电连接到基座3033上的传导途径3092B之一的端子端，而MPD的传导顶部部分经由线接合3094电连接到传导途径3092B中的另一个的端子端，所述线接合在所述端子端和顶部部分之间延伸。
基座顶表面3033A的传导途径3092A和3092B的组中的每个与MLP3030的中间层3050上对应的传导途径电联系。具体而言，传导途径3092A(用来对激光器3034供电)中的每个与MLP中间层3050的两个高速传输线3070中的一个电连接。类似地，传导途径3092B(至少其中的两个用来对MPD 4000供电)中的每个与MLP中间层3050上对应的通用信号线3080电连接。如图9所示，线接合3096用来将传导途径3092B与对应通用信号线3080的端子接触垫3080D连接。当然，可以可替换地采用除线接合之外的连接方案，包括楔-楔接合、带接合、基座迹线等等。还应当理解，基座3033和MLP 3030两者的传导途径的具体设计可以从这里所图示的设计而改变，同时仍保持本发明的激光监视和控制的功能性。
现在参考图10，其图示了头部组件3020中的激光器3034和MPD 4000的相对位置。可以看出，激光器3034和MPD 4000两者都放置在基座3033的端子端附近，对应于MLP 3030的内部部分3064。经过如此的放置，激光器3034可经由TOSA 3000没有阻碍地发射其光信号以便最终经由光纤线缆(未示出)传输。可以看出，MPD 4000还最优地放置在激光器之后以便能够监视其光信号。然而，注意MPD 4000和激光器3034可以以相对于这里所明确阐述的可替换的位置关系来放置，同时仍遵照本发明的目的。
现在参考图11，其为头部组件3020的一部分的特写视图，其中为了清晰而去除了线接合。具体而言，图11描述了关于激光器3034和MPD4000两者的各种细节以及存在于它们之间的工作关系。这里所描述的激光器3034为边缘发射激光器件，如分布反馈(“DFB”)激光器。这样的激光器特征在于它们发射其相干光信号的方式。如图11所示，激光器3034从激光器的前边缘或面发射主光信号4002A，而从激光器的背面发射副光信号4002B。
如所提及的，MPD 4000相对于激光器3034放置以便能够接收由激光器发射的光信号的部分。具体而言，MPD 4000放置在激光器3034之后以便能够在激光器工作期间接收副光信号4002B的背面发射。如图11所示，主和副光信号4002A和4002B两者都沿着轻微发散的光路从激光器3034发射。因而，MPD 4000足够靠近激光器3034的背面地置位以使得来自副光信号4002B的足够量的光入射在MPD上。因此，尽管光信号4002A的前面发射最终透射通过TOSA 3000中的各种结构(见图4)，副光信号4002B的背面发射仍由MPD 4000占主导地吸收。
应当理解，尽管DFB激光器在图11中的基座3033上示出，还可以根据本发明应用其它类型的激光器件。如已经提及的，例如，还可结合这里所讨论的MPD采用诸如EML的激光器件。类似地，MPD 4000仅为光学接收器的一个实例，该光学接收器用作用于检测可应用于基座3033上的激光器的光信号的装置，由此使得能够监视激光器性能。事实上，这里还可以应用包括变化的结构的光学接收器和/或基于与这里所描述的工作原理不同的工作原理的光学接收器。
图11对于描述MPD 4000的工作是有用的。在TOSA 3000的工作期间，激光器3034从激光器的前面发射以主光信号4002A形式的光以及从激光器的背面发射以副光信号4002B形式的光。图示的实施例中的MPD4000包括有角度的表面4004且被放置为使得包括副光信号4002B的光入射在该有角度的表面上。然后光被有角度的表面4004折射并导向MPD4000的有源区域4006。结果，可确定激光器3034的功率且可将指示功率水平的信号经由上述的传导途径转交给位于头部组件3020外的部件。这使得如果需要则能够连续地监视和改变激光器性能，以优化激光器性能。
现在参考图12和13，其描述了本发明的另一个实施例。这些图描述了本发明的另外的方面，其使得能够在TOSA工作期间对由激光器发射的光信号进行波长监视和控制。结合当前的实施例讨论的许多特征再次类似于在前面的实施例中公开的特征。对应地，这里只详细讨论当前的实施例的所选的特征。图12描述了具有延伸通过基体5022的多层平台(“MLP”)5030的头部组件5020。MLP 5030包括多个陶瓷层，多个传导途径5062位于这些陶瓷层上。热电冷却器(“TEC”)5024也延伸通过基体5022并支持与MLP 5030的上中间层5050相邻的基座5033。TEC 5024被配置为去除来自头部组件5020中的热，具体地，由位于基座5033上的光电子部件产生的热。然而，注意当前的实施例可利用另一形式的冷却器件或根本不用冷却器件来实践。
基座5033被配置为在顶表面5033A上支持多个部件，这些部件包括激光器5034和用作用于检测由激光器产生的光信号的部分的装置的光学接收器。在当前的实施例中，用于检测光信号的装置包括波长锁定器(“WL”)6000，其被设计为在其中设置了头部组件5020的TOSA(未示出)的工作期间稳定由激光器5034输出的光信号的波长。就此而言，WL6000包括彼此协力工作的两个MPD以稳定激光器的光信号，这将在下面进一步地看到。
激光器5034和WL 6000两者都以类似于结合图9-11在上面讨论的将激光器3034和MPD 4000附着到基座3033的方式电附着到基座5033。在WL 6000的情形下，三个电连接建立在WL和基座5033之间。具体而言，WL 6000的两个MPD的底部传导部分都直接连接到传导途径5092B的三个端子接触垫中的一个，而每个MPD的顶部传导部分经由线接合5094连接到两个剩余端子接触垫中的一个。当然，也可以采用WL 6000和基座5033之间的其它连接方案。基座5033的传导途径5092B中的每个又使用线接合5096等与位于MLP 5030的上中间层5050上的四个通用信号线4080中的一个电连接。经过如此的连接，WL 6000可被供电且可接收和发送数据信号于位于头部组件5020外的部件，但经由MLP 5030连接到这些部件。应当理解，通过使每个MPD共用一个用于公共信号的引线，三个连接而不是四个电连接可来用来将WL 6000电连接到基座5033。
现在参考图13，其描述了涉及WL 6000相对于激光器5034的位置和工作的进一步细节。与前面的实施例相同，WL 6000近似地位于基座5033上的激光器5034之后。激光器5033再次为边缘发射激光器，如DFB激光器，尽管可以可替换地使用其它激光器类型。与前述一样，激光器5034产生前和后面光信号发射，其导致来自前面以便于透射通过TOSA的主光信号5002A，以及来自激光器的后面的副光信号5002B。
WL 6000由双MPD 6002和6004组成，其并排地安装为单个的单元。每个MPD 6002和6004被放置为接收由激光器的背面发射所产生的副光信号的部分。具体而言，每个MPD 6002和6004被取向为使得副光信号5002B入射在相应MPD的有角度的面6006和6008上。在当前的实施例中，MPD 6002和6004中的一个，在此情形下为MPD 6002，进一步包括依赖于波长的滤光器，其具有根据入射到其上的光的波长而变化的透射性。经过如此的配置，WL 6000能够监视由激光器5034产生的光信号的波长并且在激光器漂移的情形下方便其调节，在激光器漂移时光信号的波长随着时间从其理想值变化。这如下面所述而实现。
在TOSA(未示出)的工作期间，激光器5034从用于自TOSA发射的前激光面产生主光信号5002A，并且从背面产生副光信号5002B。来自背激光面的副光信号5002B的部分分别经由有角度面6006和6008由两个MPD 6002和6004接收。一旦由不滤光的MPD 6004接收，副光信号5002B的相应部分由MPD导向有源区，在这里测量光信号的强度。滤光的MPD6002也接收副光信号5002B的部分，其在被导向到MPD的有源区之前首先通过其中的滤光器。滤光器所透射且允许撞击MPD 6002的有源区的光量依赖于副光信号5002B的波长。因此，由滤光的MPD 6002测量的光强度将根据副光信号5002B的波长而与不滤光的MPD 6004测量的光强度不同，副光信号5002B在波长上与主光信号5002A相同。将由不滤光的MPD6004测量的与由滤光的MPD 6002测量的副光信号部分5002B的强度相比较，将因此产生可用来确定从激光器5034发射的主光信号5022A的任何波长偏移和/或当前波长。确定此波长的必要的计算可以通过MPD 6002和6004自身来执行，或通过经由MLP 5030与MPD电联系的位于头部组件外的部件来执行。
一旦知道主光信号5002A的波长或检测到波长的偏移，就可以容易地确定是否需要改变工作参数以优化主光信号5002A。例如，通常优选地将主光信号5002A保持于恒定的波长以确保其最优的质量，尤其在某些应用中，诸如当其中设置有TOSA的光学收发器模块用于密集波分复用(“DWDM”)工作时。DWDM典型地需要波长随时间恒定的光信号。
如果由于WL 6000的工作而确定需要修改激光器5034的波长，则这样的修改可以多个方式进行。在当前的实施例中，可采用TEC 5024将热从头部组件5020去除或将热引导到头部组件5020。如所知的，激光器件由于产生光信号而产生热。此热可以随时间改变由激光产生的光的波长。在图示的实施例中热耦合到基座5033的TEC 5024，可以通过吸收已从激光器传递到基座的热量来辅助。然后，由位于头部组件5020中的TEC 5024的部分吸收的此热由TEC从头部组件中传递到位于头部组件外的TEC的外部部分，然后该热可以在该外部部分耗散。以此方式冷却基座进而冷却了激光器5034，由此使得其波长能够返回到正常值。如所提及的，在可替换的实施例中，如果期望加热激光器5034，可以采用TEC 5024将热加给基座5033。关于类似配置的头部组件中的TEC结构和工作的进一步细节可在提交于2002年8月29日、名为“Header Assembly Having IntegratedCooling Device”的美国申请No.10/231,395中找到，其全部内容通过引用结合于此。
根据本发明，上述的波长锁定器对于随时间跟踪主光信号以确定波长漂移或对于在TOSA工作期间稳定光信号是尤其有用的。另外，因为在至少以上的实施例中波长锁定器(或MPD)位于同一基座上，所以使得在激光器和波长锁定器(或MPD)结合到头部组件的密闭部分中之前测试它们的能力成为可能。与现有的方法相比，这方便了较容易的测试和/或这些部件的替换。最终，这可以提供TOSA制造中的基本的成本节省，尤其在低产量生产运行中，其中故障器件可能相对普遍。
除了上面所公开的TEC及其工作以外，也可以结合上面所公开的波长锁定器来实践用于将热去除或添加于头部组件部件的其它装置。因此上面的实例不应意图如此限制本发明。最后，如果期望用于冗余或任务划分的目的，则多个MPD或波长锁定器可以分立地放置在基座上。
总而言之，本发明在TOSA的头部组件中采用了诸如监视光电二极管和波长锁定器的激光监视和控制部件以控制激光器件的各种参数。此功能性通过多层平台而得到促进，该多层平台形成头部组件的部分并且提供足够数目的互连，以使得布置在头部组件中的激光监视和控制部件能够电连接到控制以及位于头部组件之外的其它部件。
本发明可以以其它特定的形式来实施而不背离其精神或本质特征。所描述的实施例应当在所有方面认为是仅为说明性的，而非限定性的。因此，本发明的范围由所附的权利要求而不是前面的描述来指示。在权利要求的等价物的意义和范围内的所有变化将被包括在它们的范围内。
权利要求
1.一种头部组件，包括基体部分；多层平台(“MLP”)，其延伸通过所述基体部分以限定内部和外部MLP部分；激光器件，设置为可操作地连接到所述内部MLP部分，所述激光器件能够产生相干的光信号；以及装置，用于检测由所述激光器件产生的所述光信号的部分，所述用于检测的装置可操作地连接到所述内部MLP部分。
2.如权利要求1所述的头部组件，其中所述用于检测的装置检测所述激光器件的功率水平。
3.如权利要求1所述的头部组件，其中所述用于检测的装置监视所述光信号的所述部分以检测由所述激光器件产生的所述光信号的波长变化。
4.如权利要求1所述的头部组件，其中所述激光器件和所述用于检测的装置位于部件平台的表面上，所述部件平台可操作地连接到所述内部MLP部分。
5.如权利要求1所述的头部组件，其中所述用于检测的装置包括监视光电二极管。
6.如权利要求1所述的头部组件，其中所述用于检测的装置包括波长锁定器。
7.如权利要求1所述的头部组件，其中所述MLP包括与所述激光器件和所述用于检测的装置电连接的多个电传导途径。
8.如权利要求1所述的头部组件，其中所述基体部分进一步包括基体；以及帽，其附着到所述基体以限定一密闭围域，其中所述内部MLP部分位于所述密闭围域中。
9.一种光学收发器模块，包括壳，其包含接收器光学子组件(“ROSA”)和发射器光学子组件(“TOSA”)，所述TOSA包括头部组件，包括密闭围域；多层平台(“MLP”)，其部分地延伸到所述密闭围域中以限定包含在所述密闭围域中的内部部分以及外部部分，所述MLP包括由陶瓷材料构成的多个堆叠层，其中至少一个传导途径限定在所述堆叠的层中的至少一个上，所述至少一个传导途径从所述MLP的内部部分延伸到外部部分；基座，其可操作地附着到所述MLP的部分并位于所述密闭围域中，所述基座具有其上设置有激光器件的表面，所述激光器件能够产生光信号；以及至少一个检测器，其设置在所述基座的所述表面上以接收由所述激光器件产生的所述光信号的部分。
10.如权利要求9所述的光学收发器模块，其中所述密闭围域包括基体；以及帽，其与所述基体协作来限定所述密闭围域。
11.如权利要求10所述的光学收发器模块，其中所述MLP密闭地延伸通过所述基体。
12.如权利要求9所述的光学收发器模块，其中所述至少一个检测器是监视光电二极管。
13.如权利要求9所述的光学收发器模块，其中所述至少一个检测器是包括第一和第二监视光电二极管的波长锁定器。
14.如权利要求13所述的光学收发器模块，其中所述第一监视光电二极管包括依赖于波长的滤光器。
15.如权利要求9所述的光学收发器模块，其中所述MLP的所述至少一个传导途径包括两个传导途径，其与位于所述基座上的传导途径协作以与所述激光器件和所述至少一个检测器电连接。
16.如权利要求15所述的光学收发器模块，其中所述至少一个检测器通过线接合电连接到所述基座的所述传导途径之一。
17.一种用于光学收发器模块中的头部组件，包括密闭围域，其由金属基体和机械附着到所述基体的帽形成；多层平台(“MLP”)，其密闭地延伸通过所述基体以限定由所述密闭围域包围的内部部分以及位于所述密闭围域外的外部部分，所述MLP包括上绝缘层；中间层，其具有顶和底表面，所述中间层在其顶表面上具有多个传导特征；下层，其具有顶和底表面，所述下层在其顶表面上具有多个传导特征；以及基座，位于所述密闭围域内，包括激光器件，位于所述基座的安装表面上，所述激光器件电连接到所述MLP的所述传导特征中的至少一个；以及至少一个监视光电二极管，位于所述基座的所述安装表面上，所述至少一个监视光电二极管电连接到所述MLP的所述传导特征中的至少一个并且放置成截取由所述激光器件发射的光信号的至少一部分。
18.如权利要求17所述的头部组件，其中所述MLP的所述中间层的所述传导特征包括至少一个传导传输线，其从所述MLP的所述外部部分延伸到所述内部部分；至少一个传导地信号线接触垫，其位于所述外部部分上；至少一个传导中间层通用信号线接触垫，其位于所述外部部分上；以及至少一个传导中间层通用信号线部分，所述至少一个通用信号线部分终结于所述内部部分上的接触垫。
19.如权利要求18所述的头部组件，其中所述激光器件电连接到所述MLP的所述中间层的两个传输线。
20.如权利要求19所述的头部组件，其中所述至少一个监视光电二极管电连接到所述MLP的两个中间层通用信号线部分。
21.如权利要求20所述的头部组件，其中所述MLP的所述下层的所述传导特征包括至少一个传导地信号线部分，其通过至少一个传导通路电连接到所述至少一个地信号线接触垫，所述至少一个地信号线部分与所述中间层上的所述至少一个传输线对准；以及至少一个下层通用信号线部分，其通过传导通路电连接到所述至少一个中间层通用信号线部分，所述至少一个下层通用信号线部分还通过传导通路电连接到所述至少一个中间层通用信号线接触垫。
22.如权利要求21所述的头部组件，其中所述基座靠近所述密闭围域内的所述MLP的所述内部部分而设置。
全文摘要
一种改进的用于发射器光学子组件(TOSA 3000)的头部组件(3020)中的激光器(3034)的监视和控制系统。包括一个或多个监视光电二极管(MPD 4000)的所述系统与所述激光器一起放置在部件基座(3033)上。所述基座又与形成所述头部组件的部分的多层平台(MLP 3030)配合。所述MLP密闭地延伸通过所述头部组件以提供用于所述激光器、一个或多个MPD和其它基座部件的多个电互连。
文档编号H01S5/024GK1846466SQ200480025301
公开日2006年10月11日 申请日期2004年8月25日 优先权日2003年9月4日
发明者斯特凡诺·施亚菲诺, 乔治·贾雷塔, 帕特里克·乌诺尔德, 米纳·法尔 申请人:菲尼萨公司