保偏光纤尾纤组件的制作方法

专利名称：保偏光纤尾纤组件的制作方法
保偏光纤尾纤组件相关项交叉引用
本发明要求申请于2007年1月3日的名称为"改善光泵浦模块的功率稳定性和消光 比的保偏光纤对准的优化"的美国临时专利申请No.60/883， 221的优先权，通过参考将 其结合于此。技术领域
本发明总的来说涉及保偏光纤，特别涉及将保偏光纤安装到光学模块中。 发明背景
用于电信和感应器工业中的光学模块和光电模块通常利用光纤输入或输出光，或在 它们内部的光器件之间传输光。因此，在光器件和光纤之间提供一种低成本和有效的光 互连是在设计光纤耦合光学模块时最重要的需求之一。
现在用来连接光器件和光纤的此类光互连中的一种类型，通常指光纤"尾纤"互连。 光纤尾纤是一段光纤，通常其緩冲涂层的一部分被去除，并往往覆有金属镀膜。这种尾 纤连接器或耦接头能够将光纤或有透镜的光纤光学耦合到光产生或光探测元件，该光产 生或光探测元件与集成电路的引线相耦合。所述光产生元件，例如，可以是半导体或二 极管激光器，倍频晶体或波导；所述光探测元件可以是光电二极管。这些元件通常耦合 并固定设置于有透镜的光纤末端并具有取向，所述有透镜的光纤末端位于通常形成密封 的外壳内。所述有透^:的光纤或准直光纤延伸越过外壳的边缘，并承载信号输入和/或输 出该集成电路。将尾纤安装在外壳内并不是一个不重要的过程。例如，安装在外壳内的 激光二极管和尾纤的端面必须对准，以使激光器的输出光到光纤有最大耦合。而且，所 迷耦合必须坚固，随着时间和往往温度和湿度的变化，保持最优对准。该耦合优选可以 禁得起对光纤的操作或甚至跌落。高效的光耦合方案可以利用透镜光纤，透镜光纤被贴 在靠近光源的村底上，或利用在激光器和光纤之间的分立的体透镜。在这两个例子中， 光纤终端距光纤被贴附的最小距离是 0.5mm。
同一封装内，在例如激光二极管和光电二极管的光电器件和光纤之间形成相对稳定 的固定互连的一种低成本方法是，在近光纤尾纤端面的一段长度上涂覆金属，然后焊接到外壳内的金属垫的位置上。例如，美国专利No.6,146，025公开了一种封装，其中，光 纤的一部分护套被去除并被剥下包层，以及其中，剥去包层的部分被金属化然后利用焊 接球将其贴在激光器前的金属垫上。
这种光纤安装方法已经被用于在光学模块中安装传统的单模光纤，其中，耦合光的 偏振态不必须被保持。在光器件和尾纤的末端之间需要保持偏振控制的应用中，尾纤通 常利用保偏(PM)光纤制造。PM光纤的应用包括，用于掺铒的半导体和拉曼光放大器 的耦合有光纤布拉;f各光栅(FBG)的泵浦激光器，以及耦合有光纤的倍频激光器，其中， 可以使用PM光纤将泵浦激光器耦合到倍频元件，例如LiNb03波导。
PM光纤区别于传统光纤，因为当光在光纤内传播时，PM光纤保持入射光的偏振 方向，只要光在耦合进入PM光纤时，其偏振方向与PM光纤的两个主要偏振轴中的一 个对准即可。这两个主要轴通常指快轴和慢轴，所述快轴和慢轴通常由PM光纤芯中应 力诱发的双折射所致。由于双折射，沿着所述两个轴偏振的光信号将以不同的速度传播， 它们之间有小的耦合，从而当光在光纤中传播时，保持光的偏振。诱发永久固有应力从 而形成PM光纤的普通方法是，提供两个应力诱发区域，例如在光纤内纵向延伸的位于 光纤芯的两个相对侧的应力杆，如图1中所示，表示了 PM光纤的横截面，其通常被称 为熊猫光纤，具有芯2和两个应力诱发区域4a和4b。慢轴8被取向从而连接应力杆4a, 4b的中心，而PM光纤的快轴9正交于慢轴8。应力诱发区域4a, 4b可以由例如掺硼 的硅氧化物的材料制成，掺硼的硅氧化物的热膨胀系数和由玻璃制成的芯2和包层3的 热膨胀系数不同，从而使单轴拉伸应力在应力杆4a， 4b的平面内作用于芯2，方向是垂 直于PM光纤的纵向方向，因此定义了慢轴8的方向。
PM光纤的保持光偏振的质量通常由偏振消光比(PER)来表征，所述消光比是主 偏振态(典型相应于线性偏振)的光分量和与主偏振态垂直的偏振态的光分量的光功率 比率。所述PER通常以dB量度。通常期望在PM光纤的输入端和输出端之间的光的PER 不大量减低，也就是尽可能少的减小。换言之，通常期望PM光纤输出端的光的PER 尽可能的高。
因为PM光纤的保偏质量依赖于光纤芯内的应力，保偏质量会被和光纤连接 (bonding)和焊接有关的外部应力减低。因此，为了使和光纤连接和安装有关的外部应 力易于控制，这种光纤已经传统上用下面的方法安装，先焊接PM光纤到金属套管内， 然后连接，例如，焊接内部具有PM光纤的该套管到外壳，因为与光纤焊接有关的外部 应力在对称的套管内能够更加对称，因此，外部应力影响PM光纤的内置双折射的可能性更小，因此减低所述PER的可能性更小。这种PM光纤尾纤组件在包括美国专利在内 的大量出版物中被公开，例如授权给Inokuchi的美国专利6,332,721和6,337,874和授权 给Yang的美国专利6,400,746,所有这些公开了利用PM光纤尾纤组件的激光二极管， 其中，PM光纤被安装在圆筒形套管内，所述圓筒形套管然后被固定在激光器外壳上。 [10] PM光纤尾纤的典型现有技术的封装过程是，PM光纤的一部分被使用的焊料包围， 使用的焊料被套管包围。焊料然后被熔解并凝固以将光纤固定在套管内。历史上，考虑 过优选将保偏光纤放置在封装的中央，其中，来自封装的对包层的应力被平衡，从而和 其它封装配置比，来自封装诱发的应力对光纤的PER有最小的影响。然而，这种方法 的一个缺点是，由于很难精确的将PM光纤放置在套管的中央，所以PER减低可能发生。 由于套管内光纤位置离心的迹象和程度很难控制和预计，光纤PER可能被套管内焊料 诱发的应力减低。[11]授权给Dai的美国专利6, 480, 675和授权给Kusano的美国专利6， 782, Oil告 诉我们，这种困难可以通过使用PM光纤安装组件来克服，其中，PM光纤被焊接到套 管或套圈的椭圆形或卯形内腔，所述套管或套圈容纳有固定粘贴到激光器外壳的PM光 纤尾纤的激光耦合末端。通过将套管内的PM光纤的快轴和慢轴对准所述椭圓形腔的长 轴和短轴中的一个，从而所述套管关于PM光纤的慢轴和快轴对称，外部诱发应力被用 来和内部PM光纤应力对准，所述内部PM光纤应力例如，由'011专利图9复制的图2 中所示意的，由PM光纤应力杆4a, b诱发的在光纤芯2内的拉伸应力，在此图中，PM 光纤1被焊接到套管10的卵形焊接池lib内，套管10在'011专利中指套圈。 [12]为了提高激光到PM光纤的耦合效率，球形或凿形(chisel)透镜往往形成于PM 光纤面向激光器的末端，其中凿形有两个倾面形成的脊线越过PM光纤面对激光器的末 端。凿形透镜通常是通过将光纤末端以一定角度相对运动着的研磨带进行研磨来形成。 形成一个倾面后，光纤末端绕着它的纵向转180度，然后光纤末端再次压向运动的研磨 带以形成第二个倾面。'Oil专利告诉我们形成倾面，使得能够研磨去除在PM光纤末端 的，在切割PM光纤过程中应力杆4a， b附近可能出现的裂紋或瑕疵。更特别的是，'Oil 专利告诉我们研磨PM光纤，使得应力应用区域4a, 4b在凿形透镜的倾斜面，并且不 会越过脊线7而暴露出来。通过选择在PM光纤末端的凿形透镜的脊线相对于应力杆4a, b的方向，可以获得在光纤末端的凿形透镜的更佳质量。[13]因此，现有技术的在光学模块的外壳内粘贴PM光纤尾纤的解决方案包括，利用套 圈套管，优选具有作为焊接池的椭圆形内腔，从而在此容纳PM光纤，然后，将其内具有PM光纤的套管通过连接或焊接附着到所述外壳，其中离光器件(例如激光器)最近 的光纤端被耦合到光器件。这些类型的尾纤组件，虽然显示出预期的功能，但在制造过 程中，明显要比直接焊接光纤到安装垫要复杂的多，需要例如椭圆形套圈和套管的非标 准器件，以保证PER不被降低，并明显增加了最终光学模块的生产成本。发明内容[14]因此，本发明的一个目的是，克服现有技术的不足之处，而提供一种保持耦合光高 偏振消光比的低成本PM光纤尾纤组件，而利用更少的套管光纤支架。 [15]根据本发明，提供了一种光纤尾纤组件，包括安装垫和保偏(PM)光纤；所述保 偏光纤具有快偏振轴，垂直于所述快偏振轴的慢偏振轴，以及用于光耦合所述PM光纤 到光器件的末端；其中，所述PM光纤的接近所述末端的部分被直接焊接到所述安装垫， 它们之间没有套管，从而使所述快偏振轴大致平行于所述安装垫，以及其中，所述慢偏 振轴大致垂直于所述安装垫。[16]根据本发明的一个方面，接近所述末端的所述PM光纤的一部分被嵌入到包括焊料 材料的焊料球中，所述焊料球固定粘贴所述PM光纤到所述安装垫，其中，所述焊料球 关于所述PM光纤的所述慢轴不对称。[17]根据本发明的另一方面，提供了一种光学模块，包括利用保偏光纤的光纤尾纤组件， 所述保偏光纤以垂直的慢轴方向直接焊接到安装垫上，以及所述光学模块还包括用于接 收来自PM光纤末端的偏振光或耦合偏振光到PM光纤末端的光器件，其中，所述PM 光纤末端包括用于耦合到所述光器件的透镜。[18]本发明的另一方面提供了一种将PM光纤安装到光纤尾纤组件的方法，所述光纤具包括a)提供安装垫；b)在所述PM光纤的末端确定慢偏振轴的方向；以及c)用焊 料直接将接近所述末端的所述PM光纤固定在所述安装垫上，以使所述慢偏振轴大致垂 直于所述安装垫。


[19]下面将结合代表本发明优选实施例的附图更详细的描述本发明，其中，相同的参考 标识用于指示相同的器件，其中 [20]图1说明了现有技术的保偏光纤；[21]图2说明了现有技术的保偏光纤尾纤，所述保偏光纤尾纤焊接在椭圆形套管内， 用于安装到光器件；[22]图3是根据本发明的保偏光纤尾纤组件的侧视图； [23]图4是图3沿线A-A的PM光纤尾纤组件的横截图； [24]图5是包括图3的PM光纤尾纤组件的光器件的侧视图；[25]图6说明了采用PM光纤尾纤组件的激光二极管模块的长期功率稳定性，其中，PM 光纤以慢轴垂直于安装垫的方向焊接到安装垫；[26]图7说明了釆用PM光纤尾纤组件的激光二极管^f莫块的长期功率稳定性，其中，PM 光纤以慢轴平行于安装垫的方向焊接到安装垫。[27]图8说明了激光二极管模块的PM光纤尾纤的远端的偏振消光比(PER),利用了 焊料球光纤安装组件，在焊料球内(在焊接处)的PM光纤有两个不同的取向。
具体实施方式
[29]图3和图4说明了本发明的PM光纤尾纤组件的举例实施例，并将在下面被描述。 [30]首先参考图3, PM光纤尾纤组件(PMFA) 100包括，PM光纤(PMF) 103，在 PMF103周围不使用套管或套圏的情况下，将PMF103直接焊接到安装垫130, PMF103 与安装垫130分离。PMF103有末端145,用于耦合到光器件(未在图中示出)，PMF103 的末端145在下文也指近光纤末端145或简称为近末端145。 PMF103接近近光纤端面 145的一部分135a被嵌入到焊料球101，焊料球101粘附PMF103和安装垫130，并将 PMF103固定贴到安装垫130。 PMF103的末端145可以有一个在此形成的微镜，用于提 高到光器件的耦合效率。PMF103的粘贴部分135a和近光纤末端145之间的距离优选在 0.2毫米(mm )和2mm之间，以及更优选在0.25mm到0.5mm之间。PMF焊接部分135a 的长度范围可以在大约0.2mm到1mm,以及优选在0.3mm到0.6mm之间。 [31]参考图4所示为沿着线(A-A)的PMFA100的横截面，PMF103有两个应力杆形 式的应力诱发区域110a， 110b,所述应力杆包含在PMF103内，并在PMF103的芯105 的两个相对侧，沿着PMF103的纵轴138。应力杆110a， b沿着连接它们的中心并垂直 于纵PMF轴138的轴120,诱发拉伸应力，在PMF103内引起了对于在PMF103内传播 的光的双折射，轴120是PMF103的慢偏振轴，垂直于慢轴120和PMF103的纵轴138 的轴125是PMF103的快偏振轴。包括两个应力成分或应力杆llOa， b的PM光纤的所描述实施例通常指熊猫型光纤。其他类型的PM光纤也已知，例如椭圆形应力棒光纤和 蝶形光纤，它们利用光纤内的单轴固有应力诱发光纤芯内的双折射。根据本发明，这些 光纤作为PMF103也可以用于PMFA100的其它实施例中，利用的PM光纤的慢轴方向 垂直于安装垫130。[32]根据本发明，焊料球中的PMF103被定方向，从而使快偏振轴125总的来说平行于 安装垫130,以及其中慢偏振轴120总的来说垂直于安装垫130。近一步的，根据本发 明并与现有技术PMF安装组件对比，在PMF103和安装垫130之间没有套管的情况下， 将PMF103直接粘贴到安装垫130的焊料球101,是相对于PMF光纤103的快偏振轴不 对称的，并具有用于粘贴到安装垫的大致平低部分和PMF103上面的大致圆形顶部分。 出乎意料的是，我们发现不对称焊料球101内的PMF光纤103的取向，在光学模块内 提供了提高的PER和蠕变稳定性质，将在下文描述。[33]焊料球101可以通过在提高的温度熔解和回流(re-flowing)例如玻璃原料或金属 焊料来形成。往回参考图3,在优选实施例中，接近PMF103末端145的PMF103的部 分135被剥去緩冲层并覆有外金属层128 (图4),外金属层128可以有金(Au)外表面。 安装垫130可以由例如玻璃陶瓷，氧化锆(zirconia),或铝(alumina)的陶瓷材料制成, 并具有一层或多层顶金属层132，所迷顶金属层132优选具有用于焊接到PMF103的含 金表面。焊料球101可以由回流共晶焊料合金AuSn制成，从而包围PMD103的金属化 部分135,焊料球101与金属化部分135粘附并且与安装垫130的顶金属层132粘附。 焊料球101的焊料材料可以具有的熔解温度是大约250度或更高。例如80%-Au和 20%-Sn的合成百分比或其它合成百分比可以被考虑用于焊料球101的焊料材料。其它 合适的焊料材料包括BiSn, SnAu, SnAgCu和AuGe。冷却后，PMF103的金属化部分 的一部分135a保持嵌在焊料球101内，焊料球101粘附在安装垫130上。 [34]焊接垫130，焊料球101和PMF103有不同的热膨胀系数(CTE )。典型的，焊料 材料的CTE超过PMF103和安装垫130的CTE。作为例子，焊料球101的AuSn焊料 材料的CTE大约是17ppm/°C，以及安装垫130的陶瓷材料的更低CTE大约是 10.2ppm/。C，与焊料球101的CTE相比，安装垫130的CTE更接近于PMF103的CTE。 由于CTE的差异和由于PMFA100的PMF-焊料-安装垫结合的不对称配置，当PMF103 的焊接部分135a固化并冷却到室温，PMF103的焊接部分135a在焊料球内经历不对称 应力，改变了 PMF103的焊接部分135a内的应力图。[35]我们发现这些不对称应力效应的不同依赖焊料球IOI内的PMF103的慢轴和快轴的取向，经比较，如图3和4所示的偏振轴取向更为有利，在下文中，该取向被称为垂直 慢轴取向。注意在本说明书的内容中，当用到有关PMF103和/或它的焊接部分135a时， 术语"慢轴，，和"快轴"指在没有例如焊料球101诱发的外部应力的情况下，PMF103的慢 偏振轴和快偏振轴。特别是，我们发现，当PMFA100被用于耦合光器件，在焊料球中 的垂直慢轴取向提供了相对于水平慢轴取向的明显的PER和功率稳定优势，所述水平 慢轴取向是，当PMF103在焊料球中被取方向，使得快轴125垂直于安装垫130以及慢 轴120平行于安装垫130。[36]现在参考图5,如图所示光学模块200利用了本发明的PMFAIOO。为了清楚的目 的，图3和4的参考号用于图5中标示相同的元件。光器件(OC) 155被安装在OC子 支架160上，子支架依次安装在基底170上。OC子支架160可以包括控制OC155操作 温度的热电冷却器(TEC )。基底170也可以支撑PMFA100的安装垫130。 OC155和PMFA 被安装，从而在OC155和PMF103之间提供有效的光耦合，也就是，使OC155能够有 效的接收来自PM光纤103的近末端145的偏振光，或将偏振光耦合到PM光纤103的 近末端145。在OC155和PM光纤103的近末端145之间固定从而帮助光耦合的耦合透 镜或透镜153是可选的。最近的末端145可以包括透镜表面，从而形成微镜150,作为 举例微镜150可以是技术已知的球形，圆锥形，环形或凿形微镜。OC155可以具体化为 激光二极管，例如倍频晶体的非线性光元件，波导或半导体光放大器，以及可以有光波 导180以引导偏振光。[37]在一个示范具体实施例中，OC155是具有大致平面有源波导180的激光二极管 (LD),大致平面有源波导180通常具有矩形横截面，所述矩形横截面水平方向(也就 是垂直于图5的平面)的尺寸大于垂直于基底170和安装垫130的垂直方向的尺寸。在 操作中，LD155发出的高度偏振光被耦合到PMF103的近末端145。 [38]表明LD155和PMF103之间的光耦合质量的一个重要参数是输出功率稳定性，对 于来自LD155的恒光功率，所述输出功率稳定性和PMF103的远末端160的光功率的 长期变化有关。我们发现光学模块200的长期功率稳定性依赖于在焊料球101内的 PMF103的偏振轴相对于安装垫130的取向，慢轴120的垂直取向提供了更好的功率稳 定性。[39]图6和7所示说明了 2组9个激光器模块，经过6000小时，在PMF103的远末端 测量的输出光功率变化的归一化，这两組模块在焊接位置的PMF103的取向不同。在每 一个模块中，PMF103在它的近端145形成了凿形透镜150，凿形透镜150边缘的取向平行于激光波导180。[40]图6显示了第 一组激光模块的长期功率稳定性，所述第 一组激光模块包括根据本发 明的PMFA100,其PMF 103被取向使得在焊料球101内它的慢轴120垂直于安装垫130。 图7显示了第二组激光模块的长期功率稳定性，第二组激光模块包括和第一组的激光模 块大致相同的激光模块，不同的是，其PMF103被取向使得在焊料球101内它的慢轴120 和安装塾130平行。[41]从图6和7的对比可以清楚的看出，根据本发明的图6的模块中的PMF103的垂直 慢轴取向，提供了激光模块明显更好的长期功率稳定性，所有激光模块的长期功率变化 稳定在+\- 5%，对比于PMF103的平行慢轴取向的模块提供的输出功率变化是+10% / -15%。[42]当PMF103采用它的慢轴取向垂直于安装垫130 (因而是应力杆110a， b的平面垂 直于安装垫130)而焊接，第一组激光模块的更好的功率稳定性可能至少是一部分归功 于在PMFAIOO内的PMF103的更好的蠕动(creep )稳定性。在此，术语"蠕动"指近PMF 末端145的慢垂直和水平位移，由于PMFA100的焊料球101内的慢变化应力，蠕动可 能在激光操作过程中出现，并导致PMF103弯曲。应力诱发区域110a能或多或少的阻 止PMF103弯曲，这依赖于所应用的应力相对于应力诱发区域110a， b的取向和对称性。 出乎意料的是，我们发现，为了将椭圆形输出光束耦合到激光二极管，应力部分110a, b应该被旋转，从而使在光纤激光对准的最敏感偏移方向，光纤更容易弯曲。在利用例 如凿形透镜光纤或环面透镜系统的不对称透镜的耦合方案中，在垂直方向的PMF103的 偏移容忍度通常更小，也就是，在垂直于激光波导180和安装垫130的方向。注意，与 本发明相反，具有用于偏振光束结合的PM光纤尾纤的传统980nmLD泵浦模块，通常 利用的PMF尾纤在近PMF末端145处，应力杆110a, b平面的取向平行于LD波导180 的平面。[43]本发明的PMFA100的另 一个优点是关于通过PMF103传播的光的PER特性。如上 面所讨论的，在焊料球IOI内应用于PMF103的不对称外部应力可能干涉在PMF103内 由应力杆110a, b诱发的内部应力，因此影响焊接PMF部分135a的双折射，可能引起 其内传播的耦合光的PER的减低。我们发现获得的PER强烈依赖于在焊料球101内的 PMF103的取向。特别是，我们发现本发明PMF的取向，大致提供了明显更高的PER 值，其中，应力杆110a， b的平面垂直于安装垫130以及，因此，慢轴120也垂直于安 装垫130。这在图8中被说明，图8代表了两组LD模块的PER值的积累分布。每一组利用直接将PM光纤焊接到氧化锆制成的安装垫，焊接长度大约是0.58mm。在图8中， 每一个符号的垂直坐标代表在对应组的特定LD模块在PMF103的远末端测量的PER 值。两组LD ^t块在焊料球101内利用不同的PMF取向。由曲线210上的方块代表并 由箭头标识为"快轴"的第一组，对应于本发明的垂直的PMF慢轴取向。由曲线220上 的符号代表并由箭头标识为"慢轴"的第二组，对应于PMF相对安装垫平行的慢轴取向。 每个符号的横坐标提供了相应PER测量值在各自PER分布中的相对等级，以及每个测 量值是以相对于该组的平均PER值的PER分布的标准偏差来量度的。例如，在每组中 大约50%的模块的PER值大于相应0级的PER,而大约84%的模块具有的PER小于相 应1级的PER值(也就是，在平均PER值之上的1标准偏差)。可以清楚的从图8中看 出，根据本发明的在焊料球101内的PMF轴取向在激光模块的输出具有明显更高的PER 值，超过50%的模块的PER大于20dB ，以及84%的模块的PER值大于15dB。 [44]应该注意的是，本发明的PMFAIOO在焊接位置的PMF103的垂直慢轴取向提供了 改善的PER,这并不依赖于在PMF103近末端的凿形透镜的存在或取向，并希望保持没 有凿形透镜，例如，当没有凿形透镜，例如球形，圆锥形，或环面微镜150被用在近光 纤末端，或当PMF103有切开的近末端145并使用外部耦合透镜153。 [45]虽然如图5所示的光学模块200包括单个光学模块155，利用PMFA100的光学模 块的其它具体实施例可以有两个被PMF103光互连的光学模块。例如，耦合到PMF103 的近末端145的OC155可以是高功率激光二极管，PMF103的远末端160耦合到倍频晶 体(未示出)，接近远末端160的PMF103的一部分利用第二焊料球焊接到另一个安装 垫(未示出)。在PMF103的远末端的第二焊料球内的PMF103的慢轴取向也可以垂直 于各自的安装垫或安装表面。[46]参考图9,本发明的另一方面提供了一种将PM光纤安装到例如PMFA100的光纤 尾纤组件内的方法，包括下面大概步骤。第一，在步骤310和315,安装垫130和一段 长度的PMF103被提供。下一步，在步骤320,在PMF近末端的慢轴120的取向被确定； 这一步骤例如可以这样完成，在显微镜下用眼睛观察PMF光纤的近末端，从而定位两 个应力诱发区域110a,b;慢轴被确定的方向是沿着应力诱发区域中心的连接线。可选择 的，PMF光纤可以在护套上有标记从而识别PMF轴的方向。在下一步325中，PMF被 确定方向，使它的慢轴垂直于安装垫，以此方向放置到安装垫130,使PMF30的近末端 到光器件155的距离为所期望的距离。下一步，用焊料将接近PMF103的近末端部分直 接固定在安装垫130,从而慢偏振轴120大致垂直于安装垫。在优选实施例中，步骤315可以包括剥去PMF接近近末端部分的护套或緩沖层，从而露出PMF包层，以及用金属 膜金属化所述部分，以便更好的粘附焊料材料。[47]在优选实施例中，将PM光纤安装到光纤尾纤组件的前述步骤可以在组装光学模块 200的过程中操作。例如，如果光器件155是激光二极管，光学模块是具有PM光纤尾 纤的激光模块，组装这类模块的步骤大体上在授权给Ziari等的美国专利6, 758, 610 中被描述，授权给Ziari等的美国专利6， 758, 61已转让给本申请的受让人，通过参考 将其结合于此。在该美国专利中，加入了步骤320和325,并且如上所述，在焊接过程 中对PMF进行特定取向。参考图5,安装PMF103可以在将LD155焊接到OC支架160 后进行，OC支架160和安装垫130都被附着在基底170上。在一个具体实施例中，然 后，在PMF103周围，在PMF103在安装垫130上的待焊位置处，提供焊料材料，然后 在PMF对准和粘贴的过程中利用激光加热熔解焊料，如Ziari在专利中所描述的。所需 的激光加热源的功率是相对低的，例如，当AuSn被作为焊料球101的焊料材料，1-3 瓦特(W)通常就足够。开始LD155和PMF103被预先对准。焊料材料然后被激光加热 熔解，从而焊料材料回流到粘附在那里的PM光纤和安装垫而形成不对称焊料球101, 其中，PM光纤被嵌入，将PM光纤附着到安装垫。在一些具体实施例中，在熔解焊料 球101的过程中LD155可以;故开启，在PMF远末端的光功率^l测量以监测LD155和 PMF103之间的光耦合效率，以帮助它们的光对准。在焊料球被熔解的同时，LD155和 PMF103的对准可以被精细调节，从而在保持PM103在焊接位置135a的慢轴取向大致 垂直于安装垫130下，最优化耦合效率。关闭加热激光源后，焊料球101冷却，固化， 并^f吏PMF103的位置相对于安装垫130和LD155固定。[48]有利的是，前面描述的根据本发明的光纤尾纤组件和将保偏光纤安装在光纤尾纤组 件的相关方法，提供了可替换现有技术的低成本连接保偏光纤到光学模块的办法，同时 提高了耦合光的长期光耦合稳定性和高偏振消光比。[49]当然，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以设想大量其它实施例。
权利要求
1、一种光纤尾纤组件，包括安装垫和保偏PM光纤；所述保偏光纤具有快偏振轴，垂直于所述快偏振轴的慢偏振轴，以及用于光耦合所述PM光纤到光器件的末端；其中，所述PM光纤的接近所述末端的部分被直接焊接到所述安装垫，它们之间没有套管，从而使所述快偏振轴大致平行于所述安装垫，以及其中，所述慢偏振轴大致垂直于所述安装垫。
2、 如权利要求1所述的光纤尾纤组件，其中，接近所述末端的所述PM光纤的一 部分被嵌入到包括焊料材料的焊料球中，所述焊料球固定粘贴所述PM光纤到所述安装 垫，其中，所述焊料球关于所述PM光纤的所述慢轴不对称。
3、 如权利要求2所述的光纤尾纤组件，其中，所述PM光纤的所述部分具有金属 外层，以及其中，所述焊料材料包括AuSn, SnAgCu, BiSn或AuGe中的一种。
4、 如权利要求3所述的光纤尾纤组件，其中，所述焊料材料包括共晶合金。
5、 如权利要求4所述的光纤尾纤组件，其中，所述PM光纤的所述金属外层包括 Au,以及其中，所述焊料材料包括AuSn的共晶合金，所述共晶合金包围所述PM光纤 的所述金属外层并与之粘附。
6、 如权利要求2所述的光纤尾纤组件，其中，所述焊料球包括玻璃焊料材料，所 述玻璃焊料材料包围所述PM光纤的接近所述末端的部分。
7、 如权利要求1所述的光纤尾纤组件，其中，所述安装垫包括陶瓷材料。
8、 如权利要求7所述的光纤尾纤组件，其中，所述陶瓷材料包括氧化锆和铝中的 一种。
9、 如权利要求3所述的光纤尾纤组件，其中，所述安装垫具有用于将所述PM焊 接到所述安装垫的金属层。
10、 如权利要求1所述的光纤尾纤组件，其中，所述PM光纤具有芯和两个应力诱 发杆，所述两个应力诱发杆在所述芯的两个相对侧嵌在所述PM光纤内，以及其中，所 述慢轴大致平行于所述应力诱发杆的中心连接线。
11、 如权利要求2所述的光纤尾纤组件，其中，所述安装垫的热膨胀系数小于所述 焊料材料的热膨胀系数。
12、 一种光学模块，包括如权利要求1所述的光纤尾纤组件以及所述光器件，所述 光器件被设置，用于接收来自所述PM光纤的所述末端的偏振光或耦合偏振光到所述 PM光纤的所述末端。
13、 如权利要求1所述的光纤尾纤组件，其中，所述PM光纤的所述末端包括用于耦合到所述光器件的透镜。
14、 如权利要求13所述的光纤尾纤组件，其中，所述透镜是凿形透镜。
15、 如权利要求13所述的光纤尾纤组件，其中，所述透镜是非凿形透镜。
16、 如权利要求2所述的光纤尾纤组件，其中，所述焊料球包括用于粘附在所述安 装垫的大致平坦部分。
17、 一种将保偏PM光纤安装到光纤尾纤组件的方法，所述光纤具有用于耦合偏振 光到所述PM光纤或将偏振光从所述PM光纤耦合出的末端，所述方法包括a) 提供安装垫；b) 在所述PM光纤的末端确定慢偏振轴的方向；c) 用焊料直接将接近所述末端的所迷PM光纤固定在所述安装垫上，以使所述慢 偏振轴大致垂直于所述安装垫。
18、 如权利要求17所述的方法，其中，步骤(c)包括d) 以所期望的方向将所述PM光纤放置在所述安装垫上，以使所述慢偏振轴大致 垂直于所述安装垫，e) 在放置在所述安装垫之上的PM光纤的一部分的周围提供焊料材料，以及f) 熔解所述焊料材料，从而使之在与其粘附的所述PM光纤的周围回流，并到所述 安装垫以形成不对称焊料球，其中，所述PM光纤被嵌入，将所述PM光纤粘贴到所述 安装垫。
19、 如权利要求17所述的方法，还包括提供光器件的步骤，所述光器件有待于被 光耦合到所述PM光纤的所述末端，其中，步骤(c)包括使光通过所迷光器件和所述PM光纤的所述末端， 监测它们之间光耦合的效率，以及相对于所述光器件对准所述PM光纤的所迷末端，从而优化所述效率，同时保持所 述PM光纤的所述慢轴的方向大致垂直于所述安装垫。
全文摘要
本发明提供了一种光纤尾纤组件，其中，保偏光纤被直接焊接到安装垫，它们之间没有套管或套圈。保偏光纤接近光纤末端的一部分被以垂直的慢轴的方向嵌入不对称焊料球，不对称焊料球具有用于粘附到安装垫的平坦部分。在焊料球内的保偏光纤的垂直的慢轴方向提高了利用本发明的光学模块的功率稳定性和偏振消光比性质。
文档编号G02B6/02GK101216575SQ20081000001
公开日2008年7月9日 申请日期2008年1月2日 优先权日2007年1月3日
发明者尼古拉斯·盖休, 杰伊·A·斯基德莫尔, 理查德·杜斯特博格, 马克·K·范·贡藤 申请人:Jds尤尼弗思公司