Лазерный излучатель

Полезная модель относится к полупроводниковой технике, а именно к полупроводниковым лазерным излучателям на основе полупроводникового поверхностно излучающего лазера с вертикальным резонатором - вертикально - излучающего лазера (VCSEL).
Известны конструкции лазерных излучателей, включающие полупроводниковый лазер, размещенный на плате, помещенной в миниатюрный корпус.
Так, известен лазерный излучатель [JP 10284797], включающий вертикально - излучающий лазер (VCSEL), расположенный на плате - на круглом монтажном основании, к которому подведены контактные выводы, а также цилиндрический полый корпус, установленный поверх монтажного основания, сверху закрытый круглой платой - крышкой.
Недостатком данной конструкции является отсутствие специальных средств, обуславливающих точность юстировки деталей лазерного излучателя, которая необходима для обеспечения стабильности его оптических свойств.
Известен лазерный излучатель [RU2 194347], который выбран в качестве ближайшего аналога.
Данный излучатель содержит полупроводниковый лазер, установленный на верхней поверхности прямоугольной керамической платы, закрепленной внутри трубчатого вертикально ориентированного металлического корпуса перпендикулярно относительно оптической оси полупроводникового лазера. Указанный лазер установлен на две контактные пластины, расположенные на верхней поверхности указанной платы, а плата закреплена в корпусе путем установки ее краевых угловых участков в кольцевом пазу, выполненном в стенках корпуса.
На нижней поверхности платы смонтированы элементы формирователя импульсов тока.
Верхнее отверстие корпуса закрыто круглой выпуклой крышкой, в которой установлен оптический элемент с обеспечением прохождения через него полупроводниковым лазером излучения. Нижнее отверстие корпуса закрыто диэлектрической дискообразной вставкой, сквозь которую пропущены контактные выводы, обеспечивающие электропитание полупроводникового лазера.
Наличие оптического элемента способствует достижению требуемых оптических свойств лазерного излучателя. Установка платы с полупроводниковым лазером в кольцевом пазу корпуса способствует фиксации полупроводникового лазера в требуемом положении.
Однако за счет возможности углового поворота краевых угловых участков платы в указанном кольцевом пазу в горизонтальной плоскости не обеспечивается точность фиксации полупроводникового лазера в заданном положении и, соответственно, взаимного положения полупроводникового лазера и оптического элемента, что может негативно сказаться на стабильности оптических характеристик лазерного излучателя.
Кроме того, при непосредственном контакте керамической платы с металлическим корпусом, обладающим высокой теплопроводностью, не обеспечивается достаточная степень термоизоляции полупроводникового лазера.
Между тем оптические свойства полупроводникового лазера, в частности, длина волны его излучения, в сильной степени зависят от его рабочей температуры, и для поддержания стабильности оптических свойств необходимо поддерживать определенную рабочую температуру полупроводникового лазера (на уровне 10-15°С), в частности, использовать для этого специальные средства.
Проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является обеспечение стабильности длины волны излучения лазерного излучателя.
Сущность полезной модели заключается в том, что в лазерном излучателе, содержащем полупроводниковый лазер, установленный на верхней поверхности прямоугольной керамической платы, закрепленной внутри вертикально ориентированного трубчатого металлического корпуса перпендикулярно относительно оптической оси полупроводникового лазера, оптический элемент в виде линзы, установленный в корпусе с обеспечением прохождения через него излучаемого лазерным диодом излучения, а также закрывающую корпус снизу изолирующую вставку с контактными выводами, согласно полезной модели на нижней поверхности прямоугольной керамической платы размещен терморезистор, корпус выполнен составным и имеет нижнюю трубчатую часть, в которой смонтированы изолирующая вставка и прямоугольная керамическая плата с полупроводниковым лазером, и верхнюю трубчатую часть, расположенную поверх нижней трубчатой части с образованием зазора между верхними концевыми участками указанных составных частей корпуса, оптический элемент в виде линзы, установленной в указанном зазоре с обеспечением перекрытия ею верхних отверстий верхней и нижней трубчатых частей корпуса, изолирующая вставка выполнена в виде объемного цилиндрического элемента с центральной сквозной полостью, имеющей в продольном сечении ступенчатую форму, при этом верхняя часть указанной полости имеет в направлении сверху вниз цилиндрическую боковую поверхность и горизонтально ориентированный участок, образующий кольцевое опорное основание, на указанной цилиндрической боковой поверхности сформированы вертикально ориентированные радиальные углубления, прямоугольная керамическая плата расположена поверх указанного кольцевого основания таким образом, что краевые угловые участки прямоугольной керамической платы зафиксированы в указанных радиальных углублениях, контактные выводы пропущены сквозь центральную сквозную полость, нижняя часть которой залита герметизирующим компаундом.
Благодаря наличию терморезистора, выделяющего тепло при протекании по нему электрического тока, оказывается возможным обеспечить нагрев прямоугольной керамической платы и, соответственно, полупроводникового лазера, до рабочей температуры, при которой обеспечивается стабильность его оптических свойств, в том числе, стабильность длины волны излучения. В частности, параметры терморезистора выбраны из условия обеспечения нагрева полупроводникового лазера до 10-15°С.
При этом благодаря размещению прямоугольной керамической платы с полупроводниковым лазером внутри диэлектрической вставки исключается контакт керамической платы с металлическим корпусом, обладающим высокими теплоотводящими свойствами, в результате чего обеспечивается термоизоляция полупроводникового лазера, за счет которой оказывается возможным поддерживать рабочую температуру полупроводникового лазера на требуемом уровне.
Благодаря наличию радиальных вертикально ориентированных углублений и кольцевого опорного основания в верхней части полости диэлектрической вставки и размещению прямоугольной керамической платы с полупроводниковым лазером на кольцевом основании с обеспечением фиксации в вертикально ориентированных радиальных углублениях, а также благодаря закреплению линзы в зазоре между составными частями корпуса обеспечивается точное позиционирование прямоугольной керамической платы с полупроводниковым лазером и оптического элемента в виде линзы в горизонтальной и вертикальной плоскостях и достигается их взаимная ориентация, при которой их оптические оси совпадают. Это способствует стабильности длины волны излучаемого полупроводниковым лазером света.
Кроме того, при указанном расположении прямоугольной керамической платы в полости вставки минимизируется площадь теплового контакта указанных элементов (их контакт осуществляется по четырем краевым угловым участкам платы), что способствует повышению термоизоляции полупроводникового лазера и обеспечению поддержания его требуемой рабочей температуры.
Совокупность указанных факторов позволяет достигнуть стабильности длины волны излучения заявляемого устройства.
Таким образом, техническим результатом, достигаемым при реализации полезной модели, является обеспечение стабильности длины волны излучения лазерного излучателя.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства; на фиг. 2 представлен вид по стрелке А.
Устройство содержит полупроводниковый лазер 1, установленный на верхней поверхности прямоугольной керамической платы 2. На верхней поверхности указанной прямоугольной керамической платы 2 также установлен узел 3 защиты от статического электричества, а также узел 4 контроля температуры платы 2.
На нижней поверхности прямоугольной керамической платы 2 размещен терморезистор (на чертеже не показан), с помощью которого осуществляется нагрев платы 2 до заданной температуры (10-15°С).
Устройство также содержит составной вертикально ориентированный трубчатый металлический корпус, содержащий нижнюю трубчатую часть 5 и охватывающую ее верхнюю трубчатую часть 6, установленную поверх нижней трубчатой части 5 с образованием зазора (на чертеже позицией не обозначен) между верхними концевыми участками указанных частей корпуса. Верхняя трубчатая часть 6 корпуса, в частности, закреплена на нижней трубчатой части 5 корпуса с помощью резьбового соединения.
В зазоре между верхней и нижней трубчатыми частями 6 и 5 корпуса установлена линза 7 с обеспечением перекрытия ею верхних отверстий указанных составных частей корпуса.
В частности, верхний концевой участок 8 верхней части 6 корпуса имеет в плоскости продольного сечения Г - образную форму, при этом зазор между верхними концевыми участками верхней 6 и нижней 5 частей корпуса имеет форму кольцевого углубления, а оптический элемент в виде линзы 7 установлен в указанном кольцевом углублении таким образом, что его боковая поверхность зафиксирована в указанном кольцевом углублении.
Нижнее отверстие нижней части 5 корпуса закрыто диэлектрической вставкой 9. Диэлектрическая вставка 9 выполнена в виде объемного цилиндрического элемента, в котором выполнена центральная сквозная полость (на чертеже позицией не обозначена), имеющая в продольном сечении ступенчатую форму. Верхняя часть указанной полости имеет цилиндрическую боковую поверхность 10 и горизонтально ориентированное кольцевое опорное основание 11.
Диэлектрическая вставка 9 установлена в нижней части 5 корпуса, в частности, по плотной посадке.
На цилиндрической боковой поверхности 10 сформированы вертикально ориентированные радиальные углубления 12 (на фиг.2 позицией обозначено одно углубление). Керамическая прямоугольная плата 2 расположена поверх кольцевого основания 11 таким образом, что краевые угловые участки 13 керамической прямоугольной платы 2 зафиксированы в указанных радиальных углублениях 12.
Через сквозную полость, выполненную во вставке 9, пропущены контактные выводы 14, обеспечивающие электропитание полупроводникового лазера 1 и прочих электронных элементов лазерного излучателя.
Нижняя часть указанной полости залита герметизирующим компаундом.
Устройство работает следующим образом.
Включают устройство, осуществляя подачу электропитания с помощью контактов 14.
Расположение прямоугольной керамической платы 2 на кольцевом основании 11 обеспечивает нормальную ориентацию прямоугольной керамической платы 2 относительно оптической оси полупроводникового лазера 1. Полупроводниковый лазер 1 излучает свет вдоль своей оптической оси, ориентированной вертикально. Указанное излучение проходит через оптический элемент в виде линзы 7 вдоль его оптической оси, ориентация которого совпадает с ориентацией оптической оси полупроводникового лазера 1.
При протекании тока происходит нагрев терморезистора, за счет чего поддерживается заданная рабочая температура полупроводникового лазера 1.
Благодаря фиксированному взаимному положению прямоугольной керамической платы 2 с полупроводниковым лазером 1 и оптического элемента в виде линзы 7, а также поддержанию заданных температурных условий обеспечивается стабильность длины волны излучения лазерного излучателя.