專利名稱：具有多部件安裝框架的光學組件的制作方法
具有多部件安裝框架的光學組件相關申請的交叉引用本申請要求2009年4月7日提交的美國申請No. 12/419, 550的優(yōu)先權。背景本公開總地涉及包含半導體激光器和與半導體激光器光學對準的互補光學部件的光學組件。更具體地，本公開涉及用于增強半導體激光器與相關聯(lián)的波長轉換器件的光學對準的光學封裝設計。更具體地，本公開涉及其中需要對準兩個不同光學部件的波導的任何光學組件，這些光學部件可包括半導體激光器、波長轉換器件或包括光學波導的任何光學部件。

發(fā)明內(nèi)容
通過將諸如紅外或近紅外分布反饋式(DFB)激光器、分布式布拉格反射器(DBR) 激光器或法布里一珀羅激光器之類的單波長半導體激光器與諸如二次或三次諧波發(fā)生晶體之類的光波長轉換器件相結合，可形成短波長光源。典型地，晶體用于產(chǎn)生基波激光信號的較高次諧波。為實現(xiàn)此目的，優(yōu)選將激光發(fā)射波長調諧至晶體的光譜中心，并使激光器的輸出與晶體在其輸入面處的波導部分光學對準。諸如MgO摻雜的周期性極化鈮酸鋰(PPLN)晶體之類的典型二次諧波發(fā)生(SHG) 晶體的波導光學模場直徑可以非常小，即在幾微米的數(shù)量級上。將來自激光二極管的束斑與SHG晶體的輸入面的波導部分正確對準是非常有挑戰(zhàn)性的。激光器、耦合光學器件、晶體等的相應位置在光學組件的光學對準中可分別起作用?！愣?，當在特定光學組件的光波導對準中需要亞微米對準容限時，可考慮兩種不同的固定方法——固化環(huán)氧樹脂固定和激光焊接。在固化環(huán)氧樹脂固定中，可通過使用例如UV固化環(huán)氧樹脂來將組件元件設置在位置上，但該固定方法可能對諸如濕度和溫度變化之類的外部因素非常敏感。因此，這種固定方法通常與亞微米穩(wěn)定性不兼容。在激光焊接中，已知其對外部因素相對不敏感，在焊接過程中的熱擴散導致在焊接操作期間組件略微移動。這種后焊接移位導致非常難以實現(xiàn)亞微米對準容限。此外，通常需要諸如激光鍛造之類的相對復雜的附加操作，來補償后焊接移位。本發(fā)明人因此已經(jīng)意識到需要創(chuàng)造設計，使得最后的固定步驟在顯著放松橫向對準容限的位置處執(zhí)行。根據(jù)一個實施例，提供一種光學組件，該光學組件包括激光二極管、 耦合光學器件、波長轉換器件以及多部件安裝框架。耦合光學器件包括以放大系數(shù)Ml形成相對面之一的波導的虛擬放大圖像V的第一透鏡部件以及以放大系數(shù)M2在余下的相對面處形成聚焦圖像V的第二透鏡部件。第一和第二框架部件彼此緊固使得第一和第二框架部件之間的角偏差沿界面間波導至波導光程外的固定界面H產(chǎn)生。放大系數(shù)Ml和M2允許放松光學組件中的橫向對準容限。最后的對準步驟可在固定界面處執(zhí)行，以消除或減輕后焊接移位或環(huán)氧樹脂有關的不穩(wěn)定性。此外，本文所述的方法可顯著增加固定界面處的角對準容限。通過將安裝界面設置成接近虛擬圖像V或其光學等價物，可顯著放松上述角容限。虛擬放大圖像V在光學部件的界面間波導至波導光程的外部。多部件安裝框架包括獨立地固定第一和第二透鏡部件的相對對準的第一和第二框架部件。第一和第二框架部件彼此緊固使得第一和第二框架部件之間的角偏差沿界面間波導至波導光程外的固定界面H產(chǎn)生。虛擬放大圖像V和固定界面H均定位在耦合光學器件的同一側，或者是耦合光學器件的激光二極管側或者是耦合光學器件的波長轉換器件側。根據(jù)另一個實施例，提供一種光學組件，包括第一光學波導、耦合光學器件、第二光學波導以及多部件安裝框架。第一波導、耦合光學器件、第二波導被配置成限定在第一波導和第二波導的相對輸入/輸出面之間延伸的界面間波導至波導光程。耦合光學器件包括以放大系數(shù)Ml形成相對面之一的波導的虛擬放大圖像V的第一透鏡部件以及以放大系數(shù) M2在余下的相對面處形成聚焦圖像V的第二透鏡部件。虛擬放大圖像V在界面間波導至波導光程的外部。多部件安裝框架包括獨立地固定第一和第二透鏡部件的相對對準的第一和第二框架部件。第一和第二框架部件彼此緊固使得第一和第二框架部件之間的角偏差沿界面間波導至波導光程外的固定界面H產(chǎn)生。虛擬放大圖像V和固定界面H均定位在耦合光學器件的同一側。由此，通過在固定界面H處執(zhí)行最后的組件對準步驟，顯著放松橫向對準容限。根據(jù)又一個實施例，耦合光學器件將光學倍減系數(shù)引入界面間波導至波導光程， 使得沿固定界面H的光學偏差產(chǎn)生聚焦圖像V的以系數(shù)1/M2的縮小偏差。附圖簡述特定實施例的以下詳細描述可在結合以下附圖閱讀時被最好地理解，在附圖中相似的結構使用相似的附圖標記指示，而且在附圖中

圖1是根據(jù)本公開構想的一個實施例的光學對準的光學組件的示意圖；圖2是圖1的光學組件中的角偏差的示意圖；圖3是不同于圖1和2所示的光學組件中的角偏差的示意圖；以及圖4是本公開構想的很多替換安裝框架配置之一的示意圖。詳細描述首先參照圖1，根據(jù)構想的一個實施例的光學組件100包括激光二極管10、耦合光學器件20、波長轉換器件30以及包括第一和第二框架部件40、42的多部件安裝框架。激光二極管10、耦合光學器件20、波長轉換器件30被配置成限定在激光二極管10和波長轉換器件30的相對輸入/輸出面12、32之間延伸的界面間的波導至波導光程50。耦合光學器件20包括第一和第二透鏡部件Li、L2，其中之一以放大系數(shù)Ml形成相對面12、32之一的波導的虛擬放大圖像V，而另一個以放大系數(shù)M2在余下的相對面12、 32處形成聚焦圖像V。在所示實施例中，虛擬放大圖像V和固定界面H近似共同位于耦合光學器件20的激光二極管側，但構想到可將耦合光學器件20配置成使得V和H在耦合光學器件20的波長轉換器件側上。在任一情況下，虛擬放大圖像V和固定界面H在耦合光學器件20的同一側上界面間的波導至波導光程50的外部。參照圖1，激光二極管10和第一透鏡部件Ll均固定到第一框架部件40。此外，波長轉換器件30和第二透鏡部件L2固定到第二框架部件42。第一和第二透鏡部件40、42之間的橫向對準容限減小系數(shù)M1，該系數(shù)Ml由第一透鏡部件Ll的放大系數(shù)導出。如圖2所示，多部件安裝框架的第一和第二部件40、42獨立地固定第一和第二透鏡部件Li、L2的相對對準，且彼此緊固使得第一和第二框架部件40、42之間的角偏差沿界面間的波導至波導光程50之外的虛擬光程52中的固定界面H產(chǎn)生。由此，上述角偏差產(chǎn)生虛擬圖像V的最小偏差，以幫助保持光學系統(tǒng)的整體光學完整性。相反，參照圖3，其中固定界面H在界面間的波導至波導光程50中，第一和第二框架部件40、42之間的小角偏差導致從點V至點V’的虛擬圖像的大偏差。在特定實施例中，耦合光學器件20可將倍減系數(shù)引入光學系統(tǒng)。例如，在優(yōu)選整體為1的放大率的情況下，耦合光學器件的放大器可被設計成接近以下關系(Ml) (M2) = -1 以及M2 < 1。由此，沿固定界面H的任何光學偏差將產(chǎn)生聚焦圖像V的以系數(shù)1/M2的縮小偏差。在不需要1放大率的情況下，可形成類似的關系。在任何情況下，第一透鏡部件Ll可包括單個透鏡或多個透鏡，而第二透鏡部件L2 可包括單個透鏡或多個透鏡。此外，為了幫助消除波長轉換器件30的波導上的激光二極管 10的輸出束的任何角偏差，耦合光學器件20可被配置成使得它們是近似遠心的，這是其中在不使圖像聚焦的情況下傳輸圖像的光學配置。當以此方式傳輸激光二極管輸出束的圖像時，如果輸出束的角方向在物面中正確對準，則它也將在像面中正確對準，與源的任何橫向偏差無關。如圖1和2所示，固定界面H由一對交叉接觸面Pl和P2限定。第一和第二框架部件40、42例如經(jīng)由激光焊接沿這些接觸面PI、P2的部分彼此緊固。在緊固狀態(tài)下，接觸面Pl之一將第一和第二框架部件40、42的相對運動固定成近似平行于界面間波導至波導光程50。另一接觸面P2將第一和第二框架部件40、42的相對運動固定成近似垂直于界面間波導至波導光程50。如圖2和4所示，固定界面H可垂直于光程50或相對于光程50偏斜，且可被配置成直接貫穿虛擬圖像V的位置(參見圖幻或從虛擬圖像的位置偏移(參見圖4)。在固定界面H從虛擬圖像V的位置偏移的情況下，通常需要容忍從V至V’的一些偏差，但該偏差仍將大大低于圖3所示情況，其中固定界面H穿過界面間的波導至波導光程 50。盡管第一和第二框架部件40、42可采用各種形式，然而在所示實施例中，它們呈現(xiàn)為相對緊密配合的同軸圓柱。同軸圓柱的圓柱形部分可鄰接以限定第一接觸平面P1。該圓柱可設置有凸緣部45，其可鄰接以限定第二接觸面P2。光學組件還可設置有一個或多個自適應執(zhí)行器，用于激光二極管10、波長轉換器件20或耦合光學器件30的部件的機械調節(jié)。在光學組件100的操作期間，自適應執(zhí)行器可用于通過監(jiān)視光學組件100的經(jīng)波長轉換的輸出強度來使光學組件100的經(jīng)波長轉換的輸出強度最大化，從而使沿光程的特定調節(jié)與最優(yōu)強度值相互關聯(lián)。已詳細地并參照其具體實施例描述了本發(fā)明，顯然在不背離所附權利要求書中所限定的本發(fā)明范圍的情況下多種修改和變化是可能的。例如，盡管本公開的理念是結合包括相對簡潔設計的相對簡單的光學器件的光學組件來闡述的，然而可以預見本公開的理念可在多種光學組件中實踐，包括那些具有配置成傳統(tǒng)光學配置的傳統(tǒng)光學元件的各種光學組件、配置在新的或傳統(tǒng)光學配置中的附加或更少的光學元件或引入以簡化或以其它方式改善所示光學配置的新穎光學元件。在任何情況下，本文所述的概念不應排他地限于具有所示光學配置的應用。
注意，類似“優(yōu)選”、“普遍”和“通?！敝惖男g語在本文中采用時不用于限制要求保護的本發(fā)明的范圍或者暗示某些特征是關鍵性的、必要的、或甚至對要求保護的本發(fā)明的結構或功能而言重要。相反，這些術語僅僅旨在標識本發(fā)明的實施例的特定方面，或強調可用于也可不用于本發(fā)明的特定實施例的替代或附加特征。為了描述和定義本發(fā)明，注意在本文中采用術語“近似”來表示可歸因于任何定量比較、數(shù)值、測量值、或其它表示的固有不確定程度。本文利用該術語來表示一定量表征偏離規(guī)定參考值的變化程度，但不會在此問題上導致主題的基本功能改變。注意，所附權利要求中的一項或多項使用術語“其中”作為過渡短語。出于限定本發(fā)明的目的，應注意該術語是作為開放式的過渡短語而被引入所附權利要求中的，該開放式的過渡短語用于引入對所述結構的一系列特性的陳述，且應當按照與更常用的開放式前序術語“包括”相似的方式進行解釋。
權利要求
1.一種光學組件，包括激光二極管、耦合光學器件、波長轉換器件以及多部件安裝框架，其中激光二極管、耦合光學器件、波長轉換器件被配置成限定在激光二極管和波長轉換器件的相對輸入/輸出面之間延伸的界面間的波導至波導光程；耦合光學器件包括以放大系數(shù)Ml形成相對面之一的波導的虛擬放大圖像V的第一透鏡部件以及以放大系數(shù)M2在余下的相對面處形成聚焦圖像V的第二透鏡部件； 虛擬放大圖像V在界面間波導至波導光程的外部；多部件安裝框架包括獨立地固定第一和第二透鏡部件的相對對準的第一和第二框架部件；第一和第二框架部件彼此緊固使得第一和第二框架部件之間的角偏差沿界面間波導至波導光程外的固定界面H產(chǎn)生；以及虛擬放大圖像V和固定界面H均定位在耦合光學器件的同一側，所述同一側是耦合光學器件的激光二極管側或者是耦合光學器件的波長轉換器件側。
2.如權利要求1所述的光學組件，其特征在于，虛擬放大圖像V和固定界面H占據(jù)界面間波導至波導光程外的虛擬光程。
3.如權利要求1所述的光學組件，其特征在于，虛擬放大圖像V和固定界面H近似處于同一位置。
4.如權利要求1所述的光學組件，其特征在于第一透鏡部件形成激光二極管的輸出面的虛擬放大圖像V ； 第二透鏡部件在波長轉換器件的輸入面上形成聚焦圖像V ；以及第一和第二透鏡部件的相應放大系數(shù)Ml和M2使得第二透鏡部件將倍減系數(shù)引入耦合光學器件。
5.如權利要求1所述的光學組件，其特征在于第一透鏡部件形成波長轉換器件的輸入面的虛擬放大圖像V ； 第二透鏡部件在激光二極管的輸出面上形成聚焦圖像V;以及第一和第二透鏡部件的相應放大系數(shù)Ml和M2使得第二透鏡部件將倍減系數(shù)引入耦合光學器件。
6.如權利要求1所述的光學組件，其特征在于，耦合光學器件的放大率接近以下關系 (Ml) (M2) = -I0
7.如權利要求1所述的光學組件，其特征在于，耦合光學器件的放大率接近以下關系 (Ml) (M2) = -1 以及M2 < 1。
8.如權利要求1所述的光學組件，其特征在于，耦合光學器件將光學倍減系數(shù)引入界面間波導至波導光程，使得沿固定界面H的光學偏差產(chǎn)生聚焦圖像V的以系數(shù)1/M2的縮小偏差。
9.如權利要求1所述的光學組件，其特征在于，第一透鏡部件包括單個透鏡或多個透鏡，且第二透鏡部件包括單個透鏡或多個透鏡。
10.如權利要求1所述的光學組件，其特征在于，耦合光學器件是近似遠心的。
11.如權利要求1所述的光學組件，其特征在于，固定界面H由一對交叉接觸面限定。
12.如權利要求11所述的光學組件，其特征在于接觸面之一將第一和第二框架部件的相對運動固定成近似平行于界面間波導至波導光程；以及接觸面中的另一個將第一和第二框架部件的相對運動固定成近似垂直于界面間波導至波導光程。
13.如權利要求11所述的光學組件，其特征在于，第一和第二框架部件沿接觸面中的至少一個的至少一部分彼此緊固。
14.如權利要求13所述的光學組件，其特征在于，所述第一和第二框架部件經(jīng)由激光焊接緊固。
15.如權利要求1所述的光學組件，其特征在于，所述第一和第二框架部件包括同軸圓柱。
16.如權利要求1所述的光學組件，其特征在于，所述第一和第二框架部件包括有凸緣的同軸圓柱。
17.如權利要求16所述的光學組件，其特征在于同軸圓柱的圓柱形部分鄰接以限定固定界面H的第一接觸面；同軸圓柱的凸緣部分鄰接以限定固定界面H的第二接觸面；以及第一和第二接觸面相交。
18.如權利要求17所述的光學組件，其特征在于第一接觸面將第一和第二框架部件的相對運動固定成近似垂直于界面間波導至波導光程；以及第二接觸面將第一和第二框架部件的相對運動固定成近似平行于界面間波導至波導光程。
19.一種光學組件，包括激光二極管、耦合光學器件、波長轉換器件以及多部件安裝框架，其中激光二極管、耦合光學器件、波長轉換器件被配置成限定在激光二極管和波長轉換器件的相對輸入/輸出面之間延伸的界面間的波導至波導光程；耦合光學器件包括放大系數(shù)為Ml的第一透鏡和放大系數(shù)為M2的第二透鏡部件；多部件安裝框架包括獨立地固定第一和第二透鏡部件的相對對準的第一和第二框架部件；第一和第二框架部件彼此緊固使得第一和第二框架部件之間的角偏差沿界面間波導至波導光程外的固定界面H產(chǎn)生；固定界面H定位在耦合光學器件的一側，所述一側是耦合光學器件的激光二極管側或者是耦合光學器件的波長轉換器件側；以及耦合光學器件將光學倍減系數(shù)引入界面間波導至波導光程，使得沿固定界面H的光學偏差產(chǎn)生聚焦圖像V的以系數(shù)1/M2的縮小偏差。
20.一種光學組件，包括第一光學波導、耦合光學器件、第二光學波導以及多部件安裝框架，其中第一波導、耦合光學器件以及第二波導被配置成限定在第一波導和第二波導的相對輸入/輸出面之間延伸的界面間波導至波導光程；耦合光學器件包括以放大系數(shù)Ml形成相對面之一的波導的虛擬放大圖像V的第一透鏡部件以及以放大系數(shù)M2在余下的相對面處形成聚焦圖像V的第二透鏡部件； 虛擬放大圖像V在界面間波導至波導光程的外部；多部件安裝框架包括獨立地固定第一和第二透鏡部件的相對對準的第一和第二框架部件；第一和第二框架部件彼此緊固使得第一和第二框架部件之間的角偏差沿界面間波導至波導光程外的固定界面H產(chǎn)生；以及虛擬放大圖像V和固定界面H均定位在耦合光學器件的同一側。
全文摘要
提供一種光學組件，包括激光二極管、耦合光學器件、波長轉換器件以及多部件安裝框架。耦合光學器件包括以放大系數(shù)M1形成相對面之一的波導的虛擬放大圖像V的第一透鏡部件以及以放大系數(shù)M2在余下的相對面處形成聚焦圖像V的第二透鏡部件。虛擬放大圖像V在組件的界面間波導至波導光程的外部，且多部件安裝框架包括獨立地固定第一和第二透鏡部件的相對對準的第一和第二框架部件。第一和第二框架部件彼此緊固使得第一和第二框架部件之間的角偏差沿界面間波導至波導光程外的固定界面H產(chǎn)生。虛擬放大圖像V和固定界面H均定位在耦合光學器件的同一側，或者是耦合光學器件的激光二極管側或者是耦合光學器件的波長轉換器件側。公開并要求保護其它實施例。
文檔編號G02B7/00GK102378934SQ201080016215
公開日2012年3月14日 申請日期2010年4月7日 優(yōu)先權日2009年4月7日
發(fā)明者J·高里爾 申請人:康寧股份有限公司