專利名稱：光輸出裝置及使用該裝置的光學(xué)頭裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光輸出裝置及使用該裝置的光學(xué)頭裝置，特別涉及能夠控制從垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)所發(fā)射的光量的光輸出裝置及使用該裝置的光學(xué)頭裝置。
一般來講，能作為光源的VCSEL由第一反射器疊層、激發(fā)區(qū)、第二反射器疊層、以及彼此疊加在一起的電極層所形成。第一反射器疊層至少由一種N型半導(dǎo)體材料所形成，第二反射器層至少由一種P型半導(dǎo)體材料所形成。在電極層上加上正向偏壓期間，激發(fā)區(qū)就產(chǎn)生激光束。該激光束在第一和第二反射器疊層間產(chǎn)生諧振并以垂直于疊層表面的方向發(fā)射出來。因此，來自VCSEL發(fā)射的光具有近乎是圓形和高強度的特性，且以單模工作，從而被廣泛用于光學(xué)裝置中諸如光學(xué)頭裝置和計算機中。
然而，由于VCSEL是以垂直于其上表面發(fā)光，并且其下表面又設(shè)置在半導(dǎo)體基體上，所以很難安裝一個監(jiān)控光探測器來接收VCSEL所發(fā)的部分光以便控制光的輸出。
為解決此問題，美國專利No.5,285,466提出了題為“Fedback Mechanismfor Vertical Cavity Surface Emitting Lasers”的現(xiàn)有技術(shù)。

圖1和圖2所描述的機構(gòu)包括當加上正向偏壓時發(fā)光的一個VCSEL12以及安裝在VCSEL12周圍以接收VCSEL12的水平發(fā)射光的呈環(huán)狀的監(jiān)控光探測器14。這種監(jiān)探光控測器14具有與VCSEL12相同或相似的疊層結(jié)構(gòu)且當給在上下表面所形成的電極層加上反向偏壓或不加偏壓時接收光。
監(jiān)控光探測器14通過接收從VCSEL12水平發(fā)射的光，然后將其轉(zhuǎn)換為一電信號并將其反饋給VCSEL12的電極來控制從VCSEL12發(fā)射的光量。
從VCSEL12垂直發(fā)射的光由毫安范圍內(nèi)的正向偏置的激射電流產(chǎn)生。如圖2所示，由監(jiān)控光探測器14檢測到的根據(jù)垂直發(fā)射光的電流24具有一個激射閾值點20和一個激射終止點22，在點20，光量急劇增加；在點22，光量急劇減少。當所加激射電流在激射閾值點20和激射終止點22之間時，能檢測到幾個微安的輸出電流。當所加激射電流在上述范圍之外，則監(jiān)控探測器的探測電流就可忽略了。
根據(jù)水平發(fā)射光的電流34同根據(jù)垂直發(fā)射光的電流24相比要相對地小。另外，不能明確地判斷出根據(jù)水平發(fā)射光的電流34的激射閾值點30和激射終止點32。根據(jù)水平發(fā)射光的電流34緩慢地增加然后減少。
這里，根據(jù)水平發(fā)射光的探測電流與根據(jù)垂直發(fā)射光的探測電流不成比例，該事實意味著水平發(fā)射光量與垂直發(fā)射光量也不成比例。因而，基于所探測的水平發(fā)射光；不可能精確控制垂直發(fā)射光量。另外，因為較多的水平發(fā)射光穿透過監(jiān)控光探測器14，所以很難獲得為了控制垂直發(fā)射光而檢測信號所需的足夠的水平發(fā)射光量。
本發(fā)明的目的就是提供一種能夠基于垂直發(fā)射光量有效地控制VCSEL所發(fā)射的光量的光輸出裝置及所應(yīng)用的光學(xué)頭裝置。
為實現(xiàn)上述目的的一個方面，提供了一種光輸出裝置，它包括一個基底；一個裝在基底上的VCSEL，用于沿垂直基底的方向發(fā)光；以及用于控制VCSEL光輸出的光輸出控制裝置，其中，光輸出控制裝置包括一個封裝VCSEL的外罩，它具有用于透射大部分VCSEL所發(fā)射的光而將一部分光反射回基底上的投射窗口；一個安裝在VCSEL所在的基底上的監(jiān)控光探測器，用于接收從VCSEL發(fā)射的并從投射窗口反射的一部分光，并且將其轉(zhuǎn)換為一電信號；以及多個引線管腳，同VCSEL和監(jiān)控光探測器相連，用于連接電源以及傳送電信號。
為了實現(xiàn)上述目的的另一方面，提供了一種應(yīng)用光輸出裝置的光學(xué)頭裝置，它包括一個基底；一個安裝在基底上的VCSEL，用于沿垂直于基底的方向發(fā)光；用于控制VCSEL光輸出的光輸出控制裝置；一個用于聚集VCSEL的發(fā)射光而在一種光學(xué)記錄介質(zhì)上形成一個光點的物鏡；一個用于改變光學(xué)記錄介質(zhì)所反射的光的路徑的光路徑改變裝置；以及一個用于接收反射光和探測誤差信號和信息信號的第一光探測器，其中，光輸出控制裝置包括一個封裝VCSEL的外罩，它具有用于透射VCSEL所發(fā)射的大部分光并將其部分光反射回所述基底上；一個安裝在VCSEL所在的基底上的第二監(jiān)控光探測器，用于接收從VCSEL發(fā)射并從投射器窗口反射的一部分光，并且將所接收的光轉(zhuǎn)換為一個電信號；以及多個第一引線管腳，其連接于VCSEL和監(jiān)控光探測器，并用于連接電源和傳送電信號。
下面將參照附圖和優(yōu)選實施例，使本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點更加清楚，其中圖1是傳統(tǒng)的光輸出裝置的示意圖；圖2表示根據(jù)圖1的光輸出裝置在垂直和水平方向上的光輸出所繪制的探測電流曲線；圖3是根據(jù)本發(fā)明的光輸出裝置的一個實施例的剖面示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的光輸出裝置的另一個實施例的剖面示意圖；圖5是應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的光輸出裝置的光學(xué)頭裝置第一實施例的剖面示意圖；圖6是表示圖5中的光學(xué)頭裝置外罩內(nèi)部的局部剖面圖；圖7是應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的光輸出裝置的光學(xué)頭裝置的第二實施例的剖面示意圖；圖8是應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的光輸出裝置的光學(xué)頭裝置的第三實施例的剖面示意圖；以及圖9是應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的光輸出裝置的光學(xué)頭裝置的第四實施例的剖面示意圖。
如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的光輸出裝置包括一個基底41、裝在基底41上的VCSEL42、以及用于控制VCSEL42的光輸出的一個光輸出控制器50。
VCSEL42沿垂直于其上表面的方向發(fā)光。
光輸出控制器50包括一個監(jiān)控光探測器52、具有一個投射器窗口56的一個外罩54、以及多個引線管腳58。
外罩54安裝在基底41上以封閉VCSEL42和監(jiān)控光探劑器52。投射器窗口56安裝在從VCSEL42發(fā)射的光的光路上。大部分從VCSEL42發(fā)射的光穿過投射窗口56而被透射，其余部分從投射窗口反射回來。
監(jiān)控光探測器52安裝在VCSEL42所在的基底41上，并接收從投射窗口56反射回來的光。此時，由于監(jiān)控光探測器52接收了一些垂直光，所以所接收的光量與從VCSEL42發(fā)射的光量是成比例的。
監(jiān)控光探測器52具有與VCSEL42相同的結(jié)構(gòu)最好是能通過加反向偏壓就能接收入射光。
引線管腳58將外部電源同VCSEL42和監(jiān)控光探測器52相連，并將來自監(jiān)控光探測器52的電信號傳送出去。這些引線管腳58穿過基底41并同監(jiān)控光探測器52、VCSEL42、以及外罩54的基底41相連。
圖4是一個根據(jù)本發(fā)明的另一個光輸出裝置實施例的剖面圖。
這里，與圖3中相同的參考號是表示相似或相同的部分且具有相似或相同的功能。
如圖4所示，一個反射鍍層57形成于投射窗口56的一預(yù)定部位上以增加從投射窗口56反射到監(jiān)控光探測器52的光量。
這個反射鍍層由高反射率的金屬如金或銀所形成。
投射窗口56在沒有反射鍍層57時，反射約5％到6％的VCSEL42所發(fā)射的光，而有反射鍍層57后則反射50％到60％的光。因此，監(jiān)控光探測器52能接收足夠的光束產(chǎn)生電信號以控制VCSEL42的光輸出。
現(xiàn)在，參考圖5和圖6，將描述采用了根據(jù)本發(fā)明的光輸出裝置的光學(xué)頭裝置的第一實施例。
如圖5所示，光學(xué)頭裝置由下列部分組成一基底61；一VCSEL63，裝于基底61上并用于發(fā)射激光束；一光輸出控制器70，用于控制VCSEL63的光輸出；一物鏡90，設(shè)在VCSEL63和一光學(xué)記錄介質(zhì)100之間的光軸上，并用于聚集入射光束且將該光聚焦在光學(xué)記錄介質(zhì)100上；第一光探測器83，用于接收從光學(xué)記錄介質(zhì)反射的光并檢測信息信號和誤差信號；以及一光路徑改變部分80，用于將從光學(xué)記錄介質(zhì)100反射的光引向第一光探測器83。
光輸出控制器70由第二監(jiān)控光探測器72、具有一投射窗口76的一外罩74以及第一引線管腳78a、78b和78c組成。
這里，VCSEL63和光輸出控制器70的工作原理同上面所述的一樣。
第一光探測器83安裝在VCSEL63所在的基底61上。
第一光探測器83最好包括四個獨立的光探測器83a、83b、83c和83d(圖6所示)以便獨立地接收光并將其轉(zhuǎn)換為電信號。四個第二引線管腳84a、84b、84c和84d裝于外罩74內(nèi)，并穿過基底61，它們將第一光探測器83所探測的電信號傳送到外罩74的外面。第二引線管腳84a、84b、84c和84d分別電連接到第一光探測器83的4個獨立的光探測器83a、83b、83c和83d上，以及電連接到一誤差檢測電路部分(未示出)以檢測無線電頻率信號、跟蹤誤差信號和聚焦誤差信號。
光路徑改變部分80設(shè)在投射窗口76和物鏡90之間的光路中，最好具有一全息器件81以產(chǎn)生衍射并聚集從光學(xué)記錄介質(zhì)100反射的光，以及將其引到第一光探測器83上。光路徑改變部分80可以是一普通的分束器。在此情況下，第一光探測器83就裝在外罩74的外面。
在本發(fā)明中，第一光探測器83由四個獨立光探測器組成，但可以由二個或六個光探測器組成，視具體情形而定。
下面參照圖7，將描述采用了根據(jù)本發(fā)明的光輸出裝置的光學(xué)頭的第二實施例。
如圖所示，在投射窗口76的一預(yù)定部位上形成一反射鍍層77，以增加從投射窗口76反射到第二監(jiān)控光探測器72上的光量。
一般來說，該反射鍍層77由高反射率的金屬如Au或Ag等所形成。這里，具有與在圖5和圖6中所描述的本發(fā)明的第一實施例中相似或相同的參考標號的部分將不再描述。
現(xiàn)在參考圖8將描述采用了根據(jù)本發(fā)明的光輸出裝置的光學(xué)頭裝置的第三實施例。
如圖所示，在投射窗口76的上表面形成一全息圖樣(Pattern)82以作為光路徑改變部分80。全息圖樣82將從光學(xué)記錄介質(zhì)100反射的光進行衍射并將其聚焦在基底61上的第一光探測器83上。
與單獨用一個全息器件81(如圖7所示)來作為光路徑改變部分相比，在投射窗口76的上表面形成全息圖樣82能使光學(xué)頭裝置更緊湊。
具有與在圖5和圖6中所描述的本發(fā)明第一實施例中相似或相同的參考標號的部分將不再描述。
現(xiàn)在參考圖9，將描述采用了根據(jù)本發(fā)明的光輸出裝置的光學(xué)頭裝置的第四實施例。
如圖所示，在投射窗口76的內(nèi)表面的一預(yù)定部分形成一如圖7所示的反射鍍層77以增加從投射窗口76反射到第二監(jiān)控光探測器72的光量。另外，在投射窗口76的上表面形成一如圖8所示的全息圖樣。該反射鍍層77和全息圖樣82的功能和工作原理同上所述的一樣。
具有與在圖5到圖8的圖中相同的參考標號的部分將不再描述。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明所述的光輸出裝置利用監(jiān)控光探測器檢測到一些來自VCSEL63垂直發(fā)射的光并基于所檢測到的光更精確地控制光輸出。
另外，采用了根據(jù)本發(fā)明所述的光輸出裝置的光學(xué)頭裝置能夠通過接收與VCSEL63所發(fā)射的光量成比例的光束來控制VCSEL63的發(fā)射光量。并且，通過在外罩上的投射窗口上形成全息器件可以使其裝配更容易、結(jié)構(gòu)更緊湊化。
權(quán)利要求
1.一種光輸出裝置，包括一基底；一垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)，安裝在基底上并用于沿垂直基底的方向發(fā)射激光；以及光輸出控制裝置，用于控制VCSEL的光輸出，其中，所述光輸出控制裝置由下面部分組成一用于封裝VCSEL的外罩，其具有投射窗口，該投射窗口使大部分從VCSEL發(fā)射的光透射并使其一部分光反射到所述基底上；一監(jiān)控光探測器，其安裝在VCSEL所在的基底上，且用于接收一些從VCSEL發(fā)射的并從投射窗口反射回的光，以及將這些光轉(zhuǎn)換為電信號；以及，多個引線管腳，其連接到VCSEL和監(jiān)控光探測器，且用于連接到一供電電源以及傳送所述電信號。
2.如權(quán)利要求1所述的光輸出裝置，其中，在所述投射窗口的內(nèi)表面的預(yù)定部位上有一由金(Au)或銀(Ag)所形成的反射鍍層。
3.如權(quán)利要求1所述的光輸出裝置，其中，所述監(jiān)控光探測器具有同所述VCSEL一樣的結(jié)構(gòu)，并且通過施加反向偏壓來接收入射光。
4.一種光學(xué)頭裝置，包括一基底；一VCSEL，其安裝在基底上并用于沿垂直于基底的方向發(fā)射激光；光輸出控制裝置，其用于控制VCSEL的光輸出；一物鏡，其用于通過聚集從VCSEL發(fā)射的光束將光會聚在一光學(xué)記錄介質(zhì)上；一光路徑改變裝置，其用于改變從光學(xué)記錄介質(zhì)反射的光的路徑；以及一第一光探測器，其用于接收所述反射光和檢測一誤差信號和一信息信號，其中，所述光輸出控制裝置包括一用于封裝VCSEL的外罩，其具有一投射窗口，該投射窗口用于使大部分從VCSEL發(fā)射的光透射并使一部分光反射回所述基底上；一第二監(jiān)控光探測器，其安裝于VCSEL所在的基底上，且用于接收一些從VCSEL發(fā)射的并從投射窗口反射回的光，以及將這些光轉(zhuǎn)換為電信號；以及，多個第一引線管腳，其連接于VCSEL和監(jiān)控光探測器，并用于連接一供電電源以及傳送所述電信號。
5.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)頭裝置，其中，在所述投射窗口的內(nèi)表面的預(yù)定部位上有一由Au或Ag所形成的反射鍍層。
6.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)頭裝置，其中，所述第一光探測器被設(shè)置在裝有所述VCSEL的基底上。
7.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)頭裝置，另外還包括至少一個第二引線管腳，其電連接于所述第一光探測器，并用于傳送電信號。
8.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)頭裝置，其中，所述第一光探測器包括四個獨立的光探測器，其用于獨立地接收光并將所述接收的光轉(zhuǎn)換為電信號。
9.如權(quán)利要求7所述的光學(xué)頭裝置，另外還包括至少一個第二引線管腳，其電連接于所述第一光探測器，并用于傳送電信號。
10.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)頭裝置，其中，在所述投射窗口和所述物鏡之間的光路中安裝一個作為所述光路徑改變裝置的全息器件，該全息器件用于對從光學(xué)記錄介質(zhì)反射的光進行衍射和聚集、然后將其引向第一光探測器上。
11.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)頭裝置，其中，在投射窗口的上表面形成有一作為所述光路徑改變裝置的預(yù)定的全息圖樣，該預(yù)定的全息圖樣用于對從光學(xué)記錄介質(zhì)反射的光進行衍射和聚集、然后將其引向第一光探測器上。
12.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)頭裝置，其中，所述第二光探測器具有同所述VCSEL一樣的結(jié)構(gòu)，并且通過施加反向偏壓來接收入射光。
全文摘要
提供了一種光輸出裝置和采用該裝置的光學(xué)頭裝置。光輸出裝置包括基底、VCSEL、和光輸出控制器，光輸出控制器包括具有投射窗口的外罩，投射窗口將大部分發(fā)射光透射并將一部分光反射；監(jiān)控光探測器，其接收所述反射回的光并將光轉(zhuǎn)為電信號；多個引線管腳，其連于電源并傳送電信號。光學(xué)頭裝置包括聚集發(fā)射光并會聚在記錄介質(zhì)上的物鏡、改變記錄介質(zhì)的反射光的光路改變單元、和將所述電信號反饋到誤差檢測電路的另一光探測器。
文檔編號H01S5/183GK1159048SQ9611206
公開日1997年9月10日 申請日期1996年11月8日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月23日
發(fā)明者申鉉國 申請人:三星電子株式會社