JP4477151B2 - 一体化レーザ・ベース光源 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、レーザ・ベースの光源に関するものであり、とりわけ、強度を制御された光を発生するレーザ・ベースの光源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザは、レーザ・プリンタ及び光通信リンクを含む多くの民生用製品及び産業用製品において、光源として用いられている。レーザ・プリンタの場合、レーザの光出力を変調して、光導電性ドラムの選択的放電が行われる。光通信リンクの場合、レーザの光出力を変調して、デジタル情報信号の状態が表される。被変調光出力を生じるレーザは、例えば、光ディスクへのデジタル情報信号の書き込みにも用いられる。以上の及びその他の用途において、高速でレーザの光出力を変調する必要があるので、通常、単純にレーザをオン／オフすることによる光出力の変調は除外される。代わりに、レーザの光出力は、高輝度状態と低輝度状態の間で変調されるが、これは、通常、レーザのしきい値レベルをほんの少し超えるだけである。しかし、下記の開示では低輝度状態は、レーザ電流がしきい値電流未満またはゼロにまで減少するゼロ輝度状態を含むものとみなされる。
【０００３】
レーザの光出力が、高輝度状態と低輝度状態の間で変調される場合、２つの輝度状態の少なくとも一方における光強度が、明確に定義されなければならない。例えば、レーザ・プリンタに応用する場合、低輝度状態がゼロ輝度状態を超えると、低輝度状態の光強度は、光導電性ドラムの放電しきい値未満にとどまらなければならない。さらに、光ビームによって放電される光導電性ドラムのスポット・サイズが、光ビームの強度によって決まるので、一貫したライン幅を確保するには、高輝度状態におけるレーザの強度も定義しなければならない。光通信リンクに応用する場合、変調速度、従って、データ伝送速度を最高にするため、高輝度状態と低輝度状態との間の差は、比較的小さくすることが可能である。光通信リンクの受信機によって２つの輝度状態を互いに区別できるようにするには、両輝度状態における光強度を正確に定義しなければならない。
【０００４】
所定のレーザ電流に関して半導体レーザによって発生する光強度は、主として、レーザの温度によって決まる。エージングは、二次的な要素である。レーザの温度は、部分的には、レーザを流れる電流、すなわち、レーザ電流の大きさ及びデューティ・サイクルによって決まる。レーザのデューティ・サイクルは、レーザを変調するデジタル入力信号によって決まる。レーザ・プリンタの場合、レーザは、高輝度状態の光を連続して発生することによって、「充填領域」を生成し、低輝度状態の光を連続して発生することによって、余白及び縁のような白領域を生成する。一般的な半導体レーザの熱時定数は、極めて迅速で、約１０のピクセルを印刷するのに必要な時間とほぼ同じ程度である。従って、レーザの光出力が、例えば、温度の上層につれて増大する場合、レーザの温度、従って、光出力は、充填領域を印刷する間に着実に増大する（この結果、印刷の密度及びライン幅が増すことになる）。一方、白領域に印刷される垂直方向に分離された狭いラインは、レーザ温度が低すぎる結果として、レーザからの光出力が不十分になるため、不鮮明すぎる印刷になりがちである。
【０００５】
レーザによって生じる光の強度変動のために、レーザ・プリンタ、光通信リンク、または、他のレーザ・ベース装置の性能が損なわれるのを阻止するため、制御システムを用いて、レーザ電流を変動させることにより、光の強度が高輝度状態または低輝度状態における所定のレベルに維持されるようにするか、あるいは、光の強度が、温度及びレーザの経年変化に関係なく、高輝度状態において第１の所定のレベルに維持され、低輝度状態において第２の所定のレベルに維持されるようにすることが望ましい。
【０００６】
図１には、強度を制御された光を発生する既知のレーザ光源１０の一部が示されている。レーザ光源１０の場合、エッジ発光レーザ１２が、ヘッダ１６から突き出したポスト１４に取り付けられる。容器１７がヘッダ１６に取り付けられて、通常、ヘッダとハーメチック・シールを形成する。この容器には、レーザ１２が発生した光ビーム１８を放出する窓１９を設けることが可能である。通常、反射された光ビーム１８の一部が窓によってレーザ１２に戻されるのを阻止するため、該窓には、反射防止層21のコーティングが施される。
【０００７】
エッジ発光レーザ１２は、ガリウム砒素のような適正な半導体の構造を生成することによって形成される。エッジ発光レーザ１２は、ヘッダ１６の電気的に分離された通路（不図示）を通る導体３０、及び、導体３０をレーザ１２のメタライゼーション層（不図示）に接続するボンディング・ワイヤ３１を介して外部電源から供給される電流に応答し、光ビーム１８を放射する。エッジ発光レーザ１２は、へき開エッジ２０の約０．１μｍ幅のごく狭いアパーチャから光ビーム１８を放射し、また、へき開エッジ２０の反対側のへき開エッジ２６からも二次光ビーム２４を放射する。
【０００８】
エッジ発光レーザ１２によって発生する光の強度を制御しなければならない用途では、光センサ２８は、二次光ビーム２４によって直接照射されるように位置決めされたヘッダ１６に取り付けられる。光センサ２８は、一般に、シリコン、ガリウム砒素、または、インジウム・ガリウム砒素によるフォトダイオードであり、そのタイプは、レーザ１２が発生する光の波長によって決まる。光センサ２８の電気出力は、ヘッダの電気的に分離された通路（不図示）を通る導体３２、及び、導体３２を光センサ２８のメタライゼーション層（不図示）に接続するボンディング・ワイヤ３３によってパッケージの外側に送り出される。
【０００９】
導体３２は、制御回路３４にも接続されている。制御回路は、入力端子３６を介してデジタル入力信号も受信する。デジタル入力信号の状態によって、制御回路が、レーザ１２を駆動して、高輝度状態と低輝度状態のいずれの光ビームを放射させるのかが決まる。制御回路３４は、高輝度状態と低輝度状態の一方または両方で光センサの電気出力の所定値が得られるように、導体３０及び３１を介してレーザ１２に送られる電流を制御する。光センサ２８の出力のこの所定の値は、それぞれの輝度状態において所定の強度を有する二次光ビーム２４に対応する。二次光ビーム２４の強度は、一次光ビーム１８の強度とほぼ線形の関係をなすため、好都合なことには、二次光ビーム２４の強度をモニタする光センサによって、一次光ビーム１８の強度を許容しうる精度で制御することが可能になる。
【００１０】
最近になって、垂直空洞面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）が導入された。こうしたレーザは、半導体基板に堆積された半導体層構造をなすように形成されており、エッジ発光レーザのように、装置のへき開エッジの約０．１μｍ幅の極めて狭い領域からではなく、構造の面の一部から光を放射する。ＶＣＳＥＬによれば、エッジ発光レーザに比べて性能面で多くの利点が得られる。例えば、ＶＣＳＥＬは、本質的に、エッジ発光レーザよりもはるかに対称性に優れた光ビームを発生する。結果として、ＶＣＳＥＬからの光は、エッジ発光レーザからの光に比べて、レーザ・プリンタまたは光通信リンクの光学系により有効に結合することが可能になる。結合効率が増すことによって、ＶＣＳＥＬを動作させるパワーを低くして、所定の光強度を得ることが可能になる。しかし、ＶＣＳＥＬは、一般に、エッジ発光レーザが放射する２つの光ビームの代わりに、単一の光ビームを放射する。従って、ただ単純に、図１に示す構成においてエッジ発光レーザ１２の代わりにＶＣＳＥＬを用いるだけでは、強度を制御した光を発生するＶＣＳＥＬベースの光源を作り出すことはできない。ＶＣＳＥＬによって生じる光の強度をモニタするための代替構成が必要になる。
【００１１】
この問題に関して可能性のある解決策が、Ｇ．Ｈａｓｎｉａｎ ｅｔ ａｌ．，Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ ｗｉｔｈ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｅｄ Ｌａｓｅｒ，２７ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ １８，ｐ．１６３０（１９９１）に解説されている。この場合、ｐ−ｉ−ｎフォトダイオードが、上面発光ＶＣＳＥＬのｐタイプ・ミラー領域に成長させられる。この構成によれば、優れたモニタ性能が得られるが、フォトダイオードの層を得るために、追加エピタキシャル層を被着させなければならないので、また、フォトダイオードのパターン形成のために、追加エッチング・プロセスが必要になるので、製造プロセスの複雑さが増すことになる。さらに、エッチング・プロセスによって、層のエッジが該構成の信頼性及び精度を損なう可能性のある汚染物にさらされたままになる。
【００１２】
本出願の譲受人に譲渡された米国特許出願第０８／３３２，２３１号には、ＶＣＳＥＬによって生じる光の強度をモニタするための代替構成のいくつかに関する記載がある。これらのうち第１の構成の場合、ショットキ構造が、ＶＣＳＥＬが形成される層構造の上部面に光検出器として形成される。この構成の場合も、たとえｐ−ｉ−ｎフォトダイオードに必要とされる追加層の数が少なくなるにせよ、ＶＣＳＥＬの層構造に追加層を被着させることが必要になる。
【００１３】
第２の構成の場合、フォトダイオードが、ＶＣＳＥＬが形成される層構造内にＶＣＳＥＬに隣接して形成される。光は、層構造内において、ＶＣＳＥＬの発光層と光検出器の間で横方向に送られる。光検出器に加えられる逆バイアス（ＶＣＳＥＬが受ける順バイアスと逆の）に応答して光検出器を流れる電流の大きさは、ＶＣＳＥＬの発光層における光の強度を表している。この構成によれば、ＶＣＳＥＬの発光層における光の強度をモニタする構造的に単純な方法が得られるが、発光層における光の強度とＶＣＳＥＬによって実際に放射される光ビームの強度との関係が明確に定義されないので、強度のモニタ精度が許容し得ない可能性がある。
【００１４】
【解決すべき課題】
従って本発明の目的は簡単で精度の良い出力光強度制御レーザ・ベース光源を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、強度が制御された出力光ビームを発生する一体化レーザ・ベース光源が得られる。光源には、光センサ、レーザ、凸状ビーム分割表面、及び、ヘッダを含むパッケージが含まれている。光センサは、それに入射する光エネルギの強度を表した電気信号を発生し、ヘッダに取り付けられている。レーザは、放射光ビームとして光ビームが放射される唯一無二の発光面を備えている。レーザは、発光面が光センサの受光面とほぼ平行になるように、パッケージ内において光センサに隣接して取り付けられる。凸状ビーム分割表面は、放射光ビームの一部を反射光ビームとして光センサに向けて反射し、放射光ビームの残りの部分を出力光ビームとして透過する。凸状ビーム分割表面は、パッケージによって放射光ビーム内に支持される。
【００１６】
凸状ビーム分割表面は、放射光ビームの一部を光センサに向けて反射し、その一方で、光センサによる反射及び凸状ビーム分割表面による第２の反射の後、レーザに戻される光の強度を最小限に抑える。反射光ビームは、凸状ビーム分割表面から発散し、このため、反射光ビームを受けるように施さなければならない、レーザに対する光センサの位置決め精度が低下する。
【００１７】
凸状ビーム分割表面には、反射光ビームと出力光ビームの強度比を決定する反射制御要素を含むことが可能である。
【００１８】
レーザ及び光センサは、ヘッダに並べて取り付けることが可能である。代替案として、レーザは、光センサの受光面の一部に取り付けることも可能である。
【００１９】
パッケージには、ヘッダに取り付けられた容器を含むことが可能であり、この容器によって、凸状ビーム分割表面を放射光ビーム内に支持することが可能になる。
【００２０】
光源には、さらに、凸状ビーム分割表面を含むレンズを含むことが可能である。
【００２１】
パッケージには、レンズを取り付ける軸方向ボアと、軸方向ボアと光学的にアライメントがとれた本体部分を含むことが可能である。この実施例の場合、本体部分には、レンズに対する可調整位置にヘッダを収容する寸法が付与されており、軸方向ボアには、光ファイバを収容し、光ファイバをレンズに対する所定の位置に正確に位置決めする寸法が付与された部分が含まれている。
【００２２】
レーザ、光センサ、及び、凸状ビーム分割表面には、光センサの受光面によって反射される光がレーザの発光面から離れる方向に向かい、出力光ビームのノイズを低減することになるような配列を施すことが可能である。
【００２３】
光源には、さらに、光センサが発生する電気信号に応答して、レーザ電流を制御するコントローラを含むことが可能である。コントローラは、さらに、レーザ電流に制御を加え、光センサによって生じる電気信号を、出力光ビームの所定の最大強度に対応する所定の最大値に制限することも可能である。
【００２４】
レーザによって発生する放射光ビームのＳ／Ｎ比は、その強度によって決めることが可能である。放射光ビームのＳ／Ｎ比がしきい値レベルを超える強度は、所定の最大強度を超える可能性がある。この場合、ビーム分割表面によって、放射光ビームのこうした一部を光センサに反射することによって、出力光ビームのＳ／Ｎ比が、しきい値レベルを超えかつ、強度が所定の最大強度未満になるようにすることが可能である。
【００２５】
本発明によれば、光ファイバを強度が制御された出力光ビームで照射する一体化レーザ・ベース光源も得られる。この光源には、レーザ／センサ・アセンブリ、ボール・レンズ、及び、パッケージが含まれている。レーザ／センサ・アセンブリには、ヘッダ、光源、及び、レーザが含まれている。光センサは、それに入射する光エネルギの強度を表した電気信号を発生し、ヘッダに取り付けられる。レーザは、放射光ビームとして光ビームを放射する唯一無二の発光面を備えている。レーザは、発光面が受光面とほぼ平行になるように、光センサに隣接して取り付けられる。パッケージには、軸方向ボア及び本体部分が含まれている。ボール・レンズは、軸方向ボアに取り付けられ、軸方向ボアには、光ファイバを収容し、光ファイバをボール・レンズに対して正確に位置決めする寸法が付与された部分が含まれている。本体部分は、軸方向ボアと光学的にアライメントがとれており、ボール・レンズが放射光ビームの一部を反射光ビームとして光センサに向けて反射し、放射光ビームの残りの部分を出力光ビームとして透過し、出力光ビームの強度が最大になるボール・レンズに対する位置に、レーザ／センサ・アセンブリを可調整に収容する寸法が付与されている。
【００２６】
レーザ及び光センサは、ヘッダに並べて取り付けることが可能である。代替案として、レーザは、光センサの受光面の一部に取り付けることも可能である。
【００２７】
最後に、本発明によれば、強度が制御された出力光ビームで光ファイバを照射するための一体化レーザ・ベース光源を製造する方法が得られる。この方法の場合、レーザ／センサ・アセンブリ、凸状表面を備えたレンズ、及び、パッケージが設けられる。レーザ／センサ・アセンブリには、ヘッダ、光センサ、及び、レーザが含まれている。光センサは、それに入射する光エネルギの強度を表した電気信号を発生し、ヘッダに取り付けられる。レーザは、放射光ビームとして光ビームが放射される唯一無二の発光面を備えており、発光面が受光面とほぼ平行になるように、光センサに隣接して取り付けられる。パッケージには、光ファイバがレンズに対して所定の位置に正確に位置決めされるように、レンズ及び光ファイバを収容する寸法が付与された部分を含む軸方向ボアが含まれている。パッケージには、軸方向ボアと光学的にアライメントがとれ、すきまばめによってレーザ／センサ・アセンブリを収容する寸法が付与された本体部分も含まれている。
【００２８】
レンズは、パッケージの軸方向ボアに取り付けられる。レンズの凸状表面によって、放射光ビームの一部が反射光ビームとして光センサに向けて反射され、レンズによって、放射光ビームの残りの部分が出力光ビームとして透過される位置まで、レーザ／センサ・アセンブリが本体部分に挿入される。レンズに対するレーザ／センサ・アセンブリの位置は、出力光ビームの強度が最大になるように調整される。最後に、レーザ／センサ・アセンブリは、本体部分内において、出力光ビームの強度が最大になる位置に固定される。
本体部分とレーザ／センサ・アセンブリの少なくとも一方に硬化性接着剤を塗布し、接着剤を硬化させて、レーザ／センサ・アセンブリを本体部分内で固定することが可能である。
【００２９】
【実施例】
本発明による一体化レーザ・ベース光源は、共通のパッケージに取り付けられたレーザ及び光センサを備えている。レーザは、レーザ電流に応答して、放射光ビームを発生する。カップラは、パッケージ内の放射光ビームに照射される位置にも取り付けられる。カップラは、放射光ビームの一部を光センサに結合し、また、放射光ビームの残りの部分を出力光ビームとして透過する。光センサは、カップラによって光センサに結合される放射光ビームの一部の強度を表した電気信号を発生する。カップラによって光センサに結合される光は、放射光ビームの一部であるため、光センサによって発生する電気信号は、放射光ビーム及び出力光ビームの強度も表している。光センサによって生じた電気信号が供給されると、適合する制御回路によって、レーザ電流が制御を受け、光センサによって生じる電気信号が、所定の強度を有する出力光ビームに対応する所定の値に保持される。
【００３０】
後述する各種実施例において、１つ以上の面における部分反射、後方散乱、逆回折、及び、透過について明らかにされる。レーザ及び光センサが、共通面、または、同軸をなすように重ねられた２つの直交面に取り付けられる構成、または、互いに他の構成をなすように取り付けられる構成についても解説される。他の例の場合、レーザ及び光センサは、共通層構造に形成される。
本開示における「光」の意味には、レーザによって発生することが可能な他の形態の電磁エネルギが含まれるものと解釈されたい。
【００３１】
次に、図２Ａに関連して、強度を制御された光を発生するレーザ・ベース光源の第１の実施例１００について説明を行うことにする。図１に関連して上述のエッジ発光レーザに用いられたパッケージにわずかに修正を加えたバージョンを利用する、この第１の実施例の場合、垂直空洞面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）がパッケージ１０５のヘッダ１０３に取り付けられている。ＶＣＳＥＬ１０１は、発光面１０９から放射光ビーム１０７を放射する。光センサ１１１が、ＶＣＳＥＬ１０１に隣接してヘッダ１０３に取り付けられたポスト１１３に取り付けられている。カップラ１１４が、パッケージ１０５に取り付けられており、ＶＣＳＥＬによって生じる放射光ビーム１０７の一部を反射光ビーム１１７として光センサ１１１に結合し、放射光ビーム１０７の残りの部分を出力光ビーム１１９として透過する。
【００３２】
パッケージ１０５は、ヘッダ１０３に取り付けられた容器１０６によって仕上がっている。この容器は、通常、ヘッダ１０３に溶接されて、ハーメチック・シールを形成する。該容器には、光源から出た出力光ビーム１１９を通す窓１０８を含むことが可能である。この窓が、出力光ビーム１１９の一部が反射されて、ＶＣＳＥＬ１０１に戻るのを阻止するため、該窓には、反射防止層１１０のコーティングが施される。
【００３３】
この第１の実施例の場合、平面ビーム分割器１１５が、カップラ１１４の働きを行い、放射光ビーム１０７の一部を反射光ビーム１１７として光センサ１１１に結合し、光ビーム１０７の残りの部分を出力光ビーム１１９として透過する。光センサ１１１は、平面ビーム分割器１１５によって放射光ビーム１０７から分割された反射光ビーム１１７の強度を表す電気信号を発生する。平面ビーム分割器は、光センサ１１１に送り込まれることになる、反射光ビーム１１７として光ビーム１０７の一定部分を反射し、放射光ビーム１０７の残りの部分を出力光ビーム１１９として透過するので、光センサ１１１によって生じる電気信号は、光源１００によって放射される出力光ビーム１１９の強度も表しており、従って、ＶＣＳＥＬベースの光源１００によって生じる出力光ビーム１１９の強度を制御するのに適している。
【００３４】
図２Ｆには、ＶＣＳＥＬを通る電流のさまざまな値において、サンプルＶＣＳＥＬが生じる放射光ビーム１０７の強度と、出力光ビーム１１９の強度と、反射光ビーム１１７に応答して、光センサ１１１が発生する出力電流との間の関係が示されている。光センサによって発生する出力電流が、出力光ビーム１１９の強度に追随するのは明らかである。
【００３５】
ＶＣＳＥＬベースの光源１００において、ＶＣＳＥＬ１０１は、基板１２３に数十層をなす半導体材料（まとめて参照番号１２１で表示）をエピタキシャル成長させて得られる層構造に導電性領域をパターン形成し、２つの導電性ミラー層の間に挟まれた発光層が生じるようにして形成される。層構造については、米国特許出願第０８／３３０，０３３号に詳細な記述があり、参考までにその開示が組み込まれているが、後掲の図８Ａ及び８Ｂに関連してある程度詳細に説明される。
【００３６】
基板１２３は、その多くが当該技術において既知の適合するチップ取り付け技法を用いて、パッケージ１０５のヘッダ１０３と電気的及び物理的に接触するように取り付けられる。第２の電気接点が、ヘッダ１０３の電気的に分離された通路（不図示）を通る導体１２５によってＶＣＳＥＬ１０１に対して形成される。導体１２５は、ボンディング・ワイヤ１２６によってＶＣＳＥＬ１０１のメタライゼーション層（不図示）に接続される。
ＶＣＳＥＬ１０１は、制御回路１２７によって供給され、導体１２５及び１２６を介してＶＣＳＥＬに送られる電流に応答し、放射光ビーム１０７を発生する。しきい値と飽和値の間の電流の場合、光ビーム１０７の強度は、電流にほぼ比例する（図２Ｆ）。
【００３７】
光センサ１１１は、シリコン、ガリウム砒素、インジウム・ガリウム砒素、または、他の適合する材料で形成される従来のフォトダイオード構造を備えていることが望ましい。望ましい材料は、光ビーム１１７の波長によって決まる。太陽電池のような他の適合する光検知素子を光センサ１１１に用いることも可能である。光センサは、その多くが当該技術において既知の適合する取り付け技法を用いて、ポスト１１３に取り付けられる。
【００３８】
光センサ１１１は、物理的及び電気的にポストに接触するように取り付けられるが、代替案として、ポストから電気的に分離することも可能である。ヘッダ１０３の電気的に分離された通路（不図示）を通る導体１２９によって、光センサに対するもう１つの電気接点が形成される。導体１２９は、ボンディング・ワイヤ１３０によって光センサ１１１のメタライゼーション層（不図示）に接続される。適合する回路要素（不図示）によって、光センサ１１１に逆バイアスがかけられ、反射光ビーム１１７の強度によって決まる光センサからの出力電流が、導体１２９及び１３０を介して制御回路１２７に送られる。
【００３９】
光センサ１１１からの出力電流及び入力端子１２８を介して受信するデジタル入力信号に応答して、制御回路１２７が、高輝度状態と低輝度状態の一方または両方において出力光ビーム１１９が所定のレベルに維持されるように、ＶＣＳＥＬ１０１に流れる電流を制御する。制御回路１２７の回路構成は、従来のものであり、ここでは説明しない。制御回路は、パッケージ１０５内に取り付けることが可能であり、この場合、ボンディング・ワイヤ１２６及び１３０が、制御回路に接続されており、導体１２５及び１２９を用いて、入力信号及び電力がパッケージ１０５内のヘッダ１０３に取り付けられた制御回路に転送される。制御回路は、光センサ１１１またはＶＣＳＥＬ１０１と一体化することも可能である。
【００４０】
光センサ１１１には、放射光ビーム１０７から取り出された反射光ビーム１１７が光センサに入射する、受光面１３１が含まれている。図２Ａに示す実施例の場合、光センサは、受光面１３１がＶＣＳＥＬ１０１の発光面１０９と非平行になるようにして、ポスト１１３に取り付けられる。
【００４１】
第１の実施例の場合、平面ビーム分割器１１５には、放射光ビーム１０７の経路に取り付けられた基板１１６が含まれている。基板１１６は２つの平行面、すなわち、ビーム分割面１３３と非反射面１３９を備えている。ビーム分割面１３３は、ＶＣＳＥＬ１０１によって発生した放射光ビーム１０７の一部を反射光ビームとして反射し、放射光ビームの残りの部分を出力光ビーム１１９として透過する。ひとつの実施例の場合、約２平方ｍｍで、厚さ約２００μｍのオプチカル・フラットが、基板として用いられた。代替材料として、水晶またはプラスチックを平面ビーム分割器に用いることも可能である。
【００４２】
平面ビーム分割器１１５は、ポスト１１３の平面からポストの高さにほぼ等しい距離離れて溝１３５が形成されたヘッダ１０３に取り付けられる。平面ビーム分割器１１５は、さらに、非反射面１３９とビーム分割面１３３の間のエッジ１３７が溝１３５に係合し、エッジ１３７から遠位の非反射面の一部がポスト１１３に支持されるようにして取り付けられる。ポスト１１３に対する溝１３５の実際の位置は、平面ビーム分割器１１５のビーム分割面１３３からの反射ビーム１１７が、光センサ１１１の中心に入射するように設定される。平面ビーム分割器１１５は、適合する接着剤、あるいは、ヘッダ１０３及び／またはポスト１１３に取り付けられたクリップ（不図示）によって所定位置に保持される。溝１３５は、省略することが可能であり、これによって、修正を施されていないポスト・タイプのヘッダの利用が可能になる。
【００４３】
光源１００の光学的構成については、図２Ｂにより詳細に示されている。図２Ｂには、ヘッダ１０３の一部に取り付けられたＶＣＳＥＬ１０１、図２Ａに示すようにヘッダ１０３に取り付けられた、ポスト１１３の一部に取り付けられた光センサ１１１、及び、ＶＣＳＥＬ１０１が発生した放射光ビーム１０７の一部を反射ビーム１１７として光センサ１１１に結合し、放射ビーム１０７の放射ビーム１０７の残りの部分を出力光ビーム１１９として透過する平面ビーム分割器１１５の一部が示されている。
【００４４】
ビーム分割器１１５による透過及び反射の制御のため、基板１１６の非反射面１３９に適合する反射防止層１４１の被着が施される。非反射面は、ＶＣＳＥＬ１０１及び光センサ１１１に隣接した基板面である。反射防止層に適した材料、及び、ＶＣＳＥＬ１０１によって発生する放射光ビーム１０７の波長に基づいて反射防止層の厚さを決めるための手順は、当該技術において既知のところであり、従って、ここでは説明しない。反射防止層１４１は、平面分割器の非反射面１３９における放射光ビーム１０７の反射を最小限に抑える。結果として、放射光ビームは、非反射面及び基板１１６を通って、ビーム分割面１３３に達し、放射光ビームの一部が、光ビーム１１７として反射され、放射光ビームの残りの部分が、出力光ビーム１１９として透過される。上述の実施例の場合、反射防止層１４１は省略された。
【００４５】
代替案として、ＶＣＳＥＬ１０１及び光センサ１１１に隣接した基板１１６の面をビーム分割面として利用することも可能である。この場合、反射防止層は、ＶＣＳＥＬ及び光センサから遠位の基板面に形成して、出力光ビーム１１９の透過を最大にすることが可能である。しかし、この代替構成の場合、さらに詳細に後述するように、基板を吸光性にすることによって光センサの受光面１３１からＶＣＳＥＬ１０１に反射する光を減衰させることができない。
【００４６】
反射光ビーム１１７として平面ビーム分割器１１５によって反射される放射光ビーム１０７の一部は、ビーム分割面１３３の反射率によって決まる。制御回路１２７によって、出力光ビームにノイズを持ち込むことなく、出力光ビームの強度を制御できるようにするため、反射されるべき光ビーム部分は、装置１００の効率（反射ビーム１１７が出力光ビーム１１９から外れるための）と光センサ１１１の電気出力のＳ／Ｎ比との按配に依存する。光センサ１１１の出力が、制御回路１２７の動作によって、出力光ビームのＳ／Ｎ比が劣化するのを阻止するのに十分なＳ／Ｎ比になることを保証するため、反射光ビームの強度は、光センサ１１１の感度に関して十分に高くなければならない。
【００４７】
用途によっては、ガラス・空気境界の反射率が４％であれば、放射光ビーム１０７の強度及び光検出器１１１の感度が、両方とも、光センサ１１１からの出力信号に所望のＳ／Ｎ比をもたらすのに十分に高い場合がある。しかし、多くの一般的な用途においては、反射光ビーム１１７の強度が放射光ビーム１０７の強度の１０〜２０％の範囲であることが必要とされる。さらに、出力光ビーム１１９の強度が低い用途の場合、十分な強度を備えた反射光ブームを得るには、２０％を超える反射率が必要になる。用途によっては、ガラス・空気境界の４％の反射率でも、反射が強すぎるという場合もある。従って、平面ビーム分割器１１５のビーム分割面１３３に反射制御層１４３を被着させることによって、ビーム分割面１３３の反射率が決められ、反射光ビーム１１７と出力光ビーム１１９との強度比が設定される。反射制御層に適した材料、及び、放射光ビーム１０７の所望の一部を反射するため、反射制御層の厚さを決める手順については、当該技術において周知のところであり、ここでは説明しない。
【００４８】
もう１つの要素を利用して、ビーム分割面１３３の反射率を決定することも可能である。用途によっては、目の安全のために、出力光ビーム１１９の最大強度を制限しなければならない。この最大強度は、一部のレーザが、最高のＳ／Ｎ比で放射光ビームを発生する強度より低い場合もある。こうした状況の場合、反射制御層１４３は、比較的反射率の高いビーム分割面１３３を形成するように設計することが可能である。この結果、そのＳ／Ｎ比が最高またはそれに近い値になる強度で放射光ビーム１０７を発生するように、ＶＣＳＥＬ１０１を動作させることが可能になる。ビーム分割面の反射率は、出力光ビームの強度の設定が安全基準を楽々と満たす強度になるように選択される。ビーム分割面は、放射光ビームの大部分を光センサ１１１に向けて反射し、放射光ビームの残りのわずかな部分を出力光ビームとして透過する。その強度が低下するにもかかわらず、ビーム分割面によって、放射光ビームと放射光ビームのノイズが、両方とも等しく減衰されるので、出力光ビームのＳ／Ｎ比は放射光ビームとほぼ同じになる。このタイプの光源の場合、反射制御層によって、用途しだいで、反射率が８０％を超えるビーム分割面が得られる可能性がある。
【００４９】
出力光ビームの強度は、ビーム分割面による反射によってだけでなく、基板１１６に吸光性材料を用いることによっても、放射光ビームの強度に対して低下させることが可能である。
【００５０】
この実施例、及び、本開示に記載の全ての実施例において、制御回路１２７による光ビーム１１９の強度の正確な制御は、一方における放射光ビーム１０７ともう一方における反射光ビーム１１７及び出力光ビーム１１９との間の伝達関数が固定されたカップラ１１４によって左右される。ガラス・空気境界、水晶・空気境界、または、プラスチック・空気境界、あるいは、メタライゼーションが施された反射制御層をコーティングした前記境界といった境界である、カップラのビーム分割面の反射率は、放射光ビームの偏光方向によって決まるので、ＶＣＳＥＬ１０１は、伝達関数が固定されたカップラが得られるように、偏光方向が限定された放射光ビームを発生する。さもなければ、放射光ビームの偏光方向の変動によって、カップラの伝達関数が変化することになる。偏光方向の変化によってカップラの伝達関数が変化すると、制御回路が放射光ビーム（従って、出力光ビーム）の強度に不要な変化を与える。偏光方向が限定された放射光ビームを発生することの可能なＶＣＳＥＬ構造については、後掲の図５Ａ及び図５Ｂに関連して簡単に後述する。
さらに、あるいは、代わりに、カップラのビーム分割面上の反射制御層として、一連の誘電体層を用いることも可能である。こうしたビーム分割面の伝達関数は、放射光ビームの偏光方向とはほとんど無関係である。
【００５１】
光センサ１１１は、受光面１３１上に被着した反射防止層１４５を備えている。反射防止層１４５は、光センサ１１１による検出効率を最大にし、かつ、光センサの受光面によって反射される逆ビーム１４７の強度を最小限に抑える。図２Ｂには、分かりやすくするため、光ビーム１１７及び１０７から横方向にオフセットした逆ビーム１４７が示されているが、実際には、逆ビーム１４７は、反射光ビーム１１７及び放射光ビーム１０７の光路に沿ってＶＣＳＥＬ１０１に戻る。これらの光路に沿って、逆ビームは、平面ビーム分割器１１５のビーム分割面１３３によって部分的に反射される。逆ビーム１４７は、ＶＣＳＥＬ１０１によって生じる放射光ビーム１０７と波長は同じであるが、位相が異なり、従って、例えば、放射光ビーム１０７のＳ／Ｎ比を劣化させるなどの、ＶＣＳＥＬの性能を損なう可能性を有している。逆ビーム１４７の強度を最小限に抑えることによって、ＶＣＳＥＬ１０１の性能を損なう能力が低下する。
【００５２】
ＶＣＳＥＬ１０１の性能を損なう逆ビーム１４７の能力は、平面ビーム分割器１１５の基板１１６に吸光性ガラスを用いることによってさらに低下させることが可能である。こうした追加予防措置の必要は、光センサ１１１の受光面１３１及び平面ビーム分割器のビーム分割面１３３の反射率、及び、該光ビームによる外乱に対するＶＣＳＥＬの妨害感受性を含む、いくつかの要素によって決まる。
【００５３】
平面ビーム分割器１１５は、また、出力光ビーム１１９の反射（例えば、出力光ビームが結合される光ファイバの面からの反射）に備わったＶＣＳＥＬ１０１の性能を損なう能力も低下させる。平面ビーム分割器のビーム分割面１３３は、出力光ビーム１１９の反射の一部を反射するので、ＶＣＳＥＬ１０１に到達する出力光ビーム１１９の反射強度を低下させる。基板１１６に吸光性のガラスを用いることによって、ＶＣＳＥＬ１０１に到達する出力光ビーム１１９の反射強度がさらに低下する。
【００５４】
逆ビーム１４７のＶＣＳＥＬ１０１の性能を損なう能力は、図２Ｃ〜図２Ｅに示すように、反射光ビーム１１７が非ゼロの入射角で受光面１３１に入射するように光センサ１１１を取り付けることによって低下させることも可能である。反射光ビーム１１７が非ゼロの入射角で受光面に入射するように光センサを取り付けることによって、逆ビーム１４７Ａは、光学系を通って、光ビーム１０７及び１１７の光路とは異なる光路を戻ることになる。結果として、逆ビームの大部分が、ほんの数ミクロンしかない活性領域１４９の外においてＶＣＳＥＬ１０１に入射するので、光センサによる反射後にＶＣＳＥＬの活性領域に戻る逆ビームの強度は、大幅に低下する。
【００５５】
図２Ｃに示す光源１００Ａの場合、光センサ１１１に対する反射光ビームの入射角は、センサを取り付けるポスト１１３Ａの一部がヘッダ１０３に対して垂直にならないように、ヘッダに対してポストを曲げることによって増大する。図２Ｄに示す実施例の光源１００Ｂの場合、光センサ１１１に対する反射光ビーム１１７の入射角は、無修正のポスト１１３に取り付けられた角度つきパッド１５１に光センサ１１１を取り付けることによって増大する。図２Ｅに示す実施例の光源１００Ｃの場合、反射光ビームが、無修正のポスト１１３に取り付けられた光センサ１１１に非ゼロの入射角で入射するように、平面ビーム分割器１１５Ａは、４５゜とは異なる角度で取り付けられる。
【００５６】
図２Ｂ〜図２Ｅには、平面ビーム分割器１１５の面１３３及び１３９において、放射光ビーム１０７がいかに屈折するかも示されている。この屈折の結果、ＶＣＳＥＬ１０１がパッケージ１０５の光学軸に取り付けられる場合、出力光ビーム１１９は、光学軸に対して横方向にシフトした位置から放射される。このシフトは、その物理的軸が光学軸上にくるようにして、パッケージ１０５が取り付けられ、出力光ビームが、やはり、光学軸上に位置する別のコンポーネントに結合される場合には、とりわけ問題になる可能性がある。物理的軸から適正にオフセットした位置においてヘッダ１０３にＶＣＳＥＬを取り付けることによって、出力光ビーム１１９をパッケージ１０５の物理的軸に戻すことが可能である。
【００５７】
図３Ａには、ＶＣＳＥＬ１０１によって生じる放射光ビーム１０７の一部を反射光ビーム１１７として光センサ１１１に結合し、放射光ビーム１０７の残りの部分を出力光ビーム１１９として透過するカップラ１１４として、立方ビーム分割器２１５が用いられた、本発明による第２の実施例である光源２００が示されている。図３Ａにおいて、図２Ａに関連して上述のものと同じ構成要素については同じ参照番号で表示されており、ここでは、説明を繰り返さない。
【００５８】
ＶＣＳＥＬ１０１によって生じる放射光ビーム１０７は、ゼロの入射角で立方ビーム分割器２１５に入射し、出射するので、ビーム分割器によって屈折することはない。従って、ＶＣＳＥＬがパッケージ１０５の物理的軸上に取り付けられている場合、出力光ビーム１１９は、この軸上に放射される。
【００５９】
立方ビーム分割器２１５のビーム分割面２５３の反射率は、ビーム分割面によって反射されて、反射光ビーム１１７を発生する放射光ビーム１０７の量を決定する金属または誘電体層である、反射制御層によって制御される。ビーム分割面２５３の反射率は、反射光ビーム１１７と出力光ビーム１１９との間における強度比の設定が、図２Ａに関して上述のところと同様になるように選択される。
【００６０】
図３Ａに示す実施例の場合、立方ビーム分割器２１５は、面２５５を光センサ１１１の受光面１３１に取り付けることによって装着される。このために屈折率整合セメントを利用して、ビーム分割器と光センサの間の境界における反射を最小限に抑えることが望ましい。ビーム分割器の面２５５、２５７、及び、２５９には、反射によってＶＣＳＥＬ１０１に戻される光の強度を最小限に抑えるため、反射防止コーティング（不図示）が施される。
【００６１】
図３Ｂには、本発明による光源の第２の実施例に関する変形である光源２５０の一部が示されている。ＶＣＳＥＬ１０１、光センサ１１１、及び、立方ビーム分割器２１５の構成をさらに詳細に示すことができるように、図３Ｂから、ヘッダ１０３の一部を除くパッケージ１０５が省略されている。パッケージ、及び、導体１２５及び１２９に対するボンディング・ワイヤ１２６及び１３０の接続は、図３Ａに示されているのと同じである。
【００６２】
図３Ｂに示す変形の場合、ヘッダ１０３は、標準的なヘッダであり、上述の実施例に用いられているポスト１１３が欠けている。ＶＣＳＥＬ１０１は、図２Ａに関連して上述のようにヘッダ１０３に取り付けられている。立方ビーム分割器２１５の面２５７は、ＶＣＳＥＬ１０１の発光面１０９に取り付けられ、光センサ１１１は、ビーム分割器の面２５５に取り付けられている。ビーム分割器は、ＶＣＳＥＬに取り付けられ、光センサは、できれば屈折率整合セメントを用いてビーム分割器に取り付けられる。反射によってＶＣＳＥＬ１０１に戻される光の強度を最小限に抑えるため、面２５５、２５７、及び、２５９には、反射防止層のコーティングを施すことが望ましい。ボンディング・ワイヤ２６１によって、光センサ１１１の背面とヘッダ１０３の間に電気的接続が施される。
【００６３】
図３Ａ及び図３Ｂに示す光源の場合、面２５５が面２５７及び２５９に直交しないようにして、立方ビーム分割器２１５を組み立てることによって、反射光ビーム１１７と面２５５及び光センサ１１１の受光面２３１の両方との間において非ゼロの入射角を得ることが可能になる。代替案として、ビーム分割面２５３が放射光ビーム１０７に対して４５゜とは異なる角度をなすようにして、立方ビーム分割器を組み立てることによって、面２５５及び光センサ１１１の受光面１３１に対して非ゼロの入射角を得ることが可能になる。入射角が非ゼロになると、面２５５または受光面１３１によって反射される光が、図２Ｃ〜図２Ｅに関して上述のところと同様に、その活性領域外においてＶＣＳＥＬ１０１に入射する。
【００６４】
本発明による光源の第３の実施例に関するいくつかの変形が、図４Ａ〜図４Ｇにおいて示されている。図４Ａ〜図４Ｇには、図２Ａ及び図２Ｂに示すものと同じ構成要素が同じ参照番号を用いて表示されている。第３の実施例の場合、標準的な（ポストのない）ヘッダが利用され、光センサがヘッダに取り付けられ、ＶＣＳＥＬが、発光面が光センサの受光面とほぼ平行になるようにして、光センサに隣接して取り付けられる。パッケージによって支持される面は、反射または後方散乱によって、ＶＣＳＥＬが発生する放射光ビームの一部の方向を転換して、光センサに戻し、光センサが出力光ビームの強度をモニタできるようにする。
【００６５】
ＶＣＳＥＬ及び光センサは、互いに同軸をなすようにヘッダに取り付けることもできるし、あるいは、ヘッダに並べて取り付けることも可能である。ＶＣＳＥＬ及び光センサに独立したチップが用いられる場合、これらのチップは、一般に、０．２〜１ｍｍだけ離して配置される。代替案として、ＶＣＳＥＬ及び光センサは、共通の半導体材料に形成することが可能であり、この場合、素子間の離隔距離は、上述の距離より短くすることが可能である。しかし、素子間における電気的及び熱的クロストークを低減するためには、離隔距離は０．１ｍｍを超えることが望ましい。
【００６６】
図２Ａに関連して上述のところと同様に、ＶＣＳＥＬと光センサとの電気的接続が行われる。光センサの電気出力は、図２Ａに示す制御回路１２７と同様の制御回路に送られるが、図面の簡略化のため、図４Ａ〜図４Ｇの図面から省略されている。制御回路は、やはり、図２Ａに関連して上述のように、高輝度状態において、または、低輝度状態において、または、高輝度状態及び低輝度状態の両方において、ＶＣＳＥＬに送られる電流に制御を加える。
【００６７】
図４Ａには、本発明による光源の第３の実施例に関する第１の変形である光源３００が示されている。光源３００において、ＶＣＳＥＬ１０１及び光センサ１１１は、パッケージ１０５のヘッダ１０３に並べて取り付けられる。パッケージの容器１０６には、修正された窓３０３が取り付けられている。修正窓３０３は、角度つき部分３０５を支持しており、該部分は、カップラ３１４Ａの働きをして、ＶＣＳＥＬ１０１によって生じた放射光ビーム１０７の一部を反射光ビーム１１７として光センサ１１１に戻し、放射光ビーム１０７の残りの部分を出力光ビーム１１９として透過する。角度つき部分３０５は、窓３０３内において放射光ビーム１０７のほぼ中心にくるように配置される。角度つき部分は、放射光ビーム１０７に対して、面３０７によって反射される反射光ビーム１１７が光センサ１１１に入射する角度をなすように設定された、ほぼ平面で、平行な面３０７及び３０９を備えている。角度つき部分３０５を含む窓３０３は、水晶、ガラス、または、他の適合する材料の成形物またはプレス成形物である。代替実施例の場合、修正窓３０３を省略し、角度つき部分３０５を容器１０６によって直接支持することも可能である。
【００６８】
角度つき部分３０５には、図２Ａに関連して上述のように、その反射率が反射光ビーム１１７と出力光ビーム１１９の相対的強度を決定するように選択されている金属または誘電体層である、反射制御層３１１のコーティングを施すことが可能である。面３０７の真性反射率によって所望の強度が得られる用途の場合、反射制御層３１１の省略が可能である。
【００６９】
図４Ｂには、標準窓１０８を備える標準容器１０６を用いた、第２の変形である光源３２０が示されている。これら標準部品は、図４Ａに示す修正窓を備えた容器よりも低コストである。容器１０６には、介挿体３２１が取り付けられている。その他の点では、図４Ｂに示す変形３２０の構造と図４Ａに示す変形とは同じものであり、これ以上の説明は加えない。
介挿体３２１には、角度つき部分３２３が含まれており、該部分は、カップラ３１４Ｂの働きをして、ＶＣＳＥＬ１０１によって生じた放射光ビーム１０７の一部を反射光ビーム１１７として光センサ１１１に戻し、放射光ビーム１０７の残りの部分を出力光ビーム１１９として透過する。角度つき部分３２３は、介挿体３２１内において放射光ビーム１０７のほぼ中心にくるように配置される。角度つき部分は、放射光ビーム１０７に対して、面３２５によって反射される反射光ビーム１１７が光センサ１１１に入射する角度をなすように設定された、ほぼ平面で、平行な面３２５及び３２７を備えている。介挿体３２１は、水晶、ガラス、または、他の適合する材料の成形物またはプレス成形物である。
【００７０】
角度つき部分３２３の面３２５には、図２Ａに関連して上述のように、その反射率が反射光ビーム１１７と出力光ビーム１１９の相対的強度を決定するように選択されている金属または誘電体層である、反射制御層３２９のコーティングを施すことが可能である。面３２５の真性反射率によって所望の強度が得られる用途の場合、反射制御層３２９の省略が可能である。
【００７１】
窓１０８には、窓１０８と介挿体３２１の間に生じる多重反射を阻止し、窓が出力光ビームの一部を反射して、ＶＣＳＥＬ１０１に戻すのを阻止するため、反射防止層１１０のコーティングを施すことが望ましい。
【００７２】
図４Ｃには、パッケージ１０５の窓３４１がボール・レンズ３４３を支持する、第３の変形である光源３４０が示されている。ボール・レンズ３４３の凸面３４５は、カップラ３１４Ｃの働きをして、ＶＣＳＥＬ１０１によって生じた放射光ビーム１０７の一部を反射光ビーム１１７として光センサ１１１に戻し、放射光ビーム１０７の残りの部分を出力光ビーム１１９として透過する。放射光ビーム１０７は、ＶＣＳＥＬ１０１から放射されると、わずかに発散する。従って、光ビームの外側部分は、ボール・レンズのビーム分割面３４５に非ゼロの入射角で入射し、光学軸に対して角度をなしてビーム分割面３４５によって反射される。例えば、放射光ビーム１０７の外側部分３４７は、反射光ビーム１１７が光センサ１１１に入射する角度でビーム分割面３４５によって反射される。
【００７３】
ボール・レンズ３４３の凸面３４５をカップラとして用いることによって、いくつかの利点が得られる。放射光ビーム１０７に対してゼロの入射角をなすように配置されるのは、凸面の無限小セグメントだけである。従って、凸面によって、光センサ１１１の受光面及び凸面による反射光ビーム１１７の反射後、ＶＣＳＥＬ１０１に戻される逆光ビームの強度が最小限に抑えられる。また、反射光ビーム１１７は、凸面から発散するので、ＶＣＳＥＬに対する光センサの位置決めに要求される精度要件が緩和される。
【００７４】
窓３４１及びボール・レンズ３４３は、ガラス、水晶、プラスチック、及び、その他の適合する材料による成形物またはプレス成形物とすることが可能である。ボール・レンズは、サファイアから造ることも可能である。代替実施例の場合、窓を省略し、ボール・レンズを容器１０６によって直接支持することも可能である。もう１つの代替実施例の場合、ボール・レンズの凸面の代わりに、球面または放物面レンズの凸面を凸状ビーム分割面３４５として用いることが可能である。
【００７５】
ボール・レンズ３４３のビーム分割面３４５には、反射制御層３４９、すなわち、面３４５の反射率を決める、従って、図２Ａに関連して上述のように、反射光ビーム１１７と出力光ビーム１１９との相対的強度を決める金属または誘電体層のコーティングを施すことが可能である。ビーム分割面の反対側にあるボール・レンズの面３４６には、反射防止層３４８のコーティングを施すことが望ましい。
【００７６】
図４Ｃに示す実施例の場合、反射光ビーム１１７の一部だけしか光検出器１１１に入射しない。反射光ビームの残りは、ヘッダ１０３及びＶＣＳＥＬ１０１によって吸収または反射される。図４Ｄに示す第４の変形である光源３５０の場合、大面積センサ３５１がヘッダ１０３に取り付けられ、ＶＣＳＥＬ１０１が、光学軸の中心にくるのが望ましい光センサ３５１の受光面３５３の中心に取り付けられて、ＶＣＳＥＬ／光センサ・アセンブリ３６１を形成する。ＶＣＳＥＬ１０１及びトラック４１７（図５Ａ）によってカバーされていない受光面３５３の部分が、反射光ビーム１１７の大部分を捕捉し、結果として、光センサは、図４Ｃに示す変形に比べて、所定の強度の反射光ビームに対するＳ／Ｎ比が高い電気信号を発生することになる。ＶＣＳＥＬ／光センサ・アセンブリ３６１の詳細については、図５Ａ及び５Ｂに関連して以下で述べることにする。
【００７７】
ＶＣＳＥＬ／光センサ・アセンブリ３６１は、光センサ３５１の背面の導電層４０７（図５Ｂ）がヘッダ１０３と物理的及び電気的に接触するようにして取り付けられる。大面積センサ３５１の電気出力は、導体１２９とボンディング・パッド４１１の間に接続されたボンディング・ワイヤ１３０によって導体１２９に接続される。ＶＣＳＥＬ１０１の電流は、導体１２５と導電層４１９の間に接続されたボンディング・ワイヤ１２６によって導体１２５から接続される。ＶＣＳＥＬの電気回路は、ボンディング・ワイヤ３５５の一方の端部をボンディング・パッド４１５に接続することによって完成する。図４Ｄには、ヘッダ１０３に接続されたボンディング・ワイヤ３５５のもう一方の端部が示されている。代替案として、ＶＣＳＥＬ回路は、ボンディング・ワイヤ３５５のもう一方の端部を、ヘッダ１０３の絶縁通路（不図示）を通る追加導体（不図示ではあるが、導体１２５及び１２９と同様）に接続することによって、光センサ回路から電気的に分離することが可能である。
上述の点を除けば、図４Ｄに示す光源３５０は、図４Ｃに関して上述のものと同様であり、これ以上の説明は行わない。
【００７８】
図４Ｈは、図４Ｄに示す実施例によって生じる出力光ビーム１１９内に取り付けられた大面積光検出器の出力と対照して作図された光センサ３５１の出力電流を示すグラフである。図４Ｈには、光センサ３５１の出力と出力光ビーム内に取り付けられた光検出器の出力との間におけるほぼ線形の関係が示されており、光センサ３５１の出力が出力光ビーム１１９の強度を正確に表していることが分かる。
【００７９】
用途によっては、図４Ｄに示す実施例のように、ボール・レンズ３４３と容器１０６の窓を一体化しないほうが望ましい場合もある。というのも、ボール・レンズの中心が放射光ビーム１０７にくるように、こうした構成のコンポーネントを正確に位置決めすることが必要になるためである。図４Ｅには、本発明によるレーザ・ベースの光源の第３の実施例に関する第５の変形である、光源５００が示されている。この光源は、主として、光通信リンクに用いることを意図したものである。図４Ｅの場合、図４Ｄに関連して上述の構成要素と同様の構成要素は、同じ参照番号で表示されており、ここでは説明を繰り返さない。
【００８０】
光源５００の場合、パッケージ５０１は、光学軸を形成する軸に沿って配置されたノーズ部分５０２と、本体部分５０４を備えている。ノーズ部分には、光学軸と同軸をなすようにボア５０３が形成されている。ボアは、光学軸に対する光ファイバ（不図示）の側方位置を形成し、光学軸上の固定位置に光ファイバの端部を配置するようにして光ファイバを収容するため、精密な寸法が付与されている。
【００８１】
本体部分５０４には、正確に光学軸に中心が位置し、ボール・レンズ５４３を収容する寸法が付与された空洞５０７が含まれている。ボール・レンズは、肩５１１と係合するまで空洞に押し込まれる。これによって、光学軸上におけるボール・レンズの横方向及び軸方向の位置が正確に決まる。通路５０５によって、空洞５０７とボア５０３が光学的に接続される。本体部分５０４の空洞５０７によって、光学軸上におけるボール・レンズ５４３の正確な位置決めが行われ、空洞とノーズ部分５０２のボア５０３とが連係して、光ファイバ、ボール・レンズ、及び、光学軸間における固定位置関係が確定する。
【００８２】
ボール・レンズ５４３の凸状ビーム分割面５４５には、反射制御層５４９、すなわち、面５４５の反射率を決める、従って、図２Ａに関連して上述のように、反射光ビーム１１７と出力光ビーム１１９との相対的強度を決める金属または誘電体層のコーティングを施すことが可能である。ビーム分割面の反対側にあるボール・レンズの面５４６には、反射防止層５４８のコーティングを施すことが望ましい。ボール・レンズ５４３の代わりに、凸状面が、光学軸に対し垂直にアライメントがとれるようにして放射光ビーム１０７内に取り付けられた、球面または放物面レンズを用いることも可能である。
【００８３】
パッケージ５０１の本体部分５０４は、レーザ／光センサ・サブアセンブリ５１３を収容する。レーザ／光センサ・サブアセンブリは、容器１０６の窓１０８が、図４Ｂに示す窓と同様の標準的な窓である点を除けば、図４Ｄに示す光源と同様であり、光学軸に対してほぼ垂直に配置された平面の平行面を備えている。窓１０８には、反射防止層１１０のコーティングを施すことが望ましい。
【００８４】
レーザ／光センサ・サブアセンブリ５１３は、パッケージ５０１の本体部分５０４に対してすきまばめを施されているので、本体部分においてレーザ／光センサ・サブアセンブリの横方向と軸方向の位置調整が可能である。レーザ／光センサ・サブアセンブリ５１３は、リング状の接着剤５１９によって本体部分５０４内の所定位置に保持される。
【００８５】
アセンブリの際、接着剤５１９の硬化前に、出力光ビーム１１９の強度を最大にするため、光学軸に対して軸方向と横方向の両方において、レーザ／光センサ・サブアセンブリ５１３の位置が能動的に調整される。レーザ／光センサ・サブアセンブリの位置が最適になると、接着剤を硬化させて、レーザ／光センサ・サブアセンブリが本体部分５０４内の所定位置に固定される。パッケージ５０１内におけるレーザ／光センサ・サブアセンブリの位置を最適にすると、光センサ３５１上におけるＶＣＳＥＬ１０１の位置決め公差及びヘッダ１０３上におけるＶＣＳＥＬ／光センサ・アセンブリ３６１の位置決め公差にもかかわらず、ＶＣＳＥＬ１０１がパッケージの光学軸上に位置決めされる。
上記の点を除けば、レーザ／光センサ・サブアセンブリ５１３の構造は、図４Ｄに関連して上述のものと同じであり、従って、ここでは説明を繰り返さない。
【００８６】
図４Ｅに示す光源５００の場合、ＶＣＳＥＬ１０１によって生じた放射光ビーム１０７が、光学軸に沿って進むにつれて、光学軸から発散し、この結果、放射光ビーム１０７の一部が、非ゼロの入射角でボール・レンズ５４３に入射することになる。ボール・レンズ５４３は、カップラ５１４の働きをして、ＶＣＳＥＬ１０１によって生じる放射光ビーム１０７の一部を反射光ビーム１１７として光センサ３５１に戻し、放射光ビーム１０７の残りの部分を出力光ビーム１１９として透過する。反射光ビーム１１７は、光センサ３５１に入射し、光センサによって反射光ビームの強度を表す電気信号が発生する。図２Ａに関連して上述のものと同様の制御回路（不図示）が、光センサによって生じる電気信号に応答して、ＶＣＳＥＬ１０１に送られる電流に制御を加え、高輝度状態と低輝度状態の一方または両方において出力光ビーム１１９の強度を制御する。
図４Ｅに示す光源５００の代替構成の場合、ＶＣＳＥＬ及び光センサは、図４Ｃに示す構成と同様の構成で、ヘッダに並べて取り付けることが可能である。別の代替実施例の場合、容器１０６を省略することが可能である。
【００８７】
ＶＣＳＥＬによって生じる光ビームの一部は、図４Ｆ及び４Ｇに示す第３の実施例に関する第６と第７の変形におけるように、後方散乱によって光センサに結合することも可能である。図４Ｆ及び図４Ｇに示す変形の場合、図４Ａ及び図４Ｄに関連して上述のものと同じ構成要素は、同じ参照番号で表示されているので、ここでは説明を繰り返さない。
【００８８】
図４Ｆ及び図４Ｇに示す光源の場合、標準的なヘッダ１０３および容器１０６が用いられているが、容器の窓６０１には、カップラ６１４として散乱部分６０３を含むことが可能である。カップラは、ＶＣＳＥＬ１０１によって生じた放射光ビーム１０７の一部を散乱光６０５として光センサ１１１または３５１に戻し、放射光ビーム１０７の残りの部分を出力光ビーム１１９として透過する。ある実施例では、散乱部分６０３は、窓６０１の面６０７をつや消し加工することによって形成された。代替案として、窓の面の１つに弱い回折格子（不図示）を形成することにより、窓６０１によって、あるいは、他の手段によって光を散乱させることが可能である。ＶＣＳＥＬ１０１から遠位の窓６０１の面には、反射防止層６１０のコーティングを施すことが望ましい。
図４Ｆに示す光源の場合、ＶＣＳＥＬ１０１及び光センサ１１１は、図４Ａに関連して上述のように、ヘッダ１０３に並べて取り付けられる。図４Ｇに示す光源の場合、ＶＣＳＥＬ１０１は、図４Ｄに関連して上述のように、大面積光センサの中心に取り付けられる。
【００８９】
すぐ前で説明した変形のどちらかに修正を加えて、図４Ｂに示す修正装置の介挿体３２１を利用し、図４Ｂに示す窓付き容器のような標準窓付き容器を利用することも可能である。修正介挿体の角度つき部分３２３は、放射光ビーム１０７に対する入射角がゼロになるように角度がつけられ、散乱部分は、角度つき部分の面３２５に形成される。散乱部分に向かい合った修正介挿体の面には、図４Ｂに示す反射防止層３３０と同様の反射防止層のコーティングを施すのが望ましい。
【００９０】
次に、図５Ａ及び図５Ｂを参照して、図４Ｄ、図４Ｅ、及び、図４Ｇに関連して上述の実施例に用いられているＶＣＳＥＬ／光センサ・アセンブリ３６１について説明する。大面積センサ３５１の場合、基板４０１は、シリコン、ガリウム砒素等のような半導体材料である。望ましい実施例の場合、基板は、約１．５平方ミリメートルのシリコンである。領域４０３は、基板４０１における受光面３５３の下に形成される。領域４０３は、基板とは逆の導電性を備えている。基板の受光面には、絶縁層４０５が配置され、基板の反対側の面には、導電層４０７が配置されている。望ましい実施例の場合、絶縁層は、二酸化珪素の層であり、導電層４０７は、アルミニウムまたは金の層である。メタライゼーション層４０９は、絶縁層４０５の開口部を介して領域４０３と接触し、領域４０３と絶縁層の面上のボンディング・パッド４１１を接続する。ボンディング・パッド４１１と導電層４０７との間に逆バイアスがかかると、電流が受光面３５３に入射する光の強度に比例して流れる。
取り付けパッド４１３は、受光面３５３の中心において絶縁層上に配置され、トラック４１７によってボンディング・パッド４１５に接続される。望ましい実施例の場合、メタライゼーション層４０９、取り付けパッド４１３、ボンディング・パッド４１１及び４１５、及び、トラック４１７が、単一メタライゼーション工程で形成された。
【００９１】
ＶＣＳＥＬ１０１は、基板／ミラー構造４２３の対向する面上に配置された導電層４１９及び４２１を備えている。望ましい実施例の場合、基板／ミラー構造４２３は、約０．５平方ミリメートルである。基板／ミラー構造については、図８Ａ及図び８Ｂに関連して、以下でさらに詳述する。ＶＣＳＥＬ１０１によって生じる光は、導電層４１９の発光ポート４２５を通ってデバイスを出る。
ＶＣＳＥＬ１０１は、適合するチップ取り付け技法を用いて、取り付けパッド４１３の中心に取り付けられるので、導電層４２１は、取り付けパッドと物理的及び電気的に接触する。望ましい実施例の場合、このために導電性エポキシ接着剤が利用された。
【００９２】
図６Ａ及び図６Ｂには、本発明によるレーザ・ベースの光源の第４の実施例７００が示されている。図６Ａ及び６Ｂの場合、図２Ａに関連して上述の構成要素と同じ構成要素は、同じ参照番号で表示されている。第４の実施例の場合、カップラ７１４は、光センサの面に形成されたビーム分割層である。カップラは、透過によって放射光ビームの一部を光センサに結合し、放射光ビームの残りの部分を出力光ビームとして反射する。
【００９３】
図６Ａ及び図６Ｂに示す光源７００の場合、図２Ａに示す実施例に用いられているポスト・タイプのヘッダと同様のポスト・タイプのヘッダ１０３が用いられる。しかし、この実施例の場合、ＶＣＳＥＬ１０１は、ポスト１１３に取り付けられ、ヘッダ１０３とほぼ平行な放射光ビーム１０７を放射する。角度つき面７０３を含むプラットフォーム７０１は、角度つき面がＶＣＳＥＬ１０１に面するようにして、ヘッダ１０３に取り付けられる。このプラットフォームは、ＶＣＳＥＬ１０１によって生じる放射光ビーム１０７が角度つき面７０３の中心に入射するように、寸法が付与され、ヘッダに取り付けられる。
【００９４】
光センサ１１１は、プラットフォーム７０１の角度つき面の、放射光ビーム１０７が受光面１３１の中心に入射する位置に取り付けられる。ビーム分割層７０５は、光センサ１１１の面に配置され、カップラ７１４の働きをする。カップラは、図６Ｂに示すように、ＶＣＳＥＬ１０１によって生じる放射光ビーム１０７の一部を透過光ビーム７１７として光センサ１１１に結合し、放射光ビーム１０７の残りの部分を出力光ビーム１１９として反射する。角度つき面７０３は、放射光ビーム１０７の方向に対して、ビーム分割面７０５によって反射される出力光ビーム１１９がヘッダ１０３にほぼ垂直な方向に放射することになる角度をなすように設定することが望ましい。ある実施例の場合、角度つき面７０３は、放射光ビーム１０７に対して約４５゜の角度がつけられた。
出力光ビーム１１９は、容器１０６の窓１０８を通ってパッケージ１０５を出る。窓には、出力光ビームの一部を反射してＶＣＳＥＬ１０１に戻すのを阻止するため、反射防止層１１０のコーティングを施すことが可能である。
【００９５】
ビーム分割層７０５によって透過される放射光ビーム１０７の一部である透過光ビーム７１７は、光センサ１１１の受光面１３１に入射する。光センサは、図２Ａに関連して上述のところと同様にして、透過光ビーム７１７の強度を表した電気信号を発生する。上述のものと同様の制御回路が、光センサによって生じる電気信号に応答し、ＶＣＳＥＬ１０１に送られる電流に制御を加えて、高輝度状態と低輝度状態の一方または両方において、出力光ビーム１１９の強度を決めることが可能である。
【００９６】
ビーム分割層７０５の反射率は、透過光ビーム７１７と出力光ビーム１１９の間において所望の強度比が得られるように選択される。出力光ビーム１１９のＳ／Ｎ比が、ビーム分割面の反射率を比較的低くすることによって向上し、ＶＣＳＥＬ１０１によって生じる放射光ビーム１０７の大部分が、上述のように出力光ビームとして反射されない用途の場合、光センサの受光面１３１には、ビーム分割層７０５の下に吸光層（不図示）が含まれる。吸光層は、透過光ビーム７１７による光センサ１１１の飽和を阻止し、出力光ビーム１１９の強度が透過光ビーム７１７を反射する受光面１３１によって増強されるのを阻止する。
【００９７】
光センサ１１１の受光面に配置されたビーム分割層７０５の代替案として、ＶＣＳＥＬ１０１と光センサ１１１の間に、ビーム分割器を非ゼロの入射角で配置することが可能である。図２Ａに示す平面ビーム分割器１１５と同様のビーム分割器を用いることが可能である。ビーム分割器は、放射光ビームの一部を透過光ビームとして光センサに透過し、放射光ビームの残りの部分を出力光ビームとして反射する。ビーム分割器は、光センサの受光面によって支持することもできるし、あるいは、光センサとは関係なく、ヘッダによって支持することも可能である。後者の場合、光センサは、受光面が透過光ビームとほぼ垂直になるように取り付けることが可能である。
【００９８】
ＶＣＳＥＬ１０１と光センサ１１１とをしっかりと結合することによって、この実施例はＶＣＳＥＬアレイをなすＶＣＳＥＬの強度制御に特に適したものになる。図２Ａ〜図２Ｅ、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、及び、図４Ｂに示す実施例は、ＶＣＳＥＬアレイをなすＶＣＳＥＬの強度制御にも適している。図６Ｃには、２素子ＶＣＳＥＬアレイを例示した、ＶＣＳＥＬのアレイと共に用いられる、図６Ａ及び図６Ｂに示す実施例の適応構造７２０が示されている。図６Ｃに示すレーザ・ベース光源７２０の場合、ＶＣＳＥＬ７１１及び７１３は、ポストに取り付けられた共通層構造に並べて形成されている。後掲の図８Ｂにおいて示される２つのＶＣＳＥＬがこのために用いられる。代替案として、ポスト１１３に２つの個別ＶＣＳＥＬを並べて取り付けることも可能である。ボンディング・ワイヤ７１５及び７１６と導体７１９及び７２１によって、それぞれ、ＶＣＳＥＬに対して別個の電気接続が行われる。
【００９９】
個別光センサをプラットフォーム７０１の角度つき面７０３に並べて取り付けることはできるが、図面には、一体化光センサ・アレイ７２３が示されている。光センサの場合、通常、ＶＣＳＥＬアレイにおけるＶＣＳＥＬの数（図６Ｃには例として２つが示されている）と等しい数の光センサが、共通基板に形成される。共通ビーム分割層７０５が、光センサ・アレイの面上に形成される。ボンディング・ワイヤ７２５及び７２７と導体７２９及び７３１によって、それぞれ、光センサの素子に対する個別の電気接続がなされる。光センサ・アレイ７２３における各光センサの電気出力は、上述のようにして、光センサに入射する放射光ビームを発生する、ＶＣＳＥＬの光出力を制御するために用いられる。
【０１００】
次に、図７に関連して、本発明によるレーザ・ベースの光源の第５の実施例８００について説明する。第５の実施例の場合、ＶＣＳＥＬ及び光センサは、ＶＣＳＥＬの発光面が光センサの発光面にほぼ平行になるようにして、ヘッダに並べて取り付けられ、複数面が、ＶＣＳＥＬによって生じる放射光ビームの一部を光センサに結合し、放射光ビームの残りの部分を出力光ビームとして送り出すカップラとして用いられる。図７に示す実施例の場合、図２Ａに示すものに対応する構成要素は、同じ参照番号で表示されており、ここでは説明を繰り返さない。
【０１０１】
ＶＣＳＥＬ１０１及び光センサ１１１は、反射防止層１１０を含むことが望ましい窓が設けられた容器１０６内に納められたヘッダ１０３に並べて取り付けられている。平面ビーム分割器８１５及びリフレクタ８１８は、ＶＣＳＥＬ１０１が生じた放射光ビーム１０７の一部を反射光ビーム１１７として光センサ１１１に結合し、放射光ビームの残りの部分を出力光ビーム１１９として透過するカップラ８１４を構成する。
【０１０２】
平面ビーム分割器８１５には、部分的に反射性であって、ＶＣＳＥＬ１０１によって生じた放射光ビーム１０７の一部を反射光ビームとしてリフレクタ８１８の反射面に向かって反射するビーム分割面８２１が含まれている。ビーム分割面は、また、ＶＣＳＥＬによって生じた放射光ビーム１０７の残りの部分を出力光ビーム１１９として透過する。反射光ビームは、反射面８２３に達するまで、ヘッダ１０３とほぼ平行に進行する。反射面８２３は、部分的に反射性であり、ビーム分割面から受けた反射光ビーム１１７を光センサ１１１に反射する。光センサは、反射光ビームに応答して、その大きさが反射光ビームの強度によって決まる出力電流を発生する。
反射面の反射率をほぼ１００％まで高めるため、メタライゼーション層８２９がリフレクタ８１８の反射面に配置される。
ほとんどの用途において、図２Ａに関連して上述のように、ビーム分割面の反射率を反射光ビーム１１７及び出力光ビーム１１９の所望の強度が得られる値に設定するため、平面ビーム分割器８１５のビーム分割面８２１に反射制御層８３９の被着が施される。
【０１０３】
ある実施例の場合、カップラ８１４を構成する平面ビーム分割器８１５及びリフレクタ８１８として、互いに、及び、ヘッダに対してセメント接合される２つの小さなガラスのオプチカル・フラットを利用することが可能である。平面ビーム分割器及びリフレクタは、互いに直交するように、ただし、反射光ビーム１１７を非ゼロの入射角で光センサ１１１に送り込むため、ヘッダ１０３に対して１３５゜と４５゜とはわずかに異なる角度をなすように取り付けることが望ましい。この結果、光センサの受光面１３１における反射光ビームの反射がＶＣＳＥＬ１０１に戻されるのが阻止される。オプチカル・フラットには、カップラのアセンブル前に、反射制御層８３９及びメタライゼーション層８２９のコーティングが施される。
ＶＣＳＥＬ１０１及び光センサ１１１は、同じ半導体材料に組み込むことが可能である。例えば、図８Ａ及び８Ｂに示す層構造８０３に形成されたＶＣＳＥＬ及び追加レーザ構造を用いることが可能である。
【０１０４】
図８Ａ及び図８Ｂには、本発明の第６の実施例が示されている。第５の実施例と同様、本発明による光源の第６の実施例は、複数面を用いて、放射光ビームの一部を光センサに結合する。しかし、第６の実施例の場合、ＶＣＳＥＬと光センサの両方が形成された半導体層構造上に形成される薄膜光学導波管が、カップラとして用いられる。これにより、製造時におけるＶＣＳＥＬ及び光センサに対するカップラのアライメントが簡単にとれるようになる。
【０１０５】
図８Ａ及び図８Ｂには、本発明によるレーザ・ベース光源の第６に実施例である光源９００が示されている。図８Ａ及び図８Ｂには、それぞれ、層構造８０３の露出面８０９の図、及び、露出面８０９に隣接した層構造８０３の一部の略断面図が示されている。この層構造の細部については、その開示が参考までに本書に組み込まれている、米国特許出願第０８／５５１，３０２号に記載がある。該層構造は、図７に示すパッケージ１０５とほぼ同様のパッケージ（不図示）のヘッダ（不図示）に取り付けられた基板（不図示）に形成される。ヘッダ、パッケージ、及び、層構造８０３に形成される素子間の接続、及び、パッケージの導体は、図面の簡略化のため、図８Ａ及び８Ｂから省略されている。
【０１０６】
ＶＣＳＥＬ８０１及び追加レーザ構造８１１は、層構造８０３における導電率の低い領域８６５によって、及び、該層構造の露出面８０９に形成される電極８５１及び８５３によって層構造８０３に形成される。追加層構造は、構造的にはＶＣＳＥＬと同様であり、電気的には、導電率の低い領域によってＶＣＳＥＬから分離されている。ＶＣＳＥＬの電極８５１は、ＶＣＳＥＬが放射光ビーム９０７を放射する発光ポート８７１と境界をなしている。追加レーザ構造の電極８５３は、追加レーザ構造が光ビーム９１７を受ける受光ポート８２５と境界をなしている。
【０１０７】
一般に、追加レーザ構造８１１及びＶＣＳＥＬ８０１は、層構造８０３において、ほぼ１００μｍほどの距離だけ物理的に離れている。ＶＣＳＥＬ８０１に通るレーザ電流を駆動する電位と逆の極性の逆バイアスが加えられると、追加レーザ構造８１１は光センサの働きをする。
【０１０８】
図８Ａ及び図８Ｂに示す光源９００の場合、弱い回折格子９１１を組み込んだ薄膜導波管９０１は、カップラ９１４の働きをし、ＶＣＳＥＬ８０１によって生じた放射光ビーム９０７を光ビーム９１７として追加レーザ構造８１１に結合する。追加レーザ構造は、逆バイアス下において光センサの働きをする。カップラ９１４は、放射光ビーム９０７の残りの部分を出力光ビーム９１９として透過する。
【０１０９】
薄膜光導波管９０１の場合、ＶＣＳＥＬ８０１と追加レーザ構造８１１の間において、層構造８０３の露出面８０９の一部に第１のクラッド層９０３の被着が施される。コア層９０５が、第１のクラッド層に、さらに、ＶＣＳＥＬの発光ポート８７１及び追加レーザ構造の受光ポート８２５にかぶせられる。このコア層は、第１のクラッド層よりも屈折率が高い。ＶＣＳＥＬの発光ポートにかぶせられるコア層には、弱い回折格子９１１が含まれている。
第２のクラッド層９０９が、第１のクラッド層９０３及び追加レーザ構造８１１の受光ポート８２５にかぶさったコア層９０５の一部にかぶせられる。第２のクラッド層には、光学導波管９０１の外部からの迷光が入射し、追加レーザ構造によって検出されるのを阻止する、メタライゼーション層９１３のコーティングを施すのが望ましい。
【０１１０】
出力光ビーム９１９の強度と追加レーザ構造８１１の受光ポート８２５が受ける光ビーム９１７の強度との間に一定の関係を確保するため、ＶＣＳＥＬ８０１が、偏光方向が固定された放射光ビーム８０７を発生するか、あるいは、光学導波管９０１の面９１５及び９２１が、偏光方向とは無関係な反射を生じなければならない。図８Ａに示す実施例の場合、ＶＣＳＥＬの発光ポート８７１は、楕円形であり、これによって、ＶＣＳＥＬは、偏光方向が固定された放射光ビームを発生する。発光ポート及び／またはコア領域８６７を楕円形または他の回転非対称形状にすることによって、放射光ビームの偏光方向が非対称形状の大きい方の次元方向と一致するように固定される。
【０１１１】
光源９００は、第２のクラッド層９０９を省略することによって簡略化することが可能である。この場合、回折格子９１１の外側において、コア層９０５にメタライゼーション層９１３の被着を施すのが望ましい。
【０１１２】
薄膜光学導波管９０１の層は、それぞれ、層構造８０３の露出面８０９に液体プラスチックの層を回転塗布し、プラスチック層を焼成し、さらに、マスク及びエッチング・プロセスを利用して、プラスチック層に光学導波管の層を形成することによって形成される。このプロセスは、光学導波管の各層毎に１度ずつ実施される。コア層に用いられるプラスチックは、屈折率が２つのクラッド層に用いられるものより大きい。ある実施例の場合、層構造の面に回転塗布されるプラスチックは、デュポン社よりＰｏｌｙ−ｇｕｉｄｅTMのブランド名で販売されているポリイミドであった。弱い回折格子９１１は、選択的エッチング・プロセスによってコア層９０５に形成された。
弱い回折格子９１１は、放射光ビーム９０７の一部を追加レーザ構造８１１に向かって逆回折する。反射光ビーム９０７の残りの部分は、回折されずに、出力光ビーム９１９として回折格子９１１を通過する。
【０１１３】
光ビーム９１７は、回折格子９１１から光学導波管９０１を通り、コア層９０５に沿って追加レーザ構造８１１に向かい、コア層を横切って、コア層と第１のクラッド層９０３との間の境界９１５に向かって進む。弱い回折格子９１１のピッチは、光ビーム９１７が、境界の臨界角を超える角度で境界に入射する角度をなして回折されるように設計されている。結果として、光ビーム９１７は、境界において全内反射し、コア層９０５を横切って、コア層と第２のクラッド層９０９の境界９２１に達するまで戻り、そこで、もう１度全内反射を生じる。光ビーム９１７は、追加レーザ構造８１１の受光ポート８２５に達するまで、コア／クラッド層境界９１５及び９２１で反射を繰り返して、光学導波管に沿って進む。第１のクラッド層は、受光ポート８２５をカバーしないので、光ビーム９１７は、受光ポートに入射する。
【０１１４】
受光ポート８２５に入射する光ビーム９１７によって、光ビーム９１７の強度を表す出力電流が、ライン８３５で略示の導体を介して追加レーザ構造８１１に流れる。制御回路８２７は、追加レーザ構造の出力電流に応答し、ライン８３３で略示の導体を介してＶＣＳＥＬ８０１に電流を送る。この電流によって、ＶＣＳＥＬは、追加レーザ構造からの出力電流が高輝度状態と低輝度状態の一方または両方において所定の値に維持されることになる強度を備えた、放射光ビーム９０７を発生する。これは、図２Ａに関連して上述のように、それぞれ、高輝度状態、または、低輝度状態、または、高輝度状態と低輝度状態の両方において、所定の強度を有する出力光ビーム９１９に対応する。
【０１１５】
制御回路８２７には、追加レーザ構造８１１に特有の出力電流に対する非線形光強度を補償する回路要素を含むことが可能である。制御回路には、さらに、高輝度状態における出力光ビーム９１９の強度を、追加レーザ構造８１１の所定の最大出力電流に対応する、所定の最大強度に制限する回路要素を含むことが可能である。
【０１１６】
強度を制御されたＶＣＳＥＬアレイは、非導電層８６５と、電極８５１及び８５３が形成される層にパターン形成し、ＶＣＳＥＬ８０１と同様の複数ＶＣＳＥＬ及び追加レーザ構造８１１と同様の複数追加レーザ構造を形成することによって、共通層構造に作製することが可能である。さらに、光学導波管９０１を構成する層にパターン形成することによって、それぞれが、ＶＣＳＥＬの１つによって生じた放射光ビームの一部を隣接するレーザ構造に結合する、複数光学導波管を形成することが可能である。
【０１１７】
本開示では、本発明の実施例について詳述したが、言うまでもなく、本発明は、解説の実施例そのままに限定されるものではなく、付属の請求項に定義された本発明の範囲内において、さまざまな修正を加えることが可能である。以下に本発明の実施態様のいくつかを列記する。
【０１１８】
（実施態様１）
強度が制御された光ビーム（１１９）を発生する一体化レーザ・ベース光源（３００、３２０、３４０、３５０、５００）であって、以下（ａ）ないし（ｄ）を含むことを特徴とする光源
（ａ） ヘッダ（１０３）を含むパッケージ（１０５、５０１）、
（ｂ） 光センサ手段（１１１、３５１）であって、入射する光エネルギの強度を表した電気信号を発生し、受光表面（１３１、３５３）を含んでおり、前記ヘッダに取り付けられた光センサ手段（１１１、３５１）、
（ｃ） レーザ（１０１）であって、前記光ビームが放射光ビーム（１０７）として放射される唯一無二の発光面（１０９）を備え、前記発光面が受光面とほぼ平行になるようにして、前記パッケージ内において前記光センサ手段に隣接して取り付けられるレーザ（１０１）、および
（ｄ） 凸状ビーム分割表面手段（３４５、５４５）であって、前記放射光ビームの一部を反射光ビーム（１１７）として前記光センサ手段に向けて反射し、前記放射光ビームの残りの部分を出力光ビームとして透過する、前記パッケージによって放射光ビーム内に支持された凸状ビーム分割表面手段（３４５、５４５）。
【０１１９】
（実施態様２）実施態様１に記載の光源であって、前記凸状ビーム分割表面に、前記反射光ビームと前記出力光ビームの強度比を決定する反射制御手段（３４９、５４９）が含まれている
ことを特徴とする光源。
【０１２０】
（実施態様３）実施態様１または２に記載の光源であって、前記レーザ及び前記光センサ手段（１１１）が前記ヘッダに並べて取り付けられる
ことを特徴とする光源。
【０１２１】
（実施態様４）実施態様３に記載の光源であって、前記レーザ、前記光センサ手段、及び、前記凸状ビーム分割表面手段が、前記光センサ手段の受光面によって反射された光が前記レーザの発光面から離れる方向に向けられ、出力光ビームのノイズが低減するように配列される
ことを特徴とする光源。
【０１２２】
（実施態様５）実施態様１または２に記載の光源であって、前記レーザが、前記光センサ手段（３５１）の受光面（３５３）の一部に取り付けられることを特徴とする光源。
【０１２３】
（実施態様６）実施態様１ないし５に記載の光源であって、以下の（ａ）および（ｂ）を含むことを特徴とする光源
（ａ）前記パッケージには、前記ヘッダに取り付けられた容器（１０６）が含まれている、および
（ｂ）前記凸状ビーム分割手段が前記容器によって前記放射光ビーム内に支持されている。
【０１２４】
（実施態様７）実施態様１ないし５に記載の光源であって、光源に、さらに、レンズ（５４５）が含まれていることと、該レンズに前記凸状ビーム分割表面手段が含まれており、前記パッケージには以下（ａ）および（ｂ）が含まれていることを特徴とする
（ａ）レンズが取り付けられる軸方向ボア（５０３＋５０７）、および
（ｂ）軸方向ボアと光学的にアライメントがとられ、レンズに対して可調整位置にヘッダを収容する寸法が付与された本体部分（５０４）
【０１２５】
（実施態様８）実施態様７に記載の光源であって、前記軸方向ボアに、光ファイバを収容し、前記光ファイバを前記レンズに対して所定位置に正確に位置決めする寸法が付与された部分（５０３）が含まれている
ことを特徴とする光源。
【０１２６】
（実施態様９）実施態様１ないし実施態様７に記載の光源であって、前記レーザが、レーザ電流に応答して、前記放射光ビームを発生すること、および、前記光源に、さらに前記光センサ手段によって生じる電気信号に応答して、前記レーザ電流を制御する働きをする制御手段（１２７）が含まれている
ことを特徴とする光源。
【０１２７】
（実施態様１０）実施態様９に記載の光源であって、前記制御手段が、さらに、前記レーザ電流を制御して、前記光センサ手段によって生じた前記電気信号を、前記出力光ビームの所定の最大強度に対応する所定の最大値に制限する
ことを特徴とする光源。
【０１２８】
（実施態様１１）実施態様１ないし実施態様１０に記載の光源であって、以下（ａ）ないし（ｃ）を含むことを特徴とする光源
（ａ）前記レーザによって生じる前記放射光ビームが強度とＳ／Ｎ比を備えており、前記Ｓ／Ｎ比は強度に関係すること、
（ｂ）前記レーザがしきい値レベルを超えるＳ／Ｎ比の前記放射光ビームを発生する前記強度が、所定の最大強度を超えること、および
（ｃ）前記ビーム分割表面手段が、前記放射光ビームの一部を前記光センサ手段に反射することによって、前記出力光ビームのＳ／Ｎ比がしきい値レベルを超え、強度が所定の最大強度未満になる。
【０１２９】
（実施態様１２）強度が制御された出力光ビーム（１１９）で光ファイバを照射するための一体化レーザ・ベース光源（５００）を製造する方法であって、以下（ａ）ないし（ｅ）のステップを含むことを特徴とする方法
（ａ）以下（イ）ないし（ハ）を提供するステップ
（イ）レーザ／センサアセンブリ（５１３）であって、該レーザ／センサアセンブリ（５１３）は以下（あ）ないし（う）含む
（あ）ヘッダ（１０３）、
（い）光センサ手段（３５１）であって、受光面（３５３）を含んでおり、ヘッダに取り付けられ、入射する光エネルギの強度を表した電気信号を発生する光センサ手段（３５１）と、
（う）レーザ（１０１）であって、放射光ビームとして光ビームが放射される唯一無二の発光面（１０９）を備え、前記発光面が受光面に対してほぼ平行になるように、パッケージ内において前記光センサ手段に隣接して取り付けられるレーザ（１０１）、
（ロ）凸状表面（５４５）を備えるレンズ（５４３）と、
（ハ）パッケージであって、該パッケージは以下（あ）および（い）を含む
（あ）軸方向ボア（５０３＋５０７）であって、前記レンズ及び光ファイバを収容することにより、前記光ファイバがレンズに対して所定の位置に正確に位置決めされるような寸法が付与された部分を含む軸方向ボア（５０３＋５０７）、及び、
（い）本体部分（５０４）であって、光学的に軸方向ボアとのアライメントがとられ、すきまばめによって、前記レーザ／センサ・アセンブリを収容する寸法が付与された本体部分（５０４）、
（ｂ）前記レンズを前記パッケージの軸方向ボアに取り付けるステップ、
（ｃ）前記レーザ／センサ・アセンブリを前記本体部分に挿入するステップであって、前記レンズの凸状表面によって、前記放射光ビームの一部が反射光ビームとして前記光センサ手段に向けて反射され、前記レンズによって、前記放射光ビームの残りの部分が出力光ビームとして透過される位置に挿入するステップ、
（ｄ）前記レンズに対する前記レーザ／センサ・アセンブリの位置を調整するステップであって、前記出力光ビームの強度を最大にするステップと、
（ｅ）前記本体部分内において、前記レーザ／センサ・アセンブリを調整ステップ（ｄ）で得られる位置に固定するステップ。
【図面の簡単な説明】
【図１】エッジ発光レーザをベースにした、強度が制御される光を発生する既知の一体化光源の側面図である。
【図２Ａ】強度が制御される光を発生する、本発明による一体化レーザ・ベース光源の第１の実施例に関する側面図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示す本発明による一体化レーザ・ベース光源の実施例の光学構成に関するより詳細な図である。
【図２Ｃ】図２Ａに示す本発明による一体化レーザ・ベース光源の実施例において、光センサによる反射光ビームの反射後にレーザに入射する光を減衰させるための第１の代替構造を示す図である。
【図２Ｄ】図２Ａに示す本発明による一体化レーザ・ベース光源の実施例において、光センサによる反射光ビームの反射後にレーザに入射する光を減衰させるための第2の代替構造を示す図である。
【図２Ｅ】図２Ａに示す本発明による一体化レーザ・ベース光源の実施例において、光センサによる反射光ビームの反射後にレーザに入射する光を減衰させるための第3の代替構造を示す図である。
【図２Ｆ】図２Ａに示す本発明による一体化レーザ・ベース光源の実施例において、ＶＣＳＥＬを通る電流のさまざまな値で、サンプルＶＣＳＥＬが生じる光ビームの強度、出力光ビームの強度、及び、反射光ビームに応答して光センサが生じる出力電流との間の関係を示すグラフである。
【図３Ａ】本発明による一体化レーザ・ベース光源の第２の実施例に関する側面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示す本発明による一体化レーザ・ベース光源の実施例に関する変形の詳細図である。
【図４Ａ】本発明による一体化レーザ・ベース光源の第３の実施例に関する第１の変形の側面図である。
【図４Ｂ】本発明による一体化レーザ・ベース光源の第３の実施例に関する第２の変形の側面図である。
【図４Ｃ】本発明による一体化レーザ・ベース光源の第３の実施例に関する第３の変形の側面図である。
【図４Ｄ】本発明による一体化レーザ・ベース光源の第３の実施例に関する第４の変形の側面図である。
【図４Ｅ】本発明による一体化レーザ・ベース光源の第３の実施例に関する第５の変形の側面図である。
【図４Ｆ】本発明による一体化レーザ・ベース光源の第３の実施例に関する第６の変形の側面図である。
【図４Ｇ】本発明による一体化レーザ・ベース光源の第３の実施例に関する第７の変形の側面図である。
【図４Ｈ】図４Ｄに示す変形によって生じる出力光ビーム内に取り付けられた大面積光検出器の出力と対照して作図された光検出器の出力電流を示すグラフである。
【図５Ａ】それぞれ、図４Ｄ、図４Ｅ、及び、図４Ｇに示す変形に用いられたＶＣＳＥＬ／光センサ・アセンブリの平面図である。
【図５Ｂ】それぞれ、図４Ｄ、図４Ｅ、及び、図４Ｇに示す変形に用いられたＶＣＳＥＬ／光センサ・アセンブリの断面図である。
【図６Ａ】本発明による一体化レーザ・ベース光源の第４の実施例に関する側面図である。
【図６Ｂ】本発明による一体化レーザ・ベース光源の第４の実施例の光学構成に関する詳細図である。
【図６Ｃ】レーザ・アレイによる動作に適応する、本発明による一体化レーザ・ベース光源の第４の実施例に関する平面図である。
【図７】本発明による一体化レーザ・ベース光源の第５の実施例に関する側面図である。
【図８Ａ】それぞれ、本発明による一体化レーザ・ベース光源の第６の実施例に関する平面図である。
【図８Ｂ】それぞれ、本発明による一体化レーザ・ベース光源の第６の実施例に関する断面図である。
【符号の説明】
１００ レーザ・ベース光源
１０１ ＶＣＳＥＬ
１０３ ヘッダ
１０５ パッケージ
１０６ 容器
１０７ 放射光ビーム
１０８ 窓
１０９ 発光面
１１１ 光センサ
１１３ ポスト
１１４ カップラ
１１５ 平面ビーム分割器
１１６ 基板
１１７ 反射光ビーム
１１９ 出力光ビーム
１２３ 基板
１２５ 導体
１２６ 導体
１２７ 制御回路
１２８ 入力端子
１２９ 導体
１３０ ボンディング・ワイヤ
１３１ 受光面
１３３ ビーム分割面
１３５ 溝
１３７ エッジ
１３９ 非反射面
１４１ 反射防止層
１４３ 反射制御層
１４７ 逆ビーム
２００ 光源
２１５ 立方ビーム分割器
２５３ ビーム分割面
２６１ ボンディング・ワイヤ
３００ 光源
３０３ 窓
３０５ 角度つき部分
３１１ 反射制御層
３１４Ａ カップラ
３１４Ｂ カップラ
３１４Ｃ カップラ
３２０ 光源
３２１ 介挿体
３２３ 角度つき部分
３２９ 反射制御層
３４０ 光源
３４１ 窓
３４３ ボール・レンズ
３４５ ビーム分割面
３４８ 反射防止層
３５０ 光源
３５１ 光センサ
３５３ 受光面
３５５ ボンディング・ワイヤ
３６１ ＶＣＳＥＬ／光センサ・アセンブリ
４０１ 基板
４０５ 絶縁層
４０７ 導電層
４０９ メタライゼーション層
４１１ ボンディング・ワイヤ
４１３ 取り付けパッド
４１７ トラック
４１９ 導電層
４２１ 導電層
４２３ 基板／ミラー構造
５００ 光源
５０１ パッケージ
５０２ ノーズ部分
５０３ ボア
５０４ 本体部分
５０５ 通路
５０７ 空洞
５０９ ボール・レンズ
５１１ 肩
５１３ レーザ／光センサ・サブアセンブリ
５１４ カップラ
５１９ 接着剤
５４３ ボール・レンズ
５４８ 反射防止層
５４９ 反射制御層
６０１ 窓
６０３ 散乱部分
６０５ 散乱光
６１０ 反射防止層
６１４ カップラ
７００ 光源
７０１ プラットフォーム
７０５ ビーム分割層
７１１ ＶＣＳＥＬ
７１３ ＶＣＳＥＬ
７１４ カップラ
７１５ ボンディング・ワイヤ
７１６ ボンディング・ワイヤ
７１７ 透過光ビーム
７１９ 導体
７２０ 光源
７２１ 導体
７２３ 一体化光センサ・アレイ
７２５ ボンディング・ワイヤ
７２７ ボンディング・ワイヤ
７２９ 導体
７３１ 導体
８００ 光源
８０１ ＶＣＳＥＬ
８０３ 層構造
８１１ 追加レーザ構造
８１４ カップラ
８１５ ビーム分割器
８１８ リフレクタ
８２１ ビーム分割面
８２３ 反射面
８２５ 受光ポート
８２９ メタライゼーション層
８３９ 反射制御層
８５１ 電極
８５３ 電極
８７１ 発光ポート
９００ 光源
９０１ 薄膜導波管
９０３ 第１のクラッド層
９０５ コア層
９０７ 放射光ビーム
９０９ 第２のクラッド層
９１１ 回折格子
９１５ コア／クラッド層境界
９１９ 出力光ビーム
９２１ コア／クラッド層境界

Claims (6)

1. 強度が制御された光ビームを発生する一体化レーザ・ベース光源であって、以下（ａ）ないし（ｄ）を含むことを特徴とする光源。
   （ａ）ヘッダを含むパッケージ
   （ｂ）入射する光エネルギの強度を表した電気信号を発生し、受光面を含んでおり、前記ヘッダに取り付けられた光センサ手段、
   （ｃ）前記光ビームが放射光ビームとして放射される唯一の発光面を備え、前記発光面が前記受光面とほぼ平行になるようにして、前記パッケージ内において前記光センサ手段の受光面の一部に取り付けられたレーザ、
   （ｄ）前記放射光ビームの一部を反射光ビームとして前記光センサ手段に向けて反射し、前記放射光ビームの残りの部分を出力光ビームとして透過する凸面を有するボール・レンズであって、前記パッケージによって放射光ビーム内に支持されたボールレンズ。
2. 前記ボール・レンズの凸面に、前記反射光ビームと前記出力光ビームの強度比を決定する反射制御手段が含まれていることを特徴とする請求項１に記載の光源。
3. 強度が制御された出力光ビームで光ファイバを照明するための一体化レーザ・ベース光源であって、以下の（ａ）ないし（ｃ）を含むことを特徴とする光源。
   （ａ）以下の（イ）ないし（ハ）を含むレーザ／センサアセンブリ、
   （イ）ヘッダ、
   （ロ）受光面を含んでおり、前記ヘッダに取り付けられ、入射する光エネルギの強度を表した電気信号を発生する光センサ手段、
   （ハ）放射光ビームとして前記光ビームが放射される唯一の発光面を備え、前記発光面が前記受光面に対してほぼ平行になるように、前記光センサ手段の受光面の一部に取り付けられたレーザ、
   （ｂ）ボール・レンズ、
   （ｃ）以下（イ）および（ロ）を含むパッケージ
   （イ）前記ボール・レンズを取り付ける軸方向ボアであって、前記光ファイバを収容することにより、前記光ファイバが前記ボール・レンズに対して所定の位置に位置決めされるような寸法が付与された部分を含む軸方向ボア、
   （ロ）光学的に軸方向ボアとのアライメントがとられた本体部分であって、前記ボール・レンズの凸面が前記放射光ビームの一部を反射光ビームとして前記光センサ手段に向けて反射し、前記ボール・レンズの凸面が前記放射光ビームの残りの部分を出力光ビームとして透過し、かつ、前記出力光ビームの強度が最大となるように、前記ボール・レンズに対する前記レーザ／センサ・アセンブリを調整して収容するように寸法が付与された本体部分。
4. 前記ボール・レンズの凸面は、前記反射光ビームと前記出力光ビームの強度比を決定する反射制御手段を備える、請求項３に記載の光源。
5. 前記反射制御手段は、金属、又は誘電体層のコーティングである、請求項２、又は請求項４に記載の光源。
6. 前記レーザは、前記発光面が前記受光面に対してほぼ平行になるようにして、前記光センサ手段の受光面の中心に取り付けられる、請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載の光源。

Images