CN104350652A - 具有波长稳定化装置的激光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及TO型激光装置，其缩小激光的线宽度从而可进行远距离传输。根据本发明的激光装置，包括：激光二极管晶片(100)，其散发激光；波长选择性滤波器；准直透镜(200)，其设置在激光二极管晶片(100)与波长选择性滤波器之间的光路上，校准从激光二极管晶片(100)散发的光；45度角部分反射镜(300)，其设置在激光二极管晶片(100)与波长选择性滤波器之间的光路上，将对封装件底面水平的激光方向转换为对封装件底面垂直的激光方向；用于监测光波长的光敏二极管(500)，其配置在在激光二极管晶片(100)散发之后在波长选择性滤波器反射的激光透射45度角部分反射镜(300)的光路上。调节附着激光二极管晶片的热电元件温度或基准滤波器温度，以使激光与基准滤波器的波长之间的维持固定关系，使比激光的“1”信号更加减弱到“0”信号，以使激光信号的线宽度变窄，进而更远距离传输高速调制光信号。本发明的目的为，以45度角部分反射镜为中心配置部件，利用TO型封装件获取可高速调制、远距离通信的激光信号。在将激光波长维持固定值的情况、将激光波长变化为希望波长的情况、不调节激光波长的情况，提供利用TO型封装件的激光装置，以使高速调制的激光远距离传输。

Description

具有波长稳定化装置的激光装置
技术领域
本发明涉及激光装置，尤其是涉及具有波长稳定化装置的激光装置，其具有波长稳定化装置且可制作成小型，并且缩小在封装件散发的激光的线宽度，进而可进行远距离传输。
背景技术
最近，包括智能手机等影像服务的通信容量非常大的通信服务正在问市，据此大幅度增加现有通信容量的需求正在成为焦点，这种大幅度增加通信容量的方法有，增加使用于光通信的bit rate(比特率)的方法，与WDM(wavelength division multiplexing，波分复用)方法，WDM方法为在一个光纤维同时传输各种波长的光信号，WDM方式也是在现有技术广泛使用的1310um频带光信号与1550um频带光信号的两种波长的WDM方式，而现在正在采用频率间隔为100GHz、50GHz非常紧凑的WDM(DWDM；Dense WDM)。再则，为了更加增加光通信容量，正在开始同时适用提高具有一个波长的光信号的bit rate的方法与WDM方式，WDM方式为由一个光纤维通过各种波长的光。
但是，在半导体激光二极管流动激光相当于“1”信号与“0”信号的电流来调制光的强度，根据这种光强度变化将信号解释为“1”信号与“0”信号方式，在这种方式的光通信中会产生chirp(线性调频脉冲)现象，chirp现象为在半导体激光二极管晶片产生的激光波长根据注入电流的大小变化波长。在这里，通常“1”信号显示光强度强的bit的信号，光强度弱的光信号为“0”信号。半导体激光二极管晶片，在注入的电流量大的情况产生更大的光电力，因此上述说明的“1”信号相当于在激光二极管晶片流动相对大的电流的情况，“0”信号相当于在激光二极管晶片流动相对小的电流的光电力。例如，在10Gbps级的调制速度，在“1”信号与“0”信号之间产生大约5GHz至10GHz的波长变化，并且将这种波长的差异称为chirp。在通常的DFB-LD中，“1”信号频率比“0”信号大5GHz至10GHz左右，据此具有“1”信号的波长比“0”信号波长短的特性。在光纤维，根据dispersion现象，根据光波长传达光的速度会有所不同，这种dispersion(分散)现象，根据利用“1”与“0”驱动半导体激光时产生的chirp特性，使“1”信号与“0”信号的传输速度不同，据此在光信号到达光接收器时“1”信号与“0”信号混淆，进而产生很难分离信号的现象。
尤其是在bit rate高时，还有在传输距离远时，这种现象更加严重，在以10Gbps驱动的1550nm频带的半导体激光产生光信号的情况，不仅很难进行10Km以上的光传输，甚至还存在很难进行5Km光传输的情况。
为了以10Gbps级高速操作半导体激光二极管晶片，应流动相当于“0”信号的bias(偏置)电流与相当于“1”信号的modulation(调制)电流，但是在“0”信号bias电流流动到半导体激光二极管晶片，而对于“1”信号则流动bias电流加上modulation电流的电流。
为了10Gbps级的高速通信，半导体激光二极管晶片的光反应对于10Gbps级的RF(radio frequency，射频)频率信号应该具有快速的反应度。为了提高半导体激光二极管晶片对RF电气信号的光反应度，优选为提高bias电流。Modulation电流的大小是被驱动半导体激光二极管晶片的电路特性决定，但是为了使电路具有高频率反应特性，优选为降低modulation电流的大小，因此为了改善半导体激光二极管晶片的RF反应特性，提高流到半导体激光二极管晶片的bias电流，另外为了改善半导体激光二极管晶片驱动回路的RF特性，在具有低电流的modulation电流大小的情况，相当于“1”的光信号强度与相当于“0”的光信号强度的差异变小。将相当于“1”的光信号与相当于“0”的光信号强度比例称为ER(extinction ratio，消光比)，在其ER低的情况，根据半导体激光二极管晶片的chirp现象与光纤维的dispersion现象，在光接收端混淆“1”与“0”，因此在光接收端很难解读光信号。这种根据半导体激光二极管晶片的chirp现象与光纤维的dispersion产生光信号混淆，可大大减少ER，但是为了增大ER，应该减少bias电流增大modulation电流。但是若减少bias电流，则会降低半导体激光二极管晶片对电气信号的光反应速度，若增大modulation的大小，则存在降低为了驱动半导体激光二极管晶片的驱动回路的反应速度。
为了解决这种问题，Chang-Hee Lee等人在CLEO'95(CLEO 1995,CTuI10)光学性地滤波(filtering)在DFB-LD(Distributed feedback laser diode，分布反馈激光二极管)光源输出的激光，利用消除或减少“0”信号的方法来改善ER，相比于没有光学性地滤波从半导体激光二极管晶片输出的激光的情况，体现了可进行更远距离的传输，这是若将光学性滤波器的透射带波长匹配于“1”，则相比这种“1”信号，波长长的“0”信号被光学性滤波器屏蔽，因此由光纤维传输的“0”信号相比于“1”信号其强度相对变弱进而增加ER，据此更易于在光接收器接收光信号，可将光信号传输到更远距离。因此，光学性滤波器透射频带的线宽度，根据“1”信号与“0”信号的波长差异，其透射率水准差异应该有意义，可利用光学性滤波器的透射频带线宽度调节这种透射率差异，如上述说明“1”信号与“0”信号体现了5GHz至10GHz左右的频率差异，因此光学性滤波器的透射波长频带的线宽度，应该设定为使其为对于这种程度的波长差异体现出有意义的透射率差异。
在上述的Chang-Hee Lee等人的CLEO'95(CLEO 1995,CTuI10)等的参考文件中，将这种光学性滤波器的透射频带的-3dB频带宽度设定为12GHz，但是光学性滤波器的透射频带宽度优选为使用5GH至30GHz的适当的值，所述光学性滤波器在10nm至100nm的波长频带中，至少可使用具有一个透射波长频带峰值形态的光学性滤波器，但是在这种波长频带使用具有多个透射波长频带的滤波器也无妨，具有多个透射波长频带的光学性滤波器的情况，上述-3dB频带宽度定义为某一透射波长峰值的-3dB频带宽，具有多个透射波长频带的情况，多个透射波长频带之间的频率差异，至少大于透射波长频带的-3dB宽度。
另一方面，DFB-LD形态的半导体激光的情况，根据运转温度其波长会不同，通常具有0.1nm/℃左右的波长变化率，因此根据-40℃～85℃的环境温度变化，半导体激光二极管晶片具有大约12.5nm左右的波长变化，因此在邻接的波长隔离20nm的情况，就算不调节半导体激光二极管晶片的温度，也可消除各个波长混淆的现象。因此通常在具有20nm以上的波长间隔的情况，不调节温度来使用半导体激光晶片。但是在与邻接的波长间隔在10nm以内的情况，半导体激光晶片为了抑制温度变化，应该使用热电元件将半导体激光二极管晶片维持固定温度。
10Gbps级高速光通信的情况，DFB-LD晶片的chirp现象与光纤维的dispersion现象是与半导体激光二极管晶片运转温度无关的现象，因此为了远距离传输10Gbps级的高速光通信，与在光通信使用的波长之间的波长间隔无关，而是需要光学性滤波在半导体激光二极管晶片输出的光信号。
另外，现在在全球标准化的光通信模块称为SFP(small formfactorpluggable，小型可插拔)形态的产品，其内部规格非常小，因此需要小型化的光元件。现在安装半导体激光晶片的封装件有TO(transistoroutline，晶体管)型、迷你平板型、蝶型等封装件外壳，其中TO性封装件的情况，其体积非常小并且价格也相对非常低廉，进而正在积极适用于需求数量多的用户的光通信网。但是，并没有公开过内装光学滤波器(opticalfilter)形态的封装件，其封装件为了增加“1”信号与“0”信号比例的ER，在现有的TO型封装件光学性滤波在DFB-LD晶片与DFB-LD晶片放射的激光。
半导体激光二极管晶片根据运转温度其振动波长不同，因此在半导体激光二极管晶片放射的激光信号中，为了有效传输“1”信号及有效屏蔽“0”信号，根据外部环境温度的变化，在半导体激光二极管晶片放射的激光波长与光学性滤波器的透射频带波长之间应该维持提前决定的固定关系，否则产生屏蔽应该传输的“1”信号且传输应该屏蔽的“0”信号的问题，进而很难进行光通信。
现有技术文献为，韩国注册专利公报第10-1124171号(2012.02.29)。
发明内容
(要解决的问题)
高速的光通信使用的DFB-LD的情况，也存在邻接的光通信波长频道间隔超出20nm的情况，还存在将光通信波长频道间隔变换为频率则具有50GHz或100GHz波长间隔的情况，尤其是光通信的波长频道间隔为50GHz或100GHz的情况，利用根据DFB-LD的温度的波长变化，将一个DFB-LD晶片可使用为可变波长的光源，其可变波长的光源使用为相当于多个DWDM级光通信的光波长的光源模块。
在10Gbps级高速、远距离光通信中，为了光模块的廉价化优选为使用TO型封装件，因此光通信的波长间隔是20nm以上，因此在不调节调节DFB-LD的波长的情况，为了增加光信号的ER也需要光学性滤波光信号的方法。邻接的波长频道具有DWDM级波长间隔，进而在将DFB-LD维持固定温度的情况，为了增加光信号的ER，也需要光学性滤波激光信号的方法。另外，在DWDM级的光通信变化半导体激光二极管晶片的温度来变化DFB-LD的波长，进而在使其可由一个光元件适用于各种频道的波长的可变波长激光的情况，为了增加光信号的ER，也需要光学性滤波激光信号的方法。
在高速光通信中，在本发明提出的方法为，在利用TO型封装件封装DFB-LD的过程中，光学性滤波在半导体激光二极管晶片放射的激光，进而可进行远距离光通信的方法。但是，也提出了以下的方法，在无需维持运转DFB-LD的固定温度的情况的光学性滤波方法；在与外部环境的温度变化无关的利用热电元件，来维持DFB-LD的固定温度，使DFB-LD具有固定波长的情况，在TO型封装件内部光学性滤波激光的方法；与利用热电元件来变化DFB-LD的波长，在DWDM级光通信将DFB-LE使用为可变波长的激光的情况，在TO型封装件安装光学性滤波器来进行远距离通信的方法。
(解决问题的手段)
为此，根据本发明的激光装置，包括：激光二极管晶片，其散发激光；波长选择性滤波器；准直透镜，其设置在所述激光二极管晶片与波长选择性滤波器之间的光路上，校准从激光二极管晶片散发的光；45度角部分反射镜，其设置在所述激光二极管晶片与波长选择性滤波器之间的光路上，将对封装件底面平行的激光方向转换为对封装件底面垂直的激光方向；用于监测光波长的光敏二极管，其配置在在所述激光二极管晶片散发之后在波长选择性滤波器反射的激光透射45度角部分反射镜的光路上。
在使用具有DWDM级波长稳定度的半导体激光二极管晶片的情况中，只在特定的波长使用光元件的情况，或变化半导体激光二极管晶片的温度，将光元件使用为可变波长激光的情况，所述激光二极管晶片与波长选择性滤波器优选为配置在一个热电元件上，可变波长激光对应于50GHz或100GHz间隔的各种波长的。因此利用热电元件调节激光二极管晶片温度的情况，利用热电元件来调节激光二极管晶片的振动波长，以使“1”信号相对顺利地在波长选择性滤波器透射，不使“0”信号相对顺利地在波长选择性滤波器透射，进而使利用光纤维传输的激光的ER大于在激光二极管晶片放射状态的ER，因此可进行远距离传输。
在不调节激光二极管晶片温度的情况，变化波长选择性滤波器的温度，进而波长选择性滤波器的透射波长频带更加顺利地透射“1”信号，相对地更加屏蔽“0”信号，进而可增加ER，并且由这种过程还可将高速信号传输到远距离。另外，在不调节激光二极管晶片温度的情况，相比于使用热电元件将激光波长与波长选择性滤波器的波长频带维持固定关系的方法，利用加热器(heater)调节波长选择性滤波器温度，将激光波长与波长选择性滤波器的透射波长频带维持固定波长间隔的方法，具有电力消耗少的优点。这是在热电元件的情况，在作用为冷却模式作用时电力消耗量大，但是若使激光二极管晶片维持固定温度来放射提前决定的波长，则应该根据外部环境温度的变化，以加热模式或冷却模式使用激光二极管晶片的温度，但是波长选择性滤波器的温度，在不变化激光波长只调节“1”信号与“0”信号的相对强度，因此可一直在加热模式控制波长选择性滤波器的温度。
另外，所述波长选择性滤波器优选为FP型基准滤波器，所述波长选择性滤波器，对于考虑的激光波长，在透明的基板上层叠曲折率高低的电介质薄膜来制作所述波长选择性滤波器。所述波长选择性滤波器，可以是在变化激光二极管晶片温度的波长区间，具有一个透射峰(peak)或多个透射峰(peak)的滤波器。
如上述说明，所述波长选择性滤波器具有多个透射峰波长的情况，所述波长选择性滤波器的多个透射峰值之间的关系，根据适用形态适用多样的关系。
尤其是，在不调节半导体激光二极管晶片的温度，根据外部环境温度半导体激光二极管晶片的波长不同的情况，以及与只以提前决定的特定波长驱动半导体激光二极管晶片的情况中，所述波长选择性滤波器的透射峰(peak)波长为单数或复数的任何波长间隔也可以。
但是，在利用热电元件调节所述半导体激光二极管晶片的温度，具有可变波长特性的光元件中，所述波长选择性滤波器根据以下的数学式1决定透射频率间隔。
(数学式1)
基准滤波器的透射模式频率间隔＝(Ff-Ff×Ffilter/Flsaser)GHz(在这里，Ff为待求的透射波长的频率间隔，Ffilter为根据基准滤波器温度的透射频率移动度，Flaser为根据在激光二极管晶片放射的激光温度的频率移动度)。
另一方面，优选为在所述激光二极管晶片散发的激光透射45度角部分反射镜的光路上配置用于监测光强度的光敏二极管，或在所述激光二极管晶片的背面散发激光的光路上配置用于监测光强度的光敏二极管。
另外，所述45度角部分反射镜优选为，设置为对其某一边具有45度角的贯通孔结合并固定在台架的贯通孔，以使其对底面具有45度角，其中台架由利用干式蚀刻方法形成的直六面体形状的硅基板构成。
在不调节半导体激光二极管晶片温度的情况，及调节半导体激光二极管晶片的温度以使在半导体激光二极管晶片放射的激光波长固定的情况，与变化在半导体二极管晶片放射的激光波长的情况无关，使由流到用于监测光强度的光敏二极管的电流除以流到所述用于监测光波长的光敏二极管的电流的值为固定的值，来调节热电元件或波长选择性滤波器的加热器(heater)的温度，以使激光的振动波长与波长选择性滤波器及透射波长频带具有固定关系，进而执行在激光二极管晶片放射的激光对于“1”信号与“0”信号执行透射率相对不同的滤波。
另外，用于所述光敏二极管的基台以硅为母材，可由在硅100面与111面连续涂布金属图案的形状构成。
另外，所述热电元件被在其上部附着的热敏电阻测量温度，并且所述热敏电阻优选为经过用于连接热敏电阻的基台与电极针电气性链接，其中用于连接热敏电阻的基台与热敏电阻分离并且附着在热电元件上部。
在这里，所述热面电阻可由环氧树脂等非导电性高分子物质涂布。
所述45度角部分反射镜厚度优选为0.1mm～0.25mm。
另外，所述用于监测光波长的光敏二极管可直接附着在热电元件上。
(发明的效果)
本发明是为了解决上述现有技术问题而提出的，本发明提供激光装置的目的在于，光学性的滤波在DFB-LD晶片放射的激光，增加“1”信号与“0”信号的相对强度比例的ER缩小光信号的线宽度，进而提供放射振动线宽度缩小的激光，并且是超小型廉价的TO型激光装置。
尤其是，本发明提供可变波长的激光装置的目的在于，使用廉价的TO型封装件，但是通过激光二极管封装件的配置，相比于现有的蝶型封装件可使TO型封装件的大小制作为小型，因此可将其大小制作为可安装在现有规格的SFP收发器外壳。
另外，本发明提供内装波长稳定化装置的激光装置的目的在于，为了在使用DFB-LD(Distributed feedback laser diode，分布反馈激光二极管)执行高速的光通信时，提供将固定的相对波长位置固定在半导体激光二极管晶片放射的激光波长与光学性滤波器的透射波长频带之间的方法。
本发明，在例如用于光通信的激光，其具有2.5Gbps级以上或10Gbps以上高速调制信号中，插入波长选择性滤波器可进行高速远距离通信，但是相比于蝶型或迷你平板型封装件外壳，可有效使用廉价的TO型封装件，进而具有降低用于高速远距离的光元件的制造费用，其中波长选择性滤波进行选择，以使相当于“1”信号的信号透射率变大，并且相当于“0”信号的激光透射率变小。
另外，本发明不论以下的情况，即利用TO型封装件不调节激光二极管晶片的温度的情况；与外部环境无关的只使激光二极管晶片具有特定波长的情况；及与外部环境无关的变化在激光二极管晶片放射的激光波长来调节激光波长的情况，也具有使高速的光信号传输到远距离里的效果。
附图说明
图1是图示TO型封装件的大概模样的外形图。
图2是根据本发明由于相比于“1”信号减少“0”信号的透射率，以线宽度窄的光纤维放射激光的概念图。
图3是说明根据本发明在线宽度窄的激光起到波长选择性滤波器作用的概念图，图3(a)是波长选择性滤波器的透射度曲线的一示例，图3(b)是波长选择性滤波器反射度的一示例，图3(c)是根据被波长选择性滤波器反射入射到用于监测光波长的光敏二极管的光，生成光电流的一示例。
图4是根据本发明的线宽度窄的激光的概念图，是具有用于监测光波长的光敏二极管与用于监测光强度的光敏二极管构造的概念图。
图5是根据本发明的线宽度窄的激光的概念图，具有用于监测光波长的光敏二极管与用于监测光强度的光敏二极管另一构造的概念图。
图6是根据本发明的线宽度窄的激光的操作原理概念图，图6(a)是波长选择性滤波器透射度的一示例，图6(b)是在高速调制激光二极管晶片时，在激光二极管晶片放射的“1”信号与“0”信号的激光频率特性的一示例，图6(c)是在激光二极管晶片放射的激光频率特性与波长选择性滤波器的透射度相乘，相比于透射波长选择性滤波器激光的“1”信号相对减少“0”信号，图示线宽度窄的激光频率特性的概念图。
图7是图示根据温度变换在本发明使用的波长选择性滤波器频率特性的概念图。
图8是根据本发明一实施例图示激光装置操作说明图，激光装置是使用具有周期性透射特性的FP型基准滤波器，将在激光二极管放射的激光变化为相当于多个ITU频道的激光来放射激光，图8(a)是根据热电元件的温度，波长选择性滤波器透射频率特性不同的一示例，图8(b)是根据热电元件的温度，高速调制的激光二极管晶片的放射波长特性不同的一示例，图8(c)是根据热电元件的温度，透射波长选择性滤波器而放射的激光波长特性不同的一示例。
图9是根据本发明另一实施例，图示了附着激光二极管晶片的基台直接配置在杆底面的情况，而不在TO型封装件安装热电元件。
图10是根据本发明实施例，可轻易固定45度角反射镜的台架的设置概念图。
图11是光敏二极管的设置概念图，其测量从激光二极管晶片散发的激光强度。
图12是直六面体形状的用于光敏二极管的基台的一示例，其断面为矩形形状。
图13是根据本发明实施例，图示用于光敏二极管的基台的沉积金属图案一示例。
图14是现有的一般热敏电阻配置方法的一示例。
图15是根据本发明实施例，图示热敏电阻配置方法的一示例。
(附图标记说明)
100：激光二极管晶片
110：用于激光二极管晶片的基台
200：准直透镜
300：45度角部分反射镜
350：用于45度角部分反射镜的台架
351：贯通孔
400：FP型基准滤波器
450：包括加热器的基准滤波器
500：用于监测光波长的光敏二极管
510：用于监测光波长的光敏二极管的基台
600：用于监测光强度的光敏二极管
610：用于监测光强度的光敏二极管的基台
700：用于监测光强度的光敏二极管
710：用于监测光强度的光敏二极管的基台
615、715：用于光敏二极管的基台
900：热电元件
950：热敏电阻
960：用于热敏电阻的基台
980：用于连接热敏电阻的基台
1000：杆
1010：电极针
1020、1030：金线(Au wire)
具体实施方法
以下，与附图一起详细说明未限定本发明的优选实施例。
图1是图示TO型封装件的大概模样的外形图。
如图1所示，TO型封装件大致由杆1与盖(cap)2构成，制作为在杆1的底面配置零部件由盖2进行密封的形态，在这种构造激光透射在盖2的上部钻孔的贯通孔，射到TO型封装件外部。通常地说，在盖2的贯通孔形成透镜或由平面型玻璃进行密封，在图1以箭头的方向定义了在以下说明本发明时使用的水平方向与垂直方。
图2是根据本发明在TO型封装内，在半导体激光二极管晶片与在半导体激光二极管晶片放射的激光的光路上安装波长选择性滤波器，例如图示了可远距离传输10Gbps级光信号的光元件操作原理的概念图。
以下，在本说明中为了便于说明，将波长选择性滤波器示例为具有多个透射峰的FP型基准滤波器说明了本发明的特性，但是这种波长选择性滤波器也可使用线宽度为0.5nm以下的thin film filter(薄膜滤波器)，来代替FP型基准滤波器。所述Thin film filter是指，在激光二极管晶片产生的激光可能的波长频带，例如是指在10nm至50nm波长频带内只具有一个透射峰(peak)的滤波器，通常这种thin film filter也可具有PF基准滤波器的构造。
如图2所示，根据本发明的激光二极管封装件，包括：激光二极管晶片100，其设置在用于激光二极管晶片的基台110；准直透镜200，其将在所述激光二极管晶片100放射的激光校准为平行光；45度角部分反射镜300，其在通过所述准直透镜200校准的激光中，只反射提前决定比例的光；FP型基准滤波器400，其为波长选择性滤波器，在反射所述45度角部分反射镜300的激光中，只透射一部分激光，反射其余部分的光。在所述FP型基准滤波器400反射的光重新返回到45度角部分反射镜300，以提前决定的比例透射45度角部分反射镜300，入射到在下部配置45度角部分反射镜300的用于监测光波长的光敏二极管500。
另一方面，若在所述基准滤波器400反射的光在45度部分角反射镜300重新反射而返回到激光二极管晶片200，则激光二极管晶片200的操作特性就会不稳定，为了防止此，如图2附着所述基准滤波器400，以使其对入射到基准滤波器400的激光最小具有1度以上的反射角度，优选为不使在基准滤波器400反射的光返回到激光二极管晶片200。
另外，在图2若45度角部分反射镜300的反射度高，则入射到用于监测光波长的光敏二极管500的光强度变弱，难以执行监测波长的功能，相反若45度角部分反射镜300的反射度过于低，则在激光二极管晶片100散发到达基准滤波器400的激光强度变弱，因此所述45度角部分反射镜300的反射率应该调节到适当的水准，根据本发明实施例的实验结果，所述45度角部分反射镜300的反射率优选为80％至97％左右。
图3(a)是图示根据FP型基准滤波器频率的透射特性一示例，基准滤波器具有周期性反复透射及反射的特性。
FP型基准滤波器具有周期性透射特性，同时意味着具有如图3(b)的周期性反射特性，因此在图2的激光二极管晶片放射到达FP型基准滤波器400的激光中，根据激光的频率具有特定反射比例，并且反射的激光透射45度角部分反射镜300入射到位于45度角部分反射镜300下部的用于监测光波长的光敏二极管500。在FP型基准滤波器400反射的光反射率，如图3(b)根据激光频率具有特定反射比例，因此入射到用于监测光波长的光敏二极管500的激光强度对频率的依赖度与图3(b)相同，据此在用于监测光波长的光敏二极管500的光电流，根据激光的频率体现出与图3(c)相同的形态。据此测量在用于监测光波长的光敏二极管500流动的光电流，进而可以知道激光的频率特性，例如对于在激光二极管晶片100放射固定强度的激光强度，若变化流动到用于监测光波长的光敏二极管500的光电流强度，则这意味着正在变化激光波长与基准峰的中心波长的相对波长。
因此，利用用于监测光波长的光敏二极管500监测流动电流的变化，就可以知道变化了激光波长与基准滤波器400的透射波长频带的相对波长，利用此使激光波长对于基准滤波器400的透射波长具有相对固定的波长间隔关系。通常相比于玻璃材质的基准滤波器400具有10pm/℃左右小波长温度依赖性，DFB-LD则具有100pm/℃左右的大波长的温度依赖性。因此，在组装光元件的情况，以在ITU设定的频率设定基准滤波器400的峰值，在基准滤波器400的峰值设定在激光二极管晶片100散发的波长之后，利用流动用于监测光波长的光敏二极管500的电流，来掌握在激光二极管晶片100散发的激光波长的变化，在向减弱这种变化的方向调节激光二极管晶片100温度的情况，体现出利用在ITU设定的频率稳定激光二极管晶片100的振动波长的效果。另外，利用波长设定激光波长与基准滤波器400的透射波长频带的情况，其中波长为激光的“1”信号波长相对顺利地通过基准滤波器400，激光的“0”信号则相对地难以透射基准滤波器400的波长，由于相比于“1”信号更加减弱“0”信号，因此透射基准滤波器400的光，其ER大于在激光二极管晶片100放射的激光信号，因此具有易于在光接收器判别信号的优点。
流动到所述用于监测光波长的光敏二极管500的光电流为，不仅根据在基准滤波器400的反射率波长频带及激光波长的差异的变化，来变化流动到所述用于监测光波长的光敏二极管500的光电流，而且在变化在激光二极管晶片100放射的光强度时，流动到用于监测光波长的光敏二极管500的光电流也会不同。在用于监测光波长的光敏二极管500的光电流变化，不是变化实际基准滤波器400与激光波长的相互关系，因应该消除根据变动在这种激光二极管晶片100放射的激光强度的效果，其中用于监测光波长的光敏二极管500是根据在激光二极管晶片100放射的激光强度变化。
图4是根据本发明一实施例，图示了直接测量在激光二极管晶片散发的激光强度，只可以知道光波长变化的方法。
如图4所示，在激光二极管晶片100散发的激光，在准直透镜200校准之后到达45度角部分反射镜300。45度角部分反射镜300具有提前决定的固定比例的透射/反射比例，因此在激光二极管晶片100散发而到达45度角部分反射镜300的激光中，透射45度角部分反射镜300的光成分入射到配置在45度角部分反射镜300用一侧面的用于监测光强度的光敏二极管600，因此在用于监测光强度的光敏二极管600给予比例于在激光二极管晶片100散发的激光强度的光电流信号，进而可以知道在激光二极管晶片100散发的激光强度。因此将在流到用于监测光强度的光敏二极管600的电流除以流到用于监测光波长的光敏二极管500的光电流大小的值维持固定的值时，激光的中心频率与波长选择性滤波器的基准滤波器400透射模式的中心频率维持固定关系，据此相比于“1”信号相对更加减弱“0”信号可进行远距离通信。在图4比较流到用于监测光波长的光敏二极管500与用于监测光强度的光敏二极管600的电流，知道基准滤波器400透射频带中心频率与激光中心频率之间的变化关系之后，若以基准滤波器400的透射波长为基准，以减弱激光的光波长的变化的方向变化热电元件900的温度，则可使激光对于基准滤波器400的透射波长频带具有相对固定的波长。
这时，设定所述波长选择性滤波器的基准滤波器400的透射模式的中心频率，以使其成为ITU设定频率之后，若变换热电元件900的温度，以使流到用于监测光强度的光敏二极管600的电流除以流到用于监测光波长的光敏二极管500的光电流大小的值维持固定值，则可稳定振动的激光中心频率，以使其为ITU设定频率，所述调节温度的热电元件900配置在杆1000上部。
所述用于监测光强度的光敏二极管600可实现为另一构成，但是如图5配置用于监测光强度的光敏二极管700进而可测量在激光二极管晶片100散发的激光强度，其中用于监测光强度的光敏二极管700测量在激光二极管晶片100背面散发的激光强度。
图6(a)是根据FP型基准滤波器频率的透射特性，并且图6(b)是在激光二极管晶片散发的“1”信号与“0”信号的激光频率特性，在激光二极管晶片100散发的“1”信号与“0”信号的激光透射FP型基准滤波器400，并且乘以FP型的基准滤波器400的频率特性，进而如图6(c)相比于“1”信号减弱“0”信号强度的激光透射FP型的基准滤波器400集束为光纤维。因此相比于在激光二极管晶片100散发的激光，通过光纤维传输的激光线宽度具有相比于“1”信号减少“0”信号的窄线宽度，因此减少受到光纤维分散特性的影响，利用FP型的基准滤波器400相比于线宽度不窄的激光可进行更远距离的传输。
通常，FP型基准滤波器400由具有平行面的玻璃制作，这种玻璃材质的情况根据温度其曲折率不同，若据此变换FP型基准滤波器400的温度，则如图7可发生周期性变化的基准滤波器400透射频率的移动。
激光二极管晶片100通常带来10～12GHz/℃左右的频率移动，相比于此FP型基准滤波器400带来1～3GHz/℃的频率移动。在光通信中，应该利用在国际通信条约(ITU-T)决定的特定频率的激光来进行通信，因此为了变化激光来进行光通信，应该只以在ITU-T设定的频率变化波长。
在ITU-T中，将具有50GHz、100GHz频率间隔的激光设定为通信用，据此应该将激光频率间隔变换为50GHz、100GHz。若激光二极管晶片100以10GHz/℃进行变化，FP型基准滤波器400以2GHz/℃进行变化，在激光二极管晶片100与FP型基准滤波器400被热电元件900调节到相同温度的情况，若为了调节激光波长而变换热电元件900的温度，则也会移动基准滤波器400透射波长频带本身，因此在经过激光100波长变换为50GHz、100GHz的温度变化时，基准滤波器400在经过这种变化之后，透射波长应该整合于ITU设定频带。
假设将根据激光二极管激光晶片100温度的频率移动度变换为FlaserGHz/℃，并且根据温度基准滤波器的频率变换为Ffilter GHz/℃，在这一情况基准滤波器400的透射波长频带的频率间隔为如下的数学式1的情况，如图8(b)激光二极管晶片100与基准滤波器400的透射模式频率在某一温度相同于在ITU设定频率之后，在其它温度中在激光二极管晶片100散发的激光频率变换为其它ITU设定频率时，对于这种温度变化基准滤波器400的透射频率与ITU设定频率相同，进而透射基准滤波器400的光被设定为ITU设定频率。
(数学式1)
基准滤波器的透射模式频率间隔＝(100-100×Ffilter/Flsaser)GHz
在这里，Ffilter是根据基准滤波器温度的透射频率移动度，Flaser是根据在激光二极管晶片放射的激光温度的频率移动度。
所述数学式1为在变波长激光中的基准滤波器400透射模式频率间隔，其中可变波长激光利用100GHz间隔的ITU设定频率。如果利用50GHz间隔的频率进行通信的情况，应该以如下数学式2实现基准滤波器400的透射模式频率间隔。
(数学式2)
基准滤波器的透射模式频率间隔＝(50-50×Ffilter/Flsaser)GHz
与此相同，基准滤波器400的透射模式间隔可任意设定，并且通常可变换为25GHz、50GHz、100GHz、200GHz等，但是也可采用其它任意的频率间隔。
在图2至图9的说明中，说明了根据温度的变化，相比于在激光二极管晶片100振动的激光，使用透射波长变化相对少的波长选择性滤波器的情况。即，说明了变化激光二极管晶片100的温度，使激光波长具有与波长选择性滤波器的透射波长频带固定的关系的方法，据此需要将激光二极管晶片100配置在热电元件900上部的方法，并且显示了基准滤波器400也附着在热电元件900，由相同的热电元件900调节激光二极管晶片100与基准滤波器400的温度方法。但是使用这种热电元件900的方法是消耗很多能量的方法，尤其是在冷却模式使用热电元件900的情况，需要很多的能量。
利用热电元件900调节激光二极管晶片100的温度，来调节在激光二极管晶片100放射的激光波长的方法，使激光波长与基准滤波器400波长的维持固定关系，扩大在激光二极管晶片100放射的“1”信号与“0”信号的ER，进而不仅可远距离传输高速调制光信号，还具有固定激光波长的效果，因此是适合于DWDM的方法。
但是，在无需调节激光波长的情况下要远距离传输高速调制信号的情况，无需调节激光二极管晶片100的温度，若调节基准滤波器400的温度使基准滤波器400的透射波长频带与激光波长维持恒定的波长间隔，则相比于“1”信号更加减弱所述“0”信号，进而制作线宽度窄的激光可进行远距离传输，为此作为基准滤波器400优选为使用涂层加热器的基准滤波器。
图9是图示在这种TO型封装件不安装热电元件，而是附着激光二极管晶片的基台直接配置在杆底面的情况。所述激光二极管晶片100的温度，暴露在外部环境温度，并且据此若变换外部环境温度，则变换激光二极管晶片100的温度，进而变换振动的激光波长。这时，由附着加热器的形态制作所述基准滤波器450，则调节基准滤波器450的温度，可使基准滤波器450的透射峰(peak)波长与激光波长为提前决定的波长间隔，据此相比于通过基准滤波器450的激光的“1”信号更加减弱“0”信号，因此可将高速调制光信号传输到更远的距离，在这种图9的构造中，优选为根据温度易于变换基准滤波器450的透射波长，为此基准滤波器450由透射波长的波长变换为0.09nm/℃左右的Silicon(硅)或InP、GaAs等适当的半导体材质制作。另外，为了调节这种基准滤波器450的温度，在基准滤波器450表面附着金属薄膜的电阻体，优选为根据流到附着在基准滤波器450的金属薄膜的电流来调节基准滤波器450的温度。在所述基准滤波器450附着金属薄膜，可根据光刻法与金属沉积法轻易地制作。另外，所述基准滤波器450优选为具有多个透射峰值，考虑易于制作光元件及基准滤波器450的多个透射峰(peak)波长之间，基准滤波器450的适当厚度为200um至500um左右。
图10是根据本发明实施例，图示了用于45度角部分反射镜的台架，其可在TO型封装件轻易安装45度角部分反射镜。
根据本发明实施例的台架350由直六面体形状制作，具有对底面角度为45度贯通孔351，并且在其贯通孔351插入平板型的45度角部分反射镜300安装在热电元件上，这种构造使45度角部分反射镜300轻易地附着在热电元件900上。所述台架350为导热率优秀的物质最为合适，这种物质为硅基板，其导热率为170W/m，根据干式蚀刻工艺非常易于调节贯通孔351的宽度，并且易于调节对底边的角度，因此只将平板型的部分反射镜300插入台架350的贯通孔351，以45度角角度配置平板型部分反射镜300，进而易于组装工艺。
一般地说，若多样地变化TO型封装件的外部环境温度，则在TO型封装件的外周面与TO型封装件的内部零部件之间产生热交换。由于可多样地变化TO型封装件的各个内部零部件与TO型封装件的外周面之间的距离，因此TO型封装件的外部环境温度变化可不均匀地变化TO型封装件内部零部件的温度。这种谐振器构造物质的独立性温度变化，给谐振器有效光学性长度带来不均匀的变化，因此优选为将谐振器构成零部件与TO型封装件的外周面之间的热交换最小化，因此优选为真空维持TO型封装件内部，尤其是真空度更加优选为0.2气压以下。
另一方面，本发明可变型多样的形状，例如不将本发明的特性使用为可变波长激光，而是可由特定波长驱动的激光驱动，这时不需要基准滤波器400的频率间隔的周期性，因此基准滤波器400的频率周期性无需根据数学式1。另外，使用只在特定波长操作本发明特性的激光的情况，代替FP型基准滤波器400也可使用具有thin film filter等波长选择性的任何种类的滤波器，thin film filter是由在考虑玻璃或石英等波长的激光，层叠曲折率高和低的多个电介质薄膜制作。
另外，平板型45度角部分反射镜300的情况，若厚度过于厚则很难插入T060的限制规格，若厚度过于薄则产生机械性强度变弱的问题。因此平板型45度角部分反射镜300的适当厚度为0.1～0.3mm，以使其厚度匹配于T060的规格，更加优选为0.1～0.2mm厚度。
图11是光敏二极管的设置概念图，其测量从激光二极管晶片散发的激光强度，图示了光敏二极管700、710，为了测量光轴从激光二极管晶片100水平散发的激光强度，通常附着在使用断面为直角形状的用于光敏二极管的基台710、610。
另一方面，图12是图示直六面体形状的用于光敏二极管的基台的一示例，其断面为矩形形状。
在图12中，应该在基台沉积金属图案来形成金属薄膜图案，但是存在以直角角度弯曲连接的两面很难一次性沉积金属图案的缺点，因此在现有对于应该涂层金属图案的角面单独沉积金属图案，进而存在增加费用的问题，其中基台由铝等陶瓷基板构成且断面为矩形，金属图案是为了电气性连接光敏二极管。
根据这种问题，在本发明中提出了在用于光敏二极管的基台一次性沉积金属图案的方法，图13是图示了在这种用于光敏二极管的基台沉积金属图案的一示例。
如图13所示，在本发明的实施例提出了制作用于光敏二极管的基台615、715的方法，其方法是使硅基板100面与111面暴露蚀刻硅基板之后，在蚀刻的硅基板沉积电气绝缘膜，在100面与111面同时沉积金属图案。这样制作的用于光敏二极管的基台615、715不仅制作价格低廉，而且与断面为矩形的光敏二极管基座610、710不同，因光敏二极管600、700与平板型45度角部分反射镜300倾斜角度及配置角度差异小，进而光敏二极管600、700可更加紧贴配置在平板型45度角部分反射镜300，进而有助于灵活应用TO型封装件内部空间。
另一方面，为了稳定激光装置的波长，在封装件内部热敏电阻不应该受到TO型封装件外部温度变化的影响，热敏电阻测量安装在热电元件900上部来测量温度。
图14是图示现有的一般热敏电阻配置方法的一示例。热面电阻950利用Au wire(金线)1020与电极针1010电气性链接，这时电极针1010不是被热电元件900调节温度的部分，因此具有与热电元件900不同的温度，据此在电极针1010与热敏电阻950之间产生热交换，在热敏电阻950测量热电元件900的温度上诱发测量不准确。
图15是根据以这种问题而提出的，图示本发明实施例热敏电阻配置方法的一示例。
如图15所示，在本发明的实施例，为了抑制电极针1010与热敏电阻950的热交换，在电极针1010与热敏电阻950之间附着用于连接热敏电阻的基台980，经过用于连接热敏电阻的基台980，利用Au wire1020链接电极针1010与用于连接热敏电阻的基台980，利用Au wire1030连接用于连接热敏电阻的基台980与热敏电阻950。据此，根据电极针1010与热电元件900的温度差，流到Au wire1020的热被用于连接热敏电阻的基台980吸收，进而将流到Au wire1030的热量最小化，因此热敏电阻950可更加准确地测量温度。与此相同，分离热电元件900与热敏电阻950之间的热路径，通过独立附着在热电元件900上部的用于连接热敏电阻的基台980电气性连接热敏电阻950与电极针1010的情况，在测量通过热敏电阻950的热电元件900的温度时，可减轻根据外部环境温度变化的不准确度。
另外，热敏电阻950与TO型封装件内部空气的热交换，也会引起热敏电阻950测量热电元件900的温度不准确，因此利用非导电性环氧树脂等包裹热敏电阻950方法，也是提高热敏电阻950测量热电元件900温度的精确度的方法。
另外，45度角反射镜300的情况，若其厚度过于厚，则存在缩小封装件内部空间的缺点，若其厚度过于薄，则存在产生晃动的顾虑。在本发明中，多样地制作45度角部分反射镜300的厚度并进行了实验，根据实验结果所述45度角反射镜300的适当厚度优选为0.1mm～0.25mm。
另外，只说明了在45度角部分反射镜300的下部配置的用于监测光波长的光敏二极管500，固定并配置在用于监测光波长的光敏二极管的基台510上部一侧的形态，但是所述用于监测光波长的光敏二极管500可配置在热电元件900上，这是所述热电元件900的上部板热膨胀率与用于监测光波长的光敏二极管500类似，进而根据温度偏差将施加于用于监测光波长的光敏二极管500的机械应力最小化，因此利用所述用于监测光波长的光敏二极管500直接附着在热电元件900的方法，可组装所述用于监测光波长的光敏二极管500。在这种情况，具有最大限度地有效使用所述45度角部分反射镜300的下部空间的优点。
与此相同，本发明可变形为多样的形态，本发明不限定于上述实施例，并且当然可被在本发明所属的技术领域具有通常知识的技术人员，在本发明的技术思想与在以下记载的专利请求范围的均等范围内，进行多样的修改及变形。

Claims (22)

1.一种激光装置，作为半导体激光装置，其特征在于，包括：
激光二极管晶片(100)，其散发激光；
波长选择性滤波器；
准直透镜(200)，其设置在所述激光二极管晶片(100)与波长选择性滤波器之间的光路上，校准从激光二极管晶片(100)散发的光；
45度角部分反射镜(300)，其设置在所述激光二极管晶片(100)与波长选择性滤波器之间的光路上，将对封装件底面水平的激光方向转换为对封装件底面垂直的激光方向；
用于监测光波长的光敏二极管(500)，其配置在在所述激光二极管晶片(100)散发之后在波长选择性滤波器反射的激光透射45度角部分反射镜(300)的光路上。
2.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，
所述激光二极管晶片(100)与波长选择性滤波器配置在一个热电元件(900)上。
3.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，
所述波长选择性滤波器为FP型基准滤波器(400)。
4.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，
所述波长选择性滤波器，层叠曲折率高和低的电介质薄膜来制作所述波长选择性滤波器。
5.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，
在所述激光二极管晶片(100)散发的激光透射45度角部分反射镜(300)的光路上，配置用于监测光强度的光敏二极管(600)。
6.根据权利要求1所述的激光装置，其具有减少线宽度的波长稳定化装置，其特征在于，
在所述激光二极管晶片(100)的背面散发激光的光路上，配置用于监测光强度的光敏二极管(700)。
7.根据权利要求3所述激光装置，其特征在于，
所述FP型基准滤波器(400)，其可根据如下的数学式1决定透射频率间隔，
(数学式1)
基准滤波器的透射模式频率间隔＝(Ff-Ff×Ffilter/Flsaser)GHz
(在这里，Ff为待求的透射波长的频率间隔，Ffilter为根据基准滤波器温度的透射频率移动度，Flaser为根据在激光二极管晶片放射的激光温度的频率移动度)。
8.根据权利要求7所述的激光装置，其特征在于，
所述Ff为20、50、100、200中的某一个。
9.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，
所述波长选择性滤波器，其透射波长频带的线宽度为0.5nm以下。
10.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，
所述45度角部分反射镜(300)，其设置为对某一边具有45度角的贯通孔(351)结合并固定在台架(350)的贯通孔(351)，以使其对底面具有45度角，其中台架(350)由利用干式蚀刻方法形成的直六面体形状的硅基板构成。
11.根据权利要求5或6所述的激光装置，其特征在于，
为使由流到所述用于监测光强度的光敏二极管(600)(700)的电流除以流到所述用于监测光波长的光敏二极管(500)的电流的值为最小值，调节热电元件(900)的温度，来稳定激光的振动波长。
12.根据权利要求5或6所述的激光装置，其特征在于，
所述用于光敏二极管的基台(610)(710)，其以硅为母材，由在硅{100}面与{111}面连续涂布金属图案的形状构成。
13.根据权利要求2所述的激光装置，其特征在于，
所述热电元件(900)被在其上部附着的热敏电阻(950)测量温度，所述热敏电阻(950)经过用于连接热敏电阻的基台(980)与电极针(1010)电气性连接，其中基台(980)与热敏电阻(950)分离，附着在热电元件(900)上部，用于连接热敏电阻。
14.根据权利要求13所述的激光装置，其特征在于，
所述热敏电阻(950)由非导电性高分子物质涂布。
15.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，
所述45度角部分反射镜(300)厚度为0.1mm～0.25mm。
16.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，
所述用于监测光波长的光敏二极管(500)附着在热电元件(900)上。
17.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，
所述波长选择性滤波器，在玻璃或石英基板层叠曲折率高和低的电介质薄膜来制作所述波长选择性滤波器。
18.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，
所述波长选择性滤波器，其在硅、InP、GaAs中包括某一个的半导体基板，层叠曲折率高和低的电介质薄膜来制作所述波长选择性滤波器。
19.根据权利要求18所述的激光装置，其特征在于，
在所述波长选择性滤波器还附着薄膜加热器。
20.根据权利要求5或6所述的激光装置，其特征在于，
所述激光二极管晶片(100)与波长选择性滤波器配置在一个热电元件(900)，并且调节所述热电元件(900)的温度，以使流到用于监测光波长的光敏二极管(500)的光电流与流动用于监测光强度的光敏二极管(600)(700)的光电流的值固定。
21.根据权利要求5或6所述的激光装置，其特征在于，
所述波长选择性滤波器，在硅、InP、GaAs中包括某一个的半导体基板，层叠曲折率高和低的电介质薄膜来制作所述波长选择性滤波器，并且调节所述波长选择性滤波器的温度，以使流到用于监测光波长的光敏二极管(500)的光电流与流动用于监测光强度的光敏二极管(600)(700)光电流的值固定。
22.根据权利要求21所述的激光装置，其特征在于，
在所述波长选择性滤波器附着由金属薄膜图案形成的电阻体，根据流到所述金属薄膜的电流来调节温度。
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