一种小型化高可靠集成外调光发射机及封装方法与流程

本发明涉及高速微波光链路设备领域，具体涉及一种小型化高可靠集成外调光发射机及封装方法。

背景技术：

1、由外调激光器、强度调制器组件构成的外调光发射组件在高速微波光链路中起到很重要的作用。集成外调光发射机由外调激光器、强度调制器、及其驱动控制电路等集成封装一体，改善了外调激光器与强度调制器的分离组件封装壳体尺寸过大、光纤弯曲连接增加体积等缺点。

2、集成外调光发射机的封装设计主要将外调激光器芯片、电路板底座、热敏电阻、制冷器、强度调制器芯片、输出光纤、射频连接器、背光监视芯片、驱动控制电路板等组装在一个密闭的管壳内，实现光、电信号的内外部互连。其由外调激光器芯片发射光源，耦合进入强度调制器芯片中，再将输入的射频信号调制到光信号上，实现电光转换，最后耦合进光纤输出光载波信号。

3、现有集成外调光发射机中，激光器芯片与强度调制器芯片的光耦合中，设置了一段转接光纤，激光器芯片发射的光先耦合进转接光纤，再耦合进强度调制器芯片。强度调制器芯片两端采用光学胶连接固定转接光纤与输出光纤，为保证热可靠性，需要在输出光纤端预留一段裸光纤，防止拉伸损坏，且采用胶水密封管壳出纤口。

4、这种传统封装形式，主要有以下几方面缺点：

5、(1)体积大：转接光纤与输出端预留光纤的设置，造成总共约20mm的长度空间浪费。

6、(2)可靠性不高：强度调制器芯片的光耦合采用光学胶水固定，振动机械冲击易造成耦合点脱落

7、(3)气密性不高：出纤口的采用胶水固化密封，不利于密封性能。

8、(4)输出光功率低：转接光纤的设置，使外调激光器与强度调制器芯片的耦合增加了一个耦合点，增大了耦合损耗，降低出光功率。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的就是提供一种小型化高可靠集成外调光发射机及其封装方法具有体积较小、可靠性高、气密性佳、输出光功率高的优点。

2、本发明的目的是通过这样的技术方案实现的：

3、一种小型化高可靠集成外调光发射机，包括：

4、封装外壳，内部设有容置腔体，侧面设有均与容置腔体连通的射频信号孔和供电孔；一端设有光纤信号孔与容置腔体连通，

5、外调激光组件，设置在容置腔体内；

6、激光器耦合组件，设置在容置腔体内，其轴线正对外调激光组件的外调激光芯片的发光面；

7、强度调制组件，设置在容置腔体内；所述激光器耦合组件位于强度调制组件和外调激光组件之间；

8、调制器耦合组件，设置在封装壳体内，与激光器耦合组件同轴设置；

9、尾管，设置在封装壳体外侧，轴线与光纤信号孔同轴；

10、驱动控制组件，设置在容置腔体内，分别与外调激光组件、强度调制组件电连接；

11、射频连接器，穿过射频信号孔与强度调制组件电连接；

12、供电绝缘子，穿过供电孔与驱动控制组件电连接；

13、输出金属化光纤组件，穿过尾管，正对调制器耦合组件。

14、进一步地，所述封装外壳包括：

15、盒体，上表面设有内凹的上容置槽，下表面设有内凹的下容置槽；所述外调激光组件、激光器耦合组件、强度调制组件、调制器耦合组件均设置在上容置槽内；射频信号孔和光纤信号孔与上容置槽连通；驱动控制组件设置在下容置槽内，所述供电孔与下容置槽连通；

16、上盖板，与盒体固定，将上容置槽封闭；

17、下盖板，盒体固定，将下容置槽固定。

18、进一步地，所述盒体的下表面设有若干带内螺纹的安装孔；所述下盖板的外表面不超出盒体的下表面；

19、所述盒体内部设有连通上容置槽和下容置槽的穿孔，供驱动控制组件与外调激光组件和强度调制组件电连接。

20、进一步地，所述穿孔内设有电连接绝缘子，所述电连接绝缘子分为两组通过驱动控制组件分别与强度调制组件和外调激光组件电连接；

21、所述容置腔内设有电传输转接板，两端分别与一组电连接绝缘子和外调激光组件电连接。

22、进一步地，所述外调激光组件包括：

23、制冷片，烧结在容置腔体内，与驱动控制组件电连接；

24、电路板底座，烧结在制冷片上；

25、热敏电阻，烧结在电路板底座上；

26、外调激光器芯片，烧结在电路板底座上，其发光面正对激光器耦合组件的轴线；

27、激光器背光监视芯片，烧结在电路板底座上，对外调激光器芯片发出激光检测；所述热敏电阻、外调激光器芯片、激光器背光监视芯片均与驱动控制组件电连接。

28、进一步地，所述激光器耦合组件包括：

29、激光金属套管，固定在容置腔体内，位于外调激光组件和强度调制组件之间；

30、激光器耦合透镜，设置在激光金属套管内，其轴线正对外调激光组件的外调激光芯片的发光面；

31、光隔离器，设置在激光金属套管内，与激光器耦合透镜同轴设置，正对强度调制组件，与调制器耦合组件同轴。

32、进一步地，所述强度调制组件包括：

33、强度调制器芯片，设置在容置腔体内，位于激光器耦合组件和调制器耦合组件之间，与射频连接器和驱动控制组件电连接；

34、陶瓷电阻，设置在容置腔体内，与强度调制器芯片电连接；

35、调制器背光监视芯片，粘接在强度调制器芯片尾端，与驱动控制组件电连接。

36、进一步地，所述调制器耦合组件包括调制器耦合透镜，设置在光纤信号孔内，与激光器耦合组件同轴。

37、进一步地，所述驱动控制组件包括驱动控制电路板，上设有外调激光供电焊盘、强度调制供电焊盘、外部供电焊盘；所述外调激光供电焊盘与外调激光组件电连接；所述强度调制供电焊盘与强度调制组件电连接；所述外部供电焊盘与供电绝缘子电连接。

38、一种小型化高可靠集成外调光发射机的封装方法，包括以下步骤：

39、s1、将射频连接器采用ausn焊料烧结在封装外壳的射频信号孔；

40、s2、将供电绝缘子采用ausn焊料烧结在封装外壳的供电孔处；

41、s3、将外调激光器芯片、热敏电阻、激光器背光监视芯片，采用ausn焊料通过真空烧结的方式烧结在电路板底座的预留焊盘位置上，并使用反馈微带邦定金丝将电路板底座与外调激光器芯片、热敏电阻、激光器背光监视芯片电连接；

42、s4、将电传输微带采用pbsn焊料通过真空烧结的方式固定在封装外壳的上容置槽内；

43、s4、将电路板底座、制冷器以及封装外壳的容置腔体依次采用用pbsn焊料通过真空烧结的方式固定在上容置槽内；

44、s5、将激光器耦合透镜、光隔离器、激光金属套管采用环氧胶水粘接一体，将激光器耦合透镜与光隔离器的一体式激光金属套管通过激光焊接固定在封装外壳的上容置槽内；

45、s6、将强度调制器芯片用导电胶粘接在封装外壳的上容置槽内，强度调制器芯片的射频输入接口位于射频连接器内部引针下方；

46、s7、将调制器耦合透镜焊接在封装外壳的光纤信号孔处；

47、s8、将输出金属化光纤组件的金属化端插入封装外壳的尾管，正对调制器耦合透镜的轴线；

48、s9、将陶瓷电阻用导电胶粘接在封装外壳的上容置槽内，将强度调制器芯片的射频终端匹配接口与陶瓷电阻邦定金丝相连；

49、s10、将调制器背光监视芯片用光学胶粘接在强度调制器芯片尾端处；

50、s11、将驱动控制电路板安装在下容置槽内，在上容置槽和下容置槽之间的穿孔内固定电连接绝缘子，通过电连接绝缘子将驱动控制电路板分别与调制器背光监视芯片、电路板底座、制冷器以及强度调制器芯片电连接；

51、s12、使用上盖板和下盖板分别将上容置槽和下容置遮蔽后槽抽真空，最后平行封焊密封。

52、由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

53、1、本发明结构尺寸小，具体的：外调激光器芯片与强度调制器芯片、强度调制器芯片与尾管中的输出光纤的耦合中，均采用非球面透镜进行光学系统耦合，相比传统结构，节约了内部光纤长度空间，长度方向减少1/4的尺寸(约减少20mm)；采用射频连接器(smpm)，替代传统的同轴v型母头射频连接器安装，封装在管壳腔壁内部，以及采用螺纹从底部四角开孔，用底部安装方式替代传统的正面安装，长、宽度方向各减少约5mm尺寸，综上本发明结构相比传统结构体积减小约1/3。

54、2、本发明可靠性高，具体的：传统的封装方法中，转接光纤与强度调制器芯片、强度调制器芯片与尾管中的输出光纤的对准耦合，采用紫外光学胶水固定工艺，易受到机械振动冲击造成的耦合点脱落，导致产品报废。本发明采用了非球面透镜进行空间耦合，非球面透镜为焊接固定，不易因受到振动冲击造成耦合光路偏移而导致产品失效。

55、3、本发明气密性高，具体的：传统的封装方法，尾管处光纤采用胶水固定方法，气密性不佳。本发明采用金属化光纤，进行热阻焊接注入焊锡，形成良好的气密性固定。

56、4、本发明输出光功率指标高，具体的：本发明中外调激光器芯片与强度调制器芯片采用非球面透镜进行高精度空间对准耦合，避免了传统方法带来的二次耦合损耗，相比传统封装方法，输出光功率指标提高1.5dbm。

57、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。