[发明专利]改进的利用滤光器的自混合模块

说明书

提供了用于在自混合条件下生成、增强和检测激光的幅度调制和相位调制的系统和方法。所述系统可以包括激光器和检测器，所述检测器用于提取自混合信号的特性，随后使用以硬件或软件方式被实现的算法来解释所述自混合信号的特性。在激光器是垂直腔体表面发射激光器(VCSEL)的情况下，可通过借助分束器对表面光发射进行监测来检测输出信号，或在一些实施例中作为来自激光器的底表面的发射来监测。在一些实施例中，系统可以进一步包括波长滤光器，诸如信号路径中的标准具。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年6月13日提交的题为“Improved Self-Mix Module UtilizingFilters(改进的利用滤光器的自混合模块)”的美国临时申请第62/349,123号的权益和优先权，其内容通过引用整体被并入本文。

技术领域

本发明公开文本涉及信号处理并涉及基于激光自混合的机制的传感器。还公开了用于针对传感器的改进的封装的方式。

背景技术

本文中所提供的背景描述用于总体地呈现本公开的上下文的目的。在此背景技术部分所描述的程度上的当前命名的发明人的工作以及在递交时可不以其他方式作为现有技术的描述的各方面既不明确地又不隐含地被承认为反对本公开的现有技术。

激光器和激光二极管中的自混合(或也被称为光学反馈干涉)是一种用于感测与运动相关的物理现象的敏感机制。该敏感性是由于以下因素引起的：激光器对于甚至是微小水平的光学反馈也具有极大的敏感度、该反馈的相对的相位变化、以及这些相位变化发生在光自身的光波长量级的距离尺度上。另外，激光器对这些变化的时间响应在极限情况下仅受激光器腔体内光子的寿命限制，其本身在几十皮秒的量级上，因此响应可以非常快。因此，高速、高灵敏度、以及高空间分辨率的潜力使得自混合成为一种非常有吸引力的传感器技术。

还因为自混合的实现需要最少的外部部件并且硬件的复杂度可较低，所以自混合是一种有吸引力的技术。进一步的益处在于该技术是固有地自对准的。这些传感器还可以包含诸如降噪和信息提取算法之类的各种水平的信号处理，该信号处理通常是针对特定应用和感兴趣的被测量高度定制的。高速的专用电路(ASCIS)的可用性允许紧凑的和高性能的自混合传感器。

基于自混合的激光传感器已经于各处存在了很长时间，主要用于振动测量、位移、轮廓测量和测速。诸如题为“Laser Self-Mixing Measuring Device(激光自混合测量设备)”的美国专利No.8,416,424 B2(该专利通过引用以其全部内容被并入本文)中所描述的设备之类的常规设备似乎公开了在激光器与检测器之间的光路中具有移动的衍射光栅的一种这样的自混合测量设备。所述设备大多数用于较短距离的工业应用，在这样的工业应用中，可实现的信号电平足以用于可靠的检测和传感器灵敏度。由此，增加可获得的信号电平将引起可由该技术寻址的应用空间的广泛扩展。

垂直腔体表面发射激光器(VCSEL)可以是对于自混合而言特别适合的一种半导体激光器形式。已知VCSEL中的自混合。然而，VCSEL受到与传统激光器相同的限制中的许多限制，即低的可获得的信号电平。已经为了优化VCSEL以用于改进VCSEL自混合性能而做了工作，但改进的程度对于本文中所构想的多个感兴趣消费者应用而言仍是不足的。可能最成功的应用和最近的发展是将VCSEL使用在光学鼠标的基于自混合的传感器中，在该传感器中目标距离在厘米的量级上。另外，基于VCSEL的紧凑型低成本封装方法将使得自混合传感器到消费者应用和市场中的渗透率能够提高，消费者应用和市场将从对该自混合传感器的利用中显著获益。

发明内容

以下提供了本公开的一个或多个实施例的简化概述以便提供对此类实施例的基本理解。此概述不是所有构想的实施例的广泛综览，并且既非旨在标识所有实施例的关键性或决定性要素，亦非旨在描述任何或所有实施例的范围。