CN201974549U - 半导体光学设备包 - Google Patents

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Abstract

多个半导体光学设备具有常规包装和常规支撑结构和控制。半导体光学设备是典型的半导体激光器和/或光电二极管，并且设计用于彼此独立或者以协作方式运作。提供了一种半导体光学设备包，包括：外壳；端口，位于外壳的壁中。其特征在于，该半导体光学设备包还包括：金属圈，固定地位于端口中；孔，位于金属圈中；以及多根光纤，其穿过孔并且固定地连接至金属圈。在一个实施例中，可以独立地使用组合包装的半导体激光器，以泵动多级光学放大器的每个放大级。连接至光学设备的光纤共享一个端口，并且在与组合包装的半导体光学设备的光输出/输入啮合之前对齐。

Description

半导体光学设备包
技术领域
本实用新型基本涉及组合包装半导体光学设备，并且尤其涉及组合包装半导体激光器和/或在光学放大器中使用的半导体光电二极管，以形成半导体光学设备包。
背景技术
成套的半导体光学设备，诸如泵激光器，是沿用已久的产品。它们通常大规模地制造，输出波长通常在980nm或1480nm附近，这取决于所需的应用。每个半导体光学设备通常包装在其自己的外壳中并且加以气密性密封。成套的半导体光学设备可以光学地耦合至诸如光学放大器的外部光学设备。该耦合通常通过光纤实现，光线穿过外壳壁上的端口。为了实现和维持外壳的气密性密封，尤其要注意端口处。
图1示出了半导体光学设备包100，包括用于将半导体光学设备12光学地耦合至诸如光学放大器(未示出)的外部光学设备。如图所示，半导体光学设备12包装在外壳14中，并且置于载体16上，其依次支撑在热电冷却器(TEC)18上。设置金属环110使其穿过壁14a的端口20。金属环110固定地连接、例如焊接至壁14a。另外参考图2，设置光纤26使其穿过金属环110。使用也作为气密性密封的低熔点玻璃28(或者在金属化光纤的情况下使用焊料)将光纤26固定地连接至金属环110。环氧树脂30填充了金属圈110的内部部分。光纤26延伸进入外壳14，并且接近光纤26的一个端面32的光纤的一部分固定地连接至固定点22。在光纤26中存在曲率，以允许在端面32处的应力释放。光纤26的端面32形成为透镜，并且相对于半导体光学设备12的输出而设置在纵向和旋转位置上，从而将从半导体光学设备12发射的最优量的光耦合至光纤26。
在组装半导体光学设备包100之前，光纤26通过金属环110，并 且经由低熔点玻璃28、焊料或环氧树脂30固定至金属环110。通过将半导体光学设备12、载体16和任选地TEC18设置在外壳中，并且通过将组合的金属环110和光纤26插入通过端口20从而将金属环设置在端口20中，而组装半导体光学设备包100。通过旋转金属环110，旋转地调整光纤26，从而固定至金属环的光纤26旋转，直到光纤26的端面32与半导体光学设备12旋转地对齐。光纤26还可以关于半导体光学设备12而纵向地调整，例如，通过调整金属环110和/或通过调整光纤26中的曲率量。关于半导体光学设备12对齐光纤26的端面32，允许其间的最优光耦合。当正确地对齐时，使用低熔点玻璃28/焊料或环氧树脂30在固定点22将光纤26接近端面32的部分固定在合适的位置。金属环110还固定地连接、例如焊接至壁14a。
许多多级光学放大器需要一个以上的泵激光器。简单地使用两个放大器级之间的单一泵激光分裂，通常导致不足够的功率输出。通过直接控制其自身的泵激光器，还改进了对每一级放大器的控制。而且，一些放大器需要对不同级的放大器使用不同的波长。因而，许多光学放大器由诸如图1和2中所示的多个独立包装的光学设备泵动。
同时，需要减少包装的半导体光学设备的尺寸(所谓的足迹)和成本。许多情况下，将两个半导体光学设备简单地放置在一个包装中并未提出适当的方法。仍然不能将单一光学端口用于多个光学设备，其中精确的光纤对准是必须的，因为组装常规半导体光学设备包100包括将组合的金属圈110和光纤26插入通过端口14a，以及主动旋转对准其，直到透射或接收到最大量的光。因此，已包装半导体光学设备的足迹未减少，并且制造成本稍减少，因为两个半导体光学设备组合在一个包装中产生了与半导体光学设备相同数量的输出端口。此外，半导体光学设备之间的热和其他辐射串扰或干扰的效应已经导致这种设备的独立包装。
实用新型内容
本实用新型的优点在于将一个以上的半导体光学设备(例如，半导体激光器和/或半导体光电二极管)置于单一包装中，同时克服了常 规包装的半导体光学设备的上述缺点。在本实用新型中，可以将多个半导体光学设备包装在一个包装中，其与包含一个半导体光学设备的包装在尺寸上略有不同。本实用新型可以用于高功率激光器应用中，其中需要小足迹和设计的经济性。本实用新型使用组合包装克服了上述问题，并且提供了多根光纤(至少两个)共享一根光纤端口的装置。
根据本实用新型一个方面，半导体光学设备包包括：设置在外壳中的多个半导体光学设备；设置在外壳的壁上的端口；固定地设置在光学出口端口中的金属圈；以及多根光纤，穿过金属圈并且固定地连接至金属圈，该多根光纤分别光学地耦合至多个半导体光学设备。
根据一个实施例，多根光纤的光轴旋转地关于彼此对齐。根据另一实施例，多根光纤的光轴之间的旋转对准的公差约为+/-4°。
根据另一实施例，多根光纤的光轴横向地彼此对齐。根据另一实施例，多根光轴之间的横向对齐的公差小于2μm。
根据另一实施例，使用至少一个低熔点玻璃、焊料和环氧树脂将多根光轴固定地连接至金属圈。
根据另一实施例，多根光轴将多个半导体光学设备光学地耦合至EDFA放大器和拉曼(Raman)放大器中至少之一。
根据另一实施例，半导体光学设备是半导体激光器、半导体光电二极管中至少之一，以及至少一个半导体激光器和至少一个半导体光电二极管。
根据另一实施例，至少一个半导体光学设备发射的光的波长，是约980nm和约1480nm中至少之一。
根据本实用新型另一方面，用于固定地设置在半导体光学设备包的光学出口端口中的金属圈包括：孔，多根光纤穿过该孔，该多根光纤固定地连接至金属圈。
根据本实用新型另一方面，制造半导体光学设备包的方法包括：将金属圈和穿过金属圈并且固定地连接至金属圈的多根光纤插入通过设置在外壳壁上的端口；将多根光纤光学地耦合至设置在外壳中的多个半导体光学设备；以及将金属圈固定地连接至外壳的壁。
根据一个实施例，在将金属圈和多根光纤穿过端口之前，将多根 光纤穿过金属圈，并且固定地连接至金属圈。根据另一实施例，在固定地连接至金属圈之前，多根光纤的光轴旋转地彼此对准。根据另一实施例，在固定地连接至金属圈之前，多根光纤的光轴侧向的彼此对准。
下文将参考随附附图更详细的描述本实用新型的前述和其它特征。
附图说明
图1是常规半导体光学设备包的示意性局部横截面示图。
图2是常规金属圈的示意性横截面示图。
图3是根据本实用新型的典型半导体光学设备包的示意性顶视图。
图4是根据本实用新型的典型金属圈的示意性横截面示图。
图5是根据本实用新型的具有旋转和维度对齐的光轴的两根光纤的示意性端视图。
具体实施方式
在下列说明书中，相同的部件具有相同的附图标记，而不考虑它们是否示出在不同的实施例中。为了以清楚和简明的方式说明本实用新型的实施例，附图可能并非必须按比例绘制，并且一些特征可能以稍示意性的方式示出。参考一个实施例描述和/或说明的特征可能在一个或多个其他实施例中以相同方式或类似方式使用，和/或与其他实施例的特征组合使用或作为其代替。
现在将详细的参考附图，并且从图3开始，根据本实用新型的典型半导体光学设备包以附图标记200所示。包200可以光学地耦合至例如外部光学设备(未示出)，诸如，举例而言，掺饵光纤放大器(EDFA)或拉曼放大器。
半导体光学设备包200包括两个组合包装的半导体光学设备12a和12b。半导体光学设备通常是半导体激光器或光电二极管，并且设计用于彼此独立或以协作方式运作。如图所示，半导体光学设备12a 和12b间隔开安装在单一载体16上。设备充分间隔开，以防止热和其他串扰。此外，在设备或插入或实时的其他装置之间可以具有分隔，以减少或消除光学串扰。载体可以任选地安装在TEC18上。
在一个实施例中，半导体光学设备12a和12b中之一或两者可以是诸如泵激光器的半导体激光器设备。虽然本文中主要地示出了半导体光学设备12a和12b，应当理解，半导体光学设备12a和12b可以是任何合适的半导体光学设备或设备的组合。例如，光学设备12a和12b中之一或两者可以是半导体光电二极管(例如，雪崩光电二极管)，用于监视外部光学设备(例如，EDFA或拉曼放大器)的性能。在这种实施例中，可以形成从半导体光电二极管至包200的外侧上的管脚的连接(例如，出于监视目的)。可以使用光电二极管的电信号输出，用于控制外部光学设备。
半导体光学设备12a和12b可以相同类型的设备(例如，两个半导体激光器)或者不同类型的设备(例如，一个半导体激光器和一个半导体光电二极管)。而且，半导体光学设备12a和12b可以具有相同、相似或不同的规格和性能。在一个实施例中，其中半导体光学设备12a和12b是泵激光器(例如，用于泵动光学放大器，诸如EDFA、拉曼放大器等)，半导体光学设备12a和12b可以发射相同或近似相同波长的光。例如，半导体光学设备12a和12b可以发射约980nm(9××nm)或约1480nm(145××nm)的光。但是可以预期，半导体光学设备12a发射的光波长可以与从半导体光学设备12b发射的光的波长不同。例如，半导体光学设备12a可以发射约980nm(9××nm)的光，而半导体光学设备12b可以发射约1480nm(145××nm)的光。当然，从半导体光学设备12a和12b发射的光的实际波长可以改变。因而，在一个实施例中，可以使用组合包装的半导体激光器以泵动一种或多种光学放大器(例如，EDFA、拉曼放大器)。在另一实施例中，可以独立使用组合包装的半导体激光器，以泵动多级光学放大器的每个放大级。
设置金属圈10使其设置在外壳14的壁14a的端口20中。金属圈10的形状基本上是管状的。因此，另外参考图4，金属圈10限定 了孔，多根光纤26a和26b可以穿过其中。如图所示，金属圈10的孔可以是锥形的。通过焊接将金属圈10固定地连接至壁14a，但是还可以通过其他合适的方式连接至壁，诸如通过环氧树脂、低熔点玻璃或本领域中已知或常用的其他合适的方式。
多根光纤26a和26b设置使得它们穿过金属圈10，并且将半导体光学设备12a和12b光学地耦合至外部光学设备。光纤26a和26b的组成和/或类型可以相同或不同。例如，一个或两个光纤26a和26b可以是极化维持(PM)光纤或非PM光纤。如果两个光纤均为PM光纤，两根光纤的极化轴可以平行或正交。一根或多根光纤26a和26b还可以包括布拉格(Bragg)光栅。
使用低熔点玻璃或焊料或环氧树脂中至少之一将光纤26a和26b固定地连接至金属圈10。在一些实施例中，使用两种方法将光纤26a和26b固定地连接至金属圈10，诸如通过也作为气密性密封的在金属圈端部部分处的低熔点玻璃28(或在金属化光纤中使用焊料)，以及用于填充光学设备12远端的金属圈10的一部分。在诸如图4所示的实施例中，其中金属圈10的孔是锥形的，可以在至少锥形部分填充环氧树脂30。因此，一旦固定，光纤26a和26b将维持相同的对齐。
每根光纤26a和26b分别包括端面32a和32b。在一个实施例中，光纤26a和26b的各个端面32a和32b形成为透镜，例如通过将光纤端部劈开并且成型为透镜。例如，光纤26a和26b的已劈开端部可以成型为透镜，每个透镜具有至少两个焦距。
光纤26a和26b可以旋转地对齐，从而光纤26a和26b的光轴以及端面32a和32b彼此在相同或基本上相同的方向上对齐。通常，共享同一金属圈的一对光纤的光轴之间的旋转对准的公差约为+/-4°。在另一实施例中，光纤26a和26b的光轴可以侧向地彼此对齐。通常，共享同一金属圈的一对光纤的光轴之间的侧向对准的公差小于2μm。如下所述，在组装金属圈部件期间并且在插入端口20之前，实现旋转或侧向对齐。
在图5中所示的又一实施例中，光轴26a和26b可以旋转地对齐，从而光纤26a和26b的光轴以及端面32a和32b在相同或基本上相同 的方向上彼此对齐。光纤26a和26b的光轴还可以彼此侧向对齐。通常，共享同一金属圈的一对光纤的光轴之间的旋转对准的公差约为+/-4°，而共享同一金属圈的一对光纤的光轴之间的侧向对准的公差小于2μm。如下所述，在组装金属圈部件期间并且在插入端口20之前，实现旋转或侧向对齐。
光纤26a和26b延伸进入外壳14，而光纤26a和26b最接近端面32a和32b的一部分固定地连接至各个固定点22a和22b。在每根光纤26a和26b中可以存在曲率，以允许端面32处的应力释放。光纤26a和26b的端面32a和32b相对于半导体光学设备12a和12b的输出/输入设置在纵向和旋转位置上。在一个实施例中，其中半导体设备12a和12b是半导体激光器，端面32a和32b设置使得由光学设备12a和12b提供的不对称光输出领域可以耦合入光纤26a和26b中。例如，当半导体光学设备12a和12b平行设置并且都在相同的方向(例如，所有的快轴在一个方向上，而所有的慢轴处于正交方向上)时，那么光纤26a和26b的端面32a和32b的光轴可以定向使得端面32a和32b的相应轴基本上平行。在这种实施例中，光纤快轴与半导体设备快轴的旋转对齐的公差可以约为+/-2°，而共享同一金属圈的一对光纤的快轴之间的旋转对齐的公差可以约为+/-4°。当然，如果半导体光学设备未以共平面方式或平行平面安装在包装中，那么金属圈中光纤的相对旋转定向可以相应地设置(例如，相对于半导体光学设备的各个旋转定向)。
在包装200组装之前，光纤26a和26b穿过金属圈，而光纤26a和26b的光轴相对于彼此旋转地和侧向地调整(例如，如上所述和如图5中所述)。参考图5，例如通过旋转一根或多根光纤26a和26b，可以实现旋转对齐，而例如通过相对彼此以上下方式移动一根或多根光纤26a和26b，可以实现侧向对齐。经由低熔点玻璃28、焊料和/或环氧树脂30，将对准的光纤26a和26b固定地连接至金属圈10。因而，在与组合包装的半导体光学设备的光输出/输入啮合之前，连接至半导体光学设备的光纤对齐。
通过将组合的金属圈10和固定的光纤26a和26b插入通过端口 20，从而金属圈10和光纤26a和26b穿过端口20，而组装包装200。在胶合或以其他方式固定在固定点22a和22b处的合适位置之前，光纤26a和26b主动或被动地与半导体光学设备12a和12b的各个输出/输入光学地耦合。如上所讨论的，在固定至金属圈10并且插入通过端口20之前，光纤26a和26b已经相对于彼此旋转地调整。因而，随着在金属圈处执行两根光纤的预定对齐，组合的金属圈10和固定的光纤26a和26b允许进行光纤26a和26b的调整，而不旋转调整光纤26a和26b和/或金属圈10。光纤26a和26b基本上由相对刚性材料(例如，玻璃、金属化光纤等)制成，并且出于调整目的扭曲光纤可能是困难的，或者甚至是不可能的。这种扭曲可以产生大的扭转力，并且产生灾难性的光纤故障。而且，由于金属圈10中的多根光纤设置，通过旋转金属圈10调整光纤26a和26b可能是困难的。
光纤26a和26b的各个端面32a和32b可以相对于半导体光学设备12a和12b的各个输出/输入纵向对齐，例如，通过纵向调整金属圈10或调整一根或多根光纤26a和26b中的曲率量。一旦对齐，使用低熔点玻璃、焊料或环氧树脂将光纤26a和26b最接近端面32a和32b的部分分别固定在固定点22a和22b处合适的位置。金属圈10固定地连接至、例如焊接至壁14a。
根据本实用新型的金属圈10允许经由单一端口将多个半导体光学设备光学地耦合至一个或多个外部设备。这样，上述已经在典型设置中描述了金属圈10，该典型设置使两根光纤26a和26b穿过其中、设置并且固定地连接至其上，用于将两个光学设备光学地耦合、一同组合包装在单一基底上。但是还应当预期，可以将两个以上(例如，三个、四个等)光学设备一同组合包装在单一基底上，并且金属圈可以包括两根以上(例如，三根、四根等)光纤，其穿过其中、设置并且固定地连接至其上。
而且，预期一个实施例，其中组合包装多个半导体光学设备，并且其中包装包括一个以上的端口和金属圈。在这种实施例中，至少一个金属圈包括至少两根光纤。例如，包装可以包括一同组合包装在单一基底上的四个半导体光学设备和两个金属圈，每个金属圈包括两根 光纤，用于光学地耦合四个半导体光学设备中的两个。
当在包装中组合包装了一种以上的半导体光学设备时，可以采用多个金属圈。例如，一个金属圈可以将多个半导体激光器光学地耦合至外部光学设备，而另一金属圈可以将多个光电二极管光学地耦合至外部光学设备。虽然光电二极管可以一同包装在包装200外侧，但是有利的是将它们与半导体光学设备12a和12b包括在同一包装中，因为光电二极管受益于包装的稳定和气密性环境。光电二极管可以与半导体激光安装在同一载体上，或者可以具有在同一包装中的不同安装设置。在包装中包括光电二极管允许减少与诸如光学放大器的外部光学设备相关的包装的数量。事实上，可以仅将有源半导体设备的一个包装与外部光学设备相关。
上文已经描述了本实用新型的实施例的范例。本领域技术人员将理解，这些不限制本实用新型的用途或功能的范围，其可以概括为包括更多或更少的特征。例如，在一个概括中，本实用新型可以包括半导体光学设备包，其具有位于外壳中的多个半导体光学设备；设置在外壳的壁上的端口；固定地设置在光学出口端口中的金属圈；以及多根光纤，穿过金属圈并且固定地连接至金属圈，该多根光纤分别光学地耦合至多个半导体光学设备。一些特征对于本实用新型而言并非必需的，其在更简单的实施例中可以概括为包括仅一个外壳；设置在外壳的壁中的端口；金属圈，固定地设置位于光学出口端口中；金属圈中的孔，以及多根光纤，穿过金属圈并且固定地连接至金属圈，该多根光纤分别光学地耦合至多个半导体光学设备。在又一简单实施例中，本实用新型可以概括为仅包括金属圈，用于固定地设置在半导体光学设备包的端口中，金属圈包括孔，其中多根光纤穿过该孔，并且该多根光纤固定地连接至金属圈。
虽然已经示出和参考特定实施例描述了本实用新型，显然的是，对于本领域技术人员而言，在阅读和理解本说明书和随附附图之后，将易于进行等效改变和修改。尤其关于上述元件(部件、组件、设备、成分等)所实施的各种功能，如无特别指出，用于描述这种元件术语(包括引用“装置”)意于相应于执行所述元件的特定功能的任何元件 (即，功能等效)，即使非结构地等效于执行本实用新型在本文中所示的典型实施例中的功能而公开的结构。此外，虽然上文已经关于数个所述实施例中的一个或多个描述了本实用新型的特定特征，但是正如对于任何给定或特定应用可能需要和有利的是，这种特征可以与其他实施例的一个或多个其他特征组合。

Claims (12)

1.一种半导体光学设备包，包括：
外壳；
端口，位于外壳的壁中；
其特征在于，该半导体光学设备包还包括：
金属圈，固定地位于端口中；
孔，位于金属圈中，以及
多根光纤，其穿过孔并且固定地连接至金属圈。
2.根据权利要求1所述的半导体光学设备包，其特征在于，多根光纤的光轴相对于彼此旋转地对齐。
3.根据权利要求2所述的半导体光学设备包，其特征在于，多根光纤的光轴之间的旋转对准的公差约为+/-4°。
4.根据权利要求2所述的半导体光学设备包，其特征在于，多根光纤的光轴相对于彼此横向地对齐。
5.根据权利要求4所述的半导体光学设备包，其特征在于，多根光纤的光轴之间的横向对齐的公差小于2μm。
6.根据权利要求1所述的半导体光学设备包，其特征在于，多根光纤的光轴相对于彼此横向地对齐。
7.根据权利要求7所述的半导体光学设备包，其特征在于，多根光纤的光轴之间的横向对齐的公差小于2μm。
8.根据权利要求1所述的半导体光学设备包，其特征在于，使用低熔点玻璃、焊料和环氧树脂中至少之一将多根光纤固定地连接至金属圈。
9.根据权利要求1所述的半导体光学设备包，其特征在于还包括位于外壳内的多个半导体光学设备，并且其中多根光纤分别光学地耦合之多个半导体光学设备。
10.根据权利要求9所述的半导体光学设备包，其特征在于，多根光纤将多个半导体光学设备光学地耦合至EIDFA放大器和拉曼放大器中至少之一。.
11.根据权利要求9所述的半导体光学设备包，其特征在于，半导体光学设备是半导体激光器、半导体光电二极管以及至少一个半导体激光器和至 少一个半导体光电二极管中之一。
12.根据权利要求9所述的半导体光学设备包，其特征在于，至少一个半导体光学设备发射的光的波长是约980nm和约1480nm中至少之一。 
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