多通道激光发射器和光通信器件转让专利
申请号 : CN202011431384.4
文献号 : CN112234429B
文献日 : 2021-07-09
发明人 : 宋小飞 , 廖传武 , 王志文 , 贺亮
申请人 : 武汉乾希科技有限公司 , 大连优迅科技股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种多通道激光发射器(100),其特征在于,包括:基座(1),具有第一侧和第二侧,以及从所述第一侧贯穿至所述第二侧的至少一个通孔;
安装板(11),被安装在所述基座(1)的所述第一侧上;
至少一个主电路板,被贯穿地安装在所述至少一个通孔的相应通孔中,并且所述至少一个主电路板的一端从所述第一侧向外伸出,另一端从所述第二侧暴露,所述至少一个主电路板用以从所述第二侧接收供电电力和射频信号;
多个激光发射器芯片(120),每个激光发射器芯片(120)被安装在所述安装板(11)上,并且适于接收来自所述至少一个主电路板的供电电力和射频信号,由此发射多路彼此不同方向的激光束;以及
反射镜组(20),被设置在所述安装板(11)上并且具有多个反射表面(230),用以分别接收来自所述多个激光发射器芯片(120)的多路激光束,并且朝向远离所述基座(1)的方向反射出去;
其中通过以下方法来生长所述反射镜组(20),所述方法包括:通过晶体生长来获得透明的第一棱锥体,所述第一棱锥体具有多个第一侧表面;
在所述多个第一侧表面上镀反射膜,以形成多个反射表面(230);
在不相邻的所述多个反射表面(230)上生长多个第二棱锥体,每个第二棱锥体具有从相邻的两个反射表面(230)之间的交线(231)开始在所述第一棱锥体的外部远离所述交线(231)延伸的多个第二侧表面,所述多个第二侧表面在所述反射镜组(20)内限定出彼此分隔的多个光区域;
在所述多个第二侧表面上镀阻断膜,以阻止相邻光区域的干扰;以及其中所述反射镜组(20)具有出光面(240),所述出光面(240)由所述多个第二棱锥体的多个第三侧表面形成,所述第二侧表面限定在所述反射表面(230)和所述出光面(240)之间。
2.根据权利要求1所述的多通道激光发射器(100),其中所述多个反射表面(230)的每个反射表面(230)与对应入射的激光束呈45°的角度,所述多个反射表面(230)共同限定形成一个棱锥体的多个侧表面。
3.根据权利要求1所述的多通道激光发射器(100),其中所述反射镜组(20)的所述出光面(240)在同一个平面上,所述平面镀有增透膜。
4.根据权利要求1所述的多通道激光发射器(100),还包括透明垫块(30),所述透明垫块设置在所述反射镜组(20)的出光面(240)上,透明垫块(30)的入光面和出光面上镀有增透膜,并且尺寸大于所述反射镜组(20)的出光面(240)的整体尺寸。
5.根据权利要求4所述的多通道激光发射器(100),还包括准直透镜(13),所述准直透镜(13)粘贴在所述透明垫块上,用以准直从所述反射镜组(20)的出光面(240)出射的多路激光束。
6.根据权利要求1所述的多通道激光发射器(100),其中所述反射镜组(20)具有底座(205),所述底座(205)嵌入并粘结至所述安装板(11)上设置的槽孔(130)中。
7.根据权利要求1所述的多通道激光发射器(100),其中所述至少一个主电路板上设置有多组第一正负极射频焊盘(83),所述多组第一正负极射频焊盘(83)的数目与所述多个激光发射器芯片(120)的数目相同并且两者一一对应,每个所述激光发射器芯片(120)适于从相应的一组第一正负极射频焊盘(83)接收供电电力和射频信号。
8.根据权利要求7所述的多通道激光发射器(100),其中所述安装板(11)是电路板,所述安装板(11)上设置有多组第二正负极射频焊盘(113),其中所述多组第二正负极射频焊盘(113)的数目与所述多组第一正负极射频焊盘(83)的数目相同,并且两者一一对应;
每组所述第二正负极射频焊盘(113)适于经由第一接线而与相应的一组第一正负极射频焊盘(83)电连接,以及经由第二接线而与相应的一个激光发射器芯片(120)电连接,从而允许相应的所述一个激光发射器芯片(120)接收供电电力和射频信号。
9.根据权利要求1所述的多通道激光发射器(100),还包括热电制冷器(18),所述热电制冷器(18)被安装在所述基座(1)的所述第一侧上,并且支撑所述安装板(11),用以对所述安装板(11)及其上的所述激光发射器芯片(120)进行制冷。
10.根据权利要求1所述的多通道激光发射器(100),其中所述多个激光发射器芯片(120)包括四个激光发射器芯片(120),所述四个激光发射器芯片(120)在所述安装板(11)上呈十字分布,所述反射镜组(20)位于所述四个激光发射器芯片的中间位置。
11.根据权利要求7所述的多通道激光发射器(100),所述至少一个通孔包括第一通孔(15)和第二通孔(16),所述第一通孔(15)和所述第二通孔(16)分别被布置在所述安装板(11)的两侧;
所述至少一个主电路板包括第一主电路板(8)和第二主电路板(9),其中所述第一主电路板(8)被安装在所述第一通孔(15)内,所述第二主电路板(9)被安装在所述第二通孔(16)内;
所述第一主电路板(8)和所述第二主电路板(9)各自设有第一正负极射频焊盘(83),从而使得第一主电路板(8)和第二主电路板(9)能够分别向不同的激光发射器芯片(120)供应供电电力和射频信号。
12.根据权利要求1所述的多通道激光发射器(100),还包括多个激光接收器芯片(110),其中每个激光接收器芯片(110)被布置在所述安装板(11)上的与所述激光发射器芯片(120)的出光侧相背的一侧,以便监测相应的所述激光发射器芯片(120)的光功率。
13.根据权利要求12所述的多通道激光发射器(100),所述多个激光发射器芯片(120)和所述多个激光接收器芯片(110)均安装在热沉(150)上,所述热沉(150)安装在所述安装板(11)上。
14.根据权利要求1所述的多通道激光发射器(100),所述至少一个主电路板经由玻璃焊料而固定至相应的通孔中。
15.根据权利要求1所述的多通道激光发射器(100),还包括:加电软电路板(6)和射频信号软电路板(7),它们分别电连接至所述至少一个主电路板的位于所述基座(1)的所述第二侧的一端,由此分别向所述至少一个主电路板供给供电电力和射频信号。
16.根据权利要求15所述的多通道激光发射器(100),还包括:过渡电路板(14),所述过渡电路板(14)设置在所述基座(1)的所述第二侧上,并且在所述第二侧上电连接至所述至少一个主电路板,用以梳理所述至少一个主电路板上的各个焊盘,并由此在所述过渡电路板(14)的两侧提供经梳理后的焊盘;
所述加电软电路板(6)和射频信号软电路板(7)分别电连接至所述过渡电路板(14)的两侧。
17.根据权利要求1所述的多通道激光发射器(100),还包括温度传感器(117),所述温度传感器(117)设置在所述安装板(11)上,用以监测所述激光发射器芯片(120)的工作温度。
18.根据权利要求1‑17中任一项所述的多通道激光发射器(100),其中所述安装板(11)和所述至少一个主电路板均是陶瓷电路板。
19.一种光通信器件,其包括根据权利要求1‑17中任一项所述的多通道激光发射器。
说明书 :
多通道激光发射器和光通信器件
技术领域
背景技术
最远的那束激光光斑直径展宽,影响光路质量和耦合效率,同时多通道激光束在合波器内
部反射,通道间光路干扰较严重。
发明内容
装板,被安装在所述基座的所述第一侧上;至少一个主电路板,被安装在所述至少一个通孔
的相应通孔中,并且所述主电路板的两端分别从所述第一侧和所述第二侧暴露,所述主电
路板用以从所述第二侧接收供电电力和射频信号;多个激光发射器芯片,每个激光发射器
芯片被安装在所述安装板上,并且适于接收来自所述主电路板的供电电力和射频信号,由
此发射多路彼此不同方向的激光束;以及反射镜组,被设置在所述安装板上并且具有多个
反射表面,用以分别接收来自所述多个激光发射器芯片的多路激光束,并且朝向远离所述
基座的方向反射出去。
器件小型化、传输速率高、长距离传输。
一一对应,每个所述激光发射器芯片适于从相应的一组第一正负极射频焊盘接收供电电力
和射频信号。
数目相同,并且两者一一对应;每组所述第二正负极射频焊盘适于经由第一接线而与相应
的一组第一正负极射频焊盘电连接,以及经由第二接线而与相应的一个激光发射器芯片电
连接,从而允许相应的所述一个激光发射器芯片接收供电电力和射频信号。
行制冷。
芯片的中间位置。
和第二主电路板,其中所述第一主电路板被安装在所述第一通孔内,所述第二主电路板被
安装在所述第二通孔内;所述第一主电路板和所述第二主电路板各自设有第一正负极射频
焊盘,从而使得第一主电路板和第二主电路板能够分别向不同的激光发射器芯片供应供电
电力和射频信号。
激光发射器芯片的光功率。
个主电路板供给供电电力和射频信号。
一个主电路板上的各个焊盘,并由此在所述过渡电路板的两侧提供经梳理后的焊盘;所述
加电软电路板和射频信号软电路板分别电连接至所述过渡电路板的两侧。
面。
束入射区域,每个阻断表面上设置有阻断膜,以阻止相邻激光束入射区域的干扰。
的整体尺寸。
每个阻断表面从相邻的两个反射表面之间的交线开始在所述棱锥体的外部远离所述交线
延伸,用以在所述反射镜组内限定出彼此分隔的多个光区域,每个阻断表面的作用在于阻
止相邻光区域的干扰;以及多个出光面,位于所述多个反射表面的同一侧,并且与相应的反
射表面相对,以接收来自所述反射表面反射的光。
装在下沉结构的方孔中,直接放入就行,不需要复杂的耦合,大幅提高生产效率。
表面上镀反射膜,以形成多个反射表面;在不相邻的所述多个反射表面上生长多个第二棱
锥体,每个第二棱锥体具有从相邻的两个反射表面之间的交线开始在所述第一棱锥体的外
部远离所述交线延伸的多个第二侧表面,所述多个第二侧表面在所述反射镜组内限定出彼
此分隔的多个光区域;在所述多个第二侧表面上镀阻断膜,以阻止相邻光区域的干扰。其中
所述反射镜组具有出光面,所述出光面由所述多个第二棱锥体的第三侧表面形成,所述第
二侧表面限定在所述反射表面和所述出光面之间。
的反射表面构成,并且没有交集;在所述第一子集的反射表面上晶体生长多个第二棱锥体。
集上晶体生长另外的多个第二棱锥体。
容易理解。
附图说明
具体实施方式
里阐述的实施例,相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的
是,本公开的附图及实施例仅用于示例性作用,并非用于限制本公开的保护范围。
器芯片和一些光学器件;外壳10用于容纳并保护基座1上的电路和适当器件;插口4可以集
成有光隔离器,并且经由过渡环5而固定(例如,焊接)在外壳10的上方。仅作为示例,基座1
和/或外壳10可以均由金属制成。
及器件(例如,多个激光发射器芯片),而支撑壳3的作用是容纳管帽2,从而方便集成有光隔
离器的插口4的焊接,同时提供坚固的多通道激光发射器100的外壳。管帽2和支撑壳3均是
中空的,管帽2的外径可以小于支撑壳3的内径,由此管帽2可以容纳在支撑壳3内。基座1的
外径可以略大于管帽2的外径,在此情况下,管帽2的下端可以抵靠在基座1的上表面上,同
时容纳基座1的上表面上设置的电路和器件。
此时基座1上的电路和器件容纳在管帽2内;接着,将管帽2的大部分塞入支撑壳3内,并将管
帽2和支撑壳3焊接在一起;最后,经由过渡环5将支撑壳3和集成有光隔离器的插口4焊接在
一起。容易理解,按照上述方式,可以轻易地实现上述装配操作,并且实现体积小、紧凑的多
通道激光发射器器件。
上。
立体示意图;图3示出了根据本公开的示例实施例的多通道激光发射器中的基座的第二侧
的安装结构的示意图;图4示出了根据本公开的示例实施例的多通道激光发射器中的其上
安装有多个激光发射器芯片的安装板的俯视示意图;以及图5示出了根据本公开的示例实
施例的多通道激光发射器中的其上安装有多个激光发射器芯片的安装板的截面示意图。
与第一侧相背的一侧。仅作为示例,图1和图2中示出了第一通孔15和第二通孔16。然而,将
会理解,在其他的实施例中,至少一个通孔可以包括更多或更少的通孔。如后面将要描述
的,至少一个通孔的作用在于安置用于传输供电电力和/或射频信号的至少一个主电路板。
装板11可以安置在第一通孔15和第二通孔16之间,从而在基座1的第一侧上提供非常紧凑
的结构布置。
板11上,并且使得其发射方向朝向多个激光发射器芯片120所环绕的中间位置,以便在中间
位置反射和/或汇聚多路激光束。将会理解,以环形形状均匀布置不是必须的,在其他实施
例中,也可以采用其他合适的形状进行布置,只要多个激光发射器芯片120的多路激光束适
于被收集和/或汇聚即可。
将会理解,在其他实施例中,可以有更多或更少的激光器发射器芯片120布置在安装板11
上。
装板11上。在又一些实施例中,热沉150可以为陶瓷热沉。在又一些实施例中,安装板11可以
是陶瓷安装板。在又一些实施例中,如图2所示,可以在基座1的第一侧上设置热电制冷器
18,然后可以经由热电制冷器18来支撑和接触安装板11,从而实现对安装板11以及由此的
多个激光发射器芯片120的散热和/或制冷。
敏电阻。在又一些实施例中,可以在安装板11的不同位置设置多个温度传感器117,从而可
以针对不同位置,更为精确地监测多个激光发射器芯片120的工作温度。
可以与多个激光发射器芯片120的数目相同并且一一对应,其中每个激光接收器芯片110设
置在所述激光发射器芯片120的与出光侧相背的一侧(即背光侧)。本领域技术人员将会理
解,每个激光发射器芯片120在从出光侧发射激光束的同时,也会有少量光从背光侧泄露出
来,因此可以通过监测激光发射器芯片120的从背光侧泄露的光来监测激光发射器芯片120
的光功率。还应当理解,一旦通过激光接收器芯片110监测到激光发射器芯片120的光功率
随时间降低的情况,可以通过调节激光发射器芯片120的工作参数(例如,供电电流)而使其
发光的光功率保持稳定。
可以有四个激光接收器芯片110,并且它们形成的四个组合可以分别被设置在四个不同的
热沉150上。
安装板11的中间位置可以设置有下沉的槽孔130(例如,方孔、圆孔等),以方便嵌入和定位
该反射镜组20。在具有四个激光发射器芯片120的实施例中,反射镜组20可以被构造为方
形,并且该槽孔130也可以为方形,以使得该槽孔130的方形的每一侧边面对多个激光发射
器芯片120的光发射方向。为了避免反射镜组20边角的磕碰,槽孔130的角落可以具有避空
孔(例如,小圆孔)。
可以在热沉150的出光侧的两边各设置一个避空口152。
作为示例,在图1和图2的示例实施例中,至少一个主电路板可以包括第一主电路板8和第二
主电路板9,其中第一主电路板8可以被固定(例如,通过高温玻璃焊料而焊接)在第一通孔
16中,第二主电路板9可以被固定(例如,通过高温玻璃焊料而焊接)在第二通孔15中,由此
安装板11可以被会位于第一主电路板8和第二主电路板9之间。
输所必须的各种信号,这些信号包括但不限于供电电力、射频信号、控制信号、监测信号等。
频焊盘83、用于多个激光接收器芯片110的多个激光接收器正极焊盘85、用于温度传感器
117的主电路板温度传感器焊盘87、用于热电制冷器18的主电路板热电制冷器焊盘88以及
可能的其他焊盘,例如主电路板接地焊盘91,其中每组第一正负极射频焊盘83可以包括射
频信号正极焊盘81和射频信号负极焊盘82两者,多组第一正负极射频焊盘83的数目可以与
多个激光发射器芯片120的数目相同并且一一对应,多个激光接收器焊盘85的数目可以与
多个激光接收器芯片110的数目相同并且一一对应。
83;激光接收器芯片110的正极可以经由接线(例如,金线)而电连接至对应的激光接收器正
极焊盘85,负极可以经由接线(例如,金线)而电连接至至少一个主电路板上的主电路板接
地焊盘91;用于温度传感器117的安装板温度传感器焊盘116可以经由接线(例如,金线)而
电连接至至少一个主电路板上的主电路板温度传感器焊盘87;热电制冷器18上的接电焊盘
181可以经由接线(例如,金线)而电连接至至少一个主电路板上的主电路板热电制冷器焊
盘88。将会理解,以这种方式,可以通过至少一个主电路板来直接实现对基座1和/或安装板
11上设置的各个电器件的供电电力和/或信号传输,而安装板11可以不具有任何的电气功
能。
或信号传输。在这些实施例中,安装板11和/或热沉150也可以是电路板(例如,陶瓷电路
板),其上设置有导线和/或焊盘。仅作为示例,安装板11上可以例如设置有多组第二正负极
射频焊盘113、用于温度传感器117的安装板温度传感器焊盘116、安装板接地焊盘115,其中
每组第二正负极射频焊盘113可以包括射频信号正极焊盘112和射频信号负极焊盘111。另
外,多组第二正负极射频焊盘113的数目可以与多组第一正负极射频焊盘83的数目相同并
且一一对应。热沉150上可以设置有用于激光发射器芯片120的负极的激光发射器负极焊盘
122,以及用于激光接收器芯片110的负极的激光接收器负极焊盘121,其中激光发射器芯片
120和激光接收器芯片110两者可以以共晶焊接的方式分别焊接在上述激光发射器负极焊
盘122、激光接收器负极焊盘121上。特别地,激光发射器负极焊盘122的尺寸可以设置得比
激光发射器芯片120的尺寸要大、以及激光接收器负极焊盘121的尺寸可以设置得比激光接
收器芯片110的尺寸要大,从而允许对两者的安装位置,特别地是对激光发射器芯片120的
安装位置进行调整,以与激光发射器芯片120的背光侧对准。
置的第二正负极射频焊盘113中的射频信号正极焊盘112,激光发射器芯片120的负极可以
通过上述激光发射器负极焊盘122经由接线(例如,金线)而电连接至第二正负极射频焊盘
113中的射频信号负极焊盘111,而上述第二正负极射频焊盘113可以经由接线(例如,金线)
而电连接至至少一个主电路板上的相对应的第一正负极射频焊盘83;激光接收器芯片110
的正极可以经由接线(例如,金线)而电连接至少一个主电路板上的对应的激光接收器正极
焊盘85,而负极可以通过激光接收器负极焊盘121经由接线(例如,金线)而电连接至安装板
11的安装板接地焊盘115;温度传感器117(例如,热敏电阻)可以通过安装板温度传感器焊
盘116经由接线(例如,金线)而电连接至至少一个主电路板上的主电路板温度传感器焊盘
87。
片110的正负极、温度传感器117、热电制冷器的接电焊盘181的方式来设计,和/或设计成使
得各个焊盘之间的接线(例如,金线)相对较短,以降低阻抗匹配的难度。
例,过渡电路板14也可以是陶瓷电路板。在至少一个通孔包括第一通孔15和第二通孔16的
实施例中,过渡电路板14可以位于第一通孔15和第二通孔16的中间。
功能的焊盘以及提供射频信号的焊盘分别提供在过渡电路板14的不同侧。将会理解,以这
种方式,如图1所示,可以方便地将加电软电路板6和射频信号软电路板7分别电连接(例如,
焊接)至过渡电路板14的两侧,从而实现对多通道激光发射器100中的各个电器件的供电和
控制。
路激光束准直成1束含4路激光信号的平行激光束,然后再通过管帽2上设置的聚焦透镜19
(见图1)汇聚成一点,耦合进集成有光隔离器的插口4。
120的多路激光束,并且朝向远离基座1的方向反射出去,其中多个反射表面230的数目可以
与多个激光发射器芯片120的数目相同并且一一对应。例如,在多个激光发射器芯片120为
四个激光发射器芯片120的实施例中,多个反射表面230的数目可以为四个。
的激光束以垂直于入射光束的方式进行反射。进一步地,这些反射表面230可以彼此相交,
并且任意相邻的两两反射表面230之间限定有交线231,这些反射表面230可以进一步地限
定出一个第一棱锥体的多个侧表面、底面210和共同的顶点232,其中这些反射表面230可以
作为该锥体的多个侧表面。更进一步地,这些反射表面230可以均与底面形成45°的角度。
从而在反射镜组20内限定出彼此分隔的多个光区域,其中阻断表面220的作用在于阻止相
邻光区域的干扰。作为示例,阻断表面220上可以镀有阻断膜。
组20的光路下游的准直透镜13射出。进一步地,该多个出光面240可以位于同一平面上,从
而使得反射镜组20整体具有平整的出光面。更进一步地,该平面镀有增透膜,以实现增透光
的目的。
光侧相对,其作用在于将入射到其上的光束透射至对应的反射表面230。进一步地,每个入
光面可以垂直于前面所述的出光面。进一步地,每个入光面260上可以镀有增透膜。
一个底面210和四个反射表面230可以形成上述第一棱锥体,而四个反射表面230、四个阻断
表面220、四个入光面260、四个出光面240可以相应地形成四个第二棱锥体,其中四个入光
面260可以垂直于四个出光面240或底面210、四个出光面可以在同一平面上,并且可以与底
面210相对。
205的形状和尺寸可以与该槽孔130的形状和尺寸相适配。在四个激光发射器芯片的实施例
中,反射镜组20的底座可以呈方形,以及整体也可以呈方形,从而可以更好地对应于四个激
光发射器芯片的布置。进一步地,底座205上可以设置通道标记206,以便于标记该反射镜组
20所需要对应的激光反射器芯片(或光通道)。
地,透明垫块30的尺寸可以大于其反射镜组20的出光面240的尺寸,以便于其上准直透镜13
的安放。
得以实现。此外,本公开的反射镜组可以不需要激光束来回反射,使得每个通道激光束光程
一样,阻断膜的设置可以使各通道间光路无干扰,反射镜组可以安装在下沉结构的方孔中,
不需要复杂的耦合,可以大幅提高生产效率。
行。当提供底座205时,该底座例如可以为透明底座,然后可以在底座205上通过晶体生长来
获得所述第一棱锥体,并且可以使得底座205和上述第一棱锥体形成为一体。
从而使得以45°入射至第一侧表面的激光束可以以垂直于入射光束的方向出射,从而实现
光路的90°旋转。
线231延伸的多个第二侧表面,所述多个第二侧表面在反射镜组20内限定出彼此分隔的多
个光区域。
集和第二子集两者均由不相邻的反射表面230构成,并且没有交集。特别地,第二子集可以
是第一子集的补集。
要说明的是,在第一子集的反射表面230生长多个第二棱锥体之时,可以借助于模具对第一
子集的反射表面230上所要生长的多个第二棱锥体的区域的限定,来辅助地实现在第一子
集的反射表面230上的第二棱锥体的生长。
借助于模具,而在第一子集的反射表面230上生长第二棱锥体。
方便地在多个第二侧表面上镀阻断膜,该阻断膜可以有效地组织相邻光区域的干扰。
二侧表面上镀阻断膜;然后,在所述第二子集上生长另外的多个第二棱锥体,其中第二子集
可以是第一子集的补集。
面上镀阻断膜,然后可以在作为第一子集的补集的第二子集的反射表面(即,另外的处于对
角方向的反射表面230上)上生长另外的多个第二棱锥体。
230和出光面240之间。
地避免针对小型器件进行切割或抛光所带来的不利影响或困难。然而,这并非限制,在一些
实施例中,辅助地进行包括抛光或切割等的处理也是可能的。
的反射镜组20还可以用于其他的光学器件或光学系统,这些光学器件或光学系统由此也可
以获得本公开的反射镜组的有益效果,这些有益效果包括但不限于:金字塔形的45°反射镜
组不需要激光束来回反射,使每个通道激光束光程一样,阻断膜的设置可以使各通道间光
路无干扰,45°反射镜组安装在下沉结构的方孔中,直接放入就行,不需要复杂的耦合,大幅
提高生产效率。
人员在实践所请求保护的发明中,通过研究附图、公开和所附权利要求可以理解并且实践
所公开的实施例的其它变型和组合。
同的实施例或从属权利要求中记载某些特征的仅有事实,并不意味着不能有利地使用这些
特征的组合。在不脱离本申请的精神和范围的情况下,本申请的保护范围涵盖在各个实施
例或从属权利要求中记载的各个特征任何可能组合。