ОПТИЧЕСКИЙ ПЕРЕДАЮЩИЙ МОДУЛЬ Российский патент 1994 года по МПК H01S3/25 

Изобретение относится к области полупроводниковой квантовой электроники, к когерентным источникам с волоконным выводом излучения, используемым в системах связи, контрольно-измерительной аппаратуре, медицинской технике.

Известные конструкции оптического передающего модуля в основном содержат корпус со стенками, выполненными штамповкой, основанием и крышкой. В одной из стенок меньшей площади выполнено отверстие, в которое помещена втулка со световодом. Соосно продольной оси корпуса внутри него помещен крепежный уголок-основание для крепления горячей поверхности и отвода тепла к радиатору. На холодной поверхности помещают контактную плату, на которой закреплены лазерный диод (ЛД) и фотодиод (ФД) и плата для крепления микропечи с входным концом световода [1].

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является оптический передающий модуль, включающий микрохолодильник, на холодной поверхности которого закреплена прокладка с прикрепленными на ней контактной пластиной с ЛД, с съюстированным с ним ФД на основании и платой, с закрепленным на ней входным концом световода, положение которого съюстировано относительно ЛД [2].

Прокладка приклеена к холодной стороне микрохолодильника. Основание ФД, контактная пластина с ЛД и плата со световодом также приклеены к поверхности прокладки. ФД, ЛД и световод припаяны соответственно к пластине, плате и основанию.

На фиг.1 показан оптический передающий модуль, продольный разрез.

Модуль состоит из корпуса 1 со стенками 2, основанием 3, крышкой 4, крепежного уголка-основания 5. На большем ребре уголка-основания вдоль продольной оси корпуса расположен микрохолодильник 6. На холодной поверхности 7 микрохолодильника помещена прокладка 8. На ее поверхности закреплены основание 9 с ФД 10, контактная пластина 11 с ЛД 12, плата 13 со световодом 14, помещенным в трубку 15 и выведенным из корпуса через втулку 16.

В данной конструкции каждый из оптических элементов укреплен на индивидуальной подставке, поэтому автономен и свободно заменяем.

Однако при подобной замене возникают большие трудности с юстировкой оптических элементов один относительно другого непосредственно в корпусе изделия при эксплуатации. В то же время подобная конструкция недостаточно надежна при механических и особенно климатических нагрузках, так как они могут привести к быстрой разъюстировке оптических элементов.

Разъюстировка оптического волокна относительно ЛД происходит чаще всего при климатических воздействиях среды вследствие разности коэффициента температурного расширения (КТР) и геометрических размеров элементов конструкции с ЛД и крепежных деталей световода. Эти трудности практически непреодолимы в известной конструкции при циклических изменениях температуры.

Предложен оптический передающий модуль, в котором прокладка выполнена в виде уголка-прокладки, в его грани перпендикулярно холодной поверхности микрохолодильника выполнено отверстие, ось отверстия параллельна поверхности микрохолодильника, на внутренних сторонах грани уголка-прокладки помещена контактная пластина с ЛД, на той же поверхности выполнено средство для помещения основания с ФД, съюстированное относительно ЛД, в контактной плате выполнено сквозное отверстие, соосное отверстию в грани уголка-прокладки, рядом с контактной пластиной и на продолжение второй грани уголка-прокладки помещена плата со световодом, в плате выполнено отверстие соосное с отверстиями в контактной пластине и грани уголка-прокладки, дополнительно введенный винт расположен в отверстиях платы со световодом, контактной платы и грани уголка-прокладки.

На фиг.2 изображен оптический передающий модуль, продольный разрез; на фиг.3 - то же, вид сверху без крышки.

В корпусе 1 с крышкой 4 (см. фиг.2) помещен крепежный уголок-основание 5, большее ребро которого расположено и закреплено на основании 3 корпуса 1 вдоль продольной его оси. Меньшее ребро закреплено на стенке 2 корпуса 1. На противоположной ей стенке 2 выполнено отверстие, в которое помещена втулка 16 со световодом 14. На большем ребре уголка 5 закреплена горячая поверхность микрохолодильника 6. На его холодной поверхности закреплен уголок-прокладка 17, выполняющий как функции прокладки для помещения последующих элементов на поверхности микрохолодильника 6, так и дополнительные крепежные функции. На внутренней стороне граней уголка-прокладки 17 расположена контактная пластина 11 с ЛД 12. В углублении на поверхности контактной пластины, параллельной холодной поверхности микрохолодильника, помещено основание 9 с ФД 10. Рядом с боковой поверхностью контактной пластины 11 на продолжении большей грани уголка-прокладки помещена плата 13 для крепления входного конца световода 14. На ее поверхности выполнено средство для его крепления. В меньшей грани уголка-прокладки 17, расположенном перпендикулярно поверхности микрохолодильника 6, в контактной пластине 11 и в плате 13 со световодом 14 выполнены соосные отверстия под винт 18, а в грани уголка-прокладки 17 - с резьбой. Для прикрепления деталей друг к другу вводят в отверстие винт 18 и ввинчивают его в грань уголка-прокладки 17. В подобной конструкции возможна свободная смена как ФД 10 с основанием 9, так и всей контактной пластины 11.

В корпусе 1 возможна подъюстировка замененных элементов относительно световода 14, что практически невозможно сделать в конструкции прототипа. Поэтому данная конструкция удобнее в эксплуатации, более долговечна и имеет меньшую себестоимость.

В конструкции усилено крепление контактной пластины с платой со световодом и уголком-прокладкой, закрепленным на корпусе через микрохолодильник. Это приводит к значительному повышению надежности передающего оптического модуля в целом и особенно в процессе механико-климатических воздействий, так как в данном случае конструкции ПОМ работает как единое целое (монолит) и соответственно уменьшается вероятность разъюстировки его оптических элементов при работе. При сборке их юстировка упрощается.

Анализ патентных материалов, и технической литературы показал, что совокупность представленных существенных отличительных признаков изобретения нова, т.е. обладает изобретательским уровнем, и промышленно применима.

Оптический передающий модуль работает следующим образом. Через электроды 19 и 20 (см. фиг. 3) и контактные площадки 21, 22 подается питание (электрический ток) на ЛД 12.

При этом выделяемая мощность лазерного излучения с передней грани ЛД 12 попадает в сердцевину волоконного световода 14 и выводится по световоду за пределы модуля. С задней грани ЛД 12 излучаемая мощность попадает на чувствительность площадку ФД 10 и обеспечивает постоянство мощности лазерного излучения в течение ресурса работы (100000 ч) модуля за счет токовой обратной связи (накачки).

Обратное смещение p-n-перехода ФД 10 подается через электроды 23, 24 и контактные площадки 25, 26 на ФД 10. Для поддержания постоянства температуры работы модуля через электроды 27 и 20 подается электрическое питание на микроохладитель 6. Постоянство поддержания температуры модуля обеспечивается термодатчиком 29, подключенным к электродам 30, 31.

Предложенный и изготовленный оптический передающий модуль имеет следующие основные характеристики: мощность излучения на выходе волоконно-оптического кабеля (ВОК) не менее 2 мВт; ток накачки ЛД не более 70 мА; пороговый ток не более 30 мА; ток питания микроохладителя 100 мА; коэффициент ввода лазерного излучения в световод не менее 50%.

Модуль-прототип имеет мощность на выходе ВОК 1,5 мВт ток накачки 80 мА, пороговый ток порядка 30 мА и коэффициент ввода лазерного излучения в световод 45%.

Изобретение относится к области полупроводниковой квантовой электроники, к когерентным источникам с волоконным выводом излучения, используемым в системах связи, контрольно-измерительной аппаратуре, медицинской технике. Сущность изобретения состоит в том, что на прокладке в виде уголка, укрепленного на холодной поверхности микрохолодильника, помещены контактная пластина с лазерным диодом и фотодиодом и плата с входным концом световода, при этом уголок, контактная пластина и плата дополнительно соединены друг с другом, образуя монолитный блок. 3 ил.

ОПТИЧЕСКИЙ ПЕРЕДАЮЩИЙ МОДУЛЬ, включающий микрохолодильник, на холодной поверхности которого закреплена прокладка с укрепленными на ней контактной пластиной с лазерным диодом, установленным на поверхности контактной пластины, противоположной прокладке, основанием с фотодиодом и платой с закрепленным на ней входным концом световода, причем положение фотодиода и входного конца световода съюстировано относительно лазерного диода, отличающийся тем, что прокладка выполнена в виде уголка с взаимно перпендикулярными гранями, к внешней поверхности одной из которых примыкает холодная поверхность микрохолодильника, а на внутреннюю поверхность этой грани помещены контактная пластина с лазерным диодом, имеющая средство для закрепления основания с фотодиодом, и плата со световодом, при этом другая грань уголка, контактная пластина и плата скреплены винтом, установленным в выполненные в них соосные отверстия, оси которых параллельны грани уголка, примыкающей к холодной поверхности микрохолодильника.