應(yīng)用于光電子器件光信號(hào)監(jiān)測(cè)的光耦合結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種應(yīng)用于光電子器件光信號(hào)監(jiān)測(cè)的光耦合結(jié)構(gòu)，包括：一管殼，為矩形的凹槽狀；一制冷器固定在管殼凹槽的底面；一熱沉固定在制冷器的上面；一半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片、一準(zhǔn)直透鏡、分光棱鏡、一聚焦透鏡、一光纖和一管殼尾管依序排列于同一光路上；一探測(cè)器芯片固定在熱沉的下載物面；一聚焦透鏡支架固定在熱沉的下載物面；一光纖支架固定在熱沉下載物面；一管殼尾管固定管殼的圓孔上。本發(fā)明是在光耦合部分通過(guò)安裝分光棱鏡將一束光信號(hào)引入探測(cè)器芯片中，可克服半導(dǎo)體光電子器件封裝中因微波微帶電路復(fù)雜或需雙端光耦合而無(wú)法安置背光探測(cè)器的困難，實(shí)現(xiàn)了對(duì)半導(dǎo)體光電子器件光信號(hào)的監(jiān)測(cè)。
【專利說(shuō)明】應(yīng)用于光電子器件光信號(hào)監(jiān)測(cè)的光耦合結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光電子器件封裝與測(cè)試領(lǐng)域，更具體說(shuō)是一種應(yīng)用于光電子器件光信號(hào)監(jiān)測(cè)的光耦合結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體光電子器件的封裝是制造器件的重要工序，關(guān)系到光電子器件的高性能發(fā)揮出來(lái)的程度以及器件在各種環(huán)境下工作的可靠性。半導(dǎo)體光電子器件的封裝，包括電連接、光耦合、溫控、機(jī)械固定及密封等一系列措施。通過(guò)特定形式的封裝，能將半導(dǎo)體光電子器件產(chǎn)生的光信號(hào)穩(wěn)定可靠地耦合到光纖中傳輸，以及將直流偏置、調(diào)制信號(hào)等電信號(hào)引入半導(dǎo)體光電子器件。為了保證半導(dǎo)體光電子器件工作在穩(wěn)定的狀態(tài)，通常情況下需要在封裝管殼中安置光電探測(cè)器。利用光電探測(cè)器對(duì)光路中所傳遞的光能量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并結(jié)合外部電路反饋控制，以維持半導(dǎo)體光電子器件的穩(wěn)定工作狀態(tài)。目前，對(duì)于半導(dǎo)體激光器的封裝，應(yīng)用最廣的光信號(hào)監(jiān)測(cè)方案是在半導(dǎo)體激光器芯片背面安置背光探測(cè)器。利用背光探測(cè)器接收激光器芯片背面發(fā)出的光，產(chǎn)生光電流并通過(guò)外部電路反饋控制激光器芯片，實(shí)現(xiàn)了對(duì)激光器芯片工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與控制。但是，隨著通信對(duì)半導(dǎo)體激光器的高頻性能要求越來(lái)越高，需要在封裝管殼內(nèi)設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜的微波微帶電路。對(duì)于一些特定情況，在激光器芯片背面安置有復(fù)雜的微波微帶電路，此時(shí)沒(méi)有足夠的空間安置背光探測(cè)器。若重新布局微波微帶電路，不但過(guò)程復(fù)雜，而且對(duì)于封裝后的激光器高頻性能也會(huì)影響很大。此夕卜，對(duì)于需要雙端耦合的半導(dǎo)體光電子器件如半導(dǎo)體光放大器、電致吸收調(diào)制器等，利用背面出光進(jìn)行探測(cè)監(jiān)控的方案在這里也不再適用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于光電子器件光信號(hào)監(jiān)測(cè)的光耦合結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)能在沒(méi)有足夠空間安置背光探測(cè)器的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體光電子器件光信號(hào)的監(jiān)測(cè)。
[0004]本發(fā)明提供一種應(yīng)用于光電子器件光信號(hào)監(jiān)測(cè)的光耦合結(jié)構(gòu)，包括:
[0005]一管殼，該管殼為可閥或陶瓷材料，其形狀為矩形的凹槽狀，在其縱向的一側(cè)壁開(kāi)有一圓孔；
[0006]一制冷器，該制冷器固定在管殼凹槽的底面；
[0007]—熱沉，該熱沉為階梯結(jié)構(gòu)，有上下兩個(gè)載物面，其固定在制冷器的上面；
[0008]一半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片，該半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片固定在熱沉的上載物面并靠近下載物面；
[0009]一準(zhǔn)直透鏡支架，該準(zhǔn)直透鏡支架固定在熱沉的下載物面，呈倒II型；
[0010]一準(zhǔn)直透鏡，該準(zhǔn)直透鏡固定在準(zhǔn)直透鏡支架上；
[0011]—分光棱鏡，該分光棱鏡固定在熱沉的下載物面；
[0012]一探測(cè)器芯片，其固定在熱沉的下載物面，該探測(cè)器芯片位于分光棱鏡的一側(cè)；
[0013]一聚焦透鏡支架，該聚焦透鏡支架固定在熱沉的下載物面，呈倒II型；
[0014]一聚焦透鏡，該聚焦透鏡固定在聚焦透鏡支架上；
[0015]一光纖支架，該光纖支架固定在熱沉下載物面；
[0016]一光纖，該光纖固定在光纖支架上；
[0017]—管殼尾管,該管殼尾管固定管殼的圓孔上；
[0018]其中所述的半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片、準(zhǔn)直透鏡、分光棱鏡、聚焦透鏡、光纖和管殼尾管為依序排列，均位于同一光路上。
[0019]本發(fā)明的有益效果是，其是在光耦合部分通過(guò)安裝分光棱鏡將一束光信號(hào)弓I入探測(cè)器芯片中，可克服半導(dǎo)體光電子器件封裝中因微波微帶電路復(fù)雜或需雙端光耦合而無(wú)法安置背光探測(cè)器的困難，實(shí)現(xiàn)了對(duì)半導(dǎo)體光電子器件光信號(hào)的監(jiān)測(cè)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，其中:
[0021]圖1是本發(fā)明一種應(yīng)用于光電子器件光信號(hào)監(jiān)測(cè)的光耦合結(jié)構(gòu)的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，在附圖或說(shuō)明書(shū)描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號(hào)。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員所知的形式。
[0023]請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種應(yīng)用于光電子器件光信號(hào)監(jiān)測(cè)的光耦合結(jié)構(gòu)，包括:
[0024]一管殼1，該管殼I為可閥或陶瓷材料，其形狀為矩形的凹槽狀，在其縱向的一側(cè)壁開(kāi)有一圓孔101 ；
[0025]一制冷器2，該制冷器2固定在管殼I凹槽的底面，用于保證半導(dǎo)體光電子器件工作在恒定溫度中；
[0026]一熱沉3，該熱沉3為階梯結(jié)構(gòu)，有上下兩個(gè)載物面，燒焊在制冷器2上。該熱沉3所采用的是無(wú)氧高電導(dǎo)銅或者金剛石、可閥或氮化鋁、氧化鈹或碳化硅等具有高熱導(dǎo)率及低膨脹系數(shù)的材料。熱沉3通過(guò)采用線切割或腐蝕的方法得到，經(jīng)過(guò)磨平、拋光后，在熱沉3的上下兩表面鍍金，使得熱沉3具有良好的導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性。
[0027]—半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片4，該半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片4錫焊貼在熱沉3的上載物面上。該半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片4可以是半導(dǎo)體激光器、電致吸收調(diào)制器、半導(dǎo)體光放大器等。該半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片4要盡量靠近熱沉3上載物面的垂直邊緣，以避免邊緣金屬引起的反射進(jìn)入半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片4中影響工作性能。將半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片4用錫焊固定在熱沉3的上載物的作用是，半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片4與熱沉3緊密固定，并且保持熱沉3和半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片4電極的良好電接觸和熱傳導(dǎo)性能。
[0028]一準(zhǔn)直透鏡支架5，該準(zhǔn)直透鏡支架5對(duì)準(zhǔn)直透鏡6起到支撐連接的作用，準(zhǔn)直透鏡支架5可選用可閥、鎳或不銹鋼材料進(jìn)行線切割加工，形狀類似倒II型。倒II的底面與熱沉3的下載物面通過(guò)激光焊接固定，兩垂直面的間距應(yīng)該等于準(zhǔn)直透鏡6的外徑。
[0029]一準(zhǔn)直透鏡6，該準(zhǔn)直透鏡6通過(guò)激光焊接在準(zhǔn)直透鏡支架5上，起到將從半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片4出射的發(fā)散光轉(zhuǎn)變?yōu)闇?zhǔn)直光的作用。
[0030]一分光棱鏡7，該分光棱鏡7通過(guò)金屬焊或固化膠固定在熱沉3的下載物面，其作用在于將準(zhǔn)直后的激光分為傳播方向相互垂直的兩束，大部分光直接通過(guò)該分光棱鏡7進(jìn)入聚焦透鏡10，另一小部分光經(jīng)過(guò)90度轉(zhuǎn)向入射到探測(cè)器芯片8中。
[0031]一探測(cè)器芯片8，該探測(cè)器芯片8用錫焊貼在熱沉3的下載物面上。該探測(cè)器芯片8應(yīng)該靠近分光棱鏡7的一個(gè)出光面且應(yīng)該以20?45度斜放以減少反射。探測(cè)器芯片8與熱沉3應(yīng)緊密固定，以保證熱沉3和探測(cè)器芯片8電極之間的良好電接觸和熱傳導(dǎo)性能。
[0032]一聚焦透鏡支架9，該聚焦透鏡支架9對(duì)聚焦透鏡10起到支撐連接的作用，聚焦透鏡支架9可選用可閥、鎳或不銹鋼材料進(jìn)行線切割加工，形狀類似倒II型，倒II的底面與熱沉3的下載物面通過(guò)激光焊接固定，兩垂直面的間距應(yīng)該等于聚焦透鏡10的外徑。
[0033]一聚焦透鏡10，該聚焦透鏡10通過(guò)激光焊接在聚焦透鏡支架9上，起到將直接通過(guò)分光棱鏡7的激光會(huì)聚到光纖12中的作用。聚焦透鏡10采用非球面設(shè)計(jì)，以提高耦合效率。聚焦透鏡10的雙面鍍?cè)鐾笢p反膜，以減少光反射的影響。
[0034]一光纖支架11，該光纖支架11通過(guò)激光焊接在熱沉3下載物面，用于支撐光纖12。
[0035]—光纖12,該光纖12通過(guò)激光焊接在光纖支架11上，用于稱合輸出聚焦透鏡10出射的激光信號(hào)。
[0036]一管殼尾管13，該管殼尾管13燒焊在管殼I側(cè)壁上，用于將光纖12引出管殼I。
[0037]其中所述的半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片4、準(zhǔn)直透鏡6、分光棱鏡7、聚焦透鏡10、光纖12和管殼尾管13為依序排列,均位于同一光路上。
[0038]需要說(shuō)明的是，根據(jù)封裝器件性能的要求，本實(shí)施例中管殼I (包括引腳、光輸入端、電輸入端等，在圖中并未畫(huà)出)可以有不同的設(shè)計(jì)，并不局限于圖中所示；準(zhǔn)直透鏡6、分光棱鏡7、聚焦透鏡10和光纖12的位置應(yīng)精細(xì)調(diào)整，以保證光耦合效率最大；熱沉3、半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片4與探測(cè)器芯片8應(yīng)通過(guò)引腿或金絲與管殼I引腳焊接相連，在圖中沒(méi)有畫(huà)出這些連接。
[0039]至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明一種應(yīng)用于光電子器件光信號(hào)監(jiān)測(cè)的光耦合結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)本發(fā)明一種應(yīng)用于光電子器件光信號(hào)監(jiān)測(cè)的光耦合結(jié)構(gòu)有了清楚的認(rèn)識(shí)。
[0040]此外，上述對(duì)各元件和方法的定義并不僅限于實(shí)施方式中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀或方式，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單地熟知地替換。
[0041 ] 綜上所述,本發(fā)明一種應(yīng)用于光電子器件光信號(hào)監(jiān)測(cè)的光稱合結(jié)構(gòu)，在光稱合部分通過(guò)安裝分光棱鏡將一束光信號(hào)引入探測(cè)器芯片中，可克服半導(dǎo)體光電子器件封裝中因微波微帶電路復(fù)雜或需雙端光耦合而無(wú)法安置背光探測(cè)器的困難，實(shí)現(xiàn)了對(duì)半導(dǎo)體光電子器件光信號(hào)的監(jiān)測(cè)。
[0042]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)用于光電子器件光信號(hào)監(jiān)測(cè)的光耦合結(jié)構(gòu)，包括: 一管殼，該管殼為可閥或陶瓷材料，其形狀為矩形的凹槽狀，在其縱向的一側(cè)壁開(kāi)有一圓孑L ； 一制冷器，該制冷器固定在管殼凹槽的底面； 一熱沉，該熱沉為階梯結(jié)構(gòu)，有上下兩個(gè)載物面，其固定在制冷器的上面； 一半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片，該半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片固定在熱沉的上載物面并靠近下載物面； 一準(zhǔn)直透鏡支架，該準(zhǔn)直透鏡支架固定在熱沉的下載物面，呈倒II型； 一準(zhǔn)直透鏡，該準(zhǔn)直透鏡固定在準(zhǔn)直透鏡支架上； 一分光棱鏡，該分光棱鏡固定在熱沉的下載物面； 一探測(cè)器芯片，其固定在熱沉的下載物面，該探測(cè)器芯片位于分光棱鏡的一側(cè)； 一聚焦透鏡支架，該聚焦透鏡支架固定在熱沉的下載物面，呈倒II型； 一聚焦透鏡，該聚焦透鏡固定在聚焦透鏡支架上； 一光纖支架，該光纖支架固定在熱沉下載物面； 一光纖，該光纖固定在光纖支架上； 一管殼尾管，該管殼尾管固定管殼的圓孔上； 其中所述的半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片、準(zhǔn)直透鏡、分光棱鏡、聚焦透鏡、光纖和管殼尾管為依序排列，均位于同一光路上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于光電子器件光信號(hào)監(jiān)測(cè)的光耦合結(jié)構(gòu)，其中所述熱沉的材料為無(wú)氧高電導(dǎo)銅或者金剛石、可閥或氮化鋁、氧化鈹或碳化硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于光電子器件光信號(hào)監(jiān)測(cè)的光耦合結(jié)構(gòu)，其中所述熱沉的上下兩載物面磨平并拋光。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用于光電子器件光信號(hào)監(jiān)測(cè)的光耦合結(jié)構(gòu)，其中所述熱沉的上下兩載物面鍍金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于光電子器件光信號(hào)監(jiān)測(cè)的光耦合結(jié)構(gòu)，其中所述該半導(dǎo)體光發(fā)射器件芯片是半導(dǎo)體激光器、電致吸收調(diào)制器或半導(dǎo)體光放大器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于光電子器件光信號(hào)監(jiān)測(cè)的光耦合結(jié)構(gòu)，其中所述準(zhǔn)直透鏡支架和聚焦透鏡支架的材料為可閥、鎳或不銹鋼，形狀類似倒II型，其兩垂直面間距等于聚焦透鏡的外徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于光電子器件光信號(hào)監(jiān)測(cè)的光耦合結(jié)構(gòu)，其中所述準(zhǔn)直透鏡采用非球面設(shè)計(jì)，表面鍍?cè)鐾笢p反膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于光電子器件光信號(hào)監(jiān)測(cè)的光耦合結(jié)構(gòu)，其中所述聚焦透鏡采用非球面設(shè)計(jì)，表面鍍?cè)鐾笢p反膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于光電子器件光信號(hào)監(jiān)測(cè)的光耦合結(jié)構(gòu)，其中所述探測(cè)器芯片與分光棱鏡的一個(gè)出光面具有一 20-45度的夾角。
【文檔編號(hào)】H01S5/026GK104051954SQ201410276361
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月19日
【發(fā)明者】王欣, 鄧曄, 劉宇, 祝寧華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所