KR20110025774A - 주파수 배가된 반도체 레이저에서 접힌 조정가능한 광 경로 - Google Patents

주파수 배가된 반도체 레이저에서 접힌 조정가능한 광 경로 Download PDF

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KR20110025774A
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에티엔네 알모릭
작쿠에스 골리에르
러렌스 씨. 제이알. 후게스
가렛 에이. 피치
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코닝 인코포레이티드
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Abstract

광 패키지는 반도체 레이저, 파장 변환 장치, 및 베이스 모듈을 향한 MEMS-작동식 미러를 포함하여 반도체 레이저의 아웃풋과 파장 변환 장치의 인풋 사이의 접힌 광 경로를 형성한다. 광 조립체는 기계적 위치결정 장치에 위치되고, 기계적 위치결정 장치는 광 경로를 따라서 베이스 모듈 상에 배치되어 상기 광 조립체를 통과하는 반도체 레이저의 빔이 MEMS-작동식 미러에 의해 상기 광 조립체를 통해 그리고 파장 변환 장치의 도파관부로 뒤로 반사된다. MEMS-작동식 미러가 반도체 레이저 빔을 파장 변환 장치의 인풋 상에서 스캔하도록 작동가능하다. 광 조립체는 기계적 위치결정 장치로 광 경로를 따라 조정될 수 있어, 빔을 파장 변환 장치의 도파관부로 촛점을 맞출 수 있다.

Description

주파수 배가된 반도체 레이저에서 접힌 조정가능한 광 경로{FOLDED ADJUSTABLE OPTICAL PATH IN A FREQUENCY DOUBLED SEMICONDUCTOR LASER}
본 발명은 전반적으로 반도체 레이저, 레이저 제어기, 광 패키지, 및 반도체 레이저와 파장 변환 장치를 포함한 여러 광 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 광 패키지 및 광 패키지 정렬 방법에 관한 것으로서, 상기 광 패키지는 특히, 반도체 레이저와 SHG(Second Harmonic Generation) 크리스탈 또는 여러 타입의 파장 변환 장치를 포함한다.
짧은 파장 광 공급원이 적외선이나 근-적외선 DFB(Distributed FeedBack) 레이저, DBR(Distributed Bragg Reflector) 레이저, 또는 Fabry-Perot 레이저와 같은 단일-파장 반도체 레이저를, SHG 크리스탈과 같은 광 파장 변환 장치와 결합하여 형성될 수 있다. 전형적으로, SHG 크리스탈은 고조파의 기본적인 레이저 시그널을 만드는데 사용된다. 이렇게 하기 위해, 레이징(lasing) 파장은 바람직하게 파장 변환 SHG 크리스탈의 스펙트럼 중심에 맞춰지고, 레이저의 아웃풋은 바람직하게 파장 변환 크리스탈의 인풋 깎인 면에서 도파관부와 정렬된다.
MgO-도프된 PPLN(Periodically Poled Lithium Niobate) 크리스탈과 같은 전형적인 SHG 크리스탈의 도파관 광 모드 장(field) 직경은 수 미크론 이내이다. 이 결과, 본 발명의 발명자는 레이저 다이오드로부터의 빔을 특히 광 패키지가 조립되는 동안에, SHG 크리스탈의 도파관에 적당하게 정렬하고 초점을 맞추려는 시도가 있었음을 알고 있다.
따라서, 본 발명의 한 목적은 보다 긴 파장 공급원(예를 들면, 근-적외선 레이저 다이오드)으로부터 보다 짧은 파장 복사(예를 들면, 녹색의 레이저 광)를 생성하도록 SHG 크리스탈이나 여러 타입의 파장 변환 장치에 연결된 레이저 다이오드를 사용하는 광 패키지 및 광 패키지 구성요소 정렬 방법을 제공하는 것이다.
본 명세서에 기재되고 도시된 일 실시예에 따르면, 광 패키지는 반도체 레이저, 파장 변환 장치, MEMS-작동식 미러, 광 조립체, 기계적 위치결정 장치 및 베이스 모듈을 포함한다. 파장 변환 장치는 도파관부를 포함한다. 반도체 레이저, 파장 변환 장치 및 MEMS-작동식 미러는 접힌 광 경로를 상기 반도체 레이저의 아웃풋과 상기 파장 변환 장치의 인풋 사이에 형성하도록 베이스 모듈 상에 위치/방향 설정되어, 상기 반도체 레이저의 아웃풋 빔이 조정가능한 미러에 의해 파장 변환 장치의 도파관부로 반사될 수 있다. MEMS-작동식 미러는 반도체 레이저의 아웃풋 빔을 파장 변환 장치의 인풋 상에서 스캔하도록 작동가능하다. 광 조립체는 기계적 위치결정 장치에 위치되고 상기 기계적 위치결정 장치는 광 경로에 따른 베이스 모듈 상에 배치되어, 반도체 레이저의 빔이 상기 반도체 레이저를 빠져나온 이후에 상기 광 조립체를 통과하고 MEMS-작동식 미러에 의해 상기 광 조립체를 통해 뒤쪽 파장 변환 장치의 도파관부로 반사되어, 광 경로에 따른 광 조립체의 위치가 기계적 위치결정 장치로 조정되어 반도체 레이저의 빔이 파장 변환 장치의 도파관부로 촛점이 맞춰진다.
본 명세서에 기재되고 도시된 다른 일 실시예에 따르면, 반도체 레이저, 도파관부를 포함한 파장 변환 장치, MEMS-작동식 미러, 광 조립체, 기계적 위치결정 장치 및 베이스 모듈을 구비한 광 패키지 조립 및 정렬 방법은, 상기 반도체 레이저, 상기 MEMS-작동식 미러 및 상기 파장 변환 장치로 형성된 광 경로가 접힌 광 경로가 되도록, 상기 반도체 레이저, 상기 파장 변환 장치 및 상기 MEMS-작동식 미러를 베이스 모듈 상에 위치시키는 단계를 포함한다. 광 조립체는 기계적 위치결정 장치로 접힌 광 경로에 삽입되어, 상기 광 조립체가 반도체 레이저, 파장 변환 장치 및 MEMS-작동식 미러와 명목상 정렬되고, 상기 반도체 레이저의 아웃풋 빔이 광 조립체를 통과하고 상기 광 조립체를 통해 뒤쪽 파장 변환 장치의 도파관부로 반사된다. 반도체 레이저의 아웃풋 빔은 MEMS-작동식 미러의 위치를 변경시킴으로써, 파장 변환 장치의 도파관부의 인풋면과 정렬된다. 반도체 레이저의 아웃풋 빔이 파장 변환 장치의 도파관부와 정렬되고 상기 파장 변환 장치의 아웃풋 강도가 최대가 되도록, 광 조립체의 위치는 기계적 위치결정 장치로 조정되어 상기 반도체 레이저의 아웃풋 빔을 상기 파장 변환 장치의 상기 도파관부로 초점을 맞춘다.
본 발명의 다른 특징과 장점이 아래 상세한 설명에 기재되어 있고, 이러한 특징과 장점은 아래 기재된 상세한 설명과, 청구범위와, 첨부된 도면을 포함한 본 명세서에 기재된 바와 같은 본 발명을 실행함으로써 인식되거나 본 명세서로부터 당업자에게 명확할 것이다. 본 발명의 상기 기재한 일반적인 사항과 아래 상세하게 기재된 바람직한 설명은 청구된 본 발명과 본 발명의 특징의 전반적인 이해를 돕기 위한 것임을 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 명세서에 기재되고 도시된 하나 이상의 실시예에 따른 MEMS 미러-작동식 광 정렬 패키지의 개략적인 도면이고;
도 2는 본 명세서에 기재되고 도시된 하나 이상의 실시예에 따른 광 패키지의 단면도이고;
도 3은 본 명세서에 기재되고 도시된 하나 이상의 실시예에 따른 광 조립체 홀더와 광 조립체의 분해도이고;
도 4는 본 명세서에 기재되고 도시된 하나 이상의 실시예에 따른 광 패키지의 단면도이고;
도 5는 본 명세서에 기재되고 도시된 하나 이상의 실시예에 따른 광 조립체 홀더, 광 조립체 및 전반사 미러의 분해도이고;
도 6은 본 명세서에 기재되고 도시된 하나 이상의 실시예에 따른 수직방향을 향한 MEMS-작동식 미러를 구비한 광 패키지의 개략적인 도면이며;
도 7은 본 명세서에 기재되고 도시된 하나 이상의 실시예에 따른 수평방향을 향한 MEMS-작동식 미러를 구비한 광 패키지의 개략적인 도면이다.
먼저 도 1을 살펴보면, 본 발명의 특정 실시예가 통합된 다양한 타입의 광 패키지의 일반적인 구성이 주파수나 파장-변환된 반도체 레이저 공급원의 설계 및 제조와 관련하여 기술상 용이하게 이용가능할지라도, 본 발명의 특정 실시예의 개념은 예를 들면, 반도체 레이저(104)(도 1에서 "λ"으로 표시됨)와 파장 변환 장치(102)(도 1에서 "2υ"으로 표시됨)를 포함한 광 패키지(10)를 기초로 하여 개략적으로 도시되었다. 도 1에 도시된 구성에 있어서, 반도체 레이저(104)에 의해 방사된 근 적외선 광은 MEMS-작동식 미러(114) 및 적당한 광 조립체(112)와 같은 하나 이상의 조정가능한 광 구성요소에 의해 파장 변환 장치(102)의 도파관부로 결합되고, 상기 광 조립체(112)는 단일 구성요소의 구성이거나 다수의 구성요소의 구성으로 이루어진 하나 이상의 광 구성요소(예를 들면, 렌즈)를 포함한다. 도 1에 도시된 광 패키지(10)는 다양한 보다 긴 파장 반도체 레이저로부터 다양한 보다 짧은 파장 레이저 빔을 만드는데 특히 유용하고 예를 들면, 레이저 투영 시스템에서 볼 수 있는 레이저 공급원으로 사용될 수 있다.
조정가능한 광 구성요소는, 반도체 레이저(104)에 의해 방사된 아웃풋 빔을 파장 변환 장치(102)의 도파관부에 정렬 및 초점 맞추기가 종종 어렵기 때문에, 특히 유용하다. 예를 들면, MgO-도프된 PPLN(Periodically Poled Lithium Niobate) 크리스탈과 같은 전형적인 SHG 크리스탈의 도파관 광 모드 장 직경의 범위는 수미크론이다. 도 1을 살펴보면, 광 조립체(112)가 MEMS-작동식 미러(114)와 상호작동하여, 반도체 레이저(104)의 빔을 파장 변환 장치(102)의 도파관부로, 보다 상세하게, 파장 변환 장치(102)의 도파관부로 나아가게 한다. 미러(116)의 위치나 상태를 조정함으로써 빔 각도 편차를 유도하도록 작동가능하고 이와 같이, 반도체 레이저 빔이 파장 변환 장치(102)의 도파관부와 정렬될 때까지 상기 빔의 위치를 파장 변환 장치(102)에서 변경시킴으로써 반도체 레이저(104)의 빔과 파장 변환 장치(102)의 도파관부를 x-y평면에서 능동적으로 정렬시키는데 사용된다.
일 실시예에 있어서, 예를 들면, 빔 분할기(40)와 광 검출기(50)를 파장 변환 장치(102)의 광 경로에 제공함으로써 빔 정렬이 모니터될 수 있다. 광 검출기(50)가 마이크로제어기, 즉 제어기(60)(도 1에서 "μc"로 표시됨)와 작동가능하게 연결되어, 상기 광 검출기(50)로부터의 아웃풋 시그널이 제어기(60)에 의해 수신된다. 제어기(60)는 MEMS 액츄에이터를 조정함으로써 MEMS-작동식 미러(114)의 위치나 상태를 제어하도록 구성되고, 이로써, 반도체 레이저(104)의 아웃풋 빔을 파장 변환 장치(102) 상에 위치시킨다. 일 실시예에 있어서, 광 검출기(50)로부터 수신된 아웃풋 시그널의 함수로서 제어기(60)가 MEMS-작동식 미러(114)의 위치나 상태를 제어하는데 사용된다. 다른 일 실시예에 있어서, 제어기(60)는 정렬 루틴을 행하는데 사용되어, 반도체 레이저(104)의 아웃풋 빔이 파장 변환 장치(102)의 도파관부(24)와 정렬된다.
본 명세서에 기재된 바와 같이, 미러(116)와 작동가능하게 관련된 조정 기구가 미러(116)와 작동가능하게 연결된 하나 이상의 MOEMS(Micro-Opto-Electromechanical System) 또는 MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)를 포함할 때처럼, 조정가능한 광 구성요소는 MEMS-작동식 미러(114)를 포함한다. MEMS 장치나 MOEMS 장치는 반도체 레이저(104)의 아웃풋 빔의 위치를 x-y 평면에서의 파장 변환 장치(102)에서 변경하도록 구성 및 배열될 수 있다. 미러가 광 조립체(112)의 시준되거나 거의 시준된 빔 공간에 위치되기 때문에, 미러 각도를 조정하면 파장 변환 장치에서 다시 촛점이 맞춰진 빔의 x/y 위치가 변경될 것이다. MOEMS 또는 MEMS-작동식 미러를 사용하면 다시 촛점이 맞춰진 빔 위치 조정이 큰 범위로 매우 빠르게 행해질 수 있다. 예를 들면, +/- 1 정도의 기계적인 편차를 갖는 MEMS-작동식 미러가, 3mm의 초점 길이를 갖는 광 조립체와 결합되어 사용될 때, 빔이 파장 변환 장치에서 +/- 100㎛ 경사져 변위될 수 있다. 빔의 조정 및/또는 재위치가 MOEMS나 MEMS-작동식 미러의 빠른 응답 시간에 따라 대략 100Hz 내지 10kHz의 주파수에서 행해질 수 있다.
MEMS-작동식 미러(114)인 조정가능한 광 구성요소에 대해 특정 기준이 본 발명에서 제시되었지만, 조정가능한 광 구성요소가 다양한 종래의 형상을 취하거나 개량된 형상을 취할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 조정가능한 광 구성요소는 빔 스티어링(steering) 및/또는 빔 포커싱(focusing) 용으로 구성된 하나 이상의 액상의 렌즈 구성요소를 포함한다. 더욱이, 조정가능한 광 구성요소는 마이크로-액츄에이터에 장착된 하나 이상의 미러 및/또는 렌즈를 포함하도록 고려된다. 이처럼 고려된 실시예에 있어서, 조정가능한 광 구성요소는 광 조립체(112)에서 이동가능한 또는 조정가능한 렌즈의 형태를 취하거나 그렇지 않으면 상기 조정가능한 광 구성요소는 고정 미러의 형태를 취한다.
도 1에 도시된 광 구성에 있어서, 조정가능한 광 구성요소는 비교적 컴팩트하고, 접힌-경로 광학 구성에 통합된 MEMS-작동식 미러이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 광 경로의 반도체 레이저(104)의 아웃풋 빔이 초기에 광 조립체(112)를 통과하여 시준되거나 거의 시준된 빔으로 MEMS-작동식 미러(114)에 도달한 후 동일한 광 조립체(112)를 통해 복귀하여 파장 변환 장치(102)에 초점이 맞춰지도록, MEMS-작동식 미러(114)는 상기 광 경로를 접도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 반도체 레이저의 아웃풋 빔이 처음에 광 조립체(112)를 통해 나아간 후 동일한 광 조립체(112)를 통해 뒤로 반사됨으로서, 광 경로는 "접힌다(folded)". 이러한 타입의 광 구성은 특히 반도체 레이저에 의해 발생된 레이저 빔의 단면 크기가 파장 변환 장치(102)의 인풋면 상의 도파관의 크기와 유사한 파장 변환된 레이저 공급원에 적용가능하며, 이 경우 1에 가까운 배율은 아웃풋 빔이 파장 변환 장치(102) 상에 촛점이 맞춰지는 최적의 커플링을 만들어낸다. 본 발명의 기재와 설명을 위한 것으로서, 본 발명에서 사용된 "시준되거나 거의 시준된" 빔은 빔의 발산이나 수렴 정도가 감소되어, 상기 빔을 더욱 시준된 상태로 나아가게 하는 임의의 빔 구성을 커버하기 위한 것임을 알 수 있을 것이다.
광 조립체가, 반도체 레이저(104)의 발산 광 아웃풋을 시준한 후, 광 패키지(10)의 광 경로를 따라 나아가는 레이저 광을 파장 변환 장치의 도파관부로 재 초점을 맞추도록 사용되기 때문에, 광 구성요소나 렌즈를 시준하고 초점을 맞추는 이중 구성으로 상기 광 조립체(112)가 기재되었다. 이러한 이중 구성의 광 구성요소는, 단일의 광 조립체(112)가 시준 및 초점 맞춤에 사용되기 때문에, 1에 가까운 배율 상수를 필요로 하는 경우에 매우 적합하다. 보다 상세하게는, 도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 레이저(104)의 아웃풋 빔은 광 조립체(112)의 제 1 면(131)에서 굴절되고, 이후 상기 광 조립체(112)의 제 2 면(132)에서 굴절된 후, 상기 광 조립체(112)의 방향으로 MEMS-작동식 미러(114)에 의해 굴절된다. 레이저 광이 광 조립체(112)의 방향 뒤쪽으로 반사되면, 상기 레이저 광이 먼저 광 조립체(112)의 제 2 면(132)에서 굴절되고 이후 상기 광 조립체(112)의 제 1 면(131)에서 굴절된 후 파장 변환 장치(102)의 도파관부로 나아가게 된다.
본 발명의 특정 실시예에 있어서, MEMS-작동식 미러(114)는 광 조립체(112)의 이미지 초점에 충분히 근접하여 배치되어, 파장 변환 장치(102)의 인풋면에 입사된 주 광선이 광 패키지(10)의 아웃풋에서 상기 주 광선과 대략 평행하다는 것을 보장한다. 또한 도 1에 도시된 구성은 수차에 의한 여러 장점을 나타낸다. 실제로, 반도체 레이저(104)의 아웃풋면과 파장 변환 장치(102)의 인풋면이 광 조립체(112)의 피사체 초점면과 대략 정렬되어 위치될 때 그리고 반도체 레이저(104)의 아웃풋 도파관과 파장 변환 장치(102)의 인풋 도파관이 광 조립체(112)의 광 축선에 대해 대칭일 때, 코마(coma)와 같은 비대칭 필드 수차(anti symmetric field aberration)가 자동으로 보정되도록 고려되었다.
도 1에는 광 패키지(10)의 구성요소의 일반적인 방향/위치가 도시되어 있지만, 도 2 내지 도 7에는 상기 광 패키지의 위치/방향, 조립 및 정렬에 관하여, 보다 상세하게는 반도체 레이저의 빔을 파장 변환 장치의 도파관부로 정렬시키고 초점을 맞추는 구성 및 방법에 관하여 보다 상세하게 도시되어 있다.
도 2 및 도 3에는, 광 패키지(100)의 일 실시예가 도시되어 있다. 이러한 실시예에 있어서, 반도체 레이저(104)와 파장 변환 장치(102)가 스택된 구성을 취하고 있고 베이스 모듈(106) 상부에 장착된다. 이러한 실시예에 있어서, MEMS-작동식 미러(114)는 베이스 모듈(106) 상에 위치하고 방향이 설정되어, 미러부가 반도체 레이저(104)의 아웃풋과 파장 변환 장치(102)의 인풋에 마주한다. 보다 상세하게, MEMS-작동식 미러가 베이스 모듈에서 위치/방향 설정되어, 상기 MEMS-작동식 미러의 미러가 중립 위치에 있을 때(예를 들면, MEMS 액츄에이터에 의해 미러에 가해진 임의의 경사나 기울어짐이 없음), 미러(116) 표면의 법선이 반도체 레이저(104)와 파장 변환 장치(102)의 광 축선과 평행하다. 특히 도 2에 도시된 좌표 시스템을 살펴보면, MEMS-작동식 미러(114)가 상기 위치/방향으로 위치될 때, 미러(116)의 표면은 x-y 평면과 실질적으로 동일 평면에 있다. 그러나, MEMS-작동식 미러가 조정될 때, 상기 미러는 x-축선과 y-축선에 평행한 회전 축선에 대한 x-y 평면의 내외측으로 경사지거나 기울어질 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 2에는 수직으로 스택되도록 구성된 반도체 레이저(104)와 파장 변환 장치(102)가 도시되어 있고, 상기 반도체 레이저(104)와 상기 파장 변환 장치(102)는 또한 본 발명에 기재된 바와 같이 접힌 광 경로를 만들도록 나란한 구성을 취할 수 있음을 알 수 있을 것이다.
베이스 모듈(106)은 일반적으로 전기 접속부(도시 생략)를 포함하여, MEMS-작동식 미러(114)가 베이스 모듈(106) 상에 위치될 때, MEMS-작동식 미러(114)의 대응하는 전기 접속부가 부가 처리 공정(예를 들면, 용접, 납땜, 등)을 사용하지 않고도, 베이스 모듈(106)의 전기 접속부와 전기 접속될 수 있다. 그러나, 다른 일 실시예에 있어서, MEMS-작동식 미러(114)와 베이스 모듈 사이의 전기 접속부는 와이어, 용접, 납땜 및/또는 이들의 조합을 사용하여 만들어진다.
도 2 및 도 3에 도시된 실시예에 있어서, 광 구성요소(112)가 기계적 위치결정 장치에 위치될 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 실시예에 있어서, 기계적 위치결정 장치는 광 조립체(112)가 위치될 수 있는 광 조립체 홀더(110)를 포함한다. 광 조립체 홀더(110)와 광 조립체(112)가 베이스 모듈(106) 상에 위치되어, 광 구성요소가 반도체 레이저(104) 및 파장 변환 장치(102)와 MEMS-작동식 미러(114) 사이의 광 경로에 배치된다. 일 실시예에 있어서, 광 조립체(112)는 광 조립체 홀더(110)와 일체로 형성된다. 다른 일 실시예에 있어서, 광 조립체(112)와 광 조립체 홀더(110)는 도 3에 도시된 바와 같이, 별개의 구성요소이고 광 조립체(112)가 광 조립체 홀더(110)에 삽입되고 제 위치에 고정된다. 광 조립체 홀더(110)가 적당한 열 팽창 계수를 갖는 재료로 이루어져, 광 패키지가 작동하는 동안에 열 팽창의 영향을 광 패키지의 광 정렬시 최소화한다. 다른 일 실시예에 있어서, 광 조립체 홀더(110)가 적당한 열 팽창 계수를 갖는 재료로 이루어져, 광 패키지가 작동하는 동안에 열 팽창 효과를 완전히 또는 부분적으로 보상할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 광 조립체 홀더(110)는 하나 이상의 위치결정부(도시 생략)를 포함하고 베이스 모듈(106)은 상기 광 조립체 홀더의 상기 위치결정부에 일반적으로 대응하는 복수의 배치부(도시 생략)를 포함한다. 예를 들면, 광 조립체 홀더의 위치결정부는 이들로 한정되는 것은 아니지만, 핀, 포스트(post), 슬롯, 채널, 도브테일(dovetail), 구멍, 홈 및/또는 이들의 조합을 포함한다. 유사하게, 베이스 모듈(106)의 배치부는 홈, 구멍, 채널, 도브테일 슬롯, 포스트, 핀 및/또는 이들의 조합과 같은 광 조립체 홀더(110)의 위치결정부에 대응하는 부분을 포함한다.
광 조립체 홀더(110)는, 광 조립체(112)가 광 경로에 위치되도록, MEMS-작동식 미러와 반도체 레이저(104)/파장 변환 장치(102) 사이의 베이스 모듈(106)에 조정가능하게 위치될 수 있다. 광 조립체 홀더(110)는 상기 광 조립체 홀더(110)의 위치결정부와 베이스 모듈(106)의 대응하는 배치부를 연결시키도록 위치된다. 이러한 방식으로 광 조립체 홀더(110)와 광 조립체(112)의 위치는 베이스 모듈(106)에 대한 z-방향으로 그리고 MEMS-작동식 미러(114), 반도체 레이저(104) 및 파장 변환 장치(102)에 의해 형성된 접힌 광 경로에서 정확하게 제어될 수 있다. 광 조립체 홀더(110), 보다 상세하게는 광 조립체(112)의 z-방향 조정성은 파장 변환 장치(102)의 도파관부로의 반도체 레이저(104)의 아웃풋 빔 초점맞춤을 용이하게 한다.
다른 일 실시예에 있어서, 광 조립체 홀더(110)는, 상기 광 조립체 홀더(110)가 MEMS-작동식 미러(114)에 부착되어, 상기 MEMS-작동식 미러를 도 2-도 3에 도시된 바와 같은 광 조립체(108)와 정렬시키도록 구성된다. 광 조립체 홀더(110)와 광 조립체(112)가 MEMS-작동식 미러(114)에 부착될 때, 이러한 부착체를 MEMS-렌즈 유닛이나 MEMSLU(108)이라 할 수 있다.
도 2에 도시된 광 패키지(100)를 조립하기 위하여, 반도체 레이저(104)와 파장 변환 장치(102)가 먼저 전기 장치 및/또는 전기광학 장치를 조립시키는 표준 장착 기술을 사용하여 베이스 모듈(106)에 장착된다. 예를 들면, 일 실시예에 있어서, 현미경과 카메라는 반도체 레이저(104)의 아웃풋과 파장 변환 장치(102)의 도파관부가 z-축선을 따라 동일한 수직 평면에 놓여지도록(예를 들면, 반도체 레이저(104)의 아웃풋과 파장 변환 장치의 도파관부가 y-z 평면에 놓여짐), 상기 파장 변환 장치(102)의 도파관부를 확인하고 이들을 서로에 대해 정렬시키는데 사용된다. 파장 변환 장치(102)가 예를 들면, 리듐 니오베이트(lithium niobate)와 같은 투명성 광학 재료로 일반적으로 이루어질 수 있고 상기 파장 변환 장치(102)가 반도체 레이저(104)의 상부에 위치되기 때문에, 카메라나 현미경이 파장 변환 장치(102)와 상기 파장 변환 장치로부터 반도체 레이저(104)를 보는데 사용되어, 위치결정 및 정렬에 도움이 된다. 반도체 레이저(104)와 파장 변환 장치(102)가 에폭시, 접착제, 땜납 또는 여러 종래 부착 방법으로 베이스 모듈(106)에 부착될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 광 조립체(112)가 광 조립체 홀더(110)와 통합되지 않을 때, 광 조립체(112)는 광 조립체 홀더(110)에 삽입되고 나사, 클립 등과 같은 접착제, 땜납, 프릿이나 기계적인 부착 수단으로 제 위치에 고정된다. 광 조립체 홀더(110)는 MEMSLU(108)를 형성하기 위해, 나사, 클립 등과 같은 접착제, 땜납, 프릿이나 기계적인 부착 수단을 사용하에 MEMS-작동식 미러에 부착된다.
조립된 MEMSLU(108)가 베이스 모듈(106) 상에 위치되어, MEMS-작동식 미러(114)의 미러(116)가 반도체 레이저(104)의 아웃풋과 마주하고 임시 전기 접속부가 MEMS-작동식 미러(114)에 부착되어, 상기 MEMS-작동식 미러를 제어기(도시 생략)와 광 패키지의 파워 공급원(도시 생략)과 연결시킨다. MEMSLU(108)가 일반적으로 반도체 레이저와 정렬되어, 광 조립체(112)가 반도체 레이저의 아웃풋 빔의 광 경로에 위치된다. MEMSLU(108)가 베이스 모듈(106) 상의 제 위치에 기계적으로 유지될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 이러한 구성은 베이스 모듈(106) 상의 대응하는 배치부와 결합 상태의 MEMSLU(108)의 광 조립체 홀더(110) 상의 위치결정부를 사용해 가능하다. 광 패키지가 파워 온 된 후, MEMS-작동식 미러(114)가 반도체 레이저(104)의 빔을 x-y 평면에서 파장 변환 장치(102)의 도파관부와 위치 및 정렬시키기 위하여, 제어기(예를 들면, 도 1에 도시된 마이크로제어기(60))의 제어에 의해 정렬 루틴을 행하게 된다. 정렬 루틴은 일반적으로 반도체 레이저(104)의 아웃풋 빔을, x-y 평면에서 MEMS-작동식 미러의 미러의 위치를 조정함으로써, 파장 변환 장치(102)의 인풋면 상에서 스캐닝하는 단계를 포함한다. 아웃풋 빔이 파장 변환 장치(102) 상에서 스캔됨에 따라, 상기 파장 변환 장치의 아웃풋 강도가 도 1에 도시된 바와 같이, 제어기와 연결된 광 검출기를 사용하여 모니터될 수 있다. 도파관에 의한 아웃풋 빔의 최적의 정렬은 광 검출기로부터의 피드백을 사용하는 제어기에 의해 결정될 수 있다. 예를 들면, 파장 변환 장치의 아웃풋 강도가 최대가 될 때, 반도체 레이저의 아웃풋 빔은 x-y 평면에서 파장 변환 장치의 도파관부와 일반적으로 정렬된다. 따라서, 최대 아웃풋 강도에 대응하는 MEMS-작동식 미러의 미러 위치는 일반적으로 반도체 레이저와 파장 변환 장치 사이에서 정렬을 만들어낸다.
일 특정 실시예에 있어서, 반도체 레이저의 아웃풋 빔을 파장 변환 장치의 도파관부와 x-y 평면에서 정렬시키는데 사용되는 방법은, 비록 이로 한정되는 것은 아니지만 래스터 스캐닝(raster scanning) 등과 같은 여러 방법이 당업자에게 사용될지라도, 2008년 2월 26일 출원되고 "METHODS AND SYSTEMS FOR ALIGNING OPTICAL PACKAGES"를 발명의 명칭으로 하는 미국특허 출원번호 12/072,386호에 개시된 방법이다. 이러한 방법론은 일반적으로 반도체 레이저의 아웃풋 빔과 파장 변환 장치의 도파관부의 정렬을 x-y 평면에서 만들어낼 수 있다는 것이다.
반도체 레이저(104)의 아웃풋 빔이 파장 변환 장치(102)의 도파관부와 x-y 평면에서 정렬됨으로써, MEMSLU(108)의 위치가 z-방향에서 조정되어 반도체 레이저(104)의 아웃풋 빔이 파장 변환 장치(102)의 도파관부로 초점이 맞춰진다. MEMSLU(108)의 위치가 z-방향으로 조정됨에 따라, 광 패키지의 제어기 적응 도파관 정렬 알고리즘(예를 들면, 제어기는 MEMS-작동식 미러(114)를 변경시킴)의 미러(116)의 위치를 계속해서 관리하여, 파장 변환 장치의 도파관부 상의 x-y 평면에서의 반도체 레이저(104)의 아웃풋 빔의 위치를 최적화시키고, 이에 따라 아웃풋 빔의 초점이 맞춰짐에 따라 아웃풋 빔과 파장 변환 장치의 도파관부의 피크 커플링(peak coupling)을 달성하고 및/또는 유지시킨다.
일단 반도체 레이저(104)와 파장 변환 장치 사이의 피크 커플링이 얻어지면(예를 들면, 파장 변환 장치의 아웃풋이 최적화되고 및/또는 파장 변환 장치의 필요한 아웃풋 강도가 이에 한정되는 것은 아니지만, 최대 아웃풋 강도가 됨), 제어기는 정렬 동안에 미러를 구동시키도록 사용된 전자 시그널에 기초하여 MEMS-작동식 미러(114)의 미러(116)의 편차나 최적의 위치를 결정한다. 이러한 정보를 사용하여, MEMS-작동식 미러(114)가 파워의 소비가 최소가 되는 전자 구동 시그널을 사용해 조정되어 미러(116)의 최적의 연결 위치가 얻어지고 유지된다. 이후 MEMS-작동식 미러가 접착제, 땜납 및/또는 용접을 사용하여 제 위치에 고정되고, 전기 접속부가 와이어, 땜납, 접착제 등을 사용하여 MEMS-작동식 미러(114)에 영구 부착된다.
도 4 및 도 5에는, 광 패키지(200)의 다른 한 실시예가 도시되어 있다. 상기 기재한 바와 같이, 반도체 레이저(104)와 파장 변환 장치(102)가 스택된 구성을 취하고 베이스 모듈(106) 상에 장착된다. 그러나, 광 패키지(200)의 상기 실시예에 있어서, MEMS-작동식 미러(114)는 베이스 모듈(106)에 수평으로 위치된다. 보다 상세하게, MEMS-작동식 미러의 미러가 중립 위치에 있을 때(예를 들면, MEMS 액츄에이터에 의해 미러에 가해진 임의의 경사나 기울어짐이 없음), 미러(116) 표면의 법선은 반도체 레이저(104)와 파장 변환 장치(102)의 광 축선에 수직이 되도록, MEMS-작동식 미러(114)는 베이스 모듈(106) 상에서 위치/방향이 설정된다. 특히 도 4에 도시된 좌표 시스템을 살펴보면, MEMS-작동식 미러(114)가 이러한 위치/방향으로 위치될 때, 미러(116)의 표면은 실질적으로 x-z 평면과 실질적으로 동일 평면이다. 그러나, MEMS-작동식 미러가 조정될 때, 미러가 x-축선과 z-축선에 평행한 회전 축선에 대해 x-z 평면의 안밖으로 경사지거나 기울어질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
일 실시예에 있어서, MEMS-작동식 미러(114)가 베이스 모듈(106)상에 위치될 수 있다. 다른 일 실시예에 있어서, 베이스 모듈(106)이 MEMS-작동식 미러(114)를 수용하는 저장소(도시 생략)를 포함하여, 상기 MEMS-작동식 미러(114)가 상기 저장소에 위치될 때, 상기 MEMS-작동식 미러(114)가 베이스 모듈(106)에 수용된다. 일 실시예에 있어서, 베이스 모듈이 일반적으로 전기 접속부(도시 생략)를 포함하여, MEMS-작동식 미러가 베이스 모듈(106)에 위치될 때, 상기 MEMS-작동식 미러의 대응하는 전기 접속부가 상기 기재한 바와 같이, 상기 베이스 모듈(106)의 전기 접속부와 전기적으로 연통될 수 있다.
도 4에 도시된 광 패키지(200)의 실시예에 있어서, 광 조립체(112)가 도 2 및 도 3과 관련하여 상기 일반적으로 기재한 바와 같이 광 조립체 홀더(210)에 위치될 수 있다. 광 조립체(112)는 도 5에 도시된 바와 같이 광 조립체 홀더(210)에 삽입되는 별도의 구성요소이거나 광 조립체 홀더와 일체형이다. 그러나, 도 4 및 도 5에 도시된 광 패키지(200)의 실시예에 있어서, 상기 광 패키지(200)는 또한 전반사 미러(220, fold mirror)를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 전반사 미러(220)는 광 패키지(200)의 광 경로에 위치된 별도의 고정 미러일 수 있다. 다른 일 실시예에 있어서, 광 조립체 홀더(210)는 전반사 미러(220)와 일체로 형성될 수 있다. 다른 한 실시예에 있어서, 전반사 미러(220)는 광 조립체 홀더(210)에 부착된 별개의 구성요소일 수 있다. 예를 들면, 도 4 및 도 5에 도시된 실시예에 있어서, 광 조립체(112)와 전반사 미러(220)는 미러-렌즈 유닛(208, MLU)을 형성하기 위해 광 조립체 홀더(210)에 부착된 별개의 구성요소이다.
반도체 레이저(104)의 아웃풋 빔이 전반사 미러(220)에 입사되고 MEMS-작동식 미러(114)에서 반사되도록, 상기 전반사 미러(220)의 위치와 방향이 설정된다. 예를 들면, 도 4에 도시된 실시예에 있어서, MLU(208)가 MEMS-작동식 미러(114) 상에 위치할 때, 미러의 표면이 반도체 레이저(104)의 아웃풋 빔에 대해 45도 각도를 이루도록, 전반사 미러(220)가 광 조립체 홀더(210)에 부착된다. 이러한 구성에 있어서, 반도체 레이저(104)의 아웃풋 빔이 전반사 미러(220)에 의해 90도로 다시 나아가게 된다. 광 조립체(112)를 통과하는 반도체 레이저(104)의 아웃풋 빔이 아웃풋 빔의 광 경로를 추적하면, 먼저 전반사 미러(220)에 의해 MEMS-작동식 미러(114) 상에서 반사되고, 상기 MEMS-작동식 미러(114)에 의해 상기 전반사 미러(220) 상에서 뒤로 반사된 후, 상기 전반사 미러(220)에 의해 상기 광 조립체(112)를 통해 뒤로 반사되어 파장 변환 장치(102)의 도파관부에 초점이 맞춰진다. 그러나 일반적으로 광 조립체(112)가 반도체 레이저(104)와 전반사 미러(220) 사이에 배치되는 한편, 상기 광 조립체가 상기 전반사 미러와 MEMS-작동식 미러(114) 사이에 선택적으로 배치되는 것이 도 4에 도시되었음을 알 수 있다.
일 실시예에 있어서, 도 2에 도시된 광 패키지(100)의 실시예와 관련하여 상기 기재한 바와 같이, 광 조립체 홀더(210)가 하나 이상의 위치결정부(도시 생략)를 포함하고 베이스 모듈(106)이 상기 광 조립체 홀더의 위치결정부에 일반적으로 대응하는 복수의 배치부(도시 생략)를 포함한다. 예를 들면, 광 조립체 홀더(210)가 상기 광 조립체 홀더(210)의 위치결정부에 대응하는 베이스 모듈(106)의 배치부를 연결시킴으로써, MEMS-작동식 미러(114) 상에서 베이스 모듈(106) 위에 조정가능하게 위치될 수 있다. 이러한 방식으로 광 조립체 홀더(210)와 광 조립체(112)의 위치가 베이스 모듈(106)에 대한 z-방향으로 그리고 MEMS-작동식 미러(114), 반도체 레이저(104) 및 파장 변환 장치(102)로 형성된 광 경로에서 정확하게 제어될 수 있다. 광 조립체 홀더(210), 보다 상세하게는, 광 조립체(112)의 z-방향으로의 조정성은 파장 변환 장치(102)의 도파관부로의 반도체 레이저(104)의 아웃풋 빔의 초점맞춤을 용이하게 한다.
도 4에 도시된 광 패키지(200)의 전반사 미러(220)와 수평방향을 향한 MEMS-작동식 미러(114)의 사용은 광 조립체(112)에 의해 시스템에 유도된 비점수차를 보상하는데 사용된다. 예를 들면, 전반사 미러(220)의 45도의 방향/위치는 상기 전반사 미러와 관련하여 사용되며, 상기 전반사 미러는 만곡면을 구비하여, 광 조립체(112)에 의해 발생된 비점수차를 오프셋시키거나 중화시키는 비점수차를 유도한다. 예를 들면, 전반사 미러(220)에 의해 발생된 비점수차는 광 조립체(112)에 의해 유도된 비점수차를 완화시켜서 접힌 광 경로를 빔이 횡단함에 따라 상기 빔의 광 품질을 향상시키기 위하여, 상기 전반사 미러(220)의 최적의 곡률이 계산될 수 있다.
실시예의 광 패키지(300)가 먼저 반도체 레이저(104)와 파장 변환 장치(102)를 상기 기재한 바와 같이 베이스 모듈(106)에 부착됨으로써 조립되고 정렬된다. MEMS-작동식 미러(114)는 접착제, 땜납, 또는 나사, 클립 등과 같은 기계적인 부착 수단을 사용하여 베이스 모듈(106)에 부착된다. MEMS-작동식 미러(114)는 와이어, 땜납, 접착제 등(MEMS-작동식 미러(114)가 베이스 모듈(106)에 삽입될 때 전기 접속부가 형성되지 않도록 제공됨)을 사용하여 베이스 모듈(106)과 전기 접속된다. 광 조립체(112)가 광 조립체 홀더(210)에 삽입되고, 접착제, 프릿, 또는 나사, 클립 등과 같은 기계적 부착수단으로 제 위치에 고정된다. 전반사 미러가 광 조립체 홀더(210)에 부착된다.
광 조립체 홀더(210)가 반도체 레이저 전방에 그리고 MEMS-작동식 미러(114) 상에 위치되고, 일반적으로 각각의 구성요소와 x, y 및 z 방향으로 정렬된다. 광 패키지가 파워 온 되고 정렬 루틴이 제어기(도시 생략)의 제어 하에서 행해져, 상기 기재한 바와 같이, 반도체 레이저의 아웃풋 빔과 파장 변환 장치의 도파관부를 x-y 평면에서 정렬시킨다. 이후, MLU(208)의 위치가 z-방향으로 조정되어 반도체 레이저의 아웃풋 빔을 파장 변환 장치의 도파관부로 초점을 맞춘다. 최적의 연결이 반도체 레이저(104)의 아웃풋 빔과 파장 변환 장치의 도파관부 사이에서 달성될 때까지, MLU(208)와 같은 도파관부와 아웃풋 빔의 능동 정렬이 z-방향으로 조정된다. 일단 최적의 커플링이 달성되면(예를 들면, 파장 변환 장치의 아웃풋 강도가, 최대 아웃풋 강도로 한정되는 것은 아니지만, 필요한 레벨에 도달하면), 광 조립체 홀더(210)가 용접, 납땜, 접착제 및/또는 이들의 조합을 사용하여 베이스 모듈(106)에 제 위치로 고정된다.
도 6에는, 광 패키지(300)의 다른 한 실시예가 도시되어 있다. 이러한 다른 한 실시예에 있어서, 반도체 레이저(104)와 파장 변환 장치(102)는 스택된 구성을 취하며 도 2 및 도 4와 관련하여 상기 기재한 바와 같이 베이스 모듈(106) 상에 장착된다. 도 6에 도시된 바와 같이, MEMS-작동식 미러(114)가 도 3과 관련하여 상기 기재한 바와 같이 수직방향으로 위치된다. 따라서, 미러(116) 표면의 법선이 MEMS-작동식 미러의 미러가 중립 위치에 있을 때(예를 들면, MEMS 액츄에이터에 의해 미러에 가해진 임의의 경사나 기울어짐이 없음) 반도체 레이저(104)와 파장 변환 장치(102)의 광 축선과 평행이 되도록, 상기 MEMS-작동식 미러는 베이스 모듈 상에 위치/방향 설정된다. 특히 도 6에 도시된 좌표 시스템을 살펴보면, 이러한 방향/위치에 있어서, 미러(116)의 표면은 x-y 평면과 실질적으로 동일 평면이다. 그러나, MEMS-작동식 미러가 조정될 때, 미러가 x-축선과 y-축선에 평행한 회전 축선에 대해 x-y 평면의 안밖으로 경사지거나 기울어질 수 있음을 알 수 있을 것이다.
베이스 모듈(106)은 일반적으로 전기 접속부(180)를 포함하여, MEMS-작동식 미러가 베이스 모듈(106) 상에 위치될 때, 상기 MEMS-작동식 미러의 대응하는 전기 접속부(도시 생략)가 상기 베이스 모듈(106)의 상기 전기 접속부(180)와 전기 접속될 수 있다.
도 6에 도시된 실시예에 있어서, 광 패키지(300)는 광 조립체(112)를 위치 및 배치시키는 기계적 위치결정 장치를 포함한다. 기계적 위치결정 장치는 핀, v-홈, 채널, 슬롯 또는 광 조립체(112)를 위치시킬 수 있는 이와 유사한 특징부를 포함한다. 도 6에 도시된 광 패키지(300)의 실시예에 있어서, 기계적 위치결정 장치는 베이스 모듈(106)에 작동가능하게 부착되는 한쌍의 핀(250)을 포함한다. 광 조립체(112)가 핀(250) 사이에 위치되어, 상기 광 조립체(112)가 광 경로 반도체 레이저(104)와 MEMS-작동식 미러(114) 사이의 광 경로에 그리고 MEMS-작동식 미러(114)와 파장 변환 장치(102) 사이의 광 경로에 배치될 수 있다. 핀(250)을 따르는 광 조립체(112)의 위치가 z-방향으로 조정되어, 반도체 레이저(104)의 아웃풋 빔이 파장 변환 장치의 도파관부로 초점이 맞춰질 수 있다. 도 7에는, 광 패키지(400)의 다른 한 실시예가 도시되어 있다. 이러한 실시예에 있어서, 반도체 레이저(104)와 파장 변환 장치(102)는 스택된 구성을 취하고 도 6과 관련하여 상기 기재된 바와 같이 베이스 모듈(106) 상에 장착된다. 도 7에 도시된 바와 같이, MEMS-작동식 미러(114)가 도 4와 관련하여 상기 기재한 바와 같이 수평방향으로 향하게 된다. 따라서, MEMS-작동식 미러가 베이스 모듈(106) 상으로 위치/방향 설정되어, MEMS-작동식 미러의 미러가 중립 위치(예를 들면, MEMS 액츄에이터에 의해 미러에 가해진 임의의 경사나 기울어짐이 없음)에 있을 때, 미러(116) 표면의 법선이 반도체 레이저(104)와 파장 변환 장치(102)의 광 축선에 수직이다. 특히 도 7에 도시된 좌표 시스템을 살펴보면, 이러한 위치/방향에 있어서, 미러(116)의 표면은 x-z 평면과 실질적으로 동일 평면이다. 그러나, MEMS-작동식 미러가 조정될 때, 상기 미러가 x-축선과 z-축선에 평행한 회전 축선에 대해 x-z 평면의 안밖으로 경사지거나 기울어질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
베이스 모듈(106)이 일반적으로 전기 접속부(180)를 포함하여, MEMS-작동식 미러가 상기 베이스 모듈(106) 상에 위치될 때, 상기 MEMS-작동식 미러의 대응하는 전기 접속부(도시 생략)가 베이스 모듈(106)의 전기 접속부(180)와 전기적으로 연통될 수 있다. 베이스 모듈(106)은 또한 일반적으로 광 조립체(112)를 도 6에 도시된 광 패키지(300)의 실시예와 관련하여 상기 기재한 바와 같은 광 경로에 위치시키는 기계적 위치결정 장치를 포함한다. 특히, 기계적 위치결정 장치는 베이스 모듈(106)과 작동가능하게 부착된 한쌍의 핀(250)을 포함한다. 핀(250)은 광 조립체(112)를 z-방향으로 용이하게 위치시킬 수 있어, 반도체 레이저의 아웃풋 빔이 파장 변환 장치(102)의 도파관부로 최적으로 초점이 맞춰질 수 있다.
본 명세서에 기재된 바와 같이, MEMS-작동식 미러(114)는 도 7에 도시된 광 패키지의 실시예에 있어서 x-z 평면으로 위치/방향 설정된다. 따라서, 반도체 레이저(104)의 아웃풋 빔이 MEMS-작동식 미러(114)를 향하도록, 광 패키지(400)가 또한 전반사 미러(220)를 포함한다. 전반사 미러(220)는 일반적으로 반도체 레이저(104)의 아웃풋 빔에 대해 45도 각도로 광 경로에 위치되어, 도 4에 도시된 광 패키지(200)의 실시예와 관련하여 일반적으로 상기 기재한 바와 같이, 아웃풋 빔이 MEMS-작동식 미러 상에서 90도 반사된다. 도 7에 도시된 광 패키지(400)의 실시예에 있어서, 전반사 미러(220)가 지지부(222)를 사용하여 베이스 모듈(106) 상에 위치될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 전반사 미러(220)가 지지부(222)에 부착된다. 다른 일 실시예에 있어서, 지지부(222)는 전반사 미러(220)와 일체형으로 형성된다. 선택적으로, 광 패키지(400)는 패키지 커버(도시 생략)를 더 포함하고 전반사 미러가 패키지 커버의 아래면에 부착되거나 일체로 형성된다. 이들 중 어느 한 경우에 있어서, 전반사 미러(220)가 베이스 모듈 상에 위치되어, 상기 전반사 미러(220)가 반도체 레이저(104)의 아웃풋 빔을 MEMS-작동식 미러(114)로부터 또는 MEMS-작동식 미러(114)로 다시 나아가게 하는 적당한 방향/위치를 갖는다.
실제로, 도 6 및 도 7에 도시된 광 패키지(300, 400)가 아래 기재한 바와 같은 방식으로 조립된다. 반도체 레이저(104)와 파장 변환 장치(102)가 베이스 모듈(106) 상에서 조립되고, 전자 구성요소 및/또는 전기광학 구성요소를 조립하는 종래의 장착 기술을 사용해 제 위치에 고정된다. MEMS-작동식 미러(114)는 접착제, 땜납, 또는 나사, 클립, 브래킷 등(이들로 한정되는 것은 아님)을 포함하는 기계적 부착 수단을 사용하여 베이스 모듈(106)에 부착된다. MEMS-작동식 미러(114)가 와이어링, 납땜, 접착제 또는 이와 유사한 형태의 전기 부착 수단에 의해 베이스 모듈(106)과 전기적으로 접속된다(전기 접속부가 베이스 모듈에 통합되지 않을 때). MEMS-작동식 미러(114)가 도 7에 도시된 바와 같이 수평방향으로 위치되면, 전반사 미러는 진공 홀더, 기계적 홀더 및/또는 접착제를 갖는 베이스 모듈 상에 일시적으로 위치될 수 있다. 광 조립체(112)가 기계적 위치결정 장치(예를 들면, 핀(250))에 위치되고, 상기 기계적 위치결정 장치는 베이스 모듈과 연결되고, 반도체 레이저 및 파장 변환 장치와 일반적으로 정렬된다.
이후, 광 패키지가 파워 온 되고 정렬 루틴이 상기 기재한 바와 같이 x-y 평면에서 일반적으로 빔의 정렬이 이루어지도록 제어기의 제어에 의해 파장 변환 장치의 도파관부를 위치시키도록 행해진다. 일단 도파관이 위치되면, 광 조립체(112)가 z-축선을 따라서 이동되는 한편, MEMS-작동식 미러가 최적의 연결이 달성될 때까지(예를 들면, 파장 변환 장치의 아웃풋이 최적화되고 및/또는 상기 파장 변환 장치의 필요한 아웃풋 강도가 이에 한정되는 것은 아니나 최대 아웃풋 강도에 도달할 때) 적응(adaptive) 도파관 정렬을 행한다. 피크(peak) 연결이 달성된 이후에, 광 조립체(112)가 접착제로써 또는 용접이나 납땜에 의해 제 위치에 고정된다. MEMS-작동식 미러를 구동시키는데 사용된 시그널은 최소의 MEMS-작동식 미러 구동 조건(예를 들면, 최소의 파워 조건)이 달성될 때, 피드백 제어를 통해 최적화된다. 최종적으로, 전반사 미러가 접착제, 땜납 또는 여러 유사 기술과 같은 종래의 고정 기술을 사용하여 제 위치에 영구적으로 고정된다.
본 명세서에 기재된 다양한 조립 및 정렬 방법에 있어서, 사용된 고정 방법 때문에 구성요소 배치에 미러 (예를 들면, 1-5 ㎛) 편차가 발생한다는 것을 알 수 있을 것이다. 이들 편차는 반도체 레이저 및 파장 변환 장치와 관련된 다양한 구성요소의 작은 각도 변화를 초래할 수 있다. 이러한 편차는 MEMS-작동식 미러와 제어기의 적응 정렬 특성을 사용해 용이하게 수용될 수 있다. 이들 적응 정렬 기술과 알고리즘에 의해 빠른 광 정렬 포착(acquisition)과 광 조립체의 신속한 위치 조정이 가능해진다.
본 명세서에 기재된 광 패키지의 반도체 레이저의 아웃풋 빔이 광 조립체의 위치를 조정하는 기계적 위치결정 장치를 사용하여 파장 변환 장치의 도파관부로 빠르게 그리고 효과적으로 정렬될 수 있다는 것을 알 수 있다. 더욱이 본 명세서에 기재된 광 패키지 조립 및 정렬 방법은 파장 변환 장치의 도파관부로 반도체 레이저의 빔 스팟을 효과적으로 구성하고 정렬하는데 적합하다. 본 명세서에 기재된 광 패키지 정렬 방법은 특히 광 패키지가 조립되는 동안에 빔의 초기 정렬을 파장 변환 장치로 행하는데 적합하다. 그러나, 광 패키지 정렬 방법은 또한 광 패키지가 작동하는 동안에 또는 상기 광 패키지의 라이프 사이클 동안의 임의의 시간에 빔 스팟의 정렬을 파장 변환 장치로 유지하거나 재정렬을 행하도록 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 방법이 칼라 이미지-형성 레이저 투영 시스템, 자동차 헤드-업 디스플레이(heads-up displays)와 같은 레이저-기반의 디스플레이, 또는 광 정렬 및/또는 파장 조정(tuning)이 중요한 임의의 레이저 사용에 적용되도록 고려될 수 있다. 더욱이 본 명세서에 기재된 정렬 방법은 예를 들어 이들로 한정되는 것은 아니지만, DBR 레이저와 DFB 레이저, Fabry-Perot 레이저, 및 다양한 타입의 외부 공진기 레이저와 같은 다양한 반도체 레이저와 결합되어 사용될 수도 있다.
본 발명의 상기 기재한 상세한 설명은 청구범위에서 청구하는 바와 같은 본원 발명과 본원 발명의 특징에 대한 전반적인 이해를 돕기 위한 것임을 알 수 있을 것이다. 당업자라면 본 발명에 대한 다양한 변경 및 수정이 본 발명의 범주 내에서 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범주 내에서 이루어지는 변경 및 수정을 포함한 본 발명의 변경 및 수정을 커버한다는 것을 알 수 있을 것이다.
본 명세서에 사용된 '바람직하게', '통상적으로', 및 '전형적으로'와 같은 표현은 본 발명의 범주를 한정하려는 것이 아니며, 여러 특징이 본 발명의 구조와 작동에 중대하거나, 필수적이거나, 또는 중요하지 않다는 것을 알 수 있을 것이다. 차라리, 상기 지적한 표현은 본 발명의 특정 실시예에 사용되거나 사용되지 않을 수 있는 선택적이거나 부가적인 특징을 단지 강조하기 위한 것이다.
본 발명을 기재하고 설명하기 위한 목적으로서, 본 명세서에서 사용된 "실질적으로" 및 "대략"이라는 표현은 임의의 정량적인 비교나, 값이나, 측정이나 여러 표시를 지시하는 불확정의 고유의 정도를 본 발명에서 나타내도록 사용하였음을 알 수 있다. "실질적으로"와 "대략"이라는 용어는 또한 정도를 나타내기 위하여 본 발명에서 사용되었고 이러한 정도에 의해 정량적인 기준이 본 발명의 기본적인 중요 작동의 변화를 초래하지 않는 정해진 기준으로부터 변경될 수 있다.
특정한 특징이나 기능을 구체화하기 위해 특정 방식으로 "프로그램된", "구성(형성)된" 또는 "프로그램된" 구성요소의 기재는 의도된 사용의 기재와 대립되는 구조적인 기재라는 것을 알 수 있을 것이다. 보다 상세하게, 본 발명에서 어느 한 구성요소가 "프로그램된" 또는 "구성(형성)된" 방식에 대한 기준은 상기 구성요소의 현재의 물리적인 상태를 나타내며, 이와 같이, 상기 구성요소의 구조적인 특징의 명확한 기재로 여겨진다. 예를 들면, 특정 방식으로 나아가도록 "구성(형성)된" 광 조립체와 조정가능한 광 구성요소에 대한 본 발명에서의 기준은, 이와 같이, 상기 광 조립체와 상기 조정가능한 광 구성요소의 구조적인 특징의 명확한 기재로 여겨진다.
상세하게 기재된 본 발명과 본 발명의 특정 실시예를 참조한다면, 첨부된 청구범위에서 정의된 본 발명의 범주 내에서 본 발명에 대한 여러 변경 및 수정이 가능하다는 것은 명확하다. 보다 상세하게, 본 발명의 여러 특징이 본 명세서에서 특히 유리하다고 특정되었지만, 본 발명은 본 발명의 이들 특징으로만 한정되지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 반도체 레이저, 파장 변환 장치, MEMS-작동식 미러, 광 조립체, 기계적 위치결정 장치 및 베이스 모듈을 포함한 광 패키지로서,
    상기 파장 변환 장치는 도파관부를 포함하고;
    상기 반도체 레이저, 상기 파장 변환 장치 및 상기 MEMS-작동식 미러는, 상기 반도체 레이저의 아웃풋 빔이 상기 MEMS-작동식 미러에 의해 상기 파장 변환 장치의 상기 도파관부로 반사되도록, 접힌 광 경로를 상기 반도체 레이저의 아웃풋과 상기 파장 변환 장치의 인풋 사이에 형성하여, 상기 베이스 모듈을 향하도록 설정되고;
    상기 MEMS-작동식 미러는 상기 반도체 레이저의 아웃풋 빔을 상기 파장 변환 장치의 인풋 상에 스캔하도록 작동가능하며;
    상기 반도체 레이저의 상기 아웃풋 빔이 상기 광 조립체를 통과하고 상기 광 조립체를 통해 뒤쪽 상기 파장 변환 장치의 상기 도파관부로 반사되도록, 상기 광 조립체는 상기 기계적 위치결정 장치에 위치되고 상기 기계적 위치결정 장치는 상기 접힌 광 경로를 따라 상기 베이스 모듈에 배치되며, 이때 상기 반도체 레이저의 상기 아웃풋 빔이 상기 파장 변환 장치의 상기 도파관부로 초점이 맞춰지도록, 상기 접힌 광 경로를 따르는 상기 광 조립체의 일부가 상기 기계적 위치결정 장치로 조정될 수 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저, 파장 변환 장치, MEMS-작동식 미러, 광 조립체, 기계적 위치결정 장치 및 베이스 모듈을 포함한 광 패키지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 베이스 모듈은 전기 접속부를 포함하고 상기 MEMS-작동식 미러는 상기 베이스 모듈에 통합되어 상기 전기 접속부와 접속되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저, 파장 변환 장치, MEMS-작동식 미러, 광 조립체, 기계적 위치결정 장치 및 베이스 모듈을 포함한 광 패키지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 MEMS-작동식 미러의 표면에 대한 법선이 상기 반도체 레이저의 광 축선과 상기 파장 변환 장치의 광 축선에 평행하도록, 상기 MEMS-작동식 미러는 상기 베이스 모듈을 향하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저, 파장 변환 장치, MEMS-작동식 미러, 광 조립체, 기계적 위치결정 장치 및 베이스 모듈을 포함한 광 패키지.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 기계적 위치결정 장치는 상기 광 조립체가 위치되는 광 조립체 홀더를 포함하고, 상기 광 조립체 홀더는 상기 MEMS-작동식 미러에 부착되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저, 파장 변환 장치, MEMS-작동식 미러, 광 조립체, 기계적 위치결정 장치 및 베이스 모듈을 포함한 광 패키지.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 광 조립체 홀더는 하나 이상의 위치결정부를 포함하고;
    상기 베이스 모듈은, 상기 광 조립체 홀더가 상기 베이스 모듈을 따라 위치조정될 수 있도록, 상기 광 조립체 홀더의 상기 하나 이상의 위치결정부에 대응하는 복수의 배치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저, 파장 변환 장치, MEMS-작동식 미러, 광 조립체, 기계적 위치결정 장치 및 베이스 모듈을 포함한 광 패키지.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 광 조립체는 상기 광 조립체 홀더와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저, 파장 변환 장치, MEMS-작동식 미러, 광 조립체, 기계적 위치결정 장치 및 베이스 모듈을 포함한 광 패키지.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 기계적 위치결정 장치는 상기 광 조립체가 삽입되어 위치조정될 수 있는 핀, v-홈 또는 슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저, 파장 변환 장치, MEMS-작동식 미러, 광 조립체, 기계적 위치결정 장치 및 베이스 모듈을 포함한 광 패키지.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 MEMS-작동식 미러는, 상기 MEMS-작동식 미러 표면에 대한 법선이 상기 반도체 레이저의 광 축선과 상기 파장 변환 장치의 광 축선에 수직하도록, 상기 베이스 모듈을 향하도록 설정되고;
    상기 광 패키지는 상기 광 조립체와 상기 MEMS-작동식 미러 사이의 상기 접힌 광 경로를 따라서 배치된 전반사 미러를 더 포함하고, 상기 반도체 레이저의 상기 아웃풋 빔이 상기 전반사 미러에 의해 상기 MEMS-작동식 미러로 다시 나아가고, 상기 전반사 미러 상으로 뒤로 반사되고, 그리고 상기 광 조립체를 통해 뒤쪽 상기 파장 변환 장치의 상기 도파관부로 다시 나아가도록, 상기 전반사 미러의 위치와 방향이 설정되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저, 파장 변환 장치, MEMS-작동식 미러, 광 조립체, 기계적 위치결정 장치 및 베이스 모듈을 포함한 광 패키지.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 기계적 위치결정 장치는 광 조립체 홀더를 포함하고, 상기 광 조립체 홀더에 상기 광 조립체가 위치되고, 상기 광 조립체 홀더가 상기 MEMS-작동식 미러 상에서 상기 베이스 모듈에 위치되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저, 파장 변환 장치, MEMS-작동식 미러, 광 조립체, 기계적 위치결정 장치 및 베이스 모듈을 포함한 광 패키지.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 광 조립체는 상기 광 조립체 홀더와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저, 파장 변환 장치, MEMS-작동식 미러, 광 조립체, 기계적 위치결정 장치 및 베이스 모듈을 포함한 광 패키지.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 전반사 미러가 상기 광 조립체 홀더 상에 위치되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저, 파장 변환 장치, MEMS-작동식 미러, 광 조립체, 기계적 위치결정 장치 및 베이스 모듈을 포함한 광 패키지.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 전반사 미러는 상기 광 조립체 홀더와 일체형인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저, 파장 변환 장치, MEMS-작동식 미러, 광 조립체, 기계적 위치결정 장치 및 베이스 모듈을 포함한 광 패키지.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 광 조립체 홀더는 하나 이상의 위치결정부를 포함하고;
    상기 베이스 모듈은, 상기 광 조립체 홀더가 상기 베이스 모듈을 따라 위치조정될 수 있도록, 상기 광 조립체 홀더의 상기 하나 이상의 위치결정부에 대응하는 복수의 배치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저, 파장 변환 장치, MEMS-작동식 미러, 광 조립체, 기계적 위치결정 장치 및 베이스 모듈을 포함한 광 패키지.
  14. 청구항 8에 있어서,
    상기 전반사 미러의 표면은 만곡된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저, 파장 변환 장치, MEMS-작동식 미러, 광 조립체, 기계적 위치결정 장치 및 베이스 모듈을 포함한 광 패키지.
  15. 청구항 8에 있어서,
    패키지 커버를 더 포함하고, 상기 전반사 미러는 상기 패키지 커버와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저, 파장 변환 장치, MEMS-작동식 미러, 광 조립체, 기계적 위치결정 장치 및 베이스 모듈을 포함한 광 패키지.
  16. 청구항 8에 있어서,
    패키지 커버를 더 포함하고, 상기 전반사 미러는 상기 패키지 커버에 부착되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저, 파장 변환 장치, MEMS-작동식 미러, 광 조립체, 기계적 위치결정 장치 및 베이스 모듈을 포함한 광 패키지.
  17. 청구항 8에 있어서,
    상기 기계적 위치결정 장치는 상기 광 조립체가 삽입되어 위치조정될 수 있는 핀, v-홈 또는 슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저, 파장 변환 장치, MEMS-작동식 미러, 광 조립체, 기계적 위치결정 장치 및 베이스 모듈을 포함한 광 패키지.
  18. 반도체 레이저, 도파관부를 포함한 파장 변환 장치, MEMS-작동식 미러, 광 조립체, 기계적 위치결정 장치 및 베이스 모듈을 포함한 광 패키지 조립 및 정렬 방법으로서,
    상기 반도체 레이저, 상기 MEMS-작동식 미러 및 상기 파장 변환 장치에 의해 형성된 광 경로가 접힌 광 경로가 되도록, 상기 반도체 레이저, 상기 파장 변환 장치 및 상기 MEMS-작동식 미러를 상기 베이스 모듈에 위치시키는 단계;
    상기 광 조립체가 상기 반도체 레이저, 상기 파장 변환 장치 및 상기 MEMS-작동식 미러와 공칭으로 정렬되고 상기 반도체 레이저의 아웃풋 빔이 상기 광 조립체를 통과하고 상기 광 조립체를 통해 뒤쪽 상기 파장 변환 장치의 상기 도파관부로 반사되도록, 상기 광 조립체를 상기 기계적 위치결정 장치로 상기 접힌 광 경로에 삽입하는 단계;
    상기 MEMS-작동식 미러의 위치를 변경시킴으로써, 상기 반도체 레이저의 상기 아웃풋 빔을 상기 파장 변환 장치의 상기 도파관부의 인풋면과 정렬시키는 단계;
    상기 반도체 레이저의 상기 아웃풋 빔이 상기 파장 변환 장치의 상기 도파관부와 정렬되고 상기 파장 변환 장치의 아웃풋 강도가 최적화되도록, 상기 반도체 레이저의 상기 아웃풋 빔을 상기 파장 변환 장치의 상기 도파관부로 초점을 맞춰 상기 광 조립체의 위치를 기계적 위치결정 장치로 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저, 도파관부를 포함한 파장 변환 장치, MEMS-작동식 미러, 광 조립체, 기계적 위치결정 장치 및 베이스 모듈을 포함한 광 패키지 조립 및 정렬 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 MEMS-작동식 미러는, 상기 MEMS-작동식 미러의 표면에 대한 법선이 상기 반도체 레이저의 광 축선과 상기 파장 변환 장치의 광 축선에 수직이 되도록, 상기 베이스 모듈을 향하도록 설정되고;
    상기 광 패키지는 상기 광 조립체와 상기 MEMS-작동식 미러 사이의 광 경로를 따라 배치된 전반사 미러를 더 포함하고, 상기 아웃풋 빔이 상기 반도체 레이저를 빠져나오고 상기 광 조립체를 통과한 이후에, 상기 아웃풋 빔이 상기 전반사 미러에 의해 상기 MEMS-작동식 미러 상에서 90도 만큼 다시 나아가고, 뒤쪽 상기 전반사 미러에 반사되고 상기 광 조립체를 통해 뒤쪽 상기 파장 변환 장치의 상기 도파관부로 90도 만큼 다시 나아가도록 상기 전반사 미러의 위치와 방향이 설정되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저, 도파관부를 포함한 파장 변환 장치, MEMS-작동식 미러, 광 조립체, 기계적 위치결정 장치 및 베이스 모듈을 포함한 광 패키지 조립 및 정렬 방법.
  20. 청구항 18에 있어서,
    상기 광 조립체의 위치가 조정되는 동안에, 상기 반도체 레이저의 상기 아웃풋 빔과 상기 도파관부의 인풋면을 능동적으로 정렬시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저, 도파관부를 포함한 파장 변환 장치, MEMS-작동식 미러, 광 조립체, 기계적 위치결정 장치 및 베이스 모듈을 포함한 광 패키지 조립 및 정렬 방법.
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