[发明专利]具有有所减小的干扰信号的激光二极管结构

说明书

相关申请的交叉引用

本申请主张根据35 USC § 119要求于2010年3月3日提交的欧洲专利申请No.10 002 153.4的优先权，该欧洲专利申请No.10 002 153.4的全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及用于产生激光束、优选用于气体检测应用中的激光二极管结构。该激光二极管结构具有布置在封闭壳内的激光二极管，其中，该封闭壳包括壳底、激光束的出射窗、电连接、激光二极管的温控装置和用于对激光束进行引导和/或成形的光学元件，且该光学元件定位在距激光二极管一定距离处。温控装置布置在壳底上并且承载着激光二极管。

为了确定出某气体与其它气体相混合的气体混合物中的某气体的浓度，这种激光二极管结构例如可用作一种窄带辐射源连同一种相对应的辐射检测器。利用这些气体传感器，通常通过使用吸收光谱法实现待检测气体的检测。利用这种技术，由激光二极管结构产生一种激光束并且其波长被调整到待检测的气体，所述激光束穿过气体混合物。对激光的波长进行选择从而使得激光由气体进行强烈吸收。激光束的吸收度然后用作待检测气体的浓度的指示。

背景技术

已知单模激光二极管（例如，一种借助于工作温度来运用二极管在发射波长方面的可调整性的DFB或VCSEL激光二极管）能够用于对于待分析的气体的光谱的多个部分进行扫描，并且在这种操作的过程中，用于在它们的特征谱线基础上检测气体。通常借助于一种热电温控装置（例如，冷却珀耳帖效应元件（Peltier element））来选择激光二极管的工作温度并且保持恒定，并且通过改变激光二极管的工作电流来对由激光二极管发射的激光辐射进行调整。当在气体传感器技术中使用激光二极管结构时，例如在可调整二极管激光光谱法 （TDLS）中所需的高检测灵敏度要求由激光二极管结构产生的激光辐射以最小干扰现象从激光二极管出射。即使在激光二极管结构的壳、准直透镜或出射窗的反射表面上从激光二极管发出的激光束的激光的非常小的背反射仍具有标准具（etalon）效应和/或激光束的自混合的效应。这两种效应产生光学噪声，光学噪声会降低在高分辨率测试装置中的信号分辨率，并具有弱的气体吸收。

发明内容

本发明解决了明显降低或完全消除由于激光二极管结构的壳内部的背反射导致的标准具和/或激光二极管的自混合的问题，以便改善测试信号的分辨率。

根据本发明，通过具有如上面所主张特性的激光二极管结构解决这个问题。在相关的主张中给出了有利的实施例。

本发明基于对进入激光二极管的激光孔径内的激光在激光二极管结构的壳壁的、以及壳内的光学部件的反射表面上的的背反射而特定地进行时间平均的核心思想。通过借助于一种可移动光学元件而连续地和周期性地略微改变在反射表面与激光孔径之间的激光束的光径长度或光程（optical length），可以实现这个目的。在这个上下文中，“略微改变”是指激光的波长量值的光径长度的变化。除了可移动光学元件以外，还可以在光束路径中布置非移动光束成形或光束引导光学元件。

为了对由激光二极管产生的反射回到激光孔径的激光束的若干部分进行时间平均，根据本发明的激光二极管结构包括用于周期性改变光学元件相对于激光二极管的位置和/或排列的可电控的动力装置。光学元件的移动与介于激光二极管与可移动光学元件之间的光径长度的变化进行耦合。该激光二极管结构能够发射准直或发散的辐射。如果激光二极管结构对激光束进行准直，则可以移动准直透镜自身或者布置在准直透镜之间并且可以改变相对于壳的位置和/或排列的另一个光学元件。利用一种与壳进行固定连接的准直透镜形成例如激光二极管结构的出射窗，其它光学元件可以包括例如偏转镜。在认为激光二极管结构发射发散光的情况下、即在没有设置一种准直透镜的情况下，可移动光学元件可以与非准直出射窗进行协作工作。动力装置利用周期性振荡而改变激光二极管结构的壳中的激光束的光径长度。优选的是，沿着激光束直达到可移动光学元件的路线的振荡是与激光二极管的激光电流相对于激光波长的调制不同时的或异步的。