具有包括半导体源的发射器和光纤结构的光学单元及其制造方法

摘要

用于装置的外壳具有第一和第二分段，它们具有互相固定地连接的相对的相邻表面。第一分段固定地承载用于在外壳的大致纵轴线的方向上发射线极化光束的半导体光源。第二分段固定地承载沿纵轴线放置的截断光束的具有端面的光纤元件和线性光极化器。第一和第二分段沿纵轴线和在垂直于纵轴线的平面上互相固定地放置，以使得投射在端面上的光束具有预定的几何形态和位置。第二分段围绕纵轴线被固定地放置，以使得投射在端面上的光束处在预定的功率范围内。

权利要求

1.一种光发射器装置，包括外壳，外壳具有纵轴线(z)和在垂直于所述纵轴线的平面上互相成直角的第一轴线和第二轴线(x，y)，外壳包括第一和第二分段，它们具有互相固定地连接的相对的相邻表面；

第一分段固定地承载半导体光源，用于在大致所述纵轴线方向上发射线极化光束；

第二分段固定地承载(a)沿所述纵轴线放置的、具有与所述光束交叉的端面的光纤元件和(b)被放置在光源与所述端面之间的线性光极化器；

第一和第二分段沿所述第一轴线、第二轴线和所述纵轴线互相固定地放置，用于使得投射在端面上的光束具有预定的几何形态和位置；

第二分段围绕所述纵轴线被固定地放置，用于使得投射在端面上的光束处在预定的功率范围，第一分段包括沿所述纵轴线的方向延伸的V形沟槽，第二分段具有被固定地连接到V形沟槽的圆柱形外表面。

2.权利要求1的装置，其中第一分段包括被固定地连接到第一分段的聚焦元件；聚焦元件被放置成与所述光束交叉，第一和第二分段之间沿所述第一轴线、第二轴线和所述纵轴线的方向的相对位置使聚焦元件可以用预定的孔径值把光束聚焦在端面以及有助于使得光束具有预定的几何形态和位置。

3.权利要求2的装置，其中光束几何形态包括光点大小和光点形状。

4.权利要求2的装置，其中聚焦元件包括具有从光束轴线移位的中心的透镜。

5.权利要求1的装置，其中光纤元件的端面垂直于所述纵轴线。

6.权利要求1的装置，其中光纤元件的端面不垂直于所述纵轴线。

7.权利要求1的装置，其中第一和第二分段的相对的相邻的表面包括处在垂直于所述纵轴线的平面的、第一和第二分段的端面。

8.权利要求7的装置，其中第二分段包括承载光纤元件的箍环和接纳器，箍环包括第二分段的端面，箍环和接纳器具有互相固定地连接的相对的圆柱面。

9.权利要求1的装置，其中第一和第二分段包括相对地固定地连接的圆柱面，相邻的表面包括相对的圆柱面。

10.权利要求1的装置，其中第一和第二分段具有与所述纵轴线基本上同轴线的圆柱形外表面。

11.权利要求1的装置，其中第一分段具有正六面体的外形。

12.权利要求1的装置，其中所述半导体光源是用于发射线极化光束的激光器。

13.权利要求1的装置，其中所述半导体光源包括用于发射非极化光束的那种半导体，以及用于将非极化光束进行线极化的线极化器。

14.权利要求1的装置，其中所述极化器安装在光纤元件的端面上。

15.权利要求1的装置，其中第二分段包括其上固定地安装光纤元件的保持器，极化器被固定地安装在保持器上。

16.一种制作权利要求1的装置的方法，包括：

沿所述第一轴线和所述第二轴线的方向在V形沟槽中移动第二分段的圆柱形外表面；

沿所述纵轴线的方向在V形沟槽中平移第二分段的圆柱形外表面；

反复执行移动和平移步骤，直至投射到光纤元件的端面的光束具有预定的几何形态和位置为止；

围绕V形沟槽的纵轴线转动第二分段的圆柱面，直至投射到端面的功率达到预定的范围为止；

此后固定地连接第二分段的圆柱形外表面到V形沟槽；以及

其中在所有的移动、平移和转动步骤之前，(a)光源被固定地连接到第一分段和(b)光纤元件与极化器被固定地连接到第二分段。

17.一种组装光发射器的方法，光发射器具有(a)包括用于发射线极化光束的半导体光源的第一分段，光源被固定地连接到第一分段和(b)包括具有输入端面的光纤元件和极化器的第二分段，光纤元件与极化器被固定地连接到第二分段；

所述方法包括：

接合第一和第二分段形成具有纵轴线的外壳，第一和第二分段被接合，以使得由所述半导体光源发射的光束适配于至少在大致所述纵轴线方向传播和在通过极化器后投射到光纤元件的输入端面；

在垂直于纵轴线的平面上和在纵轴线的方向互相平移接合的第一和第二分段，以使得投射到输入端面的光束具有预定的光点大小、形状和位置；

围绕纵轴线互相转动第一和第二分段，以使得投射到输入端面的光束的功率密度达到预定的范围；以及在使得投射到输入端面的光束具有预定的光点大小、形状、位置和功率密度的相对位置处最终互相连接第一和第二分段。

18.权利要求17的方法，其中反复执行平移和转动步骤，直至达到预定的光点大小、形状、位置和功率密度范围。

19.权利要求17的方法，其中第一分段包括光学元件，它(a)适于当光束被投射到输入端面时影响光束的孔径值和(b)在接合、平移和连接步骤之前被固定地连接到第一分段，平移步骤包括在垂直于纵轴线的平面上和沿纵轴线平移第一和第二分段，以使得孔径值具有预定的值。

20.权利要求18的方法，其中第一分段包括光学元件，它(a)适于当光束被投射到输入端面时影响光束的孔径值和(b)在接合、平移、和连接步骤之前被固定地连接到第一分段，平移步骤包括在垂直于纵轴线的平面上和沿纵轴线平移第一和第二分段，以使得孔径值具有预定的值。

说明书

具有包括半导体源的发射器和光纤结构的光学单元及其制

造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及具有包括半导体光源的发射器和光纤结构的光学单元及其制造方法，更具体地，涉及其中极化器被放置在光源与光纤结构的输入接口之间的光路径上的方法和产品。

背景技术

[0002] 诸如半导体激光收发机单元和发光二极管的光学装置常常具有用于把光能传送到光纤结构的光学端口，例如用作为光通信系统或光扫描系统的部件。光纤在它的末端具有连接器，用于使得光纤能够连接到端口或与端口断开连接。

[0003] 半导体激光器和发光二极管发射器单元当连接器没有连接到端口时需要是对眼睛安全的。许多半导体光发射器，具体地光通信链路的那些光发射器，工作在近红外波长，例如1.3μm和1.5μm，它们呈现附加的危险，因为这样的波长是不可见的。用于红外激光二极管发射器单元的可应用的眼睛安全标准是美国标准CDRH Class 1和欧洲标准IEC825。

[0004] 当前的安全指南要求来自光发射器单元的光端口的输出功率密度被限制到当没有光纤连接到端口时对眼睛安全的电平。从激光器半导体二极管到光纤的光耦合效率典型地是相当低的，例如约1％到25％。即使由光纤传送的光辐射量是对眼睛安全的，但由半导体激光器或发光二极管发射的光辐射的总量远超过眼睛安全的极限。所以当光源没有连接到端口时必须阻挡端口内不想要的光能量，或将由端口发射的杂散的光能散焦。

[0005] 对于这个问题的一个尝试的解决方案是在美国专利5315680中公开的，它描述一种具有被称为“光纤短柱”的一段短长度的光纤的光学端口。短柱可靠地保持对准在光学发射器单元内隐蔽的激光二极管。准直光学装置把激光能量聚焦到光纤的单模核芯。光纤短柱典型地是5mm到6mm长。没有被耦合到核芯的光能进入到光纤包层，以及通过在核芯与包层的的外表面内的多次反射和散射被耗散。从包层出去的任何激光辐射是没有对准的，以及基本上被散焦，大大地减小这样的杂散辐射的固有的亮度。

[0006] 近年来，对于具有超过1GHz，例如，高达10GHz的带宽的光纤通信链路有越来越多的需求。激光半导体二极管可以工作在更高的数据速率的一个方法是以较高的功率驱动激光器。有可能通过散焦被聚焦在光纤短柱的输入端面的激光束而减小发射到光纤结构的核芯的光功率量。散焦是通过相对于光纤核芯的输入端面轴线向偏移激光束腰而达到的。这样的安排也可被使用来根据产品技术说明书和各种应用的要求减小光功率量。因为核芯直径比起包层直径小得多，更多的散焦的光能入射到包层。因此，仍旧有更多的总的激光功率投射到光纤短柱的核芯和包层，达到传播到光纤核芯和/或短柱的光能对于眼睛不安全的程度。

[0007] 使用散焦技术的另一个问题是，投射到核芯和在核芯中传播的激光功率的量变为对于沿光纤短柱、光纤和任何介入准直光学元件的光传输方向的相对取向改变是更敏感的。这样的取向可以因为(1)形成光发射器单元的元件的热膨胀，和/或(2)在构建单元时使用的材料和粘接剂的老花引起的塑性变形而改变。

[0008] 减小从远离输入端面的光纤短柱的末端处传播的激光功率的一个方法是增加短柱的长度。增加短柱长度将增加在短柱长度上的散射和吸收。在约100mm与200mm长度之间的一段长度的光纤内的覆盖模式基本上被耗散。增加短柱长度将不希望地增加光发射器模块的尺寸。

[0009] 另一个尝试的解决方案是在短柱的末端引入一个孔径，例如，围绕光纤核芯外侧的吸收环。然而，该孔径必须紧密地对准具有约10μm的直径的核芯。这导致附加的处理步骤，这对于光发射器单元增加成本和复杂性。

[0010] 共同转让的Healy专利(美国专利No.6,804,436)公开了对眼睛安全的光发射器单元，包括用于发射光辐射的激光半导体二极管。具有光纤核芯的光纤短柱载送光辐射，以及被包层包围。核芯是折射率引导的核芯。

[0011] 光纤短柱被设在金属箍内。金属箍是可旋转的，这样，它改变进入面相对于光束轴线的取向角度，由此影响光辐射耦合到光纤核芯和包层的耦合效率。

[0012] 聚焦光学装置把来自激光半导体二极管的光辐射聚焦在光纤短柱的进入面。聚焦光学装置把光辐射沿光束轴线聚焦在光纤短柱的进入面上的焦点。进入面以相对于光束轴线的特定的取向倾斜。

[0013] 聚焦光学装置把光辐射沿聚焦轴线聚焦到光纤短柱的进入面，提高来自辐射源的光辐射耦合到光纤核芯的进入面耦合效率，以及降低光辐射耦合到周围的包层的输入面的耦合效率。当焦点处在进入面上时，到核芯的耦合效率在进入面相对于聚焦轴线的特定的取向处是最大值。进入面不是取向在该特定的取向，而是偏离该特定的取向一个角度和/或旋转，以减小光辐射从源耦合到光纤核芯和光纤包层的耦合效率。在一个实施例中，极化器在光纤短柱相对于光源固定地被布置时被固定地附着到光纤短柱的进入面。

[0014] 虽然在Healy的专利中公开的设备对于某些环境很好地起作用，但它多多少少是复杂的，很难组装，和昂贵的，以及不能应用于某些情形。

[0015] 如果光在光纤的输入端面上的分布因为功率以外的原因必须被控制，则现有技术Healy的安排具有问题。例如，如果光源把光束发送到多模光纤，提供特定的模式组的激励，则激励的模式取决于诸如源的光腰、光束功率和在光纤的输入端面上光束空间分布(即，一个或多个光点大小、光点形状、光点数值孔径和光点位置)和光纤相对于光束轴线的对准等的因素。调节光纤相对于光源在全部三个方向的对准，即X，Y和Z方向(其中X和Y是在垂直于光束的平面上的互相成直角的轴线以及Z是沿光束轴线在激光源与光纤输入端面之间的距离)对于激励的模式常常有不想要的影响。在某些条件下，必须通过光纤在光腰处发射光束。因此，在这些条件下，现有技术的对准技术有时是不想要的。

[0016] 本发明的目的是提供新的和改进的具有半导体光源的光发射器和光纤结构及其制造方法，其中投射到光纤元件的端面的光辐射的几个参数被光学地控制；这些参数中包括功率和光点空间分布。

发明内容

[0017] 按照本发明的一个方面，装置包括外壳，具有纵轴线(z)和在垂直于z轴线的平面上互相成直角的一对轴线(x，y)。外壳包括第一和第二分段，具有互相固定地连接的相对的相邻表面。第一分段固定地承载半导体光源，用于在z轴线方向上发射线极化光束。第二分段固定地承载(a)沿大致z轴线放置的截断光束的具有端面的光纤元件和(b)被放置在光源与端面之间的线性光极化器。第一和第二分段沿x，y和z轴线互相固定地放置，用于使得投射在端面上的光束具有预定的几何形态和位置。第二分段围绕z轴线被固定地放置，用于使得投射在端面上的光束处在预定的功率范围内。

[0018] 第一分段优选地包括被固定地连接到第一分段和被放置成截断光束的光纤元件，例如，透镜。第一和第二分段沿x y z轴线的方向互相放置，这样，光纤元件可以用预定的数值孔径把光束聚焦在端面以及有助于使得光束具有预定的想要的几何形态和位置。透镜具有与光束轴线一致的或从光束轴线移位的中心。

[0019] 投射到端面的光束的几何形态优选地包括光点大小和光束形状，使得装置能够用于工作在不同的模式的光纤元件。光纤元件的端面可以垂直于z轴线或相对于z轴线倾斜的。如果端面不是垂直的，则端面相对于光束轴线(当投射在端面时)的角度影响投射到端面的光点的大小、形状、位置和数值孔径。

[0020] 制作所述装置的优选的方法包括在x y轴线的方向上互相移动第一和第二分段。第一和第二分段在z轴线方向上互相平移。移动步骤和平移步骤反复地执行，直至投射到端面的光束具有预定的几何形态和位置为止。第一分段和包括极化器的至少一部分的第二分段互相转动，直至投射到端面的功率密度达到预定的范围为止。此后，第一和第二分段与它们的部件互相固定地放置。在移动、平移和转动步骤之前，光源被固定地连接到第一分段，以及光纤元件和极化器被固定地连接到第二分段。

[0021] 在一个实施例中，第一和第二分段的相对的相邻面包括处在垂直于z轴线的平面的第一和第二分段的端面。这个实施例优选地在于，第二分段包括箍环和承载光纤元件的接纳器。箍环包括第二分段的端面。箍环和接纳器具有互相固定地连接的相对的圆柱面。

[0022] 制作这个实施例的优选的方法包括沿x和y方向互相移动第一和第二分段的端面。箍环和接纳器的相对的圆柱面沿z轴线方向互相平移，而箍环没有沿z轴线方向相对第一分段平移。移动和平移步骤反复地执行，直至投射到端面的光束具有预定的几何形态和位置为止。包括极化器的至少一部分的第二分段相对于箍环转动而同时箍环保持静止，直至投射到端面的功率密度达到预定的范围为止。此后，箍环和第一分段的相对的端面以及箍环和接纳器的相对的圆柱面被固定地连接。在所有的移动、平移和转动步骤之前，光源被固定地连接到第一分段，以及光纤元件和极化器被固定地连接到第二分段。

[0023] 在另一个实施例中，第一分段包括沿z轴线的方向延伸的V形沟槽，以及第二分段具有被固定地安装在V形沟槽圆柱形外表面。这个实施例优选地通过在V形沟槽中沿x和y轴线的方向移动第二分段的圆柱形外表面和在V形沟槽中沿z轴线方向平移第二分段的圆柱形外表面而完成。移动和平移步骤反复地执行，直至投射到光纤元件的端面的光束具有预定的几何形态和位置为止。第二分段的圆柱面围绕V型沟槽的纵轴线转动，直至投射到端面的功率密度达到预定的范围为止。此后，第二分段的圆柱形外表面被固定地连接到V形沟槽。在所有的移动、平移和转动步骤之前，光源被固定地连接到第一分段，以及光纤元件和极化器被固定地连接到第二分段。

[0024] 在再一个实施例中，第一和第二分段包括相对的固定地连接的圆柱面。相邻的表面包括相对的圆柱面。

[0025] 这个实施例优选地通过第一和第二分段的圆柱面互相沿x和y轴线的方向移动而完成。第一和第二分段的圆柱面互相沿z轴线的方向平移。移动和平移步骤反复地执行，直至投射到端面的光束具有预定的几何形态和位置为止。第一和第二分段的圆柱面互相转动，直至投射到端面的功率密度达到预定的范围为止。此后，相对的圆柱面互相固定地连接。在所有的移动、平移和转动步骤之前，光源被固定地连接到第一分段，以及光纤元件和极化器被固定地连接到第二分段。

[0026] 在再一个实施例中，第一分段具有正六面体的外形。

[0027] 源可以是用于发射线极化光束的激光器或源可包括用于发射弱极化或非极化光束的半导体，在这种情形下源包括第二线极化器，用于将弱极化或非极化光束变为线极化。

[0028] 所提到的第一极化器可被安装在光纤元件的端面上，或第二分段可包括用于光纤的保持器，在这种情形下，所提到的第一极化器被固定地安装在保持器上。

[0029] 本发明的另一个方面涉及到组装具有(a)包括用于发射线极化光束的半导体光源的第一分段；和(b)包括具有输入端面的光纤元件和极化器的第二分段的光学发射器的方法。在组装的方法开始之前，光源被固定地连接到第一分段和光纤元件，以及极化器被固定地连接的第二分段。第一和第二分段被接合以形成具有纵轴线的外壳。第一和第二分段被接合，以使得由源发射的光束适于至少沿纵轴线的总的方向传播以及在经过极化器后投射到光纤元件的输入端面。接合的第一和第二分段在垂直于纵轴线的平面上和在纵轴线的方向上互相平移，这样，投射到输入端面的光束具有预定的想要的光点大小、形状和位置。第一和第二分段围绕纵轴线互相转动，以使得投射到端面的光束的功率密度达到预定的想要的范围。第一和第二分段在其相对位置上永久地互相连接，使得投射到输入端面的光束具有预定的想要的光点大小、形状、位置和功率密度。

[0030] 在一个实施例中，第一分段包括光学元件，例如透镜，它(a)适于影响投射到输入端面的光束的数值孔径，和(b)被固定地连接到第一分段。在这样的情形下，平移步骤包括在垂直于纵轴线的平面上和沿着纵轴线平移第一和第二分段，以使得数值孔径具有预定的想要的数值。

[0031] 通过考虑本发明的具体的实施例的以下的详细说明，特别是当结合附图考虑时，将明白本发明的以上的和另外的目的、特性和优点。

附图说明

[0032] 图1是本发明的优选实施例的示意性框图；

[0033] 图2是按照本发明的第一优选实施例的、基于晶体管轮廓(TO)的发射器光学子组件(TOSA)的侧视图；其中极化器被固定地附着到光纤短柱的输入端面，该光纤短柱被固定地附着到用于短柱的接纳器组件；

[0034] 图3是按照本发明的第二优选实施例的、基于TO的TOSA的内部侧视图；其中极化器被固定地附着到用于光纤光缆并通过空气隙与光纤短柱的输入端面间隔开的接纳器组件；

[0035] 图4是按照本发明的第三优选实施例的、基于TO的TOSA的内部的侧视图；其中极化器被固定地附着到用于光纤光缆的接纳器组件；

[0036] 图5是具有被固定地附着到光纤短柱的端面的极化器的平面TOSA的内部的侧视图，其中光纤短柱被固定地附着到用于短柱的接纳器组件；

[0037] 图6是平面TOSA的侧视图，其中极化器被固定地附着到用于光纤短柱的接纳器组件，并通过空气隙与光纤短柱的端面间隔开。

[0038] 图7是TOSA的内部的侧视图，其中封装包括(1)承载激光器的光学支路，和(2)承载光纤和极化器的组件，其中组件具有可以相对于在支路上纵向延伸的V形沟槽在三个轴线方向上转动和平移的圆柱形外表面；

[0039] 图8是图7所示的结构的顶视图；

[0040] 图9是图8所示的结构的端视图；

[0041] 图10是包括本体的TOSA的内部的侧视图，它与包括被固定地安装的光纤短柱的接纳器互相适配，该光纤短柱具有被固定地安装在其端面上的极化器；以及[0042] 图11是包括光学元件的TOSA的示意图，其中光学元件具有相对于由半导体激光器发射的光束的光轴线倾斜(不是90°)的输入端面。

具体实施方式

[0043] 现在参照附图的图1，其中边缘发射半导体二极管激光器10被固定地放置在不透光的外壳12的第一分段11。激光器10具有端面13，该端面典型地发射具有在近红外区域的波长，例如1.3μm和1.5μm，的固有的线极化光束。由激光器10发射的光束具有与外壳12的纵轴线14一致或接近于纵轴线14的光轴线。光束是在由激光器10的光学参数和激光器相对于光束轴线的角度位置被确定的预定的角度上的线极化。由于激光器被提供以由恒定的驱动电流源16得到的具有恒定的幅度和载频的电流，激光器10发射的光束具有恒定的强度。激光器10是本领域技术人员熟知的那种插接式或辫式的组件。

[0044] 由激光源10发射的光束被投射到被固定地安装在外壳12的第二分段23单模或多模微米光纤元件22的核芯的输入端面20。被放置在端面13与20之间的轴线14上的线极化器24藉助于由分段23或端面20固定地承载的极化器被固定地放置在分段23。极化器24被转动，以使得它的极化方向处在正确的角度，达到在光纤元件22的输出端25处对于观看者的眼睛保护的目的，并与输出端25处的最大光功率一致。

[0045] 在开始进行与互相接合分段11和23有关的操作之前，激光器10和透镜26被永久地固定地连接到分段11，而同时光纤元件22和线极化器24被永久地固定地连接到分段23。在与接合分段11和23有关的操作期间，各分段在轴线14纵向地，即在z轴线方向，和在垂直于z轴线的方向的平面上互相成直角的两个方向上(即x和y轴线的方向)互相平移，直至投射在端面20的光点具有想要的空间分布为止。想要的空间分布由光点几何形态(即，光点大小和形状)、光点位置和光点数值孔径确定。在通常通过相对于x，y和z轴线重复定位分段11和23而得到想要的空间分布后，分段11和23围绕z轴线互相转动，以得到在远离输入端面20的光纤元件22的端面处的想要的功率密度。通常，重复平移和转动分段11和23是对于得到想要的光点大小、光点形状、光点位置和功率密度是必须的。在得到想要的光点大小、光点形状、光点位置和功率密度后，分段11和23被永久地连接在一起。

[0046] 在图1-6的实施例中，相对的表面是在垂直于z轴线的平面上第一和第二分段的平的表面。平表面互相平移，得到在核芯端面20上想要的光束光点形状。第二分段包括一对相对的圆柱面，它们在z轴线方向上互相平移，以便控制在核芯端面20上的光点大小和形状。相对的圆柱面围绕z轴线互相转动，以便控制投射到端面20的光束的密度。

[0047] 在图7-9的实施例中，相对的表面之一是第二分段的圆柱面，它(1)在x，y和z轴线的方向上相对第一分段的V形沟槽的纵轴线平移，以得到想要的空间分布，以及(2)围绕纵轴线转动，以得到想要的功率密度。

[0048] 在图10的实施例中，相对的表面是第一和第二分段的圆柱面，它们(1)在x，y和z轴线的方向上相对地平移，以得到想要的空间分布，以及(2)围绕z轴线互相转动，以得到想要的功率密度。

[0049] 光纤元件22可以是短柱或光纤传输线，以及是用于在单模或多模下有效地传送由源10发射的近红外能量的一种传输线。端面20被显示为在它的典型的位置，即垂直于轴线14，但它可以相对于该轴线倾斜的，正如下面结合图11描述的。

[0050] 光纤元件22包括由包层包围的核芯，正如技术上典型的那样。光束通常被限制成投射在核芯，以及光束通常不投射在包层。

[0051] 用于激光器10的光束的聚焦元件包括球透镜26，该透镜被固定地放置在源10和极化元件24之间的分段13。聚焦元件也可以是非球形的、衍射的或包括双向透镜设计。在图1-6，10和11的实施例中采用的但并不总是必须的聚焦透镜26把由源10发射的光束聚焦在端面20。透镜26使得投射在端面20的光束具有想要的数值孔径和影响投射在端面20的光束的其它参数(例如，光点几何形态、光点位置和空间相位)。

[0052] 因为投射在端面20的光能的功率的控制与(1)端面相对于激光器10的对准和(2)由激光器10发射的辐射的特性(诸如光束腰和强度分布)完全无关，在光纤元件22内激励的光学模式可被分开地控制，达到想要的结果。投射在端面20的光能的功率的调节也与用来激励激光器10的方法无关，由此实现要使用的恒流源16。通过采用恒流源16来激励激光器10，由激光源发射的能量的带宽保持为恒定的。

[0053] 现在参照附图的图2，图2是基于晶体管轮廓(TO)的发射器光学子组件(TOSA)的内部的侧视图，该发射器光学子组件具有被插入到可被看作为图1的第二分段23的一部分的接纳器组件42的光纤短柱40。TO本体44(可被看作为相应于图1的第一分段11)具有圆柱形外壁和内壁46和48，分别与本体和外壳51(相应于图1的外壳10)的公共中心轴线50同心。本体44的第一平面末端49被固定地附着到圆盘状电绝缘底座52，通过该底座适当的金属引线54延伸到本体44内的部件。远离第一末端49的本体44的第二末端56包括平面端面60，该平面端面与可被看作为图1的第二分段23的另一部分的箍环64的平面端面相对，并且结合到该平面端面。箍环64具有平滑的圆柱形内表面66，它与接纳器组件
42的平滑的圆柱形外表面70相对，并且结合到该圆柱形外表面。

[0054] 本体44包括向内延伸的环状法兰76，该法兰具有稍微大于球形聚焦透镜78的直径的直径，该球形聚焦透镜适配于具有与轴线50一致或接近的轴线的法兰76的圆孔。透镜78被结合到法兰76的内部边缘，这样，透镜的直径与轴线50一致，或稍微偏离轴线50。

[0055] 法兰76和透镜78(它们可以不同于以上结合图1的透镜26描述的球形)把本体44的内部划分成第一和第二空腔80和82。空腔80的一端由承载光学支路84和支座86的底座52的端面限定边界。光学支路84的上表面88承载小的印刷电路板90，在该电路板上固定地安装半导体激光器92，该激光器发射具有总的沿与轴线50相同的方向延伸的轴线的线极化相干光束，这样，它可以或不一定与轴线50一致。支座86承载印刷电路板
94，在该电路板上安装半导体光电二极管98，光电二极管被放置成响应于具有激光器92的波长和经由透镜78被传播到空腔82的光能。在光学支路84上的印刷电路板90经由引线
54被连接到适用的电子源16(图1上显示的)，用于用恒定的电流调制驱动激光器92。由光电二极管98检测的光能从光电二极管经由被包括在印刷电路板94上的电路被耦合到另一条引线54。

[0056] 被固定地安装在接纳器组件42中的光纤短柱40具有远离球形透镜的平面输入端面100。端面100处在垂直于轴线50的平面上，以及被放置成使得由激光器92发射的和由透镜78聚焦的光束投射到它上面。光纤短柱40的端面100固定地承载线极化板102。接纳器组件42，从而极化器板102，围绕轴线50相对于箍环64转动，这样，传送通过极化器
102和投射到端面100的来自激光器92的光能的功率密度具有对于眼睛安全的想要的数值以及通过光短柱40和被光耦合到与端面100相对的短柱40的端面的光纤传输线(未示出)的最大传播距离。

[0057] 接纳器42包括由光纤短柱40适配于和被固定地连接到的圆柱通道103。光纤短柱40具有圆柱形外壁104，它具有小于在短柱40附近接纳器组件42的通道103的圆柱形内壁106的直径的直径。接纳器组件42的通道103包括肩部108，这样，该通道103在肩部108与接纳器组件42的平面端面110之间，比起在肩部108与远离端面110的通道末端111之间的通道部分具有更小的直径。这样的安排使得光纤短柱44易于插入到通道103。光纤短柱40被固定地连接到分离的套筒112和通过分离的套筒112保持在适当的地方，该套筒延伸在肩部106与接纳器组件42的末端111之间以及具有稍微大于光纤短柱外径的内径。
分离的套筒112的内径稍微大于在肩部106与接纳器组件的末端111之间的通道103部分的直径。

[0058] 在连接外壳51的第一分段(包括激光器10和本体44)到第二分段(包括接纳器组件42和箍环64)之前，第一分段的所有的部分被固定地和永久地互相连接，以及接纳器组件42的所有的部分被固定地和永久地互相连接，这样，例如透镜78和激光器92被固定地和永久地连接到TO本体44和光纤短柱40，极化器102和分离套筒112被固定地和永久地连接到组件42。

[0059] 在制造期间，夹具(未示出)在图2上大致显示的位置处保持本体44、接纳器组件42和箍环64。来自激光器92的光束在光纤短柱40的端面102上的位置通过在外壳51的x和y轴线的方向，即在垂直于轴线50的平面上互相成直角的方向，相对于箍环64的端面平移本体44的端面而被控制。本体44和/或箍环62在x y方向上移动，直至光纤短柱40的端面100上的光点具有正确的想要的几何形态(即，大小和形状)，以及投射在端面上的光束的中心被正确地放置在端面的核芯。投射在光纤短柱端面100上的光束的中心不一定与该端面的中心一致。光点的想要的形状取决于在光纤短柱40中要传送的模式。正确的想要的形状典型地是圆形、环状或椭圆，取决于在光纤短柱中的光能的传播模式和被耦合到短柱的光波导。

[0060] 在通过在x和y方向上相对于箍环64的端面62定位本体44的端面而得到正确的光点形状和位置后，光纤短柱40的端面100在z轴线方向，即在相对于轴线50的纵方向，相对于激光器92的发射面的位置被有效地调节。在z方向上光纤40的端面100的轴线向控制可以通过在z轴线方向，即沿轴线50，相对于箍环64的圆柱面66滑动接纳器组件42的圆柱面72而执行。组件42相对于箍环64纵向地平移，直至投射在端面100的光束具有正确的、想要的尺寸为止。

[0061] 投射在端面100的光点的大小受到沿x，y和z轴线的方向相对于光束轴线对准透镜78的影响。相对于光束轴线调节透镜的对准将改变透镜系统的磁化，从而改变光点大小。另外，相对于光束轴线调节透镜78的对准可控制光点形状，如果透镜直径偏离光束轴线的话。在某些情形下，希望改变激光器与光纤短柱40的端面之间光学系统的数值孔径，它的结果可以通过改变透镜78的对准或通过改变透镜的设计(诸如通过引入专门设计的光学元件，诸如衍射)而达到。布置透镜78的中心使得透镜中心不对准光束轴线，也影响投射到短柱40的端面的光能的位置、形状和空间相位。

[0062] 在投射到端面100的光束被确定为具有想要的尺寸(z轴线参数)后，必须确定光束是否仍旧具有想要的形状和位置(x y轴线参数)。如果x和y参数不满足，则平面端面60和62必须再次在x和y方向互相移动。处理过程重复执行，直至满足正确的x，y和z准则为止。

[0063] 在x，y和z参数满足后，投射在光纤短柱40的平面端面的功率通过在端面100有效地转动极化器102而被控制。极化器102被转动，以使得它的线极化和光束线极化使投射在端面100的功率密度处在想要的范围。为此，通过围绕轴线50相对于本体44转动接纳器组件42，极化器102被转动，而没有很大地影响短柱40的平面端面100的x，y和z位置。然而，因为接纳器42的转动使短柱40的平面端面100的x，y和z位置发生改变有很高的概率，x y z参照必须再次被检验和变化，如果必须的话。在确定投射在端面100上的光束光点具有正确的大小、形状、位置和功率密度之后，相对的表面60和62被固定地和永久地互相连接，正如相对的表面66和72那样；连接典型地是通过胶粘接、熔焊、焊接或熔化进行。正确的光点大小、形状、位置和功率密度的确定是藉助于光检测器(未示出)响应于从与承载极化器102的端面100相对的光纤短柱40的端面发射的光能而执行的。

[0064] 接纳器组件40相对于箍环64平移和转动是通过夹具握住从接纳器组件42的圆柱形外表面向外延伸的圆形法兰盘114而易于实行的。当组件40相对于箍环64移动时，夹具握住箍环64的环形凹口116。

[0065] 现在参照附图的图3，它示出与图2的TOSA相同的TOSA，除了图3的TOSA用被固定地安装在接纳器组件42的端面110上的更大的极化器120代替在光纤短柱40的端面100上的极化器102以外。在图2的实施例与图3的实施例之间的另外的差别在于，在图3上，光纤短柱40的端面100向远离接纳器组件42的端面110方向平移，提供在极化器120与光纤短柱40的端面110之间的气隙122。图3的TOSA的x，y和z参数被控制，如以上参照图2描述的。投射到图3的光纤短柱40的端面的功率的密度通过围绕轴线50转动接纳器组件42，直至达到想要的输出功率密度为止而被控制，如由对投射到光纤短柱的端面的由激光器92发射的光束的功率密度的监视器指示的。在得到想要的x，y和z参数以及投射到光纤短柱40的端面的想要的功率密度后，图3所示的结构的部分被永久地固定地互相连接。

[0066] 现在参照附图的图4，它示出图3所示的结构的修改方案。在图4上，图2和3的光纤短柱40和分离套筒112被除去。光纤贴片绳索(未示出)被插入到接纳器组件42，以使得贴片绳索的平面端面依靠在被结合到接纳器组件42的端面110的极化器120的平面端面。替换地，贴片绳索的端面可以远离极化器面，以提供小于图3所示的空气隙的空气隙。x，y和z参数以及投射在贴片绳索的端面的功率密度的控制是以与结合图2的实施例描述的相同的方式达到的。在想要的光点大小、光点形状和光点位置参数以及功率密度水平达到后，部件被互相结合。

[0067] 在图4的实施例与图2和3的实施例之间的另一个差别在于，在图4上，图2和3的发射强的线性极化的光束的半导体激光器92用具有发射弱的极化光束的激光器形式的的半导体二极管130或发光二极管替换。在这样的情形下，半导体二极管130包括在它的输出窗口处的线极化器132，以使得由二极管130发射的光束被线极化器132截断并成为强的线极化。由此，图4的极化器120以与以上结合图2和3的激光器92和极化器100与120描述的相同的方式对由二极管130发射的光束起作用。

[0068] 现在参照附图的图5，其中接纳器组件42、箍环64、极化器102、和与它们相关的部件以与图2上相同的方式被构建。在图5上，图2-4的圆柱形TO本体用相应于图1的分段13的平面TOSA封装140替代。封装140具有正六面体的形状，该平行六面体具有互相平行的、平底面142和平顶面144。平的TOSA封装140的平底面142载有光学座架146，该座架146具有平行于底面142和顶面144的平的上表面148。座架146承载的半导体激光器
150和印刷电路板152连接来供应能源功率给半导体激光器。沿激光器光束轴线的光学座架的部分包括切口154，在其中固定地安装聚焦元件156(它具有以前结合图1的元件26提到的任何结构)。平面TOSA封装140包括与TOSA封装的底面142和顶面144成直角的壁
158；该壁包括一个开孔160，在光束被短柱40的输入面100上的聚焦元件156聚焦后，来自激光器150的光束通过该开孔传送。

[0069] 在图5的实施例中，平面TOSA封装沿xy方向移动，即在垂直于包括封装140、接纳器组件42和箍环64的外壳162的纵轴线(z轴线)的平面上互相成直角的方向。因此，封装140在外壳162的x y z轴线的方向相对于箍环64和接纳器组件42平移，以便控制光点大小、光点形状、光点位置和数值孔径。然后，接纳器组件42相对于箍环64转动，进而相对于半导体激光器150发射的光束的线极化角度旋转极化器102的线极化方向，以造成要投射到光纤短柱40的端面100的想要的功率密度。然后，箍环64的相对的平面端面62和164与壁158被永久地固定地互相连接，以及箍环64与组件42的相对的圆柱面66和72被永久地固定地互相连接。

[0070] 现在参照附图的图6，其中图5的平面TOSA封装140与图3的接纳器组件42、箍环64和极化器相组合。在图6上，极化器120被永久地固定地附着到接纳器组件42的端面110，以及气隙122被提供在极化器120与光纤短柱40的相对的面之间。图6所示的结构可被修改成通过把光纤短柱40的端面100靠在极化器120上而去除空气隙。

[0071] 在图5和6的实施例中，在平面TOSA封装140的底面142和顶面144之间的、壁158的端面164依靠在箍环64的端面62。箍环64的端面62在x y方向上移动，以满足x y参数。然后，接纳器组件42沿z轴线方向，即光束传播的总的方向平移，以控制z轴线参数。然后，通过相对于箍环64旋转接纳器组件42，得到投射到光纤短柱40的端面100的想要的功率密度。当所有的要求的x y z和功率参数满足时，相对的表面被永久地互相结合。

[0072] 现在参照图7，8和9，分别是具有对接结构的TOSA 170的内部立视图，内部顶视图和与图7和8的视图成直角的末端内部视图。图7-9的TOSA 170包括形状为正六面体的封装172，封装172包括被固定地安装在封装172的底面176的具有平地面的光学座架174。光学座架174承载用于发射线极化相干光束的半导体激光器177。

[0073] 座架174包括纵向延伸的V形沟槽178(图8)，它大致对准封装172的纵轴线(z轴线)187。具有圆柱形外表面182的光纤保持器/极化器组件180被固定地安装在V形沟槽178。在激光器177的光学输出端附近的光纤保持器/极化器组件180的端面184承载线极化器186，线性极化器186截断激光器发射的光束。光纤保持器180包括沿封装172的z轴线187的方向延伸的细长孔(未示出)，光纤188被固定地安装在其中。光纤188具有平的输入端面(未示出)，它靠在极化器186上，并位于与保持器180的端面184相同的平面。光纤188延伸超过距承载极化器186的端面184较远的保持器180的端面189很大的长度。光纤延伸超过端面189进入被固定地安装在与端壁194相对的封装172的端壁192上的连接器组件190，端壁194处放置光学座架174。光纤保持器180足够长，以保证光纤188的空间稳定性，即使光纤悬浮在保持器180与连接器组件190之间。

[0074] 投射到光纤188的输入端面的来自激光器177的光束的形状和位置是通过在垂直于与光纤188的纵轴线一致的或接近一致的封装172的纵轴线(z轴线)187的平面上在V型沟槽178中移动光纤保持器180而被控制。投射到光纤188的输入端面的光束的大小是通过在封装170的z轴线的方向在V型沟槽178中来回移动光纤保持器180而被控制。投射到光纤的输入端面的功率密度是通过围绕z轴线187转动光纤保持器180而被控制。

[0075] 光学座架174和在其上的部件相应于图1的分段11，而光纤保持器/极化器组件180和在其上的部件相应于图1的分段23。在把组件180放置在座架174上的V形沟槽之前，座架174和组件180的所有的部件永久地固定地连接到适当的地方。在组件180的圆柱形外表面182被放置成与V形沟槽178的表面相对，这样，投射到光纤188的输入端面的、来自激光器177的光束具有正确的位置、大小、形状和功率密度后，V形沟槽178和组件180的相对的面被永久地固定地互相连接。

[0076] 现在参照附图的图10，其中图2的基于透镜的TO本体与修改的接纳器组件200相组合，形成外壳201。组件200包括从接纳器组件200的端面平行于TO本体44的轴线50延伸的套筒202。套筒202具有圆柱形内壁204，它与组件200的纵轴线同心，所以与也是外壳201的纵轴线的、TO本体44的纵轴线近似同心。接纳器组件200和TO本体44的端面206和208(它们垂直于外壳201的纵轴线)在纵向互相间隔开，以使得TO本体44能够相对于接纳器组件200纵向地移动。接纳器组件200的套筒202的圆柱形壁204的内径稍微大于TO本体44的圆柱形壁46的外径，以使得接纳器组件200能够(1)在垂直于外壳201的纵轴线(z轴线)50的平面上移动，(2)在z轴线方向上移动，和(3)围绕z轴线转动。

[0077] 在制造图2-5所示的装置时使用的那种夹具握住TO本体44和接纳器组件200。夹具允许TO本体44和接纳器组件200在包括组件200和本体44的外壳的x y z轴线的方向互相移动，以便控制投射到光纤短柱40的端面的光能的大小、形状和数值孔径。夹具使得接纳器组件能够围绕它的纵轴线转动，以便控制投射到光纤短柱40的端面的、来自激光器光能的功率密度。在TO本体44和接纳器组件被布置成得到这些想要的参数后，环氧树脂210插入到TOSA本体44的面对的(即相对的)圆柱型外壁46与接纳器的套筒202的圆柱型内壁204之间的缝隙。图10的安排具有使能TOSA本体44与接纳器组件200在一个步骤中在x y z轴线方向对准，此后相对于外壳201的z轴线转动接纳器组件200以得到想要的输出功率的优点。

[0078] 在图1-10的每个实施例中，光纤元件的端面与光源的轴线成直角。然而，这不一定是必须的情形，正如图11的光学示意图表示的，其中承载线极化器223的光纤元件222的输入端面220从激光器226(发射线极化光束)的光束轴线224移动一个角度，理论上可以具有0°与90°之间的任何数值。然而，对于实际的应用，在光束轴线222与光纤元件222的输入端面之间的角度小于10°或15°，因为更大的角度有害地影响激光束能量到光纤元件222的输出端的光耦合效率。在光束轴线222与来自激光器226的光束投射到的、光纤元件222的输入端面220之间的角度有助于确定投射到光纤元件端面的光束的功率密度、光点大小和形状。

[0079] 在制造时，图11显示的光纤元件222被放置在保持器上，诸如图7-9的光纤保持器/极化器组件180，或图2-6的接纳器组件42，或图10的组件200。然后，用于光纤元件222的保持器在x y z方向移动，得到想要的光点大小、形状和位置。在图11所示的光纤元件222的端面被正确地放置后，用于元件222的保持器围绕包括激光器226和光纤保持器的外壳的纵轴线转动，以便控制投射到光纤元件222的端面220的功率密度。

[0080] 虽然描述和显示了本发明的具体的实施例，但将会看到，具体描述和显示的实施例在细节上可以作出变化，而不背离如在所附权利要求中限定的本发明的真实精神和范围。