RU2201024C2 - Optical transmitting module - Google Patents
Optical transmitting module Download PDFInfo
- Publication number
- RU2201024C2 RU2201024C2 RU2001101129/28A RU2001101129A RU2201024C2 RU 2201024 C2 RU2201024 C2 RU 2201024C2 RU 2001101129/28 A RU2001101129/28 A RU 2001101129/28A RU 2001101129 A RU2001101129 A RU 2001101129A RU 2201024 C2 RU2201024 C2 RU 2201024C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fastening
- optical
- module
- cylindrical lens
- radiation
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область техники
Изобретение относится к квантовой электронной технике, в частности к оптическим передающим модулям с инжекционным лазером как источником излучения.Technical field
The invention relates to quantum electronic technology, in particular to optical transmitting modules with an injection laser as a radiation source.
Предшествующий уровень техники
В настоящее время известно большое число передающих оптических модулей (далее "модуль") [1-7], в которых предложены различные конструкции закрепления оптических элементов и инжекционного лазера в корпусе модуля.State of the art
At present, a large number of transmitting optical modules (hereinafter referred to as the “module”) are known [1-7], in which various constructions of fixing optical elements and an injection laser in the module housing are proposed.
В известном модуле [1] предложено оптические элементы закреплять в металлических элементах крепления, соединяемых между собой резьбовыми соединениями. Различие в температурных коэффициентах линейного расширения (далее "ТКЛР") различных материалов деталей (например, элементов крепления, оптических элементов, корпуса и т.д.) таких соединений при механо-климатических нагрузках приводит к нестабильности получаемой выходной мощности модуля. In the known module [1] it is proposed that optical elements be fixed in metal fastening elements interconnected by threaded connections. The difference in the temperature coefficients of linear expansion (hereinafter “TKLR”) of various materials of parts (for example, fasteners, optical elements, housing, etc.) of such compounds under mechanical and climatic loads leads to instability of the obtained output power of the module.
В известном передающем оптическом модуле [2] в полупроводниковый элемент крепления вклеена коллимирующая линза на расстоянии 5...200 мкм от активной площадки инжекционного излучателя. Полупроводниковый элемент крепления соединен с помощью клеевой композиции с монтажной поверхностью инжекционного излучателя. In the known transmitting optical module [2], a collimating lens is glued into the semiconductor mounting element at a distance of 5 ... 200 μm from the active site of the injection emitter. The semiconductor mounting element is connected using an adhesive composition to the mounting surface of the injection emitter.
Известны конструкции передающих оптических модулей (например, [3-7], в которых инжекционный излучатель (например, лазер) и оптические элементы располагают на одной или нескольких монтажных поверхностях, закрепленных на едином основании корпуса. Крепление оптических элементов выполняют при помощи различных припоев, используя микропечи [3], либо различные клеевые композиции [4] . Для надежности юстировки и крепления в монтажных поверхностях выполняют, например, V-образные канавки [4-6] или углубления [7], повторяющие конфигурацию закрепляемых оптических элементов. В конструкциях [3-7] возможно достигнуть весьма малых изменений выходной мощности при механо-климатических нагрузках. There are known designs of transmitting optical modules (for example, [3-7], in which an injection emitter (for example, a laser) and optical elements are placed on one or several mounting surfaces fixed on a single housing base. The optical elements are mounted using various solders using micro-furnaces [3], or various adhesive compositions [4]. For reliability of alignment and fastening in mounting surfaces, for example, V-grooves [4-6] or recesses [7], repeating the configuration of fixed op ble elements. In the constructions [3-7] is possible to achieve very small changes in the output power during mechanical and climatic loads.
В тоже время до сих пор именно надежность конструктивного решения соединения лазерного диода с большим числом оптических элементов является наиболее трудно решаемой задачей при разработке прибора. Отсутствие надежности крепления и стабильности положения входящих элементов одних по отношению к другим приводит к невозможности получения требуемых параметров при работе прибора. At the same time, it is still precisely the reliability of the constructive solution for connecting a laser diode with a large number of optical elements that is the most difficult task to solve when developing the device. The lack of reliability of fastening and stability of the position of the input elements of one with respect to the other makes it impossible to obtain the required parameters during operation of the device.
Наиболее близким по решению поставленной задачи и технической сущности предложения является известный оптический передающий модуль [7], включающий инжекционный лазер, активная площадка которого оптически связана с линзой и с входным торцом градана, которые закреплены в крепежной области средства крепления. Средство крепления оптических элементов представляет собой закрепленные друг на друге платы. Инжекционный лазер установлен и закреплен на монтажной поверхности контактной пластины, установленной на микрохолодильнике. Платы и микрохолодильник установлены и закреплены на основании, которое крепится в корпусе модуля. Для крепления оптических элементов на монтажных поверхностях соответствующих плат выполнены углубления высокой точности, соответствующие конфигурации каждого данного оптического элемента: сферической линзы вблизи активной площадки инжекционного лазера, оптического изолятора и градана. В этом случае градан имеет продольную опору в нижней своей части. The closest to solving the problem and the technical essence of the proposal is the well-known optical transmitting module [7], which includes an injection laser, the active area of which is optically connected with the lens and the entrance end of the gradan, which are fixed in the mounting region of the mounting means. The means for attaching the optical elements is a board fixed to each other. The injection laser is mounted and mounted on the mounting surface of the contact plate mounted on the micro-refrigerator. The boards and micro-refrigerator are installed and fixed on the base, which is mounted in the module case. For mounting optical elements on the mounting surfaces of the respective boards, high-precision recesses are made that correspond to the configuration of each given optical element: a spherical lens near the active site of the injection laser, optical insulator, and gradan. In this case, the gradan has a longitudinal support in its lower part.
Выходные параметры оптического передающего модуля зависят от температурной стабильности всей конструкции оптического передающего модуля, включая узел крепления линзы относительно инжекционного лазера, а также от степени надежности крепления линзы и градана. The output parameters of the optical transmitting module depend on the temperature stability of the entire structure of the optical transmitting module, including the lens mount relative to the injection laser, as well as on the degree of reliability of the lens and gradan mount.
Известная конструкция [7] может обеспечить задаваемую достаточно хорошую стабильность вывода излучения, но достигается это высокоточным изготовлением полосковых углублений с жесткими допусками по размеру и высокоточным изготовлением большого числа деталей известной конструкции, подбором используемых материалов с близкими ТКЛР. Такая конструкция весьма сложна для практической реализации и дорогостояща. The known design [7] can provide a given fairly good stability of the output of radiation, but this is achieved by high-precision manufacturing of strip recesses with tight tolerances in size and high-precision manufacturing of a large number of parts of known design, selection of materials used with close TEC. This design is very difficult to implement and expensive.
Раскрытие изобретения
В основу изобретения поставлена задача создания оптического передающего модуля с повышенной стабилизацией его выходного излучения при сохранении дифракционной расходимости излучения лазерного диода с практически аксиально симметричной формой выходного пучка и с практическим отсутствием астигматизма, в том числе и при механо-климатических воздействиях, при значительном упрощении конструкции модуля в целом, упрощении процессов юстировки оптических элементов и сборки изделия, а также снижении затрат на производство модуля.Disclosure of Invention
The basis of the invention is the task of creating an optical transmitting module with improved stabilization of its output radiation while maintaining the diffraction divergence of the laser diode radiation with an almost axially symmetric shape of the output beam and with a practical lack of astigmatism, including during mechanical and climatic influences, with a significant simplification of the module design in general, simplification of the alignment of optical elements and assembly of the product, as well as reducing the cost of manufacturing the module.
Поставленная техническая задача решается тем, что предложен оптический передающий модуль, включающий лазерный диод, на монтажной поверхности монтажной пластины которого закреплен полосковый одномодовый инжекционный лазер, оптические элементы, по крайней мере цилиндрическая линза и градан, оптически связанные с активной площадкой инжекционного лазера, фокус цилиндрической линзы находится на оптической оси модуля, причем абсолютная величина произведения угловой расходимости , рад, излучения лазера в горизонтальной плоскости по уровню 0,5 и радиуса R, мкм, цилиндрической линзы выбрана удовлетворяющей условию , а центр цилиндрической линзы установлен от упомянутой активной площадки на расстоянии не более фокусного.The stated technical problem is solved by the fact that the proposed optical transmitting module, including a laser diode, on the mounting surface of the mounting plate which is fixed strip single-mode injection laser, optical elements, at least a cylindrical lens and gradan, optically coupled to the active site of the injection laser, the focus of the cylindrical lens is on the optical axis of the module, and the absolute value of the product of the angular divergence , glad, laser radiation in a horizontal plane at a level of 0.5 and a radius R, μm, of a cylindrical lens selected satisfying the condition and the center of the cylindrical lens is installed from the mentioned active area at a distance of no more than the focal length.
Отличием являются неочевидное выявленное соотношение между величиной угловой расходимости рад, в горизонтальной плоскости одномодового излучения лазерного диода полоскового инжекционного лазера и радиусом R выбранной цилиндрической линзы и ее расположение. Здесь использовано известное преобразование при помощи цилиндрической микролинзы в сочетании с градиентной оптикой пучка излучения лазерного диода с высокой эллиптичностью в аксиально симметричный пучок (пучок с малой эллиптичностью) при сохранении дифракционной расходимости излучения. Нижние пределы введенных условий ограничиваются требованиями получения дифракционной расходимости пучка излучения и технологическими возможностями изготовления и применения цилиндрических линз малого диаметра.The difference is the non-obvious revealed relationship between the value of the angular divergence I am glad in the horizontal plane of the single-mode radiation of the laser diode of the strip injection laser and the radius R of the selected cylindrical lens and its location. Here we use the well-known transformation using a cylindrical microlens in combination with gradient optics of a laser diode beam with a high ellipticity into an axially symmetric beam (a beam with low ellipticity) while maintaining the diffraction divergence of the radiation. The lower limits of the introduced conditions are limited by the requirements for obtaining the diffraction divergence of the radiation beam and the technological capabilities of manufacturing and using cylindrical lenses of small diameter.
Поставленная техническая задача решается также тем, что лазерный диод имеет излучение с угловой расходимостью , рад, в горизонтальной плоскости по уровню 0,5 в диапазоне от 0,1 рад до 0,2 рад, а цилиндрическая линза имеет диаметр не более 10 мкм. При этом достигается практически круглый выходной пучок излучения.The stated technical problem is also solved by the fact that the laser diode has radiation with an angular divergence , glad in a horizontal plane at a level of 0.5 in the range from 0.1 rad to 0.2 rad, and a cylindrical lens has a diameter of not more than 10 microns. In this case, an almost round output beam of radiation is achieved.
Поставленная техническая задача решается тем, что предложен оптический передающий модуль, включающий следующее. Лазерный диод, на монтажной поверхности монтажной пластины которого закреплен полосковый одномодовый инжекционный лазер. Оптические элементы, по крайней мере цилиндрическая линза и градан, оптически связаны с активной площадкой инжекционного лазера, фокус цилиндрической линзы находится на оптической оси оптического передающего модуля, а центр цилиндрической линзы установлен от упомянутой активной площадки на расстоянии не более фокусного. Абсолютная величина произведения угловой расходимости , рад, излучения лазерного диода в горизонтальной плоскости по уровню 0,5 и радиуса R, мкм, цилиндрической линзы выбрана удовлетворяющей условию . Средство крепления выполнено из по крайней мере двух элементов крепления с параллельными плоскими торцевыми поверхностями и в каждом из них сформировано отверстие с диаметром по любому его поперечному сечению, по крайней мере превышающим апертуру пучка излучения. Элементы крепления соединены параллельными торцевыми поверхностями. Температурный коэффициент линейного расширения материала элементов крепления и температурный коэффициент линейного расширения материала цилиндрической линзы выбраны или равными, или отличными в пределах, не превышающих 1%. В упомянутом средстве крепления в его первом элементе крепления помещена цилиндрическая линза, входная торцевая поверхность первого элемента крепления закреплена на монтажной пластине лазерного диода, а в отверстии по меньшей мере одного другого элемента крепления закреплен градан, его входной торец размещен на заданном расстоянии от цилиндрической линзы и его ось совмещена с оптической осью оптического передающего модуля. Имеется корпус, в котором размещены по крайней мере лазерный диод, средство крепления с элементами крепления, оптические элементы, а также имеется компаунд, помещенный в местах крепления оптических элементов в элементах крепления, крепления последних друг с другом и с монтажной поверхностью лазерного диода и между средством крепления и внутренними стенками корпуса. Кроме того, имеется узел вывода излучения. Корпус герметизирован.The stated technical problem is solved by the fact that the proposed optical transmitting module, including the following. A laser diode, on the mounting surface of the mounting plate of which a strip single-mode injection laser is fixed. Optical elements, at least a cylindrical lens and gradan, are optically coupled to the active site of the injection laser, the focus of the cylindrical lens is on the optical axis of the optical transmitting module, and the center of the cylindrical lens is set to no more than the focal length from the said active site. The absolute value of the product of the angular divergence , glad, the laser diode radiation in the horizontal plane at the level of 0.5 and the radius R, μm, of the cylindrical lens is selected satisfying the condition . The fastening means is made of at least two fastening elements with parallel flat end surfaces and in each of them a hole is formed with a diameter in any of its cross section at least exceeding the aperture of the radiation beam. The fasteners are connected by parallel end surfaces. The temperature coefficient of linear expansion of the material of the fastening elements and the temperature coefficient of linear expansion of the material of the cylindrical lens are selected to be equal to or different in the range not exceeding 1%. In the aforementioned fastening means, a cylindrical lens is placed in its first fastening element, the input end surface of the first fastening element is fixed to the mounting plate of the laser diode, and a gradan is fixed in the hole of at least one other fastening element, its input end is placed at a predetermined distance from the cylindrical lens and its axis is aligned with the optical axis of the optical transmitting module. There is a housing in which at least a laser diode, mounting means with fastening elements, optical elements are placed, and there is also a compound placed in the places of fastening of optical elements in fastening elements, fastening the latter to each other and to the mounting surface of the laser diode and between the means fastenings and internal walls of the body. In addition, there is a node output radiation. The case is sealed.
Под "оптической осью оптического передающего модуля" (далее "модуль") понимается оптическая ось распространения лазерного пучка, лежащая в плоскости р-n перехода инжекционного лазера. Упомянутую плоскость иначе называют "горизонтальной плоскостью" или "плоскостью, параллельной излучающей полоске инжекционного лазера". "Вертикальной плоскостью" называется плоскость, перпендикулярная плоскости р-n перехода. Под средством крепления понимаются элементы крепления, соединенные друг с другом компаундом. Под крепежной областью понимается средство крепления и компаунд (помещенный в местах закрепления оптических элементов в элементах крепления, в местах соединения элементов крепления друг с другом), соединяющий наружные боковые стороны средства крепления с внутренними боковыми стенками корпуса. Понятия "компаунд", "клеевая композиция" и "клеевое вещество" равнозначны. Понятие "цилиндрическая линза" использовано для обозначения цилиндрической микролинзы, имеющей радиус, измеряемый в микронах. Понятие "градан" использовано для обозначения градиентной линзы. Понятие "узел вывода излучения" обозначает выполненные либо в крышке корпуса, либо в его стенке и т.д. либо окно для вывода излучения, либо втулку с оптическим волокном; возможны другие варианты выполнения узла вывода излучения. By “optical axis of an optical transmitting module” (hereinafter “module”) is meant an optical axis of propagation of a laser beam lying in the plane pn of the junction of the injection laser. The said plane is otherwise called a "horizontal plane" or "a plane parallel to the emitting strip of the injection laser." A “vertical plane" is a plane perpendicular to the plane of the pn junction. Under the means of fastening refers to fasteners connected to each other by a compound. By a mounting region is meant a fastening means and a compound (placed at the points of fastening of the optical elements in the fastening elements, at the places where the fastening elements are connected to each other) connecting the outer sides of the fastening means with the inner side walls of the housing. The terms “compound”, “adhesive composition” and “adhesive substance” are equivalent. The term "cylindrical lens" is used to denote a cylindrical microlens having a radius, measured in microns. The term "gradan" is used to denote a gradient lens. The concept of "radiation output unit" means made either in the housing cover or in its wall, etc. either a window for outputting radiation, or a sleeve with an optical fiber; other embodiments of the radiation output unit are possible.
Отличием являются неочевидное выявленное соотношение между величиной угловой расходимости в горизонтальной плоскости излучения одномодового, полоскового инжекционного лазера и радиусом выбранной цилиндрической линзы, ее расположением, а также ее закрепление и закрепление других оптических элементов в неочевидных элементах крепления, выбор материалов цилиндрической линзы и элементов крепления (в отношении значений температурных коэффициентов линейного расширения (далее "ТКЛР") материалов), неочевидные предложенные средство крепления и созданная единая крепежная область между оптическими элементами и металлическим или керамическим корпусом. Именно гибкое конструктивное решение предложенных единообразных элементов крепления и всего средства крепления, а также использование единообразного крепежного материала (компаунда) позволили создать единую крепежную область с надежным закреплением оптических элементов различных размеров относительно излучающей полоски инжекционного лазера. Все это позволило при механо-климатических воздействиях повысить стабильность мощности выходного излучения модуля, сохранить дифракционную расходимость излучения инжекционного лазера, повысить стабильность создаваемой аксиально симметричной формы пучка при практическом отсутствии астигматизма. Предложенная крепежная область заполняет почти всю полость корпуса (кроме области распространения излучения) и имеет контакт с внутренними боковыми стенками корпуса в каждой точке, что обеспечивает равномерность передачи внешних напряжений и приводит при механо-климатических воздействиях к стабилизации положений оптических элементов относительно излучающей полоски на активной площадке инжекционного лазера.The difference is the non-obvious revealed relationship between the value of the angular divergence in the horizontal plane of radiation of a single-mode, strip injection laser and the radius of the selected cylindrical lens, its location, as well as its fastening and fastening of other optical elements in non-obvious fasteners, the choice of materials for the cylindrical lens and fasteners (in relation to the values of the temperature coefficients of linear expansion (hereinafter " TKLR ") materials), non-obvious proposed means of fastening and created a single mounting area between the optical elements and the metal or ramicheskim body. It is the flexible constructive solution of the proposed uniform fastening elements and the entire fastening means, as well as the use of a uniform fastening material (compound) that made it possible to create a single fastening region with reliable fastening of optical elements of various sizes relative to the emitting strip of the injection laser. All this made it possible, under mechano-climatic influences, to increase the stability of the output radiation power of the module, to preserve the diffraction divergence of the radiation from the injection laser, and to increase the stability of the created axially symmetric beam shape with practically no astigmatism. The proposed mounting region fills almost the entire cavity of the casing (except for the radiation propagation region) and has contact with the inner side walls of the casing at each point, which ensures uniform transmission of external stresses and leads, under mechanical and climatic influences, to stabilize the positions of the optical elements relative to the emitting strip on the active site injection laser.
Поставленная техническая задача решается тем, что цилиндрическая линза выполнена из кварца и элементы крепления выполнены из кварца. Это гарантирует равенство ТКЛР. The stated technical problem is solved in that the cylindrical lens is made of quartz and the fastening elements are made of quartz. This ensures that TECR is equal.
Поставленная техническая задача решается также тем, что лазерный диод имеет излучение со значениями угловой расходимости , рад, в горизонтальной плоскости по уровню 0,5, находящимися в диапазоне от 0,1 рад до 0,2 рад. При этом целесообразно цилиндрическую линзу подбирать диаметром не более 10 мкм. Наилучшие результаты получены при диаметрах цилиндрической линзы 10 мкм. Нижний предел ограничивается требованиями получения дифракционной расходимости пучка излучения и технологическими возможностями изготовления и применения цилиндрических линз малого диаметра.The stated technical problem is also solved by the fact that the laser diode has radiation with angular divergence values , glad in a horizontal plane at a level of 0.5, ranging from 0.1 rad to 0.2 rad. It is advisable to select a cylindrical lens with a diameter of not more than 10 microns. The best results were obtained with diameters of a cylindrical lens of 10 μm. The lower limit is limited by the requirements for obtaining diffraction divergence of the radiation beam and the technological capabilities of manufacturing and using cylindrical lenses of small diameter.
Поставленная техническая задача решается тем, что между первым и упомянутым другим элементами крепления может быть установлен по меньшей мере один элемент крепления. Такие элементы крепления могут быть использованы для соединения на различных требуемых расстояниях цилиндрической микролинзы и градана, введения каких-либо дополнительных оптических или других элементов. The stated technical problem is solved in that between the first and the mentioned other fastening elements, at least one fastening element can be installed. Such fasteners can be used to connect at various required distances a cylindrical microlens and gradan, the introduction of any additional optical or other elements.
При этом предложено выходную торцевую поверхность каждого элемента крепления, помещенного ближе к инжекционному лазеру, закреплять относительно входной торцевой поверхности последующего элемента крепления, причем упомянутые выходная и входная торцевые поверхности параллельны друг другу. It is proposed that the output end surface of each fastener placed closer to the injection laser be fixed relative to the input end surface of the subsequent fastener, said output and input end surfaces being parallel to each other.
В одном случае, в отверстии одного из элементов крепления может быть закреплена диафрагма и указанный элемент крепления установлен между элементом крепления с цилиндрической линзой и элементом крепления с граданом так, что ось диафрагмы совпадает с оптической осью модуля. In one case, a diaphragm can be fixed in the hole of one of the fastening elements and the indicated fastening element is mounted between the fastening element with a cylindrical lens and the fastening element with gradan so that the axis of the diaphragm coincides with the optical axis of the module.
В другом случае, в отверстии по меньшей мере одного из элементов крепления закреплено оптическое волокно и указанный элемент крепления установлен после элемента крепления с граданом, причем входной торец оптического волокна размещен на заданном расстоянии от выходного торца градана, а ось оптического волокна совпадает с оптической осью модуля. In another case, an optical fiber is fixed in the hole of at least one of the fastening elements and the specified fastening element is installed after the fastening element with the gradan, the input end of the optical fiber being placed at a predetermined distance from the output end of the gradan, and the axis of the optical fiber coincides with the optical axis of the module .
Кроме того, градан может быть закреплен в отверстиях нескольких элементов крепления, что также приводит к повышению надежности и стабилизации выходной мощности. In addition, gradan can be fixed in the holes of several fastening elements, which also leads to increased reliability and stabilization of the output power.
В каких-либо модификациях выполнения может иметься крышка, герметично соединенная с корпусом. In any embodiment, there may be a lid sealed to the housing.
Узел вывода излучения может быть выполнен как в крышке, так и непосредственно в корпусе. В одном случае предложено окно для вывода излучения закреплять в крышке корпуса, в другом случае - в части корпуса. При выводе излучения через оптическое волокно втулка для вывода оптического волокна может быть закреплена либо непосредственно в части корпуса, либо в крышке корпуса. При этом крышка или упомянутая часть корпуса расположены напротив выходного торца градана или какого-либо другого выходного оптического элемента. The radiation output unit can be made both in the lid and directly in the housing. In one case, it is proposed to fix the window for radiation output in the housing cover, in the other case, in the housing part. When outputting radiation through an optical fiber, the sleeve for outputting the optical fiber can be fixed either directly in the housing part or in the housing cover. In this case, the lid or the said part of the housing are located opposite the output end of the gradan or some other output optical element.
Существом настоящего изобретения является оригинальный выбор отличительных существенных признаков, которые не являются очевидными. The essence of the present invention is an original selection of distinctive essential features that are not obvious.
Не очевидность состоит в необычном выявленном соотношении между величиной угловой расходимости в горизонтальной плоскости излучения одномодового, полоскового инжекционного лазера и радиусом цилиндрической линзы, надежно закрепляемой наряду с другими оптическими элементами в предложенной оригинальной однородной конструкции средства крепления и выборе материалов элементов крепления и цилиндрической линзы, необычной предложенной единой крепежной области, ее практически полном контакте с внутренними боковыми стенками корпуса. Это приводит при механо-климатических воздействиях к стабилизации выходного излучения модуля при сохранении его дифракционной расходимости и аксиально симметричной формы пучка, практическому отсутствию астигматизма. Получена стабилизация положений оптических элементов относительно излучающей полоски на активной площадке инжекционного лазера при механо-климатическом воздействии. Not obvious is the unusual revealed relationship between the magnitude of the angular divergence in the horizontal plane of the radiation of a single-mode, strip injection laser and the radius of the cylindrical lens, which is securely fixed along with other optical elements in the proposed original homogeneous design of the fastener and the choice of materials of the fastening elements and the cylindrical lens, unusual proposed a single mounting area, its almost complete contact with the inner side walls of the housing. Under mechanical and climatic influences, this leads to stabilization of the output radiation of the module while maintaining its diffraction divergence and axially symmetric beam shape, and the practical absence of astigmatism. The stabilization of the positions of the optical elements relative to the emitting strip on the active site of the injection laser under mechanical and climatic effects is obtained.
Совокупность существенных отличительных признаков предложенного модуля в соответствии с формулой изобретения определила его основные упомянутые достоинства. The set of essential distinguishing features of the proposed module in accordance with the claims determined its main advantages mentioned.
Техническая реализация изобретения основана на известных базовых технологических процессах, которые к настоящему времени хорошо разработаны и широко применяются при изготовлении лазерных диодов и модулей. Предложенное настоящим изобретением устройство применимо по крайней мере для всех известных в настоящее время диапазонов длин волн лазерного излучения. The technical implementation of the invention is based on well-known basic technological processes, which are currently well developed and widely used in the manufacture of laser diodes and modules. The device of the present invention is applicable to at least all currently known laser wavelength ranges.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение поясняется чертежами, изображенными на фиг.1-4.Brief Description of the Drawings
The present invention is illustrated by the drawings depicted in figures 1-4.
На фиг.1 схематично изображен продольный разрез оптического передающего модуля с выводом излучения через окно в крышке. Figure 1 schematically shows a longitudinal section of an optical transmitting module with radiation output through a window in the lid.
На фиг.2 схематично изображен продольный разрез оптического передающего модуля с выводом излучения через оптическое волокно. Figure 2 schematically shows a longitudinal section of an optical transmitting module with the output of radiation through an optical fiber.
На фиг. 3 изображена оптическая схема микрообъектива оптического передающего модуля в плоскости, параллельной р-n переходу. In FIG. 3 shows an optical diagram of a micro-lens of an optical transmitting module in a plane parallel to the pn junction.
На фиг. 4 изображена оптическая схема микрообъектива оптического передающего модуля в плоскости, перпендикулярной р-n переходу. In FIG. 4 shows an optical diagram of a micro-lens of an optical transmitting module in a plane perpendicular to the pn junction.
Варианты осуществления изобретения
В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных исполнений со ссылками на прилагаемые чертежи на фиг.1-4. Приведены примеры исполнения, позволившие получить лучшие результаты, но они не являются единственными.Embodiments of the invention
The invention is further explained in the description of specific embodiments with reference to the accompanying drawings in figures 1-4. Performance examples are provided that allow you to get better results, but they are not the only ones.
Модуль, первая модификация которого изображена на фиг.1, состоит из металлического корпуса 1, имеющего основание 2, боковые стенки 3, из металлической крышки 4 с окном (стекло) 5 для вывода излучения. На внутренней части основания 2 установлен лазерный диод 6 с монтажной пластиной 7 из меди. На монтажной поверхности 8 монтажной пластины 7 закреплен инжекционный лазер 9. В данном конкретном случае в качестве источника излучения использован лазерный диод с длиной волны излучения λ, равной 820 нм, угловой расходимостью 2Θ⊥ в вертикальной плоскости, равной 45o, и угловой расходимостью в горизонтальной плоскости, равной 6o, т.е.≈0,1 рад. По предложенному условию был определен радиус R цилиндрической линзы 10, равным 10 мкм. В данном конкретном примере исполнения цилиндрическая линза 10 выполнена из кварца.The module, the first modification of which is shown in FIG. 1, consists of a
Элементы крепления 11 в данном случае выполняли из кварца в виде практически одинаковых полых цилиндров, при этом их торцевые плоскости параллельны между собой и перпендикулярны образующим как внутренним, так и наружным. Размещены они так, что их торцевые поверхности были параллельны оптической оси модуля, элементы крепления центрированы, поэтому юстировать оптические элементы можно преимущественно по оптической оси модуля. Цилиндрическое отверстие каждого из элементов крепления 11 сформировано диаметром по любому его поперечному сечению, по крайней мере превышающим апертуру пучка излучения. Предусмотрено, что элементы крепления 11 должны последовательно соединяться параллельными торцевыми поверхностями. В данном случае при размещении элементов крепления 11 в модуле торцевые поверхности будут перпендикулярны оптической оси модуля, а образующие - параллельны ей. Возможны другие варианты выполнения элементов крепления 11. The
В один из элементов крепления 11 вклеена при помощи компаунда цилиндрическая микролинза 10, выполненная в данном случае из кварца. В другой элемент крепления 11 вклеена диафрагма 12 при помощи компаунда. В три элемента крепления 11, соединенные между собой при помощи компаунда, вклеен градан 13. Везде, где использован компаунд (или иначе называемый клеевой композицией или клеевым веществом) образованы клеевые прослойки 14. При расположении оптических элементов 10 и 13 в модуле их оси помещают на оптической оси распространения пучка излучения лазера, т.е. на оптической оси модуля, лежащей в плоскости р-n перехода инжекционного лазера 9. A
Входной торец элемента крепления 11 с цилиндрической линзой 10, установленного первым со стороны лазерного диода 6, скреплен с монтажной пластиной 7 с помощью клеевой композиции, образующей клеевую прослойку 14. Одна из поперечных осей линзы 10 расположена на оптической оси модуля. При этом фокус цилиндрической линзы 10 находился на оптической оси модуля, а центр цилиндрической линзы 10 от активной площадки инжекционного лазера 9 - на расстоянии 2±0,2 мкм. В общем случае фокальная поверхность может располагаться как на активной площадке инжекционного лазера 9, так и внутри инжекционного лазера 9. Однако должно быть учтено требование сохранения дифракционной расходимости выходного пучка модуля и технологически допустимое расстояние между цилиндрической линзой 10 и активной площадкой инжекционного лазера 9. The input end face of the
Выходной торец первого элемента крепления 11 соединен с помощью клеевой композиции с входным торцом следующего второго элемента крепления 11 с диафрагмой 12 и она установлена в модуле так, что ее ось совпадает с оптической осью модуля. Выходной торец второго элемента крепления 11 соединяют с свободным входным торцом элементов крепления 11 с граданом 13, размещая его ось по оптической оси модуля, а торец градана 13 на расстоянии порядка 5 мм от цилиндрической линзы 10. The output end of the
Соединенные компаундом элементы крепления 11 образуют средство крепления. Свободные наружные боковые поверхности средства крепления соединяют с помощью компаунда (область 14) с внутренними боковыми стенками корпуса, образуя единую крепежную область в корпусе модуля. The
Корпус 1 закрывается герметично крышкой 4, в которой размещен узел вывода излучения - окно 5 для вывода излучения. Крышка 4 расположена напротив выходного торца градана. Между свободным выходным торцом градана 13 и крышкой 4 клеевая прослойка отсутствует. Позиции 15-17 указывают на электрические выводы модуля. The
Заметим, что узел вывода излучения может быть выполнен как в крышке 4 (как в данном конкретном примере исполнения), так и непосредственно в корпусе 1. Так окно 5 для вывода излучения может быть закреплено в части корпуса 1, которая также как крышка 4 расположена напротив выходного торца градана 13 или какого-либо другого выходного оптического элемента. Note that the radiation output unit can be made both in the cover 4 (as in this particular embodiment) and directly in the
В другом примере конкретного исполнения передающий оптический модуль, вторая модификация которого изображена на фиг.2, аналогичен рассмотренному с той разницей, что исключен элемент крепления 11 с диафрагмой 12, входной торец градана 13 размещен на расстоянии порядка 1,5 мкм от цилиндрической линзы 10 и введено оптическое волокно 18, закрепленное в двух элементах крепления 11. Его ось установлена по оптической оси модуля, а входной торец размещен на расстоянии порядка 1,5 мкм от выходного торца градана 13. В крышке 4 корпуса 1 закреплена втулка 19 для крепления оптического волокна 18, используемого в данной модификации для вывода излучения. Здесь втулка с оптическим волокном являются узлом вывода излучения. Также при выводе излучения через оптическое волокно 18 втулка 19 для закрепления и вывода оптического волокна 18 может быть закреплена непосредственно в корпусе 1 (при другой конструкции корпуса). In another example of a specific embodiment, the transmitting optical module, the second modification of which is shown in figure 2, is similar to that considered with the difference that the
Нами в обеих модификациях использована цилиндрическая линза 10 вместо сферической и градан 13. Здесь использована известная возможность преобразования при помощи цилиндрической микролинзы 10 в сочетании с градиентной оптикой пучка излучения лазера 6 с высокой эллиптичностью в практически аксиально симметричный пучок, т.е. пучок с малой эллиптичностью. In both versions, we used a
Возможность получения пучка с круглым поперечным сечением определяется как диаметром D цилиндрической линзы 10, так и исходной угловой расходимостью в горизонтальной плоскости, параллельной р-n переходу. Ход лучей в горизонтальной и вертикальной плоскостях в модуле изображен на фиг.3 и 4. Следовательно, основное изменение пространственных параметров излучения лазерного диода 6 происходит в плоскости, перпендикулярной р-n переходу. Угловая расходимость излучения в плоскости, параллельной р-n переходу, практически не изменяется и определяется исходной угловой расходимостью излучения лазерного диода 6. Для выбранного лазерного диода 6 (см. выше) в таблице приведены экспериментальные значения угловой расходимости 2Θ⊥ в вертикальной плоскости в зависимости от диаметра цилиндрической линзы 10.The possibility of obtaining a beam with a circular cross section is determined by both the diameter D of the
Следовательно, использование по крайней мере цилиндрической линзы 10 позволяет получать достаточно малую угловую расходимость 2Θ⊥ в плоскости, перпендикулярной р-n переходу. По предложенному нами условию при , равном 0,1 рад радиус R цилиндрической линзы 10 должен быть равен 10 мкм и нами в примере выбрана цилиндрическая линза диаметром D, равным 20 мкм. В соответствии с таблицей (см. строки 3 и 4) это позволит получить практически аксиально симметричный выходной пучок излучения рассматриваемого конкретного модуля. Нами определено, что при значениях угловой расходимости исходного излучения лазерного диода 6 в горизонтальной плоскости по уровню 0,5, находящимися в диапазоне от 0,1 рад до 0,2 рад (т.е. от 5,7o до 10o) лучше всего использовать цилиндрические линзы 10 диаметром D, равным 25 мкм. . . 10 мкм, которые позволят требуемым образом преобразовать излучение (см. таблицу). При малых значениях расходимости в горизонтальной плоскости возможно использование больших диаметров D цилиндрической линзы 10, но не целесообразно более 60 мкм.Therefore, the use of at least a
Рекомендованные нами выбор размера цилиндрической линзы и ее расположение в зависимости от исходной угловой расходимости в горизонтальной плоскости выбранного лазерного диода и в связи этим выбор крепежной области позволяют сохранять дифракционную расходимость практически аксиально симметричного пучка выходного излучения модуля (с практическим отсутствием астигматизма) при механо-климатических нагрузках. В единой крепежной области все оптические элементы в равной степени подвержены механо-климатическим воздействиям и поэтому наблюдается стабилизация максимальной выходной мощности излучения модуля. Проведены механо-климатические испытания различных модификаций предложенного передающего оптического модуля, корпуса которых были выполнены из различных материалов. Оптические элементы, элементы крепления, компаунд имели различия ТКЛР используемых материалов до 20%, кроме ТКЛР материала элементов крепления и цилиндрической линзы, которые, как нами предложено, были выбраны или равными, или отличными в пределах, не превышающих 1%. Показано, что предложенный передающий оптический модуль обеспечивает в высокой степени стабильную выходную мощность излучения при достаточно высоких механо-климатических нагрузках.The recommended choice of the size of the cylindrical lens and its location depending on the initial angular divergence in the horizontal plane of the selected laser diode and, therefore, the choice of the mounting region allows us to maintain the diffraction divergence of an almost axially symmetric output beam of the module (with a practical absence of astigmatism) under mechanical and climatic loads. In a single mounting region, all optical elements are equally susceptible to mechanical and climatic influences, and therefore stabilization of the maximum output radiation power of the module is observed. Mechanical and climatic tests of various modifications of the proposed transmitting optical module were carried out, the cases of which were made of various materials. Optical elements, mounts, and compounds had a TECL of the materials used up to 20%, except for the TECL of the material of the mount elements and the cylindrical lens, which, as we proposed, were chosen to be equal or different within not exceeding 1%. It is shown that the proposed transmitting optical module provides a highly stable output radiation power at sufficiently high mechanical and climatic loads.
Обычно для получения стабильной выходной мощности при механо-климатических воздействиях в известных устройствах используют конструкцию с прецизионными деталями и выполняют все элементы крепления оптических элементов и корпуса из одних и тех же материалов (см., например, [4, 5]). При сравнительных испытаниях передающих оптических модулей, при изготовлении которых использовано какое-либо другое средство крепления (см., например, [4, 5]), выяснено, что достигнуть стабильной передачи заданной мощности излучения при различиях ТКЛР используемых материалов более 5% не представляется возможным. Typically, to obtain stable output power during mechanical and climatic influences, known devices use a design with precision parts and perform all the fastening elements of the optical elements and the housing from the same materials (see, for example, [4, 5]). In comparative tests of transmitting optical modules, the manufacture of which used some other means of fastening (see, for example, [4, 5]), it was found that it is not possible to achieve stable transmission of a given radiation power with a TECL of used materials of more than 5% .
Предложенные определение вида цилиндрической линзы, средство крепления и крепежная область позволили ввести в градан и далее, при его наличии, в оптическое волокно максимальную выходную мощность при минимальных затратах на изготовление элементов крепления, средства крепления и их юстировку, сборку. При механо-климатических воздействиях получено повышение стабильности мощности выходного излучения модуля, сохранена исходная дифракционная расходимость излучения лазерного диода, повышена стабильность создаваемой аксиально симметричной формы пучка излучения при практическом отсутствии астигматизма. The proposed definition of the type of a cylindrical lens, a fastener, and a fastening region made it possible to introduce the maximum output power into the gradan and then, if available, into the optical fiber at the lowest cost for the manufacture of fasteners, fasteners and their alignment, assembly. Under mechanical and climatic influences, an increase in the stability of the output radiation power of the module was obtained, the initial diffraction divergence of the laser diode radiation was preserved, and the stability of the axially symmetric shape of the radiation beam created in the absence of astigmatism was increased.
Промышленная применимость
Предложенные передающие оптические модули используются в системах связи, являясь важной частью оптических коммуникационных систем, при создании лазерного технологического оборудования, медицинского оборудования, контрольно-измерительных устройств и т.д.Industrial applicability
The proposed transmitting optical modules are used in communication systems, being an important part of optical communication systems, when creating laser technological equipment, medical equipment, instrumentation, etc.
Источники информации
1. "Laser Diode Module", Laser Focus World, October 1996, p.56.Sources of information
1. "Laser Diode Module", Laser Focus World, October 1996, p. 56.
2. Патент США 4653847 (MOTOROLA, INC.), 31.03.1987, 350/96.20, G 02 В 6/42. 2. US patent 4653847 (MOTOROLA, INC.), 03/31/1987, 350 / 96.20, G 02
3. Патент РФ 1757345 (КУРЛЕНКОВ С. С.), 18.06.1990, G 02 В 6/42. 3. RF patent 1757345 (KURLENKOV S. S.), 06/18/1990, G 02
4. Патент США 4768199 (SIEMENS AG), 30.08.1988, 372/36, H 01 S 3/19. 4. US patent 4768199 (SIEMENS AG), 08.30.1988, 372/36, H 01
5. Патент США 4722586 (TEKTRONIX, INC.), 02.02.1988, G 02 В 6/365. 5. U.S. Patent 4,722,586 (TEKTRONIX, INC.), 02/02/1988, G 02
6. Патент Франции 2658923 (TEKTRONIX, INC.), 12.04.1985, G 02 В 6/42. 6. French Patent 2658923 (TEKTRONIX, INC.), 04/12/1985, G 02
7. Патент США 5113404 (AT&T BELL LABORATORIES), 12.05.1992, 372/36, H 01 S 3/19. 7. US Patent 5,113,404 (AT&T BELL LABORATORIES), 05/12/1992, 372/36, H 01
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001101129/28A RU2201024C2 (en) | 2001-01-16 | 2001-01-16 | Optical transmitting module |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001101129/28A RU2201024C2 (en) | 2001-01-16 | 2001-01-16 | Optical transmitting module |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2001101129A RU2001101129A (en) | 2003-02-20 |
RU2201024C2 true RU2201024C2 (en) | 2003-03-20 |
Family
ID=20244824
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001101129/28A RU2201024C2 (en) | 2001-01-16 | 2001-01-16 | Optical transmitting module |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2201024C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013015706A1 (en) * | 2011-07-27 | 2013-01-31 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Техническое Объединение "Ирэ-Полюс" | Method for installing fiberoptic elements of laser devices with a kilowatt power range and fiberoptic module for implementing same |
US8682126B2 (en) | 2011-07-29 | 2014-03-25 | Ipg Photonics Corporation | Method for assembling high power fiber laser system and module realizing the method |
-
2001
- 2001-01-16 RU RU2001101129/28A patent/RU2201024C2/en active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013015706A1 (en) * | 2011-07-27 | 2013-01-31 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Техническое Объединение "Ирэ-Полюс" | Method for installing fiberoptic elements of laser devices with a kilowatt power range and fiberoptic module for implementing same |
US8682126B2 (en) | 2011-07-29 | 2014-03-25 | Ipg Photonics Corporation | Method for assembling high power fiber laser system and module realizing the method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7597488B2 (en) | Optical assembly | |
US20190113697A1 (en) | Demountable optical connector for optoelectronic devices | |
RU2638979C1 (en) | Hermetic assembly for alignment of optical fibre, which has integrated optical element | |
US7352924B2 (en) | Micro-optical device | |
US10107975B1 (en) | Optoelectronic assembly for optical coupling | |
JP6459296B2 (en) | Light emitting module and multi-channel light emitting module | |
US5011247A (en) | Uptapered single-mode optical fiber package for optoelectronic components | |
US20050123249A1 (en) | Structure for manufacturing optical module | |
CN112997104A (en) | Optical assembly | |
US5018820A (en) | Method of optically coupling an uptapered single-mode optical fiber to optoelectronic components | |
CN113917625A (en) | Optical module and method for manufacturing optical module | |
EP1626298A1 (en) | Opto-electronic housing and optical assembly | |
RU2201024C2 (en) | Optical transmitting module | |
RU2201025C2 (en) | Method for manufacturing optical transmitting module | |
KR101944943B1 (en) | Optical transmitting and receiving module and manual alignment method thereof | |
JPS61264777A (en) | Semiconductor light-emitting device | |
KR20020018578A (en) | Optical module | |
JP2006293091A (en) | Optical device and its manufacturing method | |
US20220329041A1 (en) | Laser Engine Supporting Multiple Laser Sources | |
EP1269239A2 (en) | Integrated optical transceiver and related methods | |
JPH095582A (en) | Semiconductor optically coupling device and its assembling method | |
JP4622396B2 (en) | Laser light source device | |
JPH04106977A (en) | Optical module | |
JPS62196620A (en) | Laser module | |
RU2001101129A (en) | OPTICAL TRANSMISSION MODULE |