專利名稱：邊粘合的光學(xué)封裝件的制作方法
邊粘合的光學(xué)封裝件相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求2009年5月沈日提交的美國申請(qǐng)No. 12/471,681的優(yōu)先權(quán)益。
背景技術(shù)：
本公開涉及經(jīng)頻率轉(zhuǎn)換的激光源、激光投影系統(tǒng)以及更具體地涉及在例如蜂窩電話、PDA、膝上計(jì)算機(jī)等應(yīng)用中的激光源和多色激光投影儀的光學(xué)封裝結(jié)構(gòu)。概述本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)經(jīng)頻率轉(zhuǎn)換的激光源和多色激光投影儀必須是緊湊的以可適用于許多投影應(yīng)用。該目的在需要三個(gè)獨(dú)立色源(紅、綠、藍(lán))的多色投影系統(tǒng)中尤其有挑戰(zhàn)性。盡管紅、藍(lán)色源是合理緊湊的，然而經(jīng)頻率轉(zhuǎn)換的綠色激光源在這個(gè)方面表現(xiàn)出特殊的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗鼈兺ǔ＠庙敿す庠春投沃C波發(fā)生(SHG)晶體或一些其它類型的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件。有源或無源耦合光學(xué)器件經(jīng)常被利用來確保頂泵浦光與SHG晶體的波導(dǎo)的正確對(duì)準(zhǔn)。封裝件也可包括用于提高寬溫度范圍內(nèi)的機(jī)械穩(wěn)定性的硬件。同時(shí)，這些器件增加了總封裝件體積和工作復(fù)雜性。本公開的特定實(shí)施例使SHG晶體或其它類型波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件緊靠激光源以消除對(duì)耦合光學(xué)器件的需求，減少封裝器件的數(shù)目并減小封裝件體積。根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例， 提供一種光學(xué)封裝件，該光學(xué)封裝件包括包括激光器底部的激光源子組件以及包括轉(zhuǎn)換器底部的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件子組件。激光器底部的粘合界面粘合住轉(zhuǎn)換器底部的互補(bǔ)的粘合界面，以使激光器輸出面以預(yù)定的界面間距X親近耦合于轉(zhuǎn)換器輸入面。針對(duì)精確刻面對(duì)準(zhǔn)的獨(dú)立預(yù)制和特征化各子組件導(dǎo)致浪費(fèi)減少和成本降低。公開并考慮了其它實(shí)施例。例如， 考慮使本公開的理念應(yīng)用于包括光源、激光器或非激光器以及接收機(jī)的任何光學(xué)封裝件， 不管它是波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件還是某些其它類型的下游光學(xué)器件。附圖簡(jiǎn)述本發(fā)明的特定實(shí)施例的以下詳細(xì)描述可在結(jié)合以下附圖閱讀時(shí)被最好地理解，在附圖中類似的結(jié)構(gòu)使用類似的附圖標(biāo)記指示，而且在附圖中

圖1和圖2示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的親近耦合的光學(xué)封裝件；圖3A和;3B是在類似于圖1和圖2所示的光學(xué)封裝件中提供波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件的又一替代方案的示意性平面圖；圖4A-4D是示出其中波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件可在類似于圖1和圖2所示的光學(xué)封裝件內(nèi)垂直傾斜的方式的示意性正視圖；圖5-7示出包括激光源子組件和獨(dú)立波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件子組件的光學(xué)封裝件，其中經(jīng)由互補(bǔ)的粘合界面形成邊粘合；圖8-10示出包括激光源子組件和獨(dú)立波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件子組件的光學(xué)封裝件，其中共同穩(wěn)定結(jié)構(gòu)配合住沿激光器底部和轉(zhuǎn)換器底部延伸的外圍橋臺(tái)(abutment)；圖11-13示出包括激光源子組件和獨(dú)立波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件子組件的光學(xué)封裝件，其中各夾緊基準(zhǔn)面利于激光器底部和轉(zhuǎn)換器底部的嵌套(nesting)；以及
圖14是用于固定包括激光源子組件和獨(dú)立波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件子組件的光學(xué)封裝件的方式的示意圖。發(fā)明詳述首先參見圖1和圖2，其示出根據(jù)本公開一個(gè)實(shí)施例的光學(xué)封裝件100。圖1示出包括激光源10和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20的光學(xué)封裝件100。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20包括由α -切割刻面22和β -切割刻面M形成的輸入面、輸出面沈和從輸入面向輸出面沈延伸的波導(dǎo) 30。激光源10被定位成使激光源10的輸出面12親近耦合于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20的輸入面的波導(dǎo)部分。為了描述和定義本公開，要注意當(dāng)激光源的輸出面與波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件的輸入面的親近是用于將來自激光源的光信號(hào)耦合入波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件的波導(dǎo)的主要機(jī)制時(shí)，可將該激光源視為“親近耦合”于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件。常見親近耦合的封裝件將不在激光源和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件之間的光程中采用準(zhǔn)直、聚焦或其它類型的耦合光學(xué)器件，盡管考慮到一些親近耦合的封裝件可在激光器和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件之間采用相對(duì)次要的光學(xué)元件，例如光學(xué)膜、保護(hù)元件、校正透鏡、濾光器、光漫射器等。在任何情形下，對(duì)于親近耦合的封裝件，考慮使激光器與波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件的親近性成為從激光器耦合至波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件的光強(qiáng)度的至少30%的成因。其中相同結(jié)構(gòu)用相同附圖標(biāo)記表示的圖2更詳細(xì)地示出波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20的輸入面。如前面提到的，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件的輸入面包括α-切割刻面22和β-切割刻面對(duì)。輸入面的α -切割刻面22相對(duì)于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20的波導(dǎo)30以水平角α取向，以使激光源10 的輸出刻面12與波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20的輸入面親近耦合。輸入面的β-切割刻面M相對(duì)于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20的波導(dǎo)30以水平角β取向，并與水平傾角Φ協(xié)作以減小從波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20的輸入面進(jìn)入激光源10的背面反射，該背面反射通常是由從波導(dǎo)背面的輸入面反射進(jìn)入激光源的輸出面的接受光錐的光引起的。為了利用前面提到的親近耦合，應(yīng)當(dāng)選擇角α和角β以滿足下列關(guān)系α < 180° -β < φ.如圖2、3Α和:3Β所示，其中相同結(jié)構(gòu)用相同附圖標(biāo)記表示并且波導(dǎo)30相對(duì)于激光源10的輸出面12以水平傾角Φ取向，為了進(jìn)一步提高親近耦合，α-切割刻面22的角α 一般建立在小于沿從波導(dǎo)30的共方向測(cè)得的水平傾角Φ的值。替代地，這可能只足夠確保 α -切割刻面22、β -切割刻面M或兩者以相對(duì)于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20的波導(dǎo)30呈銳角地取向，為了本公開的描述和定義，該銳角是小于90°的角。例如，但非作為限定，水平傾角Φ 可落在大約75°和大約85°之間，α-切割刻面22的角α可比水平傾角φ小大約10° 至大約15°，而β-切割刻面M的角β可以是大約80°。不管為角α和角β選擇的具體角度為何，α -切割刻面22和β -切割刻面M將在輸入面上形成頂點(diǎn)28。如圖:3Β所示，頂點(diǎn)觀與輸入面的波導(dǎo)部分隔開，通常隔開小于大約20 μ m的波導(dǎo)間隔y。此外，頂點(diǎn)觀以面間間距χ與激光源10的輸出面12隔開，該面間間距χ可以是小于大約5μπι的數(shù)量級(jí)。在所示實(shí)施例中促成親近耦合，因?yàn)榻铅?、β的相?duì)符號(hào)和大小形成缺失本體部分25，若非如此它會(huì)出現(xiàn)在不包括α切割刻面22的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件中。在親近耦合的封裝件中，其邊界由圖2中的虛線繪出的缺失本體部分25打破激光源10的輸出面12并圖解使α -切割刻面22增強(qiáng)親近耦合的度數(shù)。換句話說，α -切割刻面22去除一部分波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20，該部分若非如此就會(huì)對(duì)緊密親近耦合造成物理障礙。該去除部分在圖2中圖示為缺失的本體部分25。激光源10優(yōu)選地親近耦合于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20的波導(dǎo)30部分而無需用到居間光學(xué)器件。為了描述和定義本公開，要注意“居間光學(xué)器件”是光學(xué)性質(zhì)不一定支持激光源或波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件的功能的那些器件。例如，居間光學(xué)器件可包括位于激光源和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件之間的光程內(nèi)的準(zhǔn)直或聚焦透鏡，但不包括形成在激光器的輸出面或波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件的輸入面上的抗反射性或反射性鍍膜。在圖2和圖3A的實(shí)施例中，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件的輸出面沈取向以匹配β -切割刻面 M的角β。替代地，如圖3Β所示，考慮使波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20的輸出面沈包括一對(duì)附加的刻面，這對(duì)刻面與波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件的輸入面的α-切割刻面和β-切割刻面呈鏡像。圖4A-4D是示出其中波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20可在光學(xué)封裝件100內(nèi)垂直傾斜以彌補(bǔ)激光源10的輸出面12的相應(yīng)傾斜的方式的示意性正視圖。更具體地，一并參見圖4A-4D，在一些應(yīng)用中，激光源10的輸出面12將以垂直角δ相對(duì)于激光源10的光軸15取向。該角一般以幾度的數(shù)量級(jí)出現(xiàn)但在圖4A-4D中為了說明性目的而被夸大。類似地，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20的輸入面將相對(duì)于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件的波導(dǎo)以垂直角θ取向。垂直角θ —般超出90°， 但可根據(jù)針對(duì)光學(xué)封裝件選取的特定波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20取各種值，包括圖4Β中所示的正交角。輸入面的垂直角θ和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20相對(duì)于光軸15所取的垂直傾角γ被選擇以至少部分地補(bǔ)償由激光輸出面角S引發(fā)的光學(xué)失準(zhǔn)。參見圖4Β和4D，在一些實(shí)施例中為了進(jìn)一步利于親近耦合，優(yōu)選的是為波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20的輸入面提供相對(duì)于波導(dǎo)30以垂直角ω取向的ω-切割刻面四。ω切割刻面 29以與圖1-3的α-切割刻面22類似的方式發(fā)揮作用，也就是它去除了波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20 的一些部分，如若不然這些部分就會(huì)對(duì)緊密親近耦合形成物理障礙。例如參見圖4Β所示的缺失本體部分25?；诩す庠?0的輸出面12和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20的輸入面內(nèi)拋光的相應(yīng)有角度刻面的傾斜，激光源10和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20的襯底可如圖4Β和4D所示地那樣削錐。 這種襯底削錐利于在子組件制造期間更容易的刻面對(duì)準(zhǔn)。通過這些適宜地預(yù)先確定的削錐角，可最小化親近間隙而不損害激光源1的輸出面12或波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20的輸入面。另外， 前面提到的削錐最小化了角對(duì)準(zhǔn)損失并提供更好的耦合效率。為了幫助在其中波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20和激光源10由獨(dú)立疊塊支承的親近耦合的光學(xué)封裝件內(nèi)保持最佳的光耦合，獨(dú)立疊塊的各個(gè)熱膨脹系數(shù)可匹配以將各疊塊的熱膨脹考慮在內(nèi)，若非如此可能造成激光源10和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20之間的耦合效率損失，因?yàn)楣鈱W(xué)封裝件在正常工作中經(jīng)歷溫漂。在許多情形下，使本文描述的親近耦合光學(xué)封裝件絕熱是不困難的，因?yàn)槿狈︸詈瞎鈱W(xué)器件允許減小疊塊高度，使其更易于匹配獨(dú)立疊塊的各熱膨脹系數(shù)。例如參見圖1，其中激光源10由激光器疊塊11支承并且波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20由轉(zhuǎn)換器疊塊21支承，光學(xué)封裝件100可通過確保兩獨(dú)立疊塊11、21的各熱膨脹系數(shù)匹配而被絕熱。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，兩獨(dú)立疊塊11、21的熱膨脹系數(shù)在光學(xué)封裝件100的工作溫度范圍內(nèi)匹配在大約0. 01 μ m內(nèi)。例如，激光器疊塊11可包括氮化鋁、金金屬化襯墊和鉬，并且轉(zhuǎn)換器疊塊21可包括硅。為了定義和描述本公開，要注意“疊塊”可包括任何數(shù)量的層。 另外，考慮使熱膨脹系數(shù)匹配的程度取決于要求程度的耦合效率而增大或減小。圖1也示出使用位于下面的熱空穴50以減輕在光學(xué)封裝件100工作期間形成在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20內(nèi)的熱梯度。因?yàn)榧す庠?0親近耦合于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20，因此由于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20的輸入面和輸出面沈之間的溫差可能沿波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20的長(zhǎng)度形成很大的熱梯度，尤其是當(dāng)光學(xué)封裝件100例如通過自然對(duì)流被動(dòng)冷卻時(shí)。這些熱梯度可通過在基頻激光的頻譜寬度上平移相位匹配波長(zhǎng)而降低波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20的效率。如圖1所示，位于下面的熱空穴50可設(shè)置在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20的輸入面附近以幫助波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20的輸入端的熱隔絕，并減少沿波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20的工作溫度梯度。絕熱的另一示例示出于圖5和圖6的實(shí)施例中，其中波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20和激光源10 由共同底部70支承，該底部包括安裝槽72。安裝槽72包括削錐的壁部分74和超出波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20的相應(yīng)橫向尺寸ζ’的最小橫向尺寸z，由此當(dāng)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20位于削錐壁部分 74之間的安裝槽72內(nèi)時(shí)，縱向間隙76在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20和安裝槽72之間延伸?？v向取向的結(jié)構(gòu)78位于安裝槽72的削錐壁部分74和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20的側(cè)部之間。為了便于描述和定義本公開，要注意所述縱向指從波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20的輸入面至波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件20的輸出面沈的方向。圖5-7示出包括激光源子組件110和獨(dú)立波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件子組件120的光學(xué)封裝件 100，其中經(jīng)由互補(bǔ)的粘合界面形成親近耦合的邊粘合。更具體地，在圖5-7的實(shí)施例中，激光源組件包括激光器底部112，該激光器底部112包括粘合界面114和激光二極管115。激光二極管115固定于激光器底部112以使激光器輸出面的就位位置A相對(duì)于粘合界面114 固定在X-Y-Z坐標(biāo)系中(見圖5A)。預(yù)期激光二極管115可以多種方式固定于激光器底部 112，包括例如通過粘合劑粘結(jié)(UV熱環(huán)氧樹脂)、軟釬焊、激光焊、機(jī)械連接等。類似地，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件子組件120包括轉(zhuǎn)換器底部122和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件125，轉(zhuǎn)換器底部122包括互補(bǔ)的粘合界面124，而波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件125包括轉(zhuǎn)換器輸入面126、轉(zhuǎn)換器輸出面128以及以轉(zhuǎn)換器件傾角Φ從轉(zhuǎn)換器輸入面1 延伸至轉(zhuǎn)換器輸出面128的波導(dǎo)。 波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件125固定于轉(zhuǎn)換器底部122以使轉(zhuǎn)換器輸入面126的就位位置B和波導(dǎo)的傾角Φ相對(duì)于互補(bǔ)的粘合界面124固定在X-Y-Z坐標(biāo)系內(nèi)(見圖5Β)。預(yù)期波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件 125可以多種方式固定于轉(zhuǎn)換器底部122，包括例如通過粘合劑粘結(jié)(UV熱環(huán)氧樹脂)、軟釬焊、激光焊、機(jī)械連接等。激光二極管115和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件125在受到精確控制以在預(yù)定地點(diǎn)建立就位位置 Α、Β的預(yù)裝配工藝中安裝于它們各自的底部112、122。給出正確建立的就位位置Α、Β，激光器底部112的粘合界面114能粘合于轉(zhuǎn)換器底部122的互補(bǔ)的粘合界面124以在適于親密耦合封裝件的取向和界面間距χ上將激光器輸出面親密耦合至轉(zhuǎn)換器輸入面126。一般來說，本文披露的其中采用固定基準(zhǔn)面使各子組件彼此配合和對(duì)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于，在最終裝配中的界面間距χ的測(cè)量不再關(guān)鍵，因?yàn)榧す庠春娃D(zhuǎn)換器件子組件在最終裝配前以要求的精度裝到一起并特征化。盡管在一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換器底部122和激光器底部112是由同一金屬形成的襯底，然而可考慮使轉(zhuǎn)換器底部122和激光器底部112由具有大致相等的熱膨脹系數(shù)的任何材料制成，或可針對(duì)基本均等的熱膨脹特性而設(shè)計(jì)。如此，當(dāng)各子組件經(jīng)由各粘合界面114、 IM粘結(jié)時(shí)，轉(zhuǎn)換器輸入面1 和激光器輸出面的可能源自轉(zhuǎn)換器底部122和激光器底部 112熱膨脹的任何熱致失準(zhǔn)被最小化，并且該熱致失準(zhǔn)在光學(xué)封裝件100的工作溫度范圍內(nèi)通常小于0. 1-0. 5 μ m。
在圖5-7中，相應(yīng)的粘合界面114、1M可描述為互補(bǔ)的固定基準(zhǔn)面，因?yàn)楫?dāng)在粘合前彼此相反地推動(dòng)兩者時(shí)，它們的相互嚙合建立具有前述預(yù)定值的界面間隔X。界面114、 124的性質(zhì)使界面間距固定但允許沿其它方向——例如沿平行于界面114、124的平面—— 移動(dòng)。注意到這個(gè)，考慮修正由粘合界面114、1M界定的互補(bǔ)的固定基準(zhǔn)面以將移動(dòng)限制在多于一個(gè)方向。例如，參見圖8-10的實(shí)施例，由互補(bǔ)的粘合界面114、124界定的互補(bǔ)的固定基準(zhǔn)面可配置成經(jīng)由共同固定而嚙合，從而增強(qiáng)激光源子組件110和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件子組件120 沿三維正交坐標(biāo)系的固定。更具體地說，在圖8-10的實(shí)施例中，互補(bǔ)的固定基準(zhǔn)面包括平坦粘合界面(粘合界面114、124)以及沿激光器底部112和轉(zhuǎn)換器底部122外圍延伸的階梯形外圍橋臺(tái)130。剛性封裝件罩140作為公共固定件設(shè)置并且剛性封裝件罩140的下邊緣部分142配合住外圍橋臺(tái)130以將各子組件110、120彼此固定并沿一個(gè)以上的方向限制激光二極管115相對(duì)于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件125的移動(dòng)。預(yù)期多種替代性裝置可替代地用作共同固定件。圖5-7也示出激光器底部112的使用，該激光器底部112包括激光器安裝槽116 和激光器安裝插入物119。激光器安裝插入物119固定于激光器安裝槽116中并且激光二極管115固定于激光器安裝插入物119。插入物119配置成改善光學(xué)封裝件100中的熱管理和絕熱。選擇熱膨脹特性以使激光二極管芯片在感興趣溫度范圍內(nèi)的張力。插入物也可用于提供良好的導(dǎo)熱性以分散和耗散由激光二極管產(chǎn)生的熱量。這方面也提供某種程度上獨(dú)立于插入材料地選擇激光器底部材料的靈活性。一個(gè)示例是由鋼制成的激光器底部，而插入物是由銅制成的。鋼材料具有較低的成本并能更容易地通過激光焊接粘合于轉(zhuǎn)換器組件。銅制插入物具有良好的導(dǎo)熱性并為激光二極管提供更好的熱管理。鋼制底部中的銅制插入物可沿很長(zhǎng)的長(zhǎng)度一起經(jīng)受冷軋并被切割至要求的長(zhǎng)度和形狀以制造低成本激光二極管底部。下面詳細(xì)描述的圖11-13的實(shí)施例也利用激光器安裝狹縫和激光器安裝插入物以使光學(xué)封裝件100絕熱。在圖11-13的實(shí)施例中，激光二極管115被安裝在插入物上，該插入物與激光二極管的熱膨脹系數(shù)匹配，并且激光二極管和插入物一起被安裝在TO-罐式頂蓋上。頂蓋可以是設(shè)有切口以供插入的低成本的冷軋鋼。最后，要注意圖6-7示出使用剛性封裝件罩140和封裝件底部150以供密封。在圖11-13的實(shí)施例中，激光源子組件110和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件子組件120包括互補(bǔ)的固定基準(zhǔn)面，它們配置成以嵌套結(jié)構(gòu)相互嚙合。更具體地，轉(zhuǎn)換器底部122的固定基準(zhǔn)面包括內(nèi)徑橋臺(tái)123，而激光器底部112的固定基準(zhǔn)面包括外徑橋臺(tái)113，這兩個(gè)橋臺(tái)均配置以促成激光器底部112經(jīng)由各橋臺(tái)113、123的配合而嵌入到轉(zhuǎn)換器底部122內(nèi)。預(yù)期該內(nèi)徑和外徑可以是圓形或非圓形的。由于圖11-13的實(shí)施例中的固定基準(zhǔn)面允許嵌套的激光器底部112相對(duì)于轉(zhuǎn)換器底部122的嚙合旋轉(zhuǎn)，因此提供具有旋轉(zhuǎn)固定基準(zhǔn)面的激光器底部112和轉(zhuǎn)換器底部122 是優(yōu)選的，該旋轉(zhuǎn)固定基準(zhǔn)面可用作激光器底部112相對(duì)于轉(zhuǎn)換器底部122的正確旋轉(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)的指示。在圖11-13中，旋轉(zhuǎn)固定基準(zhǔn)面作為半圓切口 117設(shè)置在激光器底部112中，而相應(yīng)的孔127形成在轉(zhuǎn)換器底部122中。當(dāng)激光器底部112中的半圓切口 117與形成在轉(zhuǎn)換器底部122中的相應(yīng)孔127對(duì)準(zhǔn)時(shí)，就獲得正確的旋轉(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)。預(yù)期可在激光器底部112和轉(zhuǎn)換器底部122中提供孔、狹縫、指示器等多種組合以發(fā)揮旋轉(zhuǎn)固定基準(zhǔn)面的功能。盡管圖5-12的實(shí)施例在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件125的背景中給出，該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件125僅沿水平面傾斜，預(yù)期在所示實(shí)施例中可替代地采用垂直傾斜或垂直和水平傾斜的組合。類似地，激光源子組件Iio和轉(zhuǎn)換器子組件120可表現(xiàn)為多種結(jié)構(gòu)并可包括適宜的安裝硬件、 安裝狹縫等。最后，要注意波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件125的輸入面可包括前面結(jié)合圖1-4描述的α -切割、β-切割和ω-切割刻面。參見圖14的示意圖，要注意激光器底部112可經(jīng)由界面粘合劑135粘合于轉(zhuǎn)換器底部122，該界面粘合劑135使激光器輸出面和轉(zhuǎn)換器輸入面隔開幾微米數(shù)量級(jí)的間距，即小于10微米和大于幾分之一微米。激光器底部112剛性地粘合于封裝件底部150，這是為了機(jī)械強(qiáng)度也為了對(duì)激光二極管產(chǎn)生的熱量的熱管理。另一方面，轉(zhuǎn)換器底部122僅剛性粘合于激光器底部，但不粘合于封裝件底部150。轉(zhuǎn)換器底部122可經(jīng)由較少剛性的地形固定件145固定于封裝件底部150，該較少剛性的地形固定件145在轉(zhuǎn)換器件子組件和封裝件底部150之間形成熱漂移間隙C。地形固定件145可包括設(shè)計(jì)成在光學(xué)封裝件100內(nèi)產(chǎn)生微米級(jí)熱漂移的彈性體粘合劑或一些其它類型的彈性體部件。如此，轉(zhuǎn)換器子組件可與封裝件底部150隔開以避免由于光學(xué)封裝件100中的CTE失配造成的失準(zhǔn)。更具體地，在圖14的實(shí)施例中，僅激光器底部112剛性和密切地附連于封裝件底部150。這為激光二極管提供了低熱阻和良好的散熱路徑。轉(zhuǎn)換器底部122經(jīng)由例如彈性體粘合劑或其它類型的柔性粘合劑固定于封裝件底部150以在轉(zhuǎn)換器件子組件和封裝件底部150之間形成熱漂移間隙C。例如，但非作為限定，該熱漂移間隙c如果小于大約IOOym 則可減輕光學(xué)封裝件100內(nèi)的熱漂移效應(yīng)，盡管較大的間隙也是有效的。選擇間隙的標(biāo)準(zhǔn)是放松襯底的制造和對(duì)準(zhǔn)容限，同時(shí)確保轉(zhuǎn)換器底部和封裝件底部不處于密切接觸。通過該間隙，封裝件底部和轉(zhuǎn)換器底部之間的任何熱膨脹失配不會(huì)轉(zhuǎn)移至轉(zhuǎn)換器底部并造成失準(zhǔn)。典型地，優(yōu)選的是將轉(zhuǎn)換器底部122經(jīng)由更剛性的粘膠、激光焊接或一些其它類型的相對(duì)剛性粘合而固定于激光器底部112，從而防止封裝件和子組件底部中的任何殘留膨脹失配使封裝件扭曲并造成失準(zhǔn)。盡管僅參照?qǐng)D14示出本公開的這個(gè)方面，然而經(jīng)由相對(duì)靈活的地形固定件145的隔離方式能被引入到本文披露的其它實(shí)施例中。在光學(xué)組件內(nèi)的熱膨脹將使激光器和轉(zhuǎn)換器底部膨脹并脫離粘合界面處的相對(duì)剛性粘合的任何情形下，由于激光二極管和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件的相應(yīng)刻面的間距僅為幾個(gè)微米并且相對(duì)靈活的地形固定件允許非分裂性熱漂移，因此這些點(diǎn)相對(duì)于彼此所產(chǎn)生的移動(dòng)沿光學(xué)封裝件的縱軸可僅為幾分之一微米的數(shù)量級(jí)。相比而言，如果相應(yīng)的刻面相距幾毫米，則熱膨脹將導(dǎo)致與該間距成比例的移動(dòng)，即幾微米的數(shù)量級(jí)的移動(dòng)，并可能導(dǎo)致激光二極管和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件的相應(yīng)刻面的破壞性接觸。還應(yīng)注意，本文中對(duì)本發(fā)明的部件以特定方式“配置”以使特定屬性具體化、或以特定方式起作用的敘述都是結(jié)構(gòu)性的敘述，與期望用途的敘述相反。更具體地，本文所提到的部件被“配置”的方式表示該部件的現(xiàn)有物理狀態(tài)，因此，它應(yīng)被理解為對(duì)部件的結(jié)構(gòu)特性的明確陳述。還要注意，激光源子組件的一些非關(guān)鍵結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，例如引線、電連接等，已從這里給出的說明中被省去以保持清楚性，但對(duì)于熟悉激光二極管設(shè)計(jì)和組裝的人來說，這些被省去的內(nèi)容是很容易理解的。注意，類似“優(yōu)選”、“普遍”和“通常”之類的術(shù)語在本文中采用時(shí)不用于限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍或者暗示某些特征是關(guān)鍵性的、必要的、或甚至對(duì)要求保護(hù)的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)或功能而言重要的。相反，這些術(shù)語僅僅旨在標(biāo)識(shí)本發(fā)明的實(shí)施例的特定方面，或強(qiáng)調(diào)可用于也可不用于本發(fā)明的特定實(shí)施例的替代或附加特征。為了描述和限定本公開，注意在本文中利用術(shù)語“基本上”和“大約”來表示可歸因于任何數(shù)量比較、值、測(cè)量或其它表示的固有不確定程度。還在此采用術(shù)語“基本上”和“大約”以表示數(shù)量表征可不同于規(guī)定參考值而不在此問題上導(dǎo)致本主題的基本功能改變的程度。已參照本發(fā)明的具體實(shí)施例詳細(xì)地描述了本發(fā)明的主題，但顯然多種修改和變化是可能的，且不背離所附權(quán)利要求書中所限定的本發(fā)明的范圍。更具體地，雖然本發(fā)明的某些方面在本文中被標(biāo)識(shí)為優(yōu)選的或特別有優(yōu)勢(shì)的，但可構(gòu)想本發(fā)明不一定限于這些方面。注意，所附權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)使用術(shù)語“其中”作為過渡短語。出于限定本發(fā)明的目的，應(yīng)注意該術(shù)語是作為開放式的過渡短語而被引入所附權(quán)利要求中的，該開放式的過渡短語用于引入對(duì)所述結(jié)構(gòu)的一系列特性的陳述，且應(yīng)當(dāng)按照與更常用的開放式前序術(shù)語“包括”相似的方式進(jìn)行解釋。
權(quán)利要求
1.一種包括激光源子組件和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件子組件的光學(xué)封裝件，其特征在于 所述激光源子組件包括包括粘合界面的激光器底部；以及包括激光器輸出面的激光二極管；所述激光二極管固定于所述激光器底部以使所述激光器輸出面的就位位置A相對(duì)于所述粘合界面是固定的；所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件子組件包括 包含互補(bǔ)的粘合界面的轉(zhuǎn)換器底部；以及包含轉(zhuǎn)換器輸入面、轉(zhuǎn)換器輸出面以及以轉(zhuǎn)換器件傾角從所述轉(zhuǎn)換器輸入面向所述轉(zhuǎn)換器輸出面延伸的波導(dǎo)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件；所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件固定于所述轉(zhuǎn)換器底部以使所述轉(zhuǎn)換器輸入面的就位位置B和所述波導(dǎo)的傾角相對(duì)于所述互補(bǔ)的粘合界面固定；所述激光器底部的粘合界面粘合于所述轉(zhuǎn)換器底部的互補(bǔ)的粘合界面，以使所述激光器輸出面以界面間隙χ親密耦合于所述轉(zhuǎn)換器輸入面，所述界面間隙χ根據(jù)所述激光器輸出面的固定位置A和所述轉(zhuǎn)換器輸入面的固定位置B來確定。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)封裝件，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換器底部和所述激光器底部被設(shè)計(jì)成當(dāng)經(jīng)由相應(yīng)粘合界面粘合時(shí)使得所述激光器輸出面的固定位置A和所述激光器輸入面的固定位置B隔開幾微米數(shù)量級(jí)的間距；以及因所述轉(zhuǎn)換器底部和所述激光器底部的熱膨脹造成的所述轉(zhuǎn)換器輸入面和激光器輸出面的熱致失準(zhǔn)在所述光學(xué)封裝件的工作溫度內(nèi)是幾分之一微米。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)封裝件，其特征在于所述轉(zhuǎn)換器底部和所述激光器底部進(jìn)一步包括互補(bǔ)的固定基準(zhǔn)面；以及所述互補(bǔ)的固定基準(zhǔn)面配置成相互嚙合或經(jīng)由共同固定件嚙合以增進(jìn)所述激光源子組件和所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件子組件相對(duì)于彼此沿三維正交坐標(biāo)系的固定。
4.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)封裝件，其特征在于所述激光器底部的粘合界面經(jīng)由界面粘合劑粘合于所述轉(zhuǎn)換器底部的互補(bǔ)的粘合界面，所述界面粘合劑將所述激光器輸出面的固定位置A和所述轉(zhuǎn)換器輸入面的固定位置B 隔開幾微米數(shù)量級(jí)的間距；以及所述轉(zhuǎn)換器底部經(jīng)由地形固定件固定于所述封裝件底部，所述地形固定件在所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件子組件和所述封裝件底部之間形成熱漂移間隙C。
5.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)封裝件，其特征在于，所述界面粘合劑和所述地形固定件包括設(shè)計(jì)成在所述光學(xué)封裝件內(nèi)產(chǎn)生微米級(jí)熱漂移的彈性體部件。
6.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)封裝件，其特征在于，所述激光器底部的粘合界面和所述轉(zhuǎn)換器底部的互補(bǔ)的粘合界面包括平坦的粘合界面。
7.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)封裝件，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換器底部和所述激光器底部還包括互補(bǔ)的固定基準(zhǔn)面，所述互補(bǔ)的固定基準(zhǔn)面配置成與共同固定件協(xié)同作用，所述共同固定件適于使所述轉(zhuǎn)換器底部和激光器底部的互補(bǔ)的固定基準(zhǔn)面嚙合。
8.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)封裝件，其特征在于，所述互補(bǔ)的固定基準(zhǔn)面協(xié)同作用以形成沿所述激光器底部和所述轉(zhuǎn)換器底部的外圍部分延伸的外圍橋臺(tái)，并且所述共同固定件被配置成嚙合所述外圍橋臺(tái)。
9.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)封裝件，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換器底部和所述激光器底部進(jìn)一步包括配置成相互嚙合的互補(bǔ)的固定基準(zhǔn)面，所述轉(zhuǎn)換器底部的固定基準(zhǔn)面包括內(nèi)徑橋臺(tái)，而所述激光器底部的固定基準(zhǔn)面包括外徑橋臺(tái)，這兩個(gè)橋臺(tái)被配置成利于所述激光器底部經(jīng)由相應(yīng)橋臺(tái)的配合嵌套入所述轉(zhuǎn)換器底部。
10.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)封裝件，其特征在于所述各固定橋臺(tái)被配置成允許嵌套的激光器底部相對(duì)于所述轉(zhuǎn)換器底部的嚙合旋轉(zhuǎn)。
11.如權(quán)利要求10所述的光學(xué)封裝件，其特征在于，所述激光器底部和所述轉(zhuǎn)換器底部進(jìn)一步包括配置成指示激光器底部相對(duì)于轉(zhuǎn)換器底部旋轉(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)固定基準(zhǔn)面。
12.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)封裝件，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換器底部和所述激光器底部被形成為金屬性襯底。
13.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)封裝件，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換器底部和所述激光器底部的相應(yīng)熱膨脹系數(shù)匹配以使所述激光二極管波導(dǎo)和所述轉(zhuǎn)換器波導(dǎo)之間沿垂直方向的相對(duì)移動(dòng)在所述光學(xué)封裝件的工作溫度范圍內(nèi)被限制在大約0. 5μπι或更小尺寸。
14.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)封裝件，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換器件傾角包括垂直分量、 水平分量或垂直分量和水平分量的結(jié)合。
15.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)封裝件，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換器底部包括以所述波導(dǎo)的傾角取向的安裝狹縫，而所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件被固定在所述成角度的安裝狹縫內(nèi)。
16.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)封裝件，其特征在于，所述激光二極管經(jīng)由環(huán)氧樹脂、軟釬焊或激光焊固定于激光器底部。
17.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)封裝件，其特征在于所述激光底部還包括激光器安裝狹縫和激光器安裝插入物，所述激光器安裝插入物配置成利于散熱并以亞微米精確度最小化所述光學(xué)封裝件的工作溫度范圍內(nèi)的熱失配。
18.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)封裝件，其特征在于所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件的輸入面包括α-切割刻面和β-切割刻面；所述輸入面的α-切割刻面相對(duì)于所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件的波導(dǎo)以水平角α取向，以允許所述激光源的輸出面和所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件的輸入面的親密耦合；所述輸入面的切割刻面相對(duì)于所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件的波導(dǎo)以水平角β取向并與所述水平傾角Φ協(xié)同作用，以減少從所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件的輸入面進(jìn)入所述激光源的背面反射；并且α < 180° -β < φ.
19.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)封裝件，其特征在于，所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件的輸入面進(jìn)一步包括ω-切割刻面，所述ω-切割刻面相對(duì)于所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件的波導(dǎo)在垂直角ω取向， 以允許所述激光源的傾斜輸出面與所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件的輸入面的最佳親近耦合。
20.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)封裝件，其特征在于所述激光二極管定義光軸并且所述激光二極管的輸出面相對(duì)于所述光軸在垂直角S 取向；所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件的輸入面相對(duì)于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件的波導(dǎo)以垂直角θ取向；所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件的波導(dǎo)相對(duì)于所述激光源的光軸在垂直傾角Y取向；以及選擇所述垂直角θ和垂直傾角Y以至少部分地補(bǔ)償由激光器輸出面角δ引入的光學(xué)失準(zhǔn)。
21.如權(quán)利要求20所述的光學(xué)封裝件，其特征在于，所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件的輸入面進(jìn)一步包括ω-切割刻面，所述ω-切割刻面相對(duì)于所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件的波導(dǎo)在垂直角ω取向，以允許所述激光二極管的輸出面與所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件的輸入面的親近耦合。
22.一種包括激光源子組件和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件子組件的光學(xué)封裝件，其特征在于所述激光源子組件包括激光器底部和激光二極管，所述激光器底部包括粘合界面而所述激光二極管包括激光輸出面；所述激光二極管固定于所述激光器底部以使所述激光器輸出面的就位位置A相對(duì)于所述粘合界面是固定的；所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件子組件包括轉(zhuǎn)換器底部和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件，所述轉(zhuǎn)換器底部包括互補(bǔ)的粘合界面，而所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件包括轉(zhuǎn)換器輸入面、轉(zhuǎn)換器輸出面以及以轉(zhuǎn)換器件傾角從所述轉(zhuǎn)換器輸入面延伸至轉(zhuǎn)換器輸出面的波導(dǎo)；所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件固定于所述轉(zhuǎn)換器底部以使所述轉(zhuǎn)換器輸入面的就位位置B和所述波導(dǎo)的傾角相對(duì)于所述互補(bǔ)的粘合界面是固定的；所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件的輸入面包括α-切割刻面和β-切割刻面； 所述輸入面的α-切割刻面相對(duì)于所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件的波導(dǎo)以水平角α取向，以允許所述激光源的輸出面和所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件的輸入面的親密耦合；所述輸入面的切割刻面相對(duì)于所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件的波導(dǎo)以水平角β取向并與所述水平傾角Φ協(xié)同作用以減少從所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件的輸入面進(jìn)入所述激光源的背面反射，因此α < 180° -β < Φ ；所述激光器底部的粘合界面粘合于所述轉(zhuǎn)換器底部的互補(bǔ)粘合界面，以使所述激光器輸出面以界面間隙χ親密耦合于所述轉(zhuǎn)換器輸入面，所述界面間隙χ根據(jù)所述激光器輸出面的固定位置A和所述轉(zhuǎn)換器輸入面的固定位置B來確定；以及所述轉(zhuǎn)換器底部和所述激光器底部進(jìn)一步包括互補(bǔ)固定基準(zhǔn)面，所述互補(bǔ)固定基準(zhǔn)面配置成相互嚙合或經(jīng)由共同固定件嚙合以增進(jìn)所述激光源子組件和所述波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件子組件相對(duì)于彼此沿三維正交坐標(biāo)系的固定。
23.一種光學(xué)封裝件，包括源子組件和接收器子組件，其中 所述源子組件包括包括粘合界面的源底部；以及包括輸出面的源本體；所述源本體固定于所述源底部以使所述輸出面的就位位置A相對(duì)于所述粘合界面是固定的；所述接收器子組件包括包含互補(bǔ)的粘合界面的接收器底部；以及包含輸入面、輸出面和以一傾角從所述輸入面向所述輸出面延伸的波導(dǎo)的接收器本體；所述接收器本體固定于所述接收器底部以使所述輸入面的就位位置B和所述波導(dǎo)的傾角相對(duì)于所述互補(bǔ)的粘合界面是固定的；以及所述源底部的粘合界面粘合于所述接收器底部的互補(bǔ)的粘合界面，以使所述輸出面以界面間隙χ親密耦合于所述輸入面，所述界面間隙χ根據(jù)所述輸出面的固定位置A和所述輸入面的固定位置B來確定。
全文摘要
本發(fā)明的特定實(shí)施例使SHG晶體或其它類型波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件緊靠激光源以消除對(duì)耦合光學(xué)器件的需求，減少封裝器件的數(shù)目并減小封裝件體積。根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例，提供一種光學(xué)組件，該光學(xué)組件包括包括激光器底部的激光源子組件以及包括轉(zhuǎn)換器底部的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器件子組件。激光器底部的粘合界面附連于轉(zhuǎn)換器底部的互補(bǔ)的粘合界面，以使激光器輸出面以固定界面間距x親近耦合于轉(zhuǎn)換器輸入面。還披露和要求了其它一些實(shí)施例。
文檔編號(hào)H01S5/022GK102576976SQ201080023835
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月26日
發(fā)明者J·西麥爾里齊, L·C·小休格斯, S·C·查帕拉拉, V·A·巴加瓦圖拉 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司