专利名称：微型波长转换光电装置及其自动校正方法
技术领域：
本发明涉及一种微型波长转换光电装置及其自动校正方法。
背景技术：
目前常见的光电装置(Photo-electronic/ Photonic Device),如激光模块(laser module),其应用范围相当广泛，包含科学研究方面如材料特性测量、科学用 激发光源、太空遥测与资源探测等；国防工业方面如激光测距仪、激光追踪扫 描统、激光防卫武器等；工业与民生方面如材料处理(如微机电统MEMS加工、 电阻装饰、芯片标记)、水下摄影和海底探测、非破坏性检测、半导体芯片检测 等；医疗用途方面如眼科治疗、皮肤治疗、牙齿治疗、牙科手术等。
一光电装置(激光模块)， 一般利用波长转换器(wavelength conversion device,或称波长转换晶体)，以倍频原理将光电装置(如激光模块)中一已知波长 为U的光源(如激光)转换成波长为的光源，以适应不同需要使用。所述 光电装置(或激光模块)一般通称为波长转换光电装置(Wavelength Conversion Photonic Device)。 一波长转换光电装置(或激光模块)所设的波长转换器可设计成 不同的结构，但每一种波长转换器将转换前波长为XI的激光转换成转换后波长 为的激光的波长转换效率(wavelength conversion efficiency from XI toX2),相
对于转换前激光的波长？a的关系都形成一特定如抛物线般的曲线关系。也就是
说，当转换前波长X1匹配或吻合(coincident with)某一特定的转换前激光波长时， 即-尔为最大净争才灸波长(maximum conversion wavelength ) ,其〉皮长哞争才灸岁文率 (wavelength conversion efficiency)才可达到最大值，也就是达成最大波长转换效 率(maximum wavelength conversion efficiency )的最佳运作状态，而当转换前 激光的波长X1未匹配或吻合(coincident with)其最大转换波长时，如小于或 大于所述最大转换波长Xc ,其波长转换效率即降低；然而， 一激光转换前的波 长人l或一波长转换器的最大转换波长Xc都是随其激光装置或波长转换器的温 度改变而变化，而环境温度又会改变所述激光装置及波长转换器的温度，而且一激光转换前的波长X1和一波长转换器的最大转换波长？ic相对于温度每一度 的5显度？丈变率(changing rate of temperature per temperature)是不同的,长W叚i殳在 某一特定环境温度下一激光转换前的波长人l刚好相同于一波长转换器的最大 转换波长Xc ,则当环境温度改变时，上述激光转换前的波长？J与波长转换器 的最大转换波长Xc就不再相同，即波长转换效率也会降低(degraded);因此，针 对一波长转换光电装置而言，当环境温度改变时仍然使激光转换前的波长XI保 持与波长转换器的最大转换波长Xc相同(吻合)以使所述波长转换器达成并维持 在最大波长转换效率(maximum wavelength conversion efficiency )是有必要的。
传统的波长净争才灸光电装置(Wavelength Conversion Photonic Device),如 DPSS(diodepumped solid state, 二极管泵浦固态)激光器，大致上都具有体积大 (bulky)、需要夕卜部声光调制器(require external acoustic optical modulator)、低转 换效率(low conversion efficiency)、无温度补偿机制(no temperature compensation mechanism)及高負g量身毛损(large energy consumption)的缺点；而目前在波长转换 光电装置的应用技术中，进一步包括US 6,778,582、 Pub. No. US2008/0002745A1 及美国康宁乂^司(Corning Inc.)所发布的i仑文Wavelength Matching and Tuning in Green Laser Packaging using Second Harmonic Generation, 其中
US 6,778,582公开了利用垂直腔面发射激光器(VCSEL)并叠上非线性晶体 (nonlinear crystal)最后再叠上一个反射镜，而上述结构放置在一散热基座(heat sink)上，其封装结构采用垂直方向的堆叠技术，而其架构原理是利用近红外的 VCSEL,将波长为1064nm的光，经过非线性晶体(倍频晶体)转换产生波长为 532nm的绿光，再经过外部的反射镜及VCSEL的顶面共振放大以产生绿光；然 而，此种方式较难做到即时匹配激光波长及非线性晶体中心波长，因无法撷取 VCSEL及转换后固态激光的光强度，以致会限制此架构的激光的使用温度范围， 而且所述架构并无法通过自动调控方式以使其非线性晶体(倍频晶体)达成并持 续维持在最大波长转换效率(maximum wavelength conversion efficiency )。
Pub. No. US 2008 / 0002745 Al主要公开利用非投影区来做转换后光源波长 补偿，即利用非投影区来监控输出光(转换后光源)功率的稳定性，其补偿架构利 用经过波长转换器(wavelength converter)之后的光，再利用分光镜将部分的光撷 取到才全测器(detector)，而利用检测器所检测的电流值来判断DBR (分布布拉格 反射)激光的中心波长及非线性晶体中心波长是否有匹配，当检测器所检测的 电流值变小对表示DBR激光的中心波长及非线性晶体中心波长没有匹配，此时回馈电路将会启动(利用非投影区动作)调整DBR激光相位剖面(phase section) 的电流值进而调整DBR激光的中心波长，以达到输出光(转换后光源)功率的稳 定效果，然而，其补偿架构只是利用检测器(detector)以撷取并检测经过波长转 换器(wavelength converter)转换后的光的电流值来判断DBR激光的中心波长及 非线性晶体中心波长是否有匹配，因此所述架构只能使输出光(转换后光源)功率 达到稳定，并无法通过自动调控方式以使其波长转换器(wavelength converter)达 成并持续维持在最大波长转换效率(maximum wavelength conversion efficiency )
美国康宁公司(Corning Inc.)的i仑文Wavelength Matching and Tuning in Green Laser Packaging using Second Harmonic Generation, 利用近纟工夕卜^敫光二才及 管(DBRlaser)发出波长为1064nm激光，并利用聚光镜片将激光射入非线性晶体 (波长转换器)中，以使1064nm激光转换成波长为532nm的绿光，其架构是分别 在激光二极管(DBR laser)及非线性晶体(波长转换器)下方设置一温度控制器及 温度传感器；然而，此架构无法即时去做激光二极管(DBR laser)及非线性晶体(波 长转换器)中心波长的最佳化匹配，只能利用测量所得的温度去假设激光二极管 (DBRlaser)及非线性晶体(波长转换器)两个中心波长的匹配，即调整激光二极管 (DBRlaser)及非线性晶体(波长转换器)的温度，以让个别的中心波长移动，因此
因此其架构并无法通过自动调控方式以使其非线性晶体(波长转换器)达成并持 续维持在最大波长转换效率(maximum wavelength conversion efficiency )。
由上可知，波长转换光电装置的应用技术中，包含传统的波长转换光电装 置如DPSS(diode pumped solid state)激光器及目前新发展的波长转换光电装置如 US 6,778,582、 Pub. No. US2008/0002745A1及美国康宁^>司(Corning Inc.)所发布 的论文，均无法自动将转换前的激光波长( d)锁定于波长转换器的最佳转换波长 (入C)以达成并持续维持在最大波长转换效率(maximum wavelength conversion efficiency)。而本发明即是针对上述需求而设计。
发明内容
本发明主要目的在于提供一种微型波长转换光电装置及其自动校正方法， 以使微型光电装置的波长转换效率达成并持续维持在最佳运作状态。
本发明再一目的在于提供一种微型波长转换光电装置及其自动校正方法，以使微型光电装置的波长转换效率达成并持续维持在最佳运作状态，并扩大操 作温度范围，以增进微型光电装置的使用效率。
本发明另一目的在于提供一种微型波长转换光电装置及其自动校正方法， 以在使用中可控制波长转换器的温度并保持固定，进而使波长转换器的最佳转 换波长Xc保持固定而不随环境温度的变化而改变，以自动将激光的波长？d随 时都锁定并等于波长转换器的最佳转换波长Xc，以使微型光电装置的波长转换 效率达成并持续维持在最佳运作状态，并扩大操作温度范围，以增进微型光电 装置的使用效率。
为达到上述目的，本发明提供了一种微型波长转换光电装置，其包含一第 一光电检测器、 一激光器、 一波长转换器、 一分光装置、 一第二光电检测器及
至少一迭代逻辑电路，其中
第一光电检测器，设于所述激光器的一侧面处，用以接收由所述激光器一 侧面所发出一小部分已知波长X1的激光，并根据该激光的功率，将光信号转换 为电流I1;
激光器，由其一侧面发出一小部分波长X1激光以射入所述第一光电检测器， 由其另一侧面发出大部分已知波长 J的激光并聚焦射至所述波长转换器的入射 面，并调制所述激光器的注入电流以改变所述激光器所发出的激光的波长；
波长转换器，设于所述激光器的一侧面处，通过所述波长转换器的入射面 接收由所述激光器一侧面发出的波长？J的激光，并以倍频原理转换产生不同波 长X2的激光而由所述波长转换器的出射面向外输出；所述波长转换器相对于入 射的激光的波长有一最大波长转换效率，当入射的激光功率的波长X1等于所述 波长转换器的最大转换波长人c时，所述波长转换器的波长转换工作达成最大波 长转换效率；
分光装置，其设有一入射面，所述分光装置用以将由所述波长转换器的出 射面所输出的波长的激光分成向外输出的一大部分激光和射至第二光电检测 器的一小部分激光；
第二光电检测器，用以接收由所述分光装置所传送的小部分已知波长X2的 激光，并根据该激光的功率，将光信号转换为电流I2;
迭代逻辑电路，根据所提供的参数以进行迭代逻辑运算；
其中，当所述波长转换器的转换效率在使用中因环境温度变化而降低时， 将所述第一光电检测器所测量的电流Il、所述第二光电检测器所测量的电流I2之间的比例值12/ 11当作参数，通过所述迭代逻辑电路以进行迭代逻辑运算，以 调控所述激光器的注入电流，以调控所述激光器所发出激光的波长X1，以自动 将激光的波长X1调控并锁定等于波长转换器的最大转换波长XC。
本发明还提供了一种微型波长转换光电装置的自动校正方法，其包含以下
步骤
提供一波长转换光电装置，其所述波长装换光电装置至少包含一激光器和 一波长转换器；所述激光器由其一侧面发出已知波长X1的激光以射入所述波长
XI的激光，并以倍频原理转换产生不同波长X2的激光而由其出射面向外输出， 其中所述波长转换器相对于入射的激光的波长具有一最大波长转换效率及一达 成最大转换效率时的最大转换波长Xc;
提供一第一光电检测器及一第二光电检测器；所述第一光电检测器设于所 述激光器的另一侧面处，用以接收由所述激光器另一侧面所发出一小部分已知 波长X1的激光，并根据该激光的功率，将光信号转换为电流I1;所述第二光电 检测器设于所述波长转换器的出射面处，用以接收由所述波长转换器的出射面 发出的已转换为波长X2的激光的一小部分已知波长X2的激光，并根据该激光 的功率，将光信号转换为电流I2 ;
提供至少一迭代逻辑电路，根据所提供的参数以进行迭代逻辑运算；
其中，当波长转换器的转换效率在使用中因环境温度变化而降低时，以所 述第一光电检测器、所述第二光电检测器分别测量的两电流II、 12之间的比例 值12/11当作参数，通过所述迭代逻辑电路以进行迭代逻辑运算功能，改变激光 器的注入电流，以调控所述激光器所发出激光的波长X1，并将激光的波长？d锁 定等于波长转换器的最大转换波长Xc。
与现有技术相比，本发明提供的微型波长转换光电装置及其自动校正方法， 可以使微型光电装置的波长转换效率达成并持续维持在最佳运作状态。
图1是本发明微型波长转换光电装置的基本架构示意图。
图2是本发明微型波长转换光电装置第 一 实施例的结构示意图。
图3是图2中第一光电检测器的局部结构示意图。
图4是图2中第二光电检测器的局部结构示意图。图5是图2第一实施例的TO-can封装(TO-can packaging)模式的结构示意图。
图6是本发明微型波长转换光电装置第二实施例的封装结构示意图。 图7是本发明微型波长转换光电装置第三实施例的封装结构示意图。 图8是本发明微型波长转换光电装置第四实施例的封装结构示意图。 图9是本发明微型波长转换光电装置第五实施例的封装结构示意图。 图IO是本发明微型波长转换光电装置的自动校正方法功能方块示意图。 附图标记说明微型波长转换光电装置-1、 la、 lb、 lc、 ld、 le;第一光电 检测器-10;入射面-101;电子接触板垫(electronic contact pad)-102、 103、 104; 第一光电检测器芯片-105;基板(substrate)-106;接收光圈(receiving aperture)-107;反射面-108;基板-ll; TO-can封装-12; TO-can镜片(TO-can lens)國121; TO-can盖(TO-can cap)-122; TO-can承座(TO-can header)-123; TO-can 电性连结部(electronic connection of TO-can)-124;第一外套筒(holder)-13;第二 外套筒(holder)-14;激光器-20;侧面-201、 203;激光-202、 204、 205、 206、 207; 波长转换器-30;入射面-301;出射面-302;分光装置-40;入射面-401;第二光 电检测器-50;第二光电检测器芯片-501;接收光圈(receiving aperture)-502;电 子接触板垫-503、 504、 505;基板(substrate)-506;入射面-507;反射面-508;迭 代逻辑(iteration logic)电路-60;镜片-70;镜片-80;外罩镜片-81;温度传感 器(temperature sensing device)-90; 温度4空制器(temperature control device)-91 。
具体实施例方式
以下结合附图，对发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。 参照图l-4所示，其分别是本发明所述的微型波长转换光电装置的基本架构 示意图、第一实施例的结构示意图和局部结构示意图。本发明实施例所述的微 型波长转换光电装置(A Compact Wavelength Conversion Photonic Device with Self-Calibration Function",包含第一光电检测器(photo detector, PD)IO、激 光器20、波长转换器30、分光装置40、第二光电检测器(PD)50以及至少一迭 代逻辑(iteration logic )电路60。
所述第一光电检测器(PD1)10设于所述激光器20的一侧面处，用以接收由 所述激光器20 —侧面201所发出的一小部分已知波长为XI激光202,并根据所 述激光202的光功率(optical power)将光信号转换为电流信号II,也就是所述电流信号II可代表所述激光202的光功率；所述第一光电检测器(PD)IO可为单芯 片(single chip)或一具有至少两个光电装置的才莫块(a module with several photonic devices),而为防止所述激光202反射回到所述激光器20，如图1、图2所示， 所述第一光电检测器10的入射面(facet)101可不垂直于激光202的光轴(optical beam axis)。
所述激光器(laser)20可为一半导体激光器(semiconductor laser)或二极管泵 浦固态(diode pumped solid state, DPSS)激光器，且可为单芯片激光器(DFB, multi-section DBR laser)或一具有至少两个光电装置的才莫块(如一半导体激光器 发出波长为X0的光并经一固态晶体而产生波长X1的光)；所述激光器20可由其 一侧面201发出的一'J、部分已知波长为？J的激光202，并可由其另一侧面203 发出大部分已知波长为XI的激光204以聚焦射至所述波长转换器30的入射面 301;又，所述激光器20上可设具一温度传感器(temperature sensing device)以检 测其温度，及设具一温度控制器(temperature control device)如加热电阻器 (thermal resistor)或致冷器(TE-cooler)以控制其温度，并可扩大操作温度范围；进 一步可调制所述激光器的注入电流(injection current, IL)，或改变所述激光器的 温度以改变所述激光器20的激光波长Xl。
所述波长转换器30设于面对所述激光器20的侧面203处，通过入射面301，
接收由所述激光器20的侧面203发出波长XI的激光204，并以倍频原理转换产
生波长X2的激光205并由出射面302向外输出；所述波长转换器30可为堆叠
材料或波导(waveguide)材料，以由所述入射面301接收激光；如果所述波长转
换器30设有波导(waveguide)结构，则其波导的入射面301尺寸可较大以容易接
收由所述激光器20发出的激光204;而为防止所述激光204反射回到所述激光
器20,所述波长转换器30的入射面301可不垂直于所述激光204的光轴(optical
beam axis);又所述入射面301可镀一层配合波长XI激光的抗反射
(anti-reflection, AR)镀膜，以使其容易接收由所述激光器20发出的激光204;
所述出射面302可镀一层配合波长的抗反射(anti-reflection， AR)镀膜，以使
转换后波长X2的激光205容易由所述出射面302送出；又所述出射面302可镀
一层对波长X1的高反射镀膜，以防止波长A1的激光204由所述出射面302送
出。所述波长转换器30可设具一温度传感器(temperature sensing device)以检测
其温度，及i殳具一温度控制器(temperature control device)如加热电阻器(thermal
resistor)或致冷器(TE-cooler)以控制其温度，并可扩大才乘作温度范围；又所述波长转换器30相对于入射的激光204的波长有一最大波长转换效率(maximum wavelength conversion efficiency )，也就是，当入射的激光204的波长XI能调 控至等于(吻合)波长转换器30的最大转换波长(maximum conversion wavelength)Xc时，即可4吏波长的转换工作达成最大波长转换效率；又可利用改 变波长转换器30的温度以改变其最大波长转换波长入c。
所述分光装置40用以将由所述波长转换器30的出射面302所输出的波长X2 激光205分成一大一小两部分，其中的大部分激光206向外输出以形成微型波 长转换光电装置l所要求的输出激光，而其中的小部分激光207射至(输入)第二 光电检测器50。以图1为例说明，所述分光装置40的入射面401用以使所述激 光205由水平方向入射而转弯90度再垂直向上出射，使所述平面401作为波长 的激光205的部分反射面，使所述激光205的大部分激光206入射在所述平 面401上时会被反射，只有小部分激光207会穿透所述平面401而被所述第二 光电检测器(PD)50接收。所述入射面401可为配合波长X2的部分反射材料，或 可增设一配合波长的部分反射分光镜。
所述第二光电检测器(PD)50用以接收由所述分光装置40送来的小部分已知 波长为的激光207，并#^居所述激光207的光功率(optical power),将光信号 转换为电流信号12 ，也就是，所述电流信号12可代表所述激光207的光功率； 又所述第二光电检测器(PD)50可为单芯片(single chip)或一具有至少两个光电装 置的模块(a module with several photonic devices)。
所述迭代逻辑(iteration logic )电路60具有迭代逻辑运算功能，其可根据 所提供的数据以进行所设定的迭代逻辑运算功能，以微型波长转换光电装置1 而言，其利用迭代逻辑的运算功能以自动调控所述激光器20的注入电流 (inj ection current),以同步调控激光波长U 。
通过上述结构，当所述波长转换器30的转换效率在使用中因环境温度变化 而造成变异或降低时，即所述波长转换器30的激光204的波长X1与当时最大 转换波长XC不同而无法达成最大波长转换效率时，可将所述第一光电检测器 10、所述第二光电才全测器50所测量的两电流Il、 12之间的比例值(12/11 )当 作参数，并通过所述迭代逻辑(iteration logic )电路60以进行所设定的迭代逻 辑运算功能，以自动调控所述激光器20的注入电流(injection current),如增加 所述激光器20的注入电流后作运算，如果所得的波长转换效率反而降低，就反 向改为降低所述激光器20的注入电流以提升波长转换效率，如此迭代逻辑运算即可通过调控所述激光器20的注入电流以达成最大波长转换效率，也就是，利
用迭代改变所述激光器20的注入电流的方法以调控所述激光器20所发出激光 204的波长( d),以自动将所述激光204的波长？d锁定等于所述波长转换器30 的最佳(最大)转换波长(XC)，以使微型波长转换光电装置1的波长转换效率 (conversion efficiency )达成并持续维持在最佳运作状态。
又所述微型波长转换光电装置1具有上述的基本架构，即包含第一光电检 测器IO、激光器20、波长转换器30、分光装置40、第二光电检测器(PD)50及 至少迭代逻辑(iteration logic )电路60等基本构件，然而其组装方式或封装 (packaging)方式并不限制于此，如上述如图1所示的基本架构可以芯片(wafer) lA4b;^"《if酉己^ TO-can 封装(TO-canpackaging)模式组装形成，也可以一般 光学元件如发送光学子模块(transmit optical sub-assembly,筒称TOSA)常用的套 筒(holder)方式组装形成，其可随量产需要或成本考量而选择，以优选实施例分 别说明如下 第一实施例
参照图2-5所示，其分别是本发明所述的微型波长转换光电装置第一实施例 的结构、第一光电检测器局部、第二光电检测器局部及其封装(TO-can packaging) 结构的示意图。本实施例所述的微型波长转换光电装置la以芯片(wafer)集成化 方式组装形成，其包含第一光电检测器10、激光器20、波长转换器30、分光 装置40、第二光电检测器50及在相关的电路系统中至少设有一迭代逻辑 (iteration logic )电路60 (图2未示)；其中，如图2所示，在所述激光器20 和所述波长转换器30之间可设一镜片70,用以将由所述激光器20发出的激光 204聚焦至所述波长转换器30;所述镜片70可为单一镜片或一具至少两个镜片 的镜片系统，其可为一球面镜、 一非球面镜、 一渐层式镜(GRINlens)或其他可 聚光/聚焦激光束的光学装置；而如果激光束204进入所述波长转换器30的散开 程度不大时，所述镜片70非必要。
所述第一光电检测器10的入射面101可不垂直于激光202的光轴(optical beamaxis);而为简化包装作业，所述第一光电检测器10的结构如图3所示，可 使所有的电子接触板垫(electronic contact pad)102、 103、 104及第一光电检测器 芯片105都置放在平行于基板(substrate ) 106的支撑面的平面上，以简化芯片与 基板的结合(die bonding)或连接线(金线)与基板的结合(wire bonding)的自动化作 业。所述基板106可由对波长XO低损失(low loss)的材质制成，或设具环绕在激 光202的光径外围的孔槽以减少激光202从所述入射面101至所述第一光电检 测器芯片(photo detector chip) 105的接收光圏(receiving aperture) 107的光损失； 而反射面108将入射的激光202反射至所述第一光电检测器芯片105的接收光 圈(receiving aperture) 107,为达成此目的，反射面108可形成为4吏所述激光202 的入射角大于全内反射(total internal reflection ， TIR)的临界角(critical angle)，或 所述反射面108上可镀一层对波长人0具高反射率的镀膜，或增设一反射镜。
所述波长转换器30用于接收由激光器发出的波长XI的激光204并转换产 生波长的激光205,所述波长转换器30可为一堆叠材料或一波导(waveguide) 材料以由其入射面301接收光能；若波长转换器30设有波导结构，则其波导的 侧面尺寸可较大以容易接收由激光器发出的光能；而为防止激光205反射回到 所述激光器20，图2中波长转换器30的入射面301 (请参熙图1)可不垂直于 所述激光204的光轴(optical beam axis);所述入射面301可镀一层配合波长XI 的抗反射(anti-reflection, AR)镀膜，以使容易接收由所述激光器20发出的激光； 所述出射面302可镀一层配合波长的抗反射(anti-reflection， AR)镀膜，以使 转换后波长X2的激光容易送出；所述出射面302可为对波长？d的高反射镀膜 以防止波长X1的激光由所述出射面302送出。所述波长转换器30可设具温度 传感器(图未示)以检测其温度，又波长转换器可设具温度控制器(图未示)如热电 阻器(thermal resistor)或致冷器(TE-cooler)以控制其温度，并可扩大操作温度范 围。由于所述波长转换器30相对于入射的激光204的波长有一最大波长转换效 率，因此可利用改变所述波长转换器30的温度以改变所述最大转换波长。
如图2所示，所述入射面401用以^使激光205转弯(如图示的90度)至垂直 于基板11的支撑面，所述入射面401当作波长X2的激光205的部分反射面， 大部分激光入射在所述入射面401上会被反射，只有一小部分激光会穿透入射 面401而被第二光电检测器(PD, photo detector)50接收；所述入射面401可为 配合波长的部分反射材料，或可增设一配合波长的部分反射分光镜。
所述第二光电检测器(PD， photo detector)50用以4妄收由所述入射面401发 出(即穿透所述入射面401)的小部分激光207，其可为单芯片(single chip)或一具 有至少两个光电装置的模块(a module with several photonic devices)。而为方便包 装作业，所述第二光电检测器50的结构如图4所示，可使所有的电子接触板垫 (electronic contact pad)503、 504、 505及第二光电检测器芯片(photo detectorchip)501都放置在平行于基板(substrate)506的支撑面的平面上，以方便芯片与基 板的结合(die bonding)或导线(金线)的结合(wire bonding)的自动化作业；而图
207的光径外围的孔槽，以减少激光207从入射面507至第二光电检测器芯片 501的接收光圈(receiving aperture)502的光耗损。又反射面508将入射的激光207 反射至所述第二光电检测器芯片501的接收光圏(receivingaperture)502,为达成 此目的，所述反射面508可形成为使激光207的入射角大于全内反射(total internal reflection, TIR)的临界角(critical angle),或所述反射面508上可镀一层 对波长M)具高反射率的镀膜，或增设一反射镜。
而图2所示的基板(substrate)ll用以定位设置第一光电检测器10、激光器 20、镜片70、波长转换器30的基板(substrate)402及第二光电检测器50,并也 提供激光器20的电连接，及激光器20和所述波长转换器30可能设置的热控装 置(thermal control device); 所述基板(substrate)ll可设具校正键(alignment key) 及/或蚀刻洞(etched hole),以使所述第一光电检测器10、所述激光器20、所述 镜片70、所述波长转换器30的载板(substrate)402和所述第二光电检测器50容 易精准定位；所述基板(substrate)ll可设具温度传感器(图未示)以检测其温度， 又可设具温度控制器(temperature control device)(图未示)如热电阻器(thermal resistor)或致冷器(TE-cooler)以控制其温度，并可扩大操作温度范围；又图2中 的镜片80为选择性装置，用以聚光/聚焦由反射面401反射的激光206而向外输 出。
如图5所示，其图2第一实施例的TO-can封装(TO-can packaging)模式的 结构示意图。如图2所示第一实施例的整体结构体可设在一 TO-can封装12内， 包含一 TO-can镜片(TO-can lens) 121 、 一 TO國can盖(TO-can cap) 122、 一 TO-can 7K座(TO-can header) 123及TO-can电连4妻部(electronic connection of TO-can)124, 可利用所述TO-can电连接部124以控制及检测上述如图2所示的第 一 实施例整 体结构上的各装置。
第二实施例
参照图6所示，本发明所述的微型波长转换光电装置第二实施例的封装结 构示意图。微型波长转换光电装置lb以一般光学元件如发送光学子模块 (transmit optical sub-assembly,简称TOSA)常用的金属外套筒(metal holder)方式组装形成，其基本架构包含第一光电检测器IO、激光器20 (可为一DBR激 光器)、波长转换器30 (可为一 PPLN(Periodically Poled Lithium Niobate)晶体)、 分光装置40 (可为 一分光镜)、第二光电检测器50及在相关的电路系统中至少 设有一迭代逻辑(iteration logic)电路60 (图6中未示)，而如图6所示，在 所述激光器20和所述波长转换器30之间可设一镜片70,用以将由所述激光器 20发出的激光204聚焦至所述波长转换器30,所述镜片70可为单一镜片或一 具至少两个镜片的镜片系统，其可为一球面镜、 一非球面镜、 一渐层式镜(GRIN lens)或其他可聚光/聚焦激光束的光学装置，但如果激光204进入所述波长转换 器30的散开程度不大时，所述镜片70非必要。又本实施例可设一镜片80及一 保护用外罩镜片81，所述镜片80为选择性装置，用以聚光/聚焦由反射面401 反射的激光206而向外输出。
而微型波长转换光电装置lb的架构具有同轴式调校功能，其利用一金属质 的第一外套筒(metal holder)13,以定位组装所述第一光电检测器10和所述激光 器20和/或镜片70,并利用一金属质的第二外套筒(metalholder)14以定位组装 所述波长转换器30、分光装置40和第二光电检测器50和/或镜片80、保护用外 罩镜片81;再通过调整所述第一外套筒(metal holder) 13和所述第二外套筒(metal holder)14以使两者之间对准对位至一最佳位置，再将所述第一外套筒13及所述 第二外套筒14定位粘结成一体。
第三实施例
参照图7所示，其是本发明所述的微型波长转换光电装置的第三实施例的 封装结构示意图。微型波长转换光电装置lc的封装结构类似于第二实施例的微 型波长转换光电装置lb,也通过调整第一外套筒(metalholder)13及第二外套筒 (metal holder) 14而具有同轴式调校功能；而本实施例另在所述激光器20和所述 波长转换器30上分别设具一温度传感器(temperature sensing device)90以才企测其 温度，及一 温度控制器(temperature control device)91如致冷器(TE-cooler)以控制 温度，可相对扩大本实施例的操作温度范围，以增进微型光电装置的使用效率。
第四实施例
参照图8所示，其是本发明所述的微型波长转换光电装置的第四实施例的 封装结构示意图。微型波长转换光电装置ld的封装结构类似于第二实施例的微型波长转换光电装置lb，可通过调整第一外套筒(metalholder)13和第二外套筒 (metal holder) 14而具有同轴式调校功能；而本实施例的微型波长转换光电装置 ld与第二实施例的微型波长转换光电装置lb之间的不同处在于本实施例的微 型波长转换光电装置Id的第二光电检测器50组装在激光205经过分光装置40 的相对侧，即小部分激光207穿透所述分光装置40而约与激光205平行并射至 所述第二光电检测器50;而第二实施例的微型波长转换光电装置lb的封装结构 中，所述分光装置40的分光镜结构功能不同，使所述第二光电检测器50可组 装在激光205经过分光装置40反射呈90度角的侧面，即与激光205垂直，也 就是第二实施例微型波长转换光电装置lb的第二光电检测器50组装在激光205 经过分光装置40的90度垂直侧，即小部分激光207经由所述分光装置40反射 而与激光205垂直并射至所述第二光电检测器50。
第五实施例
参照图9所示，其是本发明所述的微型波长转换光电装置第五实施例的封 装结构示意图。本实施例的微型波长转换光电装置le的封装结构类似于第四实 施例的微型波长转换光电装置ld，也通过调整第一外套筒(metalholder)13和第 二外套筒(metal holder) 14而具有同轴式调校功能；而本实施例另在所述激光器 20和所述波长转换器30上分别设具一温度传感器(temperature sensing device)卯 以4全测其温度，及一温度控制器(temperature control device)91如致冷器 (TE-cooler)以控制温度，可相对扩大本实施例的操作温度范围，以增进微型光电 装置的使用效率。
再以本发明具有自动校正功能的微型波长转换光电装置而言，转换前的激 光波长？J必须吻合(coincident with)波长转换器的最大转换波长(maximum conversion wavelength) Xc,以佳:激光波长XI转换成激光波长的转换工作达成 最大波长转换效率(maximum wavelength conversion wavelength),然而，激光波 长XI及波长转换器的最大转换波长(maximum conversion wavelength) 将随着 激光器及波长转换器的温度改变而改变，也就是当转换前波长A_l必须达到或吻 合(coincidentwith)某一特定的转换前激光波长时，即称为最大转换波长 (maximum conversion wavelength入c )， 其波长转换效率(wavelength conversion efficiency)才可达到最大值，也就是达成最佳运作状态，而当转换前波长X1未吻 合(coincidentwith)其最大转换波长Xc时，如小于或大于所述最大转换波长，其波长转换效率即降低；然而， 一激光源的激光波长(转换前)或一波长转换器的 最大转换波长Xc都是随其激光装置或波长转换器的温度改变而变化，而环境温 度将改变所述激光装置及波长转换器的温度，而且一激光源的激光波长(转换前) 及一波长转换器的最大转换波长Xc相对于温度每一度的温度改变率(changing rate of temperature per temperature)是不同的，如假设在某一特定环境温度下一激 光源的激光波长(转换前)刚好相同于(吻合，coincident with)—波长转换器的最大 转换波长Xc ,则当环境温度改变时，上述的激光波长(转换前)与波长转换器的 最大转换波长就不再相同(吻合)，即波长转换效率也降低(degraded);因此， 针对一波长转换光电装置而言，当环境温度改变时仍然使激光波长(转换前)与波 长转换器的最大转换波长Xc保持相同(吻合)是有必要的。
如图IO所示，其揭示一种当环境温度改变时使激光波长(转换前)与波长转 换器的最大转换波长Xc保持相同(吻合)的方法，其中
Il是由第一光电检测器IO所测量取得的光电流，其与第一光电检测器10 所接收到的光功率成比例，其与激光器20由一侧面201发出的激光功率202成 比例的，也与激光器20由一侧面203发出的激光204的功率PI成比例；II提 供迭代逻辑(iteration logic )电路60的调控方式以控制激光器20的波长XI所 需的数据；此外，II可提供激光功率控制逻辑(laser power control logic)以控制激 光的光功率(the power of the laser)所需的数据，即自动光功率控制(即APC ， Auto-Power control), —例是使PI维持不变当激光器20温度改变时；例如当激 光器20温度增加时，P1降低及I1降低，然后，激光功率控制逻辑(laserpower control logic)增加激光器20的注入电流(injection current)，可将激光的光功率拉 回原来的水准。
12是由第二光电检测器50所测量取得的光电流，其与第二光电检测器50 所接收到的激光207的功率成比例，其与波长激光205的功率成比例；由于 波长转换器30的波长转换效率决定于( d 可设定波长转换器30的波长转
换效率为C(X1 -XC)，即C为(X1 4C)的函数，如此12与PI* C( J -XC)成比例， 若12除以II,可得到一函数12/11与波长转换效率为C(X1 -XC)成比例，这样， 可导出本发明的自动校正方法。
而上述自动将激光204的波长XI随时调控并锁定等于波长转换器30的最 佳(最大)转换波长的自动校正功能可称为最大输出功率锁定(power maximum locking)机制，也就是本发明具有自动校正功能的微型波长转换光电装置l可达成最大输出功率锁定(power maximum locking) 4几制的功效；-清同时 参照图IO所示，本发明的自动校正方法可包含以下步骤
提供一波长转换光电装置；所述波长转换光电装置1至少包含一激光器20 及一波长转换器30,其中所述激光器20可由其一侧面203发出已知波长为人l 的激光204以射入所述波长转换器30的入射面301;其中所述波长转换器30可 通过其入射面301以接收由激光器所发出的波长X1的激光功率204，并以倍频 原理转换产生波长X2的激光205而由其出射面302向外输出，其中所述波长转 换器30相对于入射的激光204的波长有一最大波长转换效率和一达成最大转换 效率时的最大转换波长(maximum conversion wavelength)Xc;
提供一第一光电检测器(PD, photo detector)10及一第二光电检测器(PD)50， 其中所述第一光电检测器10设于所述激光器20的一侧面201处，用以接收由 所述激光器20 —侧面201所发出的一小部分已知波长为XI的激光202,并根据 所述激光202的功率将光信号转换为电流I1;其中所述第二光电检测器50设于 前述波长转换器30的出射面302处，用以接收由所述波长转换器30的出射面 302所发出的已转换为波长为的激光205的一小部分已知波长为的激光 207，并根据所述激光207的功率将光信号转换为电流12;
提供至少一迭代逻辑(iteration logic )电路60,其可根据所提供的数据以 进行所设定的迭代逻辑运算功能；
其中，当所述波长转换器30的转换效率在使用中因环境温度变化而降低时， 即入射所述波长转换器30的激光204的波长人l与当时最大转换波长人c不同而 无法达成最大波长转换效率时，可以所述第一光电检测器10、所述第二光电检 测器50所测量的两电流II 、 12之间的比例值12/ II当作参数，通过所述迭代逻 辑电路60以进行所设定的迭代逻辑运算功能，以利用迭代改变所述激光器20 的注入电流，以自动调控所述激光器20发出的激光204的波长Xl,并自动将所 述激光204的波长AJ锁定等于所述波长转换器30的最大转换波长Xc,以使微 型光电装置1的波长转换效率(conversion efficiency)达成并持续维持在最佳运 作状态。
以上说明对发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员 理解，在不脱离以下所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多 修改，变化，或等效，但都将落入本发明的保护范围内。
权利要求
1、一种微型波长转换光电装置，其特征在于，其包含一第一光电检测器、一激光器、一波长转换器、一分光装置、一第二光电检测器及至少一迭代逻辑电路，其中第一光电检测器，设于所述激光器的一侧面处，用以接收由所述激光器一侧面所发出一小部分已知波长λ1的激光，并根据该激光的功率，将光信号转换为电流I1；激光器，由其一侧面发出一小部分波长λ1激光以射入所述第一光电检测器，由其另一侧面发出大部分已知波长λ1的激光并聚焦射至所述波长转换器的入射面，并调制所述激光器的注入电流以改变所述激光器所发出的激光的波长；波长转换器，设于所述激光器的一侧面处，通过所述波长转换器的入射面接收由所述激光器一侧面发出的波长λ1的激光，并以倍频原理转换产生不同波长λ2的激光而由所述波长转换器的出射面向外输出；所述波长转换器相对于入射的激光的波长有一最大波长转换效率，当入射的激光功率的波长λ1等于所述波长转换器的最大转换波长λc时，所述波长转换器的波长转换工作达成最大波长转换效率；分光装置，其设有一入射面，所述分光装置用以将由所述波长转换器的出射面所输出的波长λ2的激光分成向外输出的一大部分激光和射至第二光电检测器的一小部分激光；第二光电检测器，用以接收由所述分光装置所传送的小部分已知波长λ2的激光，并根据该激光的功率，将光信号转换为电流I2；迭代逻辑电路，根据所提供的参数以进行迭代逻辑运算；其中，当所述波长转换器的转换效率在使用中因环境温度变化而降低时，将所述第一光电检测器所测量的电流I1、所述第二光电检测器所测量的电流I2之间的比例值I2/I1当作参数，通过所述迭代逻辑电路以进行迭代逻辑运算，以调控所述激光器的注入电流，以调控所述激光器所发出激光的波长λ1，以自动将激光的波长λ1调控并锁定等于波长转换器的最大转换波长λC。
2、 如权利要求1所述的微型波长转换光电装置，其特征在于，所述第一光 电检测器是单芯片或具有至少两个光电装置的模块。
3、 如权利要求1所述的微型波长转换光电装置，其特征在于，所述激光器2是半导体激光器、二极管泵浦固态激光器、单芯片激光器或具有至少两个光电 装置的模块。
4、 如权利要求1所述的微型波长转换光电装置，其特征在于，所述激光器 进一步设具检测其温度的温度传感器和控制其温度的温度控制器。
5、 如权利要求1所述的微型波长转换光电装置，其特征在于，所述波长转 换器为由堆叠材料构成的晶体。
6.如权利要求1所述的微型波长转换光电装置，其特征在于，所述波长转换 器为波导材料，以由其入射面接收激光。
7、 如权利要求1所述的微型波长转换光电装置，其特征在于，所述波长转 换器进一步设具检测其温度的温度传感器和控制其温度的温度控制器。
8、 如权利要求1所述的微型波长转换光电装置，其特征在于，所述分光装 置的入射面是配合入射的激光波长的部分反射材料。
9、 如权利要求1所述的微型波长转换光电装置，其特征在于，所述分光装 置的入射面增设一配合入射的激光波长的部分反射分光镜。
10、 如权利要求1所述的微型波长转换光电装置，其特征在于，所述第二 光电检测器是单芯片或具有至少两个光电装置的模块。
11、 如权利要求1所述的微型波长转换光电装置，其特征在于，在所述激 光器和所述波长转换器之间设置一聚焦/聚光用镜片。
12、 如权利要求1或11所述的微型波长转换光电装置，其特征在于，其进 一步包括一基板，所述基板用于定位设置所述第一光电检测器、所述激光器、 所述镜片、所述波长转换器和所述第二光电检测器，并通过所述基板以提供激 光器的电连接。
13、 如权利要求1所述的微型波长转换光电装置，其特征在于，所述微型 波长转换光电装置采用TO-can封装。
14、 如权利要求1所述的微型波长转换光电装置，其特征在于，其进一步 包括一金属质的第一外套筒，以定位组装所述第一光电检测器及激光器，并包 括一金属质的第二外套筒，以定位组装所述波长转换器、所述分光装置和所述 第二光电检测器，且所述第一外套筒和所述第二外套筒之间对准对位调整同轴 再定位粘结成一体。
15、 一种微型波长转换光电装置的自动校正方法，其特征在于，其包含以 下步骤提供一波长转换光电装置，其所述波长装换光电装置至少包含一激光器和一波长转换器；所述激光器由其一侧面发出已知波长X1的激光以射入所述波长 转换器的入射面；所述波长转换器通过其入射面接收由所述激光器发出的波长其中所述波长转换器相对于入射的激光的波长具有一最大波长转换效率及一达 成最大转换效率时的最大转换波长人c;提供一第一光电检测器及一第二光电检测器；所述第一光电检测器设于所 述激光器的另 一侧面处，用以接收由所述激光器另 一侧面所发出 一小部分已知 波长X1的激光，并根据该激光的功率，将光信号转换为电流I1;所述第二光电 检测器设于所述波长转换器的出射面处，用以接收由所述波长转换器的出射面 发出的已转换为波长X2的激光的一小部分已知波长X2的激光，并根据该激光 的功率，将光信号转换为电流I2 ;提供至少一迭代逻辑电路，根据所提供的参数以进行迭代逻辑运算； 其中，当波长转换器的转换效率在使用中因环境温度变化而降低时，以所 述第一光电检测器、所述第二光电检测器分别测量的两电流II、 12之间的比例 值12/11当作参数，通过所述迭代逻辑电路以进行迭代逻辑运算功能，改变激光器的注入电流，以调控所述激光器所发出激光的波长？a,并将激光的波长？a锁定等于波长转换器的最大转换波长Xc。
全文摘要
本发明提供了一种微型波长转换光电装置及其自动校正方法，所述波长转换光电装置如一激光模块利用波长转换器以倍频原理将一激光的波长λ1转换成不同波长λ2的输出光；当波长转换器的转换效率在使用中因环境温度变化而造成变异或降低时，通过光电检测器取得代表转换前激光功率的电流I1及代表转换后输出光功率的电流I2，再以两电流间的比例值I2/I1，通过迭代逻辑电路以调控激光器的注入电流以调控激光波长λ1，以进行动态的校正及补偿机制，以自动将激光的波长λ1锁定于波长转换器的最佳转换波长λc，以使微型光电装置的波长转换效率达成并持续维持在最佳运作状态。
文档编号G02F1/35GK101625499SQ20081012767
公开日2010年1月13日 申请日期2008年7月7日 优先权日2008年7月7日
发明者温明华, 陈国仁 申请人:宏瞻科技股份有限公司