具有包括半导体源的发射器和光纤结构的光学单元及其制造方法技术

用于装置的外壳具有第一和第二分段，它们具有互相固定地连接的相对的相邻表面。第一分段固定地承载用于在外壳的大致纵轴线的方向上发射线极化光束的半导体光源。第二分段固定地承载沿纵轴线放置的截断光束的具有端面的光纤元件和线性光极化器。第一和第二分段沿纵轴线和在垂直于纵轴线的平面上互相固定地放置，以使得投射在端面上的光束具有预定的几何形态和位置。第二分段围绕纵轴线被固定地放置，以使得投射在端面上的光束处在预定的功率范围内。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有包括半导体光源的发射器和光纤结构的光学单元及其制造方法，更具体地，涉及其中极化器被放置在光源与光纤结构的输入接口之间的光路径上的方法和产品。
技术介绍
诸如半导体激光收发机单元和发光二极管的光学装置常常具有用于把光能传送到光纤结构的光学端口，例如用作为光通信系统或光扫描系统的部件。光纤在它的末端具有连接器，用于使得光纤能够连接到端口或与端口断开连接。 半导体激光器和发光二极管发射器单元当连接器没有连接到端口时需要是对眼睛安全的。许多半导体光发射器，具体地光通信链路的那些光发射器，工作在近红外波长，例如1.3μm和1.5μm，它们呈现附加的危险，因为这样的波长是不可见的。用于红外激光二极管发射器单元的可应用的眼睛安全标准是美国标准CDRH Class 1和欧洲标准IEC 825。 当前的安全指南要求来自光发射器单元的光端口的输出功率密度被限制到当没有光纤连接到端口时对眼睛安全的电平。从激光器半导体二极管到光纤的光耦合效率典型地是相当低的，例如约1％到25％。即使由光纤传送的光辐射量是对眼睛安全的，但由半导体激光器或发光二极管发射的光辐射的总量远超过眼睛安全的极限。所以当光源没有连接到端口时必须阻挡端口内不想要的光能量，或将由端口发射的杂散的光能散焦。 对于这个问题的一个尝试的解决方案是在美国专利5315680中公开的，它描述一种具有被称为“光纤短柱”的一段短长度的光纤的光学端口。短柱可靠地保持对准在光学发射器单元内隐蔽的激光二极管。准直光学装置把激光能量聚焦到光纤的单模核芯。光纤短柱典型地是5mm到6mm长。没有被耦合到核芯的光能进入到光纤包层，以及通过在核芯与包层的的外表面内的多次反射和散射被耗散。从包层出去的任何激光辐射是没有对准的，以及基本上被散焦，大大地减小这样的杂散辐射的固有的亮度。 近年来，对于具有超过1GHz，例如，高达10GHz的带宽的光纤通信链路有越来越多的需求。激光半导体二极管可以工作在更高的数据速率的一个方法是以较高的功率驱动激光器。有可能通过散焦被聚焦在光纤短柱的输入端面的激光束而减小发射到光纤结构的核芯的光功率量。散焦是通过相对于光纤核芯的输入端面轴线向偏移激光束腰而达到的。这样的安排也可被使用来根据产品技术说明书和各种应用的要求减小光功率量。因为核芯直径比起包层直径小得多，更多的散焦的光能入射到包层。因此，仍旧有更多的总的激光功率投射到光纤短柱的核芯和包层，达到传播到光纤核芯和/或短柱的光能对于眼睛不安全的程度。 使用散焦技术的另一个问题是，投射到核芯和在核芯中传播的激光功率的量变为对于沿光纤短柱、光纤和任何介入准直光学元件的光传输方向的相对取向改变是更敏感的。这样的取向可以因为(1)形成光发射器单元的元件的热膨胀，和/或(2)在构建单元时使用的材料和粘接剂的老花引起的塑性变形而改变。 减小从远离输入端面的光纤短柱的末端处传播的激光功率的一个方法是增加短柱的长度。增加短柱长度将增加在短柱长度上的散射和吸收。在约100mm与200mm长度之间的一段长度的光纤内的覆盖模式基本上被耗散。增加短柱长度将不希望地增加光发射器模块的尺寸。 另一个尝试的解决方案是在短柱的末端引入一个孔径，例如，围绕光纤核芯外侧的吸收环。然而，该孔径必须紧密地对准具有约10μm的直径的核芯。这导致附加的处理步骤，这对于光发射器单元增加成本和复杂性。 共同转让的Healy专利(美国专利No.6,804,436)公开了对眼睛安全的光发射器单元，包括用于发射光辐射的激光半导体二极管。具有光纤核芯的光纤短柱载送光辐射，以及被包层包围。核芯是折射率引导的核芯。 光纤短柱被设在金属箍内。金属箍是可旋转的，这样，它改变进入面相对于光束轴线的取向角度，由此影响光辐射耦合到光纤核芯和包层的耦合效率。 聚焦光学装置把来自激光半导体二极管的光辐射聚焦在光纤短柱的进入面。聚焦光学装置把光辐射沿光束轴线聚焦在光纤短柱的进入面上的焦点。进入面以相对于光束轴线的特定的取向倾斜。 聚焦光学装置把光辐射沿聚焦轴线聚焦到光纤短柱的进入面，提高来自辐射源的光辐射耦合到光纤核芯的进入面耦合效率，以及降低光辐射耦合到周围的包层的输入面的耦合效率。当焦点处在进入面上时，到核芯的耦合效率在进入面相对于聚焦轴线的特定的取向处是最大值。进入面不是取向在该特定的取向，而是偏离该特定的取向一个角度和/或旋转，以减小光辐射从源耦合到光纤核芯和光纤包层的耦合效率。在一个实施例中，极化器在光纤短柱相对于光源固定地被布置时被固定地附着到光纤短柱的进入面。 虽然在Healy的专利中公开的设备对于某些环境很好地起作用，但它多多少少是复杂的，很难组装，和昂贵的，以及不能应用于某些情形。 如果光在光纤的输入端面上的分布因为功率以外的原因必须被控制，则现有技术Healy的安排具有问题。例如，如果光源把光束发送到多模光纤，提供特定的模式组的激励，则激励的模式取决于诸如源的光腰、光束功率和在光纤的输入端面上光束空间分布(即，一个或多个光点大小、光点形状、光点数值孔径和光点位置)和光纤相对于光束轴线的对准等的因素。调节光纤相对于光源在全部三个方向的对准，即X，Y和Z方向(其中X和Y是在垂直于光束的平面上的互相成直角的轴线以及Z是沿光束轴线在激光源与光纤输入端面之间的距离)对于激励的模式常常有不想要的影响。在某些条件下，必须通过光纤在光腰处发射光束。因此，在这些条件下，现有技术的对准技术有时是不想要的。 本专利技术的目的是提供新的和改进的具有半导体光源的光发射器和光纤结构及其制造方法，其中投射到光纤元件的端面的光辐射的几个参数被光学地控制；这些参数中包括功率和光点空间分布。
技术实现思路
按照本专利技术的一个方面，装置包括外壳，具有纵轴线(z)和在垂直于z轴线的平面上互相成直角的一对轴线(x，y)。外壳包括第一和第二分段，具有互相固定地连接的相对的相邻表面。第一分段固定地承载半导体光源，用于在z轴线方向上发射线极化光束。第二分段固定地承载(a)沿大致z轴线放置的截断光束的具有端面的光纤元件和(b)被放置在光源与端面之间的线性光极化器。第一和第二分段沿x，y和z轴线互相固定地放置，用于使得投射在端面上的光束具有预定的几何形态和位置。第二分段围绕z轴线被固定地放置，用于使得投射在端面上的光束处在预定的功率范围内。 第一分段优选地包括被固定地连接到第一分段和被放置成截断光束的光纤元件，例如，透镜。第一和第二分段沿x y z轴线的方向互相放置，这样，光纤元件可以用预定的数值孔径把光束聚焦在端面以及有助于使得光束具有预定的想要的几何形态和位置。透镜具有与光束轴线一致的或从光束轴线移位的中心。 投射到端面的光束的几何形态优选地包括光点大小和光束形状，使得装置能够用于工作在不同的模式的光纤元件。光纤元件的端面可以垂直于z轴线或相对于z轴线倾斜的。如果端面不是垂直的，则端面相对于光束轴线(当投射在端面时)的角度影响投射到端面的光点的大小、形状、位置和数值孔径。 制作所述装置的优选的方法包括在x y轴线的方向上互相移动第一和第二分段。第一和第二分段在z轴线方向上互相平移。移动步骤和平移步骤反复地执行，直至投射到端面的光束具有预定的几何形态和位置为止本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括外壳，外壳具有纵轴线（ｚ）和在垂直于ｚ轴线的平面上互相成直角的一对轴线（ｘ，ｙ），外壳包括第一和第二分段，它们具有互相固定地连接的相对的相邻表面；第一分段固定地承载半导体光源，用于在大致ｚ轴线方向上发射线极化光束；第二分段固定地承载（ａ）沿ｚ轴线放置的截断光束的具有端面的光纤元件和（ｂ）被放置在光源与所述端面之间的线性光极化器；第一和第二分段沿ｘ，ｙ和ｚ轴线互相固定地放置，用于使得投射在端面上的光束具有预定的几何形态和位置；第二分段围绕ｚ轴线被固定地放置，用于使得投射在端面上的光束处在预定的功率范围。

【技术特征摘要】
US 2005-6-16 11/153545中限定的本发明的真实精神和范围。权利要求1.一种装置，包括外壳，外壳具有纵轴线(z)和在垂直于z轴线的平面上互相成直角的一对轴线(x，y)，外壳包括第一和第二分段，它们具有互相固定地连接的相对的相邻表面；第一分段固定地承载半导体光源，用于在大致z轴线方向上发射线极化光束；第二分段固定地承载(a)沿z轴线放置的截断光束的具有端面的光纤元件和(b)被放置在光源与所述端面之间的线性光极化器；第一和第二分段沿x，y和z轴线互相固定地放置，用于使得投射在端面上的光束具有预定的几何形态和位置；第二分段围绕z轴线被固定地放置，用于使得投射在端面上的光束处在预定的功率范围。2.权利要求1的装置，其中第一分段包括被固定地连接到第一分段聚焦元件；聚焦元件被放置成截断光束，第一和第二分段沿x，y和z轴线的方向互相放置，这样，聚焦元件可以用预定的数值孔径把光束聚焦在端面以及有助于使得光束具有预定的几何形态和位置。3.权利要求2的装置，其中光束几何形态包括光点大小和光点形状。4.权利要求2的装置，其中聚焦元件包括具有从光束轴线移位的中心的透镜。5.权利要求1的装置，其中光纤元件的端面垂直于z轴线。6.权利要求1的装置，其中光纤元件的端面不垂直于z轴线。7.权利要求1的装置，其中第一和第二分段的相对的相邻的表面包括处在垂直于z轴线的平面的、第一和第二分段的端面。8.权利要求7的装置，其中第二分段包括承载光纤元件的箍环和接纳器，箍环包括第二分段的端面，箍环和接纳器具有互相固定地连接的相对的圆柱面。9.权利要求1的装置，其中第一分段包括沿z轴线的方向延伸的V形沟槽，第二分段具有被固定地连接到V形沟槽的圆柱形外表面。10.权利要求1的装置，其中第一和第二分段包括相对地固定地连接的圆柱面，相邻的表面包括相对的圆柱面。11.权利要求1的装置，其中第一和第二分段具有与z轴线基本上同轴线的圆柱形外表面。12.权利要求1的装置，其中第一分段具有正六面体的外形。13.权利要求1的装置，其中源是用于发射线极化光束的激光器。14.权利要求1的装置，其中半导体是用于发射非极化光束的那种半导体，以及源包括用于将非极化光束进行线极化的线极化器。15.权利要求1的装置，其中所述极化器安装在光纤元件的端面上。16.权利要求1的装置，其中第二分段包括其上固定地安装光纤元件的保持器，极化器被固定地安装在保持器上。17.一种制作权利要求1的装置的方法，其中在实施本权利要求阐述的步骤之前，(a)光源被固定地连接到第一分段和(b)光纤元件与极化器被固定地连接到第二分段；该方法包括沿x和y轴线方向互相移动第一和第二分段；第一和第二分段沿z轴线方向互相平移；反复执行移动和平移步骤，直至投射到端面的光束具有预定的几何形态和位置为止；互相转动第一分段和包括极化器的至少一部分的第二分段，直至投射到端面的光束的功率密度达到预定的范围为止；以及此后，使得第一和第二分段与它们的部件互相固定地放置。18.权利要求17的方法，其中转动步骤在移动和平移步骤之后执行。19.权利要求18的方法，其中重复移动和平移步骤在转动步骤之前和之后执行。20.一种制作权利要求2的装置的方法，其中在实施本权利要求阐述的步骤之前，(a)光源和透镜被固定地连接到第一分段和(b)光纤元件与极化器被固定地连接到第二分段；该方法包括通过沿x和y轴线的方向移动至少一个相对的相邻面而沿x和y轴线的方向互相移动第一和第二分段；第一分段和包括光纤元件的端面的至少一部分第二分段沿z轴线方向互相平移；反复执行移动和平移步骤，直至投射到端面的光束具有预定的几何形态、位置和数值孔径为止；互相转动第一分段和包括极化器的至少一部分第二分段，直至投射到端面的功率达到预定的范围为止；以及此后，使得第...

【专利技术属性】
技术研发人员：D赫利，
申请(专利权)人：阿瓦戈科技光纤IP新加坡股份有限公司，
类型：发明
国别省市：SG[新加坡]