一种带加热器的四管脚激光器组件的制作方法

本实用新型涉及一种同轴激光器组件，尤其涉及一种带加热器的四管脚激光器组件。

背景技术：

光通信已经成为现代高速通信中最为广泛的通信方式。在光通信中，激光器是必不可少的关键器件。按照不同的工艺，激光器分为LED、VCSEL、FB、DFB、EML等，其中分布反馈式（DFB）激光器因高可靠性，工艺成熟，传输距离远等优点被广泛应用于DT(Datacom & Telecom)和PON(Passive Optical Network)网络中。激光器由于寿命、静电等原因，很多情况下需要有气密性封装才能使用。其中TO封装（Transistor Outline）属于同轴型激光器封装技术，是由广泛使用的晶体管器件封装演变而来的，在工艺技术上十分成熟，成本低廉。目前市场上10Gbps及10Gbps以下速率的激光器大部分采用TO封装方式。

由于激光器发光效率跟温度等有一定关系，为了使激光器能够在不同的环境下能够稳定的发光，激光器中集成了一个MPD(Monitor Photo Diode)来监测激光器的发光强度。流过MPD管电流的大小与LD发光强度成正比，使用APC（Automatic Power Control）闭环回路使激光器发光稳定。

通讯用的半导体激光器在不同的工作温度下波长变化很大。有些激光器只能在一个固定温度下使用，例如密集波分复用（DWDM）激光器。而有些激光器则必须在比较窄的温度范围内使用，例如10G-PON OLT发射端的激光器，标准规定其波长必须在1575nm-1577nm之间。这样对应业界新型的1577nm DML（直接调整型）激光器，需要限制其工作范围，以保证DML的波长不超出标准规定的工作范围。

目前，为了使激光器在一个相对稳定的温度下工作，通常会在激光器中集成一个TEC（半导体加热制冷器），但是增加TEC会增加设计难度而且价格昂贵。同时在使用时也需要增加TEC的控制电路和相应的驱动器，相应的增加了管脚的数量，这也相应的增加的成本和设计复杂度，同时功耗也会增加。业界也有集成加热器（heater）在TO封装的方案，例如CWDM DFB激光器应用在工业级温度范围（-40~80C）的情况。低温情况下加热器可以有效减小激光器的工作范围，以保证其性能，同样需要增加管脚数量，传统封装需要采用6-PIN或者5-PIN TO。

总之，目前以下几种TO封装的激光器组件：（1）不带TEC的4-PIN激光器组件（如图1所示），存在以下缺陷：a、激光器波长漂移大，在极端的工作环境下波长漂移范围超过规定范围；b、激光器设计要求全温度范围满足要求，增加激光器设计难度；c、在全温度范围内，激光器的一致性差，降低成品率；d、在全温度范围内，激光发射器的指标（光功率，消光比）都需要补偿，这些都会增加设计难度和生产难度。（2）带TEC的7-PIN激光器组件，即当增加了TEC时必不可少的增加了控制电路和驱动器，当然管脚数量也相应增加了。存在以下缺陷：a、工艺复杂，激光器里增加了TEC，热敏电阻，反射棱镜等部件，增加生产工序；b、TEC本身价格昂贵，成本高；c、TEC功耗很高，增加整体激光器的功耗；d、TEC需要专门的驱动芯片，这也增加了成本，还需要闭环控制的相关电路和算法支持，这就增加了电路设计的复杂度。（3）带Heater的6-PIN或5-PIN激光组件，同样由于增加了Heater，肯定也要增加管脚数量，存在以下缺陷：a、工艺相对复杂；b、6-PIN或5-PIN TO管座业界用量很少，价格昂贵。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种在不改变管脚数量的基础上使得激光器工作在一个相对较窄的温度范围内的4-PIN带加热器的DFB激光器组件。

本实用新型是通过如下措施实现的：一种带加热器的四管脚激光器组件，包括激光二极管LD、背光检测器MPD、加热器和带有四支管脚的底座；所述激光二极管LD的阳极和阴极分别通过第一引脚和第二引脚与驱动器连接；所述背光检测器MPD的阳极通过第三引脚与驱动器连接；所述加热器一端通过第四引脚与MCU连接，所述加热器另一端与激光二极管LD阳极、背光二极管MPD阴极相连共用第一引脚；所述MCU通过一DC/DC转换器与所述加热器连接；与所述背光检测器MPD连接的第三引脚与所述驱动器之间还连接有RC滤波电路。

所述激光二极管LD的阳极和阴极分别通过一耦合电容与所述驱动器连接。

所述背光检测器MPD由采用共阳极结构的背光二极管构成。

所述激光器组件还包括设置在软板上的热敏电阻，所述热敏电阻与所述MCU连接。

本实用新型的有益效果为：本实用新型不仅将加热器集成到TO-CAN里面，而且还保留了原有的驱动方式和原有的四个引脚数量，能够最大限度的兼容传统的方案，在不需要加热器的情况下，可以兼容传统的激光器，具有模块设计简单、成本低、功耗小等优点。

附图说明

图1 为现有技术中不带TEC的4-PIN激光器组件的结构示意图。

图2为本实用新型实施例的结构示意图。

图3为本实用新型实施例中激光器温度控制的流程图。

其中，附图标记为：1、激光二极管LD；2、背光检测器MPD；3、加热器；4、RC滤波电路；5、驱动器；6、DC/DC转换器；7、MCU；8、第一引脚；9、第二引脚；10、第三引脚；11、第四引脚。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

参见图2，本实用新型是一种带加热器的四管脚激光器组件，包括激光二极管LD1、背光检测器MPD2、加热器3和带有四支管脚（包括第一引脚8、第二引脚9、第三引脚10和第四引脚11）的底座；激光二极管LD1的阳极和阴极分别通过第一引脚8和第二引脚9与驱动器5连接；背光检测器MPD2的阳极通过第三引脚10与驱动器5连接；加热器3一端通过第四引脚11与MCU7连接，加热器3另一端与激光二极管LD1阳极、背光二极管MPD2阴极相连共用第一引脚8；MCU7通过一DC/DC转换器6与加热器3连接；与背光检测器MPD2连接的第三引脚10与驱动器5之间还连接有RC滤波电路4，其中构成RC滤波电路的电阻的阻值伟1KΩ，电容的容量为100nf，用于过滤掉因引脚复用产生的高频杂波。其中，驱动器为激光二极管驱动器，型号为MAX24016；激光二极管驱动器、DC/DC转换器均属于现有技术，在此不再赘述；本实施例中激光二极管LD采用双端直接调制方式。MCU7的DAC输出端控制DC/DC转换器驱动加热器加热，其中MCU7的型号为Aduc7023。加热器3为电阻，型号为FH05-6D103FC，阻值为15Ω；由于激光二极管LD的通电频率远远高于加热器的频率，加热器与激光二极管LD可共用第一引脚8，加热器3的热量调节可以通过调节加热器两端的电压差，或者用PWM波来调节加热器的通断占空比来实现。

激光二极管LD1的阳极和阴极分别通过一耦合电容与驱动器5连接。

背光检测器MPD2由若干个采用共阳极结构的背光二极管构成。

激光器组件还包括设置在软板上的热敏电阻，热敏电阻与MCU7连接；将热敏电阻设计在软板上，不仅结构简单而且成本低。

工作时，激光器的正常工作最低温度为T_L，最佳工作温度为T_N。激光器温度由热敏电阻采集得到温度T，当温度T<T_L时以最大100%能力给模块加热；当温度T_L<T<T_N时以(T-T_L)/(T_N-T_L)的能力加热；当温度T>T_N则加热器不加热。流程图参见图3。当然，图3中仅体现了一种模块温度控制方法，在实际应用中也可以采用PID（比例积分微分）等更复杂算法来实现温度控制，在此不再赘述。

本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。