支持光功率反馈调节的半导体光放大器件、装置及系统的制作方法

1.本发明涉及半导体光放大器相关技术领域，特别涉及一种支持光功率反馈调节的半导体光放大器件、装置及系统。


背景技术：

[0002][0003]
半导体光放大器(semiconductor optical amplifier，soa)，是一种由半导体材料制成，利用能级间跃迁的受激现象进行放大光功率的器件。soa覆盖了1300nm～1600nm的频段，即可用于1310nm窗口又可用于1550nm窗口，且用于dwdm系统中时无需增益锁定。soa具有体积小、结构简单、成本低、寿命长，易于同其他光器件集成以及功耗低等优点。随着光通讯行业的不断发展建设，soa的使用量每年都在持续增长，且在光纤传感、医学成像、测试和测量等领域被广泛应用。
[0004]
目前已有的soa相关专利均为单一半导体放大器件，或者为半导体放大设备，半导体放大设备虽然也可以对输出光功率进行监测，但是需将光路分出，对光功率损耗较大，体积大且功率高。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种支持光功率反馈调节的半导体光放大器件、装置及系统，在满足光功率放大的同时，能够在线监控及反馈光功率值，并实现光功率值的实时调节。
[0006]
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]
一方面，一种支持光功率反馈调节的半导体光放大器件，包括：
[0008]
管壳；
[0009]
封装于所述管壳内的耦合结构，包括光纤准直器、第一透镜、soa芯片、第二透镜、mpd芯片和输出光纤；光路通过光纤准直器和第一透镜后传输进入soa芯片，soa芯片通过电光转换进行放大，放大后的光路经过第二透镜后传输至输出光纤，设置在第二透镜后的mpd芯片采集光路中的散射光，并进行光电转换；
[0010]
与所述soa芯片正极相连接的第十管脚，与所述soa芯片负极相连接的第十一管脚；
[0011]
与所述mpd芯片正极相连接的第三管脚，与所述mpd芯片负极相连接的第四管脚。
[0012]
优选的，所述的支持光功率反馈调节的半导体光放大器件，还包括：
[0013]
封装于所述管壳内用于调节soa芯片工作温度的半导体制冷器；
[0014]
与所述半导体制冷器正极相连接的第一管脚，与所述半导体制冷器负极相连接的第十四管脚。
[0015]
优选的，所述的支持光功率反馈调节的半导体光放大器件，还包括：
[0016]
热沉；所述热沉为耦合结构提供载体，用于连接耦合结构与半导体制冷器。
[0017]
优选的，所述的支持光功率反馈调节的半导体光放大器件，还包括：
[0018]
封装于所述管壳内的用于采集soa芯片工作温度的热敏电阻；
[0019]
与所述热敏电阻一端相连接的第二管脚，与所述热敏电阻另一端相连接的第五管脚。
[0020]
优选的，所述的支持光功率反馈调节的半导体光放大器件，还包括：
[0021]
第一薄膜电路；所述soa芯片和热敏电阻设置在所述第一薄膜电路上。
[0022]
优选的，所述的支持光功率反馈调节的半导体光放大器件，还包括：
[0023]
第二薄膜电路；所述mpd芯片设置在所述第二薄膜电路上。
[0024]
优选的，所述的支持光功率反馈调节的半导体光放大器件，还包括：
[0025]
用于支撑所述第一透镜的第一垫块和用于支撑所述第二透镜的第二垫块。
[0026]
另一方面，一种支持光功率反馈调节的半导体光放大器装置，包括所述的半导体光放大器件，还包括：主控单元、soa供电单元和mpd光功率反馈单元；
[0027]
所述soa供电单元，通过所述第十管脚和第十一管脚与半导体光放大器件相连接，以输出半导体光放大器件工作所需的恒定电流值；
[0028]
所述mpd光功率反馈单元，通过所述第三管脚和第四管脚与半导体光放大器件相连接，以采集半导体光放大器件输出端的光功率值，并发送给所述主控单元；
[0029]
所述主控单元，与mpd光功率反馈单元和soa供电单元分别相连接，以根据所述光功率值调节soa供电单元输出的恒定电流值。
[0030]
优选的，所述的支持光功率反馈调节的半导体光放大器装置，还包括：
[0031]
tec温控单元；所述tec温控单元通过所述第一管脚、第二管脚、第五管脚和第十四管脚与半导体光放大器件相连接，接收热敏电阻采集的工作温度并发送给主控单元，主控单元根据采集的工作温度控制tec温控单元调节半导体制冷器的电流，以使半导体光放大器件工作在主控单元设定的温度值。
[0032]
再一方面，一种支持光功率反馈调节的半导体光放大器系统，包括所述的半导体光放大器装置，还包括：终端设备；所述终端设备与所述半导体光放大器装置的主控单元相连接以进行交互。
[0033]
本发明具有如下有益效果：
[0034]
(1)本发明包括soa芯片及mpd芯片，其中的mpd芯片接收第二透镜之后的散射光，以实现对光路上的光功率强度(光功率值)的间接测量，因此能够满足光功率放大的同时，在线监控光功率数值，最终实现实时调整功率值(即放大倍数)，满足用户需求；
[0035]
(2)本发明采用高转化效率的耦合方式(输入端采用包括光纤准直器和第一透镜的双透镜耦合方式，输出端采用包括第二透镜的单透镜耦合方式)，能够提高耦合效率，减少传输过程中的光功率损耗；
[0036]
(3)本发明采用合理的空间布局，不影响主光路功率的情况下，精准采集主光路功率值；
[0037]
(4)本发明采用高精度温度传感器热敏电阻，使得对温度监控更加精准，提高光功率控制的精准性；
[0038]
(5)本发明可通过终端设备的上层软件或app在线调整光功率值，因此减少了外部检测设备，处理速度更快，功耗更低；通过上层软件或app能够精准控制输出恒定电流值，精
准控制输出光功率值，因此可调精度更高。
[0039]
(6)本发明可扩展性强，能够根据用户需求，定制外围电路及上层软件或app等。
[0040]
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的一种支持光功率反馈调节的半导体光放大器件、装置及系统不局限于实施例。
附图说明
[0041]
图1为本发明实施例一的半导体光放大器件的外部结构示意图；
[0042]
图2为本发明实施例一的半导体光放大器件的内部平面示意图；
[0043]
图3为本发明实施例一的半导体光放大器件的内部剖面示意图；
[0044]
图4为本发明实施例一的半导体光放大器件的输入输出光路示意图；
[0045]
图5为本发明实施例二的半导体光放大器装置的结构框图；
[0046]
图6为本发明实施例三的半导体光放大器系统的结构框图。
具体实施方式
[0047]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0048]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0049]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0050]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0051]
实施例一
[0052]
参见图1至图4所示，本实施例一种支持光功率反馈调节的半导体光放大器件10，包括：
[0053]
管壳114；
[0054]
封装于所述管壳114内的耦合结构，包括光纤准直器105、第一透镜102、soa芯片101、第二透镜103、mpd芯片104和输出光纤106；光路通过光纤准直器105和第一透镜102后传输进入soa芯片101，soa芯片101通过电光转换进行放大，放大后的光路经过第二透镜103后传输至输出光纤106，设置在第二透镜103后的mpd芯片104采集光路中的散射光，并进行光电转换；
[0055]
与所述soa芯片101正极相连接的第十管脚pin10，与所述soa芯片101负极相连接的第十一管脚pin11；
[0056]
与所述mpd芯片104正极相连接的第三管脚pin3，与所述mpd芯片104负极相连接的第四管脚pin4。
[0057]
本实施例中，所述的支持光功率反馈调节的半导体光放大器件10，还包括：
[0058]
封装于所述管壳114内用于调节soa芯片101工作温度的半导体制冷器107；
[0059]
与所述半导体制冷器107正极相连接的第一管脚pin1，与所述半导体制冷器107负极相连接的第十四管脚pin14。
[0060]
本实施例中，所述的支持光功率反馈调节的半导体光放大器件10，还包括：
[0061]
热沉111；所述热沉111为耦合结构提供载体，用于连接耦合结构与半导体制冷器107。
[0062]
进一步的，所述的支持光功率反馈调节的半导体光放大器件10，还包括：
[0063]
封装于所述管壳114内的用于采集soa芯片101工作温度的热敏电阻108；
[0064]
与所述热敏电阻108一端相连接的第二管脚pin2，与所述热敏电阻108另一端相连接的第五管脚pin5。
[0065]
具体的，所述的支持光功率反馈调节的半导体光放大器件10，还包括：
[0066]
第一薄膜电路109；所述soa芯片101和热敏电阻108设置在所述第一薄膜电路109上。
[0067]
所述的支持光功率反馈调节的半导体光放大器件10，还包括：
[0068]
第二薄膜电路110；所述mpd芯片104设置在所述第二薄膜电路110上。
[0069]
所述的支持光功率反馈调节的半导体光放大器件10，还包括：
[0070]
用于支撑所述第一透镜102的第一垫块112和用于支撑所述第二透镜103的第二垫块113。
[0071]
参见图1所示，本实施例一种支持光功率反馈调节的半导体光放大器件10可以封装为通用的14pin的butterfly封装。
[0072]
本实施例中，管脚定义如下：
[0073]
1tec(+)14tec(-)2thermistor13nc3anode12nc4cathode11chip(-)5thermistor10chip(+)6nc9nc7nc8nc
[0074]
管脚定义说明：pin10和pin11分别连接soa芯片101的正极和负极；pin3和pin4分别连接mpd芯片104(monitor photo detector，微型光电探测器)的正极和负极；pin1和pin14分别连接tec(thermo-electric cooler，半导体制冷器107)的正极和负极；pin2和pin5分别连接热敏电阻108的两端。
[0075]
需要说明的是，各个器件与管脚的对应关系可以根据需要进行调整，本实施例不对管脚与器件的对应进行限制。如soa芯片101的正极和负极也可以是分别连接至第七管脚
和第八管脚。
[0076]
如下将对图2和图3中的各个器件进行详细说明。
[0077]
soa芯片101：所述soa芯片101(半导体光放大芯片)包括1310nm和1550nm两个波长；
[0078]
第一透镜102和第二透镜103：第一透镜102将光纤中需要放大的光路通过c-lens(光纤准直器105)发射出来，通过第一透镜102后进入soa芯片101中进行放大；第二透镜103将soa芯片101放大后的光发射出来，整理光波后进入输出光纤106中；
[0079]
mpd芯片104：微型光电探测器，接收第二透镜103之后的散射光，并将其进行光电转化后，间接测试主光路上的光功率强度；
[0080]
光纤准直器105：c-lens，带有球面微透镜的光纤，用于光路传输；
[0081]
输出光纤106：pigtail，带玻璃套管的镀膜裸纤，用于光路传输；
[0082]
半导体制冷器107，tec，和热敏电阻108共同工作，保证soa芯片101稳定的工作在25℃的接触温度上；
[0083]
热敏电阻108：所述热敏电阻108包括ntc热敏电阻108，即负温度系数热敏电阻108，温度越高，阻值越小，通常器件要求工作在25℃，即热敏电阻108阻值为10k时；
[0084]
第一薄膜电路109和第二薄膜电路110：第一薄膜电路109和第二薄膜电路110为其上对应的芯片及热沉111提供实现共晶焊接的介质，并便于金线键合及热量传导；
[0085]
第一垫块112和第二垫块113：分别为第一透镜102和第二透镜103提供支撑，并减少金属对透镜带来的形变影响；
[0086]
热沉111：为耦合结构提供载体，连接耦合结构与半导体制冷器107，具有良好的导热功能；所述热沉111设置在所述半导体制冷器107上方；所述第一薄膜电路109、第二薄膜电路110、第一垫块112和第二垫块113均设置在热沉111上；
[0087]
管壳114：为14pin蝶形封装，为上述器件提供载体及密闭的光路环境，并为内外部分电路连接提供介质。
[0088]
参见图4所示为本实施例的输入输出光路示意图，光路按照箭头从左到右进行传输，通过光纤准直器105及第一透镜102后传输进入soa芯片101之后，经过芯片的电光转化进行放大，放大后的光路经过第二透镜103后传输入pigtail的输出光纤106中，第二透镜103后面的mpd芯片104采集光路中的散射光，经过光电转换后，传输到外围采集电路中。
[0089]
实施例二
[0090]
参见图5所示，本发明一种支持光功率反馈调节的半导体光放大器装置20，包括实施例一所述的半导体光放大器件10，还包括：主控单元201、soa供电单元202、mpd光功率反馈单元203和tec温控单元204；
[0091]
所述soa供电单元202，通过所述第十管脚pin10和第十一管脚pin11与半导体光放大器件10相连接，以输出半导体光放大器件10工作所需的恒定电流值；
[0092]
所述mpd光功率反馈单元203，通过所述第三管脚pin3和第四管脚pin4与半导体光放大器件10相连接，以采集半导体光放大器件10输出端的光功率值，并发送给所述主控单元201；
[0093]
所述主控单元201，与mpd光功率反馈单元203和soa供电单元202分别相连接，以根据所述光功率值调节soa供电单元202输出的恒定电流值；
[0094]
tec温控单元204；所述tec温控单元204通过所述第一管脚pin1、第二管脚pin2、第五管脚pin5和第十四管脚pin14与半导体光放大器件10相连接，接收热敏电阻108采集的工作温度并发送给主控单元201，主控单元201根据采集的工作温度控制tec温控单元204调节半导体制冷器107的电流，以使半导体光放大器件10工作在主控单元201设定的温度值。
[0095]
如下将对各个器件进行详细说明。
[0096]
半导体光放大器件10：由soa供电单元202电路提供恒流供电，通过与tec温控单元204交互实现温度保持，在25℃温度上实现动态平衡，并将光路中采集到的输出光功率，经过光电转换传输到mpd光功率反馈单元203电路中；
[0097]
tec温控单元204：由主控单元201控制设定温度，tec温控单元204还通过采集半导体光放大器件10中的ntc热敏电阻108的阻值，实时监控半导体光放大器件10的工作温度，并通过电路控制半导体光放大器件10中的tec的电流，来调整半导体光放大器件10内部温度，使其工作在主控单元201设定的温度值；
[0098]
soa供电单元202：由主控单元201控制，提供给半导体光放大器件10工作所需的恒定电流，并根据主控电路调整，随时改变恒定电流值；
[0099]
mpd光功率反馈单元203：通过mpd芯片104半导体光放大器件10输出端的主光路的光功率值，并将其反馈给主控单元201；
[0100]
主控单元201：通过tec温控单元204控制半导体光放大器件10内部的工作温度，通过soa供电单元202为半导体光放大器件10提供稳定的恒定电流，通过mpd光功率反馈单元203采集主光路的光功率值。
[0101]
soa供电单元202、半导体光放大器件10和mpd光功率反馈单元203形成一个闭合的控制回路，通过采集半导体光放大器件10中主光路的光功率值，调节soa供电单元202的恒定电流值，来改变半导体光放大器件10主光路的光功率值，实现对主光路光功率放大倍数的调节。
[0102]
需要说明的是，所述主控单元201包括mcu芯片或单片机芯片等。
[0103]
实施例三
[0104]
参见图6所示，本发明一种支持光功率反馈调节的半导体光放大器系统，包括实施例二所述的半导体光放大器装置20，还包括：终端设备30；所述终端设备30与所述半导体光放大器装置20的主控单元201相连接以进行交互。
[0105]
具体的，所述终端设备30包括手机、电脑或专有的终端设备30等，本实施例不做限制。所述终端设备30上安装有上层软件或手机app，终端设备30通过上层软件或手机app在线(自动或手动)调节光功率值和/或恒定电流值等，同时可以实时显示工作温度、电流及光功率值等，同时可以根据需要支持历史数据保存及历史数据的导出等。
[0106]
进一步的，所述半导体光放大器装置20还包括蓝牙单元205，以与终端设备30相互通信，进行信息交互。
[0107]
通过终端设备30的上层软件或app在线调整光功率值，因此减少了外部检测设备，处理速度更快，功耗更低；通过上层软件或app能够精准控制输出恒定电流值，精准控制输出光功率值，因此可调精度更高。
[0108]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的
保护范围。

技术特征：
1.一种支持光功率反馈调节的半导体光放大器件，其特征在于，包括：管壳；封装于所述管壳内的耦合结构，包括光纤准直器、第一透镜、soa芯片、第二透镜、mpd芯片和输出光纤；光路通过光纤准直器和第一透镜后传输进入soa芯片，soa芯片通过电光转换进行放大，放大后的光路经过第二透镜后传输至输出光纤，设置在第二透镜后的mpd芯片采集光路中的散射光，并进行光电转换；与所述soa芯片正极相连接的第十管脚，与所述soa芯片负极相连接的第十一管脚；与所述mpd芯片正极相连接的第三管脚，与所述mpd芯片负极相连接的第四管脚。2.根据权利要求1所述的支持光功率反馈调节的半导体光放大器件，其特征在于，还包括：封装于所述管壳内用于调节soa芯片工作温度的半导体制冷器；与所述半导体制冷器正极相连接的第一管脚，与所述半导体制冷器负极相连接的第十四管脚。3.根据权利要求2所述的支持光功率反馈调节的半导体光放大器件，其特征在于，还包括：热沉；所述热沉为耦合结构提供载体，用于连接耦合结构与半导体制冷器。4.根据权利要求2所述的支持光功率反馈调节的半导体光放大器件，其特征在于，还包括：封装于所述管壳内的用于采集soa芯片工作温度的热敏电阻；与所述热敏电阻一端相连接的第二管脚，与所述热敏电阻另一端相连接的第五管脚。5.根据权利要求4所述的支持光功率反馈调节的半导体光放大器件，其特征在于，还包括：第一薄膜电路；所述soa芯片和热敏电阻设置在所述第一薄膜电路上。6.根据权利要求1所述的支持光功率反馈调节的半导体光放大器件，其特征在于，还包括：第二薄膜电路；所述mpd芯片设置在所述第二薄膜电路上。7.根据权利要求1所述的支持光功率反馈调节的半导体光放大器件，其特征在于，还包括：用于支撑所述第一透镜的第一垫块和用于支撑所述第二透镜的第二垫块。8.一种支持光功率反馈调节的半导体光放大器装置，其特征在于，包括如权利要求4所述的半导体光放大器件，还包括：主控单元、soa供电单元和mpd光功率反馈单元；所述soa供电单元，通过所述第十管脚和第十一管脚与半导体光放大器件相连接，以输出半导体光放大器件工作所需的恒定电流值；所述mpd光功率反馈单元，通过所述第三管脚和第四管脚与半导体光放大器件相连接，以采集半导体光放大器件输出端的光功率值，并发送给所述主控单元；所述主控单元，与mpd光功率反馈单元和soa供电单元分别相连接，以根据所述光功率值调节soa供电单元输出的恒定电流值。9.根据权利要求8所述的支持光功率反馈调节的半导体光放大器装置，其特征在于，还包括：
tec温控单元；所述tec温控单元通过所述第一管脚、第二管脚、第五管脚和第十四管脚与半导体光放大器件相连接，接收热敏电阻采集的工作温度并发送给主控单元，主控单元根据采集的工作温度控制tec温控单元调节半导体制冷器的电流，以使半导体光放大器件工作在主控单元设定的温度值。10.一种支持光功率反馈调节的半导体光放大器系统，其特征在于，包括如权利要求9所述的半导体光放大器装置，还包括：终端设备；所述终端设备与所述半导体光放大器装置的主控单元相连接以进行交互。

技术总结
本发明公开了一种支持光功率反馈调节的半导体光放大器件，包括：管壳；封装于管壳内的耦合结构，包括光纤准直器、第一透镜、SOA芯片、第二透镜、MPD芯片和输出光纤；光路通过光纤准直器和第一透镜后传输进入SOA芯片，SOA芯片通过电光转换进行放大，放大后的光路经过第二透镜后传输至输出光纤，设置在第二透镜后的MPD芯片采集光路中的散射光，并进行光电转换；与SOA芯片正极相连接的第十管脚，与SOA芯片负极相连接的第十一管脚；与MPD芯片正极相连接的第三管脚，与MPD芯片负极相连接的第四管脚。本发明在满足光功率放大的同时，能够在线监控及反馈光功率值，并实现光功率值的实时调节。并实现光功率值的实时调节。并实现光功率值的实时调节。


技术研发人员：陈帅 王伟 曾志超
受保护的技术使用者：天津见合八方光电科技有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/10/6