雷射功率監測組件及應用其的雷射發射模塊、光放大器的製造方法
2023-11-04 17:58:37 2
雷射功率監測組件及應用其的雷射發射模塊、光放大器的製造方法
【專利摘要】本發明提供了一種雷射功率監測組件及應用其的雷射發射模塊、光放大器。該雷射功率監測組件包括：納米線光柵，具有一定厚度，其前表面具有光柵結構，雷射以入射角α由其背面入射，在光柵結構作用下，部分入射雷射由該納米線光柵厚度方向引出；以及光探測器，其光敏面正對納米線光柵的厚度方向設置，用於探測由納米線光柵厚度方向出射雷射的功率。本發明通過加入納米線光柵，將預設比例的入射雷射引入偏離入射方向的側面，由放置於側面的光探測器來偵測雷射功率，由該雷射功率可以得出整個入射雷射的功率，金屬納米線光柵和光探測器均不會阻擋入射雷射，方便了光探測器的布局。
【專利說明】雷射功率監測組件及應用其的雷射發射模塊、光放大器
【技術領域】
[0001]本發明涉及光學【技術領域】，尤其涉及一種雷射功率監測組件及應用其的雷射器和光放大器。
【背景技術】
[0002]光通信技術已成為現代通信的最主要支柱，在現代通信中起著中流砥柱的作用。同時，光通信作為一門逐步走向成熟的新興技術，其近年來迅猛的發展速度是通信史上罕見的。光通信註定成為未來信息社會中各種信息的主要傳送工具。
[0003]光通信中的關鍵電子器件是高速光發射模塊(雷射器)和高速光接收模塊(光探測器)。對於高速光發射模塊來說，通常採用光探測器來檢測雷射器前光信號的快速響應和發射光功率以及波長的變化，以期對雷射工作狀態進行實時調整。現在通常的雷射發射模塊中，光探測器處於雷射發射晶片的後端，不利於光探測器電極弓I出。例如在蝶形管殼封裝中，為了引出雷射發射晶片後方光探測器的兩個電極，需要較長的金絲來連接光探測器電極和管殼上的管腳，這無疑增加了操作難度，並且較長的金絲使雷射發射模塊整體的抗震性與可靠性降低。
[0004]此外，在製作半導體光放大器(SOA)模塊時，入射雷射由SOA晶片背面入射，經過SOA晶片放大後從晶片正面出射。這時在SOA晶片背面放置光探測器會阻擋入射雷射進入SOA晶片，所以一般的SOA模塊中沒有放置光探測器。在光注入雷射發射模塊中，當注入光由雷射晶片背面注入時，也會出現同樣的問題。
【發明內容】
[0005](一 )要解決的技術問題
[0006]鑑於上述技術問題，本發明提供了一種雷射功率監測組件及應用其的雷射器，以解決光探測器在雷射發射模塊、半導體光放大器和光注入雷射發射模塊中無法布局的問題。
[0007]( 二 )技術方案
[0008]根據本發明的一個方面，提供了一種雷射功率監測組件。該雷射功率監測模塊包括:納米線光柵，具有一定厚度，其前表面具有光柵結構，雷射以入射角α由其背面入射，在光柵結構作用下，部分入射雷射由該納米線光柵厚度方向引出；以及光探測器，其光敏面正對納米線光柵的厚度方向設置，用於探測由納米線光柵厚度方向出射雷射的功率。
[0009]根據本發明的另一個方面，還提供了一種雷射發射模塊。該雷射發射模塊包括:管殼，具有一基座和至少一信號管腳；依次排列的雷射發射晶片、光隔離器和光透鏡陣列，分別通過雷射焊接技術焊接在基座上，用於輸出準直雷射光束；上述的雷射功率監測組件，其中，金屬納米線光柵對準準直雷射光束設置，其通過雷射焊接技術焊接在基座上，光探測器靠近管殼設置，其信號輸出端電性連接至管殼上相應的信號管腳。
[0010]根據本發明的再一個方面，還提供了一種半導體光放大器。該半導體光放大器包括:管殼，具有一基座和至少一信號管腳；依次排列的前端光纖連接器、半導體放大晶片、光隔離器和光透鏡陣列，分別通過雷射焊接技術焊接在基座上，用於輸出準直雷射光束；上述的雷射功率監測組件，其中，金屬納米線光柵對準準直雷射光束設置，其通過雷射焊接技術焊接在管殼的基座上；光探測器靠近管殼設置，其信號輸出端電性連接至管殼上的相應的信號管腳；後端光纖連接器，其通過雷射焊接技術焊接在管殼的基座上，用於將由金屬納米線光柵透射的雷射引出該半導體光放大器。
[0011](三)有益效果
[0012]從上述技術方案可以看出，本發明雷射功率監測組件及應用其的雷射發射模塊、光放大器具有以下有益效果:
[0013](I)通過加入納米線光柵，將預設比例的入射雷射引入偏離入射方向的側面，由放置於側面的光探測器來偵測雷射功率，由該雷射功率可以得出整個入射雷射的功率，金屬納米線光柵和光探測器均不會阻擋入射雷射，方便了光探測器的布局；
[0014](2)在應用該雷射功率監測模塊的雷射發射模塊和光放大器中，光探測器可以擺放在更靠近管殼管腳的位置，縮短了連接光探測器電極與管腳的金絲的長度，從而操作更簡單容易。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為根據本發明實施例雷射功率監測組件的示意圖；
[0016]圖2為根據本發明實施例雷射發射模塊的示意圖；
[0017]圖3為根據本發明實施例光放大器的示意圖。
[0018]【主要元件】`
[0019]1-金屬納米線光柵； 2-光探測器；
[0020]3-光纖連接器；4-雷射發射晶片；
[0021]5-光透鏡陣列；6-光隔離器
[0022]7-管殼；8-管殼管腳；
[0023]9-金絲；10-半導體放大晶片；
[0024]11-前端光纖連接器；12-後端光纖連接器。
【具體實施方式】
[0025]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現方式，為所屬【技術領域】中普通技術人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數的示範，但應了解，參數無需確切等於相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內近似於相應的值。實施例中提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明的保護範圍。
[0026]本發明雷射功率監測組件及應用其的雷射器通過加入金屬納米線光柵，將預設比例的入射雷射引入偏離入射方向的側面，由放置於側面的光探測器來偵測雷射功率，金屬納米線光柵和光探測器均不會阻擋入射雷射，方便了光探測器的布局。[0027]在本發明的一個示例性實施例中，提供了一種雷射功率監測組件。圖1為本發明實施例雷射功率監測組件的示意圖。請參照圖1，該雷射功率監測組件包括:納米線光柵，具有一定厚度，其前表面具有光柵結構，入射雷射以入射角α由其背面入射，在光柵結構作用下，部分入射雷射由該納米線光柵厚度方向引出；光探測器，其光敏面正對納米線光柵的厚度方向設置，用於探測由納米線光柵厚度方向出射雷射的功率。
[0028]本實施例中，納米線光柵I是以ΒΚ7玻璃為襯底，金屬鋁為光柵材料，使用光刻法製作的，當然，該納米線光柵也可以使用其它材料和方法製作出類似功能的光柵，不局限於本實施例的材料和工藝。例如該襯底還可以為聚對苯二甲酸乙二酯(PET)，光柵材料還可以為銦、金等金屬材料或液晶材料。
[0029]本實施例中，該納米線光柵I的厚度為1mm。光柵結構的狹縫間距在140nm，狹縫寬度為150nm左右,此時從光柵的分光作用對波長為300nm~450nm的雷射有效,但本發明並不以此為限。其中，該金屬納米線光柵的厚度可以介於0.5_至5_之間，光柵結構的狹縫間距可以介於IOOnm~200nm之間，狹縫寬度可以介於IOOnm~350nm之間。通過金屬納米線光柵I的狹縫間距和寬度適當調節，可以改變入射雷射的透射率以及從金屬納米線光柵I側面出射的照射在光探測器2上的光強。一般的，狹縫間距越大，狹縫寬度越大，此時透射光比例越高，本領域技術人員為選擇合適的出光功率或者檢測光功率，可以在製作光柵時適當調整光柵狹縫間距和寬度。
[0030]本發明中，納米線光柵I與入射雷射形成的入射角α為15°，但本發明並不以此為限，該入射角α可在0°與50°之間選擇。選擇不同的入射角，雷射的透射率、從納米線光柵I側面出射的照射在光探測器2上的光強也會不同，入射角α與這兩者有比較嚴格的對應關係，光入射角α越大，從納米線光柵I側面出射的照射在光探測器2上的光強越小。本領域技術人員為選擇合適的出光功率或者監測光功率，可以調整入射角α的大小。
[0031]本實施例中，採用的光 探測器為光電二極體(PIN)或雪崩光電管(APD)，但本發明並不以此為限，本領域技術人員可以根據需要來選擇合適測量範圍和精度的光探測器，此處不再贅述。
[0032]在本發明的另一個實施例中，還提供了一種應用上述雷射功率監測組件的雷射發射模塊。圖2為根據本發明實施例雷射發射模塊的示意圖。請參照圖2，本實施例雷射發射模塊包括:管殼7，具有一基座和至少一信號管腳；依次排列的雷射發射晶片4、光隔離器6和光透鏡陣列5，分別通過雷射焊接技術焊接在所述管殼7的基座上，用於輸出準直雷射光束；雷射功率監測組件，其中，納米線光柵I對準所述準直雷射光束設置，通過雷射焊接技術焊接在所述管殼7的基座上，光探測器2靠近管殼設置，其信號輸出端通過金絲9電性連接至管殼7上相應的管腳8上。
[0033]本實施例中，雷射由雷射發射晶片4發射，經過隔離器6和光透鏡陣列5，照射在納米線光柵I上。由於納米線光柵I自身的特性，一定比例光透射過去，進入光纖連接器，經過光纖長距離傳輸後進入探測器；另外一定比例的光從金屬納米線光柵I厚度方向出射，照射在光探測器2的光敏面上，產生光電流，由雷射發射模塊管殼管腳8可以測量出光電流大小。
[0034]在本發明的另一個示例性實施例中，還提供了一種應用上述雷射功率監測組件的半導體光放大器(Semiconductor Optical Amplifier, SOA) ?圖3為根據本發明實施例半導體光放大器的示意圖。請參照圖3，本實施例半導體光放大器包括:管殼7，具有一基座和至少一信號管腳；依次排列的前端光纖連接器11、半導體放大晶片10、光隔離器6和光透鏡陣列5，分別通過雷射焊接技術焊接在所述管殼7的基座上，用於輸出準直雷射光束；雷射功率監測組件，其中，金屬納米線光柵I對準所述準直雷射光束設置，通過雷射焊接技術焊接在所述管殼的基座上，光探測器2靠近管殼設置，其信號輸出端通過金絲9電性連接至管殼7上相應的信號管腳8上；後端光纖連接器12，通過雷射焊接技術焊接在所述管殼7的基座上，用於將由金屬納米線光柵I透射的雷射引出該半導體光放大器。
[0035]本實施例中，雷射由左側光纖連接器11進入，照射在半導體光放大晶片10的光敏面上，經放大的雷射依次透射通過隔離器6和光透鏡陣列5，照射在金屬納米線光柵I上。由於金屬納米線光柵I自身的特性，一定比例光透射過去，進入光纖連接器12，經過光纖長距離傳輸後進入探測器；另外一定比例的光從金屬納米線光柵I厚度方向出射，照射在光探測器2的光敏面上，產生光電流，由雷射發射模塊管殼管腳8可以測量出光電流大小。
[0036]眾所周知，SOA模塊中，出射光功率和波長監測也是很重要的。應用本實施例的SOA模塊，可以通過光探測器來檢測出射光強度和波長的變化，從而及時調整入射雷射強度和波長。
[0037]至此，已經結合附圖對本發明三實施例進行了詳細描述。依據以上描述，本領域技術人員應當對本發明雷射功率監測組件及應用其的雷射發射模塊、光放大器有了清楚的認識。
[0038]此外，上述對各元件和方法的定義並不僅限於實施方式中提到的各種具體結構、形狀或方式，本領域的普通技術人員可對其進行簡單地熟知地替換，例如:
[0039](I)雷射發射模塊不一定是標準的14pin蝶形(Butterfly)封裝，也可以是一側為高速射頻接口，另一側為Pin樣式的半蝶形封裝，甚至可以為三側pin樣式的蝶形封裝；
[0040](2)本發明也可應用於其他類似於SOA模塊採用光注入模式的雷射模塊，例如有單側光注入的波長鎖定法布裡-拍羅(Fabry—Perot, FP)雷射器等。
[0041]綜上所述，本發明雷射功率監測組件及應用其的雷射發射模塊、半導體光放大器模塊提供一種新型的功率監測方式，通過加入一個金屬納米線光柵，使得光探測器可以擺放在更靠近雷射發射模塊管殼管腳的位置，縮短了連接光探測器電極與管腳的金絲的長度，從而操作更簡單容易，並且可以解決諸如SOA模塊和光注入模塊中光探測器布局難的問題。
[0042]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種雷射功率監測組件，其特徵在於，包括: 納米線光柵，具有一定厚度，其前表面具有光柵結構，雷射以入射角α由其背面入射，在所述光柵結構作用下，部分入射雷射由該納米線光柵厚度方向引出；以及 光探測器，其光敏面正對所述納米線光柵的厚度方向設置，用於探測由所述納米線光柵厚度方向出射雷射的功率。
2.根據權利要求1所述的雷射功率監測組件，其特徵在於，所述納米線光柵的厚度介於0.5mm?5mm之間。
3.根據權利要求2所述的雷射功率監測組件，其特徵在於，所述光柵結構中，狹縫寬度介於IOOnm?350nm之間,狹縫間距介於IOOnm?200nm之間。
4.根據權利要求3所述的雷射功率監測組件，其特徵在於，所述納米線光柵的厚度為Imm ;光柵結構的狹縫間距為140nm，狹縫寬度為150nm。
5.根據權利要求1所述的雷射功率監測組件，其特徵在於，所述入射角α介於0°與50°之間。
6.根據權利要求5所述的雷射功率監測組件，其特徵在於，所述入射角α為15°。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的雷射功率監測組件，其特徵在於，所述納米線光柵中光柵結構的材料為金屬材料或液晶材料。
8.根據權利要求至7中任一項所述的雷射功率監測組件，其特徵在於，所述納米線光柵中光柵結構的材料為鋁、銦或金； 所述光探測器為光電二極體或雪崩光電管； 所述金屬納米線光柵的襯底材料為ΒΚ7玻璃或聚對苯二甲酸乙二酯。
9.一種雷射發射模塊，其特徵在於，包括: 管殼，具有一基座和至少一信號管腳； 依次排列的雷射發射晶片、光隔離器和光透鏡陣列，分別通過雷射焊接技術焊接在所述基座上，用於輸出準直雷射光束； 權利要求1至8中任一項所述的雷射功率監測組件，其中，所述金屬納米線光柵對準所述準直雷射光束設置，其通過雷射焊接技術焊接在所述基座上，所述光探測器靠近所述管殼設置，其信號輸出端電性連接至所述管殼上相應的信號管腳。
10.一種半導體光放大器，其特徵在於，包括: 管殼，具有一基座和至少一信號管腳； 依次排列的前端光纖連接器、半導體放大晶片、光隔離器和光透鏡陣列，分別通過雷射焊接技術焊接在所述基座上，用於輸出準直雷射光束； 權利要求1至8中任一項所述的雷射功率監測組件，其中，所述金屬納米線光柵對準所述準直雷射光束設置，其通過雷射焊接技術焊接在所述管殼的基座上；所述光探測器靠近所述管殼設置，其信號輸出端電性連接至所述管殼上的相應的信號管腳； 後端光纖連接器，其通過雷射焊接技術焊接在所述管殼的基座上，用於將由所述金屬納米線光柵透射的雷射引出該半導體光放大器。
【文檔編號】G01J1/42GK103557936SQ201310529170
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月31日 優先權日:2013年10月31日
【發明者】常明超, 劉宇, 謝亮 申請人:中國科學院半導體研究所