专利名称：光输出装置及使用该装置的光学头装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光输出装置及使用该装置的光学头装置，特别涉及能够控制从垂直腔表面发射激光器(VCSEL)所发射的光量的光输出装置及使用该装置的光学头装置。
一般来讲，能作为光源的VCSEL由第一反射器叠层、激发区、第二反射器叠层、以及彼此叠加在一起的电极层所形成。第一反射器叠层至少由一种N型半导体材料所形成，第二反射器层至少由一种P型半导体材料所形成。在电极层上加上正向偏压期间，激发区就产生激光束。该激光束在第一和第二反射器叠层间产生谐振并以垂直于叠层表面的方向发射出来。因此，来自VCSEL发射的光具有近乎是圆形和高强度的特性，且以单模工作，从而被广泛用于光学装置中诸如光学头装置和计算机中。
然而，由于VCSEL是以垂直于其上表面发光，并且其下表面又设置在半导体基体上，所以很难安装一个监控光探测器来接收VCSEL所发的部分光以便控制光的输出。
为解决此问题，美国专利No.5,285,466提出了题为“Fedback Mechanismfor Vertical Cavity Surface Emitting Lasers”的现有技术。
图1和图2所描述的机构包括当加上正向偏压时发光的一个VCSEL12以及安装在VCSEL12周围以接收VCSEL12的水平发射光的呈环状的监控光探测器14。这种监探光控测器14具有与VCSEL12相同或相似的叠层结构且当给在上下表面所形成的电极层加上反向偏压或不加偏压时接收光。
监控光探测器14通过接收从VCSEL12水平发射的光，然后将其转换为一电信号并将其反馈给VCSEL12的电极来控制从VCSEL12发射的光量。
从VCSEL12垂直发射的光由毫安范围内的正向偏置的激射电流产生。如图2所示，由监控光探测器14检测到的根据垂直发射光的电流24具有一个激射阈值点20和一个激射终止点22，在点20，光量急剧增加；在点22，光量急剧减少。当所加激射电流在激射阈值点20和激射终止点22之间时，能检测到几个微安的输出电流。当所加激射电流在上述范围之外，则监控探测器的探测电流就可忽略了。
根据水平发射光的电流34同根据垂直发射光的电流24相比要相对地小。另外，不能明确地判断出根据水平发射光的电流34的激射阈值点30和激射终止点32。根据水平发射光的电流34缓慢地增加然后减少。
这里，根据水平发射光的探测电流与根据垂直发射光的探测电流不成比例，该事实意味着水平发射光量与垂直发射光量也不成比例。因而，基于所探测的水平发射光；不可能精确控制垂直发射光量。另外，因为较多的水平发射光穿透过监控光探测器14，所以很难获得为了控制垂直发射光而检测信号所需的足够的水平发射光量。
本发明的目的就是提供一种能够基于垂直发射光量有效地控制VCSEL所发射的光量的光输出装置及所应用的光学头装置。
为实现上述目的的一个方面，提供了一种光输出装置，它包括一个基底；一个装在基底上的VCSEL，用于沿垂直基底的方向发光；以及用于控制VCSEL光输出的光输出控制装置，其中，光输出控制装置包括一个封装VCSEL的外罩，它具有用于透射大部分VCSEL所发射的光而将一部分光反射回基底上的投射窗口；一个安装在VCSEL所在的基底上的监控光探测器，用于接收从VCSEL发射的并从投射窗口反射的一部分光，并且将其转换为一电信号；以及多个引线管脚，同VCSEL和监控光探测器相连，用于连接电源以及传送电信号。
为了实现上述目的的另一方面，提供了一种应用光输出装置的光学头装置，它包括一个基底；一个安装在基底上的VCSEL，用于沿垂直于基底的方向发光；用于控制VCSEL光输出的光输出控制装置；一个用于聚集VCSEL的发射光而在一种光学记录介质上形成一个光点的物镜；一个用于改变光学记录介质所反射的光的路径的光路径改变装置；以及一个用于接收反射光和探测误差信号和信息信号的第一光探测器，其中，光输出控制装置包括一个封装VCSEL的外罩，它具有用于透射VCSEL所发射的大部分光并将其部分光反射回所述基底上；一个安装在VCSEL所在的基底上的第二监控光探测器，用于接收从VCSEL发射并从投射器窗口反射的一部分光，并且将所接收的光转换为一个电信号；以及多个第一引线管脚，其连接于VCSEL和监控光探测器，并用于连接电源和传送电信号。
下面将参照附图和优选实施例，使本发明的上述目的和优点更加清楚，其中图1是传统的光输出装置的示意图；图2表示根据图1的光输出装置在垂直和水平方向上的光输出所绘制的探测电流曲线；图3是根据本发明的光输出装置的一个实施例的剖面示意图；图4是根据本发明的光输出装置的另一个实施例的剖面示意图；图5是应用根据本发明的光输出装置的光学头装置第一实施例的剖面示意图；图6是表示图5中的光学头装置外罩内部的局部剖面图；图7是应用根据本发明的光输出装置的光学头装置的第二实施例的剖面示意图；图8是应用根据本发明的光输出装置的光学头装置的第三实施例的剖面示意图；以及图9是应用根据本发明的光输出装置的光学头装置的第四实施例的剖面示意图。
如图3所示，根据本发明的光输出装置包括一个基底41、装在基底41上的VCSEL42、以及用于控制VCSEL42的光输出的一个光输出控制器50。
VCSEL42沿垂直于其上表面的方向发光。
光输出控制器50包括一个监控光探测器52、具有一个投射器窗口56的一个外罩54、以及多个引线管脚58。
外罩54安装在基底41上以封闭VCSEL42和监控光探剂器52。投射器窗口56安装在从VCSEL42发射的光的光路上。大部分从VCSEL42发射的光穿过投射窗口56而被透射，其余部分从投射窗口反射回来。
监控光探测器52安装在VCSEL42所在的基底41上，并接收从投射窗口56反射回来的光。此时，由于监控光探测器52接收了一些垂直光，所以所接收的光量与从VCSEL42发射的光量是成比例的。
监控光探测器52具有与VCSEL42相同的结构最好是能通过加反向偏压就能接收入射光。
引线管脚58将外部电源同VCSEL42和监控光探测器52相连，并将来自监控光探测器52的电信号传送出去。这些引线管脚58穿过基底41并同监控光探测器52、VCSEL42、以及外罩54的基底41相连。
图4是一个根据本发明的另一个光输出装置实施例的剖面图。
这里，与图3中相同的参考号是表示相似或相同的部分且具有相似或相同的功能。
如图4所示，一个反射镀层57形成于投射窗口56的一预定部位上以增加从投射窗口56反射到监控光探测器52的光量。
这个反射镀层由高反射率的金属如金或银所形成。
投射窗口56在没有反射镀层57时，反射约5％到6％的VCSEL42所发射的光，而有反射镀层57后则反射50％到60％的光。因此，监控光探测器52能接收足够的光束产生电信号以控制VCSEL42的光输出。
现在，参考图5和图6，将描述采用了根据本发明的光输出装置的光学头装置的第一实施例。
如图5所示，光学头装置由下列部分组成一基底61；一VCSEL63，装于基底61上并用于发射激光束；一光输出控制器70，用于控制VCSEL63的光输出；一物镜90，设在VCSEL63和一光学记录介质100之间的光轴上，并用于聚集入射光束且将该光聚焦在光学记录介质100上；第一光探测器83，用于接收从光学记录介质反射的光并检测信息信号和误差信号；以及一光路径改变部分80，用于将从光学记录介质100反射的光引向第一光探测器83。
光输出控制器70由第二监控光探测器72、具有一投射窗口76的一外罩74以及第一引线管脚78a、78b和78c组成。
这里，VCSEL63和光输出控制器70的工作原理同上面所述的一样。
第一光探测器83安装在VCSEL63所在的基底61上。
第一光探测器83最好包括四个独立的光探测器83a、83b、83c和83d(图6所示)以便独立地接收光并将其转换为电信号。四个第二引线管脚84a、84b、84c和84d装于外罩74内，并穿过基底61，它们将第一光探测器83所探测的电信号传送到外罩74的外面。第二引线管脚84a、84b、84c和84d分别电连接到第一光探测器83的4个独立的光探测器83a、83b、83c和83d上，以及电连接到一误差检测电路部分(未示出)以检测无线电频率信号、跟踪误差信号和聚焦误差信号。
光路径改变部分80设在投射窗口76和物镜90之间的光路中，最好具有一全息器件81以产生衍射并聚集从光学记录介质100反射的光，以及将其引到第一光探测器83上。光路径改变部分80可以是一普通的分束器。在此情况下，第一光探测器83就装在外罩74的外面。
在本发明中，第一光探测器83由四个独立光探测器组成，但可以由二个或六个光探测器组成，视具体情形而定。
下面参照图7，将描述采用了根据本发明的光输出装置的光学头的第二实施例。
如图所示，在投射窗口76的一预定部位上形成一反射镀层77，以增加从投射窗口76反射到第二监控光探测器72上的光量。
一般来说，该反射镀层77由高反射率的金属如Au或Ag等所形成。这里，具有与在图5和图6中所描述的本发明的第一实施例中相似或相同的参考标号的部分将不再描述。
现在参考图8将描述采用了根据本发明的光输出装置的光学头装置的第三实施例。
如图所示，在投射窗口76的上表面形成一全息图样(Pattern)82以作为光路径改变部分80。全息图样82将从光学记录介质100反射的光进行衍射并将其聚焦在基底61上的第一光探测器83上。
与单独用一个全息器件81(如图7所示)来作为光路径改变部分相比，在投射窗口76的上表面形成全息图样82能使光学头装置更紧凑。
具有与在图5和图6中所描述的本发明第一实施例中相似或相同的参考标号的部分将不再描述。
现在参考图9，将描述采用了根据本发明的光输出装置的光学头装置的第四实施例。
如图所示，在投射窗口76的内表面的一预定部分形成一如图7所示的反射镀层77以增加从投射窗口76反射到第二监控光探测器72的光量。另外，在投射窗口76的上表面形成一如图8所示的全息图样。该反射镀层77和全息图样82的功能和工作原理同上所述的一样。
具有与在图5到图8的图中相同的参考标号的部分将不再描述。
如上所述，根据本发明所述的光输出装置利用监控光探测器检测到一些来自VCSEL63垂直发射的光并基于所检测到的光更精确地控制光输出。
另外，采用了根据本发明所述的光输出装置的光学头装置能够通过接收与VCSEL63所发射的光量成比例的光束来控制VCSEL63的发射光量。并且，通过在外罩上的投射窗口上形成全息器件可以使其装配更容易、结构更紧凑化。
权利要求
1.一种光输出装置，包括一基底；一垂直腔表面发射激光器(VCSEL)，安装在基底上并用于沿垂直基底的方向发射激光；以及光输出控制装置，用于控制VCSEL的光输出，其中，所述光输出控制装置由下面部分组成一用于封装VCSEL的外罩，其具有投射窗口，该投射窗口使大部分从VCSEL发射的光透射并使其一部分光反射到所述基底上；一监控光探测器，其安装在VCSEL所在的基底上，且用于接收一些从VCSEL发射的并从投射窗口反射回的光，以及将这些光转换为电信号；以及，多个引线管脚，其连接到VCSEL和监控光探测器，且用于连接到一供电电源以及传送所述电信号。
2.如权利要求1所述的光输出装置，其中，在所述投射窗口的内表面的预定部位上有一由金(Au)或银(Ag)所形成的反射镀层。
3.如权利要求1所述的光输出装置，其中，所述监控光探测器具有同所述VCSEL一样的结构，并且通过施加反向偏压来接收入射光。
4.一种光学头装置，包括一基底；一VCSEL，其安装在基底上并用于沿垂直于基底的方向发射激光；光输出控制装置，其用于控制VCSEL的光输出；一物镜，其用于通过聚集从VCSEL发射的光束将光会聚在一光学记录介质上；一光路径改变装置，其用于改变从光学记录介质反射的光的路径；以及一第一光探测器，其用于接收所述反射光和检测一误差信号和一信息信号，其中，所述光输出控制装置包括一用于封装VCSEL的外罩，其具有一投射窗口，该投射窗口用于使大部分从VCSEL发射的光透射并使一部分光反射回所述基底上；一第二监控光探测器，其安装于VCSEL所在的基底上，且用于接收一些从VCSEL发射的并从投射窗口反射回的光，以及将这些光转换为电信号；以及，多个第一引线管脚，其连接于VCSEL和监控光探测器，并用于连接一供电电源以及传送所述电信号。
5.如权利要求4所述的光学头装置，其中，在所述投射窗口的内表面的预定部位上有一由Au或Ag所形成的反射镀层。
6.如权利要求4所述的光学头装置，其中，所述第一光探测器被设置在装有所述VCSEL的基底上。
7.如权利要求6所述的光学头装置，另外还包括至少一个第二引线管脚，其电连接于所述第一光探测器，并用于传送电信号。
8.如权利要求6所述的光学头装置，其中，所述第一光探测器包括四个独立的光探测器，其用于独立地接收光并将所述接收的光转换为电信号。
9.如权利要求7所述的光学头装置，另外还包括至少一个第二引线管脚，其电连接于所述第一光探测器，并用于传送电信号。
10.如权利要求4所述的光学头装置，其中，在所述投射窗口和所述物镜之间的光路中安装一个作为所述光路径改变装置的全息器件，该全息器件用于对从光学记录介质反射的光进行衍射和聚集、然后将其引向第一光探测器上。
11.如权利要求4所述的光学头装置，其中，在投射窗口的上表面形成有一作为所述光路径改变装置的预定的全息图样，该预定的全息图样用于对从光学记录介质反射的光进行衍射和聚集、然后将其引向第一光探测器上。
12.如权利要求4所述的光学头装置，其中，所述第二光探测器具有同所述VCSEL一样的结构，并且通过施加反向偏压来接收入射光。
全文摘要
提供了一种光输出装置和采用该装置的光学头装置。光输出装置包括基底、VCSEL、和光输出控制器，光输出控制器包括具有投射窗口的外罩，投射窗口将大部分发射光透射并将一部分光反射；监控光探测器，其接收所述反射回的光并将光转为电信号；多个引线管脚，其连于电源并传送电信号。光学头装置包括聚集发射光并会聚在记录介质上的物镜、改变记录介质的反射光的光路改变单元、和将所述电信号反馈到误差检测电路的另一光探测器。
文档编号H01S5/183GK1159048SQ9611206
公开日1997年9月10日 申请日期1996年11月8日 优先权日1996年1月23日
发明者申铉国 申请人:三星电子株式会社