一種高偏超輻射發光二極體的製作方法

2023-12-02 05:54:21 1

一種高偏超輻射發光二極體的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種高偏超輻射發光二極體，包括管殼、管殼內的部件和光隔離器，所述光隔離器包括保偏光纖、第二透鏡、偏振片、磁環、旋光晶體，所述光隔離器集成與所述管殼內，通過在發光管內管芯之後增加透鏡、偏振片、旋光晶體和磁環，即把光隔離器的空間元件集成在超輻射二極體管殼內的熱沉基底之上，這樣不僅能夠減小系統的空間體積，降低費用，同時熱沉的控溫能夠確保整體系統的穩定性和可靠性；同時利用高消光比的偏振片來進一步提高管芯本身出光的消光比使得整個發光管的輸出光的消光比達到30dB以上，能夠實現自帶隔離器功能的超輻射發光二極體，提高器件的集成性和穩定性的同時，也能保證高消光比保偏光纖輸出。
【專利說明】一種高偏超輻射發光二極體

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種超輻射發光二極體，具體涉及一種高偏超輻射發光二極體。

【背景技術】
[0002]超福射發光二極體(Super luminescent D1de, SLD)是一種自發福射的單程光放大器件，利用光纖與超輻射發光管耦合，將發出的光傳出去。此類光源以其短相干長度、寬光譜及高穩定性成為了眾多光纖傳感器的光源。比如光纖陀螺中背向散射光以及非線性克爾效應等對陀螺對性能有很大的影響，而超輻射發光二極體由於具有很短的相干長度，因此再降低以上噪聲方面具有很大的優勢，從而成了光纖陀螺傳感的重要光源構成。在任何傳感系統中，從後續的光學傳感系統中反射回的光會影響光源的穩定性並導致降低系統傳感精度，所以在一般情況下我們需要在光源後增加光纖隔離器以便取得更好的使用效果。一般情況下，此隔離器是與發光管分開封裝，這樣就需要較大的體積和更高的價格，不利於系統的集成。
[0003]同時，高偏振度的超輻射光源可以更好的應用在保偏的系統中，其傳感的效果要優於消偏的方案，所以製作具有高偏振度的同時具備隔離器功能的集成超輻射二極體是一件非常重要的研究課題。
[0004]SLD光源是幹涉型光纖傳感中的常用的光源器件。在眾多的光纖傳感應用中，均要求系統具有高度集成性、低系統體積和質量、高可靠性等要求。這樣就要求系統的器件儘量能夠實現單元多功能化，在儘量小的體積或者單體內實現多功能的光學集成。我們知道在傳感系統的反饋光信號會大大影響光源本身的穩定度，並帶來非常大的系統噪音，所以，一般我們需要採用隔離器來實現光路的單向通過。但是隔離器的引入會進一步的增加光路的體積及光纖盤放所佔據的空間，這就需要進一步進行器件的集成；另外，偏振度高於30dB的超輻射發光二極體市面上很難獲得，這樣會極大限制了光纖傳感的高偏方案的實現。
[0005]因此，需要提供一種集成度高的高偏超輻射發光二極體來進一步減小系統的空間體積，降低費用，同時熱沉的控溫能夠確保整體系統的穩定性和可靠性。


【發明內容】

[0006]針對現有技術的不足，本發明提供一種高偏超輻射發光二極體，包括管殼、管殼內的部件和光隔離器，所述光隔離器包括保偏光纖、第二透鏡、偏振片、磁環、旋光晶體，所述光隔離器集成與所述管殼內。
[0007]優選地，所述管殼內的部件由半導體製冷器和位於所述半導體製冷器上端面的熱沉基底構成，所述熱沉基底的上端面依次設置有位於同一水平軸線上的探測器、超輻射發光管芯、第一透鏡、所述偏振片、所述磁環、旋光晶體、所述第二透鏡和所述保偏光纖，所述超輻射發光管芯的一側設置有熱敏電阻。
[0008]優選地，所述偏振片的消光比大於30dB。
[0009]優選地，所述熱敏電阻為片狀熱敏電阻。
[0010]優選地，所述熱敏電阻包括:
[0011]熱敏電阻素體，具有在第一方向上彼此相對的第一主面和第二主面；
[0012]第一電極和第二電極，分布在所述熱敏電阻素體的所述第一主面，在與所述第一方向正交的第二方向上彼此分離而配置；
[0013]第三電極，分布在所述熱敏電阻素體的所述第二主面，以從所述第一方向看與所述第一電極和所述第二電極重疊的方式配置。
[0014]優選地，所述第二方向上的所述第一電極與所述第二電極的沿面距離設定為比所述第二方向上的所述第一電極與所述第二電極的空間距離大。
[0015]優選地，在所述第一主面上的所述第一電極與所述第二電極之間的區域，形成有凹凸。
[0016]優選地，在所述第一主面上的所述第一電極與所述第二電極之間的區域，形成有沿著與所述第二方向交叉的方向延伸的槽。
[0017]優選地，從所述第一方向看，所述第一主面位於所述第二主面的外輪廓的內側，所述第一電極和第二電極位於所述第三電極的外輪廓的內側。
[0018]優選地，所述熱沉基底由鎢銅材料製成。
[0019]本發明的有益效果為:
[0020]本發明公開了一種高偏輻射發光二極體，通過在發光管內管芯之後增加透鏡、偏振片、旋光晶體和磁環，即把光隔離器的空間元件集成在超輻射二極體管殼內的熱沉基底之上，這樣不僅能夠減小系統的空間體積，降低費用，同時熱沉的控溫能夠確保整體系統的穩定性和可靠性；同時利用高消光比的偏振片來進一步提高管芯本身出光的消光比使得整個發光管的輸出光的消光比達到30dB以上，能夠實現自帶隔離器功能的超輻射發光二極體，提高器件的集成性和穩定性的同時，也能保證高消光比保偏光纖輸出。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細說明。
[0022]圖1為本發明高偏超輻射發光二極體管殼的內部結構圖；
[0023]圖2為本發明圖1中的熱敏電阻的立體圖；
[0024]圖3為本發明圖1中的熱敏電阻的俯視圖；
[0025]圖4為本發明圖2中第一電極?第三電極的位置關係的圖；
[0026]圖5為本發明圖2中b-b的截面示意圖；
[0027]附圖標記說明:1-保偏光纖2-探測器3-超輻射發光管芯4-熱敏電阻5-第一透鏡6偏振片7-磁環8-第二透鏡9-旋光晶體4-3-熱敏電阻素體4-3a-第一主面4-3b-第二主面4-3c?4-3f-四個側面4-5-第一電極4_7_第二電極4_9_第三電極4-11-槽。

【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0029]為了徹底了解本發明實施例，將在下列的描述中提出詳細的結構。顯然，本發明實施例的施行並不限定於本領域的技術人員所熟習的特殊細節。本發明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發明還可以具有其他實施方式。
[0030]參照圖1，圖1為本發明高偏超輻射發光二極體管殼的內部結構圖。圖中所述的高偏超輻射發光二極體包括管殼、管殼內的部件和光隔離器，所述光隔離器包括保偏光纖1、第二透鏡8、偏振片6、磁環7、旋光晶體9，所述光隔離器集成與所述管殼內；偏振片(6)的消光比大於30dB，所述管殼內的部件由半導體製冷器和位於所述半導體製冷器上端面的熱沉基底構成，所述熱沉基底的上端面依次設置有位於同一水平軸線上的探測器2、超輻射發光管芯3、第一透鏡5、所述偏振片6、所述磁環7、旋光晶體9、所述第二透鏡8和所述保偏光纖1，所述超輻射發光管芯3的一側設置有熱敏電阻4。
[0031]由於本發明針對的是最常用的高消光比的SLD光源，通常SLD管芯發射的偏振光消光比在15dB以上。然而在很多的實際應用中，為了更好的使用消偏方案，實際上對於SLD管芯偏振度的要求在30dB以上。針對如此的高消光比要求，可以採用偏振相關隔離器的設計結構。首先管芯發出的光經過透鏡準直輸出，然後經過一個高消光比的偏振片(消光比>30dB)實現真正的高偏振度輸出，然後經過一個旋光晶體偏振光旋轉45度，之後經過一個同偏振方向的檢偏器，構成隔離器功能。之後再經過一個透鏡進行會聚進入保偏光纖，從而實現帶有隔離器功能的高偏振度超輻射光纖光源的輸出。
[0032]為了進一步提高高偏超輻射發光二極體的溫控精度，熱敏電阻4為片狀熱敏電阻；參加圖2至圖5，圖2為本發明圖1中的熱敏電阻的立體圖；圖3為本發明圖1中的熱敏電阻的俯視圖；圖4為本發明圖2中第一電極?第三電極的位置關係的圖；圖5為本發明圖2中b-b的截面示意圖。片狀熱敏電阻具備熱敏電阻素體4-3、第一電極4-5、第二電極4-7以及第三電極9。片狀熱敏電阻是NTC(Negative Temperature Coefficient:負溫度係數)熱敏電阻。片狀熱敏電阻呈大致長方體形狀，如長度設定為0.6_左右；寬度設定為0.4mm左右；高度設定為0.2mm左右。
[0033]熱敏電阻素體4-3具有第一主面4_3a和第二主面4_3b、以及4個側面4_3c?4-3f ο第一主面4-3a和第二主面4-3b在第一方向(圖中Z方向)上彼此相對。4個側面4-3c?4-3f以連結第一主面4-3a與第二主面4_3b的方式沿著第一方向延伸。熱敏電阻素體4-3以Mn為主成分進而含有N1、Co、Ca、Zr、Al、Cu以及Fe的至少一種以上作為副成分的尖晶石型金屬氧化物形成。熱敏電阻素體3是由該尖晶石型金屬氧化物構成的半導體陶瓷。
[0034]在熱敏電阻素體4-3中，第一主面4_3a的面積比第二主面4_3b的面積小。第一主面4-3a從第一方向看位於第二主面4-3b的外輪廓的內側。因此，在熱敏電阻素體4-3的側面4-3c?4-3f，在第一主面3a側的區域與第二主面3b側的區域之間形成有高低差。熱敏電阻素體3的厚度例如設定為0.2mm左右。
[0035]第一電極4-5與第二電極4-7配置在熱敏電阻素體4-3的第一主面4_3a。第一電極4-5與第二電極4-7在與第一方向正交的第二方向(圖中X方向)上彼此分離而定位。第一電極4-5和第二電極4-7呈矩形形狀(在本實施方式中是長方形狀)。第一電極4-5與第二電極4-7以各電極4-5，4-7的長邊方向成為彼此平行的方式並置。第一電極4-5和第二電極4-7設為例如0.4mm*0.2mm左右的尺寸。第二方向上的第一電極4_5與第二電極4-7的空間距離設定為0.2mm左右。
[0036]第三電極4-9配置在熱敏電阻素體4-3的第二主面4_3b。第三電極4_9以從第一方向看與第一電極4-5和第二電極4-7重疊的方式定位。第三電極4-9呈矩形形狀(在本實施方式中是長方形狀)。在本實施方式中，第三電極4-9以覆蓋第二主面4-3b整體的方式形成。
[0037]如圖4所示，圖4為本發明圖2中第一電極?第三電極的位置關係的圖。第一電極4-5和第二電極4-7從第一方向看位於第三電極9的外輪廓的內側。因此，第一電極4-5整體在第一方向上與第三電極4-9相對,第二電極4-7整體在第一方向上與第三電極4-9相對。
[0038]第一電極4-5、第二電極4-7和第三電極4_9由通常用作片型電子部件的電極的導電性材料Ag構成。第一電極4-5、第二電極4-7和第三電極4-9構成為包含上述導電性材料的導電性膏體的燒結體。第一電極4-5、第二電極4-7和第三電極4-9也可以包含作為最外層的鍍層。導電性材料除了上述的Ag以外，也可以包含Au、Pt或Cu等。
[0039]在熱敏電阻素體4-3的第一主面4_3a上的第一電極4_5與第二電極4_7之間的區域，形成有沿著與第二方向交叉(正交)的方向(圖中Y方向)延伸的多個(在本實施方式中是4個)槽4-11。多個槽4-11以在與槽4-11延伸的方向正交的方向上排列的方式形成。因此，在第一主面4-3a上的第一電極4-5與第二電極4-7之間的區域，在第二方向上看，形成有凹凸。通過形成有凹凸，第二方向上的第一電極4-5與第二電極4-7的沿面距離設定為比第二方向上的第一電極4-5與第二電極4-7的空間距離大。槽4-11延伸的方向與第一電極4-5和第二電極4-7的長邊方向平行。在本實施方式中，槽4-11的寬度設定為50 μ m左右，深度設定為30 μ m左右。
[0040]為了進一步提高測量溫度的精確度，熱沉基底6由鎢銅材料製成，能夠更好的將超輻射發光管芯2所發出的熱量傳遞到半導體製冷器3上面，進而散熱保持溫度的恆定；另外探測器I可以探測超輻射發光管芯2是否漏光。
[0041]本發明通過在發光管內管芯之後增加透鏡、分光晶體、旋光晶體、磁環和二分之一波片旋轉光的偏振方向，再進行晶體合光之後經過透鏡再耦合進入到輸出光纖。整個隔離器均在管殼內部的熱沉基底之上，這樣的熱沉能夠保證整個光路系統的穩定性，不僅能夠減小系統的空間體積，降低費用，同時熱沉的控溫能夠確保整體系統的穩定性和可靠性。
[0042]最後應當說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，儘管參照上述實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員依然可以對本發明的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，這些未脫離本發明精神和範圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的權利要求保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種高偏超輻射發光二極體，包括管殼、管殼內的部件和光隔離器，所述光隔離器包括保偏光纖(11第二透鏡(8)、偏振片￠)、磁環(7)、旋光晶體(9),其特徵在於，所述光隔離器集成與所述管殼內。
2.根據權利要求1所述的高偏超輻射發光二極體，其特徵在於，所述管殼內的部件由半導體製冷器和位於所述半導體製冷器上端面的熱沉基底構成，所述熱沉基底的上端面依次設置有位於同一水平軸線上的探測器(2)、超輻射發光管芯(3)、第一透鏡(5)、所述偏振片(6)、所述磁環(7)、旋光晶體(9)、所述第二透鏡(8)和所述保偏光纖(1),所述超輻射發光管芯(3)的一側設置有熱敏電阻(4)。
3.根據權利要求2所述的高偏超輻射發光二極體，其特徵在於，所述偏振片(6)的消光比大於30(18。
4.根據權利要求2所述的高偏超輻射發光二極體，其特徵在於，所述熱敏電阻(4)為片狀熱敏電阻。
5.根據權利要求4所述的超輻射發光二極體，其特徵在於，所述熱敏電阻包括: 熱敏電阻素體(4-3)，具有在第一方向上彼此相對的第一主面(4-34和第二主面(4-3?)； 第一電極(4-5)和第二電極(4-7),分布在所述熱敏電阻素體(4-3)的所述第一主面(4-34，在與所述第一方向正交的第二方向上彼此分離而配置； 第三電極(4-9)，分布在所述熱敏電阻素(4-3)體的所述第二主面(4-36)，以從所述第一方向看與所述第一電極(4-5)和所述第二電極(4-7)重疊的方式配置。
6.根據權利要求5所述的超輻射發光二極體，其特徵在於，所述第二方向上的所述第一電極(4-5)與所述第二電極(4-9)的沿面距離設定為比所述第二方向上的所述第一電極(4-5)與所述第二電極(4-7)的空間距離大。
7.根據權利要求6所述的超輻射發光二極體，其特徵在於，在所述第一主面(4-3幻上的所述第一電極(4-5)與所述第二電極(4-7)之間的區域，形成有凹凸。
8.根據權利要求7所述的超輻射發光二極體，其特徵在於，在所述第一主面(4-3幻上的所述第一電極(4-5)與所述第二電極(4-7)之間的區域，形成有沿著與所述第二方向交叉的方向延伸的槽
9.根據權利要求5?8中的任一項所述的超輻射發光二極體，其特徵在於，從所述第一方向看，所述第一主面(4-34位於所述第二主面的(4-34外輪廓的內側，所述第一電極(4-5)和第二電極(4-7)位於所述第三電極(4-9)的外輪廓的內側。
10.根據權利要求2所述的超輻射發光二極體，其特徵在於，所述熱沉基底￠)由鎢銅材料製成。
【文檔編號】H01S5/024GK104466663SQ201410730153
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月4日 優先權日:2014年12月4日
【發明者】劉佔元, 陳碩, 王愛民, 古麗娟 申請人:國家電網公司, 國網智能電網研究院, 北京大學