專利名稱：光模塊及光傳輸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有垂直諧振腔面發(fā)光激光器(VCSEL)的光模塊以及光傳輸裝置。
背景技術(shù)：
在光通信體系中，對于LAN(局域網(wǎng))、SAN(存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò))這樣的數(shù)百米短距離的數(shù)據(jù)傳輸，多采用比單模光纖，纖芯直徑更大，更容易與光源光耦合的多模光纖。
使用多模光纖進(jìn)行通信時，存在所謂的模選擇損失的S/N比的劣化問題。為改善模選擇損失，公知的有效方法是使用其出射光的干擾性低的光源。例如，日本專利特開平7-170231號公報所描述的那樣，通過采用多模振蕩的VCSEL(垂直諧振腔面發(fā)光激光器)作為光源，以此來確保1.5Gbps以上的高速數(shù)據(jù)傳輸中的數(shù)百米的傳輸距離。
特開平7-170231號公報但是，多模振蕩的VCSEL存在著每一振蕩模的偏振波方向不同的問題，而且，如果傳輸信道中設(shè)置了具有偏振光選擇性的光學(xué)元件，那么由于來自VCSEL的發(fā)射光的振蕩模競爭會使光學(xué)元件的透射(或反射)光量產(chǎn)生變動而導(dǎo)致S/N比的降低。為此，希望在使用多模光導(dǎo)纖維的多種通訊形式中，開發(fā)出能夠獲得抗噪聲性能優(yōu)良的信號光的光源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種適合于采用多模光纖通信形式的光模塊以及光傳輸裝置。
(1)本發(fā)明涉及一種光模塊，包括面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器，通過多模振蕩出射在兩個給定的偏振光軸上優(yōu)先定向的偏振光；光學(xué)構(gòu)件，對于預(yù)設(shè)的偏振光有選擇地發(fā)揮透射功能、反射功能、折射功能及衍射功能中的至少一種功能；其中所述光學(xué)構(gòu)件的其主平面與所述面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器出射光的前進(jìn)方向交叉設(shè)置，所述面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器的其出射光的所述兩個偏振光軸不與所述光學(xué)構(gòu)件的偏振光軸重合設(shè)置。
在本發(fā)明中，所謂偏振光軸優(yōu)先定向是指存在比其他偏振光軸的輸出光量更大的偏振光軸。而且，所謂多模振蕩則指的是發(fā)射光的橫模不僅僅是基本(0次)模振蕩，還包含一次模以上的高次模振蕩。
根據(jù)本發(fā)明，由于面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器進(jìn)行多模振蕩，所以，其出射光干涉性低，即使使用多模光導(dǎo)纖維，也很少產(chǎn)生因模選擇損失而造成的S/N比降低。另外，關(guān)于面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器的出射光偏振波方向，由于優(yōu)先定向的兩個偏振光軸與光學(xué)構(gòu)件的偏振光軸不重疊地設(shè)置，所以，即使產(chǎn)生模競爭(互擾)，經(jīng)由光學(xué)構(gòu)件的(受到過透射、反射、折射或衍射的作用)光的光量變動也不會太大。因此，根據(jù)本發(fā)明，能夠獲得適用于多模光纖通信方式的低噪聲光源。
(2)在本發(fā)明所涉及的光模塊中，包括光探測器(受光器件)，用于接收所述面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器的至少一部分出射光；所述光學(xué)構(gòu)件可以通過在所述主面上進(jìn)行反射、折射或者衍射至少部分出射光，而將所述面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器出射光的反射光、折射光、或衍射光引導(dǎo)至所述光探測器。這樣做，可以穩(wěn)定光模塊的輸出光量和光探測器的監(jiān)控光量。
(3)在本發(fā)明的光模塊中，可以將所述面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器設(shè)置成使相對于所述光學(xué)構(gòu)件偏振光軸的出射光的所述兩個偏振光軸角度分別相等的狀態(tài)；這樣，位于優(yōu)先定向的兩個偏振光軸中間位置的軸方向的偏振光，因模式競爭而引起的光量變動很少，所以可以獲得大幅降低了噪聲的光源。
(4)根據(jù)本發(fā)明所涉及的光模塊，其中所述面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器可以出射沿半導(dǎo)體基板的解理面方向的兩個軸優(yōu)先定向的偏振光。這樣，可以實現(xiàn)具有面發(fā)光型半導(dǎo)體的光源，該面發(fā)光型半導(dǎo)體具有依存于半導(dǎo)體基板的結(jié)晶位向的兩個優(yōu)先偏振光軸。
(5)在本發(fā)明所涉及的光模塊中，所述面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器可以包括至少一部分平面形狀是圓形或正方形的諧振腔結(jié)構(gòu)。例如，可以將構(gòu)成諧振腔的一對反射鏡中的一個反射鏡做成圓形或正方形。這樣，由于諧振腔的平面形狀是各向同性的，所以，可以實現(xiàn)具有出射光偏振光軸依存于半導(dǎo)體基板的結(jié)晶位向的面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器的光源。
(6)上述光模塊，例如，可以適用于LAN、SAN等使用的光傳輸裝置。


圖1為本實施例的第一光模塊示意圖。
圖2為在本實施例的光模塊中使用的面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器示意圖。
圖3為在本實施例的光模塊中使用的面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器示意圖。
圖4為面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器出射光的偏振光相關(guān)性示意圖。
圖5為本實施例涉及的面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器與反射鏡的設(shè)置關(guān)系示意圖。
圖6為本實施例的第一光模塊的變形例示意圖。
圖7為本實施例的第二光模塊示意圖。
圖8為本實施例的光傳輸裝置示意圖。
具體實施例方式
下面，對于本發(fā)明優(yōu)選實施例，參照附圖進(jìn)行說明。
1.第一光模塊圖1給出了本發(fā)明的實施方式所涉及的第一光模塊模式圖。
根據(jù)本實施例的光模塊，通過陶瓷制成的并在其上表面(組裝面)形成金屬膜(確保與管座5絕緣)的VCDEL用輔助支架(廣義上指單純的支架)10a，將與所述輔助支架電連接的垂直諧振腔面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器(廣義上指發(fā)光元件以下簡稱為VCDEL)10安裝在金屬管座5上，而且，在管座5上裝有監(jiān)視器PD(20)，用于監(jiān)控(監(jiān)視)VCDEL10的出射光量。
本實施例所涉及的光模塊，具有用于與外部互相收發(fā)電信號的引線管腳1～3，利用這些管腳，通過導(dǎo)線接合法將VCDEL10、VCDEL用輔助支架10a以及監(jiān)視器PD20進(jìn)行電連接。
同時，VCDEL10可以采用在預(yù)設(shè)的兩個偏振光軸(廣義上為第一偏振光軸及第二偏振光軸)中獲得的直線偏振光。具體地講，如圖2所示，VCDEL10具有諧振腔結(jié)構(gòu)，該諧振腔是由在(100)結(jié)晶面的n型GaAs基板100上面用GaAs/AlGaAs系化合物半導(dǎo)體材料形成的下位反射鏡(多層反射膜)層102、激活層104、及上位反射鏡(多層反射膜)層106層疊而成的。另外，圖2中的符號108是由氧化膜形成的絕緣層。圖2中的符號112、114分別為p型電極、n型電極。VCDEL10具有通過氧化上位反射鏡層106中的一部分而形成電流狹窄層106a。在VCDEL10中，根據(jù)該電流狹窄層106a的直徑φ控制注入激活層104的注入電流密度，然后將激活區(qū)(發(fā)光區(qū))104a的直徑確定為適于多模振蕩的直徑(例如，大于等于8μm)。另外，代替電流狹窄層106a的設(shè)置，也可以將激活層104的直徑加工成能產(chǎn)生多模振蕩的直徑。在VCDEL10中，通過各向異性蝕刻將激活層104及上位反射鏡層106整形為圓形，使之成為圓形諧振腔構(gòu)造。對于這樣具有各向同性形狀的諧振腔，出射光的偏振光特性與基板的結(jié)晶位向相關(guān)(優(yōu)先導(dǎo)向)。具體地講，使用(100)結(jié)晶面時，結(jié)果在
、
的相互直交的兩個軸方向具有可以獲得(光量大的)直線偏振波的偏振光優(yōu)勢軸(廣義為偏振光軸)。也就是說，可稱之為在基板的晶體解理面方向(廣義為特定的兩個結(jié)晶方向)出射光的偏振光軸優(yōu)先定向。而且，關(guān)于在諧振腔上形成的p型電極112，如果形成其出射口具有均質(zhì)性(各向同性)，則由于注入諧振腔的電流密度分布均勻，而使對VCDEL10的偏振光優(yōu)勢軸的基板晶體解理面方向的依存性增強。另外，偏振光優(yōu)勢軸不一定必須直交。
VCDEL10的諧振腔結(jié)構(gòu)不限于圓形，例如，圖3所示的平面形狀為正方形(廣義為矩形)的諧振腔結(jié)構(gòu)也可以。如果這樣，因為沿諧振腔側(cè)壁的兩個方向具有各向同性，所以與圓形諧振腔結(jié)構(gòu)相比較，可以認(rèn)為能夠發(fā)揮強偏振光軸的晶體解理面方向的依存性。這種情況下，如果形成的p型電極112具有正方形出射口，從注入電流的密度分布方面考慮，偏振光軸的優(yōu)先定向控制是可能的。
在此，對于VCSEL10的出射光，本申請的發(fā)明者們采用偏振光濾光器，測量了偏振光角度的依存性。圖4給示出了用千兆位以太網(wǎng)(GbE)的使用頻帶937.5MHz進(jìn)行測量時的VCSEL10的出射光的相對強度噪聲(RIN)顯示的噪聲特性。測量是以n型GaAs襯底100的其中一解理面方向為基準(zhǔn)(0度)。根據(jù)圖4可判斷在解理面方向上噪聲大，而兩個解理面方向
、
的中間角度上，噪聲大幅減小。即，VCSEL10的出射光具有優(yōu)先定向于解理面方向的兩個偏振光優(yōu)位軸。
同時，監(jiān)視器PD20可以采用使用了Si、Ge等半導(dǎo)體或化合物半導(dǎo)體(GaAs系、InP系)的PN光電二極管、PIN光電二極管等公知的光探測器。具體地講，就是使用具有適合于VCDEL10振蕩波長的受光波段的光探測器。
在本實施例所涉及的光模塊中，將上述VCDEL10、VCDEL用的輔助支架10a和監(jiān)視器PD20封裝在與管座5結(jié)合(或整體形成)的金屬容器7的內(nèi)部。在VCDEL 10及監(jiān)視器PS 20的上方，作為VCDEL 10的出射光的出射窗而具有選擇性的反射鏡(廣義為光學(xué)構(gòu)件)30與VCDEL 10的出射光P1的行進(jìn)方向呈交叉狀態(tài)設(shè)置容器7。反射鏡30在玻璃板的一面(廣義為主平面)具有由金屬膜(單層、多層都可)或電介質(zhì)膜(單層、多層都可)形成的反射面30a。在該反射面30a上，p偏振光比s偏振光的透射率還高，具有預(yù)設(shè)的偏振光透射軸(廣義為第三偏振光軸)。在反射面30a上的光的透射率根據(jù)反射膜的厚度或材料所決定，當(dāng)形成多層反射膜時，還受其層數(shù)影響。反射鏡30透射VCDEL 10的部分出射光P1，并輸出光P2向外部輸出，同時，反射其余的光，并將監(jiān)測光P3引導(dǎo)至(入射)監(jiān)視器PD。
下面，就VCDEL10與反射鏡30的設(shè)置關(guān)系進(jìn)行說明。
在本實施例中，利用VCSEL10的出射光所具有的兩個偏振光優(yōu)位軸與反射鏡30的偏振光透射軸的配置關(guān)系，達(dá)到光模塊的低噪聲化。具體而言，沿著VCSEL10的基板解理面方向(
、
)的兩個偏振光優(yōu)位軸不能配置成與反射鏡30的偏振光透射軸相重疊。據(jù)此，可以可靠地從反射鏡30獲取如圖4所示的較低噪聲的直線偏振光。而且如果考慮取決于模競爭的輸出光量及監(jiān)控光量的抗變動性，則希望如圖5所示，設(shè)置成其VCSEL10所具有的兩個偏振光優(yōu)位軸各自與反射鏡30的偏振光透射軸所成的角度θ1，θ2相等(例如45度)(位于垂直于半導(dǎo)體襯底的解理面方向間的中間位置)。另一方面，如圖5(B)所示，若設(shè)置成VCSEL10的兩個偏振光優(yōu)位軸的一軸與反射鏡30的偏振光透射軸重合，那么由圖4可知，當(dāng)發(fā)生模競爭時，光模塊的輸出光量、監(jiān)控光電二極管20的監(jiān)控光量會產(chǎn)生很大的變動。
如上所述，根據(jù)本實施例所涉及的光模塊，由于VCDEL 10多模振蕩，其出射光干涉性低，所以即是使用多模光導(dǎo)纖維，也很少會因模式選擇而降低了S/N比。而且，由于VCDEL 10所具有的兩個偏振光優(yōu)勢軸被設(shè)置成與反射鏡30的偏振光面30a的偏振光透射軸不重合，所以，即使產(chǎn)生模式競爭，透過反射鏡30的光量及由反射鏡30反射的光量變動也不大。因此，根據(jù)本實施方式的光模塊，可以實現(xiàn)對于使用多模光纖的通信形態(tài)而十分適合的低噪聲光源。并且，根據(jù)本實施方式，因通過反射鏡30透射的光量以及反射的光量即使是在模競爭發(fā)生的情況下，也很難發(fā)生變動，所以能夠穩(wěn)定光模塊的輸出光P2的光量與監(jiān)控光電二極管20的監(jiān)控光P3的光量。
特別是，如果相對于反射鏡30設(shè)置VCDEL 10，使VCDEL 10所具有的兩個偏振光優(yōu)勢軸的每一個相對于反射鏡30的偏振光透射軸具有相等的角度θ1、θ2，那么，由于模式競爭而產(chǎn)生的光量變動不多，所以，可以實現(xiàn)位于兩個偏振光優(yōu)勢軸中間位置的軸方向的偏振光就是大幅度低噪聲化的光源。
特別是如果按VCSEL10的兩個偏振光優(yōu)位軸各自與反射鏡30的偏振光透射軸所成的角度θ1和θ2相等那樣與反射鏡30相向配置VCSSEL10，則因模競爭而造成的位于兩個偏振光優(yōu)位軸中間的軸方向上的偏振光的光量變動很小，所以能夠?qū)崿F(xiàn)大幅降低了噪聲的光源。
作為第一光模塊的變形例，如圖6所示，也可以用衍射光柵(廣義為光學(xué)構(gòu)件)32代替反射鏡30使用。在使用了衍射光柵32時，也可以設(shè)置在VCDEL 10的上方，以使衍射光柵32的一個平面(廣義為主平面)32a與VCDEL 10的出射光P1交叉。此時，以能將1次衍射光(廣義上指低次衍射光)導(dǎo)向監(jiān)控光電二極管20來決定衍射光柵32與監(jiān)控光電二極管20的配置關(guān)系。因衍射光柵32也有有沿光柵方向的偏振光選擇性，所以，對于本變形實施例所涉及的光模塊，也與圖1所示的光模塊同樣，可以作為輸出光P2而獲得適用于多模光導(dǎo)纖維的通訊形式的低噪聲直線偏振光，還可以提高相對于輸出光P2及監(jiān)視光P3的模式競爭的光量抗變動性。同時，本實施方式除利用透射，反射或者衍射外，還可以利用光的折射，采用將光導(dǎo)入監(jiān)控光電二極管20的構(gòu)成。
2.第二光模塊圖7給出了本發(fā)明第二實施方式所涉及的第二光模塊的模式圖。
該光模塊由VCDEL 10、光波導(dǎo)型光導(dǎo)元件(廣義為光學(xué)構(gòu)件)40構(gòu)成。其中VCDEL 10，與所述第一光模塊相同，例如可以采用圖2、圖3所示的結(jié)構(gòu)，所以省略其詳細(xì)說明。
光導(dǎo)元件40具有由型芯44和金屬包層42形成的光波導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)，其中，金屬包層42是由比型芯44的折射率低的材料形成的。在使用該光模塊時，多模光導(dǎo)纖維連接于光導(dǎo)元件40的前端。而且，光導(dǎo)元件40設(shè)置成使其與VCDEL 10的出射光P1的進(jìn)行方向交叉的狀態(tài)，光導(dǎo)元件40具有反射面44a，該反射面設(shè)有提高s偏振光反射率的偏振光反射軸(廣義為偏振光軸)。即，VCDEL 10的出射光P1通過反射面44a反射，反射光P2由型芯44引導(dǎo)。而且，在金屬包層42的表面設(shè)有p型電極用的電極部46p和n型電極用電極部46n，例如，VCDEL 10以面朝下的狀態(tài)通過凸起塊50倒裝片式結(jié)合。即，該光模塊從電極部46p、46n接收來自外部的輸入電信號后進(jìn)行動作。型芯44和金屬包層42，例如可以從薄膜光波導(dǎo)管、石英系光導(dǎo)纖維、塑料系光導(dǎo)纖維等材料所使用的熟知的材料中選出的材料形成。作為用于薄膜光波導(dǎo)管的材料，可以列舉出氧化硅(Sio2)或鈮酸鋰(LiNbO3)等。作為石英系光導(dǎo)纖維材料，可以列舉出以所述氧化硅為代表的氧化物系的玻璃、重金屬氟化玻璃(As-S系、As-Ge-Se系、Ge-S系)等。作為塑料系光導(dǎo)纖維的材料，可以列舉出聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、鄰苯二甲酸二烯丙基脂樹脂、苯基異丁烯酸脂、氟聚合物等。
如圖7所示，本實施例的光模塊中，沿VCDEL 10的晶體解理面方向(
、
)的兩個偏振光優(yōu)勢軸的設(shè)置，避免與光導(dǎo)構(gòu)件40的反射面44a的偏振光反射軸重合。因此，穿過構(gòu)成光波導(dǎo)管的型芯44內(nèi)部的光P2的噪聲低、成為很少受振模競爭引起光量變動的直線偏振光。
所以，在第二光模塊中，也可以獲得適用于使用多模光導(dǎo)纖維的通信形式的低噪聲直線偏振光。而且，還能提高對輸出光模競爭的抗光量變動性。
3.光傳輸裝置圖8為應(yīng)用本實施例的光模塊的光傳輸裝置示意圖。
光傳輸裝置90用于計算機、顯示器、打印機等電子儀器92的相互連接。電子儀器92也可以是信息通信儀器。光傳輸裝置也可以是在電纜94的兩端裝上插頭96的裝置。具體講電纜94是多模光導(dǎo)纖維。作為發(fā)送信息用的光源，插頭96的構(gòu)成可以包括本實施例的光模塊。使用該光傳輸裝置，通過光信號可以進(jìn)行電子儀器間的數(shù)據(jù)傳送。
通過本實施例所示的光傳輸裝置進(jìn)行相互連接的電子儀器也可以是液晶顯示監(jiān)視器、數(shù)字CRT(用于金融、通信銷售、醫(yī)療、教育領(lǐng)域)、液晶投影儀、等離子顯示面板(PDP)、數(shù)字TV、零售店的現(xiàn)金出納機(POS用)、錄像機、調(diào)諧器、游戲機等。
以上對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行了說明。但是，本發(fā)明不限于上述實施例，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在本發(fā)明要旨的范圍內(nèi)，可以加以各種變形。例如，構(gòu)成VCSEL 10各層的材料不限于GaAs系，也可以是InP系、GaN系的化合物半導(dǎo)體。本發(fā)明的各種更改、變化和等同替換均由所附的權(quán)利要求書的內(nèi)容涵蓋。
符號說明10面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器、20監(jiān)視器PD20(光檢測構(gòu)件)、30反射鏡(光學(xué)構(gòu)件)、30a反射面(主平面)、32衍射光柵(光學(xué)構(gòu)件)
權(quán)利要求
1.一種光模塊，包括面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器，用于多模振蕩發(fā)射在兩個給定的偏振光軸上優(yōu)先定向的偏振光；光學(xué)構(gòu)件，對預(yù)定的偏振光有選擇地發(fā)揮透射功能、反射功能、折射功能、及衍射功能中的至少一種功能；其中，所述光學(xué)構(gòu)件被設(shè)置成其主平面與所述面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器的出射光的前進(jìn)方向交叉的狀態(tài)；以及所述面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器被設(shè)置成其的出射光的所述兩個偏振光軸與所述光學(xué)構(gòu)件的偏振光軸不能重合的狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光模塊，包括光探測器，用于接收所述面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器的出射光的至少一部分；其中，所述光學(xué)構(gòu)件，通過在所述主平面進(jìn)行反射、折射、或衍射，將所述面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器的出射光的至少一部分反射光、折射光、或衍射光引導(dǎo)至所述光探測器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光模塊，其中，所述面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器設(shè)置成其出射光的所述兩個偏振光軸與所述光學(xué)構(gòu)件的偏振光軸分別形成的角度相等的狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的光模塊，其中，所述面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器用于發(fā)射在沿半導(dǎo)體基板的解理面方向的兩個軸上優(yōu)先定向的偏振光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的光模塊，所述面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器包括其至少一部分平面形狀是圓形或正方形的諧振腔結(jié)構(gòu)。
6.一種光傳輸裝置，其包括權(quán)利要求1至5中任一項所述的光模塊。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種適用于多模光纖通訊方式的光模塊及光傳輸裝置。所述光模塊包括面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器(10)，通過多模振蕩出射在兩個預(yù)設(shè)的偏振光軸優(yōu)先定向的偏振光；光學(xué)構(gòu)件(30)，對于預(yù)設(shè)的偏振光有選擇地發(fā)揮透射功能、反射功能、折射功能、及衍射功能中至少一種功能；光學(xué)構(gòu)件(30)設(shè)置成其主平面(30a)與面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器(10)的出射光前進(jìn)方向交差，且偏振光面(30a)的偏振光軸與面發(fā)光型半導(dǎo)體激光器(10)的出射光的偏振光軸不相重合的狀態(tài)。
文檔編號H01S5/183GK1595740SQ200410074589
公開日2005年3月16日 申請日期2004年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月8日
發(fā)明者井出次男, 有竹裕介 申請人:精工愛普生株式會社