CN110168823B - 改进的利用滤光器的自混合模块 - Google Patents

改进的利用滤光器的自混合模块 Download PDF

Info

Publication number
CN110168823B
CN110168823B CN201780049020.XA CN201780049020A CN110168823B CN 110168823 B CN110168823 B CN 110168823B CN 201780049020 A CN201780049020 A CN 201780049020A CN 110168823 B CN110168823 B CN 110168823B
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
filter
sensor apparatus
detector
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201780049020.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110168823A (zh
Inventor
K·约翰逊
T·费什曼
T·巴基什
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
VOCALZOOM SYSTEMS Ltd
Vicksar Co ltd
Original Assignee
VOCALZOOM SYSTEMS Ltd
Vicksar Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by VOCALZOOM SYSTEMS Ltd, Vicksar Co ltd filed Critical VOCALZOOM SYSTEMS Ltd
Publication of CN110168823A publication Critical patent/CN110168823A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110168823B publication Critical patent/CN110168823B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0225—Out-coupling of light
    • H01S5/02253—Out-coupling of light using lenses
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02015—Interferometers characterised by the beam path configuration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02049—Interferometers characterised by particular mechanical design details
    • G01B9/0205—Interferometers characterised by particular mechanical design details of probe head
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02092—Self-mixing interferometers, i.e. feedback of light from object into laser cavity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/32—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4814—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/491—Details of non-pulse systems
    • G01S7/4912—Receivers
    • G01S7/4916—Receivers using self-mixing in the laser cavity
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/30—Collimators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/0014—Measuring characteristics or properties thereof
    • H01S5/0028—Laser diodes used as detectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/023—Mount members, e.g. sub-mount members
    • H01S5/02325—Mechanically integrated components on mount members or optical micro-benches
    • H01S5/02326—Arrangements for relative positioning of laser diodes and optical components, e.g. grooves in the mount to fix optical fibres or lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0239—Combinations of electrical or optical elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0262—Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18305—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] with emission through the substrate, i.e. bottom emission
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2290/00—Aspects of interferometers not specifically covered by any group under G01B9/02
    • G01B2290/25—Fabry-Perot in interferometer, e.g. etalon, cavity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2301/00—Functional characteristics
    • H01S2301/02—ASE (amplified spontaneous emission), noise; Reduction thereof

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)

Abstract

提供了用于在自混合条件下生成、增强和检测激光的幅度调制和相位调制的系统和方法。所述系统可以包括激光器和检测器，所述检测器用于提取自混合信号的特性，随后使用以硬件或软件方式被实现的算法来解释所述自混合信号的特性。在激光器是垂直腔体表面发射激光器(VCSEL)的情况下，可通过借助分束器对表面光发射进行监测来检测输出信号，或在一些实施例中作为来自激光器的底表面的发射来监测。在一些实施例中，系统可以进一步包括波长滤光器，诸如信号路径中的标准具。

Description

改进的利用滤光器的自混合模块
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年6月13日提交的题为“Improved Self-Mix Module UtilizingFilters(改进的利用滤光器的自混合模块)”的美国临时申请第62/349,123号的权益和优先权，其内容通过引用整体被并入本文。
技术领域
本发明公开文本涉及信号处理并涉及基于激光自混合的机制的传感器。还公开了用于针对传感器的改进的封装的方式。
背景技术
本文中所提供的背景描述用于总体地呈现本公开的上下文的目的。在此背景技术部分所描述的程度上的当前命名的发明人的工作以及在递交时可不以其他方式作为现有技术的描述的各方面既不明确地又不隐含地被承认为反对本公开的现有技术。
激光器和激光二极管中的自混合(或也被称为光学反馈干涉)是一种用于感测与运动相关的物理现象的敏感机制。该敏感性是由于以下因素引起的：激光器对于甚至是微小水平的光学反馈也具有极大的敏感度、该反馈的相对的相位变化、以及这些相位变化发生在光自身的光波长量级的距离尺度上。另外，激光器对这些变化的时间响应在极限情况下仅受激光器腔体内光子的寿命限制，其本身在几十皮秒的量级上，因此响应可以非常快。因此，高速、高灵敏度、以及高空间分辨率的潜力使得自混合成为一种非常有吸引力的传感器技术。
还因为自混合的实现需要最少的外部部件并且硬件的复杂度可较低，所以自混合是一种有吸引力的技术。进一步的益处在于该技术是固有地自对准的。这些传感器还可以包含诸如降噪和信息提取算法之类的各种水平的信号处理，该信号处理通常是针对特定应用和感兴趣的被测量高度定制的。高速的专用电路(ASCIS)的可用性允许紧凑的和高性能的自混合传感器。
基于自混合的激光传感器已经于各处存在了很长时间，主要用于振动测量、位移、轮廓测量和测速。诸如题为“Laser Self-Mixing Measuring Device(激光自混合测量设备)”的美国专利No.8,416,424 B2(该专利通过引用以其全部内容被并入本文)中所描述的设备之类的常规设备似乎公开了在激光器与检测器之间的光路中具有移动的衍射光栅的一种这样的自混合测量设备。所述设备大多数用于较短距离的工业应用，在这样的工业应用中，可实现的信号电平足以用于可靠的检测和传感器灵敏度。由此，增加可获得的信号电平将引起可由该技术寻址的应用空间的广泛扩展。
垂直腔体表面发射激光器(VCSEL)可以是对于自混合而言特别适合的一种半导体激光器形式。已知VCSEL中的自混合。然而，VCSEL受到与传统激光器相同的限制中的许多限制，即低的可获得的信号电平。已经为了优化VCSEL以用于改进VCSEL自混合性能而做了工作，但改进的程度对于本文中所构想的多个感兴趣消费者应用而言仍是不足的。可能最成功的应用和最近的发展是将VCSEL使用在光学鼠标的基于自混合的传感器中，在该传感器中目标距离在厘米的量级上。另外，基于VCSEL的紧凑型低成本封装方法将使得自混合传感器到消费者应用和市场中的渗透率能够提高，消费者应用和市场将从对该自混合传感器的利用中显著获益。
发明内容
以下提供了本公开的一个或多个实施例的简化概述以便提供对此类实施例的基本理解。此概述不是所有构想的实施例的广泛综览，并且既非旨在标识所有实施例的关键性或决定性要素，亦非旨在描述任何或所有实施例的范围。
本发明公开文本的系统和方法可以包括例如用于通过利用滤光器(特别是法布里-珀罗(Fabry-Perot)滤光器)来改进自混合的系统、设备和方法。本发明公开文本的系统和方法还可以包括例如用于通过利用VCSEL(特别是被设计用于增加底部发射水平或与标准具集成的VCSEL)来改进自混合传感器的系统、设备和方法。本公开文本的系统和方法可以提供其他的和/或附加的益处或优点。
鉴于自混合传感器的可扩展性和灵敏度的所概述的限制，本公开文本的一个或多个实施例的目的是提供一种有效放大来自于自混合装置的输出信号的装置。本公开文本的至少一个实施例基于使用波长滤光器(优选地为法布里-珀罗标准具)通过在滤光器通带之一的边缘上的波长处进行操作来增强信号幅度。因此，将波长滤光器安置在监测信号的光路中，安置在检测器前。本公开文本的一个或多个实施例的另一个目的是通过使用垂直腔体激光器来实现更小、更具成本效益的自混合传感器。特别地，通过利用来自VCSEL的基板侧(背)发射，从而不需要单独的分束器部件，并可以能够实现高效的垂直堆叠的封装配置。本公开文本的至少一个实施例的又一个目的是利用VCSEL的独特结构，以便将滤光器直接集成到VCSEL结构本身中。
在本公开文本的一个或多个实施例中，提供了一种激光自混合装置，包括：激光器，所述激光器用于产生激光束；检测器，所述检测器用于监测该光束的一部分的强度；装置，所述装置用于将激光的所述部分耦合进入检测器；以及光学滤光器，所述光学滤光器在激光器和检测器之间的光路中。可以通过外部透镜的方式将激光束聚焦到部分反射的目标上，并且该透镜还用于将被反射的光中的一些光耦合回到激光器腔体中。光学滤光器可以具有拥有窄范围和波长的至少一个通带，使得可使用电流或温度或其他手段来调节激光器以便在通带的陡峭区域上操作。可以存在有位于滤光器和检测器之间的光路中的孔径、孔、狭缝或其他开口。被反射回到激光器腔体中的光中的一些光的耦合生成了具有时间信息、频率信息和波长信息的自混合信号，该时间信息、频率信息和波长信息涉及目标反射表面的相对移动。
在本公开文本的一个或多个实施例中，激光自混合设备的操作包括在激光器中产生激光并将该光的一部分引导到部分反射的目标上。随后将被反射的光中的一些光耦合回到激光器腔体中。激光的另一部分不会前进到目标，而是被引导朝向检测器。该激光或其一部分的样本在穿过滤光器之后或从滤光器反射之后被引导在检测器处。检测器生成与入射到该检测器的表面的光的量成比例的输出信号。由于被反射的光的耦合所引起的激光器内的自混合效应，该输出信号随时间变化。测量和处理输出信号，以便提取关于目标的与位移或移动相关的信息。
滤光器的目的在于向对于经采样的激光束的波长非常敏感的检测器提供信号，使得波长的非常小的变化造成滤光器的透射特性或反射特性的大的变化。换言之，在遇到滤光器之后，采样的自混合调制光中的光子到达检测器的概率很大程度上取决于其波长。由于自混合信号的物理性质在时间上与振幅或强度调制同步地表现出波长调制，因此滤光器可以用于有效地放大或抑制可用于检测的信号。
可以操作激光器使得发射光的波长对应于滤光器透射或反射特性中相对陡峭变化的区域。如果在滤光器特性的上升沿(在该上升沿中，透射或反射随波长增加而增加，并且伴随着向更长波长的移动，采样光信号强度增加)上进行操作，则效果是加性的(同相)并且信号的表观上的峰到峰调制将增加。如果在滤光器特性的下降沿(在该下降沿中，透射或反射随着波长的增加而减少，并且伴随着向更长波长的移动，采样光信号的强度增加)上工作，则效果是减性的(异相)并且信号的表观上的峰到峰调制将减少。如果在滤光器特性的下降沿(在该下降沿中，透射或反射随着波长的增加而增加，并且伴随着向更短波长的移动，采样光信号的强度增加)上工作，则效果是减性的(异相)并且信号的表观上的峰到峰调制将减少。如果在滤光器特性的下降沿(在该下降沿中，透射或反射随波长增加而减少，并且伴随着向更短波长的移动，采样光信号强度增加)上进行操作，则效果是加性的(同相)并且信号的表观上的峰到峰调制将增加。
原则上，本文所公开的各种实施方案的这个方面将适用于在其中可发生自混合效应的所有种类的激光器。可在使用了分束器的系统中采用本文所公开的各种实施例，以对不被引导朝向目标的激光进行采样。本文所公开的实施例同样可以用于如下这样的系统中：在该系统中，在边缘发射激光器的情况下，激光的采样部分源自来自背面的发射，或者在VCSEL的情况下，激光的采样部分源自来自基板表面的发射。滤光器元件还可能发挥作为滤光器和光束采样部件(即光束分离器)这两者的双重功能。
本文所公开的各种实施例的进一步方面是通过使用基板发射型VCSEL激光器来减小封装尺寸和复杂性。典型VCSEL被设计有具有非常高的反射率(＞99.9％)的底部镜，并且如此的话将几乎所有的光功率发射穿过具有较低的反射率(通常地＜99.6％)的顶表面镜。通过降低底部镜的反射率，可增加通过基板发射的激光的量。如果随后将VCSEL安装在检测器上方的位置，则该底部发射的光可用于监测自混合信号。因此，消除了对分束器的需求。可以将VCSEL直接堆叠在探测器上，也可以将VCSEL设置在包含中间气隙的一个距离处。部分底部发射的VCSEL有利于利用标准具来封装。优选地，VCSEL在基板侧具有图案化金属，该图案化金属具有孔或孔径，该孔或孔径用于在抑制不需要的自发发射光的同时使激光通过。检测器处存在自发的发射可能导致降低了信噪比的不需要的检测器信号。基板发射表面还可以涂覆有低反射率涂层，以减少信号损失，改善作为注入电流的函数的激光功率发射的线性度，并减小或最小化对激光器腔体光本身的扰动。
为了进一步减小传感器尺寸、成本和封装复杂性同时改进性能，本文所公开的实施例可以利用直接与标准具集成的VCSEL激光器。通过用高度反射(HR)镜涂层涂覆基板最终表面，VCSEL(该VCSEL部分地由与光学透明基板相邻的高度反射镜组成)可包含标准具过滤功能。在这种情况下，基板本身是标准具的腔体间隔区域，其被VCSEL底部DBR限定在一侧上并被HR涂层限定在另一侧上。由于光束的发散和标准具腔体内激光照射的小光束直径，所以预期的性能可能不是理想的，但可证明足以产生显著的信号增强。
在本公开文本的一个实施例中，自混合传感器设备包括经注射模制的塑料外壳，在该塑料外壳上固定有部分底面发射的VCSEL，该VCSEL具有2∶1的顶部到底部发射比。VCSEL发射波长例如为940nm的光。利用图案化金属膜将VCSEL的基板表面金属化，所述图案可以是与VCSEL发射区域的中心点对准的一系列20μm直径的孔径。孔径的内部可以被涂覆有抗反射的涂层，诸如但不限于氮化硅的1/4光波。VCSEL在VCSEL芯片的顶表面上具有阳极电连接和阴极电连接。在VCSEL下面安置有透镜，该透镜被形成为经注射模制的外壳的一部分。透镜的目的在于校准激光发射以及扩大光束尺寸。在与VCSEL相对的棱镜的相对侧上存在有充当波长滤光器的标准具，该标准具也被固定至塑料封装。在一个实施例中，标准具包括被涂覆在具有至少部分反射性镜子的至少一侧上的熔融石英层或者包括部分反射性涂层。实施例进一步包括子安装件，硅检测器和塑料外壳附连至该子安装件。当被组装时，检测器面对具有中介气隙的标准具的最终表面。子安装件进一步提供至设备的电接口，即激光器阳极和激光器阴极以及检测器阳极和检测器阴极。位于外壳外部的是用于将激光束聚焦于目标并收集被发射的返回光的透镜。透镜还用于将返回光的一部分耦合到VCSEL腔体中。
可将本文中所公开的实施例使用在用于测量目标运动、位移、振动和相关的运动伪影的传感器中。在一些实施例中，可以适用于要求在1米或更多的量级上的距离处进行感测的应用。在一些实施例中，可以适用于要求在少于1米的距离处进行感测的应用。这些应用可以是要求对例如目标运动、位移、振动和相关运动伪影进行感测的任何类型的工业应用或消费者应用。
本申请中所描述的自混合传感器的示例中，单模式激光源发射光束，该光束被透镜聚焦或引导到可以是物体、体形或表面的目标。激光信号从目标处被散射，一部分返回激光器，并通过激光器的一个面重新进入激光器。该返回信号与输出信号混合。当从VCSEL到目标和返回的往返距离导致输出信号和输入信号同相时，返回信号与输出信号相长地干涉，这导致激光器的光输出增加。当从VCSEL到目标并返回的往返距离导致输出光束和输入光束异相时，返回信号与输出信号相消地干涉，这导致激光器的光输出减少。当目标移动时，返回光束与发射光束同相或异相，这产生以时间波动或振荡为特征的自混合信号。每个振荡对应于等于一个波长的运动。
在一个或多个实施例中，用于激光发射的传感器装置可包括：至少一个激光器，所述至少一个激光器发射来自至少一个孔的光，所述激光器包括腔体和至少一个镜子；检测器；滤光器，所述滤光器位于相对于腔体的固定位置；至少一个光学透镜，所述至少一个光学透镜将所述激光发射的一部分近似地聚焦到目标表面上，并将从目标表面反射的任何光的一部分耦合回到激光器腔体中，其中第一光路在激光器与目标表面之间运载从激光器发射出的光的第一部分，且第二光路在激光器与检测器之间运载从激光器发射出的光的第二部分，其中目标表面仅设置在所述第一光路内；并且其中滤光器至少设置在所述第二光路内。滤光器可以设置在第一光路和第二光路内。激光器可以是VCSEL。检测器可以设置在与激光器相同的基板上。滤光器可以是光栅或标准具之一。激光器可以具有多个用于发射光的孔径。传感器设备可以进一步包括对激光发射的一部分进行采样并将该激光发射的一部分呈现给检测器的装置。采样装置可以是分束器。可以相对于激光器的光轴成一角度地定位分束器。滤光器可以位于激光发射的经采样部分的光路中。在一些实施例中，经采样的部分不大于激光发射的50％。在一些实施例中，经采样的部分不小于激光发射的10％。激光器可以是VCSEL，并且光可以通过VCSEL的底表面发射。激光器可以包括具有涂层的底部发射表面。涂层在激光发射的波长上可以是抗反射的或反射的。检测器可以选自以下设备所组成的群组：光探测器、PIN光检测器、谐振腔光检测器或雪崩光电二极管。激光器可以是边缘发射激光器、VCSEL、固态激光器、气体激光器或任何其他合适的激光器。在一些实施例中，光可以具有在大约800nm与1000nm之间的波长。滤光器可以由光栅以及空间滤光器或狭缝组成。滤光器可以是具有小于约5nm的自由光谱范围的标准具。滤光器可以是具有小于约1nm的自由光谱范围的标准具。滤光器可以是具有大于约5的精细度的标准具。滤光器可以是具有大于约10的精细度的标准具。滤光器可以具有透射峰，并且在最接近光的波长的透射峰的一半最大透射带宽处的全宽度小于或等于1nm。激光器可以具有多个发射孔径。在一些实施例中，激光器可以是具有至少一个镜子和基板的VCSEL，并且滤光器是包括VCSEL的至少一个镜子和基板的标准具。该方法可以进一步包括基板上的反射涂层。在一些实施例中，将滤光器安装到检测器在一些实施例中，激光器是VCSEL，并且将激光器安装到滤光器。在一些实施例中，激光器是具有顶表面和底表面的VCSEL，并且从顶表面发射出的峰值光功率与从底表面发射出的峰值光功率的比率在1∶1与10∶1之间。在一些实施例中，传感器设备进一步包括外壳。
在一个或多个实施例中，封装的传感器装置包括：外壳；激光器，所述激光器从孔径发射光，所述光具有一波长；检测器，所述检测器安装在所述外壳的第一端处的基板上；滤光器，所述滤光器设置在激光器和检测器之间；至少一个光学透镜，所述至少一个光学透镜位于所述外壳的第二端处。在至少一个实施例中，所述至少一个光学透镜设置在激光器的底部发射表面与滤光器之间，以校准光。在一些实施例中，波长可以在约800nm与1000nm之间。在至少一个实施例中，所述激光器是VCSEL。在一些实施例中，外壳由模制的塑料组成。至少在其中外壳由模制的塑料组成的实施例中，至少一个光学透镜可以与外壳一体成型。在其他实施例中，外壳可以包括金属，并且透镜可以是固定于外壳的塑料插件。在一些实施例中，至少检测器和滤光器设置在外壳的腔体内。在一些实施例中，激光器安装在位于外壳的外表面的凹槽内。在一些实施例中，将基板安装到外壳。外壳可以具有允许足够的间隙以用于至激光器和检测器的引线键合互连的至少一个特征。外壳可以具有用于激光器与滤光器的被动对准和组装的至少一个特征。在一些实施例中，检测器可以选自以下设备所组成的群组：光检测器、PIN光检测器、谐振腔光检测器或雪崩光电二极管。在一些实施例中，滤光器可以是标准具。在一些实施例中，可以将滤光器安装到检测器。在一些实施中，滤光器可以与激光器分开。滤光器和激光器可以形成单片结构。在一些实施例中，滤光器可以包括在该波长上展现出低的光损耗的材料。在至少一个实施例中，滤光器具有平行的两个面，其中每个面具有在该波长处高度反射的镜子。在一些实施例中，滤光器可以具有小于约5nm的自由光谱范围。在一些实施例中，滤光器可以具有小于约2nm的自由光谱范围。滤光器可以具有大于约5的精细度。滤光器可以具有大于约10的精细度。在一些实施例中，滤光器可以具有透射峰，并且最接近光的波长的透射峰的最大透射带宽的全宽度小于或等于1nm。激光器可以具有多个发射孔径。在一些实施例中，激光器可以是具有至少一个镜子和基板的VCSEL，并且滤光器可以为包括VCSEL的至少一个镜子和基板的标准具。在一些实施例中，在基板上可以有反射涂层。在一些实施例中，激光器可以是VCSEL，并且可以将激光器安装到滤光器。在至少另一个实施例中，激光器是具有顶表面和底表面的VCSEL，并且从顶表面发射出的峰值光功率与从底表面发射出的峰值光功率的比率在1∶1与10∶1之间。在一些实施例中，激光器可以是具有基板的VCSEL，并且基板可以在至少一侧上具有孔径的图案以用于抑制光的自发发射。
在一个或多个实施例中，用于激光发射的传感器设备可以包括：至少一个激光器，所述至少一个激光器从至少一个孔径发射光，所述激光器包括腔体和至少一个镜子；检测器；滤光器，所述滤光器位于相对于所述腔体的固定位置；至少一个光学透镜，所述至少一个光学透镜将所述激光发射的一部分大致聚焦在目标表面上并将从所述目标表面反射来的任何光的一部分耦合回到所述激光器腔体中；以及分束器，所述分束器位于所述光学透镜与所述激光器之间。传感器设备可以进一步包括对激光发射的一部分进行采样并将该激光发射的一部分呈现给检测器的装置。采样装置可以是分束器。可以相对于激光器的光轴成一角度地定位分束器。滤光器可以位于激光发射的经采样的部分的光路中。在一些实施例中，经采样的部分不大于激光发射的50％。在一些实施例中，经采样的部分不小于激光发射的10％。激光器可以是VCSEL，并且光可以通过VCSEL的底表面发射。激光器可以包括具有涂层的底部发射表面。涂层在激光发射的波长上可以是抗反射的或反射的。检测器可以选自以下设备所组成的群组：光检测器、PIN光检测器、谐振腔光检测器或雪崩光电二极管。激光器可以是边缘发射激光器、VCSEL、固态激光器、气体激光器或任何其他合适的激光器。在一些实施例中，光可以具有在大约800nm与1000nm之间的波长。滤光器可以由光栅以及空间滤光器或狭缝组成。滤光器可以是具有小于约5nm的自由光谱范围的标准具。滤光器可以是具有小于约1nm的自由光谱范围的标准具。滤光器可以是具有大于约5的精细度的标准具。滤光器可以是具有大于约10的精细度的标准具。滤光器可以具有透射峰，并且在最接近光的波长的透射峰的一半最大透射带宽处的全宽度小于或等于1nm。激光器可以具有多个发射孔径。在一些实施例中，激光器可以是具有至少一个镜子和基板的VCSEL，并且滤光器是包括VCSEL的至少一个镜子和基板的标准具。该方法可以进一步包括基板上的反射涂层。在一些实施例中，将滤光器安装到检测器。在一些实施例中，激光器是VCSEL，并且将激光器安装到滤光器。在一些实施例中，激光器是具有顶表面和底表面的VCSEL，并且从顶表面发射出的峰值光功率与从底表面发射出的峰值光功率的比率在1∶1到10∶1之间。在一些实施例中，传感器设备进一步包括外壳。
虽然公开了多种实施例，但从显示并描述本发明的示例性实施例的以下的详细描述中，本公开的又一些其他实施例对本领域技术人员将变得显而易见。如将会认识到，本公开的各实施例能够在各种明显的方面修改，所有修改不背离本公开的精神与范围。相应地，附图和详细说明本质上应被视为说明性的，而非限制性的。
附图说明
尽管本说明书以特别指出并清楚地要求保护被视为形成本公开的各实施例的主题的权利要求作为结论，但相信从结合附图所作出的以下描述中将更好地理解本发明，其中：
图1是根据本公开文本的一个实施例的自混合光学系统的示意图。
图2是根据本公开文本的一个实施例的具有用于对激光进行采样的自混合配置的示意图。
图3是示出了显现出周期性锯齿形条纹的自混合信号的曲线图，当目标移位了激光自由空间波长的整数倍时生成该锯齿形条纹。
图4是示出自混合激光强度和波长信号的时间的变化的曲线图。
图5是示出了作为入射光波长的函数的法布里-珀罗标准具透射特性的曲线图。
图6A-图6E是示出了在光路中存在标准具的情况下的自混合信号的增强的曲线图。
图7是用于底部发射的VCSEL结构的示意图。
图8是示出了基于激光器的一个镜子的结构从激光器的一个实施例发射出的总光功率的百分比的曲线图。
图9是示出了来自部分反射底表面观察到的VCSEL输出的曲线图。
图10是堆叠的VCSEL的示意图，该堆叠的VCSEL与制造在透明基板上的适用于VCSEL的标准具滤光器和光检测器集成。
图11是堆叠的VCSEL的示意图，该堆叠的VCSEL与制造在吸收基板上的适用于VCSEL的标准具滤光器和光检测器集成。
图12是利用VCSEL、标准具和光检测器的直接堆叠来封装的传感器的示意图。
图13是利用在标准具之前的准直透镜来封装的传感器的示意图。
图14是具有8×8阵列的发射孔径的VCSEL激光器管芯的示意图。
图15是根据本公开文本的一个实施例的自混合光学系统的示意图。
图16是根据本公开文本的一个实施例的自混合光学系统的示意图。
具体实施方式
本公开文本涉及信号的处理并且涉及基于激光自混合的机制的传感器以及用于传感器的封装。
在以下详细描述中，阐述众多具体细节以提供对一些实施例的透彻理解。然而，本领域的普通技术人员将理解到，无需这些具体细节就可实践各实施例。在其他实例中，未详细地描述熟知的方法、程序、部件、单元和/或电路，以便不使讨论难理解。
本文中参考本公开文本的一个或多个实施例所描述的功能、操作、部件和/或特征可以与本文中参考本公开文本的一个或多个其他实施方案所描述的一个或多个其他功能、操作、组件和/或特征进行组合，或者可以与本文中参考本公开文本的一个或多个其他实施方案所描述的一个或多个其他功能、操作、组件和/或特征结合使用。因此，本公开文本可以包括本文所描述的模块或功能或组件的任何可能的或合适的组合、重新布置、组装、重新组装或其他利用中的一些或全部，即使它们在不同位置中被讨论或者在不同的章节中被讨论，或者即使它们在不同的图纸中或多个图纸中被显示。
虽然本文中已经说明和描述了本公开文本的某些特征，但本领域技术人员可以想到许多修改、替换、改变和等同物。因此，权利要求旨在涵盖所有这些修改、替换、改变和等同物。
当激光束从外部目标反向散射时，在某些情况下，激光束可能具有耦合回激光器腔体的该激光束的反射功率的一部分。该反向耦合光将自然地干扰腔体内的驻波，并引入发射光的光功率和频率(波长)的不稳定性或变化。可借助光检测器在光路中的任何点处监测光学能量的该变化。向前传播的光可以从主激光束分离或从主激光束被采样并被引导到检测器上。可替代地，从激光器发射的二次光束形式的向后传播的光可以直接入射到检测器上。
在耦合回到激光器腔体中后，存在与反射光相关的时间延迟和相位。因此，与驻波的相互作用非常复杂，并且通常导致激光器的阈值条件的改变。如果电偏压或泵浦功率保持恒定，则阈值条件的这种变化表现为发射光功率的变化。可以应用算法以通过解释这些功率波动来导出目标运动和距离的细节。由于阈值条件的变化也意味着稳态载流子密度的变化，所以发射光的波长也受到相同的时间依赖性的影响。
虽然激光器对光学反馈非常敏感，但反馈下的激光器输出变化的绝对幅度可能很小并且噪声大。因此，由于即使在理想条件下自混合信号的强度本质上也非常低，因此希望改进信噪比。
自混合信号表现为周期性幅度条纹，这些条纹中的每一个条纹对应于等于光学波长的一半或1/2波的反射光中的总相移。条纹的大小取决于激光器设计的细节和反馈的强度(即，耦合回腔体中的光的量)。更多耦合通常产生更强的信号。增加反馈耦合量的方法包括使用大孔径或高数值孔径光学器件、改变目标成分或反射率、或减少到目标的距离。在一些情况下，目标成分是固定的或者是不受用户控制的，并且传感器尺寸的减小是重要的。在这样的下，信号增强的主要手段是优化激光器设计以对自混合具有高灵敏度。可以获得多少改进是有限的，因为在某种程度的反馈下，激光器将变得不稳定并且自混合将变得不稳定。
自混合信号通常由上述条纹或叠加在恒定的背景信号电平或偏置上的调制分量(信号)组成。调制分量(信号)与偏置分量的比率可以被称为调制深度m。在稳定的操作状态下，典型的激光器在高水平的经耦合的光学反馈下可以展现出在大约＜0.5％的量级上的调制深度m。经常希望将来自激光器的光功率最小化。如果激光器发射1mW的光功率，则因此近似信号大约为5μW峰到峰。使用具有0.5A/W的响应率的典型的硅光检测器，这意味着电转换信号值是2.5μA峰到峰。这是可能被检测电路中的背景噪声压垮的一个小值。由于较小的光学器件、降低的目标反射率和/或增加的目标距离而导致的反馈水平的降低可能导致信号电平的相应降低并且可能加剧该问题。由此，增加该信号电平具有显著的重要性。
代替在自混合调制下检测激光器的光功率的变化，可以监测内部结电压。这具有减少光检测器的优点，但由于可获得的信号非常低，该方法具有固有受限的效用。
这是通过切割有源晶体的端面以形成所需的腔体和镜子而形成的普通FP激光器或法布里-珀罗激光器。FP激光器对于该应用是方便的，因为它们通常与所谓的背面监视器光电二极管一起封装在同一封装体中。由此，在使用边缘发射激光器的情况下，自混合检测器可以是与激光二极管本身共同封装的背面监视器光电二极管。
用于自混合传感器的激光器可以是气体激光器、固态激光器或半导体激光器。许多基于自混合的传感器利用了边缘发射激光二极管。垂直腔体表面发射激光器(VCSEL)可能是一种对于自混合而言特别适合的半导体激光器形式。VCSEL是由基板构成的半导体激光器，在该基板上依次沉积第一底部分布布拉格反射器(DBR)镜、被称为腔体的有源光产生有源区和第二顶部DBR镜。光沿法线方向发射到设备顶部表面。
VCSEL的垂直发射性质使其具有比传统激光器更大的封装灵活性，并为使用可用于LED或半导体集成电路(IC)的各种封装打开了大门。VCSEL阵列可与垂直堆叠配置的光电探测器或光学元件一起封装。对于VCSEL来说塑料或陶瓷表面贴装封装选项或者板载芯片选项也是可用的。
可在同一芯片上制造具有单独的发射孔径的多个激光器。这些孔径可以串联、并联或可单独寻址。在可单独寻址的孔阵列在同一VCSEL芯片上的情况下，可通过选择性地照射一个或多个孔来实现光束转向的效果。当与镜头一起使用时，这允许人员在视野中照亮区域而无需任何机械运动。自混合传感器的并行阵列也可由VCSEL构成。
本公开文本可以包括用于通过利用一个或多个滤光器(例如通过使用法布里-珀罗滤光器和/或(一个或多个)其他合适的滤光器)来改进和/或增加自混合(SM)信号的系统、电路、方法和设备；如本文中所述的那样。在至少一个实施例中，所述系统可以包括：基于激光的发射器；光学传感器，所述光学传感器用于捕获从感兴趣区域得到的光学反馈；光学处理器，所述光学处理器用于处理所述光学反馈并产生对应于所述光学反馈的信号(例如，数据的流；数据流；对应于或模仿或仿真音频信号或声学信号的数据)。
在讨论激光器结构时的术语“底部”和“顶部”可自由互换，术语“底部”通常用于参考面向光学检测器的次要镜子。在VCSEL的情况下，这通常被解释为设备的基板侧。在诸如边缘发射法布里-珀罗激光器、固态激光器或气体激光器等之类的任意的激光器腔体设计的情况下，术语“底部”和“顶部”可以是“左”和“右”或者具有相同的有效性的“主要”和“次要”，并且这些术语仅用于区分构成激光器腔体的两个独特的反射表面。
在讨论中可以互换地使用术语“滤光器”和“波长选择元件”。滤光器可以是标准具或光栅，并且可以以透射模式或反射模式中的至少一种进行操作。
对于大多数商业传感器应用，希望使用人眼不易察觉的光学波长。这是在光谱的近红外(NIR)范围内，并且最常感兴趣的范围是835nm-980nm。在一个实施例中，940nm可以是优选波长，因为其提供了非常低的可见度并且接近低成本硅基光检测器的最高灵敏度。
图1以示例的方式示出了自混合传感器设备100，该自混合传感器设备100包括：激光器102，所述激光器102具有第一镜子104、光产生腔体106和第二镜子108；第一光学透镜110，所述第一光学透镜110用于将从所述第一镜子104发射出的光112聚焦到目标114上；第二光学透镜116，所述第二光学透镜116用于对从所述第二反射镜108发射出的光118近似地进行准直并将其引向检测器120。在至少一个实施例中，目标114可以是部分反射性目标。在至少一个实施例中，目标114可以是移动的目标。在一个替代性实施例中，第二光学透镜116可以是可任选的，在该情况下来自第二镜子108的光118未经准直。设置在检测器120与第二镜子108之间的可以是光学滤光器122。在一些实施例中，滤光器122处于相对于激光器、检测器或这两者的固定位置上。如果存在第二透镜116，则可以将所述滤光器122安置在第二透镜116与检测器120之间。因此在系统中限定了两条光路：从第一镜子104到目标114的第一路径124，以及从第二镜子108到检测器120的第二路径126。滤光器122由此可以在第二路径126中。在至少一个实施例中，滤光器位于固定位置。在操作中，对于本文中所讨论的实施例中的许多实施例(如果不是全部的实施例的话)，存在于检测器端子处的信号是自混合信号，该信号通过自然激光器腔体光与从静态目标或移动目标反射或散射来的光进行腔体内混合而产生。可以通过滤光器的波长滤波动作来增强自混合信号，该滤光器诸如但不限于具有陡峭地限定的通带边缘的光学滤光器。在一些实施例中，激光器可发射范围在约850nm与940nm之间的光。在一个实施例中，激光器发射850nm或接近850nm的光。在一个实施例中，激光器发射940nm或接近940nm的光。
图2示出了替代性自混合传感器设备200配置，该自混合传感器设备100同样包括：激光器202，所述激光器202具有第一镜子204、光产生腔体206和第二镜子208；第一光学透镜210，所述第一光学透镜210用于将从所述第一镜子204发射出的光212聚焦到部分反射性目标214上；以及光束采样元件216，所述光束采样元件216将所述光212的一部分从所述第一镜子204改变方向到第二透镜218上，所述第二透镜218近似地准直所述光并将其引导到检测器220上。在一个实施例中，光束采样元件216是分束器。在至少一个实施例中，相对于激光器202的光轴成一角度地定位分束器。设置在光路221中位于第二透镜218与检测器220之间的可以是光学滤光器222。在另一个实施例中，第二透镜218不存在并且滤光器222可以设置在分束器216与检测器220之间。在又另一个实施例中，图2的光束采样元件216可设置在第一透镜210与目标214之间，在该情况下可省略第二透镜218。在其他实施例中，光束采样元件和滤光器可形成经组合的采样部件。相对于入射束的光轴以一个角度倾斜的标准具是这样的经组合的采样部件的一个示例。在这样的实施例中，倾斜的经组合的采样部件可以设置在第一镜子204与检测器220之间。在一些实施例中，可将检测器220和滤光器222定位成平行于激光器202的光轴。在一些实施例中，可将检测器220和滤光器222定位成垂直于激光器的光轴。
在图1和图2这两张图中，激光器102、202优选地是半导体激光器，但可以是气体激光器或固态激光器。在优选的实施例中，所述激光器是VCSEL。
在图1和图2这两张图中，检测器120、220可以优选地是光电二极管。检测器120、220可以是宽带光检测器或谐振腔光电二极管。检测器120、220将光能转换成信号，诸如与光能、光强或光功率成比例的电流。可放大该电流用于进一步的信号处理。
图3示出了在目标相对于激光器腔体运动时，当从目标散射或反射的光被第一透镜通过第一镜子耦合到激光器腔体中时，存在于检测器处的特征自混合信号300。由于经耦合的光与腔体中现有的驻波相干混合，信号300具有周期性或其他时间依赖的“锯齿”条纹302。“锯齿”条纹302的形式和时间依赖性编码了与目标位置和运动的细节有关的信息。信号300的特征进一步在于该信号300的峰到峰幅度和DC偏移，如图3中所示。峰到峰波动的幅度可能是重要的，因为该幅度影响可靠性，信号处理具有该可靠性才可从环境干扰和电子背景噪声引起的固有噪声背景中提取运动数据。条纹的时间频率、形状、和斜率产生关于目标相对于源的相对运动的信息以及到目标的绝对距离的信息。
图4指示了自混合信号400幅度的时间变化是如何伴随激光波长的绝对值的同时的和相关的偏移的。在一个锯齿402的周期内，激光波长的绝对值变化量ΔλSM，其中ΔλSM取决于反馈的条件，，并且可以是皮米或更大的量级上。如果自混合信号通过具有近似阶跃响应的光学滤光器，其中信号的中心波长大致上以阶跃响应的中点为中心，则滤光器透射性将卷积信号的光谱分量和幅度分量，并且导致检测器可观察到的发射信号的显著的、明显的放大。
可以以多种方式实现光学滤光器，例如通过使用高度色散的衍射光栅和狭缝来实现光学滤光器。在一个实施例中，滤光器是法布里-珀罗标准具。标准具是由两个平面平行镜组成的光学元件，这两个平面镜由光学透明的间隔腔区域隔开。由于标准具腔内的多次反射的相长干涉和相消干涉，标准具的透射特性可能在发生共振的波长处呈现多个窄带峰。
图5示出了这样的标准具透射特性相对于波长的示例。透射性500由其自由光谱范围(FSR)、通带带宽(BW)、峰值频率和峰值透射百分比来表征。标准具的自由光谱范围(FSR)是标准具透射中的两个毗邻的峰的波长之间的差值。FSR主要由标准具的厚度确定，即，包括了标准具的镜子的表面之间的距离。腔体越厚，502处所示的谐振透射峰越近。很大程度上由构成镜子反射率确定每个透射峰的带宽。通常将每个透射峰的带宽视为50％发射处的通带的全宽。反射率越高，带宽越窄。原则上，当反射率接近100％时，可获得接近于无限窄的带宽。总百分比透射受到构建的质量和输入光束的特性限制。精细度f是对标准具性能的测量，并且等于FSE与带宽的比率(即f＝FSR/BW)。为了用于这里进行描述，希望标准具在激光器的可调整范围内具有多个透射峰。这是因为激光器必须在504处所示出的通带的上升沿或下降沿上进行操作。自混合信号的波长变化和幅度变化是同相的(互相增加或互相减小)或异相(在不同的方向上变化)将规定正确的操作点是滤光器通带的上升沿或是下降沿。
在简化的假设中，为了说明性的目的，可假设标准具的峰值通带透射性是100％，并可将每个透射通带近似成具有2×BW的基部宽度的三角形。在该假设下，透射性随后在Δλ＝BW的波长移位的光谱范围上从大约零到100％。可进一步假设在一个自混合锯齿的时间段上的总波长移位ΔλSM是20皮米或0.02nm。如果我们希望最少在信号电平中获得50％的增强，这意味着需要BW＝2×ΔλSM＝0.04nm的带宽。所需要的标准具的精细度随后大约是f＝15，这对于真实标准具来说是可实现的性能目标。通带带宽的进一步的减小将产生信号增强的程度按比例地变得更大。由此，可能希望不断变高的精细度。在FSR＜1mm的情况下，5的最小精细度通常提供了可观察到的增强，并且f～10通常提供了显著增强。
图6A-图6E示出使用了具有f～15的标准具的经标准具滤光的自混合信号的示例输出。图6E示出了为清楚起见经缩放的透射性曲线，并且不意味着精确表示f＝15的标准具。在图6E上的点“A”处(在该点“A”处标准具透射性处在最小值)，总信号消除，这是由于没有任何光穿透标准具，如图6A中所示。在图6E上的点“C”处，标准具透射性处在最大值并且处在具有零斜率的拐点处，所以信号较为恒定，如图6C中所示。在图6E上的点“D”处，透射性斜率变化的绝对值高，但该透射性斜率变化与幅度变化的方向是异相的，并且从而信号调制消除，如图6D中所示。在图6E上的点“B”处(该点“B”可能通常是操作的最佳点)，幅度变化和波长变化是同相的，这导致显著的信号增强，如图6B中所示。
在一个实施例中，使用VCSEL(该VCSEL将该VCSEL的光的相当大的一部分射出底表面)来将基于VCSEL的自混合传感器与标准具紧密地集成在小的封装件中。为了说明问题，图7是示例VCSEL700的横截面的图，并且包括可用于例如本文中所公开的VCSEL和VCSEL阵列实施例的通用结构元件和部件。本文中的公开文本不旨在限制于任何特定的VCSEL、VCSEL配置或VCSEL阵列，并且本文中的公开文本可应用于经修改的或未修改的、已知的或以后开发出的任何VCSEL。图7示出了通用VCSEL结构700，该通用VSCEL结构700由安置在光学腔体间隔区域704内的量子阱有源区702组成。在一侧上，设置在腔体区域704的旁边的是第一DBR镜子706，该第一DBR镜子706自身由数个高/低折射率层对707组成。在与腔体704相对的一侧上，设置在该第一DBR镜子706上的是具有第一孔或孔径710的第一部分金属层708，激光可以通过该第一孔或孔径710离开腔体704。在腔体的与第一DBR镜子相对的一侧上，有第二DBR镜子712，该第二DBR镜子712自身由数个高/低折射率层对713组成。将第二DBR镜子712设置到在激光发射波长处具有高透明度的材料的基板层714上。在与第二DBR镜相对的一侧上，设置在该基板层714上的是第二部分金属层718，该第二部分金属层714具有沿着光发射轴的第二孔或孔径720，激光可以通过该第二孔或孔径720离开腔体。可以利用附加的一种或多种材料(诸如涂层722)来涂覆或不涂覆在该第二金属层中限定了第二孔的区域中的基板的表面。如果涂覆，则该附加的一种或多种材料可以改变基板最终表面的反射特性以使该基板最终表面有较低的反射率或者较高的反射率。在一个实施例中，该表面涂覆有材料以使该表面有较低的反射率。在至少一个实施例中，涂层材料可以是氮化硅。在至少一个实施例中，涂层可以具有激光操作波长处的约1/4光波的厚度。其他材料和其他厚度在本公开文本的范围内。
更特别地，但仍然处在一般水平上，通常可以在基板材料(诸如GaAs基板)上形成VCSEL的外延层。在基板上，厚度为单晶四分之一波长的半导体层可以被称作“生长”以在量子阱基有源区周围形成镜子(例如n分布布拉格反射镜以及p分布布拉格反射镜)，以在垂直方向上创建激光器腔体。如这里所使用的，术语“生长”可以被认为是具有与“生成”、“形成”、或“产生”或其他类似术语相似的意义。同样，如这里所使用的，术语“形成”可以被认为是具有与“生成”或“产生”或其他类似术语相似的意义。例如，在基板上，可以生长第一镜层，诸如但不限于形成了AlGaAs n-DBR的层，其中n-表示n型掺杂。可以在第一镜层上形成、产生或生成间隔，诸如但不限于AlGaAs。随后，可以与另一个间隔层(诸如但不限于AlGaAs间隔)一起地形成、产生或生成量子阱基有源区(诸如但不限于AlGaAs/InGaAs多量子阱(WQW)有源区)。除此之外，可以生长第二镜层，诸如但不限于形成了AlGaAs p-DBR的层，其中p-表示p型掺杂，在该层上可以形成电流扩散器/盖层，诸如但不限于AlGaAs/GaAs电流扩展器/盖层。可以将接触金属层形成在盖层上方，留下通常具有圆形形状的孔径，该孔径通常具有以VCSEL的轴为中心的所需直径。在一些实施例中，可以在孔径内形成介电盖。例如，在以下专利或专利申请中公开了关于VCSEL结构和制造的更多的特定细节以及用于制作和使用VCSEL附加的VCSEL实施例和方法：美国专利第8,249,121号，题为“Push-PullModulated Coupled Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers and Method(推挽调制耦合垂直腔体表面发射激光器以及方法)”；美国专利第8,494,018号，题为“DirectModulated Modified Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers and Method(直接调制改进的垂直腔面发射激光器以及方法)”，美国专利第8,660,161号，题为“Push-PullModulated Coupled Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers and Method(推挽调制耦合垂直腔体表面发射激光器以及方法)”；美国专利第8,989,230号，题为“Method andApparatus Including Movable-Mirror MEMS-Tuned Surface-Emitting Lasers(包括可动镜的MEMS-调整的表面发射激光器的方法和装置)”；美国专利第9,088,134号，题为“Method and Apparatus Including Improved Vertical-Cavity Surface-EmittingLasers(包括改进的垂直腔体表面发射激光器的方法和装置)”；美国再公开专利第RE41,738号，题为“Red Light Laser(红色光激光器)”；美国公开第2015/0380901号，题为“Method and Apparatus Including Improved Vertical-Cavity Surface-EmittingLasers(包括改进的垂直腔体表面发射激光器的方法和装置)”和美国公开第2016/0352074号，题为“VCSELS and VCSEL Arrays Designed for Improved Performance asIllumination Sources and Sensors(用于改进作为照明光源和传感器的性能的VCSELS和VCSEL阵列设计)”，其中每个专利或专利申请的内容通过引用整体并入本文。本文中的公开文本不旨在限于任何特定的VCSEL、VCSEL配置或VCSEL阵列，并且可应用于前述专利或专利申请的经修改的或未修改的任何VCSEL以及现在已知的或以后开发的任何其他的VCSEL。在不仅限于前述专利或专利申请中的任一项专利或专利申请中所述的VCSEL的情况下，适用于本公开文本的各种实施例的VCSEL或根据本公开可适当修改的VCSEL包括在前述专利或专利申请(包括任何在其中对现有技术VCSEL的讨论)中所公开的VCSEL，以及在检查前述专利或专利申请中的任何专利或专利申请期间所引用的现有技术参考文献中的任何现有技术参考文献中公开的VCSEL。更一般地，除非另外特别或明确地进行描述，否则现在已知或以后开发的任何VCSEL可适用于本公开文本的各种实施例或可根据本公开文本适当地进行修改。
每个VCSEL可以具有一个或多个DBR镜子，并且在一些实施例中，每个VCSEL具有两个DBR镜子。每个VCSEL可以具有一个或多个DBR镜子对。取决于两个DBR镜子的相对反射率(该相对反射率由构成的四分之一波镜层的数量和组成该两个DBR镜子的材料来确定)，可以改变从顶部第一表面发射的功率与从底部第二表面发射的功率之间的比率。在上述VCSEL结构中，第一镜子和第二镜子中的DBR镜子对的数量一起地确定从第一孔径和第二孔径发射的光功率的量，该第一孔径和第二孔径发射的光功率的量的总和是总激光功率。使用转移矩阵模型，可以确定从第一孔径到第二孔径的发光功率的比率。图8示出了功率与镜子对之间的比率，其中可以看出，对于范围从19到37的第二DBR中的镜子对计数而言，从第二孔径发射的总激光功率的百分比从约65％单调地变化到约0％。
通过限制接收器电子器件的灵敏度和噪声使要耦合到传感器检测器的第二孔径发射的所希望的量被限制在低端上，并由高端来通过具有足够的第一孔径发射来照射目标并产生足够的被反射的返回信号以使激光器内发生自混合。在从第二孔发射的总激光功率的10％至50％的范围内的经采样部分充分地捕捉到感兴趣应用的范围。在一些实施方案中，取样部分可以在10％至50％、或15％至49％、或20％至50％、或25％至50％、或小于50％、或不大于50％、或不低于10％、或不低于18％、或不高于40％、或在12％与33％之间的范围内；可以使用其他合适的范围或值。对于任何给定的应用和对于该特定VCSEL设计，在一些实施例中，第二DBR中的镜像对的可能数量可以在21到29的范围内，但也可以使用任何数量的镜子。
激光由自发发射和受激发射组成。受激发射是所希望的高度定向的激光束。自发发射是广泛发射到许多方向的各向同性光，并且不包含调制激光束的信息内容。由此，耦合到检测系统的自发光表示降低传感器性能的不希望的DC偏置和噪声源。具有图案化的第二孔径的第二部分金属层充当阻挡机制或空间滤光器，该阻挡机制或空间滤光器阻止大部分自发光到达检测器表面。
如以上所述，标准具由光学透明的基板组成，该基板本质上是平面的，其具有共面表面，镜子设置在两个表面中的每一个表面上。图7所示的VCSEL部分地由设置在平面透明基板上的DBR镜子组成，对于某些配置而言，所述平面透明基板可使用透明材料。特别地，GaAs在940纳米上是基本上透明的。由于制造VCSEL的方式，与DBR相对的基板的一侧通常是高度平面的并且与DBR平行。由此，通过利用多层高反射涂层来涂覆与DBR相对的基板表面，可形成低成本与低复杂性的直接与VCSEL集成的标准具。由于光束尺寸和发散，一体形成的标准具的性能将低于准直光束和外部标准具可实现的性能，但它仍然可以产生足以显著地增强自混合信号的性能。为了进行说明，图9示出了来自VCSEL的底侧发射，在VCSEL基板厚度约为100μm的情况下，该VCSEL被设计用于通过对设备驱动电流进行扫描并使用光检测器来对底部发射的光进行监测从而获得的大约30％的基板发射。光输出中的周期性起伏或条纹是由VCSEL底部DBR和硅检测器(VCSEL以小于25μm的粘合层厚度胶合在该检测器上)的表面形成的标准具的特征。VCSEL的底表面涂有抗反射(AR)涂层，因此可以具有小于5％的反射率，而硅检测器的反射率估计为10％或更低。另一方面，DBR镜子可能具有＞99.9％的反射率基于具有驱动电流的VCSEL波长的已知调整特性，可将VCSEL基板标准具的FSR估计为约0.180nm同时精细度＜1。通过增大具有多层介电涂层的基板-空气界面的反射率(优选地使反射率大于50％)并将基板厚度增加到大于200μm，可实现用于自混合增强的所希望的标准具性能水平，即FSR小于约0.6nm且精细度大于5。
图10和图11示出了将诸如法布里-珀罗标准具滤光器之类的滤光器与光电二极管和部分底部反射的VCSEL一起以芯片级混合方法集成到设备1000、1100的两种方法。图10示出了一种情况，在该情况下VCSEL透射VCSEL波长。该方法适用于900nm至1300nm的范围中的波长，其中仍可以将VCSEL沉积在GaAs基板上，但对于从VCSEL发射出的光的波长来说GaAs是透光的。当然，该方法可用于其他波长的发射。图10示出包括了VCSEL 1020的器件1000，该VCSEL 1020具有顶部DBR镜1022、底部DBR镜1024和透明基板1026。直接将VCSEL 1020安装在滤光器1030的顶部上，进而将滤光器1030直接安装在光电二极管1040(诸如但不限于PIN光电二极管或p-i-n光电二极管)的顶部上。图11示出一种情况，在该情况下VCSEL基板对于VCSREL所发射的波长是吸收性的。这是针对680nm至900nm的范围中的波长的合适的方法，其中将正常地在GaAs基板上生长VCSEL，该GaAs基板在那些波长上是吸收性的。当然，该方法可用于其他波长的发射。图11示出包括了VCSEL 1120的器件1100，该VCSEL 1120具有顶部DBR镜1122、底部DBR镜1124和基板1126。基板1126可以具有被刻蚀到基板中的沟道1128。在至少一个实施例中，可以将沟道1128一直蚀刻到VCSEL的外延层或底部DBR镜子1124。在至少一个实施例中，沟道1128可以是如所示那样的V型，或者沟道1128可以具有其他配置。沟道1128可以轴向地延伸穿过基板的整个长度，或者沟道1128可以仅延伸基板的一部分。可以将VCSEL 1120直接地安装在滤光器1130的顶部上，进而将滤光器1130直接地安装在光电二极管1140(诸如但不限于PIN光电二极管或p-i-n光电二极管)的顶部上。在图10或图11的情况下，应注意到，滤光器1030、1130可以完全省略，并且可以将VCSEL激光器直接安装到光电二极管1040、1140或检测器N。在自混合传感器不需要标准具滤光器的信号增强特征的情况下，这是希望的。
图12示出了用于封装本公开的一个或多个实施例的传感器装置1200的一个实施例，其具有VCSEL、滤光器和检测器的直接堆叠。在一个或多个实施例中，设备1200包括：外壳1210；VCSEL 1222，该VCSEL具有顶表面1222和底表面1224；滤光器或标准具1230；检测器1240；多个触点1260；透镜1270；以及基板1280。在至少一个实施例中，VCSEL 1220可以是部分底部发射VCSEL。可以将VCSEL 1220的底表面1224直接地安装在滤光器或标准具1230上，并且可以将滤光器或标准具1230直接地安装到检测器1240以形成设备组件1250。可以使用粘合剂将滤光器1230(该滤光器1230的物理范围小于检测器1240)安装到检测器1240，从而使得在光学表面之间保持气隙，或者通过其他合适的方式安装到检测器1240。在一些实施例中，同样地可以将VCSEL 1220安装到标准具滤光器1230的顶部上，以使得维持在光学表面之间的气隙。可以将设备组件1250定位在外壳1210内，该外壳1210包括位于靠近VCSEL1220的外壳的一端处的透镜1270以及位于外壳的与透镜1270相反的一侧处的具有多个接触盘1260的基板1280。可以将透镜一体成形在外壳1210内，或者在外壳的开口处将透镜附连至外壳1210。可利用粘合剂或其他合适的方法将检测器1240安装在基板1280上，并可将检测器1240电连接至至少一个接触焊盘1260。基板1280可以包含用于经由引线键合或导电粘合剂形成至检测器1240和/或VCSEL 1220的电连接的特征。一个特征必须形成至光电二极管或检测器1240的电连接，这也是p-n功能。如果在导电基板上制造光电二极管，则可以通过在基板侧上沉积金属触点(该金属触点随后将附连至板或子安装件上的导电焊盘，组件被安装到该导板或子安装件上)来访问结的一侧。通过使用焊料或导电树脂材料或通过用于附连的其他合适的方法来使电附连发生。通过使光电二极管略大于滤光器并且在周围进行引线键合，使得与p-n光电二极管的另一侧接触。在至少一个实施例中，VCSEL 1220与接触焊盘1260电连通。
在滤光器1230是法布里-珀罗标准具滤光器的情况下，滤光器1230透射由VCSEL1220发射的光。在一个实施例中，滤光器1230可以具有基本上彼此平行的顶表面和底表面。为了控制滤光器1230的波长依赖性，滤光器1230可能由诸如玻璃、蓝宝石或石英之类的片材制成，在滤光器1230的任一侧上具有反射涂层，该反射涂层被设计成实现所需的反射率，如可以通过建模来指定的那样。由于用于法布里-珀罗滤光器的这些材料通常是绝缘的，因此可以将VCSEL制造成具有共面接触1290，即，从VCSEL管芯的顶表面1222制出到p-n结的两侧的接触。这通常通过从芯片的顶侧向下蚀刻到结的n侧并对从VCSEL管芯的顶部向下进入蚀刻区域的金属触点进行图案化来实现。可以使用顶侧处理的阳极和阴极连接或前侧和后侧连接的组合以及标准具表面上的导电环氧树脂的图案化金属化来对到VCSEL的电接触进行引线键合。通过使光电二极管芯片上具有位于滤光器和VCSEL的占地面积之外的金属接触焊盘，接触可以是“以菊花链方式的”。随后，可以由引线键合来电接取它。基板、封装体或载体1280与外壳1210配合，其中外壳1210向装置组件1250提供环境或气密保护。在至少一个实施例中，外壳1210由注模的塑料或用于保护设备组件1250的其他合适的材料制成。外壳1210可以具有用于连接准直或聚焦透镜1270的突出部，用于将VCSEL光引导到目标并收集后向反射光以耦合回激光器腔体中。
图13示出了自混合传感器装置1300的另一个实施例，该实施例包括：外壳1310，该外壳1310限定内腔1312；VCSEL 1320；滤光器1330；检测器1340，该检测器1340用于响应于从VCSEL的一个孔发射的光来产生光电流；第一透镜1350，该第一透镜1350用于将从另一个孔发射的VCSEL光聚焦到目标(未示出)上；以及第二透镜1360，该第二透镜1360用于在入射到滤光器1330上之前调节或准直光。VCSEL 1320可以是如在以上实施例中的一些实施例中描述的部分底部发射的VCSEL，或者VSCEL 1320可以是本公开文本的任何其他的VCSEL。滤光器1330可以是标准具或如本文所述的其他滤光器。检测器1340可以是如本文所述的任何类型的检测器，包括其上施加有自混合调制的硅光检测器以及第二透镜。在至少一个实施例中，将检测器1340安装至基板1370。可将VCSEL 1320、滤光器1330、检测器1340和至少第二透镜1360组装在模制的或经冲压的塑料、有机物或金属外壳1310中，该外壳1310提供对准和被动组装的装置而无需主动的对准。可以将各种部件固定至外壳，并且由外壳来对准各种部件，并且在外壳内对准各种部件。在至少一个实施例中，至少将滤光器1330和检测器1340设置在外壳的腔体1312内。第二透镜1360可以是由玻璃或塑料制成的独立部件，或者希望第二透镜1360被模制成外壳1310的组成部分。在至少一个实施例中，外壳1310还可以附连至基板1370。基板1370可以包含用于经由引线键合或导电粘合剂形成至检测器1340和/或VCSEL 1320的电连接的特征。在一些实施例中，外壳1310可以包含用于经由引线键合或导电粘合剂与VCSEL 1320和/或检测器1340电连接的电互连特征。这些电互连特征可以包括但不限于具有接合“焊盘”、扇出或金属化基板的印刷线路板(PWB)1390。外壳1310可以包含间隙特征，诸如用于引线键合的切口。
在图13中所示的本公开文本的一个实施例中，自混合传感器设备1300包括注塑成型的塑料外壳1310，该外壳1310上固定有部分底部发射的VCSEL 1320，该VCSEL 1320可以具有2∶1的顶部到底部发射比或其他的发射比。至少在图13所示的实施例中，外壳1310可以具有用于接受VCSEL 1320的凹槽或其他开口1314。VCSEL发射波长为940nm的光。然而，其它波长是合适的。可以用图案化的金属膜将VCSEL的基板表面金属化，该图案是在VCSEL发射区域的中心点上对准的一系列例如20μm直径的孔径。可在20μm直径孔的内部涂覆由氮化硅的1/4光学波组成的抗反射涂层。VCSEL可以在VCSEL芯片的顶表面上具有阳极电连接和阴极电连接。放置在VCSEL 1320下方的可以是透镜1360，该透镜1360被形成为注模的外壳1310的一部分。透镜1360的目的可以是准直激光发射并扩展光束尺寸。在透镜1360的与VCSEL1320相反的一侧可以是用作波长滤光器的标准具1330，该标准具1330也可以被固定至外壳1310。作为示例，标准具1330可以是大约500μm厚的熔融石英，将该熔融石英涂覆在具80％反射镜的任一侧上，产生13.8的精细度、0.04nm的带宽和0.6nm的自由光谱范围。该实施例还包括子安装件或基板1370，硅检测器1340和塑料外壳1310附连到该子安装件或基板1370。当被组装时，检测器1340可能面对具有中介气隙的标准具1330的最终表面。基板1370还为设备提供电接口(即激光器阳极和激光器阴极)以及检测器阳极和检测器阴极。位于壳体外部的可以是用于将激光束聚焦在目标处并收集反射的返回光的透镜1350。透镜还用于将返回光的一部分耦合到VCSEL腔体中。
另一个实施例使用并联的或可独立寻址的VCSEL设备的阵列。例如图7中所示出的VCSEL，可以在同一基板中以可单独寻址的激光器阵列来制造VCSEL，或者以芯片级或封装级并联连接VCSEL。图14是在同一裸片或同一芯片上具有8×8的可单独寻址的VCSEL激光器1420的芯片1400的布局。当与外部透镜一起使用时，该配置提供了用于实现光束转向的一种形式的装置。在没有传感器重新定向的情况下，光束转向可能对于探测传感器视场中的没有移动部分的单个或多个空间上独立的位置或目标是有益的。可通过选择性地打开阵列中的一个或多个激光器来完成光束转向。阵列配置与其他实施例中的很多实施例以及本公开文本的创新方面是兼容的，特别是与经由使用了标准具滤光器的基板发射和自混合增强的对光电二极管的集成是兼容的。
图15-图16示出了具有与图10-图11中所示的那些相似的单片组件的实施例。如图15中所示，自混合传感器设备1500包括：激光器1520，该激光器1520具有第一镜子1522、光产生腔体1524、和第二镜子1528；第一光学透镜1530，该第一光学透镜1530用于将从所述第一反射镜1522发射的光1532聚焦到部分反射的目标1540上；以及单片光电二极管1550。设置在单片光电二极管1550与第二镜子1528之间的是光学滤光器1560。图16示出了替代性的自混合传感器设备200配置，该配置再次包括：激光器1620，该激光器1620具有第一镜子1622、光产生腔体1624和第二镜子1628；第一透镜1630，该第一透镜1630用于将从所述第一反射镜1622发射的光1632聚焦到部分反射的目标1640上；单片光电二极管1650；和光束采样元件1660，所述光束采样元件1660将光1632的一部分从第一反射镜1622重新定向到单片光电二极管1650上。在一个实施例中，光束采样元件1660可以是分束器。在至少一个实施例中，相对于激光器1620的光轴成一角度地定位分束器。至少在所示的实施例中，滤光器1670连接至激光器1620以及单片光电二极管1650。在至少一个实施例中，激光器1620和单片光电二极管1650平行地定位在滤光器1670的同一侧上。
为了清楚起见，可以不需要连续操作一些实施例，或者可以不要求发射的激光束连续地击中或到达预期目标。相反，一些实施例可以操作并且可以仅在或仅当这样的发射激光确实击中预期目标时或者仅在这样发射的激光束实际上造成要生成自混合信号的时隙期间提供(一个或多个)改进的自混合信号。在其他实施例中，可任选地，可以例如由人类操作者将激光束引导朝向预期目标；或者可以例如由倾斜机构(例如，具有电机或机械臂的倾斜机构)自动地将激光束引导朝向预期目标。
在一些实施例中，所使用的(一个或多个)激光器仅是“安全激光器”，从而使得即使从激光器发射的激光束或光照射到人体、脸部或眼睛，这样的激光也不对人类造成伤害或损伤。在一些实施例中，当或仅当人类戴着护目镜或安全眼镜或其他身体覆盖装置来保护特定身体部位时，可以使用激光，尽管这在其他实施例中可能不一定需要。附加地或可替代地，当或仅当或在瞄准朝向非人类目标或朝向对于瞄准而言是安全的或较安全的人类身体区域时，一些实施例可以利用激光；例如通过使用自动瞄准机构，或通过手动将激光束瞄准朝向安全的或较安全的身体部位或目标。
本文中描述的实施例的任何特征可以用于任何实施例，并且可以与任何其他实施例的任何特征一起使用。
如本文中所使用的，术语“基本上”或“通常”指的是行为、特征、性质、状态、结构、物品或结果的完全或近乎完全的范围或程度。例如，“基本上”或“通常”封闭的物体将意味着该物体是完全封闭的或近乎完全封闭的。从绝对的完全性偏离的准确可允许程度可在某些情况下取决于特定上下文。然而，一般而言，实现的接近度将是使得通常具有犹如绝对与全部实现被获得那样相同的总体结果。当在负面含义中使用以指代行动、特征、性质、状态、结构、物品或结果的完全或近乎完全缺乏时，使用“基本上”或“通常”是同样适用的。例如，“基本上无”或“通常无”一要素的元件、组合、实施例或组分可仍实际包含这样的元件，只要通常不存在它的显著的效应。
在前面的描述中，已经出于说明和描述的目的呈现本公开的各实施例。在前面的描述中，已经出于说明和描述的目的呈现本公开的各实施例。根据以上教义，显而易见的修改或变体是可行的。选择和描述了各实施例以提供本公开的原理以及其实际应用的最佳说明，且由此使本领域普通技术人员能够利用各实施例，其中构想了适于特定用途的各种修改。当根据公平地、合法地且公正地适用广度来解释所附权利要求时，所有此类修改和变体都在如所附权利要求所确定的本公开的范围内。

Claims (96)

1.一种用于激光发射的传感器设备，包括：
至少一个部分底部发射的VCSEL激光器，所述激光器从至少一个孔径发射光，所述激光器包括腔体、顶表面镜和底表面镜；
检测器；
滤光器，所述滤光器位于相对于所述腔体固定的位置，其中所述滤光器是波长滤光器；以及
第一光学透镜，用于将由所述激光器发射的光的一部分大致聚焦到目标表面上；
其中，第一光路在所述激光器、所述第一光学透镜与所述目标表面之间运载从所述激光器发射的所述光的第一部分，并且第二光路在所述激光器与所述检测器之间运载从所述激光器发射的所述光的第二部分；
其中所述滤光器增强所述光的所述第二部分的信号幅度；
其中，所述目标表面仅设置在所述第一光路内；并且
其中，所述滤光器设置在所述激光器与所述检测器之间的所述第二光路内。
2.如权利要求1所述的传感器设备，其特征在于，所述滤光器设置在所述第一光路和所述第二光路内。
3.如权利要求1所述的传感器设备，其特征在于，在与所述激光器相同的基板上生长所述检测器。
4.如权利要求1至3中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述滤光器是光栅或标准具中的一种。
5.如权利要求1至3中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述激光器具有用于发射光的多个孔径。
6.如权利要求1至3中任一项所述的传感器设备，其特征在于，进一步包括对所述激光发射的一部分进行采样并将其呈现给所述检测器的装置。
7.如权利要求6所述的传感器设备，其特征在于，所述对所述激光发射的一部分进行采样并将其呈现给所述检测器的装置是分束器。
8.如权利要求7所述的传感器设备，其特征在于，相对于所述激光器的光轴成一角度地定位所述分束器。
9.如权利要求6所述的传感器设备，其特征在于，所述滤光器存在于所述激光发射的经采样的部分的光路中。
10.如权利要求6所述的传感器设备，其特征在于，经采样的部分不大于所述激光发射的50％。
11.如权利要求6所述的传感器设备，其特征在于，经采样的部分不少于所述激光发射的10％。
12.如权利要求6所述的传感器设备，其特征在于，通过所述VCSEL激光器的底表面发射所述光。
13.如权利要求1至3中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述激光器包括具有涂层的底部发射表面。
14.如权利要求13所述的传感器设备，其特征在于，所述涂层在所述激光发射的波长上是抗反射的。
15.如权利要求13所述的传感器设备，其特征在于，所述涂层在所述激光发射的波长上是反射性的。
16.如权利要求1至3中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述检测器是光检测器。
17.如权利要求1至3中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述检测器从由以下各项组成的群组中选择：PIN光检测器、谐振腔光检测器或雪崩光电二极管。
18.如权利要求1至3中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述光具有在800nm与1000nm之间的波长。
19.如权利要求1至3中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述滤光器由光栅和空间滤光器组成。
20.如权利要求1至3中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述滤光器由光栅和狭缝组成。
21.如权利要求1至3中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述滤光器是具有小于5nm的自由光谱范围的标准具。
22.如权利要求1至3中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述滤光器是具有小于1nm的自由光谱范围的标准具。
23.如权利要求1至3中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述滤光器是具有大于5的精细度的标准具。
24.如权利要求1至3中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述滤光器是具有大于10的精细度的标准具。
25.如权利要求1至3中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述滤光器具有透射峰值，并且最接近所述光的波长的所述透射峰值的一半最大透射带宽处的全宽度小于或等于1nm。
26.如权利要求1至3中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述激光器是具有至少一个镜子和基板的VCSEL激光器，并且所述滤光器是包括所述VCSEL激光器的至少一个镜子和所述基板的标准具。
27.如权利要求26所述的传感器设备，其特征在于，进一步包括所述基板上的反射涂层。
28.如权利要求27所述的传感器设备，其特征在于，所述滤光器被安装到所述检测器。
29.如权利要求1至3中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述激光器被安装到所述滤光器。
30.如权利要求1至3中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述滤光器被安装到所述检测器。
31.如权利要求1至3中任一项所述的传感器设备，其特征在于，从所述顶表面镜发射出的峰值光学功率与从所述底表面镜发射出的所述峰值光学功率的比率在1:1与10:1之间。
32.如权利要求1至3中任一项所述的传感器设备，其特征在于，进一步包括外壳。
33.如权利要求1所述的传感器设备，进一步包括第二光学透镜，用于对从所述底表面镜发射的光近似地进行准直并将其引向所述检测器。
34.如权利要求1所述的传感器设备，其特征在于，所述至少一个部分底部发射的VCSEL激光器具有2:1的顶部到底部发射比。
35.如权利要求1所述的传感器设备，其特征在于，所述至少一个部分底部发射的VCSEL激光器具有1:1与10:1之间的顶部到底部发射比。
36.如权利要求1所述的传感器设备，进一步包括基板，其中基板发射表面涂覆有低反射率涂层。
37.如权利要求1所述的传感器设备，其特征在于，针对从顶表面发射的光与从底表面发射的光的选定比率来选择所述顶表面镜和所述底表面镜的相对反射率。
38.如权利要求1所述的传感器设备，其特征在于，所述滤光器具有拥有窄范围和波长的至少一个通带，使得能够调节所述光以在通带的陡峭区域上操作。
39.一种经封装的传感器设备，包括：
外壳；
VCSEL激光器，具有至少一个镜子和基板，所述VCSEL激光器从孔径发射光，所述光具有波长，所述VCSEL激光器至少部分地由所述外壳接受；
检测器，所述检测器在所述外壳的第一端处被安装到基板；
滤光器，所述滤光器设置在所述激光器与所述检测器之间，其中所述滤光器是波长滤光器；以及
至少一个光学透镜，所述至少一个光学透镜位于所述外壳的第二端处；
其中所述光的第一部分被引导通过所述至少一个光学透镜并引导到目标上，并且所述光的第二部分被引导通过所述滤光器并引导到所述检测器上，并且其中所述滤光器增强所述光的所述第二部分的信号幅度。
40.如权利要求39所述的经封装的传感器设备，其特征在于，所述外壳由经模制的塑料组成。
41.如权利要求40所述的经封装的传感器设备，其特征在于，所述至少一个光学透镜是与所述外壳一体成形的。
42.如权利要求39所述的传感器设备，其特征在于，所述外壳由金属组成。
43.如权利要求42所述的经封装的传感器设备，其特征在于，所述光学透镜是被固定到所述外壳的塑料插件。
44.如权利要求39至43中任一项所述的经封装的传感器设备，其特征在于，至少将所述检测器和所述滤光器设置在所述外壳的腔体内。
45.如权利要求39至43中任一项所述的经封装的传感器设备，其特征在于，将所述激光器安装在所述外壳的外表面上的凹槽内。
46.如权利要求39至43中任一项所述的经封装的传感器设备，其特征在于，所述基板被安装到所述外壳上。
47.如权利要求39至43中任一项所述的经封装的传感器设备，其特征在于，所述滤光器是标准具。
48.如权利要求39至43中任一项所述的经封装的传感器设备，其特征在于，所述检测器是光检测器。
49.如权利要求39至43中任一项所述的经封装的传感器设备，其特征在于，所述检测器从由以下各项组成的群组中选择：PIN光检测器、谐振腔光检测器或雪崩光电二极管。
50.如权利要求39至43中任一项所述的经封装的传感器设备，其特征在于，所述波长在800nm与1000nm之间。
51.如权利要求39至43中任一项所述的经封装的传感器设备，其特征在于，所述滤光器具有小于5nm的自由光谱范围。
52.如权利要求39至43中任一项所述的经封装的传感器设备，其特征在于，所述滤光器具有小于2nm的自由光谱范围。
53.如权利要求39至43中任一项所述的经封装的传感器设备，其特征在于，所述滤光器具有大于5的精细度。
54.如权利要求39至43中任一项所述的经封装的传感器设备，其特征在于，所述滤光器具有大于10的精细度。
55.如权利要求39至43中任一项所述的经封装的传感器设备，其特征在于，所述滤光器具有透射峰值，并且最接近所述光的波长的所述透射峰值的一半最大透射带宽处的全宽度小于或等于1nm。
56.如权利要求39至43中任一项所述的经封装的传感器设备，其特征在于，所述激光器具有多个发射孔径。
57.如权利要求39至43中任一项所述的经封装的传感器设备，其特征在于，所述滤光器是包括所述VCSEL激光器的至少一个镜子和所述基板的标准具。
58.如权利要求39至43中任一项所述的经封装的传感器设备，其特征在于，进一步包括所述基板上的反射涂层。
59.如权利要求56所述的经封装的传感器设备，其特征在于，所述滤光器被安装到所述检测器。
60.如权利要求39至43中任一项所述的经封装的传感器设备，其特征在于，所述激光器被安装到所述滤光器。
61.如权利要求39至43中任一项所述的经封装的传感器设备，其特征在于，所述滤光器被安装到所述检测器。
62.如权利要求39至43中任一项所述的经封装的传感器设备，其特征在于，所述激光器是具有顶表面和底表面的VCSEL激光器，并且从所述顶表面发射出的峰值光学功率与从所述底表面发射出的所述峰值光学功率的比率在1:1与10:1之间。
63.如权利要求39至43中任一项所述的经封装的传感器设备，其特征在于，所述滤光器与所述激光器是分开的。
64.如权利要求39至43中任一项所述的经封装的传感器设备，其特征在于，至少所述检测器和所述滤光器形成单片结构。
65.如权利要求39至43中任一项所述的经封装的传感器设备，其特征在于，所述滤光器包括在所述波长上展现出低光学损耗的材料。
66.如权利要求39至43中任一项所述的经封装的传感器设备，其特征在于，所述滤光器具有平行的两个面，其中，每个面具有在所述波长处高度反射的镜子。
67.如权利要求39至43中任一项所述的经封装的传感器设备，其特征在于，所述至少一个光学透镜设置在所述激光器的底部发射表面与所述滤光器之间以校准所述光。
68.如权利要求39至43中任一项所述的经封装的传感器设备，其特征在于，所述基板在至少一侧上具有孔径的图案以用于抑制光的自发发射。
69.一种用于激光发射的传感器设备，包括
至少一个VCSEL激光器，所述激光器从至少一个孔径发射光，所述激光器包括腔体和至少一个镜子；
检测器；
滤光器，所述滤光器位于相对于所述腔体固定的位置，其中所述滤光器增强被引导到所述检测器的光的信号幅度，其中所述滤光器是波长滤光器；
第一光学透镜，所述第一光学透镜将所述光的第一部分大致聚焦到目标表面上；以及
分束器，所述分束器位于所述第一光学透镜与所述激光器之间，其中所述分束器将所述光的第二部分从所述镜子改变方向到所述检测器上；
其中第一光路在所述激光器与所述目标表面之间运载所述光的所述第一部分并且第二光路在所述分束器与所述检测器之间运载所述光的所述第二部分。
70.如权利要求69所述的传感器设备，其特征在于，在与所述激光器相同的基板上生长所述检测器。
71.如权利要求69至70中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述滤光器是光栅或标准具中的一种。
72.如权利要求69至70中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述激光器具有用于发射光的多个孔径。
73.如权利要求69至70中任一项所述的传感器设备，其特征在于，相对于所述激光器的光轴成一角度地定位所述分束器。
74.如权利要求69至70中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述激光器包括具有涂层的发射表面。
75.如权利要求74所述的传感器设备，其特征在于，所述涂层在所述激光发射的波长处是抗反射的。
76.如权利要求74所述的传感器设备，其特征在于，所述涂层在所述激光发射的波长处是反射性的。
77.如权利要求69至70中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述检测器是光检测器。
78.如权利要求69至70中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述检测器从由以下各项组成的群组中选择：PIN光检测器、谐振腔光检测器或雪崩光电二极管。
79.如权利要求69至70中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述光具有在800nm与1000nm之间的波长。
80.如权利要求69至70中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述滤光器由光栅和空间滤光器组成。
81.如权利要求69至70中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述滤光器由光栅和狭缝组成。
82.如权利要求69至70中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述滤光器是具有小于5nm的自由光谱范围的标准具。
83.如权利要求69至70中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述滤光器是具有小于1nm的自由光谱范围的标准具。
84.如权利要求69至70中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述滤光器是具有大于5的精细度的标准具。
85.如权利要求69至70中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述滤光器是具有大于10的精细度的标准具。
86.如权利要求69至70中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述滤光器具有透射峰值，并且最接近所述光的波长的所述透射峰值的一半最大透射带宽处的全宽度小于或等于1nm。
87.如权利要求69至70中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述激光器是具有至少一个镜子和基板的VCSEL激光器，并且所述滤光器是包括所述VCSEL激光器的至少一个镜子和所述基板的标准具。
88.如权利要求87所述的传感器设备，其特征在于，进一步包括所述基板上的反射涂层。
89.如权利要求70所述的传感器设备，其特征在于，所述滤光器被安装到所述检测器。
90.如权利要求69至70中任一项所述的传感器设备，其特征在于，所述激光器被安装到所述滤光器。
91.如权利要求69所述的传感器设备，其特征在于，所述滤光器被安装到所述检测器。
92.如权利要求69所述的传感器设备，其特征在于，所述VCSEL激光器具有顶表面和底表面，并且从所述顶表面发射出的峰值光学功率与从所述底表面发射出的峰值光学功率的比率在1:1与10:1之间。
93.如权利要求69所述的传感器设备，进一步包括位于所述分束器与所述检测器之间的第二光学透镜，其中所述第二光学透镜近似地准直来自所述分束器的光并将其引导到所述检测器上。
94.如权利要求69所述的传感器设备，其特征在于，所述目标表面仅设置在所述第一光路内。
95.如权利要求69所述的传感器设备，其特征在于，所述滤光器仅设置在所述第二光路内。
96.如权利要求95所述的传感器设备，其特征在于，相对于所述激光器的光轴成一角度地定位所述分束器。
CN201780049020.XA 2016-06-13 2017-06-13 改进的利用滤光器的自混合模块 Active CN110168823B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662349123P 2016-06-13 2016-06-13
US62/349,123 2016-06-13
PCT/US2017/037148 WO2017218467A1 (en) 2016-06-13 2017-06-13 Improved self-mix module utilizing filters

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110168823A CN110168823A (zh) 2019-08-23
CN110168823B true CN110168823B (zh) 2022-04-26

Family

ID=60664253

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780049020.XA Active CN110168823B (zh) 2016-06-13 2017-06-13 改进的利用滤光器的自混合模块

Country Status (7)

Country Link
US (2) US20190331473A1 (zh)
EP (1) EP3469670A4 (zh)
JP (1) JP7187324B2 (zh)
KR (1) KR102390693B1 (zh)
CN (1) CN110168823B (zh)
IL (1) IL263638B2 (zh)
WO (1) WO2017218467A1 (zh)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017218467A1 (en) * 2016-06-13 2017-12-21 Vixar, Llc Improved self-mix module utilizing filters
EP3718183B1 (en) * 2017-11-29 2023-02-15 Vixar, Inc. Power monitoring approach for vcsels and vcsel arrays
WO2019183275A1 (en) 2018-03-20 2019-09-26 Vixar, Inc. Eye safe optical modules
US11157113B2 (en) * 2018-04-13 2021-10-26 Apple Inc. Self-mixing interference based sensors for characterizing touch input
US11243686B2 (en) 2018-04-13 2022-02-08 Apple Inc. Self-mixing interference based sensors for characterizing user input
US10700780B2 (en) 2018-05-30 2020-06-30 Apple Inc. Systems and methods for adjusting movable lenses in directional free-space optical communication systems for portable electronic devices
US11303355B2 (en) 2018-05-30 2022-04-12 Apple Inc. Optical structures in directional free-space optical communication systems for portable electronic devices
CN111446345A (zh) 2019-01-16 2020-07-24 隆达电子股份有限公司 发光元件的封装结构
DE102019103155A1 (de) * 2019-02-08 2020-08-13 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronische sensoranordnung und optisches messverfahren
US11549799B2 (en) 2019-07-01 2023-01-10 Apple Inc. Self-mixing interference device for sensing applications
US11112233B2 (en) * 2019-09-12 2021-09-07 Apple Inc. Self-mixing particulate matter sensors using VCSELs with extrinsic photodiodes
CA3164273A1 (en) 2019-12-12 2021-06-17 Brolis Sensor Technology, Uab Solid-state device
CN115087852A (zh) * 2020-02-07 2022-09-20 ams传感器亚洲私人有限公司 感测方法和传感器系统
CN111751830B (zh) * 2020-07-08 2021-02-19 北京工业大学 一种基于vcsel混合激光的空间微弱目标红外探测系统
CN112461352A (zh) * 2020-12-08 2021-03-09 苏州亮芯光电科技有限公司 基于量子阱二极管的同质集成光电子装置
US11543235B2 (en) 2021-03-31 2023-01-03 Apple Inc. Hybrid interferometric and scatterometric sensing using in-plane sensors
US11909171B2 (en) 2021-03-31 2024-02-20 Apple Inc. Laser-integrated balance detection for self-mixing interferometry
DE102022106146A1 (de) 2022-03-16 2023-09-21 Trumpf Photonic Components Gmbh Verfahren zum Bereitstellen einer Kalibrierzahl, Computerprogrammprodukt und Laservorrichtung zur Ausführung des Verfahrens
US11927441B1 (en) * 2022-08-19 2024-03-12 Ams International Ag Self-mixing inteferometry sensor module, electronic device and method of determining an optical power ratio for a self-mixing inteferometry sensor module
CN116826507A (zh) * 2023-04-14 2023-09-29 苏州立琻半导体有限公司 光源模组
CN116487984B (zh) * 2023-05-15 2024-08-23 密尔医疗科技(深圳)有限公司 非互易性相移器及激光器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5808743A (en) * 1996-04-05 1998-09-15 Board Of Regents Of The University Of Colorado Laser sensor using optical feedback-induced frequency modulation
US7126586B2 (en) * 2004-09-17 2006-10-24 Microsoft Corporation Data input devices and methods for detecting movement of a tracking surface by detecting laser doppler self-mixing effects of a frequency modulated laser light beam
US8378287B2 (en) * 2007-06-27 2013-02-19 Koninklijke Philips Electronics N.V. Optical sensor module including a diode laser and a substrate transparent to radiation emitted by the diode laser and a method for manufacturing an optical sensor module
US8692979B2 (en) * 2008-01-16 2014-04-08 Koninklijke Philips N.V. Laser sensor system based on self-mixing interference

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5020901A (en) 1990-01-30 1991-06-04 The Perkin-Elmer Corporation Multimode laser diode system for range measurement
FR2751755B1 (fr) 1996-07-23 1998-08-28 Commissariat Energie Atomique Velocimetre a laser a detection autodyne
US6233045B1 (en) * 1998-05-18 2001-05-15 Light Works Llc Self-mixing sensor apparatus and method
JP2000012957A (ja) 1998-06-22 2000-01-14 Nec Corp 複数波長の半導体レーザモジュール
JP3903105B2 (ja) 2000-05-23 2007-04-11 富士フイルム株式会社 動的変化検出方法、動的変化検出装置及び超音波診断装置
JP2002040350A (ja) 2000-07-28 2002-02-06 Fuji Xerox Co Ltd 光走査装置
US7283214B2 (en) * 2005-10-14 2007-10-16 Microsoft Corporation Self-mixing laser range sensor
JP2009529243A (ja) 2006-03-07 2009-08-13 メアリー ケイ ブレナー 赤色発光レーザ
US9397476B2 (en) 2007-05-07 2016-07-19 Koninklijke Philips N.V. Laser sensor for self-mixing interferometry having a vertical external cavity surface emission laser (VECSEL) as the light source
US8078063B2 (en) * 2008-02-05 2011-12-13 Finisar Corporation Monolithic power monitor and wavelength detector
WO2009107013A1 (en) * 2008-02-28 2009-09-03 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh Optical sensor
US8416424B2 (en) 2008-07-07 2013-04-09 Koninklijke Philips Electronics N.V. Laser self-mixing measuring device
WO2010096781A1 (en) 2009-02-20 2010-08-26 Brenner Mary K Direct modulated modified vertical cavity surface emitting lasers
US8989230B2 (en) 2009-02-20 2015-03-24 Vixar Method and apparatus including movable-mirror mems-tuned surface-emitting lasers
EP2491336B1 (en) * 2009-10-23 2013-03-27 Koninklijke Philips Electronics N.V. Self-mixing interference device with wave guide structure
ATE551761T1 (de) * 2010-03-03 2012-04-15 Axetris Ag Laserdiodenaufbau mit reduziertem rauschen
DE112012001708B4 (de) * 2011-04-15 2018-05-09 Faro Technologies, Inc. Koordinatenmessgerät
US9088134B2 (en) 2011-07-27 2015-07-21 Vixar Inc. Method and apparatus including improved vertical-cavity surface-emitting lasers
WO2014167175A1 (en) * 2013-04-12 2014-10-16 Vaisala Oyj Laser doppler velocimeter with edge filter demodulation
JP2015115509A (ja) * 2013-12-12 2015-06-22 ウシオ電機株式会社 レーザ光源装置及びスクリーン投影装置
US10177527B2 (en) 2015-05-28 2019-01-08 Vixar Inc. VCSELS and VCSEL arrays designed for improved performance as illumination sources and sensors
WO2017218467A1 (en) * 2016-06-13 2017-12-21 Vixar, Llc Improved self-mix module utilizing filters
WO2018104154A1 (en) * 2016-12-09 2018-06-14 Koninklijke Philips N.V. Laser sensor module for particle density detection
US11549799B2 (en) * 2019-07-01 2023-01-10 Apple Inc. Self-mixing interference device for sensing applications

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5808743A (en) * 1996-04-05 1998-09-15 Board Of Regents Of The University Of Colorado Laser sensor using optical feedback-induced frequency modulation
US7126586B2 (en) * 2004-09-17 2006-10-24 Microsoft Corporation Data input devices and methods for detecting movement of a tracking surface by detecting laser doppler self-mixing effects of a frequency modulated laser light beam
US8378287B2 (en) * 2007-06-27 2013-02-19 Koninklijke Philips Electronics N.V. Optical sensor module including a diode laser and a substrate transparent to radiation emitted by the diode laser and a method for manufacturing an optical sensor module
US8692979B2 (en) * 2008-01-16 2014-04-08 Koninklijke Philips N.V. Laser sensor system based on self-mixing interference

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190039927A (ko) 2019-04-16
WO2017218467A1 (en) 2017-12-21
US11307019B2 (en) 2022-04-19
EP3469670A1 (en) 2019-04-17
JP2019526785A (ja) 2019-09-19
EP3469670A4 (en) 2020-05-27
US20190331473A1 (en) 2019-10-31
JP7187324B2 (ja) 2022-12-12
KR102390693B1 (ko) 2022-04-27
IL263638A (en) 2019-01-31
CN110168823A (zh) 2019-08-23
IL263638B1 (en) 2023-05-01
IL263638B2 (en) 2023-09-01
US20210223027A1 (en) 2021-07-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110168823B (zh) 改进的利用滤光器的自混合模块
CN102017338B (zh) 具有单片集成光电二极管的垂直腔表面发射激光器件
US11394175B2 (en) VCSEL narrow divergence proximity sensor
US9091747B2 (en) Self-mixing interference device with wave guide structure
CN101689748B (zh) 光学传感器模块及其制造
US6856717B2 (en) Package with a light emitting device
JP2005217428A (ja) 干渉フィルタを有する表面放出半導体レーザ
US6594289B2 (en) Tunable laser source apparatus
KR20210016358A (ko) 기하학적 분리를 이용하는 광학적으로 펌핑된 파장 가변형 수직 공진 표면광 레이저
US11462884B2 (en) Power monitoring approach for VCSELs and VCSEL arrays
EP3652520B1 (en) Optoelectronic modules with temperature-independent characteristics
EP3444634B1 (en) Semiconductor device and method for time-of-flight measurements
Bawamia et al. Miniaturized tunable external cavity diode laser with single-mode operation and a narrow linewidth at 633 nm
CN116087966A (zh) 激光雷达
US6678293B2 (en) Wavelength sensitive device for wavelength stabilization
US20240063607A1 (en) Laser sensor and method of manufacturing a laser sensor
CA2366583C (en) Encapsulated optoelectronic devices with controlled properties
WO2020046202A1 (en) Vcsels including a sub-wavelength grating for wavelength locking
CN110718851B (zh) 光学组件
WO2024037826A1 (en) Self-mixing inteferometry sensor module, electronic device and method of determining an optical power ratio for a self-mixing inteferometry sensor module

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant