10Gb/s EML同轴激光发射组件的设计与实现
发布时间：2021-05-13 17:24
伴随着光通信的高速发展,通信领域需要传输的信息量越来越大。光通信骨干网络多采用长距离传输的光器件,普通直接调制激光器由于存在啁啾效应,还无法满足高速长距离传输的要求,所以,在长距离传输系统中,一般采用外调制激光器。而外调制激光器由于设计结构复杂,因此,针对其芯片的光器件封装工艺要求较高。近两年来同轴封装的电吸收调制激光器（EML,Electro-absorption modulated Laser）又重新在光器件市场上火爆起来,由于采用同轴封装具有体积小、成本低、连接方便,且在封装维度上多为平面封装,所以,同轴封装激光器被广泛地应用于光网络的光收发模块上。但是,早前针对10Gb/s高速模块XFP和SFP+同轴封装的EML激光器,并没有被广泛应用,主要原因在于国内对于10Gb/s同轴激光器高频特性设计和激光器的热学设计等,还无法满足EML激光器模块的实用性能要求。本论文针对传输速率为10Gb/s、传输距离达40km、封装形式为同轴的电吸收调制激光器组件开展设计和封装研究,主要完成如下工作:（1）根据高速激光器的指标要求,给出了EML模块的整体设计方案,包括TEC和热敏电阻的选型、热仿真计...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 论文的研究背景
1.2 国内外研究应用现状
1.2.1 10Gb/s EML激光器的应用要求
1.2.2 主流激光器的封装形式现状
1.3 论文的研究内容与结构安排
2 10Gb/s EML同轴激光发射组件的原理与关键性能指标
2.1 EML电吸收调制芯片的工作原理
2.2 同轴激光发射器的光路分析
2.2.1 EML激光器的结构
2.2.2 高斯光束分析
2.2.3 EML激光器芯片的模场分布
2.3 10Gb/s EML同轴激光发射组件的关键指标分析
2.3.1 阈值电流和功率-电流曲线
2.3.2 温度特性及波长稳定性
2.3.3 眼图质量的的判定
2.3.4 消光比
2.4 本章小结
3 10Gb/s EML激光器发射组件封装协议要求和元器件设计选型
3.1 封装协议要求
3.2 TEC及器件的热计算
3.3 热敏电阻选型及可靠性评估
3.4 陶瓷基板设计及高频性能仿真
3.5 全反片外型结构设计及反射效率仿真
3.6 柔性电路板设计及电信号仿真
3.7 光隔离器选型及设计
3.8 本章小结
4 10Gb/s EML同轴激光发射组件关键工艺设计
4.1 激光器芯片的共晶工艺
4.2 导电胶的设计及选型
4.3 光路激光耦合及内应力释放问题分析
4.4 元器件金线邦定工艺
4.5 其他工艺
4.6 本章小结
5 测试系统的搭建及指标测试
5.1 测试系统原理及设备选型
5.2 测量系统搭建
5.3 激光器性能指标测试
5.4 激光器可靠性分析及验证结果
5.5 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文和申请专利情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]三菱电机携100G高度集成APD-ROSA/EML-TOSA出战光博会[J]. 刘卉. 变频器世界. 2017(09)
[2]CFP MSA 100G光模块管理接口设计与实现[J]. 田园. 无线互联科技. 2016(14)
[3]100G客户侧高速光模块用光发射组件（TOSA）的研究进展[J]. 王智勇. 仪器仪表与分析监测. 2015(01)
[4]TEC的高精度半导体激光器温控设计[J]. 李江澜,石云波,赵鹏飞,高文宏,陈海洋,杜彬彬. 红外与激光工程. 2014(06)
[5]一种精确的同轴封装DFB激光器组件的热学模型[J]. 侯小珂,张丽卿,张胜利,王雷,姚勇. 中国激光. 2013(10)
[6]10Gb/s EML-TOSA及其在中长距离光通信中的应用[J]. 丁国庆,陈留勇,刘让,杨明,胡长飞. 光通信技术. 2012(02)
[7]High speed and wide temperature range uncooled 1.3-μm ridge waveguide DFB lasers[J]. 王定理,周宁,张瑞康,黄晓东,李林松,张军,江山,石兢. Chinese Optics Letters. 2009(09)
[8]基于MAX1968的半导体激光温控电路设计[J]. 万小平,金雷,陈瓞延,马万云. 微计算机信息. 2006(35)
[9]EPON/GPON技术发展与应用[J]. 付晓松. 电信技术. 2004(09)
[10]基于ADN8830的高性能TEC控制电路[J]. 覃喜庆,曾祥鸿,董静,李平. 光学与光电技术. 2004(01)
博士论文
[1]蝶形半导体激光器自动化封装的关键技术研究[D]. 沈浩.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]10G长距离SFP+光模块测试平台设计[D]. 吴文强.成都理工大学 2016
[2]基于SFP光电模块的高速数据存储器的设计与研究[D]. 杜东海.中北大学 2015
[3]多通道SFP光收发模块监测系统的设计与实现[D]. 刘帅.杭州电子科技大学 2015
[4]SFP光收发模块测试平台的研究与设计[D]. 胡庆红.武汉理工大学 2013
[5]10G b/s的XFP光模块设计与实现[D]. 贺克林.武汉理工大学 2010
[6]100G Ethernet物理层传输技术研究[D]. 柳大伟.上海交通大学 2009
本文编号：3184420
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 论文的研究背景
1.2 国内外研究应用现状
1.2.1 10Gb/s EML激光器的应用要求
1.2.2 主流激光器的封装形式现状
1.3 论文的研究内容与结构安排
2 10Gb/s EML同轴激光发射组件的原理与关键性能指标
2.1 EML电吸收调制芯片的工作原理
2.2 同轴激光发射器的光路分析
2.2.1 EML激光器的结构
2.2.2 高斯光束分析
2.2.3 EML激光器芯片的模场分布
2.3 10Gb/s EML同轴激光发射组件的关键指标分析
2.3.1 阈值电流和功率-电流曲线
2.3.2 温度特性及波长稳定性
2.3.3 眼图质量的的判定
2.3.4 消光比
2.4 本章小结
3 10Gb/s EML激光器发射组件封装协议要求和元器件设计选型
3.1 封装协议要求
3.2 TEC及器件的热计算
3.3 热敏电阻选型及可靠性评估
3.4 陶瓷基板设计及高频性能仿真
3.5 全反片外型结构设计及反射效率仿真
3.6 柔性电路板设计及电信号仿真
3.7 光隔离器选型及设计
3.8 本章小结
4 10Gb/s EML同轴激光发射组件关键工艺设计
4.1 激光器芯片的共晶工艺
4.2 导电胶的设计及选型
4.3 光路激光耦合及内应力释放问题分析
4.4 元器件金线邦定工艺
4.5 其他工艺
4.6 本章小结
5 测试系统的搭建及指标测试
5.1 测试系统原理及设备选型
5.2 测量系统搭建
5.3 激光器性能指标测试
5.4 激光器可靠性分析及验证结果
5.5 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文和申请专利情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]三菱电机携100G高度集成APD-ROSA/EML-TOSA出战光博会[J]. 刘卉. 变频器世界. 2017(09)
[2]CFP MSA 100G光模块管理接口设计与实现[J]. 田园. 无线互联科技. 2016(14)
[3]100G客户侧高速光模块用光发射组件（TOSA）的研究进展[J]. 王智勇. 仪器仪表与分析监测. 2015(01)
[4]TEC的高精度半导体激光器温控设计[J]. 李江澜,石云波,赵鹏飞,高文宏,陈海洋,杜彬彬. 红外与激光工程. 2014(06)
[5]一种精确的同轴封装DFB激光器组件的热学模型[J]. 侯小珂,张丽卿,张胜利,王雷,姚勇. 中国激光. 2013(10)
[6]10Gb/s EML-TOSA及其在中长距离光通信中的应用[J]. 丁国庆,陈留勇,刘让,杨明,胡长飞. 光通信技术. 2012(02)
[7]High speed and wide temperature range uncooled 1.3-μm ridge waveguide DFB lasers[J]. 王定理,周宁,张瑞康,黄晓东,李林松,张军,江山,石兢. Chinese Optics Letters. 2009(09)
[8]基于MAX1968的半导体激光温控电路设计[J]. 万小平,金雷,陈瓞延,马万云. 微计算机信息. 2006(35)
[9]EPON/GPON技术发展与应用[J]. 付晓松. 电信技术. 2004(09)
[10]基于ADN8830的高性能TEC控制电路[J]. 覃喜庆,曾祥鸿,董静,李平. 光学与光电技术. 2004(01)
博士论文
[1]蝶形半导体激光器自动化封装的关键技术研究[D]. 沈浩.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]10G长距离SFP+光模块测试平台设计[D]. 吴文强.成都理工大学 2016
[2]基于SFP光电模块的高速数据存储器的设计与研究[D]. 杜东海.中北大学 2015
[3]多通道SFP光收发模块监测系统的设计与实现[D]. 刘帅.杭州电子科技大学 2015
[4]SFP光收发模块测试平台的研究与设计[D]. 胡庆红.武汉理工大学 2013
[5]10G b/s的XFP光模块设计与实现[D]. 贺克林.武汉理工大学 2010
[6]100G Ethernet物理层传输技术研究[D]. 柳大伟.上海交通大学 2009
本文编号：3184420
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