CN113626977B - 一种25g dfb激光器高频互联方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种25G DFB激光器高频互联方法，包括以下步骤：(1)对陶瓷基板微带线的形状尺寸、DFB激光二极管芯片贴装位置、键合金线的几何形状尺寸、驱动源和负载终端阻抗值中的一种或多种进行设计；(2)建立DFB激光二极管芯片的高频3D结构HFSS仿真模型，通过仿真模型验证步骤(1)的一种或多种设计，然后优化设计参数。本发明优化过的DFB激光器高频互联设计，通过仿真模型的验证，其具有降低25G DFB激光器高频回波损耗，提高器件和模块的良率以及降低成本的优点，优化后的TO5625G TO管DFB激光器高频互联设计的高频回波损耗抑制到接近‑15dB左右。

Description

一种25G DFB激光器高频互联方法

技术领域

本发明涉及光纤通讯技术领域，尤其涉及一种25G DFB激光器高频互联方法。

背景技术

随着全球5G时代到来，25G 12波WDM技术成已成为5G基站的热门选择，并由此带来了25G高速光模块市场需求的爆发。作为高速光模块核心的部分，25G DFB激光器更是业内深得关注的器件。考虑到低成本的因素，在光模块的应用中25G DFB激光器多封装为TO管的形式。TO管的管内外的高频连接迄今基本都采用微珠玻璃的结构，即用特殊的玻璃材料把高频引线绝缘和气密地烧结TO管座上，其高频构造类似于高频同轴线。但由于受到密封和绝缘用的特殊玻璃材料的介电常数值的限制和微珠玻璃及高频引线在TO管座上所允许的直径线度的限制，常用的TO管，如TO56和TO38等的微珠玻璃型的同轴结构的特性阻抗在高频时很难做到50欧姆。所以用于25G DFB激光器的TO管的微珠玻璃同轴结构的特性阻抗一般都设计为尽量接近25欧姆。于此相对应，25G DFB激光器的驱动源的内阻一般也为25欧姆。TO管内承载25G DFB激光芯片的载体—高频陶瓷基板上的高频布线则设计为一中间断开、特性阻抗为25欧姆的微带线。25G DFB激光芯片就贴装在断开的微带线的左侧边缘，用键合金线把激光芯片和断开的微带线的右侧连接起来。这种25G DFB激光器的高频互联方式看似很简单明了，但由于市场上最常用的25G DFB激光芯片的串联电阻一般在9-12欧姆，所以当上述有串联电阻的DFB芯片用上述方法插在两段断开的25欧姆的微带线中时，会因阻抗的不连续引起高频反射，现有的25G TO DFB的高频设计对此并无有效的对策来缓解这种不良后果，所以其总的结果使互联的高频反射较高，常使眼图劣化。

迄今为止，对这种高频互联尚未有合理的高频仿真分析，甚至对25G DFB芯片也没有3D的高频模型，更不用说在此基础上的仿真和设计优化。在实际应用上遇到高频反射过大眼图劣化时只能换个昂贵的激光器，因此造成了很大的经济损失。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种25G DFB激光器高频互联方法，解决25G DFB激光器高频互联回波损耗高引起眼图劣化的问题。

技术方案：本发明所述DFB激光器高频互联方法，包括以下步骤：

(1)对陶瓷基板微带线的形状尺寸、DFB激光二极管芯片贴装位置、键合金线的几何形状尺寸、驱动源和负载终端阻抗值中的一种或多种进行设计；

(2)建立25G DFB激光二极管的高频3D结构的HFSS仿真模型，通过仿真模型验证步骤(1)的一种或多种设计，然后在此基础上优化设计参数。

步骤(1)中陶瓷基板微带线包括左侧微带线和右侧微带线，所述左侧微带线和右侧微带线为非对称设计，左侧微带线和右侧微带线的断开处缝隙的左端边缘在陶瓷基板对称中心线的右侧，左侧微带线90度转角处的倒角大于右侧微带线90度转角处的倒角；左侧微带线和右侧微带线的入口处作加宽。

步骤(1)中DFB激光二极管芯片贴装在左侧微带线上，DFB激光二极管芯片发光条的中线对准陶瓷基板的对称中线，DFB激光二极管芯片右侧边缘进入左侧微带线和右侧微带线之间的缝隙。

步骤(1)中键合金线从DFB激光二极管芯片阳极打线盘连接到右侧微带线，键合金线为两条，两条键合金线之间有夹角。

步骤(1)为了克服DFB激光器的串联电阻造成的不良影响，提高驱动源的阻抗值和负载终端阻抗值。

步骤(1)中陶瓷基板上左侧微带线和右侧微带线断开处缝隙位置保证DFB激光二极管芯片贴装后其发光条中心线处在管座的中心轴线上，根据激光二极管芯片在贴装后能使高频互联的回波损耗最优来确定贴装位置。

步骤(1)为了降低TO管座制作成本，对陶瓷基板承载基座和管座面的结合处因冲压成型而造成的倒角不加处理，而倒角造成高频陶瓷基板和管座面之间的较大缝隙引起的寄生感抗通过调整高频陶瓷基板微带线入口处的几何形状补偿。

步骤(2)中的仿真模型具有25G DFB激光二极管芯片的实际外形和尺寸并概括激光二极管芯片的层结构；包括上电极镀金层21、BCB钝化层25、SiO2钝化层26、p+-镓铟砷欧姆接触层23、p-铟磷包层24、光栅层27、MQW28、n型衬底层29和下电极镀金层22；所述p+-镓铟砷欧姆接触层23、p-铟磷包层24构成一脊型凸台，埋在BCB钝化层25和SiO2钝化层26中。

步骤(2)中仿真模型简化为绝缘区域、MQW区域，MQW区域上方导电区域和MQW区域下方的导电区域；所述绝缘区域包括BCB钝化层和SiO2钝化层，MQW区域上方导电区域包括脊型凸台和光栅层，MQW区域下方的导电区域包括衬底层；所述MQW区域上方导电区域和MQW区域下方的导电区域的导电率决定25G DFB激光二极管芯片的电阻值。

有益效果：与现有技术相比，本发明显著优点为：1、优化25G DFB激光器高频互联的设计，降低了DFB激光器高频回波损耗，提高器件和模块的良率以及降低成本，优化后的TO56 25G TO管DFB激光器高频互联设计的高频回波损耗抑制到接近-15dB左右。2、建立了仿真模型，验证优化了设计参数。

附图说明

图1为典型的脊型结构25G DFB激光二极管芯片的外形图；

图2为本发明25G DFB激光二极管芯片的内部多层结构模型图；

图3为本发明25G DFB激光二极管芯片的HFSS模型层结构；

图4为25G DFB的TO 56管座的工程图；

图5为本发明高频陶瓷基板的微带线的设计图；

图6为本发明高频互联的总装图；

图7为本发明高频互联仿真结果图；

图8为现有技术25G TO DFB的高频互联总装图；

图9为现有技术的频互联仿真结果图。

具体实施方式

下面结合附图用TO 56的案例对本发明的技术方案作进一步说明，此技术方案同样适用于TO 38。

考虑到25G DFB TO管管座所用材料的特性及TO管管座开模的成本，本发明所用的25G DFB TO管管座仍沿用现今在业内用得较多、较典型25G TO DFB TO管座。

本发明所述25G DFB激光器高频互联方法，包括以下步骤

1、执行步骤(1)-(5)中的一种或多种设计。

(1)设计陶瓷基板微带线的形状尺寸。陶瓷基板微带线包括左侧微带线和右侧微带线，所述左侧微带线和右侧微带线为非对称设计，左侧微带线和右侧微的断开处缝隙的左端边缘在陶瓷基板对称中心线的右侧，左侧微带线90度转角处的倒角大于右侧微带线90度转角处的倒角；左侧微带线和右侧微带线的入口处作了加宽。高频陶瓷基板上左侧微带线和右侧微带线断开处缝隙位置保证DFB激光二极管芯片贴装后其发光条中心线处在管座的中心轴线上，根据激光二极管芯片在贴装后能使高频互联的回波损耗最优来确定激光二极管芯片的贴装位置。

本发明中，左右非对称倒角设计的理论依据：首先微带线的特性阻抗Z0在陶瓷基板的介电常数和厚度确定后有如下特点：特性阻抗Z0随着线宽W变窄而增大，随着线宽W变宽而减小；铜箔厚度变薄Z0值变大，反之Z0值变小。陶瓷基板上的微带线分成左侧微带线和右侧微带线两部分，每一部分都有90度直角拐弯。对于微带线的90度直角拐弯，为了保持原有的微带线的阻抗Z0不变，在直角拐弯处要作倒角miter处理，以消除被切除部分所造成的额外寄生电容贡献。微带线的左右两侧由键合金线实现互联。键合金线的导入引入了电感。为了补偿该电感，一般采用在金线的两端导入适当的电容来补偿金线带来的电感。在微带电路中，并不需要导入分立的电容器来实现这种补偿。在本设计中，对右边的微带线采取把倒角少切掉一些使之导入一些电容。至于在微带线的左侧，因其上贴有激光二极管芯片，芯片的导入实质性地引起了左侧微带线在微带线分开处附近的厚度的加大。此厚度加大使该处微带线的阻抗变小，这种阻抗变小等于是引进了一定电容。此电容可以起到补偿金线的电感作用。正因如此，左边的微带线的直角处的倒角比起右侧就要多切掉一些。

(2)设计DFB激光二极管芯片贴装位置。DFB激光二极管芯片贴装在左侧微带线上，DFB激光二极管芯片发光条的中线对准陶瓷基板的对称中线。进一步地25G DFB半导体激光芯片贴装时其右侧边缘伸出右侧微带线进入左右微带线间缝隙有利于抑制高频互联中的回波损耗，其伸出最佳距离为10微米左右。

本发明中DFB激光二极管芯片贴装位置的依据：DFB激光二极管芯片贴装位置和金线的长度和两根金线间的角度有密切的关系。芯片位置越靠近微带线的中线，两根金线间的角度取值的自由度也就越大。但芯片太靠金微带线中线的话，由于芯片发射光在垂直方向有较大的发散角而使发射光的边缘碰到陶瓷基板。考虑到这一限制，所以本发明使芯片的出光面离开陶瓷基板的边缘距离设计为150微米。这样能使激光芯片的发射光在不碰到陶瓷基板的情况下最靠近微带线的中线。另外将芯片适当地向左右微带线的缝隙间左移一点既能减小键合金线的长度也能减小激光芯片贴装在左侧微带线上所造成的左侧微带线的芯片贴装处的微带线等效厚度的增大。因为微带线的电磁场基本都是封闭在微带线下的陶瓷板内，缝隙过渡处的电磁场则都围绕在金线周围，激光芯片向缝隙作较小的右移，如10um左右，不会对原来的电磁场发生干涉。

(3)设计键合金线的几何形状尺寸。键合金线从DFB芯片阳极打线盘连接到右侧微带线，键合金线为两条，两条键合金线之间有夹角。

本发明键合金线的几何形状及尺寸的理论依据：键合金线导入的电感尽管可通过在金线的两端适当地导入电容来实现补偿，但这种补偿也有一定的限度。因此如何降低金线的电感也十分重要。为了降低金线本身的电感，一般有如下几个途径：(1)缩短金线长度；(2)增加金线的个数；(3)多条金线的情况下降低金线间的互感缩。金线的个数受到半导体激光芯片打线盘尺寸的限制。为了保证半导体激光芯片的带宽，打线盘尺寸是越小越好，在本案例中打线盘最多容许打2条金线。所以本发明设法减小这两条金线的互感来降低金线引起的总电感。互感是由平行的金线造成的。当两根金线形成一定角度时，互感就可大大减小。但要是两根金线形成一定角度，有时也会造成金线长度的增加，这里就有一个综合平衡的问题。所以两根金线间的角度在35-45度之间会比较合理。另外金线间的角度的设计和激光芯片贴装位置也有密切的关联。

(4)设计驱动源和负载终端阻抗值。为了克服25G DFB激光器的串联电阻所造成的不良影响，可适当提高驱动源的内阻和负载终端阻抗值。

当DFB激光二极管芯片串联在微带线上时，由于芯片的串联电阻的存在，从驱动方看进去的等效负载的阻抗变大了。DFB激光二极管芯片的串联电阻越大，等效负载的阻抗偏离原来的阻抗也就越大，这时阻抗失配也就越大，造成的高频反射也就越大。如果适当地提高驱动源的内阻和负载终端阻抗，尽管这时激光芯片串联电阻造成的等效负载阻抗对原终端阻抗的偏离仍存在，但其相对偏离值会变小，这对减小反射是有益的。但TO管的同轴微珠玻璃的特性阻抗仍是25欧姆左右，所以过大提高驱动源和负载终端阻抗会造成负面影响。为了达到综合平衡，在设计时把驱动源和负载终端阻抗提高了3欧姆。

(5)在高频陶瓷基板微带线入口处作几何形状的调整以加宽该处微带线的线宽。为了降低TO管座地制作成本，本发明采用的TO管座不对高频陶瓷基板承载基座和管座面的结合处因冲压成型而造成的倒角进行加工处理。但所述倒角会造成高频陶瓷基板和管座面之间的较大的缝隙，其值一般有0.15毫米。现今在业内用得较多、较典型的25G TO管座都对该倒角进行加工处理，处理后其高频陶瓷基板和管座面之的缝隙为0.05毫米，但加工的成本相当高。用该倒角不加处理的TO管座时，当微珠玻璃的引线通过0.15毫米间隙达到高频陶瓷基板时，由于0.15毫米的裸引线悬浮在缝隙中，从而引起寄生感抗。通过加宽高频陶瓷基板微带线入口处的微带线线宽，使该处的特性阻抗变小，导入了等价的电容可对上述的寄生感抗实现补偿。

2、建立DFB激光二极管芯片的高频3D结构的HFSS仿真模型，通过仿真模型验证步骤(1)-步骤(5)中的一种或多种设计，然后优化设计参数。

本实施例中，基于25G脊型DFB激光二极管芯片的物理结构，建立了其HFSS高频仿真模型。

25G DFB激光二极管为了达到高调制频率和高带宽都采用AlGaInAs多量子阱和脊型结构，这是因为AlGaInAs多量子阱有较高的微分增益，另外随着近年来脊型(Ridge)激光器P面的钝化技术的改善，比起隐埋型BH结构，脊型结构有较小的寄生电容，从而可达到更高的带宽。

图1是典型的脊型结构25G DFB激光二极管芯片的外形图，其中图1左侧是其3D立体图，图1右侧是其侧视图。芯片的基本尺寸较典型的为150um(L)，360um(W)，88um(H)。因受到晶片解理工艺过程的限制，25G DFB激光二极管芯片一般宽度大于长度，较短的长度是为了达到25G DFB激光二极管的高弛豫振荡频率。25G DFB激光二极管芯片的顶面p面有一小块约0.6微米厚的镀金层，该镀金层由20um(W)x 150um(L)的p-面电极以及与其相连的直径约为95um的打线盘构成，芯片底面是n-面，镀有0.3微米作为阴极面的镀金层，该镀金层在两侧边缘有约30微米的pull back。图1右侧中的虚线为激光芯片发光点的中心的所在处，其离激光芯片边缘的距离，即芯片p-面电极的中心线距激光芯片右边边缘的距离为230um。25G DFB激光二极管芯片的串联电阻并不小，市售的25G DFB激光二极管芯片的串联电阻的指标一般在9-12欧姆，也有在9-15欧姆的。考虑到25G DFB激光二极管芯片是贴装在左侧的微带线上并通过金线键合连接到右侧的微带线上，由于芯片有较大的串联电阻，其最大值差不多是微带线阻抗值的一半左右，也有一定寄生电容和一定的空间形态，所以在设计TO管座高频基板的微带线时必需要评估25G DFB激光二极管芯片贴装在左侧的微带线上并通过键合金线连接到右侧的微带线上后对高频传输所产生的影响，在此基础上才能将25G TO管座高频基板设计优化。具体的评估一般可用Ansoft的HFSS仿真软件。所以要进行仿真并进一步实现设计优化时必需有一个DFB激光二极管芯片的HFSS模型。

本实施例中，建立的脊型DFB激光二极管芯片内部结构的模型如图2所示，由图2可知，该模型包括上电极镀金层21、BCB钝化层25、SiO2钝化层26、p-铟镓砷磷(GaInAsP)光栅层27、MQW(多量子阱)层28、n-铟磷(InP)衬底层29和下电极镀金层22；p+-镓铟砷欧姆接触层23、p-铟磷包层24构成一脊型凸台，埋在所述的BCB钝化层25、SiO2钝化层26中。

上电极镀金层21厚度为0.6微米，下电极镀金层22为0.3微米。p+-镓铟砷欧姆接触层23是一层很薄的p+镓铟砷，欧姆接触层23和p-铟磷包层24构成一凸台，总高度一般在1.6微米左右。层27是光栅层，为了简化该层还包括了第一刻蚀阻挡层、Spacer(间隔)层和第二刻蚀阻挡层，厚度一般为0.175微米。MQW层28为了简化该层还包括了SCH层，层厚一般为0.285微米；n型铟磷衬底层29为了简化该层还包括了n-磷化铟缓冲(Buffer)薄层，层厚一般在85微米左右；SiO2钝化层26，层厚一般为80纳米；BCB钝化层25是用于使具有脊型构造的激光芯片的p面平面化的BCB_polymer钝化层，其厚度一般为1.52微米。为了清楚地显示芯片结构各层次之间的相互关系图2中的各层厚度和脊型凸台并未照实际比例画出。

图2显示了脊型25G DFB激光二极管芯片串联电阻和寄生电容构成。脊型DFB激光二极管芯片的寄生电容是由p侧电极以及与其相联的打线盘对地的寄生电容和MQW层PN结电容构成。由于MQW层PN结电容非常小，所以寄生电容主要是由p侧电极以及与其相联的打线盘对地的寄生电容贡献的。BCB钝化层25、SiO2钝化层26的介电常数和厚度是决定该电容大小的关键因子。SiO2的介电常数为3.9，BCB的介电常数为2.50-2.65，按上面提到SiO2和BCB的厚度及激光器的顶层电极和打线盘的面积，可得出其所形成的寄生电容是足够小的，从而使脊型25G DFB激光二极管芯片由足够的带宽可工作到25Gb/s。

脊型25G DFB激光二极管芯片的串联电阻由MQW层上面包层和光栅等层的电阻R1和MQW层下面的衬底等层的电阻R2构成的。从n-InP衬底的n型载流子浓度和n型载流子迁移率可推得R2要远小于R1。如果用一个有效电导σ1来表示图2中欧姆接触层23、包层24和光栅层27区域的平均电导率。并用一个有效电导σ2来表示图2中衬底层29区域的平均电导率，则R1和R2和脊型DFB激光二极管芯片的串联电阻就可从σ1和σ2导出。综合图1和图3得到了脊型25G DFB激光二极管芯片的HFSS模型的简化模型。图3为了清楚地显示芯片结构各层次之间的相互关系各层厚度和脊型凸台并未照实际比例画出。这个模型既体现了脊型DFB激光二极管芯片空间几何形态也给出了其寄生电容和串联电阻值。通过调节σ1和σ2，主要是σ1,因脊型DFB激光二极管芯片的串联电阻的主要贡献来自σ1，改变σ1可调节脊型DFB激光二极管芯片模型的串联电阻。

图4是现今在业内用得较多、较典型并且高频回波损耗最小的25G TO DFB的TO 56管座的工程图。图4(a)、图4(b)和图4(c)分别是该TO管座正视图和两个侧视图。从图4(a)可以看到该TO管座高频陶瓷板的高频布线，该高频微带线是一╔╗型的特性阻抗为25欧姆微带线，微带线的宽为0.65mm，高频陶瓷板的厚度为0.19mm，，在离开其对称线0.2mm向右有一个0.09mm宽的断裂缝隙，该微带线在陶瓷基板的四周边缘均有0.05mm的pull back，在其两个90度拐角处做各了0.74mm的倒角处理。从图4(c)可以看出，该TO管座平面上伸出一个半月型的凸台，高频陶瓷基板焊在凸台上，其边缘离开TO管座平面只有0.05mm的间隙。为了使这缝隙能缩小到0.05m，TO管座的高频陶瓷基板承载基座和管座面的结合处因冲压成型而造成的倒角要进行特别的加工处理，加工费用相当不菲。如不对该倒角作加工处理，该倒角会使焊在凸台上的高频陶瓷基板和TO管座平面间的缝隙达0.15mm。微珠玻璃直径为0.7mm，其中高频引线直径为0.25mm，玻璃材料的介电常数约为6.7，微珠玻璃是一同轴结构，其特性阻抗接近24欧姆。由于材料的介电常是改变不了的，要提高该微珠玻璃同轴结构的特性阻抗唯有增大微珠玻璃的直径和减小中心的引线直径。但这两种方法实际上因成本过高或影响管座的可靠性都难以实现。与微珠玻璃不同，高频陶瓷基板是贴装在TO管座上的部件，所以其设计上则有较多的自由度。所以本实施例仍沿用现今在业内用得较多、较典型25GTO DFB TO管座，只是简化了其加工以降低成本。

当DFB激光二极管芯片用金锡焊料贴装在高频陶瓷基板的微带线缝隙左侧的部分后由于受到芯片材料空间分布的影响，缝隙左侧微带线的特性阻抗会向减小方向变化。当再用金线键合把芯片电极的打线盘和缝隙右侧的微带线连起来后，就等于在左右两侧的微带线中间串了一个电阻和一个电感，其电阻值就是激光芯片的串联电阻，电感值主要就是金线造成的电感值，另外激光芯片的空间形态对其也有一定的贡献。当激光芯片的串联电阻越大、金线的电感值越大，整个微带线回路的阻抗偏离25欧姆也越大，高频传输效果也越差，其结果是回路会有很大的高频反射，眼图因此就劣化。

因此本发明基于建立的脊型DFB激光二极管芯片的HFSS模型，通过仿真验证了本发明的高频陶瓷基板微带线的形状尺寸的设计；DFB芯片贴装位置的设计；键合金线的几何形状尺寸的设计；驱动源和负载终端阻抗的设计。

图5是其高频陶瓷基板的微带线的设计图。陶瓷基板的材料为氮化铝，介电常数为8.8，厚度为0.2毫米，这是市场供应的标准厚度之一。微带线的线宽为0.67毫米，该线宽对应的微带线的特性阻抗为25.26欧姆。左右微带线的断开处的缝隙为0.1毫米，缝隙左端的边缘离开陶瓷基板对称中心线的距离为0.22毫米。左侧微带线的直角拐弯处的倒角为0.7毫米，右侧微带线的直角拐弯处的倒角为0.68毫米。左侧微带线和右侧微带线的入口处都作了加宽，微带线的宽加宽了0.2毫米，加宽处的长度为0.15毫米。微带线在陶瓷基板四周都由pull back，入口处的pull back为0.03毫米，在两侧为0.05毫米，顶端边也为0.05毫米。

图6是图5陶瓷基板在TO管座基座上的装配图的上视图，25G DFB激光二极管芯片的贴装位置和键合金线的组态已标定在陶瓷基板上。DFB激光二极管芯片的外形尺寸及上下电极的形状和厚度和图1一致，内部构造和图3一致。陶瓷基板和TO管座面间的缝隙为0.15毫米，所以TO管座微珠玻璃的内侧引线在连接到陶瓷基板前有一段0.15毫米的悬在空气中，该段引线引起的寄生感抗由上述的左右微带线的入口处的加宽而得到补偿。DFB芯片贴装在左侧微带线上，其发光条的中线对准了陶瓷板的即TO管的对称中线，所以激光二极管芯片向左右微带线断开处的缝隙突入了10微米。出光端面在右侧微带线的上侧有0.1毫米的pull back，所以芯片出光端面离陶瓷基板上侧边缘的距离为0.15毫米。25G DFB激光二极管芯片的垂直方向的半发散角为22.5度，发光中心离开陶瓷基板表面的高度大于70微米，所以DFB芯片的出射光束不会碰到陶瓷基板。DFB激光二极管芯片p面顶面阳极打线盘连接到右侧微带线的两条键合金线之间形成36度的夹角，每条金线的长度各为470微米，该长度足以保准DFB芯片到右侧微带线的连接了。本发明采用改变25G DFB半导体激光芯片在TO管座上高频陶瓷基板左侧微带线的贴装位置来改善其高频互联中高频回波损耗的方案。进一步地25G DFB半导体激光芯片贴装时其右侧边缘适当伸出右侧微带线进入左右微带线间缝隙有利于抑制高频互联中的回波损耗，其伸出最佳距离为10微米左右。

图6中TO管座微珠玻璃的引线出口处标注的P1和P2为作HFSS仿真时输入和输出的port的设置处。

本实施例的设计参数都是通过HFSS软件反复仿真后优化过结果。仿真用的是Ansoft HFSS仿真器。图7是本实施例在上述设计参数下其25G DFB激光二极管的串联电阻值设为10.3欧姆时25G TO管DFB半导体激光器高频互联的回波损耗S11随频率变化的仿真结果。如前所述市场上现在最常用的25G DFB激光芯片的串联电阻的最小值为9欧姆，而最大值为12欧姆。本仿真取25G DFB激光芯片的串联电阻为10.3欧姆接近于上述串联电阻的中间值，因此该串联电阻设置值具有很好的典型性。对应于串联电阻值为10.3欧姆的本25GDFB激光芯片模型中的电导率σ1和σ2分别为950S/m和8.46x10^4S/m。仿真用的优化后驱动源的内阻，即驱动器输出阻抗和负载终端阻抗值为28欧姆。从图7可以看到在0-19GHz的频率范围内本发明的实施例的25G TO管DFB激光器的回波损耗小于-15.13dB。

在上述仿真中若把25G DFB激光芯片的串联电阻分别设置为9欧姆和12欧姆，在9欧姆时回波损耗比10.3欧姆时再低约0.3dB，在12欧姆时回波损耗比10.3欧姆时则高了约0.5dB。这个结果和与之前分析是一致的。

作为对比，对现今在业内用得较多、较典型并且高频回波损耗最小的TO56型25GDFB激光器的高频互联也作了Ansoft HFSS的仿真。其高频互联构成包括了如图4所示的装有高频陶瓷基板的25G TO DFB的TO 56管座，以及本发明的25G DFB激光二极管芯片模型，芯片贴装位置及键合金线的连接几何组态则为当前业内沿用的传统规则，驱动源的内阻，即器输出阻抗和负载终端阻抗值也按传统设为25欧姆，。图8是该高频互联的整体总装图。25G DFB激光二极管芯片的串联电阻同样也设置为10.3欧姆。图9是其Ansoft HFSS的高频仿真结果。从图9可以看到在0-19GHz的频率范围内其回波损耗小于等于-10.99dB左右。

对于业内将2.5G TO管座经改良而用25G DFB TO激光器的案例，作为对比，用本发明的25G DFB芯片模型也作了高频互联的Ansoft HFSS的仿真。其结果是：在0-17GHz的频率范围内其回波损耗高于等于-6dB左右。

Claims (6)

1.一种25G DFB激光器高频互联方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)对陶瓷基板微带线的形状尺寸、DFB激光二极管芯片贴装位置、键合金线的几何形状尺寸、驱动源和负载终端阻抗值中的一种或多种进行设计；

步骤(1)中陶瓷基板微带线包括左侧微带线和右侧微带线，所述左侧微带线和右侧微带线为非对称设计，其断开处缝隙的左端边缘在陶瓷基板对称中心线的右侧，左侧微带线90度转角处的倒角大于右侧微带线90度转角处的倒角；左侧微带线和右侧微带线的入口处作加宽；

步骤(1)中DFB激光二极管芯片贴装在左侧微带线上，DFB激光二极管芯片发光条的中线对准陶瓷基板的对称中线，DFB激光二极管芯片右侧边缘进入左侧微带线和右侧微带线之间的缝隙；

步骤(1)中键合金线从DFB激光二极管芯片阳极打线盘连接到右侧微带线，键合金线为两条，两条键合金线之间有夹角；

(2)建立DFB激光二极管芯片的高频3D结构HFSS仿真模型，通过仿真模型验证步骤(1)的一种或多种设计，然后优化设计参数。

2.根据权利要求1所述的25G DFB激光器高频互联方法，其特征在于：步骤(1)提高驱动源的阻抗值和负载终端阻抗值降低等效负载的阻抗偏离值。

3.根据权利要求1所述的25G DFB激光器高频互联方法，其特征在于：步骤(1)中陶瓷基板上左侧微带线和右侧微带线断开处缝隙位置使DFB激光二极管芯片贴装后其发光条中心线处在管座的中心轴线上，并根据激光二极管芯片在贴装后能使高频互联的回波损耗最优确定贴装位置。

4.根据权利要求1所述的25G DFB激光器高频互联方法，其特征在于：步骤(1)对陶瓷基板承载基座和管座面的结合处的倒角造成陶瓷基板和管座面之间的缝隙引起的寄生感抗通过调整高频陶瓷基板微带线入口处的几何形状补偿。

5.根据权利要求1所述的25G DFB激光器高频互联方法，其特征在于：步骤(2)中的仿真模型具有25G DFB激光二极管芯片的实际外形和尺寸并概括了激光二极管芯片的层结构；包括上电极镀金层(21)、BCB钝化层(25)、SiO2钝化层(26)、p+-镓铟砷欧姆接触层(23)、p-铟磷包层(24)、光栅层(27)、MQW层(28)、n型衬底层(29)和下电极镀金层(22)；所述p+-镓铟砷欧姆接触层(23)、p-铟磷包层(24)形成脊型凸台埋在BCB钝化层(25)和SiO2钝化层(26)中。

6.根据权利要求5所述的25G DFB激光器高频互联方法，其特征在于：步骤(2)中的仿真模型简化为绝缘区域、MQW区域、MQW区域上方导电区域和MQW区域下方的导电区域；所述绝缘区域包括BCB钝化层(25)和SiO2钝化层(26)，MQW区域上方导电区域包括脊型凸台和光栅层(27)，MQW区域下方的导电区域包括衬底层(29)；所述MQW区域上方导电区域和MQW区域下方的导电区域的导电率决定25G DFB激光二极管芯片的电阻值。