CN109923455A - 用于光学发射器或光收发器的具有一体成形的焊接件的光学发射次组件(tosa)模块 - Google Patents

用于光学发射器或光收发器的具有一体成形的焊接件的光学发射次组件(tosa)模块 Download PDF

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Abstract

根据实施例，光学发射次组件(TOSA)模块具有基座，基座提供一或多个安装面以安装激光二极管和相关的驱动电路于紧邻的位置以允许直接耦合，而不使用诸如挠性印刷电路板或其他互连装置的中间互连装置。TOSA模块的基座还包含实质上为圆柱的部份，实质上为圆柱的部份具有延伸通过其本身的通道。实质上为圆柱的部份使TOSA模块可以通过Z型环或其他适合的焊接环安装于多频道TOSA壳体，而不使用诸如焊接帽的中间装置。

Description

用于光学发射器或光收发器的具有一体成形的焊接件的光学 发射次组件(TOSA)模块
技术领域
本申请涉及光学发射器和光收发器，尤其关于用于光学发射器或光收发器的具有一体成形的焊接件的激光封装。
背景技术
光收发器用来为了各种应用而发射与接收光学信号，其中各种应用包含但不限于网络数据中心(internet data centers)、有线电视宽频(cable TV broadband)和光纤入户(fiber to the home，FTTH)。举例来说，相较于通过铜缆进行的传输，光收发器在更长的距离上提供更高的速度与更大的频宽。举例来说，就维持光效率(功率)、热管理(thermalmanagement)、及制造合格率(manufacturing yield)而言，欲以较低的成本在较小的光学收发模块中提供更高速度的需求是富有挑战的。光收发器可以包含用于发送和接收光学信号的一个或多个光学发射次组件(transmitter optical subassembly，TOSA)及光学接收次组件(receiver optical subassembly，ROSA)。随着频道密度(channel density)和增加的速度成为光收发器的愈发重要的要点，而在维持标称的收发器性能的同时缩小尺寸的能力引发不容小觑的挑战。举例来说，由光收发器中的光学元件造成的介入损失(insertionloss)及/或极化相关损失(polarization dependent loss，PDL)可能导致光学效率或功率的损失。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为多频道光学发射次组件(TOSA)的侧视图；
图2为符合本申请一实施例的包含多频道光学收发次组件(TOSA)和多频道光学接收次组件(ROSA)的多频道光收发器；
图3A为根据本申请一实施例的作为小尺寸的可插拔收发器实施的图2中的多频道光收发器的立体图；
图3B为根据本申请一实施例的图3A的多频道光收发器的上视图；
图4A为根据本申请一实施例的包含多个TOSA模块的多频道光收发器的立体图；
图4B为根据本申请一实施例的TOSA模块的分解图；
图4C为图4A所示的多频道光收发器沿着割面线4-4所绘出的顶面剖视图；
图4D为图4B所示的多频道光收发器沿着割面线7-7所绘出的侧面剖视图；
图5A为符合本申请一实施例的图4A所示的多频道光收发器中所使用的TOSA模块的立体图；
图5B示出图5A中的TOSA模块的侧视图的局部放大图；
图5C为符合本申请一实施例的图4A所示的多频道光收发器中所使用的TOSA模块的另一立体图；以及
图5D为符合本申请一实施例的图4A所示的多频道光收发器中所使用的TOSA模块的再另一立体图。
具体实施方式
对于高速光收发器的需求的增加，主要是由于采用诸如制定100千兆乙太网络(100Gigabit Ethernet，100GbE)和更高级网络的IEEE 802.3bm-2015网络标准或其他网络标准，并使得在光学次组件模块的设计面临巨大的挑战。举例来说，在多频道光学发射次组件(multi-channel transmitter optical subassembly，TOSA)中，诸如电晶体外形(transistor outline，TO)罐型激光组件(can laser assembly)的多个光学元件组件可以耦合(couple)于TOSA壳体的开口，以产生相关的频道波长。图1示出了这种具有多个TO罐型激光封装12的TOSA 10的示例。各个TO罐型激光封装12发射光至TOSA壳体15中，且TOSA壳体15所具有的光学布置(arrangement)会将多个频道波长结合成一波长分割多工(wavelength division multiplexed，WDM))信号16，其中波长分割多工信号16用于通过波导(waveguide)或其他装置(如光纤)来输出。各个TO罐型激光封装12可以包含激光二极管和相关的光学元件(未示出)，其中激光二极管和相关的光学元件设置于气密的(hermetically)或非气密的密封封装17或TO罐型头部17。各个TO罐型激光封装12的接脚13通过挠性印刷电路板(flexible printed circuit boards，FPC)11电性耦合于激光二极管驱动电路(laser diode driver circuitry)，以接收电源信号(例如直流电流DC)和射频(radio frequency，RF)信号。
为了耦合于TOSA壳体15，各个TO罐型激光封装12包含独立的焊接帽(weldingcap)13。在制造的过程中，焊接帽13例如可通过焊接、粘合或其他适合的方式，来耦合于TO罐型头部17。焊接帽13接下来可以通过焊接环(welding ring)14被焊接到TOSA壳体15，并在对准过程中以“锤击”或以别种方式调整，借以确保各个TO罐型激光封装12的光学标称性能(nominal optical performance)。随着光收发器持续改变尺寸(scale)(例如符合小尺寸(small form-factor，SFF)标准和要求)，公差便会减少而使这种多件式的TO罐型激光封装12的接附和对准更加复杂且容易产生误差。举例来说，图1所示的TOSA 10从端到端的长度可以测量为10毫米或更小。
不幸地，具有多个元件的TO罐型激光封装例如为图1所示的包含独立的TO罐型头部17和焊接帽13的TO罐型激光封装12，且大幅地增加制造时间并降低产率，甚至是一或多个元件的些微错位(例如几微米)都可能大幅降低光学表现。此外，由于接口缺陷(interface imperfection)以及可能不同的导热性，各个TO罐型激光封装的多个独立元件之间的导热性会降低，其中接口缺陷以及可能不同的导热性与各元件所选择的特定材料相关。换句话说，TO罐型激光封装12可以支援相对低速的传输方式的散热，例如在各个TO罐型激光封装的传输速度约为1-10gb/s(千兆每秒，Gbps)的情况中，但在各个TO罐型激光封装以超过25gb/s或更高的速度被驱动以产生WDM信号的情况中，TO罐型激光封装12便可能无法适当地散热，而这可能会使元件寿命减少并使传输效能降低。
另一个特别重要的考量因素为从LD驱动电路到激光二极管的RF信号的传输长度(length of travel)，以及诸如携带RF信号的挠性印刷电路板11和接脚13的各种元件的阻抗，其中传输长度也被称为传播延迟(propagation delay)或飞行时间(flight time)。举例来说，于激光二极管和相关驱动元件之间的距离的每毫米中，以RF信号发送速率(signaling rate)于每个激光二极管以25gb/s或更高的速度产生WDM信号，会对TOSA 10的性能有负面的影响。此外，将激光二极管耦合到相关驱动电路或电源电路的各个元件(如接脚13和FPC 11)的阻抗值必须实质上相似，借以确保RF的标称性能，这可能会更进一步增加制造成本且使高速收发器模块和发射器的设计和制造更加复杂。
因此，根据本申请一实施例，公开了一种光学发射次组件(transmitter opticalsubassembly，TOSA)模块，其具有基座，而基座具有一个或多个安装面以将激光二极管和相关的驱动电路安装于彼此接近的位置，借以直接耦合(direct coupling)而不需使用中间互连装置(intermediate interconnect device)，其中中间互连装置例如为挠性印刷电路板(FPC)或其他互连装置。这里所称的直接耦合通常是指相距大约20至100微米的元件之间的耦合且没有弯曲，例如实质上为直的，且不需诸如挠性印刷电路板(FPC)的中间装置。直接耦合的一示例包含导线接合(wire bonding)，但元件的直接电性互连的其他方式也在本申请的范围内。
详细来说，TOSA模块的基座还包含圆柱部，圆柱部具有延伸通过其本身的腔室/通道。圆柱部也可以精确地描述为环形圈。圆柱状基座的通道包含至少一实质上为平坦的表面，且此表面从基座的第一端延伸至基座的第二端，借以至少提供一个或多个安装面中的一部分。基座还包含第一凸缘和第二凸缘，其中第一凸缘从圆柱部的第一端延伸出来，而第二凸缘从圆柱部的第二端延伸出来，且第一凸缘提供光学耦合端，而第二凸缘提供电性耦合端。第一凸缘和第二凸缘具有不增加TOSA模块的整体宽度的外形，因此TOSA模块基座的宽度沿着其整体长度维持不变，但在其他实施例中，基座可根据所需要的态样在一端或两端渐缩。
接下来，光学耦合端和电性耦合端各端至少提供一个或多个安装面的一部分。在一些情况下，一个或多个安装面共平面，而使得单一且实质上为平坦的安装面从TOSA模块的光学耦合端延伸至TOSA模块的电性耦合端。然而，这一个或多个安装面可以不必共平面或是不必设于连续的表面。在任何情况下，激光二极管(laser diode，LD)次安装件耦合至相邻于光学耦合端的安装面。激光二极管和光二极管(photodiode)安装于LD次安装件。LD驱动次安装件耦合至相邻于LD次安装件的安装面，且LD驱动次安装件至少部分地朝电性耦合端延伸过通道。举例来说，LD驱动次安装件提供相邻于电性耦合端的轨迹来耦合于发射连接电路。LD驱动次安装件从LD次安装件偏移，以提供约20至100微米的间隙，其中此间隙例如为空气间隙。一般来说，间隙可以隔离LD驱动次安装件和LD次安装件，而使得热量不直接传导于它们之间。反之，热量通过TOSA模块本体传导，然后再通过TOSA模块耦合于的TOSA壳体传导。然而，LD驱动次安装件和LD次安装件保持相对接近的距离，以使导线接合(wirebonding)或其他适合的直接互连的方式能用来直接耦合。
与其他对于TOSA模块的方法相比，本申请的TOSA模块提供显著的优势，其中TOSA模块例如为以上参考图1所述的TO罐型激光封装12。举例来说，TOSA模块的圆柱外形使得TOSA模块可以不使用诸如焊接帽的中间装置，便能直接对齐并耦合于TOSA壳体，这使得制造工艺的复杂性降低、对齐误差降低，并使得制造公差增加。TOSA模块的本体可以由一体成形的结构形成，并例如由金属、合金或其他适合的刚性材料所形成。TOSA模块因此可以被描述为具有一体成形的设计。在TOSA或其他发射器的制造工艺中，一体成形的设计可以大幅地减少对准和耦合的复杂性。一体成形的设计也因TOSA基座整体具有恒定的导热系数K(thermal conductivity)(例如通过一体成形的结构)，而可以有效地散热，此相较于其他多件式的TOSA模块提供显著的优势，其中多件式的TOSA模块例如为上述关于图1的TO罐型激光封装12。
TOSA模块还使激光二极管能安装于相关的LD驱动电路附近，这例如使激光二极管和LD驱动电路之间能通过导线接合直接电性耦合。直接耦合会减少RF信号的飞行时间以确保标称性能，同时也减少或消除特征化(characterize)其他TOSA方法的复杂性和考量因素，其中其他TOSA方法例如通过上述图1中的接脚和挠性印刷电路板来互连激光二极管和相关的驱动电路。
本文所称的“频道波长”是指与光学频道相关的波长，并且可以包含中心波长附近的特定波长带。在一示例中，频道波长可以由国际电信联盟(InternationalTelecommunication，ITU)标准来定义，例如ITU-T粗波长分多工(coarse wavelengthdivision multiplexing，CWDM)或高密度波长分多工(dense wavelength divisionmultiplexing，DWDM)网格(grid)。本文所称的“安装”是指例如通过焊接(welding)或使用环氧树酯(epoxy)或用于接附的其他物质或装置，来物理上地使两个结构接附在一起。本文所用的术语“耦合”是指任何连接、耦合、连结等，而“光学耦合”是指使得光从一元件传送到另一元件的耦合。这种“耦合的”装置不须直接彼此连接，而是可以通过中间元件或装置分隔开，其中中间元件或装置可以操控或修改这些信号。同样地，本文所用的术语“直接光学耦合”是指任何不使用诸如光纤的中间装置便可使光从一元件传送到另一元件的光学连接。本文所称的“直接对齐”是指光学元件之间不需改变光的线性路径而使光能从一光学元件通过到另一光学的对齐，其中不需改变光的线性路径例如不使用光纤。
光收发器***的示例
请参考图2，图2示出并说明符合本申请实施例的光收发器200。在本实施例中，光收发器200使用不同的四个频道波长(λ1、λ2、λ3、λ4)来传送并接收的四个(4)频道，并可用于粗波长分多工(coarse wavelength division multiplexing，CWDM)，但在本申请的范围中也可能有其他数量的频道。在一示例中，频道波长λ1、λ2、λ3、λ4可以分别约为1270纳米(nm)、1290nm、1310nm和1330nm。光收发器200可以具有每频道至少约25Gbps的传输速度。举例来说，光收发器200也可以同时具有数十米的短程传输距离至2公里或更远的传输距离。举例来说，光收发器200可以用于网络数据中心或光纤入户的应用。
在一实施例中，光收发器200实施四通道小型可插拔(Quad Small Form-factorPluggable，QSFP)形式的收发器。举例来说，光收发器200可以在QSFP收发器内实施，QSFP收发器与于2013年5月10日发表的《SFF Committee Specification SFF-8665for QSFP+28Gb/s 4X Pluggable Transceiver Solution(QSFP28)》的内容相符。于此公开的要点和实施例可以用于其他收发器类型而不限于QSFP收发器或QSFP+收发器。
光收发器200包含多频道光学发射次组件(transmitter optical subassembly，TOSA)220和多频道光学接收次组件(receiver optical subassembly，ROSA)230，其中多频道TOSA 220用于发射频道波长(如λ1、λ2、λ3、λ4)的光学信号，而多频道ROSA 230用于接收频道波长(如λ1、λ2、λ3、λ4)的光学信号。多频道TOSA 220和多频道ROSA 230位于收发器壳体202。在收发器壳体202中，发射连接电路204和接收连接电路208分别提供电性连接于多频道TOSA 220和多频道ROSA 230。在多频道TOSA 220中，发射连接电路204电性连接诸如激光器、光二极管监视器(monitor photodiodes)的电性元件，而在多频道ROSA 230中，接收连接电路208电性连接诸如光二极管、转换阻抗放大器(transimpedance amplifier，TIA)的电性元件。发射连接电路204和接收连接电路208至少包含导电路径以提供电性连接，而发射连接电路204和接收连接电路208也可以包含额外的电路。发射连接电路204和接收连接电路208可以通过诸如38接脚连接器(38-pin connector)的数据总线(data bus)来与外界***沟通，其中38接脚连接器(38-pin connector)符合物理连接器QSFP标准和数据通讯协定。
在本实施例中，TOSA 220包含光学耦合到光学多工器(optical multiplexer)222的多个TOSA模块224-1至224-4，其中光学多工器222具有多工输入端口226-1至226-4和多工输出端口228，且各个多工输入端口226-1至226-4位于同一侧，而多工输出端口228将于下文更详细描述。TOSA模块224-1至224-4可以直接耦合到光学多工器222的多工输入端口222-1至222-4。举例来说，光学多工器222可以包含滤波器，且此滤波器被设计为将频道波长结合成WDM信号。举例来说，一些这种示例性光学多工器包含阵列波导光栅(arrayedwaveguide grating，AWG)或反向平面光波电路(reversed planar lightwave circuit，PLC)分光器。TOSA模块224-1至224-4于各自的不同频道波长(例如λ1、λ2、λ3、λ4)产生光学信号，且光学多工器222结合或多工(multiplex)这些光学信号以提供多工光学信号(multiplexed optical signal)于与输出光纤215耦合的多工输出端口228。输出光纤215耦合到光学连接器216，例如LC连接器(LC connector)。
各个TOSA模块224-1至224-4可以具有同轴结构，而使得TOSA模块的一端电性连接于发射连接电路204的导电路径而TOSA模块的另一端形成光学耦合。各个TOSA模块224-1至224-4可以包含激光器和光学元件，其中激光器用于产生指定频道波长的激光光，而光学元件用于耦合激光光到光学多工器222中相应的多工输入端口226-1至226-4。因此TOSA模块224-1至224-4中的激光器将通过发射连接电路204所收到的电性数据信号(TX_D1至TX_D4)转换成耦合到光学多工器222中的调变光学信号(modulated optical signals)。激光器例如可包含具有衍射光栅(diffraction grating)的分布回馈(distributed feedback，DFB)激光器。各个TOSA模块224-1至224-4也可以包含光二极管监视器(monitor photodiode)而用以监视激光器发出的光。各个TOSA模块224-1至224-4也可以还包含一或多个温度控制装置，其中温度控制装置例如为电阻加热器(resistive heater)及/或热电冷却器(thermoelectric cooler，TEC)，并用来控制激光器的温度以例如控制激光波长或使激光波长稳定。
在本实施例中，多频道ROSA 230包含光学解多工器(optical demultiplexer)232，其中光学解多工器232耦合至包含诸如光二极管的光侦测器阵列(photodetectorarray)234。光学解多工器232解多工(demultiplex)或分离输入光纤217所接收的多工光学信号，以提供不同频道波长的接收光学信号，其中所接收的多工光学信号由光侦测器阵列234内相应的光侦测器所侦测。输入光纤217耦合到诸如LC连接器的输入光学连接器218。多频道ROSA 230也包含电性连接于光侦测器阵列234的多频道转换阻抗放大器(transimpedance amplifier)236。光侦测器阵列234和阻抗放大器236侦测光学信号并将光学信号转换成电信号(RX_D1至RX_D4)，其中光学信号从学解多工器232所接收而电信号(RX_D1至RX_D4)通过接收连接电路208输出。尽管本文描述了多频道ROSA 230的一示例，但光收发器200可以包含其他类型的ROSA或ROSA的其他实施例。
请参考图3，光收发器200示为实施QSFP+规格或其他适用的可插拔小型规格的光收发器300。为此，在一实施例中，光收发器300可符合QSFP28MSA标准，并可包含符合SFF-8661规格的实际尺寸(physical dimension)。在其他情况下，光收发器300可以实施C型可插拔标准(C form-factor pluggable，CFP)。在任何这种情况下，光收发器300可以用来至少以100Gb/s的线路速率(line rate)来分别发送和接收。当使用诸如根据IEEE 802.3bx标准的100GBASE-LR4应用的光收发器时，这可能为特别有利的。
光收发器300包含收发器壳体302和多频道TOSA装置320，其中多频道TOSA装置320设置于收发器壳体302的区域中。多频道TOSA装置320包含多个TOSA模块311-1至311-N，且TOSA模块311-1至311-N用以产生相关的频道波长和相关的电路，其中相关的频道波长和相关的电路将于下文更详细地描述。多频道TOSA装置320电性耦合于发射连接电路304，并且也以诸如光纤的波导装置(未示出)来耦合于收发器壳体302的光学接口端口314-1。发射连接电路304可以印刷电路板或任何其他适合支援发射连接电路304的基板来实施。
多个TOSA模块324-1至324-N例如可以各自包含分布回馈(distributedfeedback，DFB)激光二极管封装。其他类型的激光器也在本申请的范围内，例如其他直接调变激光(directly modulated laser，DML)二极管及TO罐型类型激光二极管。可依据所需要的应用选择特定类型的激光器。举例来说，需要诸如约10公里或更长的距离的应用可能以外调变激光(External modulation laser，EML)激光器为佳。相反地，需要短距离的应用可以使用DML。在任何情况下，根据一实施例，多频道TOSA装置320的各个TOSA模块324-1至324-N可用于以约25Gb/s或更高的速度来传输。多频道TOSA装置320的各个激光封装311-1至311-N可以提供诸如单一频道波长的相对较窄的频道波长的频谱(spectrum)，或可用以依据相关的光学元件提供较宽的频道波长的频谱。举例来说，在一实施例中，激光器可提供375nm至1650nm的中心波长。TOSA模块324-1至324-N将会更详细地描述于下文。
光收发器300还包含多频道ROSA装置312，且多频道ROSA装置312设置于收发器壳体302的区域中。多频道ROSA装置312可以包含光学解多工装置(optical demultiplexingdevice)332。举例来说，光学解多工装置332可以包含阵列波导光栅(arrayed waveguidegrating，AWG)。ROSA装置312电性耦合于接收连接电路308，并且以诸如光纤的波导装置(未示出)来光学耦合于位于收发器壳体302一端的光学接口插座314-2。举例来说，接收连接电路308可视为PCB，但其他实施例也位于本申请的范围内。多频道ROSA装置312可以使用侦测器和诸如TIA的相关的电路来侦测、放大并转换解多工频道波长(de-multiplexed channelwavelength)，并且可以提供解多工频道波长作为诸如RX_D1至RX_D4的电性数据信号。
请参考图3B，根据本申请一实施例的光收发器300的上视图。为了清楚并实用的说明，图3B省略多频道ROSA装置312。如附图所示，多频道TOSA 320示为垂直于收发器壳体302的纵轴330。更详细地来说，多频道TOSA装置320包含TOSA壳体306，且TOSA壳体306由多个侧壁406-1至406-6定义，它们将于下文参照图4A更详细地描述。多频道TOSA 320的TOSA壳体306相邻于发射连接电路304。
请参考图4A，为了清楚并实用的说明，多频道TOSA 320被示为与光收发器300分离。在一实施例中，多频道TOSA 320可以包含多个侧壁406-1至406-6，它们也可以分别被称为第一侧壁406-1、第二侧壁406-2、第三侧壁406-3、第四侧壁406-4、第五侧壁406-5和第六侧壁406-6。第一侧壁406-1和第二侧壁406-2彼此相对且至少有第三侧壁406-3与邻接(adjoin)于它们两个。第四侧壁406-4定义第一端而第五侧壁406-5定义第二端，并且第一侧壁406-1和第二侧壁406-2沿着纵向中心线390延伸于第四侧壁406-4和第五侧壁406-5之间。
在本实施例中，第一侧壁406-1可以包含共同表示为411的多个激光组件并且它们分别表示为激光组件411-1至411-4。图4B为根据本申请一实施例的示例的激光组件411-N的分解图。如附图所示，激光组件411-N包含焊接环450-N或Z型环450-N、准直透镜(collimating len)452-N和TOSA模块424-N。焊接环450-N可以整合于(integral)多频道TOSA 320本体，例如形成为一体成形的结构，或者可以如附图所示为组合式结构。焊接环450-N可以接附到多频道TOSA装置320中相应的输入端口，以使TOSA模块424-N能适当地对齐并耦合于多频道TOSA 320。如下文所述，TOSA模块424-N的本体可以具有圆柱状的外形，以使TOSA模块424-N可以轻易地被***相应的焊接环450-N，进而不使用诸如焊接帽的中间焊接装置便能安装到TOSA壳体406。如附图所示，TOSA模块424-N接附到TOSA壳体时可以与焊接环450-N为同心的(concentric)。
请参考图4C和图4D，多频道发射器332的一实施例可以包含多个TOSA模块424-1至424-4，且多个TOSA模块424-1至424-4光学耦合并直接对齐于多频道TOSA 320的多工输入端口426-1至426-4。多频道TOSA 320例如可以作为图2所示的多频道收发器200中的多工装置222使用，或可以独立地作为发射器使用。尽管四个(4)TOSA模块424-1至424-4被示为用来支援四个(4)频道，但其他数量的TOSA模块和频道也在本申请的范围内。
在本实施例中，多频道TOSA 320包含多工器壳体440，且多工器壳体440具有用于接收光学多工装置442的腔体401。多工器壳体440还可以用于接收TOSA模块424-1至424-4，它们被示为安装于多工器壳体440。多工器壳体440包含至少一侧壁406-1和穿过侧壁406-1的多个多工输入端口426-1至426-4。TOSA模块424-1至424-4通过侧壁406-1中相应的输入孔洞来光学耦合并直接对齐于相应的多工输入端口426-1至426-4，其中相应的孔洞例如更清楚示出于图4的孔洞441-4。
如图4D所示，当直接对齐时，来自TOSA模块424-4的激光输出413进入多工输入端口426-4，并且不使用光纤或其他光学元件来改变激光输出413的路径。TOSA 320使多工输入端口426-1至426-4间隔足够距离以使TOSA模块424-1至424-4可以并排地安装于侧壁406-1并直接对齐于多工输入端口426-1至426-4。因此TOSA 432的输入孔洞可以具有相同的中心对中心的(center-to-center)间距，以与多工输入端口426-1至426-4对齐。举例来说，在一示例中，多工输入端口426-1至426-4可以间隔约3.25毫米。
在所述实施例中，如Z型环450的Z型环用以将TOSA模块424-1至424-4安装于TOSA壳体440的侧壁406-1，以便于将来自TOSA模块424-1至424-4的激光输出对准于TOSA 320中的多工输入端口426-1至426-4。如图5A和图5B以及下文更详细的描述所示，TOSA模块424包含基座510或本体510，其中基座510具有位在内部并固定到相应的Z型环450的光学耦合端552。在所述实施例中，基座510的光学耦合端552相邻于基座510的圆柱部556，并位于Z型环450中的圆柱型孔洞，而其他形状也位于本申请的范围内。Z型环450可以由诸如不锈钢的金属材料制成。Z型环450与基座510可以由相同的材料制成。
在Z型环450被固定到基座510的光学耦合端552之前，TOSA模块424-4可以沿着Z轴对齐于多工输入端口。一旦沿着Z轴对齐，Z型环450便可以在对齐位置例如通过钇铝石榴石激光器(yttrium aluminium garnet laser，YAG laser)或其他适合的激光器来被激光焊接而被固定于光学耦合端552。具有接附的Z型环且已对齐于Z轴的TOSA模块424-4可以再沿着X-Y轴对齐于多工输入端口426-4。一旦沿着X-Y轴对齐，Z型环450便可以例如使用TAG激光器或其他适合的激光器来被激光焊接，而被固定到侧壁406-1。如果有需要的话，激光焊接可以使TOSA模块424-4稍后通过用激光软化焊接并调整耦合位置至所要的功率，来再次对准(re-aligned)或再次锤击(re-hammered)。
TOSA壳体440可以由金属材料制成，例如不锈钢或其他适合的金属材料。在一些情况下，TOSA模块424-4的TOSA壳体440、Z型环450和基座510包含相同金属或合金，例如不锈钢、铜、铝。
图5A更详细地示出了TOSA模块424。基座510包含电性耦合端554和壁体558，其中电性耦合端554相对于光学耦合端552而壁体558沿着纵轴501位于光学耦合端552和电性耦合端554之间。基座510包含圆柱部556，且圆柱部556具有外表面559和相对于外表面559的内表面560。如图5D所示，圆柱部559使基座510的外形实质上为圆柱状，而如上所述在制造工艺中使TOSA模块424能例如通过焊接来耦合到相关的Z型环。基座510也可以包含凹槽(notch)/通道(channel)514，且凹槽/通道514相邻于安装区域512并且还实质上沿着纵轴501延伸。
基座510还包含安装区域512，且安装区域512包含实质上为平坦的至少一安装面，而安装面沿着纵轴501延伸，这清楚地示于图5C。安装区域接收并耦合于表面安装光学装置和电路，这将会详细描述于下文。
请参考图5C和5D，本体510包含第一凸缘580和第二凸缘582，且第一凸缘580和第二凸缘582沿着纵轴501平行延伸。第一凸缘580定义具有总高度H1的渐缩部，其中H1约为0.48毫米。举例来说，第一凸缘580可以由移除本体510的一部份(概略地表示为589)所形成。如附图所示，第一凸缘580定义光学耦合端552而第二凸缘582定义电性耦合端554。第一凸缘580和第二凸缘582具有不增加本体510的整体宽度的外形，因此本体510的宽度沿着整体长度维持不变，但在其他实施例中，本体510可根据所要的态样在一端或两端渐缩。
再次参照回图5A和图5B并另外参考图5C，激光二极管522和光二极管监视器(monitor photodiode)524被安装于二极管次安装件516，而激光安装电路518被安装于激光驱动次安装件517，其中激光驱动次安装件517包含诸如路径520的导体路径或轨迹而用来提供电性连接。二极管次安装件516和激光驱动次安装件517可以包含印刷电路板或其他适合的基板。圆柱部559的内表面560可以实质上作为止动件(stop)以防止激光驱动次安装件517的侧向运动。激光驱动次安装件517可以至少部份地延伸过圆柱部的通道，其中通道的外形为半圆柱状。在一些情况下，如附图所示，激光驱动次安装件517可以从圆柱部556朝向电性耦合端554延伸出来。因此，当TOSA模块耦合到TOSA并设置于壳体中，轨迹520可以设置于紧邻TOSA模块的位置以允许直接耦合于发射连接电路。举例来说，如图3B所示，轨迹520可以与发射连接电路304距离20至100微米，以例如允许于轨迹520和发射连接电路的垫片321之间使用导线接合来直接耦合。
举例来说，激光二极管522通常可以用来沿着方向526朝TOSA 320发射诸如1270nm、1290nm、1310nm或1330nm的单一频道波长。具有不同态样的其他TOSA模块也位于本申请的范围内。不同频道波长(如λ1、λ2、λ3、λ4)的光学信号可以因此通过相应的TOSA模块224-1至224-4耦合于光学多工器222的相应的多工输入端口226-1至226-4(如图1所示)。接下来光学多工器222可以产生结合频道波长的多工光学信号，并将多工光学信号从多工输出端口228输出。
请参考图5B，并另外参考图5A，激光二极管522、光二极管监视器524和二极管次安装件516可以夹层方式安装于安装区域512，更具体地来说，是安装到安装区域512的表面。同样地，激光驱动电路518和激光驱动次安装件517也可以夹层方式安装于安装区域512的一表面。故，激光二极管522、光二极管监视器524和激光驱动次安装件517可以在操作过程中将热量传递给基座510。基座510可以包含具有适当的导热性的任何材料，例如铜、铝或其他具有所需导热性的金属/合金。基座510可以为一体成形的结构以确保最佳的导热性，或可以由相同或不同的材料形成的组合式结构。诸如Z型环450-N的相关的Z型环和TOSA壳体306可以与本体510包含相同的材料，或具有实质上相似的导热性的材料，以便在操作过程中可以散热。举例来说，本体510、Z型环350-N和TOSA壳体306各自可以包含铜、铝、黄铜、钢、青铜或上述材料的合金。
请参考图5B，激光驱动电路518和激光驱动次安装件517可以间隙571与激光二极管522、光二极管监视器524和二极管次安装件516分隔。间隙571可测量为距离D1，其中依据所需要的态样D1为约0.1至1.0毫米。间隙571可以包含空气或其他诸如胶体的材料。如附图所示，间隙571通常可以具有均匀的距离，但本申请不限于此。在任何情况下，间隙571可以有效地防止来自激光驱动电路518的热量直接传递到激光二极管522和光二极管监视器524，反之亦然。举例来说，间隙571的尺寸可调整以使导线接合570延伸通过间隙571，进而将激光驱动电路518电性耦合于激光二极管522，并且将光二极管监视器524电性耦合于轨迹520。
额外的示例性实施例
符合本申请的一方面，公开了一种多频道收发器。多频道收发器包含收发器壳体、多个光学发射次组件(TOSA)模块，其中TOSA模块用于发射相应的不同频道波长的光学信号，且各个TOSA模块包含沿着纵轴从第一端延伸到第二端的基座，而基座具有实质上为圆柱状的部份且此部分具有通过其本身的通道；基座包含至少部分延伸过通道的至少一安装面，并且实质上为圆柱状的部份提供用以耦合于TOSA壳体的椭圆形外表面。
根据另一方面，公开了一种多频道收发器。多频道收发器包含收发器壳体、多个光学发射次组件(TOSA)模块，其中TOSA模块用于发射相应不同频道波长的光学信号，且各个TOSA模块包含沿着纵轴从第一端延伸到第二端的基座，而基座具有实质上为圆柱状的部份且此部分具有通过其本身的通道；基座包含实质上为平坦的至少一安装面以及多频道光学接收次组件(ROSA)，其中至少一安装面耦合于激光二极管和相关的驱动电路的，且多频道光学接收次组件(ROSA)用以接收包含多频道波长的多工光学信号、分离频道波长，以及侦测各个频道波长的光学信号。
根据另一方面，公开了一种多频道收发器。多频道收发器包含收发器壳体、多个光学发射次组件(TOSA)模块，其中TOSA模块用于发射相应不同频道波长的光学信号，且各个TOSA模块包含沿着纵轴从第一端延伸到第二端的基座，而基座具有实质上为圆柱状的部份且此部份具有通过其本身的通道；基座包含实质上为平坦的至少一安装面，其中至少一安装面耦合于激光二极管和相关的驱动电路，且激光二极管通过激光二极管次组件耦合于至少一安装面，而相关的驱动电路通过激光驱动次组件耦合于至少一安装面，多频道光学接收次组件(ROSA)用以接收包含多频道波长的多工光学信号、分离频道波长以及侦测各个频道波长的光学信号。
尽管本申请的原理被描述于本文中，本领域中通常知识者应理解示例仅用来描述说明，而对本申请的范围造成限制。除了本文中所示和所述的示例性实施例之外，其他实施例也在本申请的范围内。由本领域的通常知识者的修改和置换也位于本申请的范围内，本申请的范围仅受下述申请专利范围限制。

Claims (20)

1.一种多频道收发器，包含：
一收发器壳体；
多个光学发射次组件(transmitter optical subassembly，TOSA)模块，用以发射不同且相应的多个频道波长的多个光学信号，各个该些TOSA模块包含：
一基座，沿着一纵轴从一第一端延伸至一第二端，该基座具有实质上为圆柱状的一部份，且实质上为圆柱状的该部份具有延伸过其本身的一通道；以及
其中，该基座包含至少一安装面，该至少一安装面至少部分延伸过该通道，且实质上为圆柱状的该部份具有用以耦合到一TOSA壳体的一椭圆形外表面。
2.如权利要求1所述的多频道收发器，其中该基座为由一体成形的材料所形成的一单晶结构。
3.如权利要求1所述的多频道收发器，还包含：
一多频道TOSA壳体，用于将该些光学信号多工为一多工光学信号，该多工光学信号包含不同且相应的频道波长，该多频道TOSA壳体包含多个输入端口以及一输出端口，该些输入端口光学耦合于相应的该些TOSA而用以接收对应的该些光学信号，该一输出端口用于输出该多工光学信号。
4.如权利要求3所述的多频道收发器，其中各个该些TOSA模块的实质上为圆柱状的该部份设置于相应的一焊接环，而使得各个实质上为圆柱状的该部份与相应的该焊接环具有相同的圆心，其中各个该些TOSA模块通过相应的该焊接环接附到该多频道TOSA壳体。
5.如权利要求4所述的多频道收发器，其中该基座包含一第一材料而各个该些焊接环包含一第二材料，其中该第一材料和该第二材料具有实质上相似的导热性。
6.如权利要求5所述的多频道收发器，其中该第一材料包含铜、铝、黄铜、钢、青铜或上述材料的合金。
7.如权利要求1所述的多频道收发器，还包含一激光二极管和耦合于该至少一安装面的相关的一激光驱动电路。
8.如权利要求7所述的多频道收发器，其中该激光二极管通过一激光二极管次安装件耦合于该至少一安装面，而其中相关的该驱动电路通过一激光驱动次安装件耦合于该至少一安装面。
9.如权利要求8所述的多频道收发器，其中该激光二极管次安装件于该至少一安装面以一距离D偏移于该激光驱动次安装件。
10.如权利要求8所述的多频道收发器，还包含一发射连接电路，其中该激光驱动次安装件的多个轨迹直接耦合于该发射连接电路。
11.如权利要求7所述的多频道收发器，其中该激光二极管直接耦合于相关的该驱动电路。
12.如权利要求11所述的多频道收发器，其中该激光二极管通过导线接合直接耦合到相关的该驱动电路。
13.如权利要求1所述的多频道收发器，其中该收发器为小型可插拔(Small Form-factor Pluggable，SFP)收发器模块。
14.一种多频道收发器，包含：
一收发器壳体；
多个光学发射次组件(TOSA)模块，用以发射不同且对应的多个频道波长的多个光学信号，各个该些TOSA模块包含一基座，该基座沿着一纵轴从一第一端延伸至一第二端，该基座具有实质上为圆柱的一部份，且实质上为圆柱的该部分具有延伸通过其本身的一通道；以及
其中，该基座包含实质上为平坦的至少一安装面，且实质上为平坦的该至少一安装面耦合于一激光二极管和相关的一驱动电路；
一多频道光学接收次组件(ROSA)，用以接收包含多频道波长的一多工光学信号、分离频道波长，并且侦测各个频道波长的光学信号。
15.如权利要求14所述的多频道光收发器，其中该激光二极管通过一激光二极管次安装件耦合于该至少一安装面，而其中该相关的激光驱动电路通过一激光驱动次安装件耦合于该至少一安装面，且其中该激光二极管次安装件于该至少一安装面以一距离D偏移于该激光驱动次安装件。
16.如权利要求14所述的多频道光收发器，还包含一发射连接电路，其中该激光驱动次安装件的多个轨迹直接耦合于该发射连接电路。
17.如权利要求15所述的多频道光收发器，其中各个该激光二极管直接耦合于相关的该驱动电路，而其中各个该激光二极管通过导线接合直接耦合到相关的该驱动电路。
18.一种多频道收发器，包含：
一收发器壳体；
多个光学发射次组件(TOSA)模块，用以发射不同且对应的多个频道波长的多个光学信号，各个该些TOSA模块包含一基座，该基座沿着一纵轴从一第一端延伸至一第二端，该基座具有实质上为圆柱的一部份，且实质上为圆柱的该部分具有延伸通过其本身的一通道；以及
其中，该基座包含实质上为平坦的至少一安装面，且实质上为平坦的该至少一安装面耦合于一激光二极管和相关的一驱动电路，该激光二极管通过一激光二极管次安装件耦合于该至少一安装面，而相关的该驱动电路通过一激光驱动次安装件耦合于该至少一安装面；
一多频道光学接收次组件(ROSA)，用以接收包含多频道波长的一多工光学信号、分离频道波长，并且侦测各频道波长的光学信号。
19.如权利要求18所述的多频道光收发器，其中该激光二极管次安装件于该至少一安装面以一距离D偏移于该激光驱动次安装件。
20.如权利要求18所述的多频道光收发器，还包含一发射连接电路，其中该激光驱动次安装件电性耦合于该发射连接电路。
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