本发明专利技术的检测器设置于激光器的无源侧，以检测通过无源侧反射镜的光子泄漏，并通过肖特基接触测定检测器中生成的电流。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光学装置，具体来说，涉及激光器和光检测器。
技术介绍
典型的激光器包6括2个反射镜和有源区谐振腔。在垂直谐振腔表面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting LasersVCSELS)中有2个反射镜，分别为具有较大反射率的底部反射镜和通过其使光输出的顶部反射镜。此外还有介于两个反射镜之间产生光的有源区。上述反射镜在典型情况下是“掺杂的”，这意味着有杂质掺入到材料中以使其导电。该有源区在典型情况下是“本征的”，是指该有源区并未为得到显著的导电性而掺杂。电泵浦激光器获得输入电流并将其转换为光功率输出。作为输入多少电流的函数的激光器发射多少激光取决于若干参数。首先是激光器结构的细节。激光器结构可以针对高输出功率进行优化，但因此而要求高输入电流，也可以针对低电流工作进行优化，但将不会有较多的光输出。涉及激光器工作另有3个主要参数阈值电流、差分量子效率和最大功率输出点。如图1的激光器的一个实例特性曲线100所示，阈值电流102是激光器开始“发出激光”的最小电流。低于该阈值电流104该装置便起到发光二极管(LED)的作用。差分量子效率106是每单位输入电流变化量的输出功率变化量。最大功率输出点108是激光器所能输出的最大功率，与达到该输出功率所要求的输入电流有关。影响激光器工作的其他非结构条件为1)激光器温度；2)激光器的自然老化；以及3)激光器因环境、机械或电气冲击所造成的退化。每个半导体激光器都具有描述输入电流和激光器输出功率之间的关系的工作特性曲线。图2中给出一个这样的具有代表性的曲线。如图2所示，当激光器工作时，通常设定2种电流，分别为与“截止”或“0”逻辑状态相对应的电流(I偏置)和与“导通”或“1”逻辑状态相对应的电流(I偏置+I调制)，其中I偏置为偏置电流，I调制制为调制电流。当非结构条件中的任何一个或多个条件改变时，激光器的输出功率和输入电流之间的特性关系也变化。这样就典型地造成激光特性曲线的“扁平化”，称之为处于“退化”状态。图3是图2的复制曲线并将其与处于退化状态下的同一个装置的实例曲线并列。如图3所示，该退化状态造成I偏置水平处于该激光器只是LED的区域中。结果，如图3所示，必须改变对于I偏置和/或I调制的设定来实现相同的或可接受的输出功率性能。当然，某些情况下激光器将随时间发生严重退化，以致于即便是改变偏置电流和调制电流仍无法达到原始(或者至少是最低要求)的输出功率。在此意义上激光器可以说即使不是实际上，在效果上也已经失效。为了解决激光器退化的问题和适应非结构性变化，通常对激光输出进行测定以便能有规律地调节I偏置和/或I调制的设定以应对任何这类变化。为了做到这一点，设计师设法对激光输出功率进行精确取样，并以实时方式连续辨别何时必须改变I偏置和/或I调制的设定，按与电路中的反馈补偿相类似的方法对其进行调节。对发射器组件进行该项工作的一个方法如图4所示。分立的检测器402结合到包含至少一个激光器406的封装404中。该封装404包括各个连接件，图中被显示为引脚408，向激光器406和检测器402提供电源、接地以及外部信号的入口通路。容纳激光器406和检测器402的封装404具有半透明的窗口412，窗口412位于激光器406和检测器402上方并与其相距足够的距离，以便由激光器406发射的某些光将被反射回检测器402。检测器402用于对输出的光取样，并根据所检测的光量帮助辨别应何时调节I偏置和/或I调制的设定，和/或上述设定何时不再调节，从而该激光器被认为已经退化到失去可用性或已经“失效”。虽然上述配置能够工作，但其使用通常限于共用一个检测器的激光器的数目较小的情形(因为检测器是对集合体进行取样，并且无法在不同激光器当中加以辨别)，理想的情形是每一个激光器有一个检测器(并且该对激光器-检测器与任何其他激光器-检测器对相隔离)。但一旦激光器数目增加到十多个，该项技术便不再可行。这是因为，采用此项技术时，装置数目增加意味着尺寸增大、间距要求提高、更为复杂、更多的连接、电源要求提高、基于所增加的装置数目的故障之间的平均时间减小等等。另一方法是使用腔内光检测器。由于该腔内光检测器的设计必须成为激光器总体设计的一部分，既增加了复杂性又提高了成本，所以该方法并不理想。一个替代方法是将一个检测结构、例如较薄或半透明肖特基接触(若采用肖特基二极管)或光栅(若采用金属-半导体-金属(MSM)检测器装置)置于激光器输出端附近，以便离开激光器输出端(即穿过激光器结构中相对于另一反射镜具有较低反射率的反射镜离开)的激光在其离开激光器时经过该检测结构并穿过其中。图5以简化方式显示激光器输出端附近采用肖特基接触的顶发射的垂直谐振腔表面发射激光器(VCSEL)500。激光器500具有顶部反射镜502、有源区504和底部反射镜506，其中底部反射镜506邻接装置衬底508。由于该VCSEL是顶发射的，因而光输出510穿过顶部反射镜502。置于激光器500发射表面514上的肖特基接触512提供与激光器500输出成比例的电流输出。图6以简化方式显示激光器输出端附近同样采用肖特基接触的底发射的垂直谐振腔表面发射激光器(VCSEL)600。激光器600具有顶部反射镜602、有源区604和底部反射镜606，其中底部反射镜606邻接装置衬底608。由于该VCSEL是底发射的，因而光输出510穿过衬底608。置于激光器600发射表面614(也是衬底608的与激光器反射镜602、606和有源区604所处的表面相对的表面)上的肖特基接触612提供与激光器600输出成比例的电流输出。图7以简化方式显示激光器输出端附近采用光栅的顶发射的VCSEL 700。图7中的方法除了采用光栅702和较薄或半透明MSM接触704而非采用肖特基接触之外与图5中的方法相同。图8以简化方式显示激光器输出端附近采用光栅的底发射的VCSEL 800。图8中的方法除了采用光栅802和较薄或半透明MSM接触804而非采用肖特基接触之外与图5中的方法相同。图5至图8中的方法与腔内方法相比更容易实施，并提供对激光器输出的精确读出。但每种方法还是会对出射光量以及模式品质造成不利的影响。没有现成的途径以在其中包括不会对激光器输出带来妨碍或不利影响的现有的或在其上建立的半导体激光器设计的半导体装置来实现辨别激光器输出何时退化到超过规定的阈值之外甚至激光器在效果方面已经失效的任务。
技术实现思路
我们设计出一种方法，该方法将检测器功能与装置结合在一起以不再要求分开的激光器和检测器的配置。我们的方法可与现有的半导体激光器(包括购自第三方的半导体激光器)一起使用，既不会使激光器输出降低，又不会影响输出光束的模式。总体而言，我们在激光器的非发射侧将功率监测结构与激光器结构结合在一起。该监测结构能随时监测激光器，用以提供有关激光器工作的反馈，以例如保持固定不变的输出功率和/或精确地检测何时个别激光器的输出已经减小到需要补偿的程度，精确地检测激光器已经失效或者相对于其所用于的应用来说已经退化到在效果方面“失效”的程度。通过位于激光器的非发射侧的结构来进行取样具有例如下列一个或多个优点可便于与顶发射(远离激光器衬底)型和底发射(朝向激光器衬底)本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种以激光器为基础的装置，其特征在于，该装置包括： 具有有源侧和与该有源侧相对的无源侧的ＶＣＳＥＬ－型激光器；和 无源侧上的光检测器单元，该光检测器单元包括： 定位成接收通过无源侧射出激光器的泄漏光子的吸收区；和 肖特基接触，具有与吸收区邻接的第一部分，并且通过该肖特基接触可测定在吸收中由对泄漏光子的吸收所产生的电流。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：约翰特雷扎，穆罕默德迪亚涅，
申请(专利权)人：美莎诺普有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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