專利名稱：為光學組件提供反饋的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及到為需要光發射器的種種應用中提供光反饋，更具體涉及到應用全息圖作為反饋機制。
一般地說，本發明涉及垂直腔表面發射激光器(VCSEL)。
VCSEL是一種半導體激光二極管，其中的激光振蕩與光發射發生于垂直PN結平面的方向。這種器件與更普遍使用的邊緣發射激光二極管相比有許多優越的性質。這些性質包括低的光束發散、圓形光輸出以及單一的縱模作業。此外，VCSEL器件是在可對各器件作晶片級測試的方式下制造。這些性質使得VCSEL在例如光數據存儲、數據通信與激光掃描器等的應用中有吸引力。
在采用半導體激光器的大多數系統中，要求能從動態上穩定和控制光輸出功率。在邊緣發射激光二極管中，上述要求通常是這樣地實現的允許由此激光二極管發射部分的光，即利用由此激光二極管的后向反射鏡反射的光進行偏壓控制，照射一光電探測器，后者產生一正比于激光二極管發出的光強的光電流。這一由光產生的光電流本身又驅動一控制激光器偏壓電流的反饋電路。但由于VCSEL的結構，后向反射鏡發射的光則為GaAs襯底吸收。這樣，應用后向反射鏡發射的光的系統不能用于偏壓控制。
曾嘗試過用單片集成的光電探測器從頂部或底部反射鏡來探測激光，見“Monolithic Integration of Photodetector with Verticol CavitySurface Emitting Laser”，G.Has nain et al.，Electronic Letters，Vol.27，No.18，Aug，29，1991，pp 1630-1632。這種裝置盡管具有吸引力，但復雜和可能要高價制作。還提出了集成橫向探測器，見“Feedback Mechanismfor Vertical Cavity surface Emitting lasers”，End Tabatataie，U.S.Patent No.5285466。這一種技術限于只能探測激光器發射的自發光。由此而形成了不與VCSEL的總的光功率成比例的光電流。
于是需要有為光學組件有效地對于光發射器提供自動光反饋的裝置和方法。
圖1以圖表形式表明了本發明的方法中各步驟的一種實施形式。
圖2是本發明的裝置的一種實施形式的流程圖。
圖3是本發明的裝置的一種實施形式的示意表示。
下面詳述最佳的實施形式。
本發明給光發射器提供了自動功率控制的反饋機制，從而為這種光發射器提供了輸入電流的自動調節。這種方法改進了半導體激光二極管的功率穩定性。
利用這種反饋機制的優點之一是，能使包含全息光學元件的整個組件與光發射器適配而不需作顯著的機械變動。反饋電流可以由全息光學元件的衍射效率控制，這是因為反射本領是由全息光學元件的結構確定。這方面的結構包括全息膜的折射率調制輻度、厚度與光柵構造。
此外，采用全息光學元件還能控制發送給光傳感器的光束尺寸，從而能讓人選用較既有技術可能有的更小型的探測器。
本發明應用全息圖將VCSEL頂面上發射的光一預定部分導引到相鄰分離的光電探測器上。這樣，所產生的光電流正比于VCSEL的總的光功率。此外，能把這種全息圖設計成反射預定百分比的總的光輸出功率。還能利用這種全息圖減少光傳感元件上的照明面積。這樣便可減小所需光電探測器的尺寸。
圖1以標號100表明本發明的方法中各步驟實施形式的圖表表示。這種方法為光學組件提供光反饋。此方法包括下述步驟A)響應輸入電流，用光發射器產生光束(102)；B)用部分反射全息光學元件/反射器將此光束的第一預定部分導引到從此部分反射全息光學元件/反射器射出，同時將此光束的第二預定部分衍射到光傳感器上(104)；C)根據設置用來接收此光束第二預定部分的光傳感器所接收此第二預定部分的光功率，產生用于光發射器輸入電流調節的反饋(106)。
上述部分反射全息光學元件/反射器可選擇為下述的一種A)全息膜上記錄的部分反射體全息光學元件；B)不同于部分反射體全息光學元件的衍射光學元件；以及C)按預定角度傾斜的部分反射面。所述光發射器通常是下述中之一A)邊緣發射激光器；B)垂直腔表面發射激光器；以及C)發光二極管。前述光傳感器一般至少要是光電探測器。
圖2中的標號200指表明本發明的裝置的一種實施形式的流程圖。這種為光學組件提供光反饋的裝置包括光發射器(202)、部分反射全息光學元件或反射器(204)以及光傳感器。光發射器(202)響應輸入電流而產生光束。部分反射全息光學元件/反射器(204)安裝成，允許此光束的第一預定部分從該反射全息光學元件/反射器出射，同時使此光束的第二預定部分衍射到光傳感器(206)。光傳感器(206)布置成可接收此光束的第二預定部分，根據所接收的這光束的第二預定部分的光功率，為上述光發射器的輸入電流調節產生反饋。一般，上述光傳感器(206)給為此光發射器(202)供給輸入電流的電流控制器(208)提供反饋電流。
在上述方法中，部分反射全息光學元件/反射器(202)通常是下述之中的一種A)全息膜上記錄的部分反射體全息光學元件；B)不同于部分反射體全息光學元件的衍射光學元件；以及C)依預定角度傾斜的部分反射面。光反射器(204)一般是下述中的一種A)邊緣發射激光器；B)垂直腔表面發射激光器；以及C)發光二極管。通常把光電探測器用作光傳感器(206)。
光存儲器可以利用本發明的裝置。典型的光存儲器有CD(光盤)播放機、DVD(數據視盤)播放機、CD只讀存儲器驅動器、磁光盤驅動器與激光盤播放機。
圖3中的標號300指本發明裝置一種實施形式的示意表示。在此實施形式中，這一裝置通常為封閉性單元，具有光發射器(302)、用來將激光束部分反射到光掃描器(306)上的部分反射全息光學元件或反射器(304)，后者還允許將另一預定部分的激光束傳送到此封閉性單元之外。
在不脫離本發明的精神與實質性特征的前提下，本發明還可以由其它具體形式實施。所描述的一些實施形式在其一切方面都只能視作為說明性的而非限制。因此，本發明的范圍應該是由后附權利要求書而不是由前面的描述指明。
在與權利要求書等效的意義與范圍內的所有變動都應包括在權利要求書的范圍內。
權利要求
1.為光學組件提供光反饋的裝置，它包括1A)光發射器，對輸入電流作出響應而產生光束；1B)部分反射全息光學元件/反射器，布置成允許上述光束的第一預定部分從此部分反射全息光學元件/反射器出射，并允許此光束的第二預定部分衍射到光傳感器；1C)光傳感器，布置成可接收上述光束的第二預定部分，而根據所接收的此光束的第二預定部分為用來調節該光發射器的輸入電流產生反饋。
2.權利要求1所述裝置，其中包括2A-2C中的至少一個；2A)部分反射全息光學元件/反射器，它是2A1-2A3中之一2A1)全息膜上記錄的部分反射體全息光學元件；2A2)不同于部分反射體全息光學元件的衍射光學元件；以及2A3)按預定角度傾斜的部分反射表面；2B)其中的光發射器是2B1-2B3中之一2B1)邊緣發射激光器；2B2)垂直腔表面發射激光器；以及2B3)發光二極管。
3.為光學組件中垂直腔表面發射激光器的自動功率控制提供光反饋的裝置，此裝置包括3A)光發射器，對輸入電流作出響應而產生光束；3B)部分反射全息光學元件，布置成允許上述光束的第一預定部分從此光學組件出射，同時允許上述光束的第二預定部分衍射到光電探測器；3C)光電探測器，布置成接收此光束的第二預定部分，并根據所接收的這一光束的第二預定部分的光功率產生反饋電流。
4.為光學組件提供光反饋的方法，此方法包括下述步驟4A)應用光發射器，響應輸入電流產生光束；4B)用部分反射全息光學元件/反射器將上述光束的第一預定部分導引到從此部分反射全息光學元件/反射器出射，并使此光束的第二預定部分衍射到光傳感器；4C)根據布置成接收所述光束第二預定部分的光傳感器所接收的此光束第二預定部分的光功率，產生為調節給予此光發射器的輸入電流的反饋。
5.權利要求4所述的方法，其中包括下述的5A-5C中的至少之一，5A)所述部分反射全息光學元件/反射器是以下的5A1-5A3中之一5A1)記錄在全息膜上的部分反射體全息光學元件；5A2)不同于部分反射體全息光學元件的衍射光學元件；以及5A3)按預定角度傾斜的部分反射表面；5B)所述光發射器是以下的5B1-5B3中之一5B1)邊緣發射激光器；5B2)垂直腔表面發射激光器；以及5B3)發光二極管。5C)所述光傳感器至少是光電探測器。
6.為光學組件中垂直腔表面發射激光器的自動功率控制提供光反饋的方法，它包括6A)應用光發射器，響應輸入電流產生光束；6B)應用部分反射全息光學元件將此光束的第一預定部分導引到從該部分反射全息光學元件出射，同時使此光束的第二預定部分衍射到光電探測器；6C)用布置成接收上述光束第二預定部分的上述光電探測器所接收的此光束第二預定部分的光功率，產生反饋以調節光發射器的輸入電流。
7.為光學組件提供光反饋的裝置，此裝置包括7A)光發射器，它響應輸入電流產生光束；7B)部分反射全息光學元件/反射器，它被布置成允許此光束的第一預定部分從此部分反射全息光學元件/反射器出射，并使此光束的第二預定部分衍射到光傳感器；7C)上述光傳感器安排成可接收此光束的第二預定部分，根據所接收的該光束的第二預定部分的光功率，產生反饋以調節該光發射器的輸入電流。
8.具有為光學組件提供光反饋的裝置的條形碼掃描器，其中此裝置包括8A)光發射器，它響應輸入電流產生光束；8B)部分反射全息光學元件/反射器，它被布置成允許此光束的第一預定部分從此部分反射全息光學元件/反射器出射，并使此光束的第二預定部分衍射到光傳感器；8C)上述光傳感器安排成可接收此光束的第二預定部分，根據所接收的該光束的第二預定部分的光功率，產生反饋以調節該光發射器的輸入電流。
9.具有為光學組件提供光反饋的裝置的光通信鏈路，其中此裝置包括9A)光發射器，它響應輸入電流產生光束；9B)部分反射全息光學元件/反射器，它被布置成允許此光束的第一預定部分從此部分反射全息光學文件/反射器出射，并使此光束的第二預定部分衍射到光傳感器；9C)上述光傳感器安排成可接收此光束的第二預定部分，根據可接收的該光束的第二預定部分的光功率，產生反饋、以調節該光發射器的輸入電流。
10.具有為光學組件提供光反饋的裝置的光存儲器，其中此裝置包括10A)光發射器，它響應輸入電流產生光束；10B)部分反射全息光學元件/反射器，它被布置成允許此光束的第一預定部分從此部分反射全息光學元件/反射器出射，并使此光束的第二預定部分衍射到光傳感器；10C)上述光傳感器安排成可接收此光束的第二預定部分，根據所接收的該光束的第二預定部分的光功率，產生反饋以調節該光發射體發光器的輸入電流，以及可選擇，10D)其中的光存儲器則是下述10D1-10D5中之一10D1)光盤播放機；10D2)數字視盤播放機；10D3)光盤只讀存儲器驅動器；10D4)磁光盤驅動器；及10D5)激光盤播放機。
全文摘要
本發明提供了為給光學組件提供光反饋的裝置(200,300)與方法(100)。此裝置包括:光發射器響應輸入電流(208)而產生光束;部分反射全息光學元件/反射器(204),布置成可使此光束的第一預定部分從該部分反射全息光學元件/反射器出射,同時使此光束的第二預定部分衍射到光傳感器;上述的光傳感器,它安排成可接收這光束的第二預定部分并根據所接收的此光束第二預定部分的光功率,產生反饋以調節該光發射器的輸入電流。
文檔編號H01S5/022GK1197510SQ97190901
公開日1998年10月28日 申請日期1997年7月11日 優先權日1996年7月16日
發明者葉展宏, 奧斯汀V·哈頓, 蔣文斌, 邁克爾·萊比, 丹尼爾M·盧瑞, 詹姆斯J·莫里庫恩尼, 卡爾·懷亞特 申請人:摩托羅拉公司