[发明专利]一种适用于工业级工作温度范围的VCSEL垂直腔面激光器

说明书

本发明提供一种适用于工业级工作温度范围的VCSEL垂直腔面激光器，涉及激光器技术领域。该适用于工业级工作温度范围的VCSEL垂直腔面激光器，包括激光器本体，所述激光器本体上分别设置有VCSEL激光器正极焊盘、VCSEL激光器负极焊盘、加热电阻焊盘和加热电阻；所述加热电阻的两端均通过金属导线分别与VCSEL激光器负极焊盘和加热电阻焊盘连接；所述激光器本体为VCSEL激光器，包含850nm、940nm、905nm所有波长以及COB、COF、COC封装和同轴封装；所述激光器本体为FP激光器。通过采用金属导线的方式来连接VCSEL激光器上的电阻，工艺上非常成熟，且成本几乎是零增加；同时也能非常高效为激光器提供热量快速提升激光器的工作温度，从而大大降低模块总功耗、启动延迟时间和模块成本。

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，具体为一种适用于工业级工作温度范围的VCSEL垂直腔面激光器。

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。在光通信网络中，光模块是实现光电信号转换的核心模组，而激光器是光模块中必不可少的核心器件，数据被转成电信号之后通过驱动VCSEL（垂直腔面激光器）激光器发光来把传输数据。按照激光器结构的差异，可以分为VCSEL（垂直腔面激光器）、FP（Fabry-perot 法布里-珀罗）、DFB（Distributed Feedback Laser 分布式反馈激光器）、等，其中VCSEL（垂直腔面激光器）因工艺成熟，制造成本低，功耗低以及可靠性高等优点被广泛应用于数据中心、电力系统、无线前传等传输网络中。

部分光模块会部署在室内恒温环境中，但是也有大部分光模块是部署在温度多变，环境相对恶劣的室外，因此对光模块的工作温度范围要求较高，部署在室外的光模块要求工作范围达到工业级-40℃～85℃，如果环境温度过高和过低，光模块存在不能正常工作而引起网络延迟和故障的风险。

更宽工作温度范围的光模块需要更好的温度特性的激光器，也就是如果光模块要达到工业级-40℃～85℃，也要求激光器满足能正常工作在-40℃～85℃温度范围。包括VCSEL（垂直腔面激光器）激光器是受温度影响非常敏感的半导体器件，温度会导致激光器的波长、阈值电流、发光效率、折射率、增益以及半导体材料热胀冷缩导致的体积等变化，从而影响到光模块的传输性能。

为了解决以上的问题，光模块业内有如下两种解决方案：一是采用TEC（半导体制冷器）来控制激光器的工作温度，实现激光器恒温工作，从而解决了波长漂移和性能不稳定等问题，如图2所示；二是在光模块印制板上焊接上加热电阻，通过加热电阻来补充激光器的工作温度，如图3所示；以上2种技术方案都能实现光模块工作在工业级-40℃～85℃，但是仍然存在较大的缺陷；

采用TEC控温方案的具体缺陷如下：

1）、需要增加TEC半导体制冷器和控制电路，导致光模块成本猛增；

2）、带TEC的光器件封装工艺复杂，难度高且良率低；

3）、在高低温下，TEC工作的电流需要1000mA左右，功耗奇高。

采用在光模块印制板上焊接加热电阻的方案具体缺陷如下：

1）、加热电阻距离VCSEL激光器较远，加热电阻通过加热PCB板再传导到VCSEL激光器上，加热效率低；

2）、PCB板尺寸大，VCSEL激光器要从-40℃升温到0℃需要加热电阻工作电流在500mA左右，模块的整体功耗非常高；

3）、加热电阻在PCB板上，当模块在高温下，不利于散热，会影响到高温传输性能。

为此，我们研发出了新的一种适用于工业级工作温度范围的VCSEL垂直腔面激光器。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种适用于工业级工作温度范围的VCSEL垂直腔面激光器，解决了温度会导致激光器的波长、阈值电流、发光效率、折射率、增益以及半导体材料热胀冷缩导致的体积等变化，从而影响到光模块的传输性能的问题。