【嘉德点评】易锐光电发明的光模块,通过在激光器芯片内集成有给激光器芯片进行温度补偿的加热单元,来实现对激光器芯片的中心波长进行调谐,得到满足MWDM波长范围的光模块,同时放宽了激光器芯片的波长范围,降低了光模块的功耗水平,提高了激光器芯片的良率!

集微网消息,中国移动于2019年9月3日首次公开提出创新的5G前传Open-WDM/MWDM方案,5G前传将重用低成本25G CWDM DML推进12波长系统。

在现有CWDM6波的基础上,通过TEC控温每个波长左右各调偏3.5nm,构成12个波长通道,同时满足5G部署的急迫性和重用CWDM产业链的需求。采用TEC偏移实现12个波长,并具有波长非等间距的特点,结合光层调顶实现光模块OAM机制,满足5G前传10km主要场景链路预算。

但采用TEC控温存在如下缺点:12波都需要TEC控温,增加了制备光模块的成本;通过TEC控温每个CWDM波长偏离3.5nm,相应的温度大约需要调节35℃,在5G前传光模块需要满足工业级温度范围-40℃-85℃下工作的要求,激光器芯片的热沉温度变化接近100℃,在此温度范围内通过TEC控温保障波长稳定,对TOSA的热管理和功耗是巨大挑战。

另外,直接从现有的CWDM6波基础上挑选合格的芯片,通过TEC调节温度实现波长调谐,会导致单片wafer的DML激光器波长良率较低,间接提高了激光器芯片的成本。

为了解决这样的问题,易锐光电在19年12月26日申请了一项名为“光模块”的发明专利(申请号:201911361761.9),申请人为易锐光电科技(安徽)有限公司。

根据目前公开的专利资料,让我们一起来看看这项光模块技术吧。

如上图所示为集成了加热单元的DML芯片示意图,脊波导1是通过等离子体干法刻蚀和湿法腐蚀相结合的方式得到的半导体倒台结构,其顶上覆盖有钛/铂/金三层金属材料,并和芯片P面电极11是连通的。

芯片P面电极和加热单元2形成在钝化层3上,加热单元与脊波导之间的距离为10um并且加热单元与脊波导之间设置有绝缘层,也就是钝化层。给加热单元通电时,钝化层具有将加热单元和脊波导之间电绝缘的作用,其主要结构是二氧化硅,当然也可以使用其他更好的材料当作绝缘材料。

加热单元是由钛金属形成的热电阻,由于钛的电阻率远高于金和铂,因此选用钛作为热电阻的电阻材料。为了缓解加热单元对DML激光器波长调谐能力的不足,光模块还包括设置在壳体内部用以给壳体内部进行温度补偿的加热模块,在环境温度较低时,加热单元和加热模块二者同时工作满足DML激光器中心波长在宽温度范围内的波长调谐。

此外,光模块还包括用以检测壳体温度的温度传感器和与温度传感器、加热单元、加热模块信号连接的温度控制单元。温度控制单元根据温度传感器检测到的壳体温度值控制加热单元、加热模块共同启动或者关闭,控制加热单元、加热模块单个启动或关闭。

这种将模块壳体内部的加热模块和激光器芯片上集成的加热单元相结合的二级加热方式,实现了DML激光器芯片波长的大范围温度调谐。激光器芯片上集成的加热单元位于脊波导一侧,由于加热单元距离DML激光器芯片的有源区较近,故温度传递快,导热效率高,因此能够用较小的电功率实现较大的波长调谐范围,降低了光模块的功耗水平。

如上图为用于光模块的温度补偿控制方法的逻辑图,用于光模块的温度补偿控制方法为:首先,温度传感器采集当前壳体温度值,基于温度传感器采集到的壳体温度值,温度控制单元判断壳体温度值是否低于预设温度阀值。

如果低于预设温度阀值,则控制加热单元、加热模块启动;如果介于预设温度阀值,则控制加热单元启动,加热模块关闭;如果壳体温度值高于预设温度阀值,则控制加热单元、加热模块关闭。

从上面的逻辑图中可以看到,预设温度阀值为壳体内部的温度在-5℃-45℃范围,当光模块的壳体内部温度高于45℃时,加热单元和加热模块关闭,此时激光器的波长只由光模块内的温度和激光器的驱动电流决定,波长调谐范围设计值为5nm。

当光模块的壳体内部温度介于-5℃-45℃之间时,加热单元开启,加热模块关闭,此时通过调节加热单元的电流,对激光器的波长进行调谐,加热单元对激光器的波长调谐范围设计值为5nm。

光模块的壳体内部温度低于-5℃时,加热单元和加热模块均同时开启对激光器的波长进行调谐,加热模块的波长调谐范围设计值为4nm。

以上就是易锐光电发明的光模块,通过在激光器芯片内集成有给激光器芯片进行温度补偿的加热单元,来实现对激光器芯片的中心波长进行调谐,得到满足MWDM波长范围的光模块,同时放宽了激光器芯片的波长范围,降低了光模块的功耗水平,提高了激光器芯片的良率!

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