用于波长监测的位置敏感检测器制造技术

本发明专利技术的特定实施例一般涉及倍频和其它光学应用中的波长监测。根据本发明专利技术的一个实施例，提供了一种用于监测光源的波长的系统。该系统包括导光部分、光学矢量发生器以及一个或多个位置敏感检测器。该光学矢量发生器包括被配置成响应于可变波长输入光而呈现反射性或透射性光谐振效应的光栅耦合波导。该光谐振效应包括光栅耦合波导的局部输出矢量区响应于可变波长输入光而产生的波长相关输出矢量。局部输出矢量区沿光栅耦合波导的维度的位置随可变波长输入光的波长而变化。位置敏感检测器被定位于波长相关输出矢量的光程中，且被配置成便于产生指示局部输出矢量区沿光栅耦合波导的维度的位置的信号。公开并要求保护其它实施例。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于波长监测的位置敏感检测器 相关申请的交叉参照 本申请与2007年7月20日提交的共同待审和共同受让的题为用于波长监测的 位置敏感检测器(POSITION SENSITIVE DETECTORS INWAVELENGTH MONITORING)的美国专 利申请S/N 11/880， 251相关并要求该申请的权益。
技术介绍
本专利技术一般涉及半导体激光器和其它波长可调谐光源中的波长监测和控制。更具 体地，本专利技术使用波长敏感检测器以便于半导体激光器和其它波长可调谐光源中的波长监 测和控制。专利技术概要 半导体激光器可按照多种方式来配置。作为示例和为了说明而非限制目的，通过 将诸如分布反馈式(DFB)激光器、分布式布拉格反射镜(DBR)激光器或法布里一珀罗激光 器之类的单波长半导体激光器与诸如二次谐波产生(SHG)晶体之类的光波长转换器件组 合，可将短波长源配置用于高速调制。SHG晶体可被配置成通过将例如1060nm DBR或DFB 激光器调谐至能将波长转换成530nm的SHG晶体的光谱中心而产生基本激光信号的高次谐 波。 诸如MgO掺杂的周期性极化铌酸锂(PPLN)之类的SHG晶体的波长转换效率与激 光二极管与SHG器件之间的波长匹配紧密相关。如熟悉激光器设计的技术人员所能理解 地，DFB激光器是利用蚀刻到半导体材料中的格栅或类似结构作为反射介质的谐振腔激光 器。DBR激光器是其中蚀刻光栅与半导体激光器的电子泵浦区物理分离的激光器。SHG晶 体利用非线性晶体的二次谐波发生性质来使激光辐射倍频。 本专利技术人已经认识到，在波长可调谐光源中使用波长转换器件进行波长控制是重 要的，因为PPLN SHG器件的带宽通常非常小——对于典型的PPLN SHG波长转换器件而言， 半峰值全带宽(FWHM)波长转换带宽仅处于0. 16到0. 2nm的范围，而且主要取决于晶体的 长度。此外，本专利技术人已经认识到，一般而言，半导体激光器中的波长控制是通常重要的，因 为激光器腔中的模式跳变以及不受控制的大波长变化会导致半导体激光器的输出波长在 工作期间移动。在波长经转换的光源的情况下，一旦半导体激光器波长偏离出PPLN SHG器 件的波长转换带宽之外，该转换器件在目标波长处的输出功率就会下降。例如，在激光投影 系统中，输出功率的下降尤其是个问题，因为它们会产生即时变化，这些即时变化容易被视 为图像中的特定位置处的缺陷。这些可视缺陷通常呈现为图像上的有组织的、图案化的图 像缺陷，因为所产生的图像就是激光的不同部分的温度演变的标志。 在倍频应用中，波长转换器件的转换效率对波长变化会非常敏感，而本专利技术人已 经认识到，需要监测波长以帮助补偿由于波长波动引起的倍频光的实时功率波动。通过监 测该波长，有可能检测那些变化并补偿它们。作为示例，可增大注入IR激光器的电流以补 偿转换效率的下降。除此之外，或作为替代，如果检测到比激光器的自由光谱范围更大的波 长变化，可将激光器重置为零一段短的时间，以迫使模式选择更接近激光器的DBR部分所4限定的标称波长。 根据本专利技术的一个实施例，提供了一种用于监测光源的波长的系统。该系统包括 导光部分、光学矢量发生器以及一个或多个位置敏感检测器。导光部分被配置成将光源产 生的光的至少一部分向光学矢量发生器引导作为可变波长输入光。光学矢量发生器包括定 位于可变波长输入光的光程中的光栅耦合波导。该光栅耦合波导被配置成响应于可变波长 输入光而呈现反射或透射光谐振效应。该光谐振效应包括光栅耦合波导的局部输出矢量区 响应于可变波长输入光而产生的波长相关输出矢量。局部输出矢量区沿光栅耦合波导的一 维度的位置随可变波长输入光的波长而变化。位置敏感检测器被定位于波长相关输出矢 量的光程中，且被配置成便于产生指示局部输出矢量区沿光栅耦合波导的维度的位置的信 号。 根据本专利技术的另一实施例，提供了光学封装，该光学封装包括波长可调谐半导体 激光器、波长转换器件以及用于监测该半导体激光器的波长的系统。该监测系统包括导光 部分、波长相关光学矢量发生器、一个或多个位置敏感检测器、以及控制器。该控制器被配 置成响应于位置敏感检测器所产生的输出矢量位置信号来调谐波长可调谐光源的波长、波 长转换器件的转换带宽、或同时调谐这两者。 虽然主要在成像的背景下描述本专利技术的概念，但可构想的是，本专利技术的多个概念 也可应用于其中光源的波长波动会成为问题的任何光源应用。 附图简述 本专利技术的特定实施例的以下详细描述可在结合以下附图阅读时被最好地理解，在 附图中相同的结构使用相同的附图标记指示，而且在附图中 附图说明图1是根据本专利技术的一个实施例的光学封装的示意图，该光学封装包括波长可调 谐半导体激光器、波长转换器件以及用于监测该半导体的波长的系统； 图2是根据本专利技术的另一个实施例的用于监测半导体的波长的系统的示意图； 图3是根据本专利技术的又一个实施例的用于监测半导体的波长的系统的示意图； 图4-6是适用于本专利技术的特定实施例范围的替代光学矢量发生器的示意图。 详细描述 先参照图l，可参照光学封装示出本专利技术的某些实施例的特定部件，该光学封装包 括波长可调谐半导体激光器10、波长转换器件20、以及用于监测半导体激光器10的波长的 系统30。 一般而言，该监测系统30包括导光部分32、光学矢量发生器34以及一个或多个 位置敏感检测器36。 在图1中被示意性示为分束器32A和光学透镜32B的导光部分32被配置成引导半 导体激光器10所产生的光的至少一部分15向光学矢量发生器34引导。半导体激光器10 所产生的光15在此称为可变波长输入光，因为其波长因上述模式跳变、热图案成型效应等 而产生变化。为描述和定义本专利技术起见，注意短语可变波长输入光也指波长仅从规定基 准或目标值变化、但其值不一定随时间变化的传播光，就像模式跳变的背景下的情况一样。 在所示实施例中，光学矢量发生器34包括光栅耦合波导，并定位于可变波长输入 光15的光程中，且响应于该可变波长输入光15而呈现反射性光谐振效应。虽然适用于本 专利技术的多种光栅耦合波导的结构、功能以及性质可从有关该主题的文献中收集，但应当注 意的是，光栅耦合波导仅当入射光具有一个特定入射角和一特定波长、且具有不需要与常规光谱仪通常相关联的长光程长度的性质时一般才反射光。通常，从波长可调谐光源10至 波长转换器件20、且包括光学矢量发生器34和位置敏感检测器36测得的系统的光程小于 约100mm，而且可小至15mm或更小。 一般而言，导光部分32、光学矢量发生器34以及位置 敏感检测器36对系统的总光程长度的贡献小于约50mm，或在某些情况下小至5mm。 因此，一般而言，光栅耦合波导尤其适用于其中需要小型波长监测光源或其中光 源被包含在公共外壳中的应用，以作为便携式单元，即个人无需机械辅助即可运输或移动 的单元。还应注意，本专利技术的概念不限于特定的光学矢量发生器，或仅限于当前在本文中提 出的那些光栅耦合波导设计。 光栅耦合波导34中产生的光谐振效应包括从光栅耦合波导34的局部输出矢量区 VA响应于可变波长输入光15而产生的波长相关输出矢量50。局部输出矢量区V,沿光栅 耦合波导34的位置随可变波长输入光15的波长而变化。因此，可使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于监测光源的波长的系统，所述系统包括导光部分、光学矢量发生器以及一个或多个位置敏感检测器，其中：所述导光部分被配置成将光源产生的光的至少一部分向光学矢量发生器引导作为可变波长输入光；所述光学矢量发生器包括定位于所述可变波长输入光的光程中的光栅耦合波导；所述光栅耦合波导被配置成响应于所述可变波长输入光而呈现反射性或透射性光谐振效应；所述光谐振效应包括从所述光栅耦合波导的局部输出矢量区响应于可变波长输入光而产生的波长相关输出矢量；所述局部输出矢量区沿所述光栅耦合波导的一维度的位置随所述可变波长输入光的波长而变化；以及所述位置敏感检测器被定位于波长相关输出矢量的所述光程中，且被配置成便于产生指示所述局部输出矢量区沿所述光栅耦合波导的所述维度的位置的信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-7-20 11/880,251一种用于监测光源的波长的系统，所述系统包括导光部分、光学矢量发生器以及一个或多个位置敏感检测器，其中所述导光部分被配置成将光源产生的光的至少一部分向光学矢量发生器引导作为可变波长输入光；所述光学矢量发生器包括定位于所述可变波长输入光的光程中的光栅耦合波导；所述光栅耦合波导被配置成响应于所述可变波长输入光而呈现反射性或透射性光谐振效应；所述光谐振效应包括从所述光栅耦合波导的局部输出矢量区响应于可变波长输入光而产生的波长相关输出矢量；所述局部输出矢量区沿所述光栅耦合波导的一维度的位置随所述可变波长输入光的波长而变化；以及所述位置敏感检测器被定位于波长相关输出矢量的所述光程中，且被配置成便于产生指示所述局部输出矢量区沿所述光栅耦合波导的所述维度的位置的信号。2. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述导光部分被配置成将可变波长输入光 向所述光学矢量发生器引导作为包括可变传播矢量分布的弧形的发散或会聚波前。3. 如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述光栅耦合波导被配置成在所述可变波 长输入光的所述可变传播矢量分布中所包括的给定入射角下呈现所述反射性或透射性光 谐振效应。4. 如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述光学矢量发生器包括光栅耦合波导，所 述光栅耦合波导包括基本均匀的空间光栅分布。5. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述导光部分被配置成将可变波长输入光 向所述光学矢量发生器引导作为包括基本均匀的传播矢量分布的基本平面的波前。6. 如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述光栅耦合波导被配置成在所述可变波 长输入光的所述均匀的可变传播矢量分布所限定的入射角下呈现所述反射性或透射性光 谐振效应。7. 如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述光学矢量发生器包括光栅耦合波导，所 述光栅耦合波导包括根据沿所述波导的一维度的位置而变化的空间光栅分布。8. 如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述根据沿所述波导的一维度的位置而变 化的空间光栅分布由以下部件提供啁啾光栅，其中所述光栅的周期横跨所述光学矢量发 生器的一维度而变化；厚度经过修改的光栅，其中通过修改所述光栅耦合波导的所述波导 部分沿所述光学矢量发生器的一维度的厚度，向所述光栅结构中引入了有效折射率变化； 或不平行光栅，其中通过沿所述光学矢量发生器的一维度引入不平行光栅线而改变所述光 栅周期。9. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述系统还包括被配置成产生所述光的波 长可调谐光源，所述光的至少一部分被引导向所述光...

【专利技术属性】
技术研发人员：J高里尔，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]