消除頭部與其上的光發射器間的傾角的方法、產品和光裝置的製作方法

2023-09-15 01:46:05 1

專利名稱：消除頭部與其上的光發射器間的傾角的方法、產品和光裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及下面的發明，該發明被轉讓給與本發明一樣的受讓人1996年7月16日由Yeh等人提出的"Device,Method,Bar CodeScanner and Optical Storage Unit for Providing Optical Feedback foran optical Emitter Using Holograms"，系列編號No.08/682,973，公布號no.STT96004。
上述相關發明的主題在此引入本發明的公布中作為參考。
本發明一般地涉及垂直空腔表面發射雷射場，更具體地涉及衍射的雷射的高效接收。


圖1示出安裝於基底14上的載體12所附著的常規式邊緣發射雷射二極體10，光敏傳感器一般位於邊緣發射雷射二極體10的後表面/後鏡面18的下面。在應用半導體雷射器的大部分系統中，需要有光輸出功率的動態穩定和控制。在邊緣發射雷射二極體中，做到這一點通常是使雷射二極體10發射的光20的一部分，也即利用自雷射二極體後鏡面18發射來的光應用於偏置控制，去照射光敏傳感器16，光敏傳感器16產生出的光電流是與邊緣發射雷射二極體10發射的光束22的強度成比例的。這個由光學地生成的光電流隨後驅動一個反饋電路，該反饋電路對雷射偏置電流進行控制。然而，與此不同，在應用VCSEL的一種光裝置中，自後鏡面上發射出的光由該VCSEL中使用的GaAs基底吸收。因此，使用自後鏡面發射出的光的系統不能在VCSEL結構中用於偏置控制。
VCSEL是一種半導體雷射二極體，其中雷射振蕩和光發射發生於與pn結平面正交的方向上。與更為一般地使用的邊緣發射雷射二極體相比較，VCSEL有許多有益的特性。這些特性包括低的光束髮散，圓形的光輸出，單一的縱向模式工作。此外，VCSEL裝置在製造中容許在晶片級別上測試各個裝置。這些特性使得VCSEL在諸如光數據存儲、光數據通信和雷射掃描等應用中具有吸引力。
現在，在VCSEL結構中，由一個反射面使得自雷射器前表面上發射出的光束的一部分改變方向到一個光檢知單元上，以進行自動功率控制。所以，在改變該部分光束的方向到該光檢知單元上時，正確地校準雷射與反射面間的方向十分重要。VCSEL雷射器放置於粘結材料上，以便附著至載體。已經認識到，由於粘結材料的厚度不均勻及將VCSEL放置到粘結材料上時缺乏精度，VCSEL可能朝某個方向傾斜，從而有害地改變了VCSEL與反射面之間的校準情況。
因此，需要消除載體與安裝在其上面的雷射二極體之間的傾斜角。
圖1是常規的邊緣發射雷射器的一個概略圖，具有用於偏置控制的一個光傳感器。
圖2是一種光裝置的概略圖，示出了按照本發明的一個裝置中自全息單元上衍射出的光到達一個光檢知單元上。
圖3是一個安裝於頭部上的光發射器的通常布置的概略圖。
圖4是按時本發明的一個頭部的概略圖，頭部的上表面上形成有一個空腔。
圖5是按照本發明所製造產品的一個概略圖。
圖6是圖5中示出的所製造產品沿A-A線的側剖面圖。
圖7是圖5中示出的所製造產品沿B-B線的平面圖。
圖8是按照本發明的另一狀況所製造產品的一個概略圖。
圖9是一個流程圖，示出按照本發明的一個實施例的步驟。
本發明提供了一種方法和裝置，用於消除光裝置中載體與其上面安裝的光發射器之間的傾斜角。
對於偏置控制已有人提出，可以使得自雷射二極體表面上發射出的一部分光從一個全息光學單元上衍射，導向到位置靠近該雷射二極體的一個光檢知單元上。然而，已經認識到，由檢知單元對所述光部分進行高效接收時，衍射角的精確度十分重要。影響來自全息光學單元的光衍射角的因素之一，是雷射二極體相對於它安裝所在的頭部之間的物理布置如何。因此，改變頭部與雷射二極體之間的傾斜角，可使得自雷射二極體發射出的光進到全息單元上的方向發生變化，從而影響到指向光檢知單元的所述光部分的衍射角。
圖2總體地示例出一個光裝置24，包括有光發射器26、頭部形式的載體28、外殼罩30、諸如全息單元32的部分反射式光學單元、玻璃部件34和光檢知單元36。光發射器可以是一個雷射單元，諸如垂直空腔面發射式雷射器「VCSEL」。如圖2中所示，自VCXEL26發射出的光入射至部分反射的光學單元/全息單元32上，後者使發射光的一部分衍射並導向光檢知單元36上。雷射單元也即VCXEL26與全息單元32之間的校準十分重要，因為衍射光的方向依賴於入射光在全息單元32上的角度。VCSEL的任何輕微傾斜將導致光在全息單元32上的入射角的變化。因此，重要之處在於減小和消除VCSEL26的傾斜角。
圖3示出安裝在頭部28上的光發射器26的概略圖。光發射器或即VCSEL26通過粘結材料38安裝於頭部28上。粘結材料38典型地為環氧樹脂膠(氧化乙烯或氧化三乙烯)。粘結材料38的厚度和粘結材料38頂部處VCSEL26的放置都是影響VCSEL26相對於頭部28達到正確校準的重要因素。在粘結材料38的厚度不均勻或者粘結材料38頂部處VCSEL26的放置不被精確地控制的情況下，在VCSEL26與頭部28之間可能有傾斜角40。VCSEL26相對於頭部28大於約1°的傾斜角就會改變全息單元32上入射光的角度。傾斜角40將有害地影響光檢知單元36上光中衍射部分的方向。
如圖3和圖5中所示，為了消除VCSEL26與頭部形式的載體28之間的傾斜角40，本發明提出了將VCSEL26在頭部28的上表面42上直接放置，使得VCSEL26的後表面44與頭部28的上表面42緊密接觸。如圖4和圖5中所示，本發明提供出一個空腔46，形成於頭部28的上表面42上，在那裡填入一定量的粘結材料38，以使得與VCSEL26的後表面44相接觸，VCSEL26至少部分地覆蓋住所述空腔。如下面參照圖6和圖7將較詳細地作出說明，在本發明的一種狀況下給出了至少一個外溢點48，使得任何過量的粘結材料38可溢出至空腔46的外面。這就省去了在填充空腔46時對所需粘結材料精確總量測量中需有的控制過程。所以，總可以使粘結材料38的量大於空腔46的容積，那裡過量的粘結材料38可從外溢點48中溢出，被排除掉。這種方法減少了填入空腔46內的粘結材料38總量不足夠的可能性。
圖5是按照本發明所製造產品的概略圖。參考圖5，VCSEL26安裝於頭部的上表面42上，VCSEL26的後表面44與空腔46內的粘結材料38直接接觸。通過將VCSEL26放置得與頭部28的上表面42緊密接觸，並避免VCSEL26與頭部28之間粘結材料38有不當的厚度，便消除了VCSEL26與頭部28之間的傾斜角40。
圖6示出按照本發明沿圖5中A-A線見到的所製造產品的側剖面圖。如圖6中所示，空腔46的開口寬於VCSEL26的寬度50，以給出至少一個外溢點48，當將VCSEL26放置於頭部28的上表面42上空腔的開口處時，外溢點48用於供粘結材料38向外溢出，離開VCSEL26。這種布置優點在於，可以使粘結材料外溢而離開VCSEL26。這一點不同於常規的方法，後者在將VCSEL26放置到粘結材料層38上時，VCSEL會浸入粘結材料中，由之造成不希望的使VCSEL的上表面上覆蓋有粘結材料這種後果。
圖7示出按照本發明沿圖5中B-B線見到的所製造產品的平面圖。參考圖7，VCSEL26位於頭部28的上表面42上，覆蓋空腔46的開口。有兩個外溢點48延伸於VCSEL26的兩側，當VCSEL26對存在於空腔46內部的粘結材料38給以壓力時，容許過量的粘結材料溢出至空腔46外。
本發明的另一種狀況示出於圖8。這種狀況下，光發射器26位於頭部28的上表面42上，使得空腔46的整個開口被覆蓋住。這種布置裡不提供任何的外溢點48。在空腔46內提供的粘結材料有精確的受控量，使得當光發射器放置得與頭部28的上表面緊密接觸時，粘結材料38被壓實進空腔46內，從而減小或消除了頭部28與光發射器26之間的傾斜角。
圖9是按照本發明之方法的一個實施例的步驟流程圖。本方法包括下列步驟a)步驟52提供出一個載體，其上表面上形成有一個空腔；b)步驟54，向所述空腔中填入粘結材料；c)步驟56，將光發射器放置在所述載體的所述上表面上，所述光發射器在那裡至少部分地覆蓋所述空腔，從而提供至少一個外溢點，以供所述粘結材料從此處溢出。
本發明還可以用其它的具體形式來實施，它們並不偏離本發明的精神或實質特性。對於所說明的諸實施例從所有各方面來看都應考慮為只是示例性的，而不是限制性的。所以，本發明的範圍由所附的權利要求書限定，而不是由上面的說明指出的。處於與本權利要求書等效的意義和範圍內的一切改變，都包括在諸權利要求的範圍內。
權利要求
1．一種消除載體與其上面安裝的光發射器之間的傾斜角的方法，包含有步驟a)提供出一個載體，其上表面上形成有一個空腔(52)；b)向所述空腔中填入粘結材料(54)；c)將一個光發射器放置在所述載體的所述上表面上，所述光發射器至少部分覆蓋所述空腔，從而提供至少一個外溢點，以供所述粘結材料從此處溢出(56)。
2．權利要求1的方法，其特徵在於，所述光發射器完全地覆蓋住所述空腔。
3．權利要求1的方法，其特徵在於，所述載體是一個頭部。
4．權利要求1的方法，其特徵在於，所述光發射器是一個雷射單元。
5．權利要求4的方法，其特徵在於，所述雷射單元是一個垂直空腔面發射式雷射器。
6．為光裝置所製造的一種產品，包含有a)載體(28)，其上表面(42)上形成有空腔(46)；b)填入進所述空腔(46)內的粘結材料(38)；c)放置於所述載體(28)之所述上表面(42)上的光發射器(26)，所述光發射器(26)至少部分地覆蓋所述空腔(46)，從而提供至少一個外溢點，以供所述粘結材料(38)從此處溢出。
7．權利要求6所述的製造產品，其特徵在於，至少下列之一a)所述光發射器完全地覆蓋住所述空腔；b)所述載體是一個頭部。
8．權利要求6所述的製造產品，其特徵在於，所述光發射器是一個雷射單元，所述雷射單元可選擇地是垂直空腔面發射式雷射器。
9．一種光裝置，包含有a)一個頭部(28)，其上表面上形成有一個空腔(46)；b)填入進所述空腔內的一種粘結材料(38)；c)放置於所述頭部之所述上表面上的一個光發射器(26)，所述光發射器至少部分地覆蓋所述空腔；d)一個部分地反射的光學單元(32)，用於對所述光發射器上發射出的一個預定光束予以衍射；e)一個光檢知單元(36)，用於響應所述預定的光束。
10．權利要求9的光裝置，其特徵在於，所述光發射器完全地覆蓋住所述空腔。
全文摘要
本發明提供一種方法、所製造產品和光裝置,用以消除載體與其上面安裝的光發射器之間的傾斜角。本方法、所製造產品和光裝置包括有:一個載體,其上表面上形成有一個空腔;填入進該空腔內的粘結材料;放置於載體上表面上的一個光發射器,它至少部分地覆蓋空腔;從而提供至少一個外溢點,用於讓所述粘結材料從此處溢出。
文檔編號H01S5/22GK1218192SQ9812366
公開日1999年6月2日 申請日期1998年10月29日 優先權日1997年10月30日
發明者吳欣, 梅國超, 葉兆屏, 卡爾·W·亞特 申請人:摩託羅拉公司