激光功率監測組件及應用其的激光發射模塊、光放大器的制造方法
【專利摘要】本發明提供了一種激光功率監測組件及應用其的激光發射模塊、光放大器。該一種激光功率監測組件包括：二維納米線光柵，具有一定厚度，其前表面具有光柵結構，激光以入射角α由其前表面面入射，在光柵結構作用下，部分入射激光經過該二維金屬納米線光柵反射，偏離入射方向出射；以及光探測器，光敏面朝向經二維納米線光柵反射的激光方向，用于探測被二維納米線光柵反射偏離入射方向激光的功率。本發明通過加入二維納米線光柵，將預設比例的入射光引入偏離入射方向的側面，由放置于側面的光探測器來偵測激光功率，由該激光功率可以得出整個入射光功率，二維納米線光柵和光探測器均不會阻擋入射光，方便了光探測器的布局。
【專利說明】激光功率監測組件及應用其的激光發射模塊、光放大器
【技術領域】
[0001]本發明涉及光學【技術領域】，尤其涉及一種具有功率監測功能的激光發射模塊。
【背景技術】
[0002]光通信技術已成為現代通信的最主要支柱，在現代通信中起著中流砥柱的作用。同時，光通信作為一門逐步走向成熟的新興技術，其近年來迅猛的發展速度是通信史上罕見的。光通信注定成為未來信息社會中各種信息的主要傳送工具。
[0003]光通信中的關鍵電子器件是高速光發射模塊(激光器)和高速光接收模塊(光探測器)。對于高速光發射模塊來說，通常采用光功率探測器來檢測激光器前光信號的快速響應和發射光功率以及波長的變化，以期對激光工作狀態進行實時調整。
[0004]現在通常的激光發射模塊中，光功率探測器處于激光發射芯片的后端，不利于光功率探測器電極弓I出。例如在蝶形管殼封裝中，為了引出激光發射芯片后方光功率探測器的兩個電極，需要較長的金絲來連接光功率探測器電極和管殼上的管腳，這無疑增加了操作難度，并且較長的金絲使激光發射模塊整體的抗震性與可靠性降低。
[0005]在制作SOA (半導體光放大器)模塊時，入射光由SOA芯片背面入射,經過SOA芯片放大后從芯片正面出射。這時在SOA芯片背面放置光功率探測器會阻擋入射光進入SOA芯片，所以一般的SOA模塊中沒有放置光功率探測器。在光注入激光發射模塊中，當注入光由激光芯片背面注入時，也會出現同樣的問題。
【發明內容】
[0006](一 )要解決的技術問題
[0007]鑒于上述技術問題，本發明提供了一種激光功率監測組件及應用其的激光發射模塊、半導體光放大器模塊。
[0008]( 二 )技術方案
[0009]根據本發明的一個方面，提供了一種激光功率監測組件。該激光功率監測組件包括:二維納米線光柵，具有一定厚度，其前表面具有光柵結構，激光以入射角α由其前表面入射，在光柵結構作用下，部分入射激光經過該二維金屬納米線光柵反射，偏離入射方向出射；以及光探測器，光敏面朝向經二維納米線光柵反射的激光方向，用于探測被二維納米線光柵反射偏離入射方向激光的功率。
[0010]根據本發明的另一個方面，還提供了一種激光發射模塊。該激光發射模塊包括:管殼，具有一基座及至少一信號管腳；依次排列的激光發射芯片、光隔離器和光透鏡陣列，分別通過激光焊接技術焊接在基座上，用于輸出準直激光光束；上述的激光功率監測組件，其中，二維納米線光柵對準準直激光光束設置，其通過激光焊接技術焊接在基座上，光探測器靠近管殼設置，其信號輸出端電性連接至管殼上相應的信號管腳。
[0011]根據本發明的再一個方面，又提供了一種導體光放大器。該半導體光放大器包括:管殼，具有一基座及至少一信號管腳；依次排列的前端光纖連接器、半導體放大芯片、光隔離器和光透鏡陣列，分別通過激光焊接技術焊接在基座上，用于輸出準直激光光束；上述的激光功率監測組件，其中，二維納米線光柵對準準直激光光束設置，其通過激光焊接技術焊接在基座上，光探測器靠近管殼設置，其信號輸出端電性連接至管殼上相應的信號管腳；后端光纖連接器，通過激光焊接技術焊接在基座上，用于將由二維金屬納米線光柵透射的激光引出該半導體光放大器。
[0012](三)有益效果
[0013]從上述技術方案可以看出，本發明激光功率監測組件及應用其的激光發射模塊、光放大器具有以下有益效果:
[0014](I)通過加入二維納米線光柵，將預設比例的入射光引入偏離入射方向的側面，由放置于側面的光探測器來偵測激光功率，由該激光功率可以得出整個入射光的功率，二維納米線光柵和光探測器均不會阻擋入射光，方便了光探測器的布局；
[0015](2)在應用該激光功率監測模塊的激光發射模塊和半導體光放大器模塊中，光探測器可以擺放在更靠近管殼管腳的位置，縮短了連接光探測器電極與管腳的金絲的長度，從而操作更簡單容易。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為根據本發明實施例激光功率監測組件的示意圖；
[0017]圖2為根據本發明實施例激光發射模塊的示意圖；
[0018]圖3為根據本發明實施例半導體光放大器模塊的示意圖。
[0019]【主要元件】
[0020]1- 二維納米線光柵；2-光探測器；
[0021 ]3-光纖連接器；4-激光發射芯片；
[0022]5-光透鏡陣列；6-光隔離器；
[0023]7-管殼；8-管腳；
[0024]9金絲；10-半導體放大芯片；
[0025]11-前端光纖連接器；12-后端光纖連接器。
【具體實施方式】
[0026]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現方式，為所屬【技術領域】中普通技術人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數的示范，但應了解，參數無需確切等于相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內近似于相應的值。實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發明的保護范圍。
[0027]本發明功率監測功能的激光發射模塊通過加入二維納米線光柵，將預設比例的入射光引入偏離入射方向的側面，由放置于側面的光探測器來偵測激光功率，二維納米線光柵和光探測器均不會阻擋入射光，方便了光探測器的布局。
[0028]在本發明的一個示例性實施例中，提供了一種激光功率監測組件。圖1為本發明實施例激光功率監測組件的示意圖。請參照圖1，該激光功率監測組件包括:二維納米線光柵1，具有一定厚度，其前表面具有光柵結構，入射激光由其光柵面入射，光線入射角為α。部分入射光經過光柵的反射，偏離入射光傳播方向出射。光探測器2，其光敏面對著經二維納米線光柵I反射的光線方向，用于探測被二維納米線光柵I反射偏離遠入射方向激光的功率。
[0029]本實施例中，二維納米線光柵I為使用聚對苯二甲酸乙二酯(PET)為襯底，金屬鋁為光柵材料，使用光刻法制作的，但本發明并不以此為限。本領域技術人員也可以使用其它材料和方法制作出類似功能的二維納米線光柵，不局限于本發明中舉例的材料和工藝。例如該襯底還可以為ΒΚ7玻璃，光柵材料還可以為銦、金等金屬材料或液晶材料。
[0030]本實施例中，該二維納米線光柵I的厚度為1mm。光柵結構的狹縫間距在150nm左右，狹縫寬度與狹縫間距一致，光柵厚度大約80nm，此時光柵的分光作用對波長為500nm?SOOnm的激光效果顯著。但本發明并不以此為限。其中，該二維納米線光柵的厚度可以介于0.5mm至5mm之間，光柵結構的狹縫寬度和間距可以更寬，介于IOOnm?500nm之間，光柵厚度介于60nm?IOOnm之間。通過適當調節二維納米線光柵I的狹縫寬度、間距以及光柵厚度，可以改變入射光的透射率和反射率。一般的，狹縫寬度、間距越大，光柵厚度約小，此時二維納米線光柵I的透射率越高、反射率越低。本領域技術人員為選擇合適的出光功率或者檢測光功率，可以在制作光柵時適當調整二維納米線光柵I的狹縫寬度、間距以及光柵厚度。
[0031]本實施例中，二維納米線光柵I與入射激光形成的光入射角α為10。，但本發明并不以此為限，該入射角α可在0°與50°之間選擇。選擇不同的入射角，激光的透射率、被二維納米線光柵I反射的激光照射在光探測器2上的光強也會不同，入射角α與這兩者有比較嚴格的對應關系，光入射角α越大，被二維納米線光柵I反射的激光照射在光探測器2上的光強越小。本領域技術人員為選擇合適的出光功率或者監測光功率，可以調整入射角α的大小。
[0032]本實施例中，采用的光探測器為光電二極管(PIN)或雪崩光電管(APD)，但本發明并不以此為限，本領域技術人員可以根據需要來選擇合適測量范圍和精度的光探測器，此處不再贅述。
[0033]在本發明的另一個實施例中，還提供了一種應用上述激光功率監測組件的激光發射模塊。圖2為根據本發明實施例激光發射模塊的示意圖。請參照圖2，該激光發射模塊包括:管殼7，具有一基座及至少一信號管腳；依次排列的激光發射芯片4、光隔離器6和光透鏡陣列5，分別通過激光焊接技術焊接在管殼7的基座上，用于輸出準直激光光束；激光功率監測組件，其中，二維納米線光柵I對準準直激光光束設置，其通過激光焊接技術焊接在管殼的基座上，光探測器2靠近管殼設置，其信號輸出端通過金絲9電性連接至管殼7上相應的管腳8上。
[0034]本實施例中，激光由激光發射芯片4發射，經過隔離器2和光透鏡陣列5，照射在二維納米線光柵I上。由于二維納米線光柵I自身的特性，一定比例光透射過去，進入光纖連接器3，經過光纖長距離傳輸后進入探測器；另外一定比例的光從二維納米線光柵I表面反射，照射在光功率探測器2的光敏面上，產生光電流，由激光發射模塊管殼管腳8可以測量出光電流大小。[0035]在本發明的另一個示例性實施例中，還提供了一種應用上述激光功率監測組件的半導體光放大器(Semiconductor Optical Amplifier, S0A)模塊。圖3為根據本發明實施例半導體光放大器模塊的示意圖。請參照圖3，本實施例半導體光放大器模塊包括:管殼7，具有一基座及至少一信號管腳；依次排列的前端光纖連接器11、半導體放大芯片10、光隔離器6和光透鏡陣列5，分別通過激光焊接技術焊接在所述管殼7的基座上，用于輸出準直激光光束；激光功率監測組件，其中，二維納米線光柵I對準準直激光光束設置，其通過激光焊接技術焊接在所述管殼的基座上，光探測器2靠近管殼設置，其信號輸出端通過金絲9電性連接至管殼7上相應的管腳8上；后端光纖連接器12，通過激光焊接技術焊接在所述管殼7的基座上，用于將由二維納米線光柵I透射的激光引出該半導體光放大器。
[0036]本實施例中，激光由左側光纖連接器11進入，照射在半導體光放大芯片10的光敏面上，經放大的激光依次透射通過隔離器6和光透鏡陣列5，照射在二維納米線光柵I上。由于二維納米線光柵I自身的特性，一定比例光透射過去，進入光纖連接器12，經過光纖長距離傳輸后進入探測器；另外一定比例的光被二維納米線光柵I反射，照射在光探測器2的光敏面上，產生光電流，由激光發射模塊管殼管腳8可以測量出光電流大小。
[0037]眾所周知，SOA模塊中，出射光功率和波長監測也是很重要的。應用本實施例的SOA模塊，可以通過光探測器來檢測出射光強度和波長的變化，從而及時調整入射激光強度和波長。
[0038]至此，已經結合附圖對本發明三實施例進行了詳細描述。依據以上描述，本領域技術人員應當對本發明激光功率監測組件及應用其的激光發射模塊、光放大器有了清楚的認識。
[0039]此外，上述對各元件和方法的定義并不僅限于實施方式中提到的各種具體結構、形狀或方式，本領域的普通技術人員可對其進行簡單地熟知地替換，例如:
[0040](I)激光發射模塊不一定是標準的14pin蝶形(Butterfly)封裝，也可以是一側為高速射頻接口，另一側為Pin樣式的半蝶形封裝，甚至可以為三側pin樣式的蝶形封裝；
[0041](2)本發明也可應用于其他類似于SOA模塊采用光注入模式的激光模塊，例如有單側光注入的波長鎖定法布里一拍羅(Fabry-Perot, FP)激光器等。
[0042]綜上所述，本發明激光功率監測組件及應用其的激光發射模塊、半導體光放大器模塊提供一種新型的功率監測方式，通過加入一個二維納米線光柵，使得光探測器可以擺放在更靠近激光發射模塊管殼管腳的位置，縮短了連接光探測器電極與管腳的金絲的長度，從而操作更簡單容易，并且可以解決諸如SOA模塊和光注入模塊中光探測器布局難的問題。
[0043]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種激光功率監測組件，其特征在于，包括: 二維納米線光柵，具有一定厚度，其前表面具有光柵結構，激光以入射角α由其前表面入射，在所述光柵結構作用下，部分入射激光經過該二維金屬納米線光柵反射，偏離入射方向出射；以及 光探測器，光敏面朝向經所述二維納米線光柵反射的激光方向，用于探測被所述二維納米線光柵反射偏離入射方向激光的功率。
2.根據權利要求1所述的激光功率監測組件，其特征在于，所述二維納米線光柵的厚度介于0.5mm?5_之間。
3.根據權利要求2所述的激光功率監測組件，其特征在于，所述光柵結構中，狹縫寬度和狹縫間距均介于IOOnm?500nm之間，光柵厚度介于60nm?IOOnm之間。
4.根據權利要求3所述的激光功率監測組件，其特征在于，所述納米線光柵的厚度為Imm ； 所述光柵結構的狹縫間距為140nm,狹縫寬度為150nm,厚度為80nm。
5.根據權利要求1所述的激光功率監測組件，其特征在于，所述入射角α介于0°與50°之間。
6.根據權利要求5所述的激光功率監測組件，其特征在于，所述入射角α為10°。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的激光功率監測組件，其特征在于，所述二維納米線光柵中納米結構的材料為金屬材料或液晶材料。
8.根據權利要求至7中任一項所述的激光功率監測組件，其特征在于: 所述光探測器為光電二極管或雪崩光電管； 所述二維納米線光柵的光柵結構的材料為鋁、銦或金； 所述二維納米線光柵的襯底材料為聚對苯二甲酸乙二酯或ΒΚ7玻璃。
9.一種激光發射模塊，其特征在于，包括: 管殼，具有一基座及至少一信號管腳； 依次排列的激光發射芯片、光隔離器和光透鏡陣列，分別通過激光焊接技術焊接在所述基座上，用于輸出準直激光光束； 權利要求1至8中任一項所述的激光功率監測組件，其中，所述二維納米線光柵對準所述準直激光光束設置，其通過激光焊接技術焊接在所述基座上，所述光探測器靠近所述管殼設置，其信號輸出端電性連接至所述管殼上相應的信號管腳。
10.一種半導體光放大器，其特征在于，包括: 管殼，具有一基座及至少一信號管腳； 依次排列的前端光纖連接器、半導體放大芯片、光隔離器和光透鏡陣列，分別通過激光焊接技術焊接在所述基座上，用于輸出準直激光光束； 權利要求1至8中任一項所述的激光功率監測組件，其中，所述二維納米線光柵對準所述準直激光光束設置，其通過激光焊接技術焊接在所述基座上，所述光探測器靠近所述管殼設置，其信號輸出端電性連接至所述管殼上相應的信號管腳； 后端光纖連接器，通過激光焊接技術焊接在所述基座上，用于將由所述二維金屬納米線光柵透射的激光引出該半導體光放大器。
【文檔編號】H01S5/50GK103557937SQ201310529395
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月31日 優先權日:2013年10月31日
【發明者】常明超, 劉宇, 謝亮 申請人:中國科學院半導體研究所