TWI875614B - 包含具有異型安裝區域的熱電致冷器的光模組 - Google Patents

Abstract

一種光模組，包含殼體、熱電致冷器以及光發射組件。熱電致冷器設置於殼體。熱電致冷器包含相連的冷端部以及熱端部。光發射組件包含光發射單元以及光調製器。光調製器與光發射單元光耦合。熱電致冷器更包含自冷端部的側緣延伸的突出部。光發射單元設置於冷端部。光調製器的至少一部分設置於突出部。

Description

包含具有異型安裝區域的熱電致冷器的光模組

本發明係關於一種光模組。

在現代高速光通網路中，通常有光模組安裝於電子通訊設備中，以滿足包括但不限於互聯網數據中心、有線電視寬帶和光纖到戶(Fiber to the home，FTTH)的應用。隨著電子通訊設備的升級和各種因特網服務對通訊帶寬需求的快速增加，現有的光模組存在著內部容置空間不足和能耗大等問題需要克服。

因此，如何在提升帶寬和傳輸速率的前提下提供小尺寸、高內部空間利用率以及低能耗的光模組，是本技術領域目前具挑戰性的課題之一。

本發明在於提供一種光模組，有助於解決現有光模組的問題。

本發明所揭露的光模組包含一殼體、一熱電致冷器以及一光發射組件。熱電致冷器設置於殼體。熱電致冷器包含相連的一冷端部以及一熱端部。光發射組件包含一光發射單元以及一光調製器。光調製器與光發射單元光耦合。熱電致冷器更包含自冷端部的一側緣延伸的一突出部。光發射單元設置於冷端部，且光調製器的至少一部分設置於突出部。

本發明另揭露的光模組包含一殼體、一熱電致冷器、一光發射組件以及一電性饋通件。熱電致冷器設置於殼體。熱電致冷器包含一冷端部、一熱端部、多個熱電材料元件以及一導電終端。熱電材料元件將冷端部與熱端部耦接，且導電終端與至少其中一個熱電材料元件耦接。電性饋通件設置於殼體，且光發射組件與電性饋通件電耦接。熱電致冷器更包含自冷端部的一側緣延伸的一突出部。突出部介於冷端部與電性饋通件之間，且導電終端介於冷端部與電性饋通件之間並與突出部相間隔。

本發明又另揭露的光模組包含一光耦合件、一光發射組件、一熱電致冷器以及一電性饋通件。光發射組件與光耦合件光耦合。熱電致冷器包含一冷端部、一熱端部以及多個熱電材料元件，且熱電材料元件將冷端部與熱端部耦接。電性饋通件與光發射組件電耦接。熱電致冷器更包含自冷端部的一側緣延伸的一突出部。突出部介於冷端部與電性饋通件之間。光發射組件的一部分設置於冷端部，且該光發射組件的另一部分設置於突出部。

根據本發明揭露的光模組，熱電致冷器包含與冷端部相連的突出部，使得熱電致冷器具有供光發射組件安裝的異型區域。藉此，在熱電致冷器的導電終端介於冷端部與電性饋通件之間的情況下，光調製器的一部分可設置於突出部而靠近電性饋通件，從而有利於讓光調製器獲得穩定的溫度控制，並且縮短電性饋通件至光調製器的訊號傳輸路徑而降低高頻訊號損耗。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下在實施方式中詳細叙述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者瞭解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

根據發明人知道的一種光模組，熱電致冷器配置在光發射組件下方以作為能傳遞由光發射組件產生的熱能的熱管理裝置。熱電致冷器可具有電耦接至外部電路的導電終端，其用以通過電性饋通件電耦接於外部電路。外部電路能輸出控制訊號來控管光發射組件的溫度。更具體來說，熱電致冷器可以通過導電終端接收控制訊號，並例如能藉由帕爾帖效應(Peltier effect)在冷端及熱端之間產生溫度差。一般來說，從俯視視角來看，熱電致冷器的導電終端沿著光模組的橫向方向被配置在光發射組件的左側或右側。近來，基於通訊設備業者對於具有特定維度(Dimension)的光模組有需求，熱電致冷器的導電終端改成沿著光模組的縱向方向被配置在光發射組件的後側，導致光發射組件與電性饋通件之間的訊號傳輸路徑變長，進而衍生高頻訊號損耗嚴重的問題。

根據本發明的一實施例，熱電致冷器包含與冷端部相連的突出部，使得熱電致冷器具有供光發射組件安裝的異型區域。藉此，在熱電致冷器的導電終端介於冷端部與電性饋通件之間的情況下，光調製器的一部分可設置於突出部而靠近電性饋通件，從而有利於讓光調製器獲得穩定的溫度控制，並且縮短電性饋通件至光調製器的訊號傳輸路徑而降低高頻訊號損耗。

此外，在發明人知道的一種密集波分複用（DWDM）系統中，通常使用多個固定波長的光模組，存在管理成本高及庫存數量大等問題需要克服。根據本發明的一實施例，光發射組件使用波長可調（Tunable Laser）雷射二極管，有利於降低使用者運維成本。

本發明的一個或多個實施例揭露的部分技術特徵或全部技術特徵可組合配置，而達到對應的功效。

用語“耦接”或“耦合”是指任何連接、連結或相似的關係，且“光耦接”或“光耦合”是指光從一個物件傳遞(Impart)到另一個物件的關係。除非另有說明，否則彼此“耦接”或“耦合”的物件不需要直接彼此連接，且可透過中間物件相間隔開。

用語“實質上”於此一般性地使用並指可接受的誤差範圍內的精準程度，其中可接受的誤差範圍視為並反映因製造過程中的材料組成、材料缺陷及/或限制/奇異(Peculiarity)所產生的微小真實世界變化(Real-world variation)。這種變化可因此被描述為很大程度上達成所述的特性，但不需完全達成所述的特性。

請參照圖1至圖3，其中圖1為根據本發明一實施例的光模組的立體示意圖，圖2為圖1中的光模組的上視示意圖，且圖3為圖2中的光模組的光路示意圖。在本實施例中，光模組1可包含殼體10、光耦合件20、熱電致冷器30、光發射組件40以及電性饋通件50。為了使本發明容易被理解，圖1和圖2省略繪示殼體10的一部分，且圖3省略繪示殼體10。光模組1可被理解為光發射次模組(Transmitter optical subassembly，TOSA)或是光收發器。

殼體10可以是金屬製殼體。殼體10可被理解成用於封裝雷射二極管的氣密封裝殼或非氣密封裝殼。在一實施例中，殼體10可為光收發器的外殼。在一實施例中，殼體10可為支撐光器件的底座或金屬盒。

光耦合件20可設置於殼體10。在一實施例中，光耦合件20的至少一部分可顯露於外。光耦合件20可被理解為光纖接頭，光纖(未繪示)可插設於光耦合件20以與光發射組件40光耦合。在一實施例中，光耦合件20可為MPO光纖接頭。在一實施例中，光耦合件20可為LC光纖接頭。

熱電致冷器30可容置於殼體10內，且熱電致冷器30可包含相連的冷端部310以及熱端部320。熱電致冷器30可被理解為致冷晶片，且冷端部310和熱端部320各自可被理解為具有適當熱傳導率的金屬片或陶瓷片。

光發射組件40可容置於殼體10內並設置於熱電致冷器30。在一實施例中，光發射組件40可包含光發射單元410以及光調製器420。光發射單元410和光調製器420可設置於熱電致冷器30的冷端部310。光調製器420可具有位於同側的收光口421以及出光口422。收光口421可與光發射單元410光耦合，且出光口422可與光耦合件20光耦合。在一實施例中，光發射組件40可進一步包含光路轉折組件430。光路轉折組件430可用以轉折光發射單元410的光軸以使光發射單元410與收光口421光耦合。光路轉折組件430還可用以轉折光調製器420的光軸，以使出光口422與插設於光耦合件20的所述光纖光耦合。在一實施例中，光發射組件40還可進一步包含例如但不限於波長分波多任務器、準直透鏡、光隔離器及/或驅動晶片，且這些光器件也可設置於熱電致冷器30的冷端部310。在一實施例中，光發射組件40可包含光發射單元410、光調製器420、光路轉折組件430、準直透鏡及光隔離器。光發射單元410可被理解為雷射二極管。在一實施例中，光發射單元410可以是波長可調（Tunable Laser）雷射二極管或連續波激光器（CW Laser）。光調製器420可被理解為矽光子晶片的光調製器或薄膜鈮酸鋰調製器，其有利於提供具備高帶寬和高訊號傳輸速率的光發射組件40。光路轉折組件430可被理解成由多個稜鏡構成的組件、由多個反射鏡構成的組件或是由一或多個稜鏡及一或多個反射鏡搭配構成的組件。

電性饋通件50可設置於殼體10，且光發射組件40可與電性饋通件50電耦接。在一實施例中，電性饋通件50的一部分可顯露於殼體10外，且另一部分可延伸至殼體10內。光發射單元410和光調製器420可與電性饋通件50電耦接。電性饋通件50可被理解為陶瓷電路板。

根據本發明的一實施例，熱電致冷器30可進一步包含多個熱電材料元件330以及至少一導電終端340。如圖1和圖2所示，熱電材料元件330可將冷端部310與熱端部320耦接。導電終端340可與至少其中一個熱電材料元件330耦接。在一實施例中，多個熱電材料元件330可包含串聯的多個P型熱電半導體和多個N型熱電半導體。導電終端340可與電性饋通件50以及其中一個熱電材料元件330底部的金屬墊電耦接，從而允許電流經由電性饋通件50和導電終端340提供至熱電材料元件330。圖1示例性繪出熱電致冷器30包含獨立的兩個導電終端340，但導電終端340的數量並不以此為限。

根據本發明的一實施例，熱電致冷器30的導電終端340可介於冷端部310與電性饋通件50之間。如圖1所示，在光模組1的縱向方向(即自光耦合件20到電性饋通件50的方向)上，各個導電終端340可介於冷端部310與電性饋通件50之間。如圖2所示，在一實施例中，導電終端340可以是金屬柱，且此金屬柱(導電終端340)的頂部可介於冷端部310與電性饋通件50之間。

根據本發明的一實施例，熱電致冷器30可進一步包含自冷端部310的一側緣延伸出的突出部350。導電終端340和突出部350可介於冷端部310與電性饋通件50之間，且導電終端340可與突出部350相間隔。如圖1和圖2所示，在一實施例中，在光模組1的縱向方向上，突出部350可介於冷端部310與電性饋通件50之間。導電終端340的頂部可與突出部350相間隔。此外，導電終端340可不介於突出部350與電性饋通件50之間，也就是說導電終端340和突出部350可沿著光模組1的橫向方向配置。

光發射組件40的光發射單元410可設置於熱電致冷器30的冷端部310，且光發射組件40的光調製器420的至少一部分可設置於熱電致冷器30的突出部350。如圖2和圖3所示，在一實施例中，光調製器420可包含具有收光口421和出光口422的前段以及相對於所述前段的後段。光調製器420的前段可設置於冷端部310，並且光調製器420的後段可設置於突出部350。

根據本發明的一實施例，熱電致冷器30的至少其中一個熱電材料元件330可位於突出部350下方。在一實施例中，突出部350也可以作為熱電致冷器30的一部分冷端部，因此可以理解成熱電致冷器30可包含第一冷端部310及第二冷端部(突出部350)。在一實施例中，突出部350可以懸空，也就是說沒有熱電材料元件330或導電終端340位於突出部350下方。

在熱電致冷器30的導電終端340介於冷端部310與電性饋通件50之間的情況下，由於熱電致冷器30包含與冷端部310相連的突出部350，光調製器420的一部分可設置於突出部350而靠近電性饋通件50，從而有利於讓光調製器420獲得穩定的溫度控制，並且縮短電性饋通件50至光調製器420的訊號傳輸路徑而降低高頻訊號損耗。

根據本發明的一實施例，光發射組件40可進一步包含光發射基座440。光發射基座440可被理解為次黏著基台(Submount)。光發射單元410可承載於光發射基座440，且光發射單元410可經由光發射基座440與電性饋通件50電耦接。在一實施例中，光發射基座440可透過金屬線450與電性饋通件50打線接合，且金屬線450可跨越導電終端340。光調製器420也可透過金屬線450與電性饋通件50打線接合。

根據本發明的一實施例，光發射組件40的光調製器420與電性饋通件50之間的最短距離可小於光發射基座440與電性饋通件50之間的最短距離。如圖2所示，在光模組1的縱向方向上，光調製器420的後段與電性饋通件50之間的間距G1可小於光發射基座440與電性饋通件50之間的間距G2。

根據本發明的一實施例，光發射組件40可進一步包含第一監控光電二極管460以及第二監控光電二極管470。請一並參照圖4，其繪示圖1中的光耦合架構的側視示意圖。如圖3和圖4所示，第一監控光電二極管460和第二監控光電二極管470可與光發射單元410光耦合，且第一監控光電二極管460的收光面461可與第二監控光電二極管470的收光面471實質上正交。在一實施例中，光發射組件40的光路轉折組件430可用以轉折光發射單元410的光軸以使光發射單元410與監控光電二極管光耦合。並且，發射組件還可包含分光單元480，其用以將由光發射單元410產生的光訊號劃分為分別射向第一監控光電二極管460和第二監控光電二極管470的兩個光訊號。如圖4所示，光發射組件40發出的光訊號被轉折光發射單元410轉折後入射至分光單元480，且分光單元480將光訊號劃分為射向第一監控光電二極管460的收光面461的子訊號L1以及射向第二監控光電二極管470的收光面471的子訊號L2。藉此，可提供立體式分布的反饋光路，而有助於實現反饋光路的小型化並同時提升實時監控光發射單元410的效率。

在一實施例中，在分光單元480與第二監控光電二極管470的耦合光路中可放置一標準具60，如圖3和圖4所示。標準具60為一無源光器件，其通光方向上兩平面之間存在干涉效應形成梳狀透射峰，以實現第一光電二極管460監控值與波長無關，而第二光電二極管470監控值與波長相關。通過調節光發射單元410的驅動電流及熱電致冷器30的溫度，使二光電二極管監控值之比保持穩定，以實現對光波長的鎖定。

圖5為根據本發明一實施例的光模組應用於光收發器的示意圖。光收發器2可包含如圖1所示的光模組1，並且可進一步包含外殼21、電路板組件(PCBA)22以及光模組23。為了使本發明容易被理解，圖5省略繪示外殼21的上半部。光模組1可容置於外殼21內，且光模組1可承載於電路板組件22的上表面或是與電路板組件22電性耦接。圖5中的光模組1可被理解為光發射次模組，且光模組23可被理解為光接收次模組(Receiver optical subassembly，ROSA)。

本發明之實施例揭露雖如上所述，然並非用以限定本發明，任何熟習相關技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，舉凡依本發明申請範圍所述之形狀、構造、特徵及精神當可做些許之變更，因此本發明之專利保護範圍需視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

1:光模組 10:殼體 20:光耦合件 30:熱電致冷器 310:冷端部 320:熱端部 330:熱電材料元件 340:導電終端 350:突出部 40:光發射組件 410:光發射單元 420:光調製器 421:收光口 422:出光口 430:光路轉折組件 440:光發射基座 450:金屬線 460:第一監控光電二極管 461:收光面 470:第二監控光電二極管 471:收光面 480:分光單元 50:電性饋通件 60:標準具 G1、G2:間距 L1、L2:子訊號 2:光收發器 21:外殼 22:電路板組件 23:光模組

圖1為根據本發明一實施例的光模組的立體示意圖。 圖2為圖1中的光模組的上視示意圖。 圖3為圖2中的光模組的光路示意圖。 圖4為圖1中的光耦合架構的側視示意圖。 圖5為根據本發明一實施例的光模組應用於光收發器的示意圖。

1:光模組

10:殼體

20:光耦合件

30:熱電致冷器

310:冷端部

320:熱端部

330:熱電材料元件

340:導電終端

350:突出部

40:光發射組件

410:光發射單元

420:光調製器

430:光路轉折組件

440:光發射基座

450:金屬線

460:第一監控光電二極管

470:第二監控光電二極管

480:分光單元

50:電性饋通件

Claims (16)

1. 一種光模組，包含：一殼體；一熱電致冷器，設置於該殼體，該熱電致冷器包含相連的一冷端部以及一熱端部；以及一光發射組件，包含一光發射單元以及一光調製器，該光調製器與該光發射單元光耦合；其中，該熱電致冷器更包含自該冷端部的一側緣延伸的一突出部，該光發射單元設置於該冷端部，且該光調製器的至少一部分設置於該突出部。
2. 如請求項1所述的光模組，其中該熱電致冷器更包含一導電終端以及多個熱電材料元件，該些熱電材料元件將該冷端部與該熱端部耦接，該導電終端與該些熱電材料元件至少其中一者耦接，且該導電終端與該突出部相間隔。
3. 如請求項1所述的光模組，更包含設置於該殼體的一電性饋通件，其中該光發射單元和該光調製器與該電性饋通件電耦接，且該熱電致冷器的該突出部介於該冷端部與該電性饋通件之間。
4. 如請求項3所述的光模組，其中該熱電致冷器更包含一導電終端，且該導電終端介於該冷端部與該電性饋通件之間。
5. 如請求項4所述的光模組，其中該光發射組件更包含承載該光發射單元的一光發射基座，該光發射單元經由該光發射基座與該電性饋通件電耦接，且該光調製器與該電性饋通件之間的最短距離小於該光發射基座與該電性饋通件之間的最短距離。
6. 如請求項4所述的光模組，其中該光發射組件更包含承載該光發射單元的一光發射基座，該光發射單元經由該光發射基座與該電性饋通件電耦接，該光發射基座透過一金屬線與該電性饋通件電耦接，且該金屬線跨越該導電終端。
7. 如請求項4所述的光模組，其中該導電終端不介於該突出部與該電性饋通件之間。
8. 如請求項1所述的光模組，其中該光發射組件更包含一第一監控光電二極管以及一第二監控光電二極管，該第一監控光電二極管和該第二監控光電二極管與該光發射單元光耦合，且該第一監控光電二極管的收光面與該第二監控光電二極管的收光面實質上正交。
9. 一種光模組，包含：一殼體；一熱電致冷器，設置於該殼體，該熱電致冷器包含一冷端部、一熱端部、多個熱電材料元件以及一導電終端，該些熱電材料元件將該冷端部與該熱端部耦接，且該導電終端與該些熱電材料元件至少其中一者耦接；一光發射組件；以及一電性饋通件，設置於該殼體，且該光發射組件與該電性饋通件電耦接；其中，該熱電致冷器更包含自該冷端部的一側緣延伸的一突出部，該突出部介於該冷端部與該電性饋通件之間，該導電終端介於該冷端部與該電性饋通件之間並且與該突出部相間隔。
10. 如請求項9所述的光模組，其中該導電終端不介於該突出部與該電性饋通件之間。
11. 如請求項9所述的光模組，其中該光發射組件包含一光發射單元以及一光調製器，該光發射單元與該光調製器光耦合，該光發射單元設置於該冷端部，且該光調製器的至少一部分設置於該突出部。
12. 如請求項11所述的光模組，其中該光發射組件更包含承載該光發射單元的一光發射基座，該光發射單元經由該光發射基座與該電性饋通件電耦接，該光發射基座透過一金屬線與該電性饋通件電耦接，且該金屬線跨越該導電終端。
13. 如請求項11所述的光模組，其中該光發射組件更包含一第一監控光電二極管以及一第二監控光電二極管，該第一監控光電二極管和該第二監控光電二極管與該光發射單元光耦合，且該第一監控光電二極管的收光面與該第二監控光電二極管的收光面實質上正交。
14. 一種光模組，包含：一光耦合件；一光發射組件，與該光耦合件光耦合；一熱電致冷器，包含一冷端部、一熱端部以及多個熱電材料元件，且該些熱電材料元件將該冷端部與該熱端部耦接；以及一電性饋通件，與該光發射組件電耦接；其中，該熱電致冷器更包含自該冷端部的一側緣延伸的一突出部，該突出部介於該冷端部與該電性饋通件之間，該光發射組件的一部分設置於該冷端部，且該光發射組件的另一部分設置於該突出部。
15. 如請求項14所述的光模組，其中該光發射組件包含一光發射單元以及一光調製器，該光調製器與該光發射單元光耦合，該光發射單元設置於該冷端部，且該光調製器的至少一部分設置於該突出部。
16. 如請求項15所述的光模組，其中該熱電致冷器更包含一導電終端，該光發射組件更包含承載該光發射單元的一光發射基座，該導電終端與該突出部相間隔，該光發射單元經由該光發射基座與該電性饋通件電耦接，該光發射基座透過一金屬線與該電性饋通件電耦接，且該金屬線跨越該導電終端。

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