专利名称：光源、光发射器件及其方法
技术领域：
本发明属于光纤通讯领域，尤其是关于一种光发射器件及其光源。
背景技术：
随着信息化建设的突飞猛进，人们对于数据、语音、图像等多媒体通信的需求日益旺盛，以太网宽带接入方式因此被提到了越来越重要的位置。但是传统的5类线电缆只能将以太网电信号传输100米，在传输距离和覆盖范围方面已不能适应实际网络环境的需要。与此同时，光纤通信以其信息容量大、保密性好、重量轻、体积小、无中继、传输距离长等优点在广域网等大型网络中得到了广泛的应用。在一些规模较大的企业，网络建设时直接使用光纤为传输介质建立骨干网，而内部局域网的传输介质一般为铜线，如何实现局域网同光纤主干网相连呢？这就需要在不同端口、不同线形、不同光纤间进行转换并保证链接质量。光纤收发器的出现，将双绞线电信号和光信号进行相互转换，确保了数据包在两个网络间顺畅传输。同时它将网络的传输距离极限从铜线的100米扩展到100公里(单模光纤)。光发射器件作为光纤收发器中将电信号转变成相对应的光信号的重要组成元件，也得到了广泛的发展和应用。
典型的光发射器件如图1所示，包括一光源10和一精密自对准装置20。该精密自对准装置20包括一过渡环22、一短插芯24以及一开口套管26。定位于开口套管26内的短插芯24由氧化锆陶瓷制成，其包括一小孔贯穿中心以容纳一光纤244，且短插芯24邻近光源10的端面为一与中心轴线垂直方向成8度角的倾斜面242。该光源10包括一同轴封装半导体激光器12固持于一金属座14内。过渡环22定位于闭口套管26和金属座14之间，并通过点焊连接技术加以固定。过渡环的使用使得激光器12和短插芯24中光纤的距离可调，不同的激光器光源都可以通过调节得以与短插芯24内的光纤244达成最佳耦合效果。
半导体激光器12采用TO-CAN封装技术制成，其包括一半导体激光器管芯122、一半导体激光器载体123、一背光探测器124以及一背光探测器载体126封闭于由一管座128和一管帽120闭合形成的封闭空间内。承载有激光器管芯122的半导体激光器载体123水平定位于管座128朝向管帽120伸出的突出部1280的侧表面前端，承载有背光探测器124的背光探测器载体126粘接定位于管座128底部的中心区域，且背光探测器124、激光器管芯122以及光纤244、开口套管26的中心轴线处在同一直线上。工作时，激光器10将从驱动电路传输来的电信息码流信号转变成相应的光信号，该精密自对准装置20再将光信号耦合到可插拔的光纤连接器中，通过光纤传输到指定位置，完成信号的传输。
当前，衡量光发射器件性能的最主要指标有两个，其一是从光纤连接器输出的光功率的大小，ITU-T和IEEE等国际标准值一般在-11dbm至0dbm。其二，由于业界通用的光发射器件中的光源对外界反射光非常敏感，反射光可以进入到激光器的谐振腔影响其正常工作(如图4a所示)，由于光源本身不具备抵抗外界反射光的能力，所以业界衡量光发射器性能的第二个指标就是从可插拔光纤连接器返回到激光器管芯的反射光功率(简称反射光)的大小，反射光功率越小，光发射器件的发射眼图越清晰，信噪比越高，传输的距离越远。以上传统结构中的短插芯的倾斜端面设计即是为了获得较高的光反射特性(如图4b所示)，该结构一般可以获得-40db左右的反射光损耗，也可以达到-11dbm至0dbm的耦合光功率要求。但是该结构使用的材料多，成本较高；而且工艺也比较复杂，耗时较多；而且，由于光源本身的反射光敏感性的缺陷，成品可以实现的反射光损耗性能难以得到进一步的提升，不能满足未来进一步发展需要。
发明内容
为了克服现有技术光发射器件由于光源对外界反射光的敏感性，从而不得不使用其它的方式如更多地元器件和更复杂的流程工艺来消除进入到光源的反射光的缺陷，本发明提供一种对反射光不敏感的光源和一种成本低、工艺简单的光发射器件，以及制造该光发射器件的方法。
本发明解决其技术问题所采用的第一个技术方案是一光源包括一激光器管芯、一激光器载体、一背光探测器、一背光探测器载体封闭于由一管座和一管帽闭合形成的密闭空间内，该激光器管芯定位于该激光器载体，且其朝向管帽的端面与光源的中心轴线的垂直方向相交成3到25度角，该背光探测器定位于该背光探测器载体。
本发明解决其技术问题所采用的又一技术方案是一光发射器件包括一光源和一套管分别固持于一光源基座的两侧，该光源一光源包括一激光器管芯、一激光器载体、一背光探测器、一背光探测器载体封闭于由一管座和一管帽闭合形成的密闭空间内，该激光器管芯定位于该激光器载体，该背光探测器定位于该背光探测器载体，该激光器管芯朝向管帽的端面与光源的中心轴线的垂直方向相交成3到25度角。
本发明解决其技术问题所采用的又一技术方案是将一背光探测器载体固定于一管座；将一激光器管芯固定于一管芯载体且使得管芯的出光端面与载体的中心线的垂直线成3至25度角；将管芯载体固定于管座；将管座与一管帽熔接以将该管芯和探测器封闭制成光源；将光源固定于一金属基座，将一金属套管固定于金属基座的另一侧；微调形成光发射器件。
本发明的有益效果是，该光源的激光器管芯朝向管帽的端面与光源的中心轴线的垂直方向相交成3到25度角，如图4c所示，激光器管芯出射光可以进入套管内的光纤进行传输，而光纤回返的反射光则不能进入激光器管芯的谐振腔，因而本发明光源本身即具备对抗反射光的能力，从源头剔除了光源对反射光敏感的缺陷，从而克服了光发射器件技术认识上的偏见，从可插拔光纤连接器返回到LD管芯的反射光功率(简称反射光)的大小的不再成为衡量指标，可以不使用其他的辅助的精密昂贵器件如上文提到的陶瓷短插芯和金属过渡环来对抗反射光。试验结果显示使用本发明的光发射器件降低成本在10％以上，使工艺流程缩短5个步骤，减少一半的焊接次数。而光学性能方面同样可以达到耦合功率最小-11dbm，最大+1dbm，在155Mb/S速率下的眼图与采用短插芯的传统方式基本相当，在1.25Gb/S下的眼图张开度完全满足TIU-TG.983的要求。而且，如果未来通信系统对光发射器件的性能要求更高时，本发明的光发射器件只需简单的再加上短插芯等器件，便可得到进一步的升级，而传统器件却难以如此轻松实现。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是传统光发射器件剖面图。
图2是本发明光发射器件的剖面图。
图3是本发明光发射器件中的光源放大图。
图4a到4c分别为传统方式和本实用型下激光器出射和回返光路图。
具体实施例方式
请参看图2，本发明光发射器件的一个具体实施方式
包括一光源30和一套管40分别固持于一光源基座50的两侧。套管40和光源基座50通常由金属材质制成，并通过点焊连接技术进行固定，光源30则通过点焊技术固定于金属基座50相对于金属套管40的另一侧。与现有技术不同，本发明金属套管40为闭口套管。工作时，光源30将从驱动电路传输来的电信息码流信号转变成相应的光信号，该金属套管40再将光信号耦合到可插拔的光纤连接器中，通过光纤传输到指定位置，完成信号的传输。
请一并参看图3，该光源30包括一激光器管芯302、一激光器管芯载体303、一背光探测器305、一背光探测器载体306封闭于由一管座308和一管帽300闭合形成的密闭空间内。承载有背光探测器305的背光探测器载体306粘接固定于管座308底部的中心区域，承载有激光器管芯302的管芯载体303粘接定位于管座308朝向管帽300伸出的突出部3080的侧表面前端。激光器管芯302成一角度设置于管芯载体303的前端，使得激光器管芯302朝向管帽300的端面与光源30以及套管40的中心线的垂直方向呈3到25度夹角，当然更好的可以将角度设置在8到11度以内，为获得更佳光学效果，激光器管芯302最佳设置位置为保持8至11度的角度的同时以中心线为基准向下平移距离d，d的范围控制在1至50um(见图4c所示)。管座包括多个引脚307并与激光器管芯302以及背光探测器305达成电性互连。该管帽300可以是一球透镜或者非球透镜并与管座308熔接形成密闭空间，密闭空间内可以填充保护气体以对激光器管芯进行良好保护。
制造时，将背光探测器的载体粘接到管座的背部中央，激光器粘接于背光探测器的载体上，预烘；将LD芯片放置在半导体激光器管芯的载体的前端并与中心线的垂直线呈3°～15°夹角，并以中心线为基准向下平移d(1～50um)，一起放置到管座的伸出部分上部的前端，其中心线与半导体激光器管芯载体的中心线重合，加热烧结，冷却后进行电性连接，烘烤；采用瞬间局部加热的工艺将球透镜或非球透镜的管帽和帖片/键和后的管座熔接在一起；将闭口精密陶瓷套管和陶瓷套管金属套粘接为一体，插入光纤跳线并与光功率计连好，将封装好的激光器件加电，并插入半导体激光器金属座中，固定陶瓷套管金属套和激光器件与3维精密微调架，调节X/Y/Z调节轴使输出光功率达到需要值，使用YAG激光点焊固定，从而制成本发明光发射装置。
本发明激光器管芯可以是法布里-珀罗半导体激光器(FP-LD)、分布回馈式激光器(DFB-LD)、垂直腔面发射激光器(VCSELS)中的任意一种，不同激光器的选择可以根据传输的距离以及其他光学性能的不同要求而加以选择。
图4c为本发明激光器管芯302在工作时的光学示意图，由于激光器管芯302放置于管芯载体304的前端并与中心线的垂直方向呈3到25度夹角，回返的反射光与激光器管芯302光出射方向成一定角度，不能进入激光器的谐振腔，从而不会影响激光器谐振腔的正常工作，即从源头上杜绝了光源10对回返反射光的敏感性，使得本发明光源具备其他光源没有的优越性能，使用该光源的光发射器件也不需要再额外的配备专门的器件如短插芯、过渡环甚至于隔离器来阻止反射光回射光源影响激光器的正常工作，也不需要繁冗器件之间的复杂的耦合调整工作，省时省力省成本。
同时，实验结果显示本发明光发射器件在不使用其他的辅助的精密昂贵器件如陶瓷短插芯和金属过渡环来对抗反射光的情况下，降低成本在10％以上，使工艺流程缩短5个步骤，减少一半的焊接次数。而且性能上也毫不逊色，同样可以达到耦合功率最小-11dbm，最大+1dbm，在155Mb/S速率下的眼图与采用短插芯的传统方式基本相当，在1.25Gb/S下的眼图张开度完全满足TIU-TG.983的要求。如果未来通信系统对光发射器件的性能要求更高时，本发明的光发射器件只需进一步包括一短插芯和过渡环，短插芯定位于套管内且其靠近光源一端为倾斜面，过度环电焊定位于光源和金属套管之间，以调节短插芯与光源的距离。便可得到进一步的升级，而传统器件却难以如此轻松实现。
显然，上面仅描述了本发明较佳实施方式，在附属项和它们的等同技术里，在本发明的基本思想内更多的修改、变更和改变同样可以实现。因而，本发明及其具体实施方式
不限于上述的实施方式，而是可在权利要求的范围内变化。
权利要求
1.一光源包括一激光器管芯、一激光器载体、一背光探测器、一背光探测器载体封闭于由一管座和一管帽闭合形成的密闭空间内，该激光器管芯定位于该激光器载体，该背光探测器定位于该背光探测器载体，其特征在于该激光器管芯朝向管帽的端面与光源的中心轴线的垂直方向相交成3到25度角。
2.如权利要求1所述的光源，其特征在于激光器管芯最佳设置位置为保持角度的同时以中心线为基准向下平移一定距离。
3.如权利要求2所述的光源，其特征在于该平移的距离是1至50um。
4.如权利要求1所述的光源，其特征在于该激光器管芯为一半导体激光器。
5.如权利要求1所述的光源，其特征在于该背光探测器载体进一步包括多个金属引脚与该背光探测器以及激光器管芯电性互连。
6.一光发射器件其特征在于包括一光源和一套管分别固持于一光源基座的两侧，该光源包括一激光器管芯、一激光器载体、一背光探测器、一背光探测器载体封闭于由一管座和一管帽闭合形成的密闭空间内，该激光器管芯定位于该激光器载体，该背光探测器定位于该背光探测器载体，该激光器管芯朝向管帽的端面与光源的中心轴线的垂直方向相交成3到25度角。
7.如权利要求6所述的光源，其特征在于激光器管芯最佳设置位置为保持角度的同时以中心线为基准向下平移一定距离。
8.如权利要求6所述的光源，其特征在于该平移的距离是1至50um。
9.如权利要求6所述的光发射器件，其特征在于激光器管芯为一半导体激光器。
10.如权利要求6所述的光发射器件，其特征在于该光源、套管以及该光源通过点焊连接技术进行固定。
11.如权利要求6所述的光发射器件，其特征在于进一步包括一过渡环点焊连接固定于该套管和该光源基座之间。
12.如权利要求11所述的光发射器件，其特征在于进一步包括一陶瓷短插芯定位于该套管内并临近该过渡环。
13.如权利要求12所述的光发射器件，其特征在于该陶瓷短插芯靠近该过渡环一端为一倾斜面。
14.如权利要求6所述的光发射器件，其特征在于该套管为金属闭口套管。
15.一种光发射器件的制造方法包括步骤将一背光探测器载体固定于一管座；将一激光器管芯固定于一管芯载体且使得管芯的出光端面与载体的中心线的垂直线成3至25度角；将管芯载体固定于管座；将管座与一管帽熔接以将该管芯和探测器封闭制成光源；将光源固定于一金属基座，将一金属套管固定于金属基座的另一侧；微调形成光发射器件。
16.如权利要求15所述的光发射器件的制造方法，其特征在于其间背光探测器是粘接于管座的底部中央，激光器管芯是粘接于管芯载体。
17.如权利要求16所述的光发射器件的制造方法，其特征在于该管芯载体粘接于管座向管帽伸出的突出部侧面前端。
18.如权利要求17所述的光发射器件的制造方法，其特征在于该光源、金属基座以及金属套管都是激光点焊加以固定。
19.如权利要求15所述的光发射器件的制造方法，其特征在于管芯在保持角度的同时以中心线为基准向下平移一定1至50um的距离。
全文摘要
本发明属于光纤通讯领域，其提供一种光发射器件包括一光源和一套管分别固持于一光源基座的两侧，该光源一光源包括一激光器管芯、一激光器载体、一背光探测器、一背光探测器载体封闭于由一管座和一管帽闭合形成的密闭空间内，该激光器管芯定位于该激光器载体，该背光探测器定位于该背光探测器载体，该激光器管芯朝向管帽的端面与光源的中心轴线的垂直方向相交成一角度。本发明克服了现有技术光发射器件由于光源对外界反射光的敏感性，从而不得不使用其它的方式如更多地元器件和更复杂的流程工艺来消除进入到光源的反射光的缺陷。
文档编号H04B10/04GK1960089SQ20051010112
公开日2007年5月9日 申请日期2005年11月3日 优先权日2005年11月3日
发明者柴广跃 申请人:深圳市恒宝通光电子有限公司