激光发射器模块及装配的方法

专利名称：激光发射器模块及装配的方法
技术领域：
本发明一般涉及激光发射器模块及装配的方法。
背景技术：
要求光能量的应用，以及在一些实施方式中要求激光能量的应用可得益于使用固态光源，比如激光二极管这些通常可获得、操作可靠且相对划算的光源作为激光能量源。这样的装置可在单个线阵列中包括在共同的方向上同时发射激光的多个激光发射器。另外多个固态或激光发射器线阵列可布置成叠层结构，以便产生更高的功率水平。一般这种固态发射器线阵列的发射器在操作中产生大量热，它们彼此间隔开以允许充分的冷却而无需精心设计且昂贵的冷却系统。激光二极管线阵列经常用于通信技术装置、医药应用以及其他应用比如军事应用这些期望将叠层结构中所有单个固态发射器线阵列或多个线阵列的发射器的输出耦合到单光纤或其他光导管中的应用。一些常见的光学安装过程不适合于气密封接的装配。例如，在气密封接的単元中光学部件的环氧粘着安装可能不适合于ー些没有有机吸气剂的实施方式，因为从环氧材料的放气可能污染系统或系统中的光学器件。同样地，这种实施方式的散热和光学准直要求可能使得ニ极管线阵列难以装配和封装，在要求装配的气密封接的系统中尤其如此。需要可以以提供有效耗散由于激光发射器线阵列的工作而产生的热量的可靠且鲁棒的结构的有效且节省成本的方式实现的封装一个或更多激光发射器线阵列的方法和装置。还需要适合于提供这种气密封接的系统的这样的方法和装置。

发明内容
ー种光学设备的一些实施方式包括外売，所述外壳具有基底、侧壁和盖子。热沉间隔物(heat sink spacer)固定到基底的内侧表面，而热沉固定到热沉间隔物的顶面。光学设备包括激光发射器线阵列，所述激光发射器线阵列固定到热沉的顶面，其中光学衬底固定到所述热沉间隔物的顶面。快轴准直器邻近激光发射器线阵列的输出表面安装到光学衬底，并配置成在快轴方向上基本上准直激光发射器线阵列的输出。导热且电绝缘的材料的层布置在激光发射器线阵列和外壳的基底之间，以便使激光发射器线阵列与外壳电绝缘。ー种光学设备的一些实施方式包括外売，所述外壳具有基底、侧壁和盖子，其中热沉间隔物固定到基底的内侧表面。具有导热且电绝缘的材料的上层的热沉固定到热沉间隔物的顶面。激光发射器线阵列固定到热沉的导热且电绝缘的上层，且光学衬底固定到热沉间隔物的顶面。快轴准直器邻近激光发射器线阵列的输出表面安装到光学衬底，并配置成在快轴方向上基本上准直激光发射器线阵列的输出。ー种光学设备的一些实施方式包括外売，所述外壳具有基底、侧壁和盖子。导热且电绝缘的热沉间隔物固定到基底的内侧表面，而热沉固定到热沉间隔物的顶面。具有多个发射器的激光发射器线阵列固定到热沉的顶面。光学衬底固定到热沉间隔物的顶面。快轴准直器邻近激光发射器线阵列的输出表面安装到光学衬底，并配置成在快轴方向上基本上准直激光发射器线阵列的输出。对于ー些实施方式，光束调节光学器件还可邻近快轴准直器安装在光学衬底上。ー种光学设备的一些实施方式包括气密封接的外罩，所述外罩具有基底、盖子、布置在基底和盖子之间的侧壁以及布置在壁中的开ロ。导热且电绝缘的热沉间隔物固定到基底的内侧表面，而热沉固定到热沉间隔物的顶面。激光发射器线阵列固定到热沉的顶面，而光学衬底固定到热沉间隔物的顶面。快轴准直器邻近激光发射器线阵列的输出表面安装到光学衬底，并配置成在快轴方向上基本上准直激光发射器线阵列的输出。慢轴准直器配置成在输出光束的慢轴方向上准直激光发射器线阵列的输出。具有凸缘的可调整的套圈组件被密封地固定到外罩的壁，而光纤布置在可调整的套圈组件内并固定到所述可调整的套圈组件。聚焦光学器件布置在设备的光学链中，并配置成将激光发射器线阵列的输出聚焦到光纤的输入表面。一种主动对准激光发射器模块的方法的一些实施方式包括提供具有激光发射器线阵列和外壳的激光发射器模块。外壳包括基底和尺寸、位置设置成容纳激光发射器线阵列的输出光束的开ロ。开ロ布置在与基底呈固定的关系的外壳的壁中。外壳的表面的方向与位置相对于外部參考构件被确定。然后激光发射器线阵列的小面相对于外部參考构件的位置和方向可被用于相对于外壳对准激光发射器线阵列。一种主动对准激光发射器模块的方法的一些实施方式包括提供具有外壳的激光发射器模块。外壳包括基底、与基底呈固定的关系的激光发射器线阵列以及尺寸和位置设置成容纳激光发射器线阵列的输出光束的开ロ。开ロ布置在与基底呈固定的关系的外壳的壁中。激光发射器线阵列的至少ー个发射器被激活，且通过对输出光束成像，监测该至少一个被激活的发射器的输出光束的特征。之后，快轴准直器被布置在输出光束中，并被对准直到光束斜度和边缘锐度达到期望的质量为止。然后快轴准直器可相对于外壳被固定就位。然后慢轴准直器可被输出光束中，并被对准直到光束斜度和边缘锐度达到期望的质量为止。然后慢轴准直器可相对于外壳被固定就位。聚焦光学器件可随后布置在输出光束中， 并被对准直到光束尺寸和位置达到期望的质量为止。然后聚焦光学器件可相对于外壳被固定就1AA。一种主动对准激光发射器模块的方法的一些实施方式包括具有激光发射器线阵列和外壳的激光发射器模块。外壳包括基底以及尺寸和位置设置成容纳激光发射器线阵列的输出光束的开ロ。开ロ布置在与基底呈固定的关系的外壳的壁中。外壳的表面的方向与位置相对于外部參考构件被确定。激光发射器线阵列的小面相对于外部參考构件的位置和方向被用于相对于外壳对准激光发射器线阵列。激光发射器线阵列的至少ー个发射器可被激活，且通过对输出光束成像，监测至少ー个被激活的发射器的输出光束的特征。快轴准直器被布置在输出光束中，并被对准直到光束斜度和边缘锐度达到期望的质量为止。快轴准直器可相对于外壳被固定就位。对于ー些实施方式，光束调节光学器件比如重整元件可分离地或作为子组件结合快轴准直器被固定。光束斜度和边缘锐度、关于来自激光发射器线阵列小面的虚拟參考集(virtual reference set)的光斑的位置以及总的远场光束尺寸可以是优化对准时考虑的因素。慢轴准直器被布置在输出光束中，并被对准直到光束斜度和边缘锐度达到期望的质量为止。慢轴准直器可相对于外壳被固定就位。聚焦光学器件被布置在输出光束中，并被对准直到光束尺寸和位置达到期望的质量位置为止。然后聚焦光学器件可相对于外壳被固定就位。一种主动对准激光发射器模块的元件的方法的一些实施方式包括提供包括外壳的激光发射器模块。外壳可包括基底、与基底呈固定的关系的激光发射器线阵列以及在外壳的壁中的尺寸和位置设置成容纳所述激光发射器线阵列的输出光束的开ロ。外壳的壁可与基底呈固定的关系。然后激活激光发射器线阵列的至少ー个发射器。然后可通过在激光发射器模块的光学元件的对准期间，对开ロ的平面处的至少ー个发射器的输出成像，且同时对在远场光束中的至少ー个发射器的输出成像的方式，监测至少ー个被激活的发射器的输出光束的特征。一种用于定位光纤的输入表面的套圈组件的一些实施方式包括具有筒部分的外套管，所述筒部分具有内孔和输入端。凸缘构件还从筒部分径向延伸。具有输入端的圆柱形纤维联接套管配置成在外套管的内孔中轴向地滑动，并具有与其外表面同心布置的轴向腔。光纤固定在联接套管的轴向腔内。光纤的输入端布置成轴向地延伸到纤维联接套管的输入端以外以及外套管的内孔之内。ー种光学设备的一些实施方式包括外売，所述外壳具有基底、以固定的关系固定到基底的激光发射器线阵列以及配置成在快轴方向上基本上准直激光发射器线阵列的输出的快轴准直器。该设备还包括用于定位光纤的输入表面的套圈组件，所述套圈组件具有外套管，外套管具有的筒部分包括内孔和输入端。凸缘构件从筒部分径向延伸并固定到外売。圆柱形纤维联接套管配置成在外套管的内孔中轴向地滑动，并具有关于其外表面同心布置的轴向腔。纤维联接套管还包括输入端。光纤固定在轴向腔内，光纤的输入端轴向地延伸到纤维联接套管的输入端以外。光纤的输入端还布置在外套管的内孔之内。ー种光学设备的一些实施方式包括外売，所述外壳具有基底、以固定的关系固定到所述基底并具有输出光谱带的激光发射器线阵列以及配置成在快轴方向上基本上准直所述激光发射器线阵列的输出的快轴准直器。聚焦元件配置成聚焦激光发射器线阵列的输出，且反射涂层布置在设备的光学元件上。反射涂层配置成反射不同于从激光发射器线阵列发射的光能量的光谱带的光能量的光谱带。ー种光学设备的一些实施方式包括激光发射器模块，所述激光发射器模块包括具有基底的外壳及以固定的关系固定到基底的激光发射器线阵列。激光发射器线阵列具有输出光谱带，且快轴准直器配置成在快轴方向上基本上准直激光发射器线阵列的输出。聚焦元件被配置成聚焦激光发射器线阵列的输出。耦合到激光发射器模块的光学部件配置成接收激光发射器线阵列的输出光谱带。对于ー些实施方式，这种光学部件可以将具有不同于激光发射器线阵列的光谱带的光谱带的光能量传送回激光发射器模块。反射涂层布置在激光发射器模块的光学元件上，并配置成反射耦合到激光发射器模块的光学部件所传送的光谱带。反射涂层还配置成透射激光发射器线阵列的光谱带。ー种光学设备的一些实施方式包括具有基底的外壳、以固定的关系固定到基底具有输出光谱带的激光发射器线阵列以及配置成在快轴方向上基本上准直激光发射器线阵列的输出的快轴准直器。聚焦元件可配置成聚焦激光发射器线阵列的输出，且光学隔离器可布置在外壳内或邻近外壳布置并配置成防止不同于激光发射器线阵列的光谱带的光能量的光谱带传输回激光发射器线阵列。ー种光学设备的一些实施方式包括激光发射器模块，所述激光发射器模块包含具有基底的外壳、以固定的关系固定到基底具有输出光谱带的激光发射器线阵列和配置成在快轴方向上基本上准直激光发射器线阵列的输出的快轴准直器。聚焦元件布置在外壳内并配置成聚焦激光发射器线阵列的输出。光学部件耦合到激光发射器模块，并配置成接收激光发射器线阵列的输出光谱带。这样的光学部件还可将具有不同于激光发射器线阵列的光谱带的光谱带的光能量传送回激光发射器模块。光学隔离器可布置在外壳内或邻近外壳布置并配置成反射该光学部件所传送的光谱带以及透射激光发射器线阵列的光谱带。一种用于定位光纤的输入表面的套圈组件的一些实施方式，包括外套管，所述外套管具有筒部分和从筒部分径向延伸的凸缘构件，所述筒部分具有内孔和输入端。圆柱形纤维联接套管配置成在外套管的所述内孔中轴向地滑动，并具有与外表面同心的阶梯式轴向腔。阶梯式轴向腔包括从套管的输入端向近侧延伸的腔的较小横向尺度部分(minor transverse dimension portion)和从较小横向尺度部分延伸到套管的近端的腔的较大横向尺度部分(major transverse dimension portion)。光纤同心地固定在轴向腔内，所述光纤的输入端向远侧布置在纤维联接套管的输入端以外以及外套管的内孔之内。本发明提供了ー种光学设备，包括外売，其具有基底；热沉间隔物，其固定到所述基底的内侧表面；热沉，其固定到所述热沉间隔物的顶面；激光发射器线阵列，其固定到所述热沉的顶面；光学衬底，其固定到所述热沉间隔物的顶面；快轴准直器，其邻近所述激光发射器线阵列的输出表面安装到所述光学衬底，并配置成在快轴方向上基本上准直所述激光发射器线阵列的输出；以及导热且电绝缘的材料的层，其布置在所述激光发射器线阵列和所述外壳的所述基底之间，以便使所述激光发射器线阵列与所述外壳电绝缘。本发明所提供的设备中，导热且电绝缘的材料的层可包括热传导的陶瓷。导热且电绝缘的材料的层可包括氮化铝。本发明还提供了ー种光学设备，包括外売，其具有基底；热沉间隔物，其固定到所述基底的内侧表面；热沉，其固定到所述热沉间隔物的顶面，并具有布置在所述热沉上的导热且电绝缘的材料的上层；激光发射器线阵列，其固定到所述热沉的导热且电绝缘的上层；
光学衬底，其固定到所述热沉间隔物的顶面；以及快轴准直器，其邻近所述激光发射器线阵列的输出表面安装到所述光学衬底，并配置成在快轴方向上基本上准直所述激光发射器线阵列的输出。本发明还提供的设备中，导热且电绝缘的材料的层可包括热传导的陶瓷。导热且电绝缘的材料的层可包括氮化铝。本发明另外提供了ー种光学设备，包括外売，其具有基底；导热且电绝缘的热沉间隔物，其固定到所述基底的内侧表面；热沉，其固定到所述热沉间隔物的顶面；激光发射器线阵列，其固定到所述热沉的顶面；光学衬底，其固定到所述热沉间隔物的顶面；以及快轴准直器，其邻近所述激光发射器线阵列的输出表面安装到所述光学衬底，并配置成在快轴方向上基本上准直所述激光发射器线阵列的输出。本发明另外提供的设备中，导热且电绝缘的材料的层可包括热传导的陶瓷。导热且电绝缘的材料的层可包括氮化铝。所述的设备还可包括布置在设备的光学链中的光束调节光学器件。光束调节光学器件可选自由透镜、棱镜、偏振器、滤光器、波片、反射镜等构成的組。光束调节光学器件可包括光谱带调节元件。所述光谱带调节元件可包括VBG。光束调节光学器件可包括光束旋转元件。外壳可包括气密封接的外罩。所述的设备还可包括布置在外壳的壁中并与激光发射器线阵列的输出轴基本上对准大的开ロ，以及其中开ロ的横向尺度和位置可被设置成允许激光发射器线阵列的基本上所有发射的光通过开ロ。所述的设备还可包括布置在设备的光学链中的聚焦元件。所述的设备还可包括固定到外壳的套圈以及固定在所述套圈内的光纤，所述光纤的输入端与聚焦元件的输出基本上对准，以便激光发射器线阵列的输出被耦合到所述光纤的输入端。快轴准直器可通过软焊、焊接或玻璃联接固定到光学衬底。快轴准直器可通过环氧胶粘固定到光学衬底。本发明还提供了ー种光学设备，包括气密封接的外罩，其具有基底、盖子、布置在所述基底和所述盖子之间的侧壁以及布置在壁中的开ロ；导热且电绝缘的热沉间隔物，其固定到所述基底的内侧表面；热沉，其固定到所述热沉间隔物的顶面；激光发射器线阵列，其固定到所述热沉的顶面并具有多个激光发射器；光学衬底，其固定到所述热沉间隔物的顶面；快轴准直器，其邻近所述激光发射器线阵列的输出表面固定到所述光学衬底，并配置成在快轴方向上基本上准直所述激光发射器线阵列的输出；光束调节光学器件，其邻近所述激光发射器线阵列固定到所述光学衬底，并配置成重整所述激光发射器线阵列的输出；慢轴准直器，其配置成在输出光束的慢轴方向上准直所述激光发射器线阵列的输出；可调整的套圈组件，其具有密封地固定到所述外罩的壁的凸缘；光纤，其布置在所述可调整的套圈组件内并固定到所述可调整的套圈组件；以及聚焦元件，其布置在所述设备的光学链中，并配置成将所述激光发射器线阵列的输出聚焦到所述光纤的输入表面上。本发明还提供的设备中，导热且电绝缘的热沉间隔物可包括氮化铝。光学衬底可包括具有低热导率的陶瓷或玻璃。光学衬底可包括具有与热沉间隔物的热膨胀系数基本上相同的热膨胀系数的材料。光学衬底可通过软焊、焊接或玻璃联接固定到热沉间隔物。光学衬底可通过环氧胶粘固定到热沉间隔物。快轴准直器可通过软焊、焊接或玻璃联接固定到光学衬底。快轴准直器可通过环氧胶粘固定到光学衬底。热沉间隔物可包括陶瓷或金属。热沉间隔物可包括具有基本上匹配外罩的基底的热膨胀系数的热膨胀系数的材料。热沉间隔物可通过软焊固定到外罩的基底。热沉间隔物可通过银环氧树脂或银玻璃固定到外罩的基底。布置在可调整的套圈中的纵向的腔的内表面可被压接到光纤的外侧表面，以在光纤和外罩之间产生气密封接。可调整的套圈可通过激光缝焊固定到外罩。外罩的盖子可通过激光缝焊固定到外罩的壁。热沉间隔物可具有约1. 5*10nPa到约4*10"!^的杨氏模量。热沉间隔物可具有约 3*10"Pa到约3. 5*10"Pa的杨氏模量。本发明提供了一种对准激光发射器模块的方法，包括提供激光发射器模块，所述激光发射器模块包括激光发射器线阵列和具有基底的外壳，以及在所述外壳的壁中的、尺寸和位置设置成容纳所述激光发射器线阵列的输出光束的开ロ，所述外壳的壁与所述基底呈固定的关系；确定所述外壳的所选表面相对于外部參考构件的方向与位置；以及使用所述激光发射器线阵列的小面相对于所述外部參考构件的位置和方向来相对于所述外壳对准所述激光发射器线阵列。本发明提供的方法中，激光发射器线阵列相对于外壳可被对准成使得来自激光发射器线阵列的大部分输出将通过开ロ。所述的方法还可包括将激光发射器线阵列固定成与外壳呈固定的关系。使用激光发射器线阵列的小面相对于外部參考构件的位置和方向来相对于外壳对准激光发射器线阵列可包括使激光发射器线阵列的小面与相对于外壳的所选表面处于已知位置和方向的成像装置的标线对准。确定外壳的所选表面相对于外部參考构件的方向与位置可包括使外壳的外部表面与外部參考构件的基准表面接触。所述的方法还可包括在使外壳的外部表面与外部參考构件的基准接触时，将锥形构件插入开口中。所述锥形构件在轴向方向上可以是弹簧加载的，所述的方法还可包括在锥形构件和开ロ之间施加弹簧加载的力。本发明还提供了一种主动对准激光发射器模块的方法，包括提供激光发射器模块，所述激光发射器模块包括具有基底的外壳、与所述基底呈固定的关系的激光发射器线阵列以及在所述外壳的壁中的尺寸和位置设置成容纳所述激光发射器线阵列的输出光束的开ロ，所述外壳的壁与所述基底呈固定的关系；激活所述激光发射器线阵列的至少ー个发射器；通过对输出光束成像，监测被激活的所述至少一个发射器的输出光束的特征；在所述输出光束中布置快轴准直器，并对准所述快轴准直器直到光束斜度和边缘锐度达到期望的质量为止，以及将所述快轴准直器相对于所述外壳固定就位；在所述输出光束中布置慢轴准直器，并对准所述慢轴准直器直到光束斜度和边缘锐度达到期望的质量为止，以及将所述慢轴准直器相对于所述外壳固定就位；以及在所述输出光束中布置聚焦光学器件，并对准所述聚焦光学器件直到光束尺寸和位置达到期望的质量为止，以及将所述聚焦光学器件相对于所述外壳固定就位。所述的方法还可包括硬连接每个已被主动对准的光学部件。每个已被主动对准的光学部件通过激光焊接或软焊被硬连接到相应的安装位置。可以通过用分束器分束输出光束，并将输出光束的強度较小减小的部分引导至中性密度滤光器以便进一歩减小输出光束的強度，并将强度减小的输出光束引导至光束轮廓装置的输入以便量化输出光束的斜度和边缘锐度的方式，来监测外部光束特征。光束轮廓装置可包括CXD摄像机，且光束轮廓可在视频显示器上视觉上监测。所述的方法还可包括将光束的强度较大减少的分束部分引导至光束阻挡块。输出光束的強度较小减小的部分可包括分束前的输出光束的強度的约0.01%到约 10%。中性密度滤光器还可减小光束的強度较小减小的部分约90%到约99. 999%。本发明另外提供了一种主动对准激光发射器模块的方法，包括提供激光发射器模块，所述激光发射器模块包括激光发射器线阵列和具有基底的外壳，以及在所述外壳的壁中的尺寸和位置设置成容纳所述激光发射器线阵列的输出光束的开ロ，所述外壳的壁与所述基底呈固定的关系；确定所述外壳的所选表面相对于外部參考构件的方向与位置；以及使用激光发射器线阵列的小面相对于所述外部參考构件的位置和方向来相对于所述外壳对准所述激光发射器线阵列；激活所述激光发射器线阵列的至少ー个发射器；通过对输出光束成像，监测被激活的所述至少一个发射器的输出光束的特征；在所述输出光束中布置快轴准直器，并对准所述快轴准直器直到光束斜度和边缘锐度达到期望的质量为止，以及将所述快轴准直器相对于所述外壳固定就位；在所述输出光束中布置慢轴准直器，并对准所述慢轴准直器直到光束斜度和边缘锐度达到期望的质量为止，以及将所述慢轴准直器相对于所述外壳固定就位；以及在所述输出光束中布置聚焦光学器件，并对准所述聚焦光学器件直到光束尺寸和位置达到期望的质量为止，以及将所述聚焦光学器件相对于所述外壳固定就位。
本发明另外提供了一种主动对准激光发射器模块的元件的方法，包括提供激光发射器模块，所述激光发射器模块包括具有基底的外壳、与所述基底呈固定的关系的激光发射器线阵列以及在所述外壳的壁中的尺寸和位置设置成容纳所述激光发射器线阵列的输出光束的开ロ，所述外壳的壁与所述基底呈固定的关系；激活所述激光发射器线阵列的至少ー个发射器；以及通过在所述激光发射器模块的光学元件的对准期间，对所述开ロ的平面处的所述至少ー个发射器的输出成像，且同时对在远场光束中的所述至少一个发射器的所述输出成像的方式，监测被激活的所述至少一个发射器的输出光束的特征。本发明提供了一种用于定位光纤的输入表面的套圈组件，包括外套管，其具有筒部分和从所述筒部分径向延伸的凸缘构件，所述筒部分具有内孔和输入端；圆柱形纤维联接套管，其配置成在所述外套管的所述内孔中轴向地滑动，并具有与外表面同心的轴向腔并具有输入端；以及光纤，其固定在所述轴向腔内，所述光纤的输入端轴向地延伸到所述纤维联接套管的输入端以外以及所述外套管的所述内孔之内。本发明所提供的套圈组件中，光纤的输入端与凸缘构件基本上在轴向上可以是同延的。本发明提供了ー种光学设备，包括外売，其具有基底；激光发射器线阵列，其以固定的关系固定到所述基底；快轴准直器，其配置成在快轴方向上基本上准直所述激光发射器线阵列的输出； 以及套圈组件，其用于定位光纤的输入表面，所述套圈组件包括外套管，其具有筒部分和从所述筒部分径向延伸并固定到所述外壳的凸缘构件， 所述筒部分具有内孔和输入端；圆柱形纤维联接套管，其配置成在所述外套管的所述内孔中轴向地滑动，并具有与外表面同心的轴向腔并具有输入端；以及光纤，其固定在所述轴向腔内，所述光纤的输入端轴向地延伸到所述纤维联接套管的输入端以外以及所述外套管的所述内孔之内。本发明所提供的光学设备中，光纤的输入端与凸缘构件基本上在轴向上可以是同延的。本发明另外提供了ー种光学设备，包括外売，其具有基底；激光发射器线阵列，其以固定的关系固定到所述基底，具有输出光谱带；快轴准直器，其配置成在快轴方向上基本上准直所述激光发射器线阵列的输出； 以及聚焦元件，其配置成聚焦所述激光发射器线阵列的输出；反射涂层，其布置在所述设备的光学元件上，配置成反射不同于所述激光发射器线阵列的光谱带的光能量的光谱带。
本发明另外提供的光学设备中，激光发射器线阵列的光谱带可具有约900纳米到约995纳米的质心波长。反射涂层可配置成反射具有约1000纳米到约1095纳米的质心波长的光谱带。反射涂层可包括选自由ニ氧化硅、氧化铝和氧化铪构成的组的材料。所述的光学设备还可包括配置成与激光发射器线阵列的光谱带作用的抗反射涂広。激光发射器模块还可包括慢轴准直器且反射涂层可布置在所述慢轴准直器上。本发明还提供了ー种光学设备，包括激光发射器模块，所述激光发射器模块包括外売，其具有基底，激光发射器线阵列，其以固定的关系固定到所述基底，具有输出光谱带，快轴准直器，其配置成在快轴方向上基本上准直所述激光发射器线阵列的输出， 以及聚焦元件，其配置成聚焦所述激光发射器线阵列的输出；光学部件，其耦合到所述激光发射器模块，配置成接收所述激光发射器线阵列的输出光谱带并将不同于所述激光发射器线阵列的光谱带的光谱带的光能量传送回所述激光发射器模块；反射涂层，其布置在所述激光发射器模块的光学元件上，配置成反射耦合到所述激光发射器模块的所述光学部件所传送的光谱带并透射所述激光发射器线阵列的光谱带。本发明还提供的光学设备中，激光发射器线阵列的光谱带可具有约900纳米到约 995纳米的质心波长。反射涂层可配置成反射具有约1000纳米到约1095纳米的质心波长的光谱带。反射涂层可包括选自由ニ氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化钽、氧化锆和氧化铪构成的组的材料。所述的光学设备还可包括配置成与激光发射器线阵列的光谱带作用的抗反射涂広。激光发射器模块还可包括慢轴准直器且反射涂层可布置在所述慢轴准直器上。本发明另外提供了ー种光学设备，包括外売，其具有基底；激光发射器线阵列，其以固定的关系固定到所述基底，具有输出光谱带；快轴准直器，其配置成在快轴方向上基本上准直所述激光发射器线阵列的输出； 以及聚焦元件，其配置成聚焦所述激光发射器线阵列的输出；光学隔离器，其布置在所述外壳内并配置成防止不同于所述激光发射器线阵列的光谱带的光能量的光谱带的透射。本发明另外提供的光学设备中，激光发射器线阵列的光谱带具有约900纳米到约 995纳米的质心波长。光学隔离器可配置成防止具有在约1000纳米和约1095纳米之间的质心波长的光谱带的透射。光学隔离器可包括第一偏振元件、第二偏振元件和偏振旋转元件。
本发明还提供了ー种光学设备，包括激光发射器模块，所述激光发射器模块包括外売，其具有基底，激光发射器线阵列，其以固定的关系固定到所述基底，具有输出光谱带，快轴准直器，其配置成在快轴方向上基本上准直所述激光发射器线阵列的输出， 以及聚焦元件，其配置成聚焦所述激光发射器线阵列的输出；光学部件，其耦合到所述激光发射器模块，配置成接收所述激光发射器线阵列的输出光谱带并将不同于所述激光发射器线阵列的光谱带的光谱带的光能量传送回所述激光发射器模块；光学隔离器，其布置在所述外壳内并配置成反射耦合到所述激光发射器模块的所述光学部件所传送的光谱带并透射所述激光发射器线阵列的光谱带。本发明还提供的光学设备中，激光发射器线阵列的光谱带可具有约900纳米到约 995纳米的质心波长。光学隔离器可配置成反射具有约1000纳米到约1095纳米的质心波长的光谱带。光学隔离器可包括第一偏振元件、第二偏振元件和偏振旋转元件。本发明提供了一种用于定位光纤的输入表面的套圈组件，包括外套管，其具有筒部分和从所述筒部分径向延伸的凸缘构件，所述筒部分具有内孔和输入端；圆柱形纤维联接套管，配置成在所述外套管的所述内孔中轴向地滑动，具有与外表面同心的阶梯式轴向腔，所述腔的较小横向尺度部分从所述套管的输入端向近侧延伸， 且所述腔的较大横向尺度部分从所述较小横向尺度部分延伸到所述套管的近端；以及光纤，其同心地固定在所述轴向腔内，所述光纤的输入端向远侧布置在所述纤维联接套管的输入端以外以及所述外套管的所述内孔之内。本发明所提供的套圈组件中，光纤的输入端与外套管的凸缘构件的前表面基本上在轴向上可以是同延的。光纤可通过套管的轴向腔的较大横向尺度部分中的软焊料和套管的轴向腔的较小横向尺度部分内的硬焊料固定到纤维联接套管。软焊料可包括铜银焊料。硬焊料可包括金锡焊料。套管的轴向腔的较小横向尺度部分可具有约125微米到约700微米的横向尺度。套管的轴向腔的较大横向尺度部分可具有约500微米到约1500微米的横向尺度。光纤的外表面还可包括布置在纤维联接套管内的光纤的轴向部分之上的金属层。 光纤的外表面在光纤的从纤维联接套管向远侧延伸的部分上可以不包括金属层。纤维联接套管可具有约5mm到约15mm的轴向长度。纤维联接套管的前输入表面可包括金镀层。本发明提供了ー种光学设备，包括外売，其具有基底；导热且电绝缘的热沉间隔物，其固定到所述基底的内侧表面；热沉元件，其具有基本上匹配所述热沉间隔物的热膨胀系数的热膨胀系数，所述热沉元件用软焊料的粘合剂层固定到所述热沉间隔物的顶面；以及激光发射器线阵列，其固定到所述热沉元件的顶面。本发明所提供的设备中，热沉间隔物和热沉元件的热膨胀系数之间的差別可小于约 3ppm/°C。所述的设备还可包括快轴准直器，所述快轴准直器邻近激光发射器线阵列的输出表面安装，并配置成在快轴方向上基本上准直激光发射器线阵列的输出。所述的设备还可包括光束调节光学器件，且其中快轴准直器和光束调节光学器件可固定到热沉间隔物。激光发射器线阵列可用硬焊料固定到热沉元件的顶面，且热沉间隔物可用硬焊料固定到外壳的基底。硬焊料可包括金锡焊料。结合随附的示例性图示理解以下的详细描述，这些实施方式的特征将变得明显结合。


图1是实施方式激光发射器线阵列的透视图。图2是激光发射器线阵列的叠层阵列的实施方式的透视图。图3显示了图2的叠层阵列实施方式的激光发射器线阵列的发射阵列。图4是激光发射器模块的实施方式的部分截面中的正视图。图4A是被部分切掉的激光发射器模块的实施方式的一部分的透视图。图5是固定到激光发射器模块外壳的壁的套圈组装件的实施方式的部分截面中的正视图。图6是用于将激光发射器线阵列和快轴准直器安装到外壳的基底的安装组件的实施方式的透视图。图7是在壁中具有大的开ロ的激光发射器模块的外罩的基底和侧壁部分的实施方式的透视图。图8是激光发射器模块的实施方式的局部截面中的正视图。图9是前表面与基准块接触的激光发射器模块的外壳的实施方式的正视图。图10是图9的激光发射器模块的顶视图。图11是与激光发射器线阵列的前表面和侧表面对准的标线的放大图。图12是用于安装激光发射器线阵列的、顶部部分敞开的外壳的实施方式和与激光发射器线阵列的输出光束对准的光束轮廓装置的实施方式的示意图。图13是光束调节光学器件的实施方式的正视图。图14是图13的光束调节光学器件的透视图。图15是固定到激光发射器模块外壳的壁的套圈组件的实施方式的局部截面中的正视图。图16是沿着图15的线16-16截取的图15的套圈组件的横断面。
具体实施例方式这里所描述的实施方式针对于用于封装发射器比如其中布置有一个或更多激光器的激光发射器线阵列或芯片的方法和装置。这里所描述的实施方式还针对于用于将激光发射器线阵列的输出耦合到光导管比如光纤的方法和装置。这种线阵列或芯片可通过各种方法安装到或以其他方式并入光学的系统实施方式。对于这种光学封装，重要的是芯片的输出阵列应适当地对准，这种对准可方便而准确地实现，且最终的结构有效地耗散芯片产生的热量。对于ー些实施方式，同样重要的是光学部件的外罩应是气密封接的，以便提供装配实施方式的输出的可靠性和一致性。图1显示了激光发射器线阵列12，其具有的输出表面14包括总共5个具有基本上彼此平行的光轴的发射器16。图2和3显示了 4个激光发射器线阵列12的叠层阵列10。 每个激光发射器线阵列12具有的输出表面14包括总共5个彼此相邻布置的发射器16。每个线阵列12的发射器16沿着如由箭头18所指示的发射器16的慢轴方向，基本上以线性排布置。发射器16的快轴方向垂直于慢轴方向18，并由箭头20指示。发射器16被安置或以其他方式设置以便在输出光束中发射光能量，所述输出光束沿可垂直于慢轴方向18和快轴方向20两个方向的发射轴22传播。叠层阵列的发射器16的发射轴22可基本上相互平行。激光发射器线阵列12被沿着发射器16的快轴方向20堆叠，且可堆叠在周期且规则的分布中。在图2的实施方式中，底部激光发射器线阵列12的发射器与邻近激光发射器线阵列12的发射器纵向上分离开一由箭头M指示的距离，此距离可称为叠层阵列10的间距。对于ー些叠层阵列的实施方式10，由箭头M指示的间距可为约Imm到约3mm，特別地可为约1. 5mm到约2. Omm0激光发射器线阵列12和发射器16的这种叠层阵列10可允许在紧凑型装置中产生大量的光能量或光功率以用于某些实施方式。激光发射器线阵列的实施方式12可具有任何合适数量的发射器16，比如约1个发射器到约100个发射器，更特别地，约3个发射器到约12个发射器。对于ー些实施方式， 每个具有大约5个发射器16的激光发射器线阵列12可有约5W到约50W，更特别地，约IOW 到约20W的输出功率。发射器16可包括激光二极管，比如边缘发射的激光二极管、垂直腔面发射激光器(VCSEL)等。用于激光发射器线阵列12的发射器16的材料可包括半导体材料，比如GaAs、InP或任何其他适当的激光增益介质。一般地，发射器16的激光二极管实施方式的发射孔径为矩形，其中发射器16的长尺度具有通常几十或几百微米的尺寸，而短尺度为通常一到几微米的尺寸。从发射器16发出的辐射以沿短发射器16方向较大的发散角发散。发散角在长发射器16方向的方向上较低。发射器16的一些实施方式可具有约50微米到约300微米的物理宽度，约1微米到约 3微米的高度，以及约0. 5mm到约5mm的腔长。这种发射器16实施方式可具有慢轴方向18 上约2度到约12度的光能量输出的发散度，以及在快轴方向20上约30度到约75度的光能量输出的发散度。激光二极管线阵列12的一些实施方式可具有发射波长约700nm到约1500nm，更具体地，波长约SOOnm到约IOOOnm的光能量的发射器16。发射器16可发射具有约300nm到约2000nm，更特别地，约600nm到约IOOOnm的质心或峰值波长，包括跨过近红外光谱的波长的光。有用的发射器的某些具体实施方式
可发射约350nm到约550nm、600nm到约1350nm 或约1450nm到约2000nm的峰值波长的光。这种激光二极管线阵列可以工作在脉冲模式或连续波模式中。经常地，非波长可控(例如通过从体折射率光栅(volume index grating) 等提供波长相关的反馈而控制波长)的单独发射器16的输出光谱带可以是约0. 5nm到约2. Onm或更大。由于对于每个单独的发射器除光谱带外还有峰值发射波长的变化，对于ー些实施方式，激光发射器线阵列12的总带宽可为约2nm到约5nm。叠层阵列10包括4个激光发射器线阵列12，然而，叠层阵列10的其他实施方式可具有任何适当数量的激光发射器线阵列12。ー些叠层阵列的实施方式10可具有约2个激光发射器线阵列12到约30个激光发射器线阵列12，更特别地，约2激光发射器线阵列12到约10个激光发射器线阵列12。參考图3，叠层阵列10显示为带有柱面透镜阵列形式的快轴准直器沈，其可选地布置在叠层阵列10的发射器16之上并配置为在快轴方向20上基本上准直每个激光发射器线阵列12的发射器16的输出光束。尽管图3中显示的实施方式示出了直接固定到线阵列12的快轴准直器，但用离开而与一个或多个线阵列12呈固定的关系固定的快轴准直器26可实现相同的准直效果，如将在以下更详细讨论的。快轴准直器沈可包括ー个柱面透镜用于每个激光发射器线阵列12，或可包括一个或更多单片透镜阵列(monolithic lens array)以及任何其他合适的结构。发射器输出的这种快轴准直产生所显示的输出阵列观， 其中每个激光发射器线阵列12的每个发射器16的光能量输出30大体上沿发射器16的快轴20准直，但连续沿发射器16的慢轴18发散。每个激光发射器线阵列12的光能量输出 30可具有与传播方向呈横向的基本上矩形的横截面，并相互平行，以便产生所示的输出阵列观。可选地，任何种类的光束调节装置可被安置在输出表面14上或靠近输出表面14安置。示例性的光束调节装置包括而不限于体布拉格光栅、光柵、光束組合器、偏振器、光束扭
十^■益寸。图4-7示出了用于将激光发射器线阵列12的输出耦合到光纤44的输入表面42的激光发射器模块的形式的光学设备组件40的实施方式。组件40包括外壳46形式的气密封接的外罩，所述外壳具有基底48、盖子50以及布置在基底48和盖子50之间的侧壁52。 开ロ M布置在与激光发射器线阵列12相対的壁52中，并配置成接受具有径向延伸的凸缘 58的可调整的套圈组件56，所述凸缘可密封地固定到外罩46的壁。开ロ M的尺寸还可设置成允许激光发射器线阵列12的输出30通过开ロ M以主动对准设备40的光学部件，如将在以下详细讨论的。更具体地，开ロ M可以是与激光发射器线阵列12的输出轴60基本上对准的、布置在外罩46的壁中的相对大的开ロ 54。与激光发射器线阵列12相关的开ロ M的横向尺度和位置可配置成允许来自快轴准直器62或其他准直光学器件的激光发射器线阵列12基本上所有发射的光输出30通过开ロ M。对于ー些实施方式，开ロ M可具有约3mm到约20mm，更特别地，约5mm到约IOmm的横向尺度。尽管激光发射器线阵列12显示为带有5个发射器16，模块40可包括具有任何适当数量的发射器16的激光发射器线阵列 12，如以上所讨论的。外壳46还包括布置在与开ロ M相対的壁上的ー个或更多开ロ，其被配置成容纳多个大电流电导体。对示出的实施方式，第一电导体64和第二电导体66用于提供电功率给外壳46的内部，以驱动布置在外壳46内的一个或多个激光发射器线阵列12。导体64和 66可包括固体传导材料或被配置为多丝带或线以获得柔性。导体64和66可由高导电性的材料比如铜、银、金等来制成。导体64和66的部分以与凸缘构件68呈固定和密封的关系而被固定，凸缘构件68本身又可以与外壳46的壁52呈固定和密封的关系被固定。导体 64和66与凸缘68以及凸缘68与外壳46之间的密封对于ー些实施方式可以是气密封接。导热且电绝缘的热沉间隔物70可用布置在热沉间隔物70和基底48之间的粘合剂层(bonding agent layer)(未显示)固定到基底48的内表面72。所显示的热沉间隔物的实施方式70是矩形的，其具有基本上平行于它的下表面的上表面。对于ー些实施方式， 热沉间隔物70可配置成提供导热且电绝缘的平台，在平台上安装热沉74。热沉74可用作平台以安装模块40的激光发射器线阵列12。对于ー些实施方式，激光发射器线阵列12可借助守热胶接(thermally conductive adnesive bonding)、热Ji接合(tnermal compression bonding)、软焊料、硬焊料，包括金锡焊料等来固定到热沉74。热沉间隔物70和基底48之间的粘合剂层可以是覆盖热沉间隔物70的整个底面的薄的基本上均勻的层，可包括硬焊料、软焊料、导热粘着剂比如银环氧树脂或银玻璃 (silver glass)、焊接、玻璃联接(glass attaching)等。用于热沉间隔物70和基底48之间的粘合剂层的适当的焊料可包括hSn、AgSn、AuGe和AuSn焊料以及其他。对于ー些硬焊料的实施方式比如AuSn，Au相对于Sn的浓度可以是约80%到约86%。然而，对于ー些实施方式，软焊料的使用可用于使热沉间隔物70与基底48的热膨胀及/或变形隔绝。对于一些实施方式，硬焊料可具有至少约280摄氏度的熔点，而软焊料可具有低于约280摄氏度的熔点。对于ー些实施方式，热沉间隔物70和基底48之间的粘合剂层可具有约10微米到约150微米的厚度。热沉间隔物70的导热性可提供通路来耗散通过热沉74的、激光发射器线阵列12 产生的热能。对于ー些实施方式，热沉间隔物70的电绝缘性质可配置成使激光发射器线阵列12与基底48和外罩46大体上电隔离。对于ー些实施方式，热沉间隔物70的导热且电绝缘的材料可包括陶瓷比如氮化铝以及其他合适的材料。对于ー些实施方式，热沉间隔物70还可包括热膨胀系数基本上配合外罩46的基底48的热膨胀系数的材料。对于ー些实施方式，还希望热沉间隔物70具有1. 5*10nPa到约4*10"Pa，更特别地，约3*10"!^到约 3. 5*10nPa的杨氏模量。对于ー些实施方式，热沉间隔物70可具有约0. 5mm到约5mm，更特别地，约Imm到约3mm的厚度。用于耗散激光发射器线阵列12产生的热量的热沉元件74可通过布置在热沉间隔物70的顶面和热沉元件74的底面之间的粘合剂层(未显示)固定到热沉间隔物70的顶面。如上面所讨论的，激光发射器线阵列12可通过各种适当的方法固定到热沉元件74的顶面。对于ー些实施方式，热沉元件74可以是矩形的，其具有基本上平行于它的下表面的上表面。热沉元件74可由导热材料制成，所述导热材料可以对于一些实施方式为电传导的而对于其他实施方式为电绝缘的。对于ー些实施方式，热沉元件74可具有约0. 5mm到约5mm， 更特别地，约Imm到约3mm的厚度。热沉间隔物70和热沉元件74之间的粘合剂层，对于ー些实施方式可以是覆盖热沉元件74的整个底面的薄的基本上均勻的层，可包括硬焊料、软焊料、导热粘着剂比如银环氧树脂或银玻璃、焊接、玻璃联接等。用于热沉间隔物70和热沉元件74之间的粘合剂层的适当的焊料可包括银锡AgSru铜银InAg、金锗AuGe和金锡AuSn焊料。对于ー些硬焊料的实施方式比如AuSn，AuSn焊料可具有相对于Sn浓度，约80%到约86%的Au浓度。在一些情况下，希望热沉元件74的热膨胀系数基本上匹配热沉间隔物70的热膨胀系数。例如， 在一些实施方式中，热沉间隔物70可由热膨胀系数约4. 2ppm/°C的氮化铝制成，而热沉元件74可由热膨胀系数约6. 5ppm/°C的铜钨制成。同样地，对热沉间隔物70和热沉元件74 的热膨胀系数差小于约3ppm/°C的实施方式，软焊料比如AgSn或InAg可能对粘合剂层来说是期望的。对于ー些实施方式，热沉间隔物70和热沉元件之间的粘合剂层可具有约10微米到约150微米的厚度。可选的光学衬底76也可固定到热沉间隔物70的上表面，同时快轴准直器62固定到光学衬底76的上表面。对于ー些实施方式，光学衬底76可包括低热导率的陶瓷或玻璃， 且可具有与热沉间隔物70的热膨胀系数基本相同的热膨胀系数。对于ー些实施方式，光学衬底76可通过软焊(soldering)、焊接或玻璃联接而固定到热沉间隔物70。对于ー些实施方式，光学衬底76可通过环氧胶粘固定到热沉间隔物70。对于ー些实施方式，热沉间隔物 70可用于使激光发射器线阵列12、快轴准直器62和光学衬底76与外壳46机械上隔离。对于设备40的一些实施方式，比如其气密封接的实施方式，当使用可产生放气的粘合剤，比如环氧树脂吋，可能希望在外壳内包括有机吸气剂。图4显示了固定到盖46的内表面的有机吸气剂组件76A和夹到基底48的有机吸气剂组件76B。这样的吸气剂组件 76A和76B可包括在任何这里所描述的模块实施方式中。有机吸气剂组件76A和76B可配置成吸收在模块40内部出现的有机放气。这种有机吸气剂组件可包括在任何这里所描述的模块装配实施方式中。快轴准直器62被固定在邻近激光发射器线阵列12的输出表面14的固定位置。快轴准直器62可包括细长的柱面透镜，可配置成在快轴方向上基本上准直激光发射器线阵列12的输出。对于ー些实施方式，快轴准直器62可通过软焊、焊接或玻璃联接固定到光学衬底76。对于ー些实施方式，快轴准直器62可通过环氧胶粘固定到光学衬底76。对于ー 些实施方式，除快轴准直器62外的光束调节元件也可固定到光学衬底76的顶面。对于模块40的一些实施方式，一个或更多光束调节光学器件(beam conditioning optics) 77可包括光束重整光学器件(beam reformatting optics)，其可被布置在模块40 在快轴准直器62和可选的光学部件90之间的光学链(optical train)中，或任何其他适当的位置。这样的光束调节光学器件77可与快轴准直器62分离地固定或作为子组件结合快轴准直器62固定。对于在图4和图8中显示的实施方式，通过将调节光学器件77固定到光学衬底76，光学衬底76本身又固定到相应的热沉间隔物，光束调节光学器件77以与外壳46的基底48呈固定的关系而被固定。光束调节光学器件77可通过软焊、焊接、玻璃粘结(glass bonding)、胶接包括环氧胶粘等固定到光学衬底76、热沉、热沉间隔物或直接固定到基底48。对于ー些实施方式，光束调节光学器件77可在以与外壳46呈固定的关系而被固定之前通过这里讨论的主动对准的方法主动地定位。光束倾斜和边缘锐度、与来自对应的激光发射器线阵列12的小面的虚拟參考集相关的光斑的位置以及总的远场光束尺寸为可在优化对准时考虑的因素。光束调节光学器件77的一些实施方式可充当光束重整光学器件，其用于绕着传播轴扭转单独的细光束(beamlett)或将水平邻近部分重整到垂直方向。光束调节光学器件77可具有可选的固定到光学器件77的把手部分77A，以便在模块40的装配期间方便对光学器件77的操作。把手部分77A可包括ー块通过胶接、软焊等固定到光学器件77的刚性或半刚性材料，以使得把手部分77A从光学器件77的上表面延伸。这可允许在装配期间用镊子或其他操作设备抓住并安置光学器件77，而不用与光学器件77的关键性输入和输出表面接触。把手部分77A还可固定到光学器件77的任ー边。对于ー些实施方式，把手部分的材料可以是类似于光学器件77材料的材料，比如玻璃、石英、硅石等。这样的把手部分77A还可固定到这里讨论的任何其他光学部件以方便模块实施方式的装配。參考图4A，显示了模块40的部分，其不包括光学衬底76而具有依靠ー对楔形棱镜构件75固定到热沉间隔物70的光束调节光学器件77。棱镜构件75的底面用胶接、软焊等直接固定到热沉间隔物70。每个相应棱镜构件75的侧表面通过与关于与热沉间隔物70 连接相同或相似的方法固定到光束调节光学器件77相対的侧边。光束调节光学器件77被安置在激光发射器线阵列12的前面并与激光发射器线阵列12的输出对准。对于ー些实施方式，棱镜构件75的材料可以是类似于光学器件77材料的材料，比如玻璃、石英、硅石等。 对于图4A中显示的实施方式，快轴准直器62直接固定到光束调节光学器件77的后表面。 快轴准直器62的侧表面也可固定到棱镜构件75相应的侧表面。在2007年5月10日提交的，Y. Hu等人的律师签号NPT_0230_UT，序列号 11/747, 184 WHg ^ "Multiple Emitter Coupling Devices and Methods with Beam Transform Systems"的美国专利申请中描述了光束调节光学器件的实施方式，该申请在此通过引用全部并入。特別地，美国专利申请序列号11/747，184讨论了多种光束变换系统， 对于这里所描述的激光发射器模块的实施方式，这些系统可用作光束调节光学器件77。一种这样的光束调节或变换光学器件在此显示在了图13和图14中并在之后讨论。配置成在输出光束的慢轴方向18上准直激光发射器线阵列12的输出的慢轴准直器78，还可固定到图4中所示的基底48。慢轴准直器78可包括配置成实现激光发射器线阵列12的输出的准直的柱面透镜或透镜阵列。对于ー些实施方式，慢轴准直器78可通过软焊、焊接、玻璃粘结等以及通过使用环氧胶粘来以固定的关系固定到基底。另外，慢轴准直器78可在被固定之前通过这里讨论的任何主动对准方法被主动地定位。參考图4和图5，光纤44在可调整的套圈组件56中布置并固定到该可调整的套圈组件56，所述可调整的套圈组件包括外套管，所述外套管具有中心管状筒80和从筒80径向延伸的凸缘部分82。筒80包括基本上同心的内腔81，该内腔从筒80的第一端延伸到筒80 的第二端。凸缘部分82可包括平坦的内表面84，该内表面配置成与外罩的壁52的邻近开 ロ M的外表面相匹配。凸缘部分82还具有比开ロ M的外横向尺度大的外横向尺度。凸缘部分82还可包括浅圆柱形凸台部分86，其横向尺度小于开ロ M的横向尺度，以使得凸台部分86可机械啮合开ロ M并被横向地移动，以允许在以与外罩46呈固定的关系将套圈 56固定之前调整光纤输入表面42的位置。具有输入端85的圆柱形纤维联接套管(cylindrical fiber attachment sleeve)83被配置成在外套管筒80的内孔81中轴向地滑动，并具有与其外表面同心布置的轴向纤维接收腔87。光纤44的外表面可通过各种适当的方法，包括压接、软焊、铜焊、焊接、胶接等固定在联接套管83的轴向腔87内。光纤44布置在输入端42近侧的带护套部分可如所示的装入粘着剂87A中，或以其他方式固定到纤维联接套管83的内表面。具有锥形结构的弾性应变释放元件(resilient relief element)87B也可接近并固定到联接套管 83而布置在光纤44之上，以防止由于弯曲应カ对光纤44造成损坏。光纤的输入端42轴向地布置成超过纤维联接套管83的输入端85并处于外套管 80的内孔81之内。对于ー些实施方式，可能希望光纤44的输入端42与凸缘部分82的平坦表面84在同一平面内，就如图5中虚线所示的。这种结构允许在凸缘部分82縫焊或激光缝焊到外壳46的壁52的同时，将因焊接过程而导致的光纤44的输入端42相对于外壳的位置的机械扭曲减到最小。对于使用焊接联接方法的实施方式来说，这种结构还可用于保护光纤44的输入端42在外套管80激光缝焊到外壳的壁52的过程中免受污染。对于ー些实施方式，光纤44的输入端42可从凸台86的前端在内腔81内凹进约 0. 5mm到约2mm的轴向距离。对于ー些实施方式，内腔81可具有约Imm到约3mm的内横向尺度或直径。对于ー些实施方式，外套管80可由材料比如Kovar ,不锈钢比如304L不锈钢，镍比如201镍制成。对于ー些实施方式，外套管80可包括用于在激光缝焊期间不产生微裂纹以保持模块气密的激光焊接的适当的材料。对于ー些实施方式，纤维联接套管83、外套管80和表面84可包括配置成保护粗金属(raw metal)免于腐蚀的涂层。对于ー些实施方式，这种防腐涂层可包括电解镍镀层或任何其他适合于在激光缝焊期间不产生微裂纹以保持模块气密的激光焊接的涂层材料。对于ー些实施方式，外套管80、纤维联接套管83或这两者可由材料比如Arcap 或其他适合于软焊、环氧联接(印oxy attachment)的材料制成。对于ー些实施方式，光纤44的输入端42可从纤维联接套管83的输入表面85延伸约 0. 5mm到约Imm的长度。对于所显示的实施方式，凸缘部分82可绕其整个圆周缝焊到外壳46的壁52，以在外套管80和外壳46之间产生气密封接。纤维联接套管83也可绕外套管80的近侧部分的外表面的整个圆周被缝焊，以在外套管80和纤维联接套管83之间产生气密封接。如果光纤44的外表面被焊接或以其他方式气密封接到纤维联接套管的腔87，则可产生光纤44的外表面和外壳之间的气密封接，其产生可靠的密封且还允许在设备40的装配期间调整光纤44的输入端42的径向和轴向位置。另外，外罩46的盖50还可通过气密封接技木，比如软焊、激光缝焊等固定到外壳46。同样地，气密封接可在光纤44的外表面和外罩46的内腔之间整体生成。聚焦元件88可布置在设备40的从激光发射器线阵列12的发射器16延伸的光学链中。聚焦元件88可配置成将激光发射器线阵列12的输出聚焦到光纤44的输入表面42 中。对于ー些实施方式，聚焦元件88可包括一个或更多的配置成将激光发射器线阵列12的输出光束在快轴20和慢轴18两个方向上聚焦的柱面透镜。聚焦元件88可通过各种适当的方法包括软焊、焊接，包括激光焊接、玻璃联接等以固定的关系固定到外罩46的基底48。 对于ー些实施方式，环氧胶粘也可用于固定聚焦元件88。对于ー些实施方式，聚焦元件88 可在被固定之前，通过任何在这里讨论的主动对准的方法被主动地定位。除了以上所讨论的外，光学部件90还可操作地布置在设备的光学链中，光学部件 90可包括透镜、滤光器、棱镜、偏振器、波片比如1/4波片和1/2波片。这种部件可用于调节激光发射器线阵列12的输出，以进一歩加强输出到光纤的耦合。除了这些光学部件，光学部件90可包括光谱带调节元件，比如体布拉格光栅(VBG)，还可用于变窄或以其他方式调节发射器16的输出光束。对于ー些实施方式，设备40的光纤44可耦合到光学部件以向该光学部件提供光能量源。对于ー些实施方式，光学部件可以是激光器，包括光纤激光器等，其耦合到设备40 以便提供泵浦能量等。在这样的配置中，可能重要的是防止来自光学部件的光能量被反射或以其他方式传输回到设备40的激光发射器线阵列12中。这种进入设备特别是进入激光发射器线阵列12的反射的或泄漏的光能量可能对设备有损害。这可能对光学部件能够产生通过光纤44传输回设备40的高能脉冲光的情况尤其如此。同样地，可能希望设备的一些实施方式具有防止这种反射的光能量到达激光发射器线阵列12的结构。通常，耦合到设备40的光学部件，比如激光器，可工作在不同于设备40的激光发射器线阵列12的输出光谱带的光谱带。这样的情况下，反射涂层可在设备40中被布置在一个或更多的光学元件上，所述发射涂层反射处于耦合到设备40的光学部件的光谱带的光能量，但透射设备的激光发射器线阵列12的光谱带的光能量。还可能希望在设备的一个或更多的光学元件上包括抗反射涂层，该抗反射涂层在激光发射器线阵列12的光谱带为抗反射的。对于ー些实施方式，耦合到激光发射器模块40的光学部件可配置成接收激光发射器线阵列的输出光谱带，并将具有不同于激光发射器线阵列I2的光谱带的光谱带的光能量传送回激光发射器模块。反射涂层可布置在激光发射器模块的光学元件上，并配置成反射耦合到激光发射器模块的光学部件所传送的光谱带，以及透射激光发射器线阵列12 的光谱带。设备40的可能适合于应用这种反射和抗反射涂层的光学元件可包括快轴准直器62、慢轴准直器78、聚焦元件88或可包括光束调节光学器件等的其他光学元件90。对于一些实施方式，光束调节光学器件可包括光束重整元件，其可配置成绕着传播轴扭转单独的细光束，或将水平邻近部分重整到垂直方向。对于ー些实施方式，激光发射器线阵列12 的光谱带可具有约750纳米到约999纳米，更特别地，约900纳米到约995纳米的质心波长。 反射涂层的一些实施方式可配置成反射具有约1000纳米到约1095纳米的质心波长的光谱帯。这种配置可能适合于这样的设备40，其耦合到工作在具有约1000纳米到约1095纳米的质心波长的光谱带的光学部件以及具有约900纳米到约995纳米的质心波长的光谱带输出的激光发射器线阵列12。对于ー些实施方式，反射涂层可包括ニ氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化钽、氧化锆和氧化铪以及其他适当的材料。应注意，尽管以上所描述的期望的效果可能通过使用适当选择的反射和抗反射涂层实现，但相同或相似的效果也可通过ー个或更多布置在激光发射器模块40中或邻近激光发射器模块40的光隔离器(未显示)实现。对于ー些实施方式，这样的光隔离器可当该辐射指向光纤44的输入端42吋，具有在约750纳米到约999纳米， 更特别地，约900纳米到约995纳米的发射器波长的高水平的透射。ー些这样的隔离器实施方式还可对指向不同于发射器的输出方向的方向的(比如从光纤44向着发射器的方向的)、具有约1000纳米到约1150纳米或更多(更特别地，约1040纳米到约1095纳米的波长)的光能量具有低光透射或高反射率。适当的光隔离器的一些实施方式可包括透射偏振方向基本上平行于激光发射器线阵列12的偏振的光能量的第一偏振元件、偏振旋转元件以及被定向以致于对来自激光发射器线阵列12的光能量能高度透射而对在向着激光发射器线阵列12的相反方向上传播的光能量基本上不透射的第二偏振元件。图8示出了用于以光纤44的输入表面42耦合激光发射器线阵列12的输出的光学设备组件92的实施方式。图8的设备实施方式92可具有ー些与以上參考图4-7所讨论的设备40的特征、维度和材料相同或相似的特征、维度和材料。然而，对图8的实施方式92， 热沉元件94可包括导热且电绝缘的材料96的上层，其可以不需要组件92的热沉间隔物元件98的这样的性质。更具体地，热沉间隔物元件98还可要求相对高的热导率，但可由导电材料制成。设备92包括具有基底48、侧壁52和盖50的外壳46。热沉间隔物的实施方式98被固定到基底48的内表面。热沉间隔物98的实施方式可包括陶瓷或金属。由于在固定到热沉间隔物98的顶面的热沉94的上表面上的电绝缘层，对于ー些实施方式的构造来说金属材料可以是可接受的。热沉元件94包括导热且电绝缘的材料96的上层，其布置在热沉 94的上水平面并形成热沉94的顶面。导热且电绝缘的材料96可包括陶瓷材料比如氮化铝，并可用于使激光发射器线阵列12与基底48电绝缘。对于ー些实施方式，热沉元件94 可具有约0. 5mm到约5mm，更特别地，约Imm到约3mm的厚度，而导热且电绝缘的材料96的上层可具有约100微米到约500微米，更特别地，约300微米到约400微米的厚度。激光发射器线阵列12可通过适当的方法比如导热胶接、热压接合等固定到热沉 94的导热且电绝缘的上层96。光学衬底76还通过任何适当的方法固定到热沉间隔物98 的顶面。快轴准直器62邻近激光发射器线阵列12的输出表面14固定到光学衬底76，并配置成在快轴方向20上大体上准直激光发射器线阵列12的输出。光束调节光学器件77可类似地安装或固定在快轴准直器62和光学器件90之间，如所示的那样。为了达到工作效率的期望或最佳水平，激光发射器模块40和92的激光发射器线阵列12和光学元件需要适当地沿着装置的光轴对准。一种用于实现高水平的这种光学对齐的手段是使用主动对齐技木，由此模块的光学元件被对准同时激光发射器线阵列12的发射器16通过光学元件发射光能量。对于这种方法，激光发射器线阵列12的激光发射器 16的输出必须对用来监测源于光学元件的光束质量的诊断设备来说是可达的。大开ロ M 允许这样的通路，只要激光发射器线阵列12的输出30被充分地对准以在工作期间基本上通过大的开ロ。为了使激光发射器线阵列12的输出与大的开ロ对准，可使用如显示于图 9-11中的布置。參考图9-11，对准激光发射器模块的方法包括靠着基准面或基准点安置激光发射器模块40的外壳46，以便确定相对于外部參考元件的外壳的被选表面的，比如前表面100 的方向和位置。图9和图10显示了激光发射器模块40的外壳46的前表面100，其对着基准块102的配合表面稳固地布置，以使得外壳46的前表面100相对基准块102的位置是已知的。如图10所示，外壳46相对于基准块102的位置通过锥形塞104穿入外壳46的开ロ 讨而被进ー步限制。在此布置中，基准块102的配合表面防止外壳46前后运动，而锥形塞 104防止外壳46相对基准块102侧向或左右运动以及垂直运动。对于ー些实施方式，锥形塞104可通过在前向方向上的弾性力比如弹簧弹力被偏压，以使锥形塞104的配合锥形表面以恒定的啮合力啮合开ロ 54，以便帮助保持外壳46相对于基准块102的位置。成像装置，比如C⑶摄像机106，可布置在ー个位置以在对准过程期间对外壳46的内部部分成像。摄像机106与基准块102呈固定的关系，以使得与基准块相关的位置还可用于确定与摄像机106的视野有关的位置。如图11所示，摄像机106的视野包括具有两条相互垂直的线的标线108，所述两条线指示激光发射器线阵列12的前向小面的正确位置， 以实现激光发射器线阵列输出的光轴与外壳的开ロ M的适当对准。这样，激光发射器线阵列12的小面相对于外部參考构件102的位置和方向可随后用于相对于外壳46对准激光发射器线阵列12，以使得通过将激光发射器线阵列12的前小面和侧表面与标线108的相应的线对准，来自激光发射器线阵列12的大部分输出会穿过开ロ。可使用机器人工具(robotic tool)来实现对激光发射器线阵列的位置的精密调整，所述机器人工具可包括相对外壳能精确定位的气动镊子等。一旦激光发射器线阵列12已与标线108适当对准，激光发射器线阵列12就可通过软焊、导热胶接、热压接合等方式被固定成与外壳呈固定的关系。—旦激光发射器线阵列12已在外壳46内被适当地安置并固定，模块40的光学元件就可与激光发射器线阵列12的光轴主动对准，并还相对于外壳46固定在固定位置。图 12示出了与光束轮廓组件110呈功能关系布置的外壳46和激光发射器线阵列12。外壳46 被安置成使得激光发射器线阵列12的输出轴朝着光束轮廓组件110的输入定向。在外壳 46前方的开ロ M是打开的，以便允许在主动对准过程的实施方式中激光发射器线阵列12 的输出通过开ロ M并由光束轮廓装置110来监测和表征。外壳46可以与可类似于以上所讨论的基准块102的基准块(未显示)呈固定的关系被固定。外壳46和基准块本身又可固定到组件110，该组件配置成相对于光学元件62、78、 88或90最多六个自由度上活动，以便在光学元件的主动对准过程中进行适当的角度调整。 对于ー些实施方式，激光发射器线阵列12的滚动、俯仰和偏转可相对于待安置的光学元件被调整，以及激光发射器线阵列12的X轴、Y轴和Z轴相对于被安置的光学元件的光轴的平移。外壳46内待定位的光学元件包括快轴准直器62、慢轴准直器78、聚焦元件88及任何其他光束调节光学器件90。尽管对准方法的一些实施方式是针对于以特定順序安装不同的光学元件，但对于其他实施方式，光学元件可以任何期望的順序来安装。光束轮廓组件实施方式包括分束器112、布置在參考激光器114前面的针孔元件 113、第一光束衰减器116、第二光束衰减器118、光束阻挡块120、第一组中性密度滤光器 124、第一透镜126、具有第一 CXD平面130的第一 CXD摄像机128。该组件还包括第二组中性密度滤光器132、第二透镜134和具有第二像平面138的第二 CXD摄像机136。对于主动对准过程的一些实施方式，固定有激光发射器线阵列12的外壳46在添加任何其他光学元件比如快轴准直器62、慢轴准直器78、聚焦元件88或其他光束调节部件 90之前被安置在光束轮廓装置110的前方。一旦外壳46被定位，參考激光器114就可被激活。參考激光器114可以是具有准直的输出光束的氦氖激光器、低功率红色半导体激光器等。来自參考激光器114的參考光束传播通过针孔113，从分束器112反射通过开ロ 54， 并传播到激光发射器线阵列12的前小面表面或可定位在前小面位置的參考反射器。然后參考光束从激光发射器线阵列12的前小面或定位在激光发射器线阵列12的前小面位置的參考反射器反射。可调整參考激光器114，以便从前小面反射的光束与针孔113对准。之后，參考激光器光束可界定激光发射器线阵列的光轴，因其将垂直于激光发射器线阵列12 的前小面或输出表面14。对于ー些实施方式，激光发射器线阵列12的前表面上的小面的一部分可具有金属部分以增加表面的反射率。对于ー些实施方式，金属比如金可用于增加激光发射器线阵列12小面的反射率。从激光发射器线阵列12的前小面反射的參考光束可随后由第一 CXD摄像机1 成像。由第一 CXD摄像机1 测量的參考光束的入射点可用于确定激光发射器线阵列12的光轴。如果激光发射器线阵列12的光轴未被对准，则可调整外壳46的位置直到发射器线阵列12的光轴被适当地对准。一旦激光发射器线阵列12的光轴被适当地确定，光学元件就可被単独地添加、主动对准井随后以与外壳46呈固定的关系被固定。对于ー些实施方式，2个或更多的光学元件，比如光学元件62、78、88和90，可被预连接在子组件中，而随后所述的子组件被主动对准并固定到外壳46。对于ー些实施方式，快轴准直器62可用镊子比如气动镊子夹住，并安置在激光发射器线阵列12的输出表面14的前方。激光发射器线阵列12的发射器16可随后被激活，且激光发射器线阵列12的输出光束被监测以确定快轴准直器62相对于激光发射器线阵列12的光轴的对准的质量。第一光束衰减器116和第二光束衰减器118被用来通过反射从激光发射器线阵列12发射的光能量的波长而衰减光束的功率。第一组中性滤光器IM和第二组中性密度滤光器132被用于减小激光发射器线阵列12的输出强度，以产生适合于通过第一和第二 CXD摄像机1 和136成像的光束強度。快轴准直器62的对准质量通过测量已通过第一透镜126从输出光束的空间分布转换的输出光束的角度分布而被评估。角度分布用第一 CCD摄像机1 来測量。开ロ M 处的光束位置还通过用第二 CXD摄像机136对外壳的开ロ M处的输出光束成像来监测，所述第二 CCD摄像机136可用于测量来自快轴准直器62的输出的光轴的对准。调整快轴准直器62的对准，直到第一和第二 CXD摄像机上的光束位置、在快轴方向上的光束发散和边缘锐度达到期望的水平或以其他方式被优化为止。一旦达到快轴准直器62期望的对准，快轴准直器就可以以与外壳46和激光发射器线阵列12呈固定的关系而被固定。快轴准直器 62可通过快轴准直器62的安装部分以软焊、焊接，包括激光焊接、铜焊、胶接或任何其他适当的方法接触光学衬底76的安装部分的方式被固定。第一和第二 CXD摄像机1 和136 或其他成像装置的输出信号可在视频显示器上视觉上监测，或可通过其他适当的显示装置和方法监测。快轴准直器可与光束调节光学器件77—起预装配。光束调节光学器件77还可单独对准并连接到光学衬底76，或热沉间隔物70或封装基底48上的第二光学衬底(未显不)ο一旦快轴准直器62已被固定，且可选地，光束调节光学器件77被固定，慢轴准直器78随后就可用镊子比如气动镊子夹住而安置在快轴准直器62的输出表面的前方或模块 40的光学链中的任何其他适当的位置。激光发射器线阵列12的发射器16可随后被激活， 而激光发射器线阵列12的输出光束可被组件110监测以确定相对于激光发射器线阵列12 的光轴，慢轴准直器78的对准质量。慢轴准直器78的对准质量通过测量已通过第一透镜 126从输出光束的空间分布转换的输出光束的角度分布而被评估。角度分布用第一 CCD摄像机1 来測量。快轴准直器62的对准质量还通过用第二 CXD摄像机136对外壳的开ロ 54处的输出光束成像来评估，所述第二 CCD摄像机136可用于测量来自慢轴准直器78的输出的光轴的对准。调整慢轴准直器78的对准，直到第一和第二 CXD摄像机上的光束位置、 在慢轴方向上的光束发散和边缘锐度达到期望的水平或以其他方式被优化为止。一旦达到慢轴准直器78期望的对准，慢轴准直器78就可以以与外壳46和激光发射器线阵列12呈固定的关系而被固定。慢轴准直器78可通过慢轴准直器78的安装部分以软焊、焊接和激光焊接、铜焊、胶接或任何其他适当的方法接触外壳或布置在慢轴准直器78和外壳之间的间隔物的方式被固定。 聚焦元件88可随后用镊子比如气动镊子夹住而安置在慢轴准直器78输出表面的前方或模块40的光学链中的任何其他适当的位置。激光发射器线阵列12的发射器16可随后被激活，而激光发射器线阵列12的输出光束可被组件110监测以确定相对于激光发射器线阵列12的光轴，聚焦元件88的对准质量。 聚焦元件88的对准质量通过测量外壳46的开ロ M的平面处的输出光束的光斑尺寸和位置来评估。光斑尺寸和位置通过第二 CXD摄像机136来监测，且调整聚焦元件88 的位置直到焦点在开ロ M中居中。一旦达到聚焦元件88期望的对准，聚焦元件88就可以以与外壳46和激光发射器线阵列12呈固定的关系而被固定。聚焦元件88可通过聚焦元件 88的安装部分以软焊、焊接包括激光焊接、铜焊、胶接或任何其他适当的方法接触外壳的方式被固定。光学元件62、78、88或90中的任何或所有元件可通过硬连接(hard attaching) 已被主动对准的各光学部件，以与外壳46呈固定的关系而被固定。对于ー些实施方式，已被主动对准的各光学部件可通过激光焊接或软焊硬连接到相应的安装位置。一旦组件40的内部光学部件已被主动对准并以与外壳46呈固定的关系被固定， 光纤44和套圈组件56就可被对准并以与外壳46呈固定的关系而被固定。对于ー些实施方式，光纤44的输入端42关于激光发射器线阵列12的被聚焦的输出光束被对准，以使得激光发射器线阵列12和光纤44之间的光耦合最大化。一旦光纤44的输入端42、套圈组件56的筒80和纤维联接套管83被适当地定位，套圈组件56的凸缘部分82就可在一配置比如上面讨论的配置中通过软焊、焊接包括激光焊接或其他适当的方法以与外壳46呈固定的关系被固定。另外，纤维联接套管83随后也可在一配置比如上面讨论的配置中通过软焊、焊接包括激光焊接或其他适当的方法固定到外套管80。一旦套圈56已被固定，且对于一些实施方式，被气密封接，外壳46的盖50可通过软焊、焊接包括激光焊接和或其他适当的方法固定到外壳46的壁52的上边缘。对于某些实施方式来说，胶接比如环氧胶粘可用于固定套圈和盖。图13和图14示出了如在以上讨论并在并入的序列号11/747，184的美国专利申请中进一步讨论的光束调节或变换光学器件77的实施方式。光束调节光学器件包括折射偏移柱面透镜阵列162，用于对来自发射器线阵列12的各发射器元件16的每个输出进行 90度光束旋转。这种折射偏移柱面透镜阵列的一些实施方式可包括对角定向的柱面透镜元件178，所述柱面透镜元件178对称地布置在可以由折射固体比如玻璃或硅石制成的透射块或衬底180的相対的平行表面上。透射块180的尺寸可设置成使得任何相对的对称的 ー对柱面透镜元件178聚焦在透射块180体内相同的点或线。这样的结构将旋转入射的输出光束大约90度，以致于输出光束的快轴和慢轴被反转。単独的输出光束16的旋转对于在快轴和慢轴之间使光束产物和光束轮廓对称是有用的，且便于输出光束的后续聚焦或集中，同时保持高度。光束变换系统162的柱面透镜元件178的倾斜或角向可设为约40度到约50度的角度，如图13中的箭头185所指示的。用于90度光束旋转的折射偏移柱面透镜阵列 162 的实施方式可包括如 LIMO GmbH, Bookenburgeweg4-8, Dortmund, Germany 生产的
Φ ロ
I BFI ο在图15和图16中显示了可与这里所描述的模块实施方式一起使用的可调整的套圈组件200的实施方式。光纤44布置在可调整的套圈组件200的部件内，并直接或间接地固定到可调整的套圈组件200的部件，所述可调整的套圈组件200可具有一些与图5所示的套圈组件56相同或相似的特征和材料。套圈组件200包括具有中心管状筒80的外套管和从筒80径向延伸的凸缘部分82。筒80包括从筒80的第一端延伸到筒80的第二端的基本上同心的内腔81。凸缘部分82可包括平坦的内表面或前表面84，该表面配置成与外罩的壁52的邻近外壳46的开ロ M的外表面相匹配。凸缘部分82还具有比开ロ M的外横向尺度大的外横向尺度。凸缘部分82还可包括浅圆柱形凸台部分86，其横向尺度小于开ロ M的横向尺度，以使得凸台部分86可机械啮合开ロ M并被横向地移动，以允许在以固定的关系将套圈组件200固定到外罩46之前调整光纤输入表面42的位置。具有输入端204的圆柱形纤维联接套管202配置成以紧密配合的方式轴向地在外套管筒80的内孔81 滑动，该紧密配合配置成保持内孔81和套管202间同心而允许相对的轴向运动。联接套管 202具有阶梯式轴向纤维接收腔206，该腔被同心地布置在套管的外表面内并延伸其长度。 光纤44的外表面可通过各种适当的方法包括压接、软焊、铜焊、焊接、胶接等固定在联接套管202的轴向腔206内。对于ー些实施方式，如所示出的，光纤44的输入端42可轴向地布置成超过纤维联接套管202的输入端204并处于外套管80的内孔81之内。对于ー些实施方式，可能希望光纤44的输入端42与凸缘部分82的平坦前表面84基本上同延或在同一平面内，就如图 15中虚线208所示的。这种结构允许在凸缘部分82縫焊或激光缝焊到外壳46的壁52的同时，将因焊接过程而导致的光纤44的输入端42相对于外壳的位置的机械扭曲减到最小。 对于使用焊接联接方法的实施方式来说，这种结构还可用于保护光纤44的输入端42在外套管80激光缝焊到外壳的壁52的过程中免受污染。与将高能激光耦合到光纤输入中相关的ー些困难包括导致热量产生以及这种热量的耗散的来自光纤的损失、过度的激光能量照射套圈组件的围绕纤维输入的部分并产生污染、位置稳定性以及保持光纤和周围的套圈组件200以及模块外壳46之间的良好密封。 所显示的套圈组件实施方式200配置成为这些问题中的至少ー些问题做准备并将其解決。 更具体地，纤维联接套管202的阶梯式轴向腔206延伸其长度并与套管202的外表面同心。 阶梯式轴向腔206包括从套管的输入端向近侧延伸的腔的较小横向尺度部分212。轴向腔还包括从较小横向尺度部分212延伸到套管202的近端216的腔206的较大横向尺度部分 214。不同的连接材料，比如焊料，可布置在光纤44的外表面和轴向腔206的相应部分的内表面之间的空间，以便最大化不同的连接材料的性能优势。轴向腔206的阶梯式结构还可使光纤44和套圈组件200之间的连接更坚固，且方便对组件的装配和制造。例如，对于ー些实施方式，光纤44可通过基本上填满套管的轴向腔206的较大横向尺度部分214的软焊料218以及基本上填满套管的轴向腔的较小横向尺度部分212的硬焊料220，固定到纤维联接套管202。在纤维联接套管202的前端的硬焊料220，例如金锡焊料AuSn，可提供高強度、高导热性以及高反射率的联接。这样的结构用于将光纤44牢固地保持在适当的位置，很好地耗散热量并易于反射加在套圈组件200上的，特别是加在纤维联接套管202的前表面204上的，未耦合进光纤44的多余的激光光能量。使用这种硬焊料 220的ー个潜在缺点可能是这种材料的费用。如果在纤维联接套管202的整个轴向长度上延伸，则在光纤44的外表面和纤维联接套管202的内表面之间的这种硬焊料联接还可产生多余的机械应力。因此，在将硬焊料施加在较小横向尺度部分212中后，比较便宜的软焊料 218，比如铜银焊料IMg可布置在轴向腔206的较大横向尺度部分214内，以便回填腔206。 这种结构可以较低的成本提供良好的机械稳定性和热耗散。硬焊料实施方式和软焊料实施方式之间的熔点差别也便于这种回填过程。在套管202前端的硬焊料220可先施加，之后施加熔点较低的软焊料218。施加到套管202的近端部分的较低熔点的软焊料218还可能有助于防止熔化邻近其的光纤的聚合物部件或对该聚合物部件造成其他热相关的损害，这些以下讨论。对于ー些实施方式，硬焊料220和软焊料218之间的边界可包括允许硬焊料 220和软焊料218之间热传导，但防止两种焊料之间混和的材料(未显示)的圆盘或屏障。对于图15和图16中显示的实施方式，轴向腔206的较小横向尺度部分212包括从较大横向尺度部分的内横向尺度内的步降，和在较小横向尺度部分内的内横向尺度中的第二步降。这种结构在较小横向尺度部分212内产生轴向腔206的第一或近侧的较小横向尺度部分221以及第二或远侧的较小横向尺度部分223。轴向腔206内这种多阶梯的布置对于降低联接套管202的成本可能是有用的，因为在延伸的长度上加工小的直径孔可能对于某些制造技术来说是昂贵的。特別地，在一些情况下，在比孔的内横向尺度大近似5倍的长度上制造小直径的孔(例如尺寸设置为轴向腔206的第二或远侧较小横向尺度)可能是很难或很昂贵的。对于ー些实施方式，较小横向尺度部分212可具有约125微米到约700 微米的内横向尺度或直径，一般是对ー些实施方式。对于ー些联接套管实施方式202，较小横向尺度部分212的第二或远侧较小横向尺度可具有约200微米到约400微米，更特别地， 约250微米到约350微米的内横向尺度。对于ー些实施方式，较小横向尺度部分212的第一或近侧较小横向尺度可以为约500微米到约700微米，更具体地，对于ー些实施方式来说为约550微米到约650微米。对于ー些实施方式，套管的轴向腔206的较大横向尺度部分 214可在其轴向长度上具有基本不变的直径，并具有约500微米到约1500微米，更具体地约1150微米到约1250微米的内横向尺度。对于ー些实施方式，较小横向尺度部分212的长度可以是约Imm到约2mm，更特别地，约1. 4mm到约1. 6mm。尽管纤维联接套管实施方式 202显示为具有三个不同的内横向尺度部分，但其他实施方式也可包括任何适当数量的包括两个、四个、五个或更多的不同的横向尺度部分。对于ー些实施方式，纤维联接套管202可具有约5mm到约15mm的轴向长度以及约 Imm到约5mm，更特别地，约2mm到约3mm的外横向尺度或直径。对于ー些实施方式，可能希望纤维联接套管202具有的壁厚足够大以提供稳定的机械支持给布置在此的光纤44，且足够薄以对于软焊以及制造或装配期间的其他适当的过程，允许充分的热交換。同样地，对于一些实施方式，纤维联接套管202在其外表面和轴向腔206之间的壁厚可以为约0. 2mm到约1mm，更特别地，约0. 3mm到约0. 5mm。纤维联接套管202的材料还可包括多种涂层。对于ー些实施方式，纤维联接套管可具有厚度约2微米到约8微米的镍或其他适当的材料的整体上的金属涂层。金或其他适当的材料的第二涂层可仅布置在轴向腔206内，具有约0. 1 微米到约2微米的厚度。对于ー些实施方式，这样的涂层可能对于提高连接材料比如焊料、 粘着剂等的粘附是有用的。在耗散热量并保持光纤44和套圈组件200之间的良好气密封接时可能有用的另 ー特征包括在纤维联接套管202内布置在光纤44的轴向部分之上的金属层222的使用，如图15中的箭头2M所指示的。光纤44的外表面上的这种层222可通过任何适当的方法比如气相沉积、溅射电镀等来沉积，可布置在光纤44的固定到纤维联接套管202的那部分之上。还可能希望使暴露的光纤44的部分不被这种金属层涂敷。对于ー些实施方式，光纤44 的外表面在高能激光将以其他方式直接接触金属涂层222的光纤44的输入端42附近的， 自纤维联接套管202或布置在此的硬焊料220向远侧延伸的光纤部分的这样的部分上不包括金属层。对于ー些实施方式，金属涂层222可在光纤44的外表面上包括厚度约0. 1微米到约2微米薄金涂层。金属涂层222还可包括ー层或更多层包括金、镍、钛、铬以及任何其他适当的材料的材料的中间或阻挡层涂层。对于ー些实施方式，这些涂层可相容于达到直到约320摄氏度的温度的软焊或其他连接过程。对于ー些实施方式，还可能有用的是在纤维联接套管202的输入表面204上包括这样的金属涂层(未显示)，以便最大化入射在表面204上的多余的激光能量的反射。在纤维联接套管202的近端216，光纤44由聚合物缓冲物226，比如丙烯酸酯缓冲物涂敷，其密封并保护光纤44邻近于套圈组件200的外表面。对于ー些实施方式，丙烯酸酯缓冲物2 可以是光纤44上的均勻涂层，并具有约50微米到约100微米的壁厚。对于一些实施方式，光纤44还可用一层数值孔径低于光纤的玻璃或其他材料且布置在光纤和丙烯酸酯缓冲物2 之间的有机硅材料(未显示)涂敷。丙烯酸酯缓冲物2 本身又可覆盖以高強度的聚合物涂层228，包括热塑性聚酯弾性体，比如杜邦公司生产的Hytrel ,对邻近于套圈组件200的光纤44提供附加的強度和保护，并方便光纤44和套圈组件200之间的联接和应变释放。在纤维联接套管202的近侧部分或较大横向尺度部分214中使用软焊料218的另ー个好处在于，对于一些实施方式，约125摄氏度到约175摄氏度的低熔化温度允许软焊过程在套圈组件200的装配期间发生，而不会熔化或以其他方式危害纤维联接套管202近端的光纤44的聚合物缓冲物2 和涂层228。对于ー些实施方式，聚合物涂层 228可具有约0. 2mm到约0. 4mm的壁厚井具有约A65到约A90的肖氏硬度。锥形圆柱体的应变释放件230可邻近纤维联接套管202被布置在聚合物涂层228以上，且还固定到纤维联接套管202的近端216，以便提供刚性纤维联接套管202和邻近其的相对柔性的聚合物涂层2 以及缓冲物2 之间的平滑过渡。这种柔性的平滑过渡可能对防止可能以其他方式由于对光纤44的机械支持的突然转变而产生的光纤44在应力点的破损是有用的。应变释放件230可由任何适当的材料，比如柔性聚合物包括有机硅，比如室温硫化(RTV)有机硅等制成。对于ー些实施方式，光纤44的输入端42可从凸台86的前端在内腔81内凹进约 0. 5mm到约2mm的轴向距离。对于ー些实施方式，外套管的内腔81可具有约Imm到约3mm 的内横向尺度或直径。对于ー些实施方式，外套管80、纤维联接套管202或其两者可由材料比如Kovar ,不锈钢比如304L不锈钢，镍比如201镍等制成。对于ー些实施方式，外套管 80可包括用于在激光缝焊期间不产生微裂纹以保持模块气密的激光焊接的适当的材料。对于ー些实施方式，纤维联接套管202、外套管80和外套管的前表面84可包括配置成保护粗金属免于腐蚀的涂层。对于ー些实施方式，这种防腐涂层可包括电解镍镀层或任何其他适合于在激光缝焊期间不产生微裂纹以保持模块气密的激光焊接的涂层材料。对于ー些实施方式，外套管80、纤维联接套管202或这两者可由材料比如Arcap 或其他适合于软焊、环氧联接的材料制成。对于ー些实施方式，光纤44的输入端42可从纤维联接套管202的输入表面204延伸约0. 5mm到约Imm的长度。对于所显示的实施方式，凸缘部分82可绕其整个圆周缝焊到外壳46的壁52，以在外套管80和外壳46之间产生气密封接。纤维联接套管202也可绕着外套管80的近侧部分的外表面的整个圆周被缝焊，以在外套管80和纤维联接套管202之间产生气密封接。如果光纤44的外表面被焊接或以其他方式气密封接到纤维联接套管202的轴向腔，则可产生光纤44的外表面和外壳46之间的气密封接，其产生可靠的密封且还允许在设备40的装配期间调整光纤44的输入端42的径向和轴向位置。另外外罩46的盖50还可通过气密封接技木，比如软焊、激光缝焊等固定到外壳46。同样地，气密封接可在光纤44的外表面和外罩 46的内腔之间整体生成。对于以上的详细描述，这里使用的同样的參考数字指代可具有相同或相似的尺度、材料和结构的同样的元件。尽管已经示出并描述了具体形式的实施方式，但明显的是， 可作出各种改变而不背离本发明的实施方式的精神和范围。因此，不期望本发明受到前面详细描述的限制。
权利要求
1.一种用于定位光纤的输入表面的套圈组件，包括外套管，其具有筒部分和从所述筒部分径向延伸的凸缘构件，所述筒部分具有内孔和输入端；圆柱形纤维联接套管，其配置成在所述外套管的所述内孔中轴向地滑动，并具有与外表面同心的轴向腔并具有输入端；以及光纤，其固定在所述轴向腔内，所述光纤的输入端轴向地延伸到所述圆柱形纤维联接套管的输入端以外以及所述外套管的所述内孔之内。
2.如权利要求1所述的套圈组件，其中所述光纤的所述输入端与所述凸缘构件基本上在轴向上是同延的。
3.一种用于定位光纤的输入表面的套圈组件，包括外套管，其具有筒部分和从所述筒部分径向延伸的凸缘构件，所述筒部分具有内孔和输入端；圆柱形纤维联接套管，其配置成在所述外套管的所述内孔中轴向地滑动，具有与所述圆柱形纤维联接套管的外表面同心的阶梯式轴向腔，所述阶梯式轴向腔的较小横向尺度部分从所述圆柱形纤维联接套管的输入端向近侧延伸，且所述阶梯式轴向腔的较大横向尺度部分从所述较小横向尺度部分延伸到所述圆柱形纤维联接套管的近端；以及光纤，其同心地固定在所述阶梯式轴向腔内，所述光纤的输入端向远侧布置在所述圆柱形纤维联接套管的输入端以外以及所述外套管的所述内孔之内。
4.如权利要求3所述的套圈组件，其中所述光纤的输入端与所述外套管的所述凸缘构件的前表面基本上在轴向上是同延的。
5.如权利要求3所述的套圈组件，其中所述光纤通过所述圆柱形纤维联接套管的所述阶梯式轴向腔的较大横向尺度部分中的软焊料和所述圆柱形纤维联接套管的所述阶梯式轴向腔的较小横向尺度部分内的硬焊料固定到所述圆柱形纤维联接套管。
6.如权利要求5所述的套圈组件，其中所述软焊料包括铜银焊料。
7.如权利要求5所述的套圈组件，其中所述硬焊料包括金锡焊料。
8.如权利要求3所述的套圈组件，其中所述圆柱形纤维联接套管的所述阶梯式轴向腔的所述较小横向尺度部分具有125微米到700微米的横向尺度。
9.如权利要求3所述的套圈组件，其中所述圆柱形纤维联接套管的所述阶梯式轴向腔的所述较大横向尺度部分具有500微米到1500微米的横向尺度。
10.如权利要求3所述的套圈组件，其中所述光纤的外表面还包括布置在所述圆柱形纤维联接套管内的所述光纤的轴向部分之上的金属层。
11.如权利要求10所述的套圈组件，其中所述光纤的外表面在所述光纤的从所述圆柱形纤维联接套管向远侧延伸的部分上不包括金属层。
12.如权利要求3所述的套圈组件，其中所述圆柱形纤维联接套管具有5mm到15mm的轴向长度。
13.如权利要求3所述的套圈组件，其中所述圆柱形纤维联接套管的前输入表面包括金镀层。
全文摘要
实施方式针对于激光发射器模块以及用于制造所述模块的方法和装置。一些模块实施方式配置成提供气密封接的外罩，所述外罩装配方便且节省成本，并为模块的光学元件的主动对准做准备。
文档编号H01S5/024GK102545062SQ20121002234
公开日2012年7月4日 申请日期2008年12月17日 优先权日2007年12月17日
发明者刘大明, 朴相基, 爱德华·沃拉克, 瑟奇·库蒂利亚斯, 约翰·凯利·约翰逊 申请人:奥兰若光电公司