[發明專利]具有多個光學對準焊接元件的小型光學封裝

無效

• 申請號: 200710301205.3
• 申請日: 2007-12-14
• 公開（公告）號: CN101226317A
• 公開（公告）日: 2008-07-23
• 發明（設計）人: 邰闊疇;安德烈·王
• 申請（專利權）人: JDS尤尼弗思公司
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35;G02F1/365;G02F1/377;G02B6/26
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司
• 代理人: 鄭小粵

對相關申請的交叉引用

[1]本發明要求申請于2006年12月14日的美國專利申請No.60/869,972的優先權，題目為“用于光纖耦合非線性光波導裝置的封裝設計”，通過參考將其結合于本申請。

技術領域

[2]本發明涉及一種具有充分熱穩定的小型光學封裝，所述封裝包含多個光學對準元件用來構成一個光學器件，所述光學封裝中的所有元件被直接焊接到基座構件，或直接焊接到和公用基座構件焊接的支撐構件上。

發明背景

[3]在光學系統內操作的光學裝置和器件的壽命一般受到各種熱和機械載荷和/或應力的影響。上述光學裝置的一個例子是光學濾波器。這種光學裝置的組件包括兩根插入毛細管套圈的光學玻璃光纖，以產生和光學濾波器對準的光纖-套圈分組件。濾波器的光構件通常含有嵌入絕緣玻璃管的漸變折射率(GRIN)透鏡，絕緣玻璃管依次被金屬外殼通過機械方式保護。這些濾波器往往具有比預期更高的差損，將導致通信系統或模塊的整體性能的衰減。當器件置于溫度變化的操作環境時，所述插損問題尤其突出。

[4]輸入玻璃套圈通常采用兩種設計方案中的一種。適用于包含多根玻璃光纖的單根毛細管或適用于每根光纖的分立環形毛細管已被應用，每一種毛細管含有相對短的光纖接入圓錐形導入端。使用這種輸入毛細管，受制于超過短圓錐端的多余S彎曲。所述額外的微型彎曲增大了差損。光纖套圈分組件利用的套圈是通過下面的方法制造：將剝去聚合物涂層的光纖插入到各自對應的毛細管套圈；將光纖環氧焊接到毛細管套圈，包括圓錐端部分；研磨并拋光光纖套圈上的角度面；以及在已拋光表面沉積一層抗反射(AR)鍍膜。一旦完成，光纖套圈和準直GRIN透鏡對準并組裝，然后被嵌入絕緣玻璃管，絕緣玻璃管通過金屬外殼保護。

[5]在很多實施例中，通過粘合劑將光纖套圈固定在封裝范圍內的基座構件或支撐構件上以便進行保護。在一些實施例中，上述光纖套圈被激光焊接到支撐構件。

[6]由于組件最后封裝時粘合劑固化處理和激光焊接所帶來的高溫熱循環，使得先安裝濾波器最后進行封裝很容易降低對準的精確度。由于光學組件熱收縮產生的壓力，造成上述制造方法和最終得到的組件帶有一些問題，所述熱收縮由于玻璃和金屬材料之間的熱性質不匹配，粘合劑焊接時產生的聚合反映性收縮，和在封裝過程中焊接造成的結構制約所導致。所述壓力在結合過程中導致光學器件移位，結果導致插損從0.3增大到1dB或更多。

[7]在設備壽命期內，為了提供具有熱穩定和所需技術指標的封裝器件，像環氧樹脂或通過激光焊接的粘合劑不實用。所述粘合劑中的每一個都有它們相關的缺點。雖然激光焊接具有很短的啟動時間和設置時間，但是已知的后置焊接導致移位問題，可能造成焊接到支撐構件的套筒中封裝的光纖發生移位。

[8]圖1是光學封裝示意圖，其中的光學封裝是多年發展研究的結果，目的在于在制造較小的具有熱穩定的光學封裝器件時，試圖實現自動封裝過程和降低生產成本。上述目的在于提供一種封裝器件，所述封裝器件的性能在設備的預期壽命中沒有明顯的降低。關于制造成本和可靠性方面的原因導致所述解決方案被放棄。

[9]圖1中的非線性倍頻晶體10用于過濾輸入信號并輸出倍頻光信號。在制造器件時，包裹在套筒中的光纖12a和12b必須被精確對準，以使光信號從輸入光纖12a射出到達其輸出端，并通過倍頻晶體10，所述光信號必須在無不當插損條件下耦合到光信號輸出接收光纖12b，并通過晶體10提供最優過濾信號。

[10]如圖1所示的倍頻晶體光學器件，具有光學套筒或套圈14a中的輸入光纖12a，將所述輸入光纖12a光學耦合到倍頻晶體10，將所述倍頻晶體10光學耦合到輸出光纖12b。光學套筒14a通過夾具16固定在固定位上，所述夾具16通過激光焊接在其下面的基座構件上。所述光學晶體10通過支撐件18固定，所述支撐件18通過夾具7固定在基座上。螺栓9緊固在封裝的底層基座構件上。顯然，封裝內元件之間的大量結合部位，增大器件未對準的可能性。此外，所述封裝內的多個元件和緊固件減小了其它器件的可用空間。圖1中通過封裝上蓋方向有利于展示所述封裝，所述封裝的上蓋位于封裝上方并用于封裝的密封。

[11]從圖1中所示裝置可以明顯看出，在某個器件與其他器件固定耦合時并且使所述其他器件必須相對對準公用基座構件并緊固于公用基座構件上時，裝置中必然含有大量結合部位。此外，在所述裝置組裝時需要使用粘合劑，激光焊接，電焊接和夾具。

[12]可以理解的是，在光學封裝內固定其它器件的器件越多，在裝置的使用壽命內未對準的可能性就越大。

[13]下面提供一個簡單的方案：