专利名称：光学模块及所用的粘接剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及光通信用的光学模块及所用的粘接剂。
背景技术：
使折射率沿光纤长度方向周期变化而实现的光纤光栅作为光纤中形成的衍射光栅。用例如紫外光辐射光纤，引起沿光纤的干涉条纹，使光纤芯因光引入引起折射率变化，由此形成光纤光栅。
用有光栅形成图形的掩模(即，相位掩模)，紫外光通过掩模辐射，在紫外光基础上形成干涉条纹。形成光栅的该方法叫做相位掩模技术。另一种方式是不用相位掩模在紫外光基础上形成干涉条纹的已知的全息照相技术。
光纤光栅功能是它反射主要量是布拉格(Bragg)反射波长中波带宽较窄的光。Bragg反射波长根据衍射光栅的周期和光纤芯的有效折射率确定。这种光纤栅可用作有优良波长选择性能的单一波长滤波器。
光纤光栅的Bragg反射波长是λ时，光纤芯的有效折射率是n，光栅节距是∧，它们之间的关系为λ＝2n∧。由于有效折射率n和光栅节距∧均与温度相关，已知的例如硅基光纤的Bragg反射波长的温度相关性极大，高达0.01至0.15nm/℃。
上述的Bragg反射波长有正温度相关性，随着温度升高有效折射率或光栅节距变得更大。
提出用温度补偿封皮来补偿Bragg反射波长的这种温度相关性。具体地说，用负线性膨胀系数构件或有不同线性膨胀系数的两种材料组合构成的构件形成光纤光栅的温度补偿封皮。装有光线光栅的光纤固定在温度补偿封皮上。用诸如低熔点玻璃，或金属焊料或粘接剂的固定材料，把该光纤固定到温度补偿封皮上。
所提出的温度补偿封皮能给光纤的光栅形成部分加应力，使光纤长度随温度升高而变短。但是，该应力仍然很难对光纤施压。
为了克服该缺陷，上面提出的光学模块设计成在常温(例如25℃下)把预定量的张力加到光纤上，使光纤固定到温度补偿封皮上。因而，温度升高时张力减小或变成0。因此，按在常温下给光纤加张力的方式使光纤固定到温度补偿封皮上，用该原理制造光纤。
提出的光学模块能给出对加到光纤光栅的温度补偿封皮的应力的负温度相关性。即能减少或避免温度升高时光纤光栅形成部分的节距长度变大的缺陷。因此，能补偿光纤折射率的正温度依赖性。
而且，由于近年来面向社会的通信方面的技术进步，预计待传播的信息量将飞速增长。因此，必需通过光纤进行快速和大容量通信。通过光纤进行快速和大容量通信的一个解决方案是，用目前研究的波分多路复用器(WDM)。波分多路复用器允许用单根光纤按例如0.8nm的规定波长间隔传输多个其波长波此不同的信号。
近年来研究的包括多个光学零部件的波分多路复用器包括能选择地加或减多个波长，如4个波或20个波的光学加减多路复用器(OADM)。这就对光纤提出了要求，要求它们的光纤光栅的Bragg反射波长与每个预定波长精度一致。
但是，光纤光栅的Bragg反射波长与应力以及温度相关。因此，用低熔点玻璃或金属焊料作为固定材料，把有光纤光栅的光纤固定到温度补偿封皮上时，固定材料的较大的固化收缩量会造成问题。即，由于固定材料的固化收缩使Bragg反射波长从它的规定波长移开。
另一方面，用常规粘接剂作为把光纤固定到封波上的固定材料时，更容易把Bragg反射波长调节到它的规定波长。但是，该情况下，又出现了另一个问题，即，这种粘接剂的吸湿特性会降低光纤固定的长期可靠性。实际上，在光学模块的长期使用中，由于粘接剂吸湿，造成光纤固定中提供的张力逐渐减弱，因此，引起Bragg反射技长离开它的规定波长。
例如，用搁置试验证实上述缺陷，用加到常规光学模块的粘接剂，把光纤固定到温度补偿封皮上而制成光学模块。光学模块放在温度为85℃和湿度为85％的气氛中1000小时。测试结果表明，在测试过程中加到光纤上的应力一点一点的减小，因而，使光纤光栅的Bragg反射波长与它的规定的波长之间的差别越来越大。经1000小时的搁置测试后的最终差几乎不小于0.3nm。
发明内容
按本发明的一个实施例，提供加到光学模块的粘接剂，光学模块有其中形成有光纤光栅的光纤和内装所述光纤的封皮，以将光纤固定到封皮上，所述粘接剂含无机填料，并有优良的防水蒸汽性。
按本发明的另一实施例，提供一种光学模块，它包括光纤和封皮，所述光纤有形成光纤光栅的形成部分，所述封皮有内装光纤的光纤容纳部分和固定光纤到封皮上的光纤固定部分，其中，用含无机填料和有优良防水蒸汽性的粘接剂把所述光纤固定到所述封皮的光纤固定部分。
附图中，图1A至图1C是显示按本发明的光学模块的第1实施例的主要示意图；图2是光学模块的防水蒸汽性测试结果的曲线图，其中，用无机填料含量不同的粘接剂把光纤固定到封皮上进行多次测试；和图3A到3C是按本发明的光学模块的第2实施例的主要示意图。
具体实施例方式
参见
按本发明的各个最佳实施例。为克服上述缺陷做出本发明。本发明的目的是，提供一种光学模块，它不仅能使光纤光栅的Bragg反射波长几乎完全等于它的规定波长，而且能长期保持精确相同的状态，并提供一种加到光学模块的粘接剂。
按本发明的粘接剂加到光学模块上。光学模块设有光纤和封皮，所述光纤中形成有光纤光栅，所述封皮上固定有光纤，使光纤装在封皮中。粘接剂含无机填料，并具有优良的防水蒸汽性。
粘接剂中最好含2wt％至60wt％的无机填料。无机填料用滑石粉构成，最好构成为片状料。按本发明的粘接剂用环氧粘接剂制成。
按本发明的光学模块包括光纤和封皮，所述光纤有构成光纤光栅的形成部分，所述封皮有内装光纤的光纤容纳部分和固定光纤到封皮上的光纤固定部分。用上述的含无机填料的有优良防水蒸汽性的粘接剂把光纤的固定位置固定到光纤固定部分。
而且，封皮制成温度补偿封皮结构，以补偿光纤光栅的温度相关性。封皮用第1和第2封皮零件构成，这两个封皮件用有不同线性膨胀系数的相互不同的材料制成。最好是第1封皮件的线性膨胀系数大于光纤的线性膨胀系数，第2封皮件的线性膨胀系数小于光纤和第1封皮件的线性膨胀系数。或者，封皮用其线性膨胀系数为负的封皮件制成。
图1A至1C示出按本发明的光学模块的第1实施例的主要部分的示意图。图1A是光学模块的截面图，图1B是光学模块的平面图，图1C是从图1B的左边看的光学模块的正视图。
如图所示，按本发明第1实施例的光学模块有光纤2和封皮1，光纤2中形成有光纤光栅，光纤2固定到封皮1。封皮1构成为温度补偿封皮，以补偿光纤光栅的温度相关性。光纤2包括构成光纤光栅的形成部分6，封皮1有沿其长度方向隔开形成的固定部分13和14。光纤2放置为形成部分6放在固定部分13和14之间，用本发明的粘接剂8把光纤2的形成部分6固定在固定部分13和14上。
按第1实施例的光学模块最主要的特性结构是粘接剂，它加到光纤2的固定位置，把光纤2粘接到封皮1上，粘接剂中含的无机填料改善了防水蒸汽性能。
用环氧粘接剂制成粘接剂8，它含20wt％的片状粉形滑石粉(Mg3Si4O10(OH2))，滑石粉作无机填料。制成含无机填料的粘接剂8，改善了粘接剂8的防水蒸汽性能，降低了它的线性膨胀系数，因而改变了各种因数，如抑制了粘接剂8的膨胀。此外，用环氧粘接剂制成粘接剂8能提供高粘接强度。
另一方面，光纤2有芯和涂在芯的外表面上的涂层。由于光纤芯的指定折射率与涂层的指定折射率不同，光纤2的指定折射率大于1.3μm频段0散射单模光纤的单模光纤的指定折射率(即，单模光纤中光纤芯的指定折射率与涂层的指定折射率不同)。
如图1A和1B所示，封皮1包括第1封皮零件3和第2封皮零件4。用其线性膨胀系数不同的不同材料制造第1和第2封皮零件。
用线膨胀系数为2.27×10-5/℃的铝制造第1封皮零件3，而用线膨胀系为1.6×10-6/℃的殷钢(INVAR(36FN))材料制造第2封皮零件4。即第1封皮零件3的线性膨胀系数大于光纤2的线性膨胀系数，第2封皮零件4的线性膨胀系数明显小于光纤2和第1封皮零件3的线性膨胀系数。
而且，如图1C所示，光纤2的端面构形和垂直于其长度方向的截面构形大致是半圆形。沿整个封皮1形成其垂直截面大致是矩形的凹槽7，该凹槽7位于封皮1的任何截面的中心部分中。光纤2放在凹槽7中。如图1A和1B所示，在凹槽7的底上按光纤2的长度方向按预定间隔形成固定部分13和14。
把光纤2放置成穿过构成光纤光栅的形成部分6并分别固定在第1封皮零件3和第2封皮零件4，以使光纤2固定到封皮1上。即，使光纤的一部分固定到在第1封皮零件3上整个构成的固定部分13上，而光纤2的其余部分固定在第2封皮零件4上整体构成的固定部分14上。
本发明人认为，要保持光纤光栅的Bragg反射波长长期与它的规定波长大致相同，应改善用来把光纤2固定到封皮1上的粘接剂的吸湿特性。之后，本发明人提出了含无机填料的粘接剂。
按该原理，用含无机填料的环氧粘接剂构成把光纤2固定到封皮1上的光学模块。之后，光学模块在高温和高湿度的环境中测试，测出粘接剂中无机填料的含量与不同参数的关系，如图2所示。高温—高湿度测试中，光学模块在85℃的温度和85％的湿度环境中放2000小时，每放置500小时测一次光纤光栅的中心波长变化。
图2中的特性曲线a示出无机填料含量为20wt％(重量比20％)的粘接剂的高温—高湿度测试结果。而且，曲线b，c，d分别示出无机填料含量分别为40wt％，60wt％和80wt％的粘接剂的高温—高湿度的测试结果。无机填料是片状粉形滑石粉。
从特性曲线a至d看到，片粉形滑石粉无机填料含量范围在20至60wt％时，在85℃的温度和85％的湿度下经2000小时后，光纤光栅的中心波长变化量是0.02nm。因此，中心波长几乎无变化。
相反，无机填料为10wt％时，在85℃的温度和85％的湿度环境中放置1000小时后，光纤光栅的中心波长变化为0.3nm。其原因可能是，由于粘接剂吸水，使预先加到光纤光栅的张力逐渐释放所致。
第1实施例中，如上所述，用含20wt％片状粉形滑石粉作无机填料的环氧粘接剂8，把穿过构成光纤2的光纤光栅的形成部分6的两个固定位置固定到封皮1上。
为实施该固定操作，首先把光纤2放在加张力的夹具上。之后，像把光纤固定到温度补偿封皮上的方法一样，把光纤2固定到第1和第2封皮零件3和4上。即，在常温下给光纤2加张力，光纤2固定到第1和第2封皮零件3和4上，使光纤光栅的Bragg反射波长变成等于它的预定波长。
以上构成的按本实施例的光学模块是用粘接剂把光纤2固定到封皮1上构成的，粘接剂8含无机填料，以提高它的防水蒸汽性能。这粘接剂8可使任何光学模块能长期使用，避免因粘接剂8吸水造成加到光纤2上的张力减弱。另一特征是，把光纤2固定到封皮1上，能用更容易的方式使光纤光栅的Bragg反射波长为设定值。
而且，按本实施例的光纤2包括两个穿过光纤光栅形成部分的固定位置。两个固定位置中，一个固定在其线性膨胀系数大于光纤2的线性膨胀系数的第1封皮零件3上。另一个固定位置固定在其线性膨胀系数小于光纤2的线性膨胀系数的第2封皮零件4上。因此，温度升高时，随温度升高的应力按确定的方向从封皮1加到光纤2上，把应力按光纤长度方向从外部加到光纤2上。因此，能避免光纤光栅的节距加大。
由此，上述的光学模块可使光纤光栅的Bragg反射波长大致等于它的预定波长，长期保持波长配匹状态。
以下提供了光学模块的另一结构。即，该光学模块中，封皮由第1和第2封皮零件构成。而且，有两个穿过构成光纤光栅的形成部分的固定位置。一个固定位置固定到第1封皮零件上，而另一固定位置固定到第2封皮零件上，第1和第2封皮零件的线性膨胀系数不同。光纤固定到第1和第2封皮零件上之后，使其中至少一个封皮零件出现失真，以调节光纤光栅的Bragg反射波长。
此外，所述结构中，用本发明的粘接剂把光纤2固定到第1和第2封皮零件上。
以下将参见附图描述本发明第2实施例。
图3A至3C是按本发明的光学模块的第2实施例的主要部分的示意图。图3A是光学模块的横截面示意图，图3B是光学模块的平面图，图3C是从图3B左边看的光学模块的正视图。
如图所示，按第2实施例的光学模块有其中形成有光纤光栅的光纤2和固定有光纤2的封皮1。光纤2包括光纤芯和涂在光纤芯外表面上的涂层。光纤芯与涂层的指定折射率之差设定为0.35％或0.35％以上。
如图3A和3B所示，封皮1包括第1和第2封皮零件3和4。用其热线性膨胀系数不同的两种材料制造第1和第2封皮零件3和4。
用线性膨胀系数为2.27×10-5/℃的铝制造第1封皮零件3，用线性膨胀系数为1.6×10-6/℃的殷钢(镍—铁合金)材料(INVAR(36FN))制造第2封皮零件4。即，第1封皮零件3的线性膨胀系数大于光纤2的线性膨胀系数，第2封皮零件4的线性膨胀系数明显小于光纤2和第1封皮零件3的线性膨胀系数。
而且，如图3C所示，光纤2的端面构形和垂直于其长度方向的横截面构形均是半圆形。沿整个封皮1形成的位于封皮1任一截面中心部分中的凹槽7的垂直横截面形状大致是矩形。光纤2穿过凹槽7放置。如图3A和3B所示，凹槽7的底上按光纤2的长度方向按规定间距牢固地形成固定部分13和14。
光纤2固定到封皮1上，使穿过和沿着构成光纤光栅的形成部分6形成的光纤2的两个固定位置固定到第1和第2封皮零件3和4上。具体地说，光纤2的一个固定位置固定到第1封皮零件3上整体构成的固定部分13上，光纤2的另一固定位置固定到第2封皮零件4上整体构成的固定部分14上。用本发明的粘接剂把光纤2固定到固定部分13和14上。
执行固定操作中，光纤2放到加张力的夹具上。之后用与光纤固定到温度补偿封皮上相同的方法在常温下给光纤2加张力，光纤2固定到第1和第2封皮零件3和4上。
该光学模块的情况中，光纤2固定到第1和第2封皮零件3和4上之后，如上所述，给第2封皮零件4加垂直应力使其塑性变形。使第2封皮零件4失真，以调节光纤2的光纤光栅的Bragg反射波长，由此制成图3A所示结构。
按该实施例的光学模块中，使第2封皮零件4失真，以允许光纤2的光纤光栅的Bragg反射波长大致等于它的预定波长。因此，能把Bragg反射波长与预定波长之差调节到0.01nm或0.01nm以下。
本发明不限于所述的实施例，实践中还会有各种改型。
一个这样的改型涉及粘接剂8中无机填料的含量。所述实施例中，用含20wt％的诸如片状粉形滑石粉的无机填料的粘接剂8把光纤2固定到封皮1上，但无机填料含量不限于该量。可把含量设在合适当的量。例如，用片状粉形滑石粉时，滑石粉的含量最好为20wt％至60wt％。
另一改型涉及无机填料的种类。粘接剂8中含的无机填料无具体限制，凡是能提高粘接剂防水蒸汽性能的任何无机填料均可使用。
另一改型涉及第1和第2封皮零件3和4用的材料。所述实施例中，第1封皮零件3用铝制造。而第2封皮零件4用殷钢(镍—铁合金)材料制造。但实际上也不限于这些材料，可选用任何合适的材料。
又一改型涉及封皮1。所述实施例中用第1和第2封皮零件3和4构成封皮1。或者，按本发明的光学模块中包括的封皮1可用有负线性膨胀系数的材料，如玻璃或陶瓷制造。
另外，可改进光纤2的光纤芯的指定折射率。所述实施例中，把光纤芯与涂层的指定折射率之差设定为大于单模光纤的指定折射率。这种指定折射率之差无具体限定，可任意确定。
按本发明的光纤，穿过光纤光栅的形成部分的两个固定位置用本发明的粘接剂固定到封皮上。因而，与用低熔点玻璃或金属焊料固定光纤相比，更容易使光纤光栅的Bragg反射波长与它的预定波长一致。而且，由于本发明的粘接剂中含有能提高防水蒸汽性能的无机填料，所以能抑制粘接剂在光学模块长期使用中吸湿。
结果，本发明的光学模块能抑制因粘接剂吸湿而使光纤固定时预加的张力不断减弱的速度。由此能抑制因粘接剂吸湿引起的调节波长偏移。
而且，本发明的光学模块中，已制成有对光纤光栅进行温度补偿功能的封皮，由此能使光纤光栅的Bragg反射波长与它预定的波长长期大致相同。
而且，本发明的光学模块中，粘接剂中无机填料的含量为20-60wt％。该结能稳定增强了粘接剂抑制吸湿的优点。
除此之外，已构成的本发明的光学模块用片状粉形滑石粉作无机填料，这也有助于进一步增强粘接剂抑制吸湿的优点。
如上所述，本发明的粘接剂含无机填料，以改善防水蒸汽性能。因此能提供有高防水蒸汽性能的优良的粘接剂，用该粘接剂能构成有所述的极好优点的光学模块。
权利要求
1.一种粘接剂，用于光学模块，所述光学模块有光纤和封皮，所述光纤中形成有光纤光栅，所述封皮中装有光纤，粘接剂把光纤固定到所述封皮上，所述粘接剂含无机填料并有优良的防水蒸汽性能。
2.按权利要求1的粘接剂，其中，粘接剂含20wt％至60wt％的所述无机填料。
3.按权利要求1或2的粘接剂，其中，无机填料用滑石粉制造。
4.按权利要求3的粘接剂，其中，无机填料形成为片状粉。
5.按权利要求2的粘接剂，其中，粘接剂用环氧粘接剂制成。
6.一种光学模块，包括光纤和封皮，所述的光纤有形成光纤光栅的形成部分，所述封皮有内装光纤的光纤容纳部分和把光纤固定到封皮上用的光纤固定部分，其中，用含无机填料和有优良防水蒸汽性能的粘接剂，把所述光纤固定到所述封皮的光纤固定部分。
7.按权利要求6的光学模块，其中，所述封皮包括温度补偿封皮，用于补偿光纤光栅的温度相关性。
8.按权利要求7的光学模块，其中，封皮包括第1封皮零件和第2封皮零件，第1和第2封皮零件用有不同线性膨胀系数的不同材料制成。
9.按权利要求7的光学模块，其中，第1封皮零件的线性膨胀系数大于光纤的线性膨胀系数，第2封皮零件的线性膨胀系小于光纤和第1封皮零件的线性膨胀系数。
10.按权利要求7的光学模块，其中，封皮用具有负线性膨胀系数的材料制造。
11.按权利要求6的光学模块，其中，封皮的横截面大致为半圆形，光纤容纳部分的横截面形状大致为矩形凹槽，光纤固定部分形成在所述凹槽部分的底上。
12.按权利要求6的光学模块，其中，光纤固定在封皮的光纤固定部分上，使光纤光栅的Bragg反射波长大致与规定波长一致。
13.按权利要求12的光学模块，其中，光纤有光纤芯和涂在光纤芯外表面上的涂层，光纤芯与涂层的指定折射率之差确定为大于单模光纤的指定折射率之差。
14.按权利要求6至13之一的光学模块，其中，粘接剂含20wt％至60wt％的无机填料。
15.按权利要求14的光学模块，其中，无机填料用滑石粉制成。
16.按权利要求15的光学模块，其中，无机填料形成为片状粉。
全文摘要
光学模块包括光纤和封皮。光纤的形成部分构成光纤光栅。封皮有内装光纤的光纤容纳部分和光纤固定到封皮上的光纤固定部分。穿过光纤的形成部分的两个固定位置用粘接剂固定到光纤固定部分。粘接剂含无机填料并有优良的防水蒸汽性能。
文档编号G02B6/42GK1403525SQ02140199
公开日2003年3月19日 申请日期2002年5月16日 优先权日2001年5月16日
发明者筱崎敦, 淀重人, 太田寿彦 申请人:古河电气工业株式会社