NL8901523A

NL8901523A - Laserdiode module.

Info

Publication number: NL8901523A
Application number: NL8901523A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1989-06-16
Filing date: 1989-06-16
Publication date: 1991-01-16
Also published as: CA2018874A1; EP0403011B1; US5065226A; CA2018874C; DE69008426D1; JPH0330489A; JP2925660B2; DE69008426T2; EP0403011A1

Description

De uitvinding heeft betrekking op een laserdiode module bevattende: - een rechthoekige doosvormige metalen omhulling met een bodem, twee lange en twee korte zijwanden, waarbij een buisvormige doorvoer voor een glasvezel is bevestigd in een van de korte zijwanden, en waarbij tenminste zes geleiderpennen zijn doorgevoerd door de bodem in een gestandaardiseerde DIL-rangschikking, waarvan tenminste één van de geleiderpennen is bevestigd in de bodem met behulp van elektrisch geleidend materiaal en de overige geleiderpennen zijn bevestigd in de bodem met behulp van doorvoerisolatoren, - een plaatvormige metalen basisdrager die elektrisch geleidend is gekoppeld met de omhulling, op welke basisdrager zijn gemonteerd: een eerste subdrager met een daarop gemonteerde laserdiode, een ondersteuning voor het zodanig bevestigen van de glasvezel dat zijn uiteinde tegenover het voorfacet van de laserdiode is gelegen en een tweede subdrager met een daarop gemonteerde fotodiode, en - verbindingsleidingen voor het elektrisch aansluiten van de laserdiode, de fotodiode en de metalen basisdrager op de respectieve geleiderpennen.

In optische communicatiesystemen worden laserdiode modules gebruikt voor de elektro-optisehe omzetting van de over te dragen elektrische datasignalen, waarbij systemen met databitsnelheden van 140, 280 en 565 Mbit/s reeds op ruime schaal worden toegepast. In de 565 Mbit/s systemen is een laserdiode module met de in de aanhef omschreven configuratie een de facto standaard geworden.

Op het gebied van de optische communicatie bestaat er een trend van op korte termijn toenemende bitsnelheden, waarbij systemen met een bitsnelheid van 2,4 Gbit/s reeds in ontwikkeling komen. Bij deze toenemende bitsnelheden blijkt dat vanaf ongeveer 1 Gbit/s niet de laserdiode zelf, maar de laserdiode module in zijn geheel de beperkende factor vormt. Daarom dient ook aandacht gegeven te worden aan de elektrische karakteristieken van de complete laserdiode module, met namo do lrlpin-iirmafll recnnnsic on do rofl orti onnif f ί pi ISn+

In de zender van een dergelijk communicatiesysteem is een laseraanstuurcircuit opgenomen dat via een externe transmissielijn is aangesloten op de laserdiode module. Het is daarbij gewenst dat aan beide uiteinden van de transmissielijn een goede aanpassing aan de karakteristieke impedantie van deze transmissielijn wordt verkregen, omdat het ontbreken van een goede aanpassing resulteert in signaalreflecties tussen het aanstuurcircuit en de laserdiode module die leiden tot verstoringen van de pulsvorm van de aan de laserdiode toegevoerde datasignalen. Aangezien de laserdiode zelf een relatief lage impedantie bezit, wordt gewoonlijk een weerstand opgenomen tussen de externe transmissielijn en de signaalingang van de laserdiode module met een zodanige weerstandswaarde dat de impedantie van de serieschakeling van deze weerstand en de laserdiode zo goed mogelijk gelijk is aan de karakteristieke impedantie van de transmissielijn.

Voor lage bitsnelheden van de datasignalen blijkt de aanpassing met behulp van de weerstand goed te voldoen. Echter bij toenemende bitsnelheden gaan in de laserdiode module de relatief grote lengte van verbindingsdraden naar de geleiderpennen en de lengte van de geleiderpennen zelf een steeds belangrijker rol spelen en blijkt de aanpassing in toenemende mate te verslechteren. De hierdoor veroorzaakte reflectieverschijnselen blijken als functie van de frequentie snel toe te nemen en bijgevolg wordt het frequentiebereik beperkt waarin de laserdiode module kan worden toegepast met aanvaardbare verstoringen van de pulsvorm van de aan de laserdiode toegevoerde datasignalen.

Een mogelijke oplossing voor het verkrijgen van een goede aanpassing aan de karakteristieke impedantie van de transmissielijn is de laserdiode module in zijn geheel opnieuw te ontwerpen voor bitsnelheden hoger dan 1 Gbit/s. Bij dit ontwerp dient de dimensionering van de omhulling en de rangschikking van de door de omhulling doorgevoerde geleiderpennen zodanig gewijzigd te worden dat de elektrische karakteristieken voor hogere frequenties gunstiger zijn dan bij de standaard module. Deze oplossing is niet alleen kostbaar, maar gaat ook gepaard met het nadeel dat de gedrukte-bedradingsplaat met de op de laserdiode module aan te sluiten elektrische circuitelementen opnieuw ontworpen moet worden, aangezien de aansluitpunten voor de geleiderpennen van de module dan niet meer gekozen kunnen worden volgens een gestandaardiseerde DIL-rangschikking.

De uitvinding beoogt een laserdiode module met de in de aanhef omschreven configuratie en in het bijzonder een gestandaardiseerde DIL-rangschikking van de geleiderpennen te verschaffen, die door een eenvoudige wijziging van de omhulling het snelle toenemen van de reflectieverschijnselen als functie van de frequentie tegengaat en die daardoor geschikt is voor toepassing in systemen met aanzienlijk hogere bitsnelheden dan 1 Gbit/s.

De laserdiode module volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat de via een doorvoerisolator in de bodem bevestigde geleiderpen voor het elektrisch aansluiten van de laserdiode de binnengeleider vormt van een binnen de omhulling gelegen coaxiale transmissielijn, waarvan de buitengeleider elektrisch geleidend verbonden is met de omhulling, waarbij in de verbindingsleiding tussen de binnengeleider en de laserdiode een weerstand opgenomen is met een zodanige waarde dat de som van de weerstandswaarden van deze weerstand en de laserdiode in hoofdzaak gelijk is aan de karakteristieke impedantie van de coaxiale transmissielijn.

De uitvinding berust op het inzicht dat de lengte van het binnen de omhulling gelegen gedeelte van de geleiderpennen en die van sommige verbindingsdraden naar de geleiderpennen in relatief hoge inductanties resulteren die bij toenemende frequentie de aanpassing van de laserdiode module aan de karakteristieke impedantie van de transmissielijn in steeds ernstiger mate verstoren. Door op de hierboven omschreven wijze gebruik te maken van een coaxiale transmissielijn, waarvan de binnengeleider gevormd wordt door de geleiderpen voor het elektrisch aansluiten van de laserdiode op de signaalingang van de laserdiode module, wordt de invloed van de inductantie van deze geleiderpen op de aanpassing van de laserdiode module aan de karakteristieke impedantie van de externe transmissielijn praktisch geheel geëlimineerd. Bij een gegeven waarde van de diëlectrische constante van het medium tussen de geleiders wordt de karakteristieke impedantie van de interne coaxiale transmissielijn bepaald door de verhouding van de buitendiameter van de geleiderpen en de binnendiameter van de buitengeleider van de coaxiale transmissielijn. Deze verhouding wordt nu zodanig gekozen dat de karakteristieke impedantie van de interne coaxiale transmissielijn gelijk is aan de karakteristieke impedantie van de externe transmissielijn tussen de laserdiode module en het laseraanstuurcircuit. De weerstand die bij de oorspronkelijke laserdiode module buiten de omhulling tussen de signaalingang en de externe transmissielijn was opgenomen, is nu noodzakerlijkerwijs binnen de omhulling geplaatst om tezamen met de impedantie van de laserdiode voor een zo goed mogelijke aanpassing te zorgen tussen de laserdiode en de coaxiale transmissielijn.

Een uitvoeringsvorm van de laserdiode module volgens de uitvinding is gekenmerkt doordat de buitengeleider voorzien is van tenminste één plat zijvlak dat over zijn gehele oppervlak elektrisch geleidend is verbonden met de desbetreffende lange zijwand van de omhulling.

Op deze wijze wordt een parasitaire capaciteit die zich bevindt tussen het platte zijvlak van de buitengeleider en het oppervlak van de daartegenover gelegen desbetreffende lange zijwand geëlimineerd. Deze parasitaire capaciteit zou anders een storende invloed hebben op de aanpassing van de laserdiode module aan de karakteristieke impedantie van de externe transmissielijn.

In vele toepassingen is de laserdiode module tevens voorzien van een thermische koeler met twee thermische contactvlakken, waarvan één contactvlak thermisch geleidend is gekoppeld met de bodem van de metalen omhulling en het andere contactvlak thermisch geleidend verbonden is met de basisdrager, op welke basisdrager een thermisch met de basisdrager gekoppelde thermistor is gemonteerd, en de laserdiode module tevens verbindingsleidingen bevat voor het elektrisch aansluiten van de thermistor en de thermo-elektrische koeler op de respectieve geleiderpennen.

Het blijkt dat de aanwezigheid van een thermo-elektrische koeler een ernstige storende invloed heeft op de elektrische eigenschappen van de laserdiode module voor bitsnelheden vanaf ongeveer 1 Gbit/s. Vooral de tamelijk grote afmetingen van de technisch beschikbare thermo-elektrische koelers en de relatief grote lengte van sommige verbindingsdraden naar de geleiderpennen spelen daarbij een belangrijke rol.

De maatregelen volgens de uitvinding maken het mogelijk om op eenvoudige wijze de storende invloed van de thermo-elektrische koeler op de karakteristieken van de laserdiode module aanzienlijk te verkleinen, in het bijzonder wat betreft de reflectiecoëfficiënt die een maat is voor het optreden van reflectieverschijnselen.

Een laserdiode module met een thermo-elektrische koeler heeft daartoe het verdere kenmerk dat binnen de omhulling evenwijdig aan de lange en korte zijwanden een staaf van elektrisch geleidend materiaal is aangebracht die over zijn gehele lengte elektrisch geleidend is verbonden met een lange zijwand van de omhulling, waarbij een elektrisch geleidende verbinding is aangebracht tussen het kopvlak van de staaf en de basisdrager.

Bij voorkeur wordt deze staaf tevens gebruikt voor de buitengeleider van de coaxiale transmissielijn en daartoe voorzien van een cirkelcylindrische doorvoer voor de binnengeleider die door de desbetreffende geleiderpen wordt gevormd.

In de oorspronkelijke laserdiode module resulteert de lengte van het binnen de omhulling gelegen gedeelte van de geleiderpennen en die van sommige verbindingsdraden in relatief hoge inductanties. De koppeling tussen deze inductanties en de parasitaire reactanties van de thermo-elektrische koeler anderzijds geeft aanleiding tot ongewenste resonanties die zowel de klein-signaal responsie als ook de reflectiecoëfficiënt van de laserdiode module in bijzonder ernstige mate verslechteren. Door nu in een laserdiode module volgens de. uitvinding tevens de hierboven genoemde maatregelen toe te passen in het geval dat een thermo-elektrische koeler aanwezig is, wordt, de storende invloed van de thermo-elektrische koeler op de reflectiecoëfficiënt van de laserdiode module aanzienlijk gereduceerd. Deze verdere maatregelen hebben tot gevolg dat de inductantie van de verbinding tussen de omhulling en de basisdrager van de laserdiode module aanzienlijk kleiner is geworden. Op zich zijn deze verdere maatregelen reeds beschreven in de Nederlandse octrooiaanvrage 8800140 (PHN 12.405) als een doeltreffend middel om de klein-signaal responsie te verbeteren door ongewenste resonanties te verkleinen of te verschuiven naar hogere frequenties. De onderhavige problematiek van de reflectieverschijnselen als beperkende factor voor de toepassing van de laserdiode module in systemen met bitsnelheden vanaf ongeveer 1 Gbit/s komt echter in de laatstgenoemde octrooiaanvrage in het geheel niet ter sprake.

Bij de praktische implementatie van de laserdiode module volgens de uitvinding is het gunstig om de lengte van de elektrisch geleidend met de omhulling verbonden staafvormige buitengeleider van de coaxiale transmissielijn in hoofdzaak gelijk te kiezen aan de afstand tussen de bodem van de omhulling en de bovenzijde van de basisdrager, aangezien dan volstaan kan worden met een tamelijk korte elektrische verbinding tussen een kopvlak van de staafvormige buitengeleider en de basisdrager. De inductantie van deze verbinding tussen het kopvlak van de staafvormige buitengeleider en de basisdrager kan nog verder worden verkleind door de grootste afmeting van de staafvormige buitengeleider in de richting loodrecht op de desbetreffende zijwand enigzins kleiner te kiezen dan de afstand tussen deze zijwand en de daartegenover gelegen zijde van de basisdrager en de aldus ontstane smalle spleet te overbruggen met een relatief brede verbindingsstrip.

Bij voorkeur heeft de staafvormige buitengeleider een in hoofdzaak rechthoekige dwarsdoorsnede zodat de staafvormige buitengeleider op eenvoudige wijze met de desbetreffende zijwand kan worden verbonden. De breedte van het platte zijvlak van de staafvormige buitengeleider dat met deze zijwand is verbonden wordt zo gekozen dat ongewenste koppelingen met de overige geleiderpennen worden voorkomen.

De uitvinding en haar voordelen zullen thans nader worden toegelicht aan de hand van uitvoeringsvoorbeelden met verwijzing naar de tekeningen. Daarbij toont:

Figuur 1 een bovenaanzicht van een laserdiode module zonder thermo-elektrische koeler volgens de stand der techniek;

Figuur 2 een doorsnede van dezelfde laserdiode module langs de lijn II-II in Figuur 1;

Figuur 3 een bovenaanzicht van een speciale gedrukte bedradingsplaat die gebruikt is voor het meten van de hoogfrequente elektrische eigenschappen van de laserdiode module in Figuur 1;

Figuur 4 een frequentiediagram ter illustratie van de absolute waarde van de reflectiecoëfficiënt van de laserdiode module in Figuur 1;

Figuur 5 een equivalent circuitdiagram van de laserdiode module van Figuur 1;

Figuur 6 een bovenaanzicht van een uitvoeringsvoorbeeld van een laserdiode module zonder thermo-elektrische koeler volgens de uitvinding;

Figuur 7 een doorsnede van dezelfde laserdiode module langs de lijn VTI-VII in Figuur 6;

Figuur 8 een frequentiediagram ter illustratie van de absolute waarde van de reflectiecoëfficiënt van de laserdiode module in Figuur 6;

Figuur 9 een bovenaanzicht van een tweede uitvoeringsvoorbeeld van een laserdiode module zonder thermo-elektrische koeler volgens de uitvinding;

Figuur 10 een bovenaanzicht van een laserdiode module met thermo-elektrische koeler volgens de stand der techniek;

Figuur 11 een doorsnede van dezelfde laserdiode module langs de lijn XI-XI in Figuur 10;

Figuur 12 een frequentiediagram ter illustratie van de absolute waarde van de reflectiecoëfficiënt van de laserdiode module in Figuur 10;

Figuur 13 een equivalent circuitdiagram van de laserdiode module van Figuur 10;

Figuur 14 een bovenaanzicht van een uitvoeringsvoorbeeld van een laserdiode module met thermo-elektrische koeler volgens de uitvinding;

Figuur 15 een doorsnede van dezelfde laserdiode module langs de lijn XV-XV in Figuur 14;

Figuur 16 een frequentiediagram ter illustratie van de absolute waarde van de reflectiecoëfficiënt van de laserdiode module in Figuur 14;

Figuur 17 een frequentiediagram ter illustratie van de absolute waarde van de reflectiecoëfficiënt van een tweede uitvoeringsvoorbeeld van de laserdiode module met thermo-elektrische koeler volgens de uitvinding.

In optische communicatiesystemen voor elektrische datasignalen met een bitsnelheid van 565 Mbit/s wordt gebruikt gemaakt van een laserdiode module die in enigszins vereenvoudigde vorm is weergegeven in Figuur 1 en Figuur 2, waarbij Figuur 1 een bovenaanzicht toont en Figuur 2 een doorsnede langs de lijn II-II.

Deze module bevat een rechthoekige doosvormige omhulling van metaal met een bodem B, twee lange zijwanden SW^, SW£ en twee korte zijwanden SW3, SW4, welke omhulling kan worden afgesloten door een bovendeksel T eveneens van metaal. In de korte zijwand SW3 is een buisvormige doorvoer FT voor een glasvezel F bevestigd, waarvan de binnenbuis en de buitenbuis slechts zeer schematisch zijn weergegeven in Figuur 2. Door de bodem B zijn veertien geleiderpennen 1-14 doorgevoerd in een gestandaardiseerde DIL-rangschikking (Dual-In-Line), waarbij de afstand tussen de centra van de pennen in een lijn (1-7), (8-14) is vastgelegd op 0,1 inch en de afstand tussen de lijnen (1-7), (8-14) is vastgelegd op 0,3 inch, eveneens gemeten tussen de centra van de pennen. Tenminste één van de pennen 1-14 is met behulp van elektrisch geleidend materiaal bevestigd in de bodem B en in de praktijk geldt dit gewoonlijk voor de pennen 5 en 10. De overige pennen 1-4, 6-9 en 11-14 zijn in de bodem B bevestigd met behulp van doorvoerisolatoren waarvoor gewoonlijk glas wordt gebruikt. Deze isolatoren zijn in Figuur 1 aangeduid door een cirkel rond de pennen 1-4, 6-9 en 11-14.

Deze module bevat verder een koperen koelblok CB waarvan de onderzijde thermisch en elektrisch geleidend is gekoppeld met de bodem B van de omhulling via een L-vormige koelplaat CP die thermisch en elektrisch geleidend is verbonden met de bodem B en met de korte zijwand SW,j van de omhulling waarop een flens FL is aangebracht voor het mechanisch en thermisch koppelen van de module met een groter koellichaam dat in Figuur 1 en Figuur 2 niet nader is weergegeven. De bovenzijde van het koperen koelblok CB is thermisch en elektrisch geleidend verbonden met een plaatvormige metalen basisdrager BC.

Op de metalen basisdrager BC is een eerste subdrager SC.| voor een laserdiode LD gemonteerd. Fig. 1 en Fig. 2 tonen een gangbare uitvoering van deze subdrager SC^ met een U-vormig profiel van de doorsnede langs een verticale lijn in Fig. 1. Dit U-vormige profiel is samengesteld uit een L-vormig deel van metaal dat elektrisch geleidend is verbonden met de basisdrager, en een afstandstuk van elektrisch isolerend materiaal (bijvoorbeeld A1203) waarop aan de bovenzijde een elektrisch contactvlak is aangebracht. De laserdiode LD is gemonteerd op het L-vormige metalen deel van de subdrager SC^, waarbij zijn anode elektrisch geleidend is verbonden met dit metalen deel. De kathode van laserdiode LD is via een verbindingsdraad verbonden met het elektrisch contactvlak op het isolerende afstandsstuk en dit contactvlak is op zijn beurt via een verbindingsdraad verbonden met pen 9.

Op de metalen basisdrager BC is tevens een tweede subdrager SC2 voor een fotodiode PD gemonteerd. De subdrager SC2 bestaat uit isolerend materiaal (bijvoorbeeld A1203) waarop twee geleidersporen zijn aangebracht voor het elektrisch aansluiten van de fotodiode PD op de pennen 7 en 8 via verbindingsdraden. De fotodiode PD is zodanig aangebracht op het zijvlak van subdrager SC2 dat de fotodiode PD is gelegen tegenover het achterfacet van de laserdiode LD op subdrager SC1 en de door dit achterfacet uittredende lichtbundel opvangt.

Verder is op de metalen basisdrager BC een ondersteuning S gemonteerd voor het zodanig bevestigen van de glasvezel F dat zijn uiteinde is gelegen tegenover het voorfacet van de laserdiode LD. De wijze van bevestigen van glasvezel F op ondersteuning S en de wijze van koppelen van het uiteinde van glasvezel F met het voorfacet van laserdiode LD zijn voor de onderhavige uitvinding niet van belang en worden derhalve hier niet nader aangeduid.

Het gemiddelde optische vermogen dat de laserdiode LD afgeeft aan de glasvezel F, kan op bekende wijze worden bewaakt en gestabiliseerd met behulp van de fotodiode PD die de door het achterfacet van de laserdiode LD uittredende lichtbundel opvangt. De elektrische circuits die voor deze bewaking en stabilisering gebruikt worden, zijn voor de onderhavige uitvinding van ondergeschikt belang en worden derhalve hier niet nader beschreven, temeer omdat deze circuits algemeen bekend zijn. Daarentegen is wel van belang hoe de elektrische circuitelementen zijn verbonden met de geleiderpennen 1-14 van de laserdiode module volgens Fig. 1 en Fig. 2. In de praktijk wordt deze module gemonteerd aan de ene zijde van een gedrukte-bedradingsplaat en worden de door de plaat stekende geleiderpennen 1-14 aangesloten op geleidersporen aan de andere zijde van de plaat die naar de op de module aan te sluiten elektrische circuitelementen voeren. De aansluitpunten voor de geleiderpennen 1-14 op de gedrukte-bedradingsplaat hebben dus dezelfde gestandaardiseerde DIL-rangschikking als deze pennen 1-14.

Wanneer de beschreven laserdiode module wordt toegepast voor optische communicatiesystemen met hogere bitsnelheden dan 565 Mbit/s, dan blijkt dat vanaf een bitsnelheid van ongeveer 1 Gbit/s niet zozeer de laserdiode LD, maar veeleer de laserdiode module in zijn geheel een beperkende factor voor de prestaties vormt. Dit houdt in dat niet alleen aandacht gegeven dient te worden aan de thermische en mechanische karakteristieken van de module, maar ook aan zijn elektrische karakteristieken voor hogere frequenties.

Uitvoerig onderzoek naar de oorzaak van de afnemende prestaties bij hogere bitsnelheden heeft Aanvrager geleid tot de conclusie dat het hoogfrequente elektrisch gedrag van een laserdiode module zelf kan worden bepaald door deze laserdiode module op te stellen in een zogeheten vrije omgeving, dat wil zeggen dat de laserdiode module volgens Fig. 1 is gemonteerd aan de ene zijde van een gedrukte-bedradingsplaat, waarop aan de andere zijde uitsluitend de geleidersporen zijn aangebracht voor de elektrische aansluiting van de laserdiode LD zelf. Fig. 3 toont een bovenaanzicht van deze speciale gedrukte-bedradingsplaat met geleidersporen GT^ en GT2 voor aansluiting van de pennen 5 en 10 die met de bodem B van de module zijn verbonden, en een geleiderspoor MT voor aansluiting van de pen 9 die met de kathode van de laserdiode LD is verbonden. In Fig. 3 is met stippellijnen aangeduid hoe de module aan de onderzijde van deze speciale gedrukte-bedradingsplaat is gemonteerd, maar niet hoe de flens FL van de module thermisch en mechanisch is gekoppeld met een koellichaam van relatief groot volume. Evenzo is in Fig. 3 weergegeven hoe de geleidersporen GT^ en GT2 zijn voorzien van aansluitpunten voor een doorvoeraansluiting op een geleidende laag die de onderzijde van deze plaat bedekt met uitzondering van de naaste omgeving van de bodem B van de module, maar deze laag is zelf niet weergegeven. In Fig.

3 vormt geleiderspoor MT tezamen met de geleidende laag aan de onderzijde een microstriplijn met een karakteristieke impedantie van 50 Ohm. Om een redelijke aanpassing tussen de laserdiode module en deze microstriplijn te verkrijgen bevat de gedrukte-bedradingsplaat in Fig. 3 een zogeheten chip-weerstand CS voor oppervlakmontage waarmede het geleiderspoor MT is verbonden met de aansluiting voor de pen 9 van de module.

Hoe de gedrukte bedradingsplaat van Figuur 3 wordt aangesloten in een meetopstelling wordt hier niet beschreven, omdat deze wijze van aansluiten algemeen bekend is. Wel wordt opgemerkt dat een laseraanstuurcircuit is aangesloten op de microstriplijn van Figuur 3 en dat maatregelen zijn getroffen om de uitgangsimpedantie van dit laseraanstuurcircuit aan te passen aan de karakteristieke impedantie van de microstriplijn zodat signaalreflecties in dit aansluitpunt worden voorkomen.

Met behulp van de hierboven beschreven gedrukte-bedradingsplaat is de absolute waarde |R| van de reflectiecoëfficiënt bepaald van de laserdiode module volgens Fig. 1 en Fig. 2. De in deze meting gebruikte laserdiode LD is een 1,3 pm DCPBH (Doublé Channel Planar Buried Heterostructure) Fabry-Perot laser. Aan deze laserdiode LD wordt een constante instelstroom toegevoerd, waarop een wisselstroom van relatief kleine amplitude gesuperponeerd wordt. De frequentie van deze wisselstroom wordt over een breed bereik van 10 MHz tot 5 GHz gevarieerd.

Aangezien de verliezen in de microstriplijn van Figuur 3 in de praktijk geheel verwaarloosd mogen worden, is de absolute waarde |R| van de reflectiecoefficient R van de laserdiode module gelijk aan de absolute waarde |R^| van de reflectiecoefficient R1 gemeten op het aansluitpunt van de microstriplijn op het laseraanstuurcircuit. In laatstgenoemd punt wordt de absolute waarde fR ^{ van de reflectie-coëfficiênt R^ in de richting van de laserdiode module gemeten met behulp van een netwerkanalysator.

In het frequentiediagram van Figuur 4 is de aldus bepaalde absolute waarde |R| van de reflectiecoëfficiënt van de module weergegeven als functie van de frequentie f in GHz voor een laserdiode van het beschreven type met een instelstroom van 70 mA en voor een waarde van 44 Ohm van de weerstand CS ter aanpassing aan de karakteristieke impedantie van 50 Ohm van de microstriplijn.

Uit Figuur 4 blijkt dat de reflectiecoëfficiënt |R| reeds bij een frequentie van 1 GHz de waarde 0,5 heeft en bij een frequentie van 1,25 GHz een waarde van 0,65. Bij bitsnelheden van 1 a 1,25 Gbit/s zullen dus al aanzienlijke reflecties optreden van de ingangssignalen bij het aansluitpunt van de transmissielijn op de laserdiode module.

De oorzaak van dit verloop kan verklaard worden aan de hand van het equivalente electrische circuit van de laserdiode module in de zogeheten vrije omgeving die bij deze bepaling van de absolute waarde |R| van de reflectiecoëfficiënt R is gebruikt. Dit equivalente elektrische circuit is weergegeven in Fig. 5 en de structuur van dit circuit kan als volgt worden verklaard.

De verbindingsleiding van de pen 9 naar de eerste subdrager SC1 bestaat uit de serieschakeling van drie gedeelten die inductanties vormen: een buiten de omhulling gelegen gedeelte van de pen 9 met respectieve inductantie Le<j, een binnen de omhulling gelegen gedeelte van pen 9 met respectieve inductantie Lig, alsmede een verbindingsdraad tussen pen 9 en het elektrisch contactvlak op de bovenzijde van het isolerende afstandstuk van de subdrager SC^ met een inductantie Lbg. Verder is pen 9 door de bodem B gevoerd via een doorvoerisolator die een capaciteit Ctg vormt tussen het verbindingspunt van de inductanties Leg, Lig en de bodem B. De bodem B is verbonden met pennen 5 en 10, waarvan ter illustratie in Figuur 5 een buiten de omhulling gelegen gedeelte van pen 5 met inductantie Le^ weergegeven is. Verder is de bodem B via het koperen koelblok CB met de basisdrager BC verbonden. Het koperen koelblok CB heeft een zeer kleine inductantie LCB>

De basisdrager BC mag eveneens beschouwd worden als een geleider die ook bij relatief hoge frequenties een nog te verwaarlozen impedantie bezit en die derhalve in Fig. 5 is weergegeven als een dikke lijn. De op de eerste subdrager SC^ gemonteerde laserdiode LD mag in eerste aanleg gemodelleerd worden als de parallelschakeling van een capaciteit en een weerstand RL, waarbij een uiteinde van de parallelschakeling in Fig. 5 is verbonden met de lijn BC aangezien de impedantie van de geleidende verbinding tussen de anode van laserdiode LD en basisdrager BC via het metalen gedeelte van subdrager SC^ ook bij relatief hoge frequenties nog mag worden verwaarloosd. De verbindingsdraad tussen de kathode van laserdiode LD en het elektrisch contactvlak op de bovenzijde van het isolerende afstandstuk van subdrager SC^ vormt een inductantie LbL en dit isolerende afstandstuk tussen het contactvlak en het metalen gedeelte van subdrager SC·] vormt een capaciteit Cs tussen het verbindingspunt van de inductanties LbL, Lb9 en de basisdrager BC.

De waarden van de in Fig. 5 voorkomende circuitelementen zijn weergegeven in onderstaande tabel. Deze waarden zijn verkregen uit berekeningen en/of impedantiemetingen aan de module in de beschreven vrije omgeving.

Ïl6gf Il6g 1 nH

Li 0 3 nH

Lbg 2 nH

LbL 0.8 nH

Ct9 0.6 pF

Cs 0.2 pF

ct 5 pF

R^ 6 Ohm

IiQg 1.5 nH

In het bijzonder is de freguentie-karakteristiek van de absolute waarde |R| van de reflectiecoëfficiënt in Fig. 4 geassocieerd met de inductanties Le^, L^g, Leg, Lig,Lbg en Lb^. Voor lage frequenties hebben deze inductanties vanwege hun zeer kleine waarde vrijwel geen invloed op de reflectiecoëfficiënt. De gekozen waarde van de chip-weerstand CS van 44 Ohm zorgt dan samen met de impedantie van de laserdiode van 6 Ohm voor een uitstekende aanpassing van de laserdiode module aan de transmissielijn in de vorm van een microstriplijn met een karakteristieke impedantie ter waarde van 50 Ohm. De reflectiecoëfficiënt is dan praktisch gelijk aan nul. Bij hogere frequenties zullen de impedanties die corresponderen met de bovengenoemde inductanties toenemen, zodat de impedanties van de laserdiode module en de microstriplijn tussen het laseraanstuurcircuit en de laserdiode module niet aan elkaar zijn aangepast. Reflecties tussen de laserdiode module en de microstriplijn kunnen dan optreden en tot signaalvervorming leiden. Dit heeft als resultaat een beperking van het frequentiebereik waarin de laserdiode module toegepast kan worden.

Voor lage waarden van de frequentie kan de karakteristiek van de absolute waarde |R| van de reflectiecoëfficiënt R benaderd worden door üjL met ω = 2ïïf en met L gelijk aan de totale inductantie van de signaalweg in de laserdiode module. Het feit dat de absolute waarde |R| van de reflectiecoëfficiënt R in Fig. 4 na een hoogste waarde van ongeveer 0,95 bereikt te hebben weer daalt naar ongeveer 0,1 kan verklaard worden uit het feit dat de chip-weerstand CS in Fig. 3 via een kort stukmicrostriplijn verbonden is met pen 9. Dit stuk microstriplijn wordt gevormd door een klein gedeelte van geleiderspoor MT tezamen met de geleidende laag aan de onderzijde van de plaat in Fig. 3. De ingangsimpedantie van dit korte stuk microstriplijn in de richting van de module hangt af van de golflengte λ van het ingaande signaal. Wanneer de lengte van dit korte stuk microstriplijn gelijk is aan 0 of een veelvoud van λ/2, zal de ingangsimpedantie van dit korte stukmicrostriplijn nagenoeg gelijk aan nul zijn. Wanneer echter de lengte van dit korte stuk microstriplijn gelijk is aan X/4 of een veelvoud van λ/2 daarbij opgeteld, zal de ingangsimpedantie van het korte stukmicrostriplijn zeer grote waarde aannemen. De absolute waarde |R| van dereflectiecoëfficiënt R die op bekende wijze samenhangt met de ingangsimpedantie van de microstriplijn zal bij een toenemende lengte van het korte stuk microstriplijn van 0 tot λ/4 eveneens toenemen van ongeveer 0 tot circa 1, en vervolgens weer afnemen tot ongeveer 0 bij een toenemende lengte van het korte stuk microstriplijn van λ/4 tot λ/2. Dit proces zal zich herhalen met een periodieke lengte van λ/2.

Overeenkomstig de uitvinding wordt nu de reflectiecoëfficiënt verkleind door binnen de omhulling om de pen die via een elektrisch geleidende verbinding op de laserdiode aangesloten is (in casu pen 9) een buitengeleider te plaatsen die elektrisch geleidend met de omhulling is verbonden, zodat een coaxiale transmissielijn ontstaat. Door een geschikte keuze van de verhouding van de binnendiameter van de buitengeleider tot de buitendiameter van de binnengeleider (pen 9) bij een gegeven waarde van de diëlectrische constante van het medium tussen de geleiders kan de karakteristieke impedantie van de coaxiale transmissielijn gelijk gemaakt worden aan die van de microstriplijn tussen het laseraanstuurcircuit en de laserdiode module. De enigzins gewijzigde module is hierdoor geschikt voor toepassing in systemen met aanzienlijk hogere bitsnelheden dan de met de bestaande laserdiode module bereikbare bitsnelheden.

Een uitvoeringsvoorbeeld van een laserdiode module volgens de uitvinding is weergegeven in Fig. 6 en Fig 7, waarbij Fig. 6 een vereenvoudigd bovenaanzicht toont en Fig. 7 een vereenvoudigde doorsnede langs de lijn VII-VII in Fig. 6. Corresponderende elementen in Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3, Fig.6 en Fig.7 zijn aangeduid met dezelfde verwijzingssymbolen.

Zoals getoond in Fig. 7 vormt pen 9 de binnengeleider van de coaxiale transmissielijn, waarvan de buitengeleider is uitgevoerd als een blok CBL van elektrisch goed geleidend materiaal waarin een circelcylindrische doorvoer is aangebracht ter omvatting van pen 9. Dit blok CBL heeft een plat zijvlak dat over zijn gehele oppervlak elektrisch geleidend is verbonden met de zijwand SW2 van de omhulling van de module en is verder ook met de bodem B verbonden via aardpen 10, zoals symbolisch aangeduid in Fig. 6. De binnendiameter van de doorvoer is zo gekozen dat de karakteristieke impedantie van de coaxiale transmissielijn gelijk aan die van de externe microstriplijn, in het beschreven voorbeeld dus gelijk aan 50 Ohm. De oorspronkelijk buiten de omhulling gelegen chip-weerstand CS is thans binnen de omhulling aangebracht in een elektrische verbinding tussen het uiteinde van pen 9 en laserdiode LD. In Fig. 6 en Fig. 7 is deze weerstand CS op een kopvlak van het blok CBL geplaatst met tussenschakeling van elektrisch isolerend materiaal, waarop elektrische contactvlakken zijn aangebracht voor het aansluiten van weerstand CS op pen 9 en op laserdiode LD, welke laatste aansluiting tot stand komt via een verbindingsleiding naar het elektrische contactvlak op het isolerende afstandsstuk van de basisdrager BC en vandaar via een verbindingsleiding naar de laserdiode LD. In de praktijk wordt deze chip-weerstand CS verkregen door op dit kopvlak van blok CBL een dunne plaat van keramisch materiaal aan te brengen en deze plaat aan de bovenzijde te voorzien van een planaire weerstand.

Het geleidende blok CBL in Fig. 6 is zo uitgevoerd dat zijn afmeting in de richting loodrecht op de zijwand SV?2 enigszins kleiner is dan de afstand tussen de zijwand SW2 en de daartegenover gelegen zijde van de basisdrager BC. Verder ligt het kopvlak van het middengedeelte met de doorvoer voor pen 9 en de daarnaast geplaatste weerstand CS op gelijke hoogte met de bovenzijde van het isolerende afstandstuk van de subdrager SC^, en liggen de kopvlakken ter weerszijden van dit middengedeelte op gelijke hoogte met de bovenzijde van de basisdrager BC. Deze maatregelen maken het mogelijk om te volstaan met relatief korte elektrische verbindingen tussen het uiteinde van pen 9 en weerstand CS en tussen weerstand CS en het contactvlak op het isolerend afstandstuk van subdrager SC1; welke verbindingen bij voorkeur worden uitgevoerd als relatief brede strips voor het verkrijgen van zo laag mogelijk inductanti.es. Hetzelfde geldt voor de verbinding die de smalle spleet tussen basisdrager BC en de kopvlakken van blok CBL

ter weerszijden van zijn middengedeelte overbrugt, welke verbinding in Fig. 6 tot stand komt door een viertal relatief brede verbindingsstrips.

De waarde van de chip-weerstand CS bedraagt ongeveer 44 Ohm, zodat de som van de impedanties van de chip-weerstand CS, van de laserdiode LD en van de verbindingsleidingen voor een tamelijk groot frequentiebereik praktisch gelijk is aan de karakteristieke impedantie van de coaxiale transmissielijn. De coaxiale transmissielijn is via inductantie Leg direct aangesloten op de externe microstriplijn tussen het laseraanstuurcircuit en de laserdiode module.

Zoals in Fig.6 en in Fig. 7 is weergegeven is de buitengeleider van de coaxiale transmissielijn uitgevoerd in de vorm van een geleidend blok CBL met een plat zijvlak dat over zijn gehele oppervlak elektrisch geleidend verbonden is met de lange zijwand SW2 van de omhulling. Indien het blok CBL niet met de zijwand SW2 verbonden is, ontstaat tussen het geleidend blok CBL en de zijwand SW2 een kleine parasitaire capaciteit. Deze capaciteit gaat echter pas bij zeer hoge frequenties een rol van belang spelen, zodat dit verschijnsel van secundair belang is. Het is dus zeker niet noodzakelijk voor goede werking van de module volgens de uitvinding dat het geleidende blok CBL met de zijwand SW2 verbonden is.

Het equivalente elektrische circuit van de aldus gewijzigde laserdiode module correspondeert met Fig. 5 in het geval van een module in een vrije omgeving volgens Fig. 3, echter met dit verschil dat thans de weerstand CS in serie met de inductanties Lig en Lbg is opgenomen en Lbg de totale inductantie is van de verbinding tussen pen 9 en het contactvlak op het isolerende afstandstuk van subdrager SC^ via weerstand CS. Door de bovenbeschreven maatregelen is de inductantie Lig praktisch geëlimineerd en de inductantie Lbg aanmerkelijk verkleind. De som van de inductanties Lig en Lbg in de oorspronkelijke module volgens Fig. 1 en Fig. 2 heeft een waarde van 5 nH terwijl de inductantie Lbg in de gewijzigde module volgens Fig. 6 en Fig. 7 een waarde van circa 1 nH heeft, zodat de absolute waarde |R| van de reflectiecoëfficiênt pas bij een veel hogere frequentie dan 1,25 GHz een waarde van 0,65 zal bereiken.

Het frequentiediagram in Fig. 8 toont op dezelfde wijze als in Fig. 4 de absolute waarde |R| van de reflectiecoëfficiênt van de gewijzigde laserdiode module volgens Fig. 6 en Fig. 7 in dezelfde vrije omgevingscondities als voor de oorspronkelijke laserdiode module volgens Fig. 1 en Fig. 2, zodat de invloed van de maatregelen volgens de uitvinding duidelijk tot uitdrukking kan komen, üit Fig. 8 blijkt dat de absolute waarde |R| van de reflectiecoëfficiënt zoals verwacht over een breed frequentiebereik veel kleinere waarden heeft dan het geval was bij de laserdiode module volgens Fig. 4. Zo heeft in Fig. 4 de absolute waarde |R| van de reflectiecoëfficiënt R een hoogste waarde van 0,95, zulks in tegenstelling tot Fig. 8 waar de hoogste waarde lR| = 0,65 bedraagt. Tevens bereikt de absolute waarde van de reflectiecoëfficiënt in Fig. 8 de waarde 0,65 pas bij een frequentie van circa 4,0 GHz, terwijl de absolute waarde van de reflectiecoëfficiënt in Fig. 4 de waarde |R| = 0,65 reeds bereikt bij een frequentie van 1,25 GHz.

In Fig. 9 is een bovenaanzicht van een tweede uitvoeringsvoorbeeld van een laserdiode module volgens de uitvinding weergegeven. Corresponderende elementen in Fig. 6 en in Fig. 9 zijn met de dezelfde verwi.jzingssymbolen aangegeven.

Evenals in Fig. 6 vormt pen 9 de binnengeleider van een coaxiale transmissielijn en wordt de buitengeleider van de coaxiale transmissielijn gevormd door een elektrisch geleidend blok CBL dat om pen 9 heen geplaatst is. In tegenstelling tot het uitvoeringsvoorbeeld in Fig. 6 zijn de afmetingen van het blok CBL in Fig. 9 zo klein dat blok CBL geen contact meer maakt met pen 10. Tevens is de chip-weerstand CS niet op het geleidend blok CBL geplaatst, maar is deze weerstand CS aangebracht op de bovenzijde van een isolerend afstandstuk (van kleiner afmetingen dan in Fig. 6) van de subdrager SC^ met aan weerszijden van de weerstand CS elektrische contactvlakken, waarbij het ene contactvlak via een verbindingsleiding is aangesloten op de laserdiode LD en het andere contactvlak via de smalle stripgeleider van een microstriplijn is aangesloten op de binnengeleider (pen 9) van de coaxiale transmissielijn. In Fig. 9 is niet weergegeven hoe het metalen gedeelte van deze subdrager SC^ naast het isolerend afstandstuk via de brede plaatgeleider van deze microstriplijn is aangesloten op de buitengeleider (blok CBL) van de coaxiale transmissielijn. Door deze maatregelen is de totale inductantie van de signaalweg binnen de laserdiode module kleiner dan bij de uitvoering van de laserdiode module volgens de uitvinding zoals getoond in Fig. 6 en in Fig. 7. Hieruit volgt dat de frequentie-karakteristiek van de reflectiecoëfficiënt behorende bij dit uitvoeringsvoorbeeld nog kleinere waarden vertoont dan de karakteristiek van de reflectiecoëfficiënt in Fig. 8.

Bij het uitvoeringsvoorbeeld van de laserdiode module volgens de uitvinding in Fig. 9 is de chip-weerstand CS, thermisch gezien, verder van de omhulling af geplaatst dan het geval is bij het eerste uitvoeringsvoorbeeld van de laserdiode module volgens de uitvinding in Fig. 6 en in Fig. 7. De afvoer van de in de chip-weerstand CS geproduceerde warmte in de module volgens Fig. 9 vindt plaats via subdrager SC^ voor de laserdiode LD. Dit kan een probleem vormen omdat als de warmte niet snel genoeg wordt afgevoerd, dit zal leiden tot ongewenst hoge temperaturen van de laserdiode LD met alle nadelige gevolgen vandien.

De beschrijving van de voorafgaande figuren 1 tot en met 9 heeft betrekking op een laserdiode module die geen thermo-elektrische koeler bevat. De noodzakelijke koeling van de module werd verkregen door gebruik te maken van een koelblok CB van relatief groot volume binnen de omhulling en door de flens FL te verbinden met een buiten de module geplaatst groter koellichaam. Wanneer echter hoge eisen worden gesteld aan de stabiliteit van de temperatuur van de laserdiode LD, wordt bij voorkeur gebruik gemaakt van laserdiode modules die een thermo-elektrische koeler binnen de omhulling omvatten. In Fig. 10 en Fig. 11 is een uitvoeringsvoorbeeld getoond van een laserdiode module met een dergelijk actief koelelement, waarbij Fig. 10 een bovenaanzicht toont en Fig. 11 een doorsnede langs de lijn XI - XI. Corresponderende elementen in Fig. 1, Fig. 2, Fig. 10 en Fig. 11 zijn met dezelfde verwijzingssymbolen aangegeven.

De thermo-elektrische koeler TEC in dit uitvoeringsvoorbeeld wordt gevormd door een Peltier koeler met een onderplaat en een bovenplaat P2 van keramisch materiaal dat thermisch goed geleidt, maar elektrisch isoleert. Tussen deze platen P.j, P2 zijn staafvormige elementen van halfgeleider-materiaal aangebracht die als p-n overgangen fungeren en die in serie zijn geschakeld met behulp van geleidersporen op de bovenzijde van de onderplaat P^ en de en de onderzijde van de bovenplaat P2. Deze serieschakeling van p-n overgangen is elektrisch aangesloten tussen de pennen 1 en 14 met behulp van verbindingsdraden die -evenals de overige verbindingsdraden van de module- in Fig. 10 zijn aangeduid door dikke lijnen. De onderzijde van de onderplaat vormt een thermisch contactvlak van de thermo-elektrische koeler TEC dat thermisch geleidend is gekoppeld met de bodem B van de omhulling via een L-vormige koelplaat CP die thermisch geleidend is verbonden met de bodem B en met de korte zijwand SW4 van de omhulling waarop een flens FL is aangebracht voor het mechanisch en thermisch koppelen van de module met een groter koellichaam dat in Fig. 10 en Fig. 11 niet nader is weergegeven. Evenzo vormt de bovenzijde van de bovenplaat P2 een thermisch contactvlak dat thermisch geleidend is verbonden met de plaatvormige metalen basisdrager BC.

Verder is op de metalen basisdrager BC een thermistor TH gemonteerd die thermisch gekoppeld is met deze basisdrager. Een uiteinde van thermistor TH is elektrisch aangesloten op pen 12 via een verbindingsdraad en het andere uiteinde is in dit geval ook elektrisch geleidend verbonden met de metalen basisdrager BC.

De metalen basisdrager BC zelf is elektrisch aangesloten op pen 5 via een verbindingsdraad. Aangezien pen 5 elektrisch geleidend is verbonden met de metalen bodem B van de omhulling en hetzelfde voor pen 10 geldt, kan pen 11 in dit geval gebruikt worden voor de elektrische aansluiting van het tweede uiteinde van thermistor TH door pennen 10 en 11 met elkaar te verbinden door een verbindingsdraad.

Uit de voorgaande beschrijving volgt dat de laserdiode LD en de thermistor TH beide een goede thermische koppeling bezitten met de bovenplaat P2 van de Peltier-koeler TEC, waardoor de temperatuur van de laserdiode LD op bekende wijze kan worden bewaakt en gestabiliseerd.

Op overeenkomstige wijze als beschreven aan de hand van Fig. 3 is de reflectiecoëfficiënt van de uitvoering van de laserdiode module volgens Fig. 10 en Fig. 11 als functie van de frequentie bepaald, waarbij alle geleiderpennen 1-14 in deze module in een standaard DIL-uitvoering zijn gerealiseerd. De frequentiekarakteristiek van de absolute waarde |R| van de reflectiecoëfficiënt is weergegeven in Fig. 12. Uit deze Fig. 12 blijkt dat de absolute waarde |R| van de reflectiecoëfficiënt een tweetal dips vertoont bij de frequenties f = 1,25 GHz en f = 1,95 GHz. Tevens blijkt uit Fig. 12 dat de reflectiecoëffciênt een hoogste absolute waarde van |R| = 0,97 bereikt bij een frequentie van 0,9 GHz en een absolute waarde van |R| =0,5 bij een frequentie van 0,5 GHz.

De oorzaak van deze dips in de frequentiekarakteristiek van de reflectiecoëfficiênt |R| kunnen verklaard worden aan de hand van het equivalente elektrische circuit van de laserdiode module in de zogeheten vrije omgeving die bij deze bepaling van de reflectiecoëfficiênt is gebruikt. Dit equivalente elektrische circuit is weergegeven in Fig. 13. Dit circuit bevat een aantal elementen die ook voorkomen in het circuit volgens Fig. 5, en deze corresponderende elementen in Fig. 5 en Fig. 13 zijn met dezelfde verwijzingssymbolen aangegeven.

De verbindingsleidingen van de pennen 5 en 9 naar de eerste subdrager SC1 bestaan beide uit de serieschakeling van drie gedeelten die inductanties vormen: een buiten de omhulling gelegen gedeelte van de pennen 5 en 9 met respectieve inductanties Leg en Leg, een binnen de omhulling gelegen gedeelte van de pennen 5 en 9 met respectieve inductanties Lig en Lig, alsmede een verbindingsdraad tussen pen 5 en de basisdrager BC met een inductantie Lbg en een verbindingsdraad tussen pen 9 en het elektrisch contactvlak op de bovenzijde van het isolerende afstandstuk van de subdrager SC^ met een inductantie Lbg. De pen 5 is elektrisch geleidend verbonden met de bodem B van de omhulling die ook bij relatief hoge frequenties nog beschouwd mag worden als een geleider met verwaarloosbare impedantie en die derhalve in Fig. 5 is weergegeven als een dikke lijn aangesloten op het verbindingspunt van de inductanties Leg en Lig. Daarentegen is pen 9 door de bodem B gevoerd via een doorvoerisolator die een capaciteit Ctg vormt tussen het verbindingspunt van de inductanties Leg en Lig en de bodem B.

De impedantie van de Peltier-koeler TEC die gelegen is tussen de basisdrager BC en de bodem B van de omhulling kan in goede benadering gerepresenteerd worden door de serieschakeling van een capaciteit Cp1, een weerstand Rp en een capaciteit Cp2- De verbindingsleidingen van de Peltier-koeler TEC naar de pennen 1 en 14 bestaan beide uit de serieschakeling van twee gedeelten die inductanties vormen: een verbindingsdraad tussen de aansluitingen van de Peltier-koeler TEC en de pennen 1 en 14 met respectieve inductanties L^i en Lb14 die aangesloten zijn op respectieve uiteinden van de weerstand Rp (die representatief is voor de weerstand van de in serie geschakelde p-n overgangen in de Peltier-koeler TEC), alsmede een binnen de omhulling gelegen gedeelte van de pennen 1 en 14 met respectieve inductanties Li1 en Li14. Hierbij speelt het buiten de omhulling gelegen gedeelte geen rol omdat deze pennen 1 en 14 in de beschreven vrije omgeving niet zijn aangesloten op geleidersporen van de gedrukte-bedradingsplaat (vergelijk Fig. 3). Daarentegen spelen de doorvoerisolatoren in de bodem B voor de pennen 1 en 14 wel een rol omdat deze doorvoerisolatoren respectieve capaciteiten Ct-j en Ct^ vormen tussen de bodem B en de uiteinden van de respectieve serieschakelingen van de inductanties Li^, Lb1 en Li14, Lb^.

De waarden van de in Fig. 13 voorkomende circuitelementen zijn weergegeven in onderstaande tabel. Deze waarden zijn verkregen uit berekeningen en/of impedantiemetingen aan de module in de beschreven vrije omgeving.

IiÊg, L6g 1 nH

Lig, Lig; LiLi^ 3 nH

Lbg, Lbg 2 nH

Lb1( Lb14 10 nH

Lb^ 0.8 nH

Ctg, Ct14, Ct1 0.6 pF

Cs 0.2 pF

CL 5 PF

Rl 6 Ohm ^p1' *"p2 ^

Rp 0.3 Ohm

De twee scherpe dippen in de absolute waarde |R| van de reflectie-coëfficiênt volgens Fig. 12 kunnen in het circuit van Fig. 13 worden geassocieerd met resonantie-verschijnselen. De eerste dip is geassocieerd met een parallel-resonantie tussen de inductanties Li5, Lbc; en de capaciteiten Cp1, Cp2, terwijl de tweede dip kan worden geassocieerd met een combinatie van serie-resonantieverschijnselen tussen de inductanties Lb^, Li1 en de capaciteit Ct1 respectievelijk de inductanties Lb14, Li^4 en de capaciteit Ct^4, waarbij rekening gehouden dient te worden met de capaciteit Cp1 die immers parallel geschakeld is met de respectieve serieschakelingen (Lb14, Li14, Ct14) en (Lb^, Li^, Ct^). De parallel-resonantie van het eerste circuit treedt op een frequentie van ongeveer 1,15 GHz en de serie-resonantie van het tweede circuit treedt op een frequentie van ongeveer 1,9 GHz. Deze resonantiecircuits zullen bij frequenties die hoger liggen dan de resonantiefrequentie van hun eigen circuit een capacitief gedrag vertonen. Hierdoor zullen elk van beide resonantiecircuits samen met de inductanties van pen 9 een serie-resonantie opleveren bij een frequentie die hoger ligt dan hun eigen resonantiefrequentie. Uit Fig. 12 blijkt dat deze serie-resonantiefrequenties liggen bij respectievelijk 1,25 GHz en 1,95 GHz.

Verder zal het duidelijk zijn dat ook in het geval van een laserdiode module in een praktische omgeving (waarbij dus naast de pennen 5,9 en 10 ook de overige pennen 1-4,6-8 en 11-14 verbonden zijn met geleidersporen op een gedrukte-bedradingsplaat) een equivalent elektrisch circuit kan worden afgeleid op dezelfde wijze als de circuits van Fig. 5 en van Fig. 13 zijn afgeleid in het geval van een laserdiode module in een vrije omgeving volgens Fig. 3. Verder zal het duidelijk zijn dat in dit praktische geval de frequentie-karakteristiek van de absolute waarde |R| van de reflectiecoëfficiënt aanzienlijk meer dippen zal vertonen dan de twee in Fig. 12 en dat deze dippen eveneens geassocieerd kunnen worden met resonantieverschijnselen in het equivalente elektrische circuit, waarbij de parasitaire reactanties van de thermo-elektrische koeler TEC steeds een rol spelen.

Aldus samengevat wordt de frequentie-karakteristiek van de absolute waarde |R| van de reflectiecoëfficiënt bepaald door de aanpassing van de impedantie van de laserdiode module aan de karakteristieke impedantie van de externe microstriplijn tussen het laseraanstuurcircuit en de laserdiode module, en tevens door resonantieverschijnselen die samenhangen met de aanwezigheid van de thermo-elektrische koeler TEC in de laserdiode module.

Overeenkomstig de uitvinding wordt nu wederom de reflectiecoëfficiënt verkleind door binnen de omhulling om pen 9 een buitengeleider te plaatsen die elektrisch geleidend met de omhulling is verbonden, zodat een coaxiale transmissielijn ontstaat waarbij de verhouding van de binnendiameter van de buitengeleider tot de buitendiameter van de binnengeleider (pen 9) zo gekozen is dat de karakteristieke impedantie van deze coaxiale transmissielijn gelijk is aan die van de externe microstriplijn tussen het laseraanstuuurcircuit en de laserdiode module. Tevens wordt de invloed van de koeler TEC op de reflectiecoëfficiènt overeenkomstig de verdere uitvinding aanzienlijk gereduceerd door een geringe wijziging van de bestaande omhulling van de laserdiode module. Door de bovenstaande maatregelen is deze enigzins gewijzigde module thans geschikt voor toepassing in systemen met aanzienlijk hogere bitsnelheden dan de met de bestaande module bereikbare bitsnelheden.

Een uitvoeringsvoorbeeld van een laserdiode module volgens de uitvinding is weergegeven in Fig. 14 en in Fig. 15, waarbij Fig. 14 een vereenvoudigd bovenaanzicht toont en Fig. 15 een doorsnede langs de lijn XV - XV in Fig. 14. Corresponderende elementen in Fig. 6, Fig. 7, Fig. 10, Fig. 11, Fig. 14 en Fig. 15 zijn aangeduid met dezelfde verwijzingssymbolen.

De pen 9 en het blok CBL in Fig. 15 zijn op dezelfde wijze uitgevoerd als in Fig. 6 en Fig. 7. Zoals aan de hand van Fig. 6 en Fig. 7 beschreven is, ontstaat er dan een coaxiale transmissielijn met een karakteristieke impedantie die gelijk is aan de karakteristieke impedantie van de externe microstriplijn tussen het laseraanstuurcircuit en de laserdiode module.

Eveneens op dezelfde wijze als in Fig. 6 wordt in Fig. 14 gebruik gemaakt van een viertal relatief brede verbindingsstrips voor het overbruggen van de smalle spleet tussen de basisdrager BC en de kopvlakken ter weerszijden van het middengedeelte van het blok CBL zodat de elektrische verbinding tussen basisdrager BC en blok CBL een zo klein mogelijke inductantie bezit.

Het equivalente elektrische circuit van de aldus gewijzigde laserdiode module in Fig. 14 correspondeert met circuit volgens Fig. 13 in het geval van een module in een vrije omgeving volgens Fig. 3, echter met twee verschillen. Γη de eerste plaats is de weerstand CS thans opgenomen in serie met de inductanties Lig en Lbg, waarbij Lbg de totale inductantie representeert van de verbinding tussen pen 9 en het contactvlak op het isolerende afstandstuk van de subdrager SC^ via weerstand CS. Een tweede verschil is dat de inductanties Leg, Lig en Lbg in het geval van Fig. 14 de inductanties representeren van respectievelijk het buiten de omhulling gelegen gedeelte van pen 10, het binnen de omhulling gelegen gedeelte van pen 10 gevormd door geleidend blok CBL, en het viertal verbindingsstrips tussen blok CBL en basisdrager BC.

Door de hierboven beschreven maatregelen in Fig. 14 zijn de inductanties Lig en Lig in Fig. 13 praktisch geëlimineerd en zijn de inductanties Lbg en Lbg aanzienlijk verkleind. Hierdoor zullen de resonanties veroorzaakt door ten eerste de inductanties Lig, Lbg en de parasitaire reactanties Cp1, Cp2, en ten tweede de inductanties Lb^, Li^, Li^. Lb^4 en de capaciteiten Ct^,

Ct^4 alsmede de capaciteit Cp^ naar veel hogere frequenties verschoven zijn dan 1,25 GHz en 1,95 GHz. Tevens is de aanpassing van de ingangsimpedantie van de laserdiode module aan de karakteristieke impedantie van de externe microstriplijn sterk verbeterd.

Ten aanzien van de praktische uitvoering van de laserdiode module van Fig. 14 wordt nog opgemerkt, dat de inductantie Lbg in Fig. 13 bijzonder klein is doordat in Fig. 14 de smalle spleten tussen de basisdrager BC en de kopvlakken ter weerszijden van het middengedeelte van het geleidende blok CBL zijn overbrugd door relatief brede verbindingsstrips. Het verdient daarbij wel aanbeveling om de dikte van deze verbindingsstrip niet al te groot te kiezen om te voorkomen dat een ongewenste thermische koppeling ontstaat tussen de basisdrager BC en de zijwanden SW^, SW2 van de omhulling via deze verbindingsstrips.

Het frequentiediagram in Fig. 16 toont, op dezelfde wijze als dat van Fig. 12, de absolute waarde |R| van de reflectiecoëfficiënt van de gewijzigde laserdiode module volgens Fig. 14 en Fig. 15 in dezelfde vrije omgevingscondities als voor de oorspronkelijke laserdiode module volgens Fig. 10 en Fig. 11, zodat de invloed van de gewijzigde omhulling duidelijk tot uitdrukking kan komen. Zoals verwacht op grond van het voorgaande, treedt de scherpe dip in de absolute waarde |R| van de reflectiecoëfficiënt, die geassocieerd kan worden met de parallelresonantie tussen de inductanties Lig, Lbg en de parasitaire reactanties Cp^, Cp2 van de thermo-eletrische koeler TEC, in Fig. 16 voor de gewijzigde omhulling op bij een frequentie met een waarde f = 3,15 GHz die veel hoger is dan de waarde f = 1,25 GHz in Fig. 12 voor de oorspronkelijke omhulling. Bovendien is deze dip aanzienlijk minder diep dan in het geval van Fig. 12. De tweede scherpe dip in de karakteristiek van Fig. 12, die geassocieerd kan worden met serie-resonantie-verschijnselen tussen de inductanties Lb^, Lï^ en Lb^, Li14 van de verbindingsleidingen naar de thermo-elektrische koeler TEC en de daarbij behorende capaciteiten Ct^ en Ct.^ van de doorvoerisolatoren in de bodem B, treedt in de karakteristiek van Fig. 16 op bij een frequentie van 4,3 GHz. Ook deze tweede dip is veel minder diep dan in het geval van Fig. 12.

Uit de karakteristiek van Fig. 16 kan geconcludeerd worden dat ook voor de laserdiode module van Fig. 10 en Fig. 11 in een praktische omgeving zal gelden dat ongewenste resonanties die het gevolg zijn van de koppeling tussen de parasitaire reactanties van de thermo-elektrische koeler en de relatief hoge inductanties van sommige verbindingsleidingen binnen de omhulling van de module, door de in Fig. 14 en Fig. 15 getoonde eenvoudige maatregelen volgens de uitvinding of verschoven zijn naar aanzienlijk hogere frequenties of zodanig verzwakt zijn dat zij in de praktijk niet meer waarneembaar zijn.

Uit Fig. 16 blijkt dat de absolute waarde |R| van de reflectiecoëfficiënt een hoogste waarde heeft van |R| = 0,65 bij een frequentie van 4,7 GHz en een waarde van |R| = 0,5 bij een frequentie van 3,7 GHz. Vergelijking van de frequentiekarakteristieken in Fig. 16 en Fig. 12 maakt duidelijk dat bij de laserdiode module volgens de uitvinding storende reflecties van de ingaande signalen pas bij veel hogere bitsnelheden optreden.

In het frequentiediagram van Fig. 17 is de absolute waarde |R| van de reflectiecoëfficiënt als functie van de frequentie weergegeven voor een laserdiode module van het type volgens Fig. 9, met dit verschil dat de laserdiode module thans op dezelfde wijze als in Fig. 14 tevens de thermo-elektrische koeler TEC, de thermistor TH en hun verbindingsleidingen naar pennen 1, 14 en 11 bevat.

Analoog aan de beschrijving van Fig. 9 wordt vanwege een verkleinde inductantie van de verbindingleiding tussen pen 9 en de laserdiode LD een verbeterde reflectiecoëfficiêntkarakteristiek verkregen ten opzichte van de uitvoering van de laserdiode module in Fig. 14 en Fig. 15. Echter eveneens analoog aan de beschrijving van Fig. 9 wordt opgemerkt dat de afvoer van de in de chip-weerstand CS geproduceerde warmte een probleem kan vormen.

Terwille van de volledigheid wordt nog opgemerkt dat de laserdiode bij frequenties vanaf ongeveer 3 GHz niet meer voldoende nauwkeurig kan worden gerepresenteerd door het wel bijzonder eenvoudig model van de parallelschakeling van een capaciteit en een weerstand zoals dat gebruikt is in het equivalente elektrische circuit van Fig. 5 en Fig. 13. Uit de voorafgaande beschrijving blijkt echter dat het equivalente elektrische circuit van Fig. 5 en Fig. 13 een structuur bezit die bijzonder geschikt is voor het nauwkeurig representeren van het hoogfrequente elektrische gedrag van de laserdiode module in zijn geheel.

Claims

1. Laserdiode module bevattende: - een rechthoekige doosvormige metalen omhulling met een bodem, twee lange en twee korte zijwanden, waarbij een buisvormige doorvoer voor een glasvezel is bevestigd in een van de korte zijwanden, en waarbij tenminste zes geleiderpennen zijn doorgevoerd door de bodem in een gestandaardiseerde DIL-rangschikking, waarvan tenminste één van de geleiderpennen is bevestigd in de bodem met behulp van elektrisch geleidend materiaal en de overige geleiderpennen zijn bevestigd in de bodem met behulp van doorvoerisolatoren, - een plaatvormige metalen basisdrager die elektrisch geleidend is gekoppeld met de omhulling, op welke basisdrager zijn gemonteerd: een eerste subdrager met een daarop gemonteerde laserdiode, een ondersteuning voor het zodanig bevestigen van de glasvezel dat zijn uiteinde tegenover het voorfacet van de laserdiode is gelegen en een tweede subdrager met een daarop gemonteerde fotodiode, en - verbindingsleidingen voor het elektrisch aansluiten van de laserdiode, de fotodiode en de metalen basisdrager op de respectieve geleiderpennen, met het kenmerk dat de via een doorvoerisolator in de bodem bevestigde geleiderpen voor het elektrisch aansluiten van de laserdiode de binnengeleider vormt van een binnen de omhulling gelegen coaxiale transmissielijn, waarvan de buitengeleider elektrisch geleidend verbonden is met de omhulling, waarbij in de verbindingsleiding tussen de binnengeleider en de laserdiode een weerstand opgenomen is met een zodanige waarde dat de som van de weerstandswaarden van deze weerstand en de laserdiode in hoofdzaak gelijk is aan de karakteristieke impedantie van de coaxiale transmissielijn.

2. Laserdiode module volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de buitengeleider voorzien is van tenminste één plat zijvlak dat over zijn gehele oppervlak elektrisch geleidend is verbonden met de desbetreffende lange zijwand van de omhulling.

3. Laserdiode module volgens conclusie 1 of 2, waarbij de laserdiode module verder een thermo-elektrische koeler bevat met twee thermische contactvlakken, waarvan één contactvlak thermisch geleidend is gekoppeld met de bodem van de metalen omhulling en het andere contactvlak thermisch geleidend verbonden is met de basisdrager, op welke basisdrager een thermisch met de basisdrager gekoppelde thermistor is gemonteerd, en de laserdiode module tevens verbindingsleidingen bevat voor het elektrisch aansluiten van de thermistor en de thermo-elektrische koeler op de respectieve geleiderpennen, met het kenmerk dat binnen de omhulling evenwijdig aan de lange en korte zijwanden een staaf van elektrisch geleidend materiaal is aangebracht die over zijn gehele lengte elektrisch geleidend is verbonden met een lange zijwand van de omhulling, waarbij een elektrisch geleidende verbinding is aangebracht tussen het kopvlak van de staaf en de basisdrager.

4. Laserdiode module volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk dat de buitengeleider van de coaxiale transmissielijn wordt gevormd door een staaf met een cirkelcylindrische doorvoer voor de binnengeleider en het kopvlak van de staaf elektrisch geleidend is verbonden met de basisdrager.

5. Laserdiode module volgens één der conclusies 1-4, waarbij op de basisdrager een elektrisch isolerend afstandstuk met aan de bovenzijde tenminste één elektrisch geleidend contactvlak is geplaatst, met het kenmerk dat de weerstand op de bovenzijde van het afstandstuk tussen de twee elektrisch geleidende contactvlakken is gemonteerd.

6. Laserdiode module volgens één der conclusies 1-4, met het kenmerk dat de weerstand op een kopvlak van de buitengeleider van de coaxiale transmissielijn is gemonteerd met tussenplaatsing van elektrisch isolerend materiaal.

7. Laserdiode module volgens één der conclusies 3-6, met het kenmerk dat tenminste één der respectievelijke elektrisch geleidende verbindingen, welke het genoemde kopvlak van de staaf met de basisdrager verbinden en de weerstand met de binnengeleider en met de laserdiode verbinden, in de vorm van een relatief brede verbindingsstrip is uitgevoerd.

8. Laserdiode module volgens één der conclusies 3-7, met het kenmerk dat de lengte van de staaf in hoofdzaak gelijk is aan de afstand tussen de bodem van de omhulling en de bovenzijde van de basisdrager.

9. Laserdiode module volgens één der conclusies 3-8, met het kenmerk dat de grootste afmeting van de staaf in de richting loodrecht op de desbetreffende lange zijwand van de omhulling kleiner dan maar in hoofdzaak gelijk is aan de afstand tussen deze zijwand en de daartegenover gelegen zijde van de basisdrager.

10. Rechthoekige doosvormige metalen omhulling geschikt voor toepassing in een laserdiode module volgens één der conclusies 1-9, bevattende een bodem, twee lange en twee korte zijwanden, waarbij een buisvormige doorvoer voor een glasvezel is bevestigd in één van de korte zijwanden, en waarbij tenminste zes geleiderpennen zijn doorgevoerd door de bodem in een gestandaardiseerde DIL-rangschikking, waarvan tenminste één van de geleiderpennen is bevestigd in de bodem met behulp van elektrisch geleidend materiaal en de overige geleiderpennen zijn bevestigd in de bodem met behulp van doorvoerisolatoren, met het kenmerk dat de via een doorvoerisolator in de bodem bevestigde geleiderpen die bestemd is voor het elektrisch aansluiten van de laserdiode de binnengeleider vormt van een binnen de omhulling gelegen coaxiale transmissielijn, waarvan de buitengeleider elektrisch geleidend verbonden is met de omhulling.

11. Omhulling volgens conclusie 10, met het kenmerk dat de buitengeleider van de coaxiale transmissielijn voorzien is van tenminste één plat zijvlak dat over zijn gehele oppervlak elektrisch geleidend is verbonden met de desbetreffende lange zijwand van de omhulling.

12. Omhulling volgens conclusie 11, met het kenmerk dat de buitengeleider van de coaxiale transmissielijn wordt gevormd door een staaf met een cirkelcylindrische doorvoer voor de binnengeleider.

13. Omhulling volgens conclusie 11 of 12, met het kenmerk dat de lengte van de buitengeleider van de coaxiale transmissielijn in hoofdzaak gelijk is aan de afstand tussen de bodem van de omhulling en de bovenzijde van een binnen de omhulling aan te brengen basisdrager van een laserdiode module.

14. Omhulling volgens één der conclusies 10-13, met het kenmerk dat de grootste afmeting van de buitengeleider van de coaxiale transmissielijn in de richting loodrecht op de desbetreffende lange zijwand van de omhulling kleiner dan maar in hoofdzaak gelijk is aan de afstand tussen deze zijwand en de daartegenover gelegen zijde van genoemde binnen de omhulling aan te brengen basisdrager.