有源光器件的结构和封装详解

本文对光发送器件、光接收器件以及光收发一体模块等有源光器件的封装类型、材料、结构和电特性等各个方面进行了研究，给出了详细研究结果。

1 有源光器件的分类

一般把能够实现光电（ O/E）转换或者电光（ E/O）转换的器件叫做有源光电子器件，其种类非常繁多，这里只讨论用于通信系统的光电子器件。在光通信系统中，常用的光电子器件可以分为以下几类：光发送器件、光接收器件、光发送模块、光接收模块和光收发一体模块。

光发送器件一般是在一个管壳内部集成了激光二极管、背光检测管、热敏电阻、 TEC制冷器以及光学准直机构等元部件，实现电 /光转换的功能，.少情况可以只包含一个激光二极管。而光发送模块则是在光发送器件的基础上增加了一些外围电路，如激光器驱动电路、自动功率控制电路等，比起光发送器件来说其集成度更高、使用更方便。

光接收器件一般是在一个管壳内部集成了光电探测器（ APD 管或 PIN管）、前置放大器以及热敏电阻等元部件，实现光 /电转换的功能，.少情况可以只包含一个光电探测器管芯。光接收模块则是在光接收器件的基础上增加了放大电路、数据时钟恢复电路等外围电路， 同样使用起来更加方便。

把光发送模块和光接收模块再进一步集成到同一个器件内部便形成了光收发一体模块。它的集成度更高，使用也更加方便，目前广泛用于数据通信和光传输等领域。

2 有源光器件的封装结构

前面提到，有源光器件的种类繁多且其封装形式也是多种多样，这样到目前为止，对于光发送和接收器件的封装， 业界还没有统一的标准，各个厂家使用的封装形式、 管壳外形尺寸等相差较大，但大体上可以分为同轴型 和蝶形封装两种，如图 2.1所示。而对于光收发一体模块，其封装形式则较为规范，主要有 1×9和2×9大封装、 2×5和2×10小封装（ SFF）以及支持热插拔的 SFP和GBIC 等封装。

光器件与一般的半导体器件不同，它除了含有电学部分外，还有光学准直机构，因此其封装结构比较复杂，并且通常由一些不同的子部件构成。其子部件一般有两种结构，一种是激光二极管、光电探测器等有源部分都安装在密闭型的封装里面，同一封装里面可以只含有一个有源光器件，也可以与其它的元部件集成在一起。TO-CAN 就是.常见的一种，如图 2.2所示，它管帽上有透镜或玻璃窗，管脚一般采用“金属－玻璃”密封。这种以 TO-CAN 形式封装的部件一般用于更高一级的装配，例如可以加上适当的光路准直机构和外围驱动电路构成光发送或接收模块以及收发一体模块。

另一种结构就是将激光器或者探测器管芯直接安装在一个子装配上（ submount），然后再粘接到一个更大的基底上面以提供热沉，上面可能还有热敏电阻、透镜等元件，这样的单元一般称为光学子装配（ OSA：optical subassembly）。光学子装配一般又分为两种：发送光学子装配（ TOSA ）和接收光学子装配（ ROSA），图 2.3就是一个典型的蝶形封装用发送光学子装配实物图。光学子装配通常安装在 TEC制冷器上或者直接安装在封装壳体的底座上。