專利名稱：用于探測距離增加的自混合干涉測量術(shù)的激光傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于自混合千涉測量術(shù)的激光傳感器，其包括至少 一個(gè)發(fā)射激光輻射的半導(dǎo)體激光光源和至少一個(gè)監(jiān)測該激光光源的激 光輻射的光電探測器。
基于自混合干涉測量術(shù)(SMI)的激光傳感器提供了測量速度、振 動(dòng)和距離的可能性，并且因此覆蓋了寬的應(yīng)用范圍。SMI激光傳感器利 用下述效應(yīng)從目標(biāo)物體被向后散射并再次進(jìn)入激光腔的激光與諧振輻 射干涉并因此影響該激光器的輸出特性。當(dāng)該激光器以高出激光閾值不 太多的情形操作時(shí)，對向后耦合的光的響應(yīng)是線性的，并且所得的輸出
可追i的信息。經(jīng)由光電探測器收集包含該信息的;敫i輸出;/號(hào)。*'
背景技術(shù)：
在SMI激光傳感器中，半導(dǎo)體激光器通常用作激光光源。如果這些 激光器用所定義的電流形狀(例如周期性的鋸齒形或三角形電流)來操 作，則激光的輸出頻率幾乎即刻地遵循這些電流變化，這歸因于同時(shí)改 變的光學(xué)諧振器長度。所得的諧振光與向后散射的光之間的頻率差異可 以在適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)單元中被評(píng)價(jià)并且被轉(zhuǎn)化回期望的位置或速度信息。
紅外垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)在光通信應(yīng)用中十分常見。 該激光腔由兩個(gè)分布布拉格反射器(DBR)的堆疊組成，這兩個(gè)堆疊外 延地生長在合適的襯底上并且圍成由幾個(gè)量子阱構(gòu)成的增益區(qū)域。該 DBR層還接管了將電流饋送到所述增益區(qū)域中的任務(wù)。因此所述DBR 之一是n摻雜，而另一個(gè)為p摻雜。在這樣的VCSEL中，所述DBR中 的一個(gè)設(shè)計(jì)為高反射性的，典型地p-DBR針對激射(lasmg)波長的反 射率為>99.9% ，而另 一 個(gè)DBR允許激光輻射的高效向外耦合 (outcoupling)并且因此也允許從目標(biāo)物體進(jìn)入激光腔的反饋。VCSEL 的卓越優(yōu)點(diǎn)在于，它們的表面發(fā)射特性使得它們適合于晶片級(jí)上的大量 的生產(chǎn)和測試，這開放(叩en) 了低成本生產(chǎn)工藝的可能性。而且，可 以經(jīng)由發(fā)射表面的面積將輸出功率縮放至 一 定程度?？梢酝ㄟ^使用VCSEL陣列獲得更大的輸出功率。
已知的基于自混合干涉測量術(shù)的并且包括VCSEL作為激光光源的 激光傳感器是飛利浦的激光甲蟲(Laser Beetle )。該激光傳感器被用作 PC激光鼠標(biāo)中的運(yùn)動(dòng)傳感器。該VCSEL發(fā)射大約1pm波長且具有幾毫 瓦的典型輸出功率的紅外光。由于VCSEL的短的相干長度和低輸出功 率密度，該傳感器的探測距離被限制于幾個(gè)毫米。這個(gè)短的探測距離是 具有VCSEL作為激光光源的激光傳感器的主要缺陷。因?yàn)镾MI激光傳 感器的感測原理利用了諧振輻射與向后散射的輻射之間的干涉，所以這 樣的器件的最大可達(dá)到距離被限制為所述激光輻射的相千長度le的一 半，該相干長度1。近似為
其中X()是激光輻射的中心波長，而A^WHM是其光譜線寬(在最大
值的一半處的全寬)。根據(jù)典型的中心波長 ljiim和發(fā)射半寬 0.2nm 來估計(jì)現(xiàn)存的基于VCSEL的SMI傳感器的相干長度，獲得lc的值為 lc-5mm,這很好地符合現(xiàn)有器件的探測距離。然而，短的探測距離將這 樣的基于VCSEL的SMI激光傳感器的應(yīng)用限制于短距離應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于半導(dǎo)體激光光源的SMI激光傳感器， 其超過了基于VCSEL的SMI激光傳感器的探測距離并且仍然能夠以低 成本的生產(chǎn)工藝來制造。
該目的可以利用如權(quán)利要求1中所限定的SMI激光傳感器實(shí)現(xiàn)。該 激光傳感器的有利實(shí)施例是從屬權(quán)利要求的主題或者在說明書的后續(xù) 部分中描迷。
所提出的SMI激光傳感器包括至少一個(gè)發(fā)射優(yōu)選地頻率被調(diào)制的 激光輻射的半導(dǎo)體激光光源和至少一個(gè)監(jiān)測或感測該激光光源的激光 輻射的光電探測器。該激光傳感器的特征在于，該激光光源是具有在第 一端鏡的前側(cè)上布置成層結(jié)構(gòu)的增益介質(zhì)的垂直外腔表面發(fā)射激光器 (VECSEL)，所述第一端鏡與外部第二端鏡形成外腔。在這樣的 VECSEL中，外腔的長度影響所發(fā)射的激光輻射的相干長度。傳感器控 制單元設(shè)計(jì)為使該VECSEL以這樣的方式操作僅4又在第一和第二端4竟之間發(fā)生激射。
由于所述外腔，激光光源的相干長度相對于VCSEL顯著增加。激 光輻射的相干長度通過其半寬AXFWHM與激光諧振器的腔長度直接相 關(guān)。例如，對于法布里-珀羅(Fabry-Perot)腔，所述線寬由下式確定
其中F是激光腔的精細(xì)度(Finesse),其依賴于定義的激光鏡的反 射率，A人fsr是自由光譜范圍，即兩個(gè)相鄰的縱腔模之間的波長間距。 該自由光語范圍通過下面的關(guān)系式依賴于腔長度D:
將該關(guān)系式與上述相干長度lc關(guān)系式相結(jié)合，得到
/c 2. F Z)
顯然，對于激光腔的恒定反射屬性，所發(fā)射的輻射的相干長度lc與
腔長度D成比例。
VECSEL的增加的腔長度導(dǎo)致與VCSEL相比相干長度1。的顯著增 加和功率密度的增加。因此，SMI激光傳感器的操作或探測距離以相同 的比例增加。與VCSEL的腔長度相比，其約為10pm,根據(jù)本發(fā)明的 VECSEL的腔長度〉lmm。這導(dǎo)致SMI激光傳感器的工作距離可觀地延 長至幾米，從而將允許取代更昂貴的技術(shù)(比如短距離雷達(dá)(RADAR)) 并且還提供了這樣的傳感器在汽車應(yīng)用(例如泊車輔助、盲角監(jiān)視等等) 或者運(yùn)動(dòng)檢測領(lǐng)域中廣泛使用的可能性。
由于該VECSEL基于VCSEL構(gòu)造，所以這樣的激光傳感器仍然能 夠以低成本生產(chǎn)工藝通過相似的方式生產(chǎn)。增加的有效腔長度還改進(jìn)了 束質(zhì)量并且因此便于準(zhǔn)直在遠(yuǎn)距離處的感測激光束。
由于其構(gòu)造，VECSEL允許通過經(jīng)由所述外部鏡的運(yùn)動(dòng)改變外腔長 度來進(jìn)行激光輻射的波長掃描或波長調(diào)諧，這對于距離測量是必需的。 在所提出的激光傳感器的一個(gè)實(shí)施例中，位移單元連接到外部鏡，這允 許該鏡的受控運(yùn)動(dòng)改變外腔的腔長度。該位移單元優(yōu)選地設(shè)計(jì)為周期性 地調(diào)制腔長度。通過對腔長度的這種調(diào)制，由VECSEL發(fā)射的激光輻射 的中心波長得到調(diào)制。例如，該位移單元可以包括其上安裝該外部鏡的 合適的壓電致動(dòng)器。也可以使用其他類型的位移單元或致動(dòng)器。VECSEL的構(gòu)造還允許將波長掃描或波長調(diào)諧元件設(shè)置在外部鏡與 增益介質(zhì)之間。這樣的波長調(diào)諧單元的優(yōu)選實(shí)例為法布里-珀羅干涉計(jì)或 標(biāo)準(zhǔn)具(etalon)。法布里-珀羅干涉計(jì)包括合適的致動(dòng)器，以用于調(diào)制 其兩個(gè)部件之間的距離。標(biāo)準(zhǔn)具由合適的致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，該致動(dòng)器在不同 方向或角度之間旋轉(zhuǎn)該標(biāo)準(zhǔn)具以用于VECSEL的波長掃描或波長調(diào)諧。
在另 一個(gè)實(shí)施例中，所述控制單元控制合適的電源(power source ), 以調(diào)制VECSEL的操作電流而用于調(diào)制激光波長。該控制單元可以i殳計(jì) 為例如允許用鋸齒形或三角形操作電流來操作該激光器。增益介質(zhì)的折 射率隨著電流改變，導(dǎo)致激光腔的有效光學(xué)長度改變。這允許經(jīng)由注入 的電流來實(shí)現(xiàn)激光輻射的波長調(diào)諧。
在所提出的激光傳感器的另 一個(gè)實(shí)施例中，幾個(gè)VECSEL并排設(shè)置 成一維或二維陣列。每個(gè)VECSEL以相同的方式設(shè)計(jì)并且具有對應(yīng)的光 電探測器用于感測激光輸出。通過借助于合適的反饋機(jī)制在這樣的陣列 中相干地耦合VECSEL,與僅僅具有單個(gè)VECSEL的激光傳感器相比， 可以獲得更高的激光功率以用于感測或測量。
在優(yōu)選實(shí)施例中，這樣的陣列的VECSEL的外部鏡設(shè)計(jì)成將激光輻 射的一部分偏轉(zhuǎn)，從而穿過一個(gè)或幾個(gè)相鄰的VECSEL的增益介質(zhì)。這 可以通過適當(dāng)成形的外部鏡來實(shí)現(xiàn)。在另一個(gè)實(shí)施例中， 一個(gè)或幾個(gè)附 加的偏轉(zhuǎn)元件設(shè)置在外部鏡與每個(gè)VECSEL的增益介質(zhì)之間，從而實(shí)現(xiàn) 以相同方式相干耦合。
本發(fā)明的這些和其他方面根據(jù)下面描述的實(shí)施例而變得清楚并且 將參照這些實(shí)施例而被闡明。
下面將參照附圖，不限制如權(quán)利要求中定義的保護(hù)范圍，通過實(shí)例 的方式來描述所提出的激光傳感器。在附圖中，
圖l是所提出的激光傳感器的第一實(shí)施例的示意圖； 圖2是所提出的激光傳感器的第二實(shí)施例的示意圖； 圖3是所提出的激光傳感器的第三實(shí)施例的示意圖； 圖4是所提出的激光傳感器的第四實(shí)施例的示意圖； 圖5是示出所提出的激光傳感器的笫五實(shí)施例的一部分的示意以及圖6是所提出的激光傳感器的第六實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式
在所提出的激光傳感器的如下實(shí)例中，VECSEL由VCSEL層結(jié)構(gòu) 15組成，該VCSEL層結(jié)構(gòu)15由嵌入在兩個(gè)分布布拉格反射器(DBR) 2、 4之間的電泵浦的增益介質(zhì)3 (嵌入在GaAs中的InGaAs量子阱)形 成，這兩個(gè)分布布拉格反射器形成該激光器的內(nèi)腔。下DBR4對于激射 波長具有高反射性(反射率優(yōu)選地〉99.5%),而上DBR 2具有較小的 反射率，從而允許來自外腔的反饋。所述DBR中的一個(gè)是p摻雜的而 另一個(gè)是n摻雜的，從而允許高效的電流饋送到增益區(qū)域中。在該實(shí)例 中，具有較高反射率的下DBR 4是p摻雜的，上DBR2是n摻雜的。 然而，原則上，相反順序的摻雜也是可行的。
用于電流注入增益介質(zhì)3中的操作電流由合適的電源IO提供，在 圖1的所提出的激光傳感器的實(shí)施例中，該電源IO連接到傳感器控制 單元12或者包括這樣的控制單元12用于及時(shí)調(diào)制注入電流。利用該電 流調(diào)制實(shí)現(xiàn)所發(fā)射的激光輻射7的頻移，以便獲得期望的距離或速度信 息。所注入的電荷載流子的變化導(dǎo)致增益介質(zhì)3的折射率的變化，進(jìn)而 還導(dǎo)致光腔長度D的變化?？v腔^t的中心波長Xc由下式給出
附
其中m是相應(yīng)模的階數(shù)(order)。因此，光腔長度的增加也使得 給定的縱模的發(fā)射波長增加。可以實(shí)現(xiàn)大約A^-0.5nm的典型波長偏移。 如果必要，可以通過引入如圖2-4所示的其他措施(measure)來大幅延 長該3巨離。
在圖1所示的實(shí)施例中，合適的電流形狀經(jīng)由n-DBR和p-DBR電 接觸(圖中未示出)而饋送入增益區(qū)域。附接到下DBR4的后側(cè)的光電 探測器6測量從高反射性p-DBR鏡4泄漏的少量輻射，并且因此監(jiān)測來 自目標(biāo)物體(圖中未示出)的向后散射的光8對激光的影響，可以從該 激光提取關(guān)于目標(biāo)物體的距離或速度的信息。VCSEL層結(jié)構(gòu)15生長在 合適的光學(xué)透明襯底1上。該襯底上的這樣的層結(jié)構(gòu)可以通過用于 VCSEL芯片的低成本生產(chǎn)工藝來生產(chǎn)。因此，光電探測器6被附接到這 樣的芯片的后側(cè)。外腔由如圖1所示在上DBR2之上的適當(dāng)距離處放置并調(diào)節(jié)的激光 鏡5形成。該激光鏡5可以例如由金屬或電介質(zhì)涂lt的^!竟或由具有適當(dāng) IR反射特性的窄帶體布拉格光柵(VBG)形成。所述增益介質(zhì)以不允許 內(nèi)腔系統(tǒng)超過激光閾值但是要求外腔即外部鏡5的反饋以實(shí)現(xiàn)激射的水 平被電泵浦。這樣一來，所發(fā)射的激光輻射7的特性由外腔而不是由 VCSEL芯片上的短內(nèi)腔確定。因此，與純粹的基于VCSEL的傳感器相 比增強(qiáng)了模質(zhì)量，所發(fā)射的激光輻射7的發(fā)散角也減小了。因此，所述 激光器可以更好地聚焦在目標(biāo)物體上，并且感測應(yīng)用所要求的進(jìn)入〗敫光 腔的反饋8 (來自目標(biāo)物體的向后散射的輻射)得以改進(jìn)。
VCSEL與基于VECSEL的SMI傳感器之間存在一個(gè)重要差異。在 腔長度小的基于VCSEL的激光傳感器中，自由光譜范圍通常大于半導(dǎo) 體增益介質(zhì)的帶寬。因此，僅僅發(fā)射一個(gè)具有大線寬的縱腔模。在具有 大約lcm的數(shù)量級(jí)的外腔尺寸的VECSEL中，情況不再是這樣的。這 里，生成了大量的縱腔模。然而，當(dāng)總體上評(píng)價(jià)發(fā)射和向后反射時(shí)的激 光頻率差時(shí)，所述傳感器原理仍然起作用。然而，對于所有縱模來說頻 移是相同的，其合計(jì)為累積的信號(hào)。因此，如果僅僅影響少量的縱才莫， 則頻率掃描期間的模跳變也是可容忍的。
來自目標(biāo)物體的向后散射的激光輻射8影響由光電探測器6感測的 所發(fā)射的激光輻射7的波長。為了評(píng)價(jià)該測量信號(hào)，光電探測器6連接 到合適的評(píng)價(jià)單元9，該評(píng)價(jià)單元9與傳感器控制單元12通信并且基于 該頻率變化計(jì)算目標(biāo)物體的期望速度或距離。
在恒定操作電流的情況下并且如果感興趣的物體在激光器軸的方 向上以恒定速度v運(yùn)動(dòng)，來自該物體的向后散射的光與原始頻率相比具 有小的頻率差A(yù)f,該頻率差稱為多普勒頻移(D叩pler shift) ( c是光速)
如果該向后散射的光與激光腔內(nèi)部的光混合，則在激光二極管的功 率輸出上由傳感器觀測到與Af成比例的拍頻。該方法應(yīng)用于測量物體 的速度，因?yàn)樵撆念l與速度v成比例。
在調(diào)制的操作電流的情況下，也可以探測非運(yùn)動(dòng)物體的距離如前 所述，改變的電流導(dǎo)致改變的頻率/2=/1+ ^,其中a是單位時(shí)間的頻 率變化(可以通過選擇適當(dāng)?shù)牟僮鞣绞绞沟闷錇榫€性的)。在這種情況下，向后散射的光的頻率與腔內(nèi)的實(shí)際頻率相差
其中T是往返時(shí)間，并且因此其與行進(jìn)距離d成比例。輸出功率中 的拍頻被再次觀測到，現(xiàn)在其與物體的距離成比例。
圖2示出所提出的激光傳感器的笫二實(shí)施例，該激光傳感器允許 VECSEL的大幅擴(kuò)大的波長偏移。與圖l所示的實(shí)施例相比，該激光傳 感器允許外部激光鏡5在由黑色箭頭所指示的方向上進(jìn)行幾何運(yùn)動(dòng)。該 外部激光鏡5安裝在由所述傳感器的傳感器控制單元12控制的壓電致 動(dòng)器11上。使用該壓電致動(dòng)器11可以移動(dòng)外部鏡5,以便調(diào)制VECSEL 的光學(xué)諧振器長度。
可以容易地計(jì)算針對幾何移動(dòng)AD的波長偏移AXc:
考慮到中心波長^與縱腔模的階數(shù)m和腔長度D的依存性，可以 計(jì)算基于VECSEL的SMI傳感器的縱模階數(shù)m。從VECSEL的典型值， 例如、-lpm且D-lcm,得出典型的模階數(shù)為m-20000。因此對于所需 的A、-0.5nm的波長掃描，外部鏡5的位移AD-5pm是必需的，這可以 容易地獲得。因此還可以容易地獲得更大的掃描距離。僅僅必須運(yùn)動(dòng)掃 描的外部腔鏡5的質(zhì)量(mass)會(huì)限制掃描頻率。作為等價(jià)解決方案， 可以將VCSEL芯片安裝在壓電致動(dòng)器上并使之運(yùn)動(dòng)，同時(shí)外部鏡5保 持固定。
圖3示出另一個(gè)實(shí)施例，其中經(jīng)由法布里-珀羅干涉計(jì)13實(shí)現(xiàn)波長 掃描。該法布里-珀羅干涉計(jì)13設(shè)置在外部激光鏡5與VCSEL層結(jié)構(gòu) 15之間。在該實(shí)施例中，通過法布里-珀羅干涉計(jì)13的兩個(gè)光學(xué)透明平 行板的兩個(gè)高反射性表面(HR)之間的距離d來控制激光輻射7的發(fā)射 波長。這些板中的一個(gè)可以被固定，而另一個(gè)被安裝在壓電元件(圖中 未示出)上。通過與傳感器控制單元通信的合適的電子器件來控制或掃 描這兩個(gè)板之間的距離。為了避免高反射性表面將激光輻射直接向后反 射到增益區(qū)域內(nèi)以及進(jìn)而該器件的不想要的激射而不受外部鏡5的影 響，法布里-珀羅干涉計(jì)13優(yōu)選地以小角度旋轉(zhuǎn)，使得光諧振器軸不垂 直于法布里-珀羅干涉計(jì)13的光學(xué)表面。為了使得外腔內(nèi)的附加損^^最小化，所述光學(xué)透明板的外側(cè)可以裝配有抗反射涂層(AR)。
在圖4所示的實(shí)施例中，可以用放置在外腔內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)具14實(shí)3見相 似的頻率選擇和掃描功能。如由黑色箭頭示意性指示，通過標(biāo)準(zhǔn)具14 的受控旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)VECSEL的頻率掃描?？梢允褂糜糜谠摌?biāo)準(zhǔn)具的適當(dāng)?shù)?致動(dòng)器實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)具14的這個(gè)旋轉(zhuǎn)或傾斜，這個(gè)致動(dòng)器可以經(jīng)由傳感器 控制單元(圖中未示出)來控制。
從上述附圖已經(jīng)顯而易見，在不同的附圖中，相同的附圖標(biāo)記指示 激光傳感器的相同部件。因此，將僅僅針對這些附圖中的一個(gè)來解釋這 些同樣的部件。然而，所述解釋適用于所有附圖。
對于一些應(yīng)用來說，增加傳感器的輸出激光功率可能是必需的或至 少是有益的。增加的輸出激光功率覆蓋了所述激光傳感器的更寬的應(yīng)用 范圍?？梢酝ㄟ^使用VECSEL陣列來獲得這個(gè)增加的輸出激光功率，在 該陣列中單個(gè)元件被相干地耦合至高功率激光器。例如可以通過將 VECSEL的少量激光輻射偏轉(zhuǎn)到一個(gè)或幾個(gè)相鄰VECSEL的外腔中，來 實(shí)現(xiàn)所述單個(gè)器件之間的耦合，使得該偏轉(zhuǎn)的部分穿過所迷一個(gè)或幾個(gè) 相鄰VECSEL的增益介質(zhì)，同時(shí)所述光的主要部分保持在腔內(nèi)?？梢岳?如通過如圖5中描繪的實(shí)施例中所示的外部激光鏡5的特別成形部分來 控制少量光耦合進(jìn)入相鄰激光二極管。圖5僅僅示出具有兩個(gè)相鄰 VECSEL的這樣的激光傳感器的一部分。VCSEL層結(jié)構(gòu)15設(shè)置在公共 載體或襯底1上。從該圖中可以看出，外部鏡5的特別成形部分16設(shè) 計(jì)成使得落在整個(gè)激光鏡5上的少量光18被引導(dǎo)到相鄰VCSEL層結(jié)構(gòu) 15之一的表面上。所述特別成形部分16在下面也被稱為小耦合鏡，其 反射方向按下述方式來選擇VECSEL陣列的所有元件耦合在一起并且 發(fā)射激光，所述激光在所有器件中是相干的。
為了簡單的制造/裝配，激光鏡5可以由如圖5中所示的激光鏡陣列 17形成。
圖6示出所提出的激光傳感器的另一個(gè)實(shí)施例，該激光傳感器具有 與圖1的激光傳感器相似的構(gòu)造。圖6的激光傳感器僅僅在VCSEL層 結(jié)構(gòu)15生長在其上的光學(xué)透明襯底1的設(shè)置方面不同于圖1的激光傳 感器。在圖6所示的實(shí)施例中，該襯底1設(shè)置在下DBR4與光電探測器 6之間的延長的腔的外部。在另一個(gè)實(shí)施例中，襯底1在所述延長的腔 外部，光電探測器6可以設(shè)置在下DBR4與襯底1之間。在后一種情況下，襯底l也可以是不透明的。
所提出的激光傳感器適合用于通過使用自混合干涉測量術(shù)來測量 距離、速度或振動(dòng)的所有感測應(yīng)用。這樣的應(yīng)用的實(shí)例是例如在汽車應(yīng)
用、在國土安全(homeland security)或在人機(jī)接口指點(diǎn)設(shè)備中的運(yùn)動(dòng) 探測、位置探測和速度傳感器。
已經(jīng)在附圖和前面的說明書中詳細(xì)地示出并描述了本發(fā)明。然而， 本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例。上文所述和權(quán)利要求中的不同實(shí)施例也 可以進(jìn)行組合。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在實(shí)踐要求保護(hù)的本發(fā)明時(shí)，通過研 究附圖、公開和所附權(quán)利要求書能夠理解并實(shí)現(xiàn)所公開的實(shí)施例的其他 變形。例如，每個(gè)激光鏡也可以形成不止一個(gè)小耦合鏡，其將指定的 VECSEL二極管的輻射耦合到幾個(gè)相鄰的二極管。而且，在附圖所示的 VECSEL中，具有較低反射率的上DBR也可以省略。
在權(quán)利要求中，動(dòng)詞"包括，，及其變化形式的使用不排除其他元件或 步驟，并且不定冠詞"一"不排除多個(gè)。在相互不同的從屬權(quán)利要求中敘 述一些措施這個(gè)起碼的事實(shí)并不表示這些措施的組合不能有利地使用。 權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制這些權(quán)利要求的范圍。附圖標(biāo)記列表
1 襯底
2 上DBR
3 增益介質(zhì)
4 下DBR
5 外部鏡
6 光電探測器
7 發(fā)射的激光輻射
8 向后散射的激光輻射
9 評(píng)價(jià)單元
10 電源
11 壓電致動(dòng)器
12 傳感器控制單元
13 法布里-珀羅千涉計(jì)
14 標(biāo)準(zhǔn)具
15 VCSEL層結(jié)構(gòu)
16 激光鏡的成形部分
17 激光鏡陣列
18 激光的偏轉(zhuǎn)部分
權(quán)利要求
1.一種用于自混合干涉測量術(shù)的激光傳感器，包括至少一個(gè)發(fā)射激光輻射的半導(dǎo)體激光光源和至少一個(gè)監(jiān)測該激光光源的激光輻射的光電探測器(6)，其中所述激光光源是具有在第一端鏡(4)的前側(cè)上布置成層結(jié)構(gòu)(15)的增益介質(zhì)(3)的垂直外腔表面發(fā)射激光器，所述第一端鏡(4)與外部第二端鏡(5)形成外腔。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的激光傳感器，其中所述增益介質(zhì)(3)夾在所述層結(jié)構(gòu)(15)中的兩個(gè)分布布拉 格反射器(2, 4)之間，所述分布布拉格反射器中的外部的一個(gè)對于激 射波長具有比內(nèi)部分布布拉格反射器更高的反射率并且形成所述外腔 的所述笫一端鏡(4)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的激光傳感器，其中所述層結(jié)構(gòu)(15)形成在所述外腔內(nèi)部的光學(xué)透明襯底(1)上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2的激光傳感器，其中所述層結(jié)構(gòu)(15)形成在所述外腔外部的襯底(1)上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的激光傳感器，其中所述光電探測器(6)設(shè)置在所述第一端鏡(4)的后側(cè)上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的激光傳感器，進(jìn)一步包括用于調(diào)制所述垂直外腔表面發(fā)射激光器的操作電流的 控制單元(12)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的激光傳感器，其中所述外部鏡(5)或包括所述第一端鏡(4)的所述層結(jié)構(gòu)(15) 安裝在位移單元(11 )上，所述位移單元(11 )由控制單元(12)控制， 從而移動(dòng)所述外部鏡(5)或所述第一端鏡(4)用于及時(shí)調(diào)制所述外腔 的光腔長度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的激光傳感器，其中波長調(diào)諧單元設(shè)置在所述外部鏡(5)與所述增益介質(zhì)(3)之 間，所述波長調(diào)諧單元由控制單元(12)控制以用于調(diào)制由所述垂直外 腔表面發(fā)射激光器發(fā)射的激光輻射的中心波長。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的激光傳感器，其中所述波長調(diào)諧單元包括由致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的法布里-珀羅干涉計(jì)(13)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8的激光傳感器，其中所述波長調(diào)諧單元包括可由致動(dòng)器傾斜或旋轉(zhuǎn)的標(biāo)準(zhǔn)具(14 )。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1的激光傳感器，其中所述光電探測器(6 )連接到評(píng)價(jià)單元(9 ),所述評(píng)價(jià)單元(9 ) 設(shè)計(jì)成根據(jù)所述光電探測器(6)的測量信號(hào)計(jì)算距離和/或速度。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1的激光傳感器，其中幾個(gè)具有相應(yīng)光電探測器(6)的垂直外腔表面發(fā)射激光器并 排地設(shè)置并且形成一維或二維陣列，所述垂直外腔表面發(fā)射激光器相干 地耦合。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的激光傳感器，其中所述幾個(gè)垂直外腔表面發(fā)射激光器中至少一個(gè)的所述外部鏡 (5)設(shè)計(jì)成將在所述外腔中諧振的所述激光輻射的一部分偏轉(zhuǎn)，從而 穿過一個(gè)或幾個(gè)相鄰的垂直外腔表面發(fā)射激光器的所述增益介質(zhì)(3)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于自混合干涉測量術(shù)的激光傳感器。該激光傳感器包括至少一個(gè)發(fā)射激光輻射的半導(dǎo)體激光光源和至少一個(gè)監(jiān)測該激光光源的激光輻射的光電探測器(6)。該激光光源是具有在第一端鏡(4)的前側(cè)上布置成層結(jié)構(gòu)(15)的增益介質(zhì)(3)的VECSEL，所述第一端鏡(4)與外部第二端鏡(5)形成外腔。所提出的激光傳感器提供了增加的探測距離并且能夠以低成本的生產(chǎn)工藝來制造。
文檔編號(hào)H01S5/183GK101682169SQ200880015273
公開日2010年3月24日 申請日期2008年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月7日
發(fā)明者H·莫恩克, J·貝爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司