[发明专利]激光器和检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及光学装置，具体来说，涉及激光器和光检测器。 

背景技术

典型的激光器包括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 Lasers：VCSELS)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”。