[发明专利]波长受控的半导体激光器设备

说明书

技术领域

本发明大体上涉及光学计量设备的领域，且更具体地涉及光学自混合传感器。

背景技术

具有集成光电二极管的VCSEL（VIP）将是车辆传感器中用于例如对地速度测量的关键部件。车辆应用要求设备工作的宽的温度范围（例如-40℃至120℃）。然而，VIP在这个宽的范围上显著改变它们的属性（如果它们还工作的话）。

特征VCSEL性能参数的温度依存性在文献（例如H. Li和K. Iga, “Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser Devices”, S69ff, Springer 2003）中是公知的。可以确认三个主要效应：

腔体共振按照下述关系随温度偏移：

λ_res/T≈0.07nm/K

另外，增益峰按照下述关系偏移：

λ_gain/T≈0.32nm/K

附加效应为激光阈值的变化以及增益/电流随温度增加而减小。

恰当的设计允许VCSEL在宽的温度范围从头到尾工作（例如B. Weigl等的“High-performance oxide-confined GaAs VCSELs”, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 3, 409-415(1997)中的-80℃至180℃）。

然而，这种设备的输出功率在该工作温度范围内变化大于10倍，且激射波长偏移大约10nm。原则上，集成光电二极管的性能（灵敏度和噪声）也随温度强烈变化。所有这些效应与诸如下述的稳定VIP性能的目标相抵触：恒定的信噪比、恒定的输出功率（输出功率应优选地保持低于人眼安全限制）以及严格限定的波长。如果该激光器用作自混合传感器，则10nm的偏移已经造成距离和速度测量中1%的系统误差。

VCSEL的温度依存波长偏移已经被采用来调整用于DWDM的激光器阵列的波长。US2008/0031294A1公开了一种VCSEL阵列，其中对VCSEL进行单独的波长调整。波长调整是通过偏置加热来实现的。阵列安装在被冷却的表面上。波长随后由邻近VCSEL的加热元件单独地设定。然而，该布置需要VCSEL附近的附加部件从而实现波长调整。另外，根据US2008/0031294A1的偏置加热需要被冷却的表面。尽管VCSEL不是单独被冷却，但是该冷却需要用于热散逸的附加部件。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种设计更简单的波长受控的半导体激光器。该目的是通过如权利要求1限定的激光器设备来实现。本发明的有利实施例和改进在从属权利要求中限定。作为大体思想，提供了一种激光器设备，其中具有集成光电二极管的激光二极管的部件其中之一也被用于加热该激光二极管。

具体而言，提出了一种半导体激光器设备，其包含

激光二极管设备，其具有

半导体激光二极管，

集成光电二极管，以及

电接触，典型地为沉积金属层，其用于电连接该半导体激光二极管和该集成光电二极管。

因此，提出了一种包含集成加热装置的半导体激光器设备，例如具体而言为具有集成光电二极管的VCSEL。本发明特别适合用于在宽的工作温度范围从头到尾稳定激光波长。本发明的基本思想是采用一种加热元件，该加热元件为比如VIP的激光二极管设备的集成部分。换言之，除了其正常功能之外，具有集成光电二极管的激光二极管的元件其中之一也被用作受控加热元件。因此，不需要单独的加热器。因此，包含激光二极管设备的电接触的现有结构至少其一用作加热元件。

该半导体激光器设备还包含用于通过稳定或设定激光二极管设备的温度来设定或稳定激光波长的反馈控制电路。该电路被设置从而响应于测量的温度依存参数生成加热电压或电流。该加热电压或电流应用到激光二极管设备的至少一个电接触。该电接触的至少其一也电连接半导体激光二极管或集成光电二极管，使得加热电流流过激光二极管设备并加热半导体激光二极管。大体上，反馈控制电路包含反馈环路，在该反馈环路中，所述测量的温度依存参数从激光二极管设备被反馈到该控制电路。

该半导体激光二极管优选地为具有垂直集成光电二极管的垂直腔面发射激光器（VCSEL）（VIP）。VCSEL结构有利于光电二极管的集成。较低的功耗且因此较低的热发射扩大了温度调整范围。

根据本发明一个实施例，集成光电二极管在反向偏置工作，且用于稳定或设定激光二极管设备的温度的反馈控制电路被设置从而设定集成光电二极管两端的电压，该集成光电二极管藉此被由所接收的光感应形成的光电流加热。