[发明专利]具有多个光学对准焊接元件的小型光学封装

说明书

对相关申请的交叉引用

[1]本发明要求申请于2006年12月14日的美国专利申请No.60/869,972的优先权，题目为“用于光纤耦合非线性光波导装置的封装设计”，通过参考将其结合于本申请。

技术领域

[2]本发明涉及一种具有充分热稳定的小型光学封装，所述封装包含多个光学对准元件用来构成一个光学器件，所述光学封装中的所有元件被直接焊接到基座构件，或直接焊接到和公用基座构件焊接的支撑构件上。

发明背景

[3]在光学系统内操作的光学装置和器件的寿命一般受到各种热和机械载荷和/或应力的影响。上述光学装置的一个例子是光学滤波器。这种光学装置的组件包括两根插入毛细管套圈的光学玻璃光纤，以产生和光学滤波器对准的光纤-套圈分组件。滤波器的光构件通常含有嵌入绝缘玻璃管的渐变折射率(GRIN)透镜，绝缘玻璃管依次被金属外壳通过机械方式保护。这些滤波器往往具有比预期更高的差损，将导致通信系统或模块的整体性能的衰减。当器件置于温度变化的操作环境时，所述插损问题尤其突出。

[4]输入玻璃套圈通常采用两种设计方案中的一种。适用于包含多根玻璃光纤的单根毛细管或适用于每根光纤的分立环形毛细管已被应用，每一种毛细管含有相对短的光纤接入圆锥形导入端。使用这种输入毛细管，受制于超过短圆锥端的多余S弯曲。所述额外的微型弯曲增大了差损。光纤套圈分组件利用的套圈是通过下面的方法制造：将剥去聚合物涂层的光纤插入到各自对应的毛细管套圈；将光纤环氧焊接到毛细管套圈，包括圆锥端部分；研磨并抛光光纤套圈上的角度面；以及在已抛光表面沉积一层抗反射(AR)镀膜。一旦完成，光纤套圈和准直GRIN透镜对准并组装，然后被嵌入绝缘玻璃管，绝缘玻璃管通过金属外壳保护。

[5]在很多实施例中，通过粘合剂将光纤套圈固定在封装范围内的基座构件或支撑构件上以便进行保护。在一些实施例中，上述光纤套圈被激光焊接到支撑构件。

[6]由于组件最后封装时粘合剂固化处理和激光焊接所带来的高温热循环，使得先安装滤波器最后进行封装很容易降低对准的精确度。由于光学组件热收缩产生的压力，造成上述制造方法和最终得到的组件带有一些问题，所述热收缩由于玻璃和金属材料之间的热性质不匹配，粘合剂焊接时产生的聚合反映性收缩，和在封装过程中焊接造成的结构制约所导致。所述压力在结合过程中导致光学器件移位，结果导致插损从0.3增大到1dB或更多。

[7]在设备寿命期内，为了提供具有热稳定和所需技术指标的封装器件，像环氧树脂或通过激光焊接的粘合剂不实用。所述粘合剂中的每一个都有它们相关的缺点。虽然激光焊接具有很短的启动时间和设置时间，但是已知的后置焊接导致移位问题，可能造成焊接到支撑构件的套筒中封装的光纤发生移位。

[8]图1是光学封装示意图，其中的光学封装是多年发展研究的结果，目的在于在制造较小的具有热稳定的光学封装器件时，试图实现自动封装过程和降低生产成本。上述目的在于提供一种封装器件，所述封装器件的性能在设备的预期寿命中没有明显的降低。关于制造成本和可靠性方面的原因导致所述解决方案被放弃。

[9]图1中的非线性倍频晶体10用于过滤输入信号并输出倍频光信号。在制造器件时，包裹在套筒中的光纤12a和12b必须被精确对准，以使光信号从输入光纤12a射出到达其输出端，并通过倍频晶体10，所述光信号必须在无不当插损条件下耦合到光信号输出接收光纤12b，并通过晶体10提供最优过滤信号。

[10]如图1所示的倍频晶体光学器件，具有光学套筒或套圈14a中的输入光纤12a，将所述输入光纤12a光学耦合到倍频晶体10，将所述倍频晶体10光学耦合到输出光纤12b。光学套筒14a通过夹具16固定在固定位上，所述夹具16通过激光焊接在其下面的基座构件上。所述光学晶体10通过支撑件18固定，所述支撑件18通过夹具7固定在基座上。螺栓9紧固在封装的底层基座构件上。显然，封装内元件之间的大量结合部位，增大器件未对准的可能性。此外，所述封装内的多个元件和紧固件减小了其它器件的可用空间。图1中通过封装上盖方向有利于展示所述封装，所述封装的上盖位于封装上方并用于封装的密封。

[11]从图1中所示装置可以明显看出，在某个器件与其他器件固定耦合时并且使所述其他器件必须相对对准公用基座构件并紧固于公用基座构件上时，装置中必然含有大量结合部位。此外，在所述装置组装时需要使用粘合剂，激光焊接，电焊接和夹具。

[12]可以理解的是，在光学封装内固定其它器件的器件越多，在装置的使用寿命内未对准的可能性就越大。

[13]下面提供一个简单的方案：