超宽带同轴半导体激光器内匹配电路

技术领域

本发明涉及光载无线通信ROF（Radio Over Fiber）领域, 具体涉及到一种用于光通信传输的超宽带同轴半导体激光器及其内匹配电路。

背景技术

ROF技术在微蜂窝系统中的应用已经成为了人们关注的焦点，它具备丰富的传输带宽、无缝的覆盖范围、大容量、低功耗、易于安装与维护等多种优势，可以满足未来移动通信的宽带业务要求，也为MIMO移动通信无线网络提供可实施的前提。在日本，ROF已经应用在个人数字通信系统和宽带码分多址接入系统中。日本最大的蜂窝系统运营商之一，已将ROF技术运用于微蜂窝和微微蜂窝的信号传输微波链路中。它将很小的基站（接入单元）设置在室内天花板上，然后通过光纤与一个主基站连接在一起。这样，就可以实现室内每个角落的信号覆盖，解决信号死角问题。目前，国内外通信设备公司早已经开始研发5G通信设备，这些设备采用了MIMO技术，工作频率在6GHz或10 GHz左右，每个天线采用几十个有源振子，每个有源振子都采用ROF方式与控制主板连接，来实现多波束信号合成，进行信号覆盖。由于工作频率比较高，所承载的信息容量比较大，这样可以实现高速信号链路，由目前4G移动通信网络的100Mb/s速率提升到5G移动通信网络的1Gb/s以上。

除了民用方面的运用，ROF在军工领域用处也很多，比如还可以用于电子对抗、雷达系统和光纤延时器等。可以看出，ROF的运用前景非常广阔，即将迎来爆发点。

目前市场上的直调宽带半导体激光器，主要是以大体积的蝶形封装为主，这种激光器的体积非常大，不利于集成化设计。还有少量的同轴封装的半导体激光器，但由于高频应用时光器件引脚的电容电感效应的影响，这种光器件的带宽都不宽，即使在模块层面做了很好的匹配网络，实测带宽也仅有10GHz左右。为了彻底解决这些应用瓶颈，为5G等大规模商用做好技术准备。

发明内容

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种超宽带同轴半导体激光器内匹配电路，包括金属晶体管座、陶瓷衬底和半导体激光二极管，所述超宽带同轴半导体激光器内匹配电路还包括匹配电阻、匹配电容和匹配电感；金属晶体管座的射频输入引脚与陶瓷衬底的射频输入端电气连接,陶瓷衬底的射频输入端与匹配电阻相连接；金属晶体管座的光器件供电输入引脚与陶瓷衬底的供电输入端电气连接，陶瓷衬底的供电输入端与匹配电容一端相连，陶瓷衬底的供电输入端和匹配电容的公共连接端与匹配电感一端相连接，所述匹配电感的另一端与匹配电阻的一端、半导体激光二极管的阴极的焊盘相连接，所述半导体激光二极管的阳极与陶瓷衬底顶层的接地平面电气相连。

所述的一种超宽带同轴半导体激光器内匹配电路，所述陶瓷衬底的射频输入端与匹配电阻采用微带线相连接，所述匹配电阻是薄膜芯片电阻或者宽带薄膜电阻，所述匹配电阻的阻值范围是：20Ω～50Ω。

所述的一种超宽带同轴半导体激光器内匹配电路，陶瓷衬底的供电输入端与匹配电容一端采用微带线相连，所述匹配电容是小体积陶瓷电容，所述陶瓷电容的容值范围是：100pF～1μF。

所述的一种超宽带同轴半导体激光器内匹配电路，所述陶瓷衬底的供电输入端和匹配电容的公共连接端与匹配电感一端采用微带线相连接，所述电感采用平面引线电感或者宽带锥形电感，所述电感感值范围是：1nH～10nH。

所述的一种超宽带同轴半导体激光器内匹配电路，所述半导体激光二极管的阴极通过导电银胶焊接在陶瓷衬底顶层的焊盘上。

所述的一种超宽带同轴半导体激光器内匹配电路，所述半导体激光二极管的阳极通过0.2mm～0.8mm长度的金丝与陶瓷衬底顶层的接地平面电气相连。

所述的一种超宽带同轴半导体激光器内匹配电路，金属晶体管座的射频输入引脚与陶瓷衬底的射频输入端通过金丝电气连接；所述金属晶体管座的光器件供电输入引脚与陶瓷衬底的供电输入端通过金丝进行电气连接。

所述的一种超宽带同轴半导体激光器内匹配电路，所述超宽带同轴半导体激光器内匹配电路还包括探测光电二极管、金属散热块、热电制冷器和热敏电阻，所述金属散热块一面通过导电银胶焊接在陶瓷衬底底层金属接地面，所述金属散热块的另一面与热电制冷器的冷面用导电银胶焊接相连；所述热电制冷器的热面与金属晶体管座用导电银胶焊接相连，所述热电制冷器的正极与金属晶体管座的引脚电气相连，所述热电制冷器的负极与金属晶体管座的引脚电气相连；所述热敏电阻的一个接线端与热电制冷器的冷面用导电银胶电气相连，热敏电阻的另一接线端与金属晶体管座的引脚电气相连；所述探测光电二极管的阴极与热电制冷器的冷面用导电银胶电气相连，所述探测光电二极管的阳极与金属晶体管座的引脚电气相连。

所述的一种超宽带同轴半导体激光器内匹配电路，所述热电制冷器的正极与金属晶体管座的引脚通过金丝电气相连；所述热电制冷器的负极与金属晶体管座的引脚通过金丝电气相连；所述热敏电阻的另一接线端与金属晶体管座的引脚通过金丝电气相连。

本技术方案创新地把射频匹配电路集成在小体积的TO-CAN里面，减少光器件引脚分布参数的影响，拓宽了应用的带宽，提高一倍左右，可以达到20GHz，并且大大减少了激光器的体积，方便了系统的设计。采用本技术方案的超宽带同轴半导体激光器由于其极优越的射频性能和较小的体积，具有非常大的竞争力，将会得到广泛的应用。

附图说明

图1示出了本发明实施例中金属晶体管座的内部引脚示意图；

图2示出了本发明实施例陶瓷衬底上内匹配电路的示意图；

图3示出了本发明实施例探测光电二极管、金属散热块、热电制冷器和热敏电阻等其他部分连接示意图;

图4示出了本发明实施例其他部分与陶瓷衬底上内匹配电路连接示意图；

图5示出了实施例的增益测试结果图；

图6 示出了实施例的回波损耗测试结果图。

具体实施方式

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种超宽带同轴半导体激光器内匹配电路，包括金属晶体管座10、陶瓷衬底20和半导体激光二极管25；金属晶体管座10，用于半导体激光器内部与外部电信号的连接，还用作结构上的散热承载体，如图1所示为本实施例中选用的一款TO56的金属晶体管座，引脚11用作射频信号的输入引脚，引脚12用作热电制冷器的正极输入引脚，引脚13用作热电制冷器的负极输入引脚，引脚14用作探测光电二极管的正极输入引脚，引脚15用热敏电阻的其中一端连接引脚，引脚16用作半导体激光二极管的偏置电压输入引脚，引脚17用作接地引脚，直接连接在金属晶体管座的壳体部分。

本实施例中超宽带同轴半导体激光器内匹配电路还包括匹配电阻26（本实施例所述匹配电阻是薄膜芯片电阻或者宽带薄膜电阻，所述匹配电阻的阻值范围是：20Ω～50Ω）、匹配电容22（本实施例中可以采用小体积陶瓷电容，所述陶瓷电容的容值范围是：100pF～1μF）和匹配电感24（实施例中可以采用平面引线电感或者宽带锥形电感，所述电感感值范围是：1nH～10nH）；金属晶体管座10的射频输入引脚11与陶瓷衬底20的射频输入端21通过金丝41电气连接,陶瓷衬底20的射频输入端21与匹配电阻26通过微带线相连接；金属晶体管座10的光器件供电输入引脚与陶瓷衬底20的供电输入端23通过金丝41电气连接，陶瓷衬底20的供电输入端23与匹配电容22一端通过微带线相连，陶瓷衬底20的供电输入端23和匹配电容22的公共连接端与匹配电感24一端通过微带线相连接，所述匹配电感24的另一端与匹配电阻26的一端、半导体激光二极管25的阴极通过导电银胶焊接在陶瓷衬底20顶层的焊盘上，所述半导体激光二极管25的阳极与陶瓷衬底20顶层的接地平面通过0.2mm～0.8mm长度的金丝41电气相连。

本实施例中超宽带同轴半导体激光器内匹配电路还包括探测光电二极管34、金属散热块33、热电制冷器31和热敏电阻32，所述金属散热块33一面通过导电银胶焊接在陶瓷衬底20底层金属接地面，所述金属散热块33的另一面与热电制冷器31的冷面用导电银胶焊接相连；所述热电制冷器31的热面与金属晶体管座10用导电银胶焊接相连，所述热电制冷器31的正极与金属晶体管座10的引脚12通过金丝41电气相连，所述热电制冷器31的负极与金属晶体管座10的引脚13通过金丝41电气相连；所述热敏电阻32的一个接线端与热电制冷器31的冷面用导电银胶电气相连，热敏电阻32的另一接线端与金属晶体管座10的引脚15通过金丝41电气相连；所述探测光电二极管34的阴极与热电制冷器31的冷面用导电银胶电气相连，所述探测光电二极管34的阳极与金属晶体管座10的引脚14通过金丝41电气相连。

本实施例把射频匹配电路集成在小体积的TO-CAN里面，减少光器件引脚分布参数的影响，拓宽了应用的带宽，提高一倍左右，可以达到20GHz，并且大大减少了激光器的体积，方便了系统的设计。采用本技术方案的超宽带同轴半导体激光器由于其极优越的射频性能和较小的体积，具有非常大的竞争力，将会得到广泛的应用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。