CN103557936B - 激光功率监测组件及应用其的激光发射模块、光放大器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光功率监测组件及应用其的激光发射模块、光放大器。该激光功率监测组件包括：纳米线光栅，具有一定厚度，其前表面具有光栅结构，激光以入射角α由其背面入射，在光栅结构作用下，部分入射激光由该纳米线光栅厚度方向引出；以及光探测器，其光敏面正对纳米线光栅的厚度方向设置，用于探测由纳米线光栅厚度方向出射激光的功率。本发明通过加入纳米线光栅，将预设比例的入射激光引入偏离入射方向的侧面，由放置于侧面的光探测器来侦测激光功率，由该激光功率可以得出整个入射激光的功率，金属纳米线光栅和光探测器均不会阻挡入射激光，方便了光探测器的布局。

Description

激光功率监测组件及应用其的激光发射模块、光放大器

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种激光功率监测组件及应用其的激光器和光放大器。

背景技术

光通信技术已成为现代通信的最主要支柱，在现代通信中起着中流砥柱的作用。同时，光通信作为一门逐步走向成熟的新兴技术，其近年来迅猛的发展速度是通信史上罕见的。光通信注定成为未来信息社会中各种信息的主要传送工具。

光通信中的关键电子器件是高速光发射模块(激光器)和高速光接收模块(光探测器)。对于高速光发射模块来说，通常采用光探测器来检测激光器前光信号的快速响应和发射光功率以及波长的变化，以期对激光工作状态进行实时调整。现在通常的激光发射模块中，光探测器处于激光发射芯片的后端，不利于光探测器电极引出。例如在蝶形管壳封装中，为了引出激光发射芯片后方光探测器的两个电极，需要较长的金丝来连接光探测器电极和管壳上的管脚，这无疑增加了操作难度，并且较长的金丝使激光发射模块整体的抗震性与可靠性降低。

此外，在制作半导体光放大器(SOA)模块时，入射激光由SOA芯片背面入射，经过SOA芯片放大后从芯片正面出射。这时在SOA芯片背面放置光探测器会阻挡入射激光进入SOA芯片，所以一般的SOA模块中没有放置光探测器。在光注入激光发射模块中，当注入光由激光芯片背面注入时，也会出现同样的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种激光功率监测组件及应用其的激光器，以解决光探测器在激光发射模块、半导体光放大器和光注入激光发射模块中无法布局的问题。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种激光功率监测组件。该激光功率监测模块包括：纳米线光栅，具有一定厚度，其前表面具有光栅结构，激光以入射角α由其背面入射，在光栅结构作用下，部分入射激光由该纳米线光栅厚度方向引出；以及光探测器，其光敏面正对纳米线光栅的厚度方向设置，用于探测由纳米线光栅厚度方向出射激光的功率。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种激光发射模块。该激光发射模块包括：管壳，具有一基座和至少一信号管脚；依次排列的激光发射芯片、光隔离器和光透镜阵列，分别通过激光焊接技术焊接在基座上，用于输出准直激光光束；上述的激光功率监测组件，其中，金属纳米线光栅对准准直激光光束设置，其通过激光焊接技术焊接在基座上，光探测器靠近管壳设置，其信号输出端电性连接至管壳上相应的信号管脚。

根据本发明的再一个方面，还提供了一种半导体光放大器。该半导体光放大器包括：管壳，具有一基座和至少一信号管脚；依次排列的前端光纤连接器、半导体放大芯片、光隔离器和光透镜阵列，分别通过激光焊接技术焊接在基座上，用于输出准直激光光束；上述的激光功率监测组件，其中，金属纳米线光栅对准准直激光光束设置，其通过激光焊接技术焊接在管壳的基座上；光探测器靠近管壳设置，其信号输出端电性连接至管壳上的相应的信号管脚；后端光纤连接器，其通过激光焊接技术焊接在管壳的基座上，用于将由金属纳米线光栅透射的激光引出该半导体光放大器。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明激光功率监测组件及应用其的激光发射模块、光放大器具有以下有益效果：

(1)通过加入纳米线光栅，将预设比例的入射激光引入偏离入射方向的侧面，由放置于侧面的光探测器来侦测激光功率，由该激光功率可以得出整个入射激光的功率，金属纳米线光栅和光探测器均不会阻挡入射激光，方便了光探测器的布局；

(2)在应用该激光功率监测模块的激光发射模块和光放大器中，光探测器可以摆放在更靠近管壳管脚的位置，缩短了连接光探测器电极与管脚的金丝的长度，从而操作更简单容易。

附图说明

图1为根据本发明实施例激光功率监测组件的示意图；

图2为根据本发明实施例激光发射模块的示意图；

图3为根据本发明实施例光放大器的示意图。

【主要元件】

1-金属纳米线光栅；    2-光探测器；

3-光纤连接器；        4-激光发射芯片；

5-光透镜阵列；        6-光隔离器

7-管壳；              8-管壳管脚；

9-金丝；              10-半导体放大芯片；

11-前端光纤连接器；   12-后端光纤连接器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。

本发明激光功率监测组件及应用其的激光器通过加入金属纳米线光栅，将预设比例的入射激光引入偏离入射方向的侧面，由放置于侧面的光探测器来侦测激光功率，金属纳米线光栅和光探测器均不会阻挡入射激光，方便了光探测器的布局。

在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种激光功率监测组件。图1为本发明实施例激光功率监测组件的示意图。请参照图1，该激光功率监测组件包括：纳米线光栅，具有一定厚度，其前表面具有光栅结构，入射激光以入射角α由其背面入射，在光栅结构作用下，部分入射激光由该纳米线光栅厚度方向引出；光探测器，其光敏面正对纳米线光栅的厚度方向设置，用于探测由纳米线光栅厚度方向出射激光的功率。

本实施例中，纳米线光栅1是以BK7玻璃为衬底，金属铝为光栅材料，使用光刻法制作的，当然，该纳米线光栅也可以使用其它材料和方法制作出类似功能的光栅，不局限于本实施例的材料和工艺。例如该衬底还可以为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，光栅材料还可以为铟、金等金属材料或液晶材料。

本实施例中，该纳米线光栅1的厚度为1mm。光栅结构的狭缝间距在140nm，狭缝宽度为150nm左右，此时从光栅的分光作用对波长为300nm～450nm的激光有效，但本发明并不以此为限。其中，该金属纳米线光栅的厚度可以介于0.5mm至5mm之间，光栅结构的狭缝间距可以介于100nm～200nm之间，狭缝宽度可以介于100nm～350nm之间。通过金属纳米线光栅1的狭缝间距和宽度适当调节，可以改变入射激光的透射率以及从金属纳米线光栅1侧面出射的照射在光探测器2上的光强。一般的，狭缝间距越大，狭缝宽度越大，此时透射光比例越高，本领域技术人员为选择合适的出光功率或者检测光功率，可以在制作光栅时适当调整光栅狭缝间距和宽度。

本发明中，纳米线光栅1与入射激光形成的入射角α为15°，但本发明并不以此为限，该入射角α可在0°与50°之间选择。选择不同的入射角，激光的透射率、从纳米线光栅1侧面出射的照射在光探测器2上的光强也会不同，入射角α与这两者有比较严格的对应关系，光入射角α越大，从纳米线光栅1侧面出射的照射在光探测器2上的光强越小。本领域技术人员为选择合适的出光功率或者监测光功率，可以调整入射角α的大小。

本实施例中，采用的光探测器为光电二极管(PIN)或雪崩光电管(APD)，但本发明并不以此为限，本领域技术人员可以根据需要来选择合适测量范围和精度的光探测器，此处不再赘述。

在本发明的另一个实施例中，还提供了一种应用上述激光功率监测组件的激光发射模块。图2为根据本发明实施例激光发射模块的示意图。请参照图2，本实施例激光发射模块包括：管壳7，具有一基座和至少一信号管脚；依次排列的激光发射芯片4、光隔离器6和光透镜阵列5，分别通过激光焊接技术焊接在所述管壳7的基座上，用于输出准直激光光束；激光功率监测组件，其中，纳米线光栅1对准所述准直激光光束设置，通过激光焊接技术焊接在所述管壳7的基座上，光探测器2靠近管壳设置，其信号输出端通过金丝9电性连接至管壳7上相应的管脚8上。

本实施例中，激光由激光发射芯片4发射，经过隔离器6和光透镜阵列5，照射在纳米线光栅1上。由于纳米线光栅1自身的特性，一定比例光透射过去，进入光纤连接器，经过光纤长距离传输后进入探测器；另外一定比例的光从金属纳米线光栅1厚度方向出射，照射在光探测器2的光敏面上，产生光电流，由激光发射模块管壳管脚8可以测量出光电流大小。

在本发明的另一个示例性实施例中，还提供了一种应用上述激光功率监测组件的半导体光放大器(Semiconductor Optical Amplifier，SOA)。图3为根据本发明实施例半导体光放大器的示意图。请参照图3，本实施例半导体光放大器包括：管壳7，具有一基座和至少一信号管脚；依次排列的前端光纤连接器11、半导体放大芯片10、光隔离器6和光透镜阵列5，分别通过激光焊接技术焊接在所述管壳7的基座上，用于输出准直激光光束；激光功率监测组件，其中，金属纳米线光栅1对准所述准直激光光束设置，通过激光焊接技术焊接在所述管壳的基座上，光探测器2靠近管壳设置，其信号输出端通过金丝9电性连接至管壳7上相应的信号管脚8上；后端光纤连接器12，通过激光焊接技术焊接在所述管壳7的基座上，用于将由金属纳米线光栅1透射的激光引出该半导体光放大器。

本实施例中，激光由左侧光纤连接器11进入，照射在半导体光放大芯片10的光敏面上，经放大的激光依次透射通过隔离器6和光透镜阵列5，照射在金属纳米线光栅1上。由于金属纳米线光栅1自身的特性，一定比例光透射过去，进入光纤连接器12，经过光纤长距离传输后进入探测器；另外一定比例的光从金属纳米线光栅1厚度方向出射，照射在光探测器2的光敏面上，产生光电流，由激光发射模块管壳管脚8可以测量出光电流大小。

众所周知，SOA模块中，出射光功率和波长监测也是很重要的。应用本实施例的SOA模块，可以通过光探测器来检测出射光强度和波长的变化，从而及时调整入射激光强度和波长。

至此，已经结合附图对本发明三实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明激光功率监测组件及应用其的激光发射模块、光放大器有了清楚的认识。

此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施方式中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域的普通技术人员可对其进行简单地熟知地替换，例如：

(1)激光发射模块不一定是标准的14pin蝶形(Butterfly)封装，也可以是一侧为高速射频接口，另一侧为pin样式的半蝶形封装，甚至可以为三侧pin样式的蝶形封装；

(2)本发明也可应用于其他类似于SOA模块采用光注入模式的激光模块，例如有单侧光注入的波长锁定法布里-珀罗(Fabry—Perot，FP)激光器等。

综上所述，本发明激光功率监测组件及应用其的激光发射模块、半导体光放大器模块提供一种新型的功率监测方式，通过加入一个金属纳米线光栅，使得光探测器可以摆放在更靠近激光发射模块管壳管脚的位置，缩短了连接光探测器电极与管脚的金丝的长度，从而操作更简单容易，并且可以解决诸如SOA模块和光注入模块中光探测器布局难的问题。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种激光功率监测组件，其特征在于，包括：

纳米线光栅，其厚度介于0.5mm～5mm之间，其前表面具有光栅结构，激光以入射角α由其背面入射，在所述光栅结构作用下，部分入射激光由该纳米线光栅透射，部分入射激光由该纳米线光栅厚度方向引出，其中，所述入射角α介于0°与50°之间；以及

光探测器，其光敏面正对所述纳米线光栅的厚度方向设置，用于探测由所述纳米线光栅厚度方向出射激光的功率。

2.根据权利要求1所述的激光功率监测组件，其特征在于，所述光栅结构中，狭缝宽度介于100nm～350nm之间，狭缝间距介于100nm～200nm之间。

3.根据权利要求2所述的激光功率监测组件，其特征在于，所述纳米线光栅的厚度为1mm；光栅结构的狭缝间距为140nm，狭缝宽度为150nm。

4.根据权利要求1所述的激光功率监测组件，其特征在于，所述入射角α为15°。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的激光功率监测组件，其特征在于，所述纳米线光栅中光栅结构的材料为金属材料或液晶材料。

6.根据权利要求5所述的激光功率监测组件，其特征在于，所述纳米线光栅中光栅结构的材料为铝、铟或金；

所述光探测器为光电二极管或雪崩光电管；

所述纳米线光栅的衬底材料为BK7玻璃或聚对苯二甲酸乙二酯。

7.一种激光发射模块，其特征在于，包括：

管壳，具有一基座和至少一信号管脚；

依次排列的激光发射芯片、光隔离器和光透镜阵列，分别通过激光焊接技术焊接在所述基座上，用于输出准直激光光束；

权利要求1至6中任一项所述的激光功率监测组件，其中，所述纳米线光栅对准所述准直激光光束设置，其通过激光焊接技术焊接在所述基座上，所述光探测器靠近所述管壳设置，其信号输出端电性连接至所述管壳上相应的信号管脚。

8.一种半导体光放大器，其特征在于，包括：

管壳，具有一基座和至少一信号管脚；

依次排列的前端光纤连接器、半导体放大芯片、光隔离器和光透镜阵列，分别通过激光焊接技术焊接在所述基座上，用于输出准直激光光束；

权利要求1至6中任一项所述的激光功率监测组件，其中，所述纳米线光栅对准所述准直激光光束设置，其通过激光焊接技术焊接在所述管壳的基座上；所述光探测器靠近所述管壳设置，其信号输出端电性连接至所述管壳上的相应的信号管脚；

后端光纤连接器，其通过激光焊接技术焊接在所述管壳的基座上，用于将由所述纳米线光栅透射的激光引出该半导体光放大器。