CN104466663A - 一种高偏超辐射发光二极管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高偏超辐射发光二极管，包括管壳、管壳内的部件和光隔离器，所述光隔离器包括保偏光纤、第二透镜、偏振片、磁环、旋光晶体，所述光隔离器集成与所述管壳内，通过在发光管内管芯之后增加透镜、偏振片、旋光晶体和磁环，即把光隔离器的空间元件集成在超辐射二极管管壳内的热沉基底之上，这样不仅能够减小系统的空间体积，降低费用，同时热沉的控温能够确保整体系统的稳定性和可靠性；同时利用高消光比的偏振片来进一步提高管芯本身出光的消光比使得整个发光管的输出光的消光比达到30dB以上，能够实现自带隔离器功能的超辐射发光二极管，提高器件的集成性和稳定性的同时，也能保证高消光比保偏光纤输出。

Description

一种高偏超辐射发光二极管

技术领域

本发明涉及一种超辐射发光二极管，具体涉及一种高偏超辐射发光二极管。

背景技术

超辐射发光二极管(Super luminescent Diode,SLD)是一种自发辐射的单程光放大器件，利用光纤与超辐射发光管耦合，将发出的光传出去。此类光源以其短相干长度、宽光谱及高稳定性成为了众多光纤传感器的光源。比如光纤陀螺中背向散射光以及非线性克尔效应等对陀螺对性能有很大的影响，而超辐射发光二极管由于具有很短的相干长度，因此再降低以上噪声方面具有很大的优势，从而成了光纤陀螺传感的重要光源构成。在任何传感系统中，从后续的光学传感系统中反射回的光会影响光源的稳定性并导致降低系统传感精度，所以在一般情况下我们需要在光源后增加光纤隔离器以便取得更好的使用效果。一般情况下，此隔离器是与发光管分开封装，这样就需要较大的体积和更高的价格，不利于系统的集成。

同时，高偏振度的超辐射光源可以更好的应用在保偏的系统中，其传感的效果要优于消偏的方案，所以制作具有高偏振度的同时具备隔离器功能的集成超辐射二极管是一件非常重要的研究课题。

SLD光源是干涉型光纤传感中的常用的光源器件。在众多的光纤传感应用中，均要求系统具有高度集成性、低系统体积和质量、高可靠性等要求。这样就要求系统的器件尽量能够实现单元多功能化，在尽量小的体积或者单体内实现多功能的光学集成。我们知道在传感系统的反馈光信号会大大影响光源本身的稳定度，并带来非常大的系统噪音，所以，一般我们需要采用隔离器来实现光路的单向通过。但是隔离器的引入会进一步的增加光路的体积及光纤盘放所占据的空间，这就需要进一步进行器件的集成；另外，偏振度高于30dB的超辐射发光二极管市面上很难获得，这样会极大限制了光纤传感的高偏方案的实现。

因此，需要提供一种集成度高的高偏超辐射发光二极管来进一步减小系统的空间体积，降低费用，同时热沉的控温能够确保整体系统的稳定性和可靠性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种高偏超辐射发光二极管，包括管壳、管壳内的部件和光隔离器，所述光隔离器包括保偏光纤、第二透镜、偏振片、磁环、旋光晶体，所述光隔离器集成与所述管壳内。

优选地，所述管壳内的部件由半导体制冷器和位于所述半导体制冷器上端面的热沉基底构成，所述热沉基底的上端面依次设置有位于同一水平轴线上的探测器、超辐射发光管芯、第一透镜、所述偏振片、所述磁环、旋光晶体、所述第二透镜和所述保偏光纤，所述超辐射发光管芯的一侧设置有热敏电阻。

优选地，所述偏振片的消光比大于30dB。

优选地，所述热敏电阻为片状热敏电阻。

优选地，所述热敏电阻包括：

热敏电阻素体，具有在第一方向上彼此相对的第一主面和第二主面；

第一电极和第二电极，分布在所述热敏电阻素体的所述第一主面，在与所述第一方向正交的第二方向上彼此分离而配置；

第三电极，分布在所述热敏电阻素体的所述第二主面，以从所述第一方向看与所述第一电极和所述第二电极重叠的方式配置。

优选地，所述第二方向上的所述第一电极与所述第二电极的沿面距离设定为比所述第二方向上的所述第一电极与所述第二电极的空间距离大。

优选地，在所述第一主面上的所述第一电极与所述第二电极之间的区域，形成有凹凸。

优选地，在所述第一主面上的所述第一电极与所述第二电极之间的区域，形成有沿着与所述第二方向交叉的方向延伸的槽。

优选地，从所述第一方向看，所述第一主面位于所述第二主面的外轮廓的内侧，所述第一电极和第二电极位于所述第三电极的外轮廓的内侧。

优选地，所述热沉基底由钨铜材料制成。

本发明的有益效果为：

本发明公开了一种高偏辐射发光二极管，通过在发光管内管芯之后增加透镜、偏振片、旋光晶体和磁环，即把光隔离器的空间元件集成在超辐射二极管管壳内的热沉基底之上，这样不仅能够减小系统的空间体积，降低费用，同时热沉的控温能够确保整体系统的稳定性和可靠性；同时利用高消光比的偏振片来进一步提高管芯本身出光的消光比使得整个发光管的输出光的消光比达到30dB以上，能够实现自带隔离器功能的超辐射发光二极管，提高器件的集成性和稳定性的同时，也能保证高消光比保偏光纤输出。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明高偏超辐射发光二极管管壳的内部结构图；

图2为本发明图1中的热敏电阻的立体图；

图3为本发明图1中的热敏电阻的俯视图；

图4为本发明图2中第一电极～第三电极的位置关系的图；

图5为本发明图2中b-b的截面示意图；

附图标记说明：1-保偏光纤 2-探测器 3-超辐射发光管芯 4-热敏电阻 5-第一透镜 6偏振片 7-磁环 8-第二透镜 9-旋光晶体 4-3-热敏电阻素体 4-3a-第一主面4-3b-第二主面 4-3c～4-3f-四个侧面 4-5-第一电极 4-7-第二电极 4-9-第三电极4-11-槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

为了彻底了解本发明实施例，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施例的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

参照图1，图1为本发明高偏超辐射发光二极管管壳的内部结构图。图中所述的高偏超辐射发光二极管包括管壳、管壳内的部件和光隔离器，所述光隔离器包括保偏光纤1、第二透镜8、偏振片6、磁环7、旋光晶体9，所述光隔离器集成与所述管壳内；偏振片(6)的消光比大于30dB，所述管壳内的部件由半导体制冷器和位于所述半导体制冷器上端面的热沉基底构成，所述热沉基底的上端面依次设置有位于同一水平轴线上的探测器2、超辐射发光管芯3、第一透镜5、所述偏振片6、所述磁环7、旋光晶体9、所述第二透镜8和所述保偏光纤1，所述超辐射发光管芯3的一侧设置有热敏电阻4。

由于本发明针对的是最常用的高消光比的SLD光源，通常SLD管芯发射的偏振光消光比在15dB以上。然而在很多的实际应用中，为了更好的使用消偏方案，实际上对于SLD管芯偏振度的要求在30dB以上。针对如此的高消光比要求，可以采用偏振相关隔离器的设计结构。首先管芯发出的光经过透镜准直输出，然后经过一个高消光比的偏振片(消光比>30dB)实现真正的高偏振度输出，然后经过一个旋光晶体偏振光旋转45度，之后经过一个同偏振方向的检偏器，构成隔离器功能。之后再经过一个透镜进行会聚进入保偏光纤，从而实现带有隔离器功能的高偏振度超辐射光纤光源的输出。

为了进一步提高高偏超辐射发光二极管的温控精度，热敏电阻4为片状热敏电阻；参加图2至图5，图2为本发明图1中的热敏电阻的立体图；图3为本发明图1中的热敏电阻的俯视图；图4为本发明图2中第一电极～第三电极的位置关系的图；图5为本发明图2中b-b的截面示意图。片状热敏电阻具备热敏电阻素体4-3、第一电极4-5、第二电极4-7以及第三电极9。片状热敏电阻是NTC(Negative TemperatureCoefficient:负温度系数)热敏电阻。片状热敏电阻呈大致长方体形状，如长度设定为0.6mm左右；宽度设定为0.4mm左右；高度设定为0.2mm左右。

热敏电阻素体4-3具有第一主面4-3a和第二主面4-3b、以及4个侧面4-3c～4-3f。第一主面4-3a和第二主面4-3b在第一方向(图中Z方向)上彼此相对。4个侧面4-3c～4-3f以连结第一主面4-3a与第二主面4-3b的方式沿着第一方向延伸。热敏电阻素体4-3以Mn为主成分进而含有Ni、Co、Ca、Zr、Al、Cu以及Fe的至少一种以上作为副成分的尖晶石型金属氧化物形成。热敏电阻素体3是由该尖晶石型金属氧化物构成的半导体陶瓷。

在热敏电阻素体4-3中，第一主面4-3a的面积比第二主面4-3b的面积小。第一主面4-3a从第一方向看位于第二主面4-3b的外轮廓的内侧。因此，在热敏电阻素体4-3的侧面4-3c～4-3f，在第一主面3a侧的区域与第二主面3b侧的区域之间形成有高低差。热敏电阻素体3的厚度例如设定为0.2mm左右。

第一电极4-5与第二电极4-7配置在热敏电阻素体4-3的第一主面4-3a。第一电极4-5与第二电极4-7在与第一方向正交的第二方向(图中X方向)上彼此分离而定位。第一电极4-5和第二电极4-7呈矩形形状(在本实施方式中是长方形状)。第一电极4-5与第二电极4-7以各电极4-5,4-7的长边方向成为彼此平行的方式并置。第一电极4-5和第二电极4-7设为例如0.4mm*0.2mm左右的尺寸。第二方向上的第一电极4-5与第二电极4-7的空间距离设定为0.2mm左右。

第三电极4-9配置在热敏电阻素体4-3的第二主面4-3b。第三电极4-9以从第一方向看与第一电极4-5和第二电极4-7重叠的方式定位。第三电极4-9呈矩形形状(在本实施方式中是长方形状)。在本实施方式中，第三电极4-9以覆盖第二主面4-3b整体的方式形成。

如图4所示，图4为本发明图2中第一电极～第三电极的位置关系的图。第一电极4-5和第二电极4-7从第一方向看位于第三电极9的外轮廓的内侧。因此，第一电极4-5整体在第一方向上与第三电极4-9相对，第二电极4-7整体在第一方向上与第三电极4-9相对。

第一电极4-5、第二电极4-7和第三电极4-9由通常用作片型电子部件的电极的导电性材料Ag构成。第一电极4-5、第二电极4-7和第三电极4-9构成为包含上述导电性材料的导电性膏体的烧结体。第一电极4-5、第二电极4-7和第三电极4-9也可以包含作为最外层的镀层。导电性材料除了上述的Ag以外，也可以包含Au、Pt或Cu等。

在热敏电阻素体4-3的第一主面4-3a上的第一电极4-5与第二电极4-7之间的区域，形成有沿着与第二方向交叉(正交)的方向(图中Y方向)延伸的多个(在本实施方式中是4个)槽4-11。多个槽4-11以在与槽4-11延伸的方向正交的方向上排列的方式形成。因此，在第一主面4-3a上的第一电极4-5与第二电极4-7之间的区域，在第二方向上看，形成有凹凸。通过形成有凹凸，第二方向上的第一电极4-5与第二电极4-7的沿面距离设定为比第二方向上的第一电极4-5与第二电极4-7的空间距离大。槽4-11延伸的方向与第一电极4-5和第二电极4-7的长边方向平行。在本实施方式中，槽4-11的宽度设定为50μm左右，深度设定为30μm左右。

为了进一步提高测量温度的精确度，热沉基底6由钨铜材料制成，能够更好的将超辐射发光管芯2所发出的热量传递到半导体制冷器3上面，进而散热保持温度的恒定；另外探测器1可以探测超辐射发光管芯2是否漏光。

本发明通过在发光管内管芯之后增加透镜、分光晶体、旋光晶体、磁环和二分之一波片旋转光的偏振方向，再进行晶体合光之后经过透镜再耦合进入到输出光纤。整个隔离器均在管壳内部的热沉基底之上，这样的热沉能够保证整个光路系统的稳定性，不仅能够减小系统的空间体积，降低费用，同时热沉的控温能够确保整体系统的稳定性和可靠性。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高偏超辐射发光二极管，包括管壳、管壳内的部件和光隔离器，所述光隔离器包括保偏光纤(1)、第二透镜(8)、偏振片(6)、磁环(7)、旋光晶体(9)，其特征在于，所述光隔离器集成与所述管壳内。

2.根据权利要求1所述的高偏超辐射发光二极管，其特征在于，所述管壳内的部件由半导体制冷器和位于所述半导体制冷器上端面的热沉基底构成，所述热沉基底的上端面依次设置有位于同一水平轴线上的探测器(2)、超辐射发光管芯(3)、第一透镜(5)、所述偏振片(6)、所述磁环(7)、旋光晶体(9)、所述第二透镜(8)和所述保偏光纤(1)，所述超辐射发光管芯(3)的一侧设置有热敏电阻(4)。

3.根据权利要求2所述的高偏超辐射发光二极管，其特征在于，所述偏振片(6)的消光比大于30dB。

4.根据权利要求2所述的高偏超辐射发光二极管，其特征在于，所述热敏电阻(4)为片状热敏电阻。

5.根据权利要求4所述的超辐射发光二极管，其特征在于，所述热敏电阻包括：

热敏电阻素体(4-3)，具有在第一方向上彼此相对的第一主面(4-3a)和第二主面(4-3b)；

第一电极(4-5)和第二电极(4-7)，分布在所述热敏电阻素体(4-3)的所述第一主面(4-3a)，在与所述第一方向正交的第二方向上彼此分离而配置；

第三电极(4-9)，分布在所述热敏电阻素(4-3)体的所述第二主面(4-3b)，以从所述第一方向看与所述第一电极(4-5)和所述第二电极(4-7)重叠的方式配置。

6.根据权利要求5所述的超辐射发光二极管，其特征在于，所述第二方向上的所述第一电极(4-5)与所述第二电极(4-9)的沿面距离设定为比所述第二方向上的所述第一电极(4-5)与所述第二电极(4-7)的空间距离大。

7.根据权利要求6所述的超辐射发光二极管，其特征在于，在所述第一主面(4-3a)上的所述第一电极(4-5)与所述第二电极(4-7)之间的区域，形成有凹凸。

8.根据权利要求7所述的超辐射发光二极管，其特征在于，在所述第一主面(4-3a)上的所述第一电极(4-5)与所述第二电极(4-7)之间的区域，形成有沿着与所述第二方向交叉的方向延伸的槽(4-11)。

9.根据权利要求5～8中的任一项所述的超辐射发光二极管，其特征在于，从所述第一方向看，所述第一主面(4-3a)位于所述第二主面的(4-3b)外轮廓的内侧，所述第一电极(4-5)和第二电极(4-7)位于所述第三电极(4-9)的外轮廓的内侧。

10.根据权利要求2所述的超辐射发光二极管，其特征在于，所述热沉基底(6)由钨铜材料制成。