易銳光電發(fā)明的光模塊，得到了滿足MWDM波長范圍的光模塊，放寬了激光器芯片的波長范圍，降低了光模塊的功耗水平，提高了激光器芯片的良率!
中國移動(dòng)于2019年9月3日首次公開提出創(chuàng)新的5G前傳Open-WDM/MWDM方案，5G前傳將重用低成本25G CWDM DML推進(jìn)12波長系統(tǒng)。
在現(xiàn)有CWDM6波的基礎(chǔ)上，通過TEC控溫每個(gè)波長左右各調(diào)偏3.5nm，構(gòu)成12個(gè)波長通道，同時(shí)滿足5G部署的急迫性和重用CWDM產(chǎn)業(yè)鏈的需求。采用TEC偏移實(shí)現(xiàn)12個(gè)波長，并具有波長非等間距的特點(diǎn)，結(jié)合光層調(diào)頂實(shí)現(xiàn)光模塊OAM機(jī)制，滿足5G前傳10km主要場景鏈路預(yù)算。
但采用TEC控溫存在如下缺點(diǎn)：12波都需要TEC控溫，增加了制備光模塊的成本;通過TEC控溫每個(gè)CWDM波長偏離3.5nm，相應(yīng)的溫度大約需要調(diào)節(jié)35℃，在5G前傳光模塊需要滿足工業(yè)級(jí)溫度范圍-40℃-85℃下工作的要求，激光器芯片的熱沉溫度變化接近100℃，在此溫度范圍內(nèi)通過TEC控溫保障波長穩(wěn)定，對(duì)TOSA的熱管理和功耗是巨大挑戰(zhàn)。
另外，直接從現(xiàn)有的CWDM6波基礎(chǔ)上挑選合格的芯片，通過TEC調(diào)節(jié)溫度實(shí)現(xiàn)波長調(diào)諧，會(huì)導(dǎo)致單片wafer的DML激光器波長良率較低，間接提高了激光器芯片的成本。
為了解決這樣的問題，易銳光電在19年12月26日申請(qǐng)了一項(xiàng)名為“光模塊”的發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)枺?01911361761.9)，申請(qǐng)人為易銳光電科技(安徽)有限公司。
根據(jù)目前公開的專利資料，讓我們一起來看看這項(xiàng)光模塊技術(shù)吧。
集成了加熱單元的DML芯片，脊波導(dǎo)1是通過等離子體干法刻蝕和濕法腐蝕相結(jié)合的方式得到的半導(dǎo)體倒臺(tái)結(jié)構(gòu)，其頂上覆蓋有鈦/鉑/金三層金屬材料，并和芯片P面電極11是連通的。
芯片P面電極和加熱單元2形成在鈍化層3上，加熱單元與脊波導(dǎo)之間的距離為10um并且加熱單元與脊波導(dǎo)之間設(shè)置有絕緣層，也就是鈍化層。給加熱單元通電時(shí)，鈍化層具有將加熱單元和脊波導(dǎo)之間電絕緣的作用，其主要結(jié)構(gòu)是二氧化硅，當(dāng)然也可以使用其他更好的材料當(dāng)作絕緣材料。
加熱單元是由鈦金屬形成的熱電阻，由于鈦的電阻率遠(yuǎn)高于金和鉑，因此選用鈦?zhàn)鳛闊犭娮璧碾娮璨牧?。為了緩解加熱單元?duì)DML激光器波長調(diào)諧能力的不足，光模塊還包括設(shè)置在殼體內(nèi)部用以給殼體內(nèi)部進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)募訜崮K，在環(huán)境溫度較低時(shí)，加熱單元和加熱模塊二者同時(shí)工作滿足DML激光器中心波長在寬溫度范圍內(nèi)的波長調(diào)諧。
此外，光模塊還包括用以檢測殼體溫度的溫度傳感器和與溫度傳感器、加熱單元、加熱模塊信號(hào)連接的溫度控制單元。溫度控制單元根據(jù)溫度傳感器檢測到的殼體溫度值控制加熱單元、加熱模塊共同啟動(dòng)或者關(guān)閉，控制加熱單元、加熱模塊單個(gè)啟動(dòng)或關(guān)閉。
這種將模塊殼體內(nèi)部的加熱模塊和激光器芯片上集成的加熱單元相結(jié)合的二級(jí)加熱方式，實(shí)現(xiàn)了DML激光器芯片波長的大范圍溫度調(diào)諧。激光器芯片上集成的加熱單元位于脊波導(dǎo)一側(cè)，由于加熱單元距離DML激光器芯片的有源區(qū)較近，故溫度傳遞快，導(dǎo)熱效率高，因此能夠用較小的電功率實(shí)現(xiàn)較大的波長調(diào)諧范圍，降低了光模塊的功耗水平。
用于光模塊的溫度補(bǔ)償控制方法為：首先，溫度傳感器采集當(dāng)前殼體溫度值，基于溫度傳感器采集到的殼體溫度值，溫度控制單元判斷殼體溫度值是否低于預(yù)設(shè)溫度閥值。
如果低于預(yù)設(shè)溫度閥值，則控制加熱單元、加熱模塊啟動(dòng);如果介于預(yù)設(shè)溫度閥值，則控制加熱單元啟動(dòng)，加熱模塊關(guān)閉;如果殼體溫度值高于預(yù)設(shè)溫度閥值，則控制加熱單元、加熱模塊關(guān)閉。
預(yù)設(shè)溫度閥值為殼體內(nèi)部的溫度在-5℃-45℃范圍，當(dāng)光模塊的殼體內(nèi)部溫度高于45℃時(shí)，加熱單元和加熱模塊關(guān)閉，此時(shí)激光器的波長只由光模塊內(nèi)的溫度和激光器的驅(qū)動(dòng)電流決定，波長調(diào)諧范圍設(shè)計(jì)值為5nm。
當(dāng)光模塊的殼體內(nèi)部溫度介于-5℃-45℃之間時(shí)，加熱單元開啟，加熱模塊關(guān)閉，此時(shí)通過調(diào)節(jié)加熱單元的電流，對(duì)激光器的波長進(jìn)行調(diào)諧，加熱單元對(duì)激光器的波長調(diào)諧范圍設(shè)計(jì)值為5nm。
光模塊的殼體內(nèi)部溫度低于-5℃時(shí)，加熱單元和加熱模塊均同時(shí)開啟對(duì)激光器的波長進(jìn)行調(diào)諧，加熱模塊的波長調(diào)諧范圍設(shè)計(jì)值為4nm。
以上就是易銳光電發(fā)明的光模塊，通過在激光器芯片內(nèi)集成有給激光器芯片進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)募訜釂卧?，來?shí)現(xiàn)對(duì)激光器芯片的中心波長進(jìn)行調(diào)諧，因而得到上述功能需求。
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