激光单元1，优选地用于气体检测，具有半导体激光器芯片2，并可选地具有对在半导体激光器芯片2处所发射的激光束9进行成形的束成形元件4，全部优选地被封装在具有用于激光束9的出射窗的封闭的密封外壳中。根据本发明专利技术，布置了减少自混合的光学元件3在半导体激光器芯片2的出射区域10处直接物理接触，并且至少在出射区域10中与激光器芯片确实地连接或借助于光学介质连接。在替代的实施例中，输出反射镜6可以首先被应用于减少自混合的光学元件3，并且然后，在随后的步骤中，优选地借助于晶片接合来与VCSEL半激光器芯片相连接。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及具有半导体激光器芯片的激光单元，该半导体激光器芯片包括具有用于激光束的出射区域的输出反射镜，该激光束主要意在气体检测，但也可被用在其它应用领域中，例如用在电信中，并且能够减少和/或抑制进入激光器的出射区域的激光的背反射。
技术介绍
由于安全、便利和环境保护的部门中的大量任务，存在对于有成本效益的、可靠的和高度灵敏的气体检测器的巨大需求。已知的气体传感器借助于吸收光谱法来频繁地检测气体。例如,用这种技术,使合适频率的激光束穿过至少部分地吸收该激光的气体或气体混合物。该频率依赖于要被检测的气体，并且被选择成确保激光与气体原子和/或气体分子的最强可能的相互作用。这里，激光束的吸收程度被用作正被讨论的气体的气体浓度的指示符。具有在光谱上单模式光束的激光尤其适合于气体检测。在激光吸收光谱法中，由激光二极管所发射的激光束在穿过气体或气体混合物之后被光检测器元件或热敏检测器元件所检测，并且所接收的信号被馈送到信号分析器以用于评估。该信号分析器从所接收的信号中分离恒定的干涉图案。然而，不能从所接收的信号中完全消除差不多一直将出现的不断改变的干涉图案，由于增加的噪声，其具有使用于要被检测的气体的检测灵敏度明显降级的效应。在一方面，改变的干涉图案是由热影响所引起的，该热影响通过改变激光到检测器元件的光程长度来影响半导体激光器单元。另外，这样的干涉图案可以由半导体激光器单元的外壳的内表面上的该激光的反射，或由布置在外壳内部的束成形光学元件或束引导光学元件(诸如透镜或反射镜)的边界面上的该激光的反射，或也可由用于激光束的出射窗的内表面或外表面上的该激光的反射所生成。通常，这些干涉图案还取决于温度，因为用于外壳内部的激光束的光程长度随该温度而改变。尤其是进入半导体激光器芯片的激光孔径的激光的背反射在由半导体激光器芯片所发射的激光束上的噪声方面具有极副面的效应。通常的做法是，在布置在外壳和半导体激光器芯片之间并用作活性散热器的珀尔贴(Peltier)元件上布置了半导体激光器单元的半导体激光器芯片，以便限制该热影响，并且从而限制干涉图案的出现。还从现有技术中已知的是，将影响激光束的光学元件与半导体激光器芯片以热传导连接进行连接，使得该光学元件具有与该半导体激光器芯片有关的限定的热状态。与温度控制的半导体激光器芯片有关的该限定的热状态产生了半导体激光器芯片和束成形元件之间的激光束的稳定的光程长度。例如，这种类型的热耦合从EP2320215A1获知。该专利公开披露了一种半导体激光器布置，特别是用于气体检测，具有带有电连接的外壳，该外壳具有底部，并优选地具有出射窗。在该外壳中布置了半导体激光器芯片和用于该半导体激光器芯片的温度控制设备。该温度控制设备由珀尔贴元件所形成，该珀尔贴元件用它的下平面与外壳的底部相连接，以及用它的上平面与半导体激光器芯片相连接。温度控制的束成形元件(例如校准微透镜)被布置在半导体激光器芯片和外壳的出射窗之间。束成形元件与半导体激光器芯片紧密地物理接触，其中它的边界面之一与激光孔径优选地材料上或粘性地相连接。从而，该束成形元件还具有关于该半导体激光器芯片的限定的热状态。然而，其中束成形元件与激光孔径直接物理接触的以上所描述的已知的半导体激光器布置，允许了激光的不受阻碍地干涉背反射在不影响它们的情况下发生。为了减少背反射，可使用光学绝缘体；然而，它们相对于半导体激光器的尺寸通常是非常大的，并且在紧凑的光学传感器中占用了大量的空间。另外，通常由若干光学元件所组成的这样的系统的相对高的价格阻止了这样的系统被安装在有成本效益的检测系统中。作为对光学绝缘体的替代，可使用仅仅旋转背反射光的偏振方向的光学元件。示例参考是出版物W001/02838A1和EP0729565B1。然而，即使这样的光学元件具有防反射涂层，由于附加的光学边界面，这样的光学元件作为分立元件的安装不提供任何真正的优势。即使在存在高质量的防反射涂层的情况下在这些边界面处发生的背反射在束路径中产生光学干涉。这极大地减少了偏振旋转的优势，并且可甚至导致更多的光学噪声。这种事实，以及防反射涂层的附加成本，是用于气体吸收的这样的解决方案在过去不被考虑的原因。
技术实现思路
参考以上所描述的现有技术，本专利技术着手的问题是提出用于将激光束的干涉现象进一步减少到显著程度的解决方案。根据本专利技术，该问题由一种具有权利要求1的特征的用于气体检测的激光单元所解决。在有关的权利要求中展现了附加的有利实施例。本专利技术基于的思想是，防止从外部反射回的经由出射区域进入半导体激光器芯片的光学共振器的激光与要被发射的激光的强烈的相互作用。出于这个目的，影响了背反射激光的偏振方向。目标是以最大可能的角度、理论上正交地延伸的方式来将偏振面改变(即旋转)到所发射的激光束的偏振面。本专利技术的核心思想是以避免束路径中附加的边界面的方式来安装具有以上所描述的特性的光学元件。因此，由于背反射而引起的所发射的激光束的调制被显著地减少。在根据本专利技术的激光单元中，在半导体激光器芯片的输出反射镜的出射区域中，布置了减少用于自混合效应的激光单元的灵敏度的光学元件。减少自混合的光学元件对于激光在很大程度上是可透过的，并且至少在出射区域的范围中与输出反射镜重叠。减少自混合的光学兀件和输出反射镜至少在出射区域处在它们的完全表面上彼此相连接。输出反射镜可具有金属涂层和/或其它涂层，这些涂层具有用于出射区域的范围中的光发射的开□。在本专利技术的优选实施例中，减少自混合的光学兀件与半导体激光器芯片相材料接触，或通过光学介质与半导体激光器芯片相连接。减少自混合的光学元件因此还与半导体激光器芯片直接接触，以便建立允许温度均衡的热耦合。该光学元件可通常由光学绝缘体所组成。然而，如果减少自混合的元件仅影响偏振方向，则它也是足够的。在这种情况下，其包括光学活性材料，该光学活性材料以它旋转传递光束(激光束)的振动平面的方式被构造。振动平面的旋转的程度取决于入射光的波长，并且还取决于减少自混合的光学元件相对于该光束的对准。一些晶体由于晶体结构的不对称而使光旋转。但是还可能的是，使用自身不是光学活性的透明材料，例如通过将考虑到法拉第效应的磁场，或电场，施加到例如液晶单元，由此旋转了光束的偏振方向。优选地，减少自混合的这种光学元件采取了小的平滑且扁平的平面的形式，其具有取决于材料的结构的特定的轴，其中将激光束的电磁辐射的偏振以一定角度对所述轴被布置，以便实现最佳效应。被由激光孔径所发射的激光束所横穿，并且在相反方向上被该激光束的背反射所横穿的减少自混合的光学元件，显著地改变了背反射激光束相对于所发射的激光束的偏振方向，由此减少了由该半导体激光器芯片所生成的激光的调制。在激光束的全等偏振面在相反的方向上行进的情况下，调制是最大的，以及在正交对准的偏振面的情况下，调制是最小的。优选地，在根据本专利技术的激光单元中，例如小的石英玻璃片的小的延迟片被用作减少自混合的光学元件。这样的石英玻璃片具有由以对映形态(enantimorphous)结构的石英 的结晶化所确定的光学活性。优选地，该光轴被如此布置，使得其位于晶体的截面上。这样的延迟片(也称为λ /n片或波片)是能够改变传递诸如激光的电磁波的偏振和相位的光学元件。通常，η是自然数。例如，λ/4本文档来自技高网...
【技术保护点】
激光单元（1），优选地用于气体检测，具有包括输出反射镜的半导体激光器芯片（2），该输出反射镜具有用于激光束（9）的出射区域（10），其特征在于，在该出射区域（10）处布置了减少自混合的光学元件（3），其中该减少自混合的光学元件（3）和激光器芯片至少在出射区域（10）中在整个表面上彼此相连接。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：A威特曼，M施图德，R普罗塔西奥，C弗拉希纳，
申请(专利权)人：阿克塞特里斯股份公司，
类型：发明
国别省市：
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