CN103293716A

CN103293716A - 光学隔离to-can

Info

Publication number: CN103293716A
Application number: CN2012105393402A
Authority: CN
Inventors: 叶先立; 陈倜嵘
Original assignee: YEH XIAN LI US; YEH XIAN-LI [US]
Current assignee: YEH XIAN LI US; YEH XIAN-LI [US]
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2013-09-11
Also published as: US20130222908A1

Abstract

一种光学隔离TO-can，包括带有电连接的封头、安装在封头上的激光二极管、和位于激光二极管之上以便封装并且密闭地密封激光二极管的透镜盖。该光学隔离TO-can包括邻近激光二极管并且在由激光二极管产生的光的光路中的、位于TO-can中的光学隔离器。

Description

光学隔离TO-CAN

相关申请的交叉引用

本申请要求在2012年2月24日提交的美国临时专利申请No.61/603,027的权益。

技术领域

本发明涉及半导体激光器从光纤的光学隔离。

背景技术

在现代电信和数据通信中，半导体激光器，主要地分布反馈（DFB）激光器和法布里-珀罗（FP）激光器，通常被用于经由光纤传输信号。FP激光器通常被用于短距离传输（例如，低于2km），而DFB激光器通常被用于在2km和80km之间的距离传输。这些激光器通常被封装在TO-Can（晶体管外形罐）中，TO-Can继而在被安装到光学收发器模块中之前被组装到光发射子组件（TOSA）或者双向光学子组件（BiDi）中。不象FP激光器，DFB激光器通过基于Bragg（布拉格）反射的内置光栅产生单一波长光学输出。DFB激光器对于通过前小平面到激光器腔中的外部光学反馈非常敏感。从光学元件诸如被耦合到DFB激光器的输出面的耦合透镜和/或光纤端面的小反射和/或从光纤网络（诸如光纤连接器或者检测器）的远端部的反射能够引起有害的反馈。

光学反射或者反馈将引起DFB激光器的显著的性能劣化，诸如边模抑制比减小或者相对强度噪声增加和激光线宽度加宽。在某些情形中，另一个光学模式能够变得如此之强，以至激光器不再具有单一模式输出。这些性能劣化继而在信号传输中引起误差，使得收发器模块将不能满足系统规范。

为了减小由光学反馈引起的激光器性能劣化，通常在TO-can和光纤的端部之间安装光学隔离器。通常被用于这种应用的光学隔离器由具有与DFB激光器相同的偏振的输入偏振器、具有45度旋转的法拉第旋转器和关于第一或者输入偏振器具有45度偏振的出射偏振器构成。光学隔离器使得激光器的输出穿过但是将阻挡来自光纤端部的光反馈（能够在现有技术文献中找到光学隔离器的原理）。

然而，随着对于DFB激光器的需求增加，对于结合DFB的、较低成本的装置的市场压力也有增加。对于当前的市场需要而言，用于在DFB、TOSA或者BiDi装置中的光学隔离的现有封装方法变得成本太高。

因此，纠正在现有技术中固有的、前面的和其它的缺陷将是非常有利的。

相应地，本发明的目的在于提供新的和改进的光学隔离TO-Can。

本发明的另一个目的在于提供更易于制造和更便宜的、新的和改进的光学隔离TO-can。

本发明的另一个目的在于提供光学地隔离激光器和光纤以实现精确的偏振校准并且实现精确的定位放置的、新的和改进的方法。

发明内容

简要地，为了根据优选实施例实现本发明所期望的目的，提供了一种光学隔离TO-can，该光学隔离TO-can包括带有电连接的封头（header）、安装在封头上的激光二极管、和位于激光二极管之上以便封装并且密闭地密封激光二极管的透镜盖。该光学隔离TO-can包括邻近激光二极管并且在由激光二极管产生的光的光路中的、位于TO-can中的光学隔离器。在该优选实施例中，透镜与激光二极管的间隔根据等于光学隔离器的实际厚度减去光学隔离器的有效厚度的距离增加，并且光学隔离器位于TO-can内足够靠近激光二极管以基本上减小所要求的孔径尺寸。

进一步根据一种制造光学隔离TO-can的优选方法实现了本发明所期望的目的，该光学隔离TO-can包括带有电连接的封头、安装在封头上的激光二极管、和位于激光二极管之上以便封装并且密闭地密封激光二极管的透镜盖，并且该透镜盖包括在其端部中的透镜，该透镜与激光二极管间隔开并且被定位成将光路中的所产生的光导引到光纤中。该方法包括邻近激光二极管并且在由激光二极管产生的光的光路中、在TO-can中定位光学隔离器并且调节激光二极管与透镜的间隔以补偿光学隔离器的步骤。优选地，该方法进一步包括在TO-can内将光学隔离器定位得足够靠近激光二极管以基本上减小所要求的孔径尺寸的步骤。

附图简要说明

结合附图，根据其优选实施例的以下详细说明，对于本领域技术人员而言，本发明前面的以及进一步的和更加具体的目的和优点将变得显而易见，其中：

图1是典型的现有技术光学激光器耦合系统的简化侧视图；

图2是根据本发明的光学隔离TO-can激光器系统的透视图；

图3是具有虚线示出的TO-can的图2的光学隔离TO-can激光器系统的前视图；

图4是具有虚线示出的TO-can的图2的光学隔离TO-can激光器系统的侧视图；

图5是所产生的光的漫射和到光纤上的聚焦的示意图；

图6是根据本发明的光学隔离TO-can激光器系统的另一个示例的前视图；以及

图7是根据本发明的光学隔离TO-can激光器系统的另一个示例的透视图。

具体实施方式

现在转向图1，示意了典型的现有技术光学激光器耦合系统10的简化侧视图。系统10包括以在现有技术中众所周知的方式在TO-can 12中安装的激光器。如以上解释地，激光器通常是最易受到反馈光影响的DFB激光器。由TO-can 12内的激光器产生的激光通过包括聚焦透镜的TO-can 12的上端输出、通过光学隔离器14，并且进入光纤16中。在典型的TOSA中，光纤16是光纤插芯（fiber stub），该光纤插芯是将激光束光学耦合到输出插座的配对抛光光纤段。然后通过将光纤插入输出插座中，TOSA能够被方便地耦合到光纤传输系统。

光学隔离器14是包括具有与TO-can 12中的DFB激光器相同的偏振的输入偏振器18的典型的隔离器。隔离器14进一步包括将入射光的偏振旋转45度的法拉第旋转器19和相对于偏振器18的偏振具有45度偏振的出射偏振器20。如在本技术领域中理解地，来自激光器的光在TO-can 12的透镜盖中的聚焦透镜处偏离至最大光束直径。聚焦透镜然后将光聚焦或者汇聚到光纤16的表面上。因此，隔离器14的孔径必须足够大以容纳光束直径。这种系统存在的一个主要问题在于难以将隔离器14中的偏振器与TO-can 12中的激光器对准。

现在参考图2-4，示意了根据本发明的光学隔离TO-can激光器系统50。系统50包括带有被以已知的方式附接的基部或者封头54和透镜盖56的TO-can 52。TO-can基部54具有通过其向下延伸的插入式引线58。至少两根引线58具有在上端（TO-can 52内）处形成的电触点60，以提供到在TO-can 52中包括的激光二极管和任何光电二极管或者其它装置的内部连接。安装块或者部件安装结构62被固定到基部54的上表面并且激光二极管64被固定到内表面使得激光二极管64的发射面在TO-can 52中近似水平地居中。光学隔离器70被固定到激光二极管64的上表面。

如可在图4中看到地，透镜盖56被与在激光二极管64之上的基部54和光学隔离器70接合以便封装并且密闭地密封所述构件。透镜盖56通常包括在其上端中安装的非球面透镜或者球透镜74。透镜74将在激光二极管64中产生的光聚焦到在透镜盖56的外部上表面中形成的开口或者凹陷76中接合的或者否则与其光学地配对和对准的光纤的抛光端面。在图5中概略地示意了所产生的光的漫射和到光纤上的聚焦。

具体地参考图5，在它在安装块62上的安装位置中示意了激光器64。包括带有磁体95（而非闭锁石榴石）和45度偏振器86的法拉第旋转器84的隔离器70被固定到激光器64的光路中的安装块62。透镜盖56密闭地密封接合固定到基部或者封头54。如在该图中概略地示意的，来自激光器64的光向外漫射到透镜74。透镜74被定位成将光聚焦或者汇聚到光纤92的端面或者抛光小平面90上。如在本技术领域中理解并且在这里以简化形式示意地，光纤92的小平面90基本与激光器64的光输出成8度地定向以进一步减少被反射回激光器64中的光。

具体地参考光学隔离器70，能够在某些应用中使用包括第一或者输入45度偏振器、法拉第旋转器和第二或者输出45度偏振器的完整的隔离器。因为非常靠近激光二极管64的小平面或者输出地放置隔离器70，所以隔离器孔径比现有技术隔离器小得多，使得隔离器70的成本比现有技术隔离器低得多。在密闭地密封的环境内在TO-can 52内放置隔离器70的另一个优点在于，隔离器70不受水的冷凝或者该系统在其中操作的其它污染的影响，并且因此，系统的可靠性得以改进。

为了进一步减小成本，隔离器70能够包括半隔离器，而非整个隔离器。半隔离器70仅仅包括在图2-4中标为84的法拉第旋转器，和标为86的出射偏振器。在该示例中，省略了输入偏振器以进一步减小成本。应该理解，半隔离器不能防止全部光学反馈到达激光器64的小平面。具有垂直于出射偏振器86的偏振的光被偏振器阻挡，而具有平行于出射偏振器86的偏振的光将带有另外的45度旋转地穿过法拉第旋转器84使得在激光器64上的冲击（impact）将具有垂直于激光器64的输出光束的偏振的偏振。因此，相对于当反射光束具有与激光束输出偏振相同的偏振时的情形，对于激光器64的干扰不是那么显著。

在本发明的一个工作示例中，激光器64是具有1490nm波长的DFB激光器并且隔离器70是包括厚度为440um的、具体为闭锁石榴石的法拉第旋转器84（即不带外部磁体的法拉第旋转器），和厚度为200um的出射偏振器86的半隔离器。通过在激光器64的输出小平面和透镜盖56之间放置隔离器70，半隔离器的有效厚度为

T_garnet/R_garnet+T_polar/R_polar=440um/2.317+200um/1.51=322um。

其中：T_garnet=石榴石的厚度；

R_garnet=石榴石的折射率；

T_polar=偏振器的厚度；并且

R_polar=偏振器的折射率。

为了为透镜74维持相同的放大率，当在光路中插入半隔离器时，有效激光器到透镜距离应该保持相同。因此，所要补偿的距离等于半隔离器70的实际厚度减去半隔离器70的有效厚度，即为640um-322um=310um。因此，如与例如在图1的系统中的间隔相比，在安装有半隔离器70时，激光二极管64应该与透镜盖56进一步间隔开310um。将会理解，对于不同的波长，旋转器的厚度将是不同的（例如对于1310nm波长，上述旋转器的厚度将是更薄的），从而导致不同的距离补偿。

能够被应用于任何旋转器的一般补偿等式为：

T_rotator/R_rotator+T_polar/R_polar。

其中：T_rotator=旋转器的厚度；

R_rotator=旋转器的折射率；

T_polar=偏振器的厚度；并且

R_polar=偏振器的折射率。

当在带有DFB激光器的系统50的TO-can 52中使用半隔离器70时，使得出射偏振器86的偏振准确地对准从激光器偏振的45度是重要的。如上所述，当反馈或者反射光在半隔离器70上入射时，它将穿过出射偏振器86，但是将被旋转器84旋转45度，使得它对于DFB激光器的影响将大大地减小。

在TO-can 52内放置半隔离器的另一个优点在于，结合面（安装块62的前表面）被明确地限定并且平行于激光器输出偏振使得准确地45度差异的要求能够相对容易地得以满足。不同于使用传统的人工组装过程组装隔离器70，能够使用既准确又快速的自动环氧树脂裸片结合器将隔离器放置在晶体管外形安装块（TO mounting block）上。

另外地参考图6，示意了标为90的隔离器的另一个示例。在该示例中，隔离器90包括带有被定位于法拉第旋转器94的一侧的外部磁体95（而非闭锁石榴石）的法拉第旋转器94和45度偏振器96。另外地参考图7，示意了标为90’的隔离器的另一个示例。在该示例中，隔离器90’包括带有位于法拉第旋转器94’顶部上的外部磁体95’的法拉第旋转器94’。将会理解，用于法拉第旋转器的磁体能够被放置在各种位置中并且也可以使用其它旋转器和偏振器，并且本发明的重要概念在于邻近于激光器小平面将隔离器集成到TO-can中。事实上，期望尽可能靠近激光器前小平面放置隔离器，使得全部发散激光束（见图5）将通过前或者底部隔离器表面进入隔离器并且在该光束的任何部分都不撞击侧壁时穿过隔离器。

因此，示意并且描述了一种新的和改进的光学隔离系统。该改进的光学隔离系统是相对不昂贵的并且易于制造。通过在TO-can内并且靠近激光器小平面放置光学隔离器，基本上减小了所要求的孔径尺寸，从而基本上减小了隔离器的尺寸和成本。而且，通过使用自动环氧树脂裸片结合器，能够快速且方便地在TO-can内放置隔离器。因此，公开了新的和改进的光学地隔离激光器和光纤的方法以实现精确的偏振校准并且实现精确的定位放置。

本领域技术人员将易于想到为了示意的意图选择的、对于这里的实施例的各种改变和修改。在这种修改和变化并不偏离本发明精神的程度上，它们旨在被包括在其仅仅通过以下权利要求的合理解释而评定的范围内。

已经利用使得本领域技术人员能够理解并且实践本发明的这样的清晰和简明的术语充分地描述了本发明，本发明的权利要求如下。

Claims

1.一种光学隔离TO-can，包括：带有电连接的封头；安装在所述封头上的激光二极管；以及位于所述激光二极管之上以便封装并且密闭地密封所述激光二极管的透镜盖，所述光学隔离TO-can包括邻近所述激光二极管并且在由所述激光二极管产生的光的光路中的、位于所述TO-can中的光学隔离器。

2.根据权利要求1所述的光学隔离TO-can，其中所述光学隔离器包括光学旋转器和45度偏振器。

3.根据权利要求2所述的光学隔离TO-can，其中所述光学旋转器包括带有相关联磁体的法拉第旋转器。

4.根据权利要求2所述的光学隔离TO-can，其中所述光学旋转器包括闭锁石榴石。

5.根据权利要求1所述的光学隔离TO-can，其中所述光学隔离器包括具有与所述激光二极管相同的偏振的输入偏振器、将入射光的偏振旋转45度的光学旋转器、以及关于所述输入偏振器具有45度偏振的出射偏振器。

6.根据权利要求1所述的光学隔离TO-can，其中所述透镜盖包括在其端部中的透镜，所述透镜与所述激光二极管间隔开并且被定位成将所产生的光导引到光纤中。

7.根据权利要求6所述的光学隔离TO-can，其中所述透镜与所述激光二极管的间隔根据等于所述光学隔离器的实际厚度减去所述光学隔离器的有效厚度的距离增加。

8.根据权利要求7所述的光学隔离TO-can，其中所述光学隔离器的有效厚度包括T_rotator/R_rotator+T_polar/R_polar，其中：T_rotator=所述旋转器的厚度，R_rotator=所述旋转器的折射率，T_polar=所述偏振器的厚度，并且R_polar=所述偏振器的折射率。

9.根据权利要求1所述的光学隔离TO-can，其中所述光学隔离器位于所述TO-can内足够靠近所述激光二极管以基本上减小孔径尺寸。

10.一种光学隔离TO-can，包括：

封头，所述封头带有相关联电引线和部件安装结构；

激光二极管，所述激光二极管被安装在所述部件安装结构上并且定位成一般垂直于所述封头地导引所产生的光；

光学隔离器，所述光学隔离器被安装在所述部件安装结构上并且邻近所述激光二极管定位，所述光学隔离器从所述激光二极管接收所产生的光并且垂直地从所述封头将所产生的光导引开；以及

透镜盖，所述透镜盖被与所述封头接合并且位于所述激光二极管和所述光学隔离器之上以便封装并且密闭地密封所述激光二极管和所述光学隔离器，所述透镜盖被设计成光学地与在外部定位的光纤配对和对准，所述透镜盖包括在其端部中的透镜，所述透镜与所述激光二极管间隔开并且被定位成将所产生的光导引到所述光纤中。

11.根据权利要求10所述的光学隔离TO-can，其中所述光学隔离器包括光学旋转器和45度偏振器。

12.根据权利要求11所述的光学隔离TO-can，其中所述光学旋转器包括带有相关联磁体的法拉第旋转器。

13.根据权利要求11所述的光学隔离TO-can，其中所述光学旋转器包括闭锁石榴石。

14.根据权利要求10所述的光学隔离TO-can，其中所述光学隔离器包括具有与所述激光二极管相同的偏振的输入偏振器、将入射光的偏振旋转45度的光学旋转器、以及关于所述输入偏振器具有45度偏振的出射偏振器。

15.根据权利要求10所述的光学隔离TO-can，其中所述透镜与所述激光二极管的间隔根据等于所述光学隔离器的实际厚度减去所述光学隔离器的有效厚度的距离增加。

16.根据权利要求10所述的光学隔离TO-can，其中所述光学隔离器位于所述TO-can内足够靠近所述激光二极管以基本上减小孔径尺寸。

17.一种制造光学隔离TO-can的方法，所述光学隔离TO-can包括带有电连接的封头、安装在所述封头上的激光二极管、和位于所述激光二极管之上以便封装并且密闭地密封所述激光二极管的透镜盖，并且所述透镜盖包括在其端部中的透镜，所述透镜与所述激光二极管间隔开并且被定位成将在光路中的所产生的光导引到光纤中，所述方法包括邻近所述激光二极管并且在由所述激光二极管产生的光的光路中在所述TO-can中定位光学隔离器并且调节所述激光二极管与所述透镜的间隔以补偿所述光学隔离器的步骤。

18.根据权利要求17所述的方法，其中定位所述光学隔离器的步骤包括提供包括光学旋转器和45度偏振器的光学隔离器。

19.根据权利要求17所述的方法，其中提供所述光学隔离器的步骤包括提供带有相关联磁体的法拉第旋转器。

20.根据权利要求17所述的方法，其中提供所述光学隔离器的步骤包括提供闭锁石榴石。

21.根据权利要求17所述的方法，其中提供所述光学隔离器的步骤包括提供具有与所述激光二极管相同的偏振的输入偏振器、将入射光的偏振旋转45度的光学旋转器、以及关于所述输入偏振器具有45度偏振的出射偏振器。

22.根据权利要求17所述的方法，其中调节所述激光二极管与所述透镜的间隔的步骤包括根据等于所述光学隔离器的实际厚度减去所述光学隔离器的有效厚度的距离增加所述间隔。

23.根据权利要求22所述的方法，其中所述光学隔离器的有效厚度包括T_rotator/R_rotator+T_polar/R_polar，其中：T_rotator=所述旋转器的厚度，R_rotator=所述旋转器的折射率，T_polar=所述偏振器的厚度，并且R_polar=所述偏振器的折射率。

24.根据权利要求17所述的方法，其中在所述TO-can内定位所述光学隔离器的步骤包括将所述光学隔离器定位得足够靠近所述激光二极管以基本上减小孔径尺寸。