专利名称：光隔离器组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及安装在具有半导体元件如半导体激光元件或半导体放大器和聚焦透镜的半导体组件的外壳中并构成用在光通信和光信息系统中的光电子单元的光隔离器组件。更具体地说，本发明涉及一种光隔离器组件，其具有容易封闭地密封半导体组件的结构，并使在外壳中密封地制作使用有机材料如粘合剂制成的光学零件以及使半导体元件和光隔离器很简单并且容易受温度控制成为可能。
背景技术：
在上述用在光通信和光信息系统的光电子单元中，需要光隔离器具有当使从半导体元件如半导体激光元件发射的光进入由光纤构成的传输系统中时，在传输系统中产生的反射光不返回半导体元件端的功能，即，具有防止半导体元件由于反射回的光而操作不稳定的功能。
也需要半导体元件最好与外界空气隔离以便防止由于大气或大气湿度而降低其功能。
此外，半导体元件在特性方面随其温度变化而改变。因此，其温度通常受珀尔贴(Peltier)设备控制。然而，由于光隔离器也具有温度特性，在由高性能光电子单元构成半导体组件的情况下，关于光隔离器，温度也受Peltier设备的控制。
同时，当用于装配的零件数量较少时，可使构成光电子单元的这种半导体组件的装配成本较低。然而，任何常规的光隔离器的安装与光纤零件无关，因此，为将这些零件放入组件中，有必要提供专用的装配设备。
因此，为获得用于半导体组件的低成本，如图5中所示，已经提出了光隔离器组件g，其中将光隔离器c和光纤a整体装配(日本专利申请公开No.6-194548)。然而，在使用这种光隔离器组件g中，由于这种光隔离器组件g的结构，必须控制与光隔离器组件g配合的半导体组件h的整个外壳i的温度。顺便提到，在图5中。字母符号b表示光纤a与其相配的毛细管；d、a表示透明构件；e、a表示半导体激光元件；f、a表示聚焦透镜n。
在需要具有特别高的可靠性的半导体组件中，在某些情况下，也有必要提供这样一种结构，其中使用树脂的任何零件完全与半导体元件隔离以便防止由于从用于粘合光学零件的粘合剂释放出的任何气体而降低其功能。
因此，在常规的光隔离器组件中，已经发现通过将光学零件利用焊接紧固而不使用任何粘合剂来装配它们的方法。
因此，当安装在半导体组件中的半导体元件是半导体激光元件时，其出射光是线性偏振，因此，可使用依赖于偏振的隔离器类型。在这种情况下，采用将金属薄膜加到玻璃偏振器和法拉第(Faraday)旋转器的每一个的侧端并且通过焊接将其固定到衬底材料上的方法。然而，存在一个问题，即为降低成本，往往用相对廉价的双折射晶体，诸如金红石、铌酸锂或YVO4等晶体材料来代替昂贵的玻璃偏振器，这使得很难用焊接固定金属薄膜，因为这些材料在热膨胀系数方面存在很高的各向异性，并且这些材料本身是易碎的。
同时，当安装在半导体组件中的半导体元件是与偏振无关的类型的半导体放大器时，有必要使用利用双折射晶体的与偏振无关的类型的光隔离器。然而，实际上，任何可用焊接固定的与偏振无关的光隔离器还没有投入实际使用。
注意到上述问题而做出了本发明。因此，本发明的目的是i)提供光隔离器组件，其具有这样一种结构，即使得容易密封地封闭半导体组件，并且使在外壳中密封制造使用有机材料如粘合剂构成的光学零件，以及半导体元件和光隔离器很简单并且容易受温度控制成为可能，并且特别是ii)实现可在使用双折射晶体的与偏振无关的类型的光隔离器中使用的结构，当半导体组件是与偏振无关的类型的半导体放大器时，这是很必要的，从而允许制造廉价的半导体放大器组件。
发明内容
更具体地说，本发明是一种光隔离器组件，包括其端部(端面)已经倾斜的光纤安装到其中的毛细管、在毛细管的光入射端上提供的光隔离器以及在光隔离器的光入射端上提供的透明构件，该光隔离器组件是安装在具有半导体元件和聚焦透镜的半导体组件的外壳中；从半导体元件发射并由聚焦透镜汇集的光经透明构件和光隔离器传送并入射在光纤端上；以及提供在与毛细管的光入射端相对的端上，具有密封垫圈(bead)，该垫圈i)支持光纤，该光纤在与其光入射端相反的方向中从毛细管延伸并且通过去除树脂涂层，其裸条纤(芯线/包层裸条纤)处于无覆盖状态；以及ii)以密封的封闭状态将该密封垫圈安装到在半导体组件的外壳端壁上形成的孔中。
根据本发明的光隔离器组件使密封地封闭半导体组件成为可能，因为在与毛细管的光入射端相反的端上提供的密封垫圈以密封的封闭的状态被安装到在半导体组件的外壳端壁中形成的孔中。
该光隔离器组件还具有这样一种结构，其中将光隔离器安装到在其内部具有半导体元件的半导体组件的外壳中。因此，可将其放在具有对光隔离器的零件和半导体元件来说公用的平面的支撑支架上。这允许温度控制光隔离器和半导体元件而不温度控制整个外壳。
另外，在该光隔离器组件中，由毛细管、光隔离器和透明构件以及密封垫圈部分组成的隔离器部件仅通过光纤连接，因此，它实现这两个零件(隔离器部件和密封垫圈部件)的灵活连接。
因此，当将单独固定密封垫圈部件和隔离器部件的方法用作将光隔离器组件安装到半导体组件的方法时，具有上述结构的光隔离器对于由于各构件的热膨胀等引起的任何非常轻微的相互位置偏移具有一容限。因此，这允许在很长时间周期中半导体组件稳定工作。
在本文中，关于根据本发明的光隔离器组件的密封垫圈和毛细管，如果能得到上述效果的话，可使用任何期望的材料来制造它们。最好，可用金属化材料来组成这些部件，这些金属化材料都做成具有小的通孔，光纤通过这些通孔穿过。
然后，结合使用由被做成具有小的通孔的金属材料制成的密封垫圈，将在与光入射端相反的方向中从毛细管延伸的光纤的裸条纤涂覆以金属，并且通过焊接将该密封垫圈与光纤的裸条纤彼此连接。这允许通过使用无机材料的焊接或缝焊来将密封垫圈连接到半导体组件部分，通过该半导体组件部分插入光纤(即，在半导体组件的外壳端壁中形成的孔)。因此，包含在半导体组件中的半导体元件能与外界空气理想地隔离。
类似地，结合使用由被做成具有小的通孔的金属材料制成的毛细管，将在与入射端相反的方向中从毛细管延伸的光纤的裸条纤涂覆以金属，并且通过焊接将毛细管与光纤的裸条纤彼此连接。与通过有机材料固定它们的情况相比，这使得任何随时间的恶化很少发生，并且允许以小的接头长度稳定地固定光纤。
在根据本发明的光隔离器组件中，也可采用这种结构，其中毛细管、放置在毛细管的入射端上并与透明构件相配的窗口框架构件，以及i)在窗口框架构件和毛细管之间提供圆柱支架并且在其内部容纳光隔离器，或ii)圆柱支架和与其连接的圆柱磁铁形成一个密封的封闭空间，并且将光隔离器的光学零件容纳在该密封的封闭空间中。
采用这种结构允许密封地封闭光学零件，因此也可在不应当暴露在从诸如粘合剂的有机材料释放的气体中的部件上利用任何有机材料。这使得能实现廉价的光隔离器组件。
关于根据本发明的光隔离器组件的透明构件，它可由横截面为楔形的透明材料组成，该材料具有在与光纤端的倾斜方向相反的方向中倾斜的光入射面。同样，关于光隔离器和透明构件，可倾斜地放置它们以便相对于光纤的光轴，光隔离器的每个光入射/出射平面以及在其光隔离器端上的透明构件的光入射/出射平面在与光纤端的倾斜方向相同的方向中倾斜。
因此，由于透明构件由横截面为楔形的透明材料组成，该透明材料具有在与光纤端的倾斜方向相反的方向中倾斜的光入射面，所以可防止降低来自半导体元件的光相对于光纤的耦合效率。同样，由于光隔离器和透明构件倾斜放置以便光隔离器的每个光入射/出射平面以及在其光隔离器端上的透明构件的光入射/出射面相对于光纤的光轴在与光纤端的倾斜方向相同的方向中倾斜，从透明构件反射的反射光可防止再次耦合而不用设置大的透明构件的入射角，该透明构件位于与半导体元件相反的方向，该半导体元件的光轴延伸直到其光进入透明构件为止，且该半导体元件的光轴方向设置成平行或基本平行于光纤的光轴方向。
关于透明构件和光隔离器，它们可采用这样一种结构，其中将构成光隔离器的一部分光学零件的偏振器通过光学粘合剂粘结到透明构件。
图1(A)是根据本发明的光隔离器组件的结构的示例说明，图1(B)是从光入射端看到的光隔离器组件的前视图；图2是表示如何将根据本发明的光隔离器组件安放在具有半导体元件和聚焦透镜的半导体组件的外壳中的示例说明；图3是将安装在根据本发明的光隔离器组件中的光隔离器零件分解透视图的装配；图4(A)和4(B)是表示根据本发明的光隔离器组件中横截面为楔形的透明构件的作用的光线跟踪图；图5是根据常规情况已经安装好光隔离器组件的光电子单元的示例说明。
具体实施例方式
下面将参考附图更详细地描述本发明。
如图1所示，用参考数字1表示的本光隔离器组件主要包括用金属制成的毛细管3，毛细管在其末端倾斜13度并且支持具有同样倾斜13度的末端的光纤2的末端部分；用不锈钢(SUS304)制成的圆柱支架4，在其末端部分装配毛细管3；Sm-Co合金的圆柱磁铁5，在圆柱支架4的光入射端将其装配到该圆柱支架4并且其具有与圆柱支架4的圆柱内芯连接的圆柱内芯以同时形成光隔离器7的一部分；窗口框架构件6，由不锈钢(SUS430或SUS440)制成，在圆柱磁铁5的光入射端将其装配到该圆柱磁铁上并且其具有通向圆柱磁铁5的圆柱内芯的窗口60；横截面为楔形的并由光学玻璃(BK7)制成的透明构件8，在其光入射端将其装配到窗口框架构件6，用这种方式装配，即其关闭窗口框架构件6的窗口60，并将其倾斜放置以便其具有光入射面，相对于光纤2的光轴，该光入射面在与光纤2末端的倾斜方向相反的方向中倾斜13度，以及其后端(即，光隔离器端上的光入射/出射平面)在与光纤2末端的倾斜方向相同的方向中倾斜3度；通过光学粘合剂(环氧类型粘合剂)粘接到透明构件的后端的双折射晶体板(偏振器)71，以便形成光隔离器7的一部分，以及RIG Faraday旋转器72、半波板73以及类似的双折射晶体板(偏振器)74；保护环10，用于保护透明构件8，在窗口框架构件6的光入射端壁表面上装配到该构件6上并由用不透钢(SUS304)制成的圆柱构件形成；以及由不锈钢(SUS304)制成的密封垫圈11，在与毛细管3的光入射面相反的端面提供并支持光纤2，该光纤2i)在与毛细管光入射端相反的方向中从毛细管延伸并且通过去除树脂涂层，其裸露的光纤保持暴露，以及ii)以密封的可封闭状态将其安装到孔22中，如图2所示，该孔22在半导体组件20的外壳21端壁中制成。并且将双折射晶体板(偏振器)71、RIG Faraday旋转器72、半波板73以及双折射晶体板(偏振器)74设置成相对于光纤2的光轴，它们的光入射/出射平面每个在与光纤2末端的倾斜方向相同的方向中倾斜3度。顺便提一下，RIG是磁性石榴石的缩写(稀土铁榴石)。
根据下述组装过程制造该光隔离器组件1。
首先，如图3所示，将预先已经金属化过的透明构件8安装到矩形装配凹口(该凹口在上端面具有大于下端面的长度，如图3所示)中，在窗口框架构件6的窗口60周围提供凹口，以及同时将该透明构件8用Au-Sn焊接固定到窗口框架构件6。此时，将透明构件8安装到上装配凹口中以便可倾斜地设置透明构件8。
接着，如图3所示，从与其上已经安装透明构件8的端面相反的端面，将圆柱磁铁5放在窗口框架构件6上，然后通过焊接将其固定到窗口框架构件6上。
接着，将构成已经通过光学粘合剂(环氧型粘合剂)形成整体的双折射晶体板(偏振器)71、RIG Faraday旋转器72、半波板73以及双折射晶体板(偏振器)74的横截面为矩形的分层结构从装配圆柱磁铁5的端面放在窗口框架构件6上，用这种方式，将其下端面上的下边缘装配到窗口框架构件6中的窗口60的开口边缘62中。以及通过使用透明的环氧型粘合剂粘接，在其双折射晶体板(偏振器71)端将分层的结构固定到透明构件8。此后，将圆柱支架4放置成其圆柱内芯可在位置上与圆柱磁铁5的圆柱内芯相配，然后用焊接固定这些部件。
在此，在它们的整个圆周上用焊接固定窗口框架构件6和圆柱磁铁5，以及圆柱磁铁5和圆柱支架4的原因在于，这些构件和在其末端端面安装到圆柱支架4的毛细管3形成密封的封闭空间以便在该密封的封闭空间中容纳光隔离器的光学零件来密封地封闭光学零件。
接着，将已经涂覆以金的并通过去除其未端的树脂涂层使其裸条纤暴露的光纤2通过毛细管3的小通孔(未示出)和密封垫圈11，并且如图1(A)所示，在毛细管3和密封垫圈11之间形成光纤的裸条纤的未覆盖部分。此后，将裸条纤通过焊接固定到毛细管3和密封垫圈11。
最后，在旋转对准后，将与光纤2配合的毛细管3的末端端面安装到圆柱支架4中，并且在整个圆周上通过激光焊接它们的接头。因此，获得根据本发明的光隔离器组件。在这里，在整个圆周上焊接它们的接头的原因在于，如上所述，窗口框架构件6、圆柱磁铁5、圆柱支架4以及毛细管3形成密封的封闭空间，以便在该密封的封闭空间中容纳光隔离器的光学零件来密封地封闭各光学零件。
关于在光纤2的光轴周围执行的旋转对准，对调整来说，这是基本的一项内容，因为在本发明中光纤2端部是倾斜的。
因此，根据本发明制造的光隔离器组件1如图2所示安装在半导体组件20的外壳21中，半导体组件20包括半导体元件25(如半导体激光元件)以及聚焦透镜26以形成光电子单元。
在这种情况下，在半导体组件20的外壳21中，光隔离器7的圆柱磁铁5以及半导体元件25，如半导体激光元件可放在具有对它们来说公用的平面的支撑架24上。这使得通过Peltier设备温度控制光隔离器7和半导体元件25而不温度控制整个外壳21。
在该可选的光隔离器组件1中，光隔离器7和透明构件8也倾斜放置以便相对于光纤2的光轴，光隔离器7的光入射/出射平面以及在其光隔离器端的透明构件的光入射/出射平面的每一个在与光纤2末端的倾斜方向相同的方向中倾斜3度。因此，如图4(A)中光线跟踪图所示，从半导体元件25发射的、在透明构件8的后端反射的光的反射光决不返回聚焦透镜26和半导体元件25。并且从构成光隔离器7、具有平行于透明构件8的后面的平面的每个平面反射的反射光也决不返回到聚焦透镜26和半导体元件25。同样，如图4(B)中的光束跟踪图所示，已经从透明构件8的表面端反射的反射光(即，在半导体元件端的透明构件的表面)决不返回聚焦透镜26和半导体元件25。
因此，相对于半导体元件25的反射光能稳定地防止再耦合。
另外，在该光隔离器组件1中，采用横截面为楔形的透明构件8，其具有在与光纤2末端的倾斜方向相反的方向中倾斜13度的光入射面。因此，尽管光纤2末端形成入射面，来自半导体元件25的光相对于光纤的耦合效率也决不降低。
如上所述，在根据本发明的光隔离器组件中，在与毛细管的光入射端相反的端面上提供的密封垫圈以密封的封闭状态安装到在半导体组件的外壳端壁中形成的孔中。因此，这适合于用作易于密封地封闭半导体组件的光隔离器组件。
根据本发明的光隔离器组件还具有这样的结构，其中将光隔离器安装在半导体组件的外壳中，该半导体组件在其内部具有半导体元件，并且可将光隔离器放置在具有对该光隔离器的零件和半导体元件来说公用的平面的支撑架上。因此，其适用于用作允许温度控制光隔离器和半导体元件而不温度控制整个外壳的光隔离器组件。
另外，毛细管、与透明构件相配的窗口框架构件以及i)圆柱支架或ii)圆柱支架和与其连接的圆柱磁铁形成密封的封闭空间，并且将光隔离器的光学零件容纳在该密封的封闭空间中。这使得可密封地封闭光学零件。因此，该光隔离器适用于用作廉价的光隔离器组件，其中可安装使用粘合剂等等制成的光学零件。
权利要求
1.一种光隔离器组件，包括毛细管，在其上已装配了末端倾斜的光纤；在该毛细管的光入射端上设置的光隔离器；以及在该光隔离器的光入射端上设置的透明构件，该光隔离器组件为安装在具有半导体元件和聚焦透镜的半导体组件的外壳中，从该半导体元件发射并由聚焦透镜汇集的光经透明构件和光隔离器传送并入射在光纤端上；以及在与毛细管的光入射端相对的端上设置密封垫圈，该密封垫圈i)支持光纤，该光纤在与毛细管的光入射端相反的方向中从该毛细管延伸，以及通过去除树脂涂层使该光纤的裸条纤处于无覆盖状态，以及ii)以密封的封闭状态将该密封垫圈装配到在半导体组件的外壳端壁中形成的孔中。
2.如权利要求1所述的光隔离器组件，其中，将在与光入射端相反的方向中从毛细管延伸的光纤的裸条纤涂覆以金属，以及通过焊接将密封垫圈和该光纤的裸条纤彼此连接。
3.如权利要求2所述的光隔离器组件，其中，用金属材料制成密封垫圈，将该金属材料做成具有小通孔，光纤经由该通孔穿过。
4.如权利要求1所述的光隔离器组件，其中，将在与光入射端相反的方向中从毛细管延伸的光纤的裸条纤涂覆以金属，以及通过焊接将毛细管和该光纤的裸条纤彼此连接。
5.如权利要求4所述的光隔离器组件，其中，毛细管用金属材料制成，将该金属材料做成具有小通孔，光纤经由该通孔穿过。
6.如权利要求5所述的光隔离器组件，其中，毛细管、设置在该毛细管的光入射端上并与透明构件配合的窗口框架构件、以及i)在窗口框架构件和毛细管间提供的圆柱支架，在其内部容纳光隔离器，或ii)该圆柱支架和与其连接的圆柱磁铁形成一个密封的封闭空间，并且将光隔离器的光学零件容纳在该密封的封闭空间中。
7.如权利要求1所述的光隔离器组件，其中，透明构件由具有在与光纤端的倾斜方向相反的方向中倾斜的光入射面的且横截面为楔形的透明材料构成。
8.如权利要求1所述的光隔离器组件，其中，倾斜放置光隔离器和透明构件以便相对于光纤的光轴，光隔离器的光入射/出射面以及在其光隔离器端的透明构件的光入射/出射面中的每一个在与光纤的倾斜方向相同的方向中倾斜。
9.如权利要求1所述的光隔离器组件，其中，将构成光隔离器的光学零件的一部分的偏振器通过光学粘合剂粘合到透明构件上。
全文摘要
提供一种光隔离器，其包括光纤2已装配到其上的毛细管3、在该毛细管的光入射端上提供的光隔离器7和透明构件8，并且将这些部件安装在半导体组件的外壳中。在与毛细管的光入射端相反的端上提供光隔离器组件，具有密封垫圈11，该垫圈i)支持在与毛细管的光入射端相反的方向中从该毛细管延伸并且通过去除树脂涂层，其裸条纤处于未覆盖状态的光纤2，ii)以密封的封闭状态安装到在半导体组件的外壳端壁中形成的孔中。
文档编号G02B27/28GK1466698SQ02802725
公开日2004年1月7日 申请日期2002年8月21日 优先权日2001年8月23日
发明者渡边章夫 申请人:住友金属矿山株式会社