光学组件的制作方法

本发明涉及光学组件，特别涉及适用于相干光通信系统的光学组件。

背景技术：

日本专利申请公开no.jp-h10-154849a公开了一种具有树脂壳体的半导体激光器组件。其中公开的激光器组件包括封装在树脂内的半导体激光二极管(ld)、插在壳体内以与ld光学耦合的光纤以及用于固定光纤的支撑件。光纤的末端插在壳体内；而，支撑件通过从树脂壳体突出的圆筒形构件来固定，其中在支撑件与圆筒形构件之间具有弹性粘合剂。粘合剂包围壳体。

因此，光学组件通常具有如下构造：末端与光学器件耦合的光纤被引入壳体内，并且壳体填充有诸如粘合剂和/或焊料等的密封材料，该密封材料将壳体内的部件密封。当两根或更多根光纤被引入壳体内时，圆筒形构件的孔变得不可避免地扩大，这使得难以将密封剂的填充物稳定地施加在孔内。过量的填充物扩散到将要安装其它部件的区域，而填充物的不充足造成壳体的气密性劣化。

技术实现要素：

本发明的一方面涉及一种包括壳体、光纤、联接部分和插芯的光学组件。壳体在内部安装有光学器件，例如多模干涉(mmi)器件。光纤的末端与壳体内的光学器件光学耦合。联接部分具有筒形形状以及有轴线的孔，将光纤固定并且被附接至壳体。固定在联接部分中的插芯具有柱式形状，插芯的直径稍小于联接部分的孔的直径。插芯具有槽，槽收纳光纤并凭借填充物将光纤固定在槽中。

附图说明

从下面参考附图对本发明的优选实施例进行的详细描述中将更好地理解前述及其它目的、方面以及优点，其中：

图1是示出根据本发明第一实施例的光学组件的内部的平面图；

图2是示出壳体的前壁的透视图，固定一组光纤的联接部分附接至前壁，并且该组光纤穿过前壁被引导到壳体内；

图3示出具有毛细管的一组光纤；

图4是毛细管以及由毛细管固定的一组光纤的横截面图；

图5是联接部分的透视图，联接部分组装用于固定一组光纤的插芯；

图6是插芯的透视图；

图7是根据本发明第一实施例的插芯的横截面图；

图8是根据本发明第二实施例的另一插芯的横截面图；以及

图9是根据本发明第三实施例的又一插芯的横截面图。

具体实施方式

接下来，将参考附图来描述根据本实施例的一些实施例。然而，本发明不限于这些实施例，而是具有在所附权利要求中限定的范围并包括在权利要求的范围内且与权利要求等效的所有改变和修改。还有，在对附图的描述中，彼此相同或类似的附图标记或符号将指代彼此相同或相似的元件，而不重复说明。

图1是示出根据本发明的光学组件1的内部的平面图，示意性地示出了安装在光学组件1内的元件之间的联接关系，并且图2放大了将光纤7和8固定的联接部分3。本实施例的光学组件1的类型为所谓的相干接收组件，通常称为集成相干接收器(icr)。光学组件1可以通过执行信号光束l1与本振光束l2之间的干涉来恢复信号光束中所包含的信息。恢复的信息通过转换成一个或多个电信号而从光学组件1向外部输出。

光学组件1设有盒形壳体2和附接至壳体2的联接部分3，其中壳体2和联接部分3可以由热膨胀系数彼此基本相同的材料制成，典型地为可伐合金(kovar^tm)。壳体2的侧壁中的设有窗口2b的一个侧壁2a将联接部分3附接至该侧壁上，使得具有筒形形状的联接部分3从侧壁2a向外突出。联接部分3的侧面3a设有开口3b，以将填充物h通过该开口3b注入联接部分3内。开口3b设有外倾的边缘3c，该边缘3c与侧面3a形成显著大的角度或相对于侧面3a倾斜。

设置在插芯10内的一组光纤5穿过联接部分3的孔3d以及侧壁2a中的窗口2b；也就是说，插芯10设置在联接部分3的圆筒体的孔3d内，由此可以将该组光纤5固定在该孔中。该组光纤5的末端设有毛细管6并包括单模光纤(smf)7和保偏光纤8。smf7承载信号光束l1，而pmf8承载本振光束l2，其中两个光束l1和l2均通过该组光纤5被引导到壳体2内。

壳体2在除了前面所述的侧壁2a之外的一个侧壁中设有端子4，其中端子4是从构成形成侧壁的多层陶瓷的最下层陶瓷中引出的。端子4包括提取与从信号光束l1恢复的信息相对应的电信号的端子、用于向安装在壳体2内的器件供应偏压的端子以及接地端子。

根据本实施例的光学组件1进一步设有两个多模干涉(mmi)器件21和22作为光学有源器件，这两个器件是光学90°混波器类型的器件。mmi器件21和22沿着壳体2的横向并排布置，其中横向与侧壁2a平行。为了将smf7和pmf8与mmi器件21和22的输入端口光学耦合，光学组件1进一步设有准直透镜25a和25b、分束器(bs)26a、偏振分束器(pbs)23、偏斜调节器24、反射器28以及半波长(λ/2)板27。

布置在从smf7输出的信号光束l1(其在smf7的末端是发散光束)的光轴上的准直透镜25a将信号光束l1转换成准直光束。bs26a将来自准直透镜25a的信号光束l1分成信号光束l10和被监测光束m1，其中前一光束l10透过bs26a，而由bs26a反射的被监测光束m1朝向垂直于信号光束l1的方向前进。在被监测光束m1的光轴上设置有监测用光电二极管(mpd)26b，监测用光电二极管26b产生与由此感测的被监测光束m1的强度相对应的电信号。

pbs23布置在信号光束l10的光轴上并设有与bs26a光学耦合的入射表面，将信号光束l10以平分比率50:50分成两个光束l11和l12，其中前一光束l11具有与壳体2的底部平行的x偏振，而后一光束l12具有与壳体2的底部垂直的y偏振。具有x偏振的信号光束l11穿过pbs23进入mmi器件21，而具有y偏振的信号光束l12在pbs23处光轴发生90°弯折而朝向反射器28前进。

偏斜调节器24布置在将pbs23与mmi器件21连接起来的光路上以及mmi器件21的输入端口的光轴上。具有x偏振的信号光束l11通过偏斜调节器24，其中作为由硅(si)制成的矩形块的偏斜调节器24可以通过等效地加长信号光束l11的光路来补偿由信号光束l11和l12之间的光路差引起的信号光束l12相对于另一个信号光束l11的相位延迟。

布置在反射器28与mmi器件22的输入端口之间的λ/2板27使光束l12透过并将其偏振转换成另一偏振。λ/2板27使信号光束l12的偏振角旋转90°，这意味着穿过λ/2板27的信号光束l12使其偏振与穿过pbs23的另一个信号光束l11的偏振对齐。穿过λ/2板27的信号光束l12由透镜会聚而进入mmi器件22。

光学组件1设置准直透镜25b、偏振器31、分束器(bs)32、偏斜调节器24以及反射器28作为用于将pmf8与mmi器件21和22的输入端口光学耦合的部件。准直透镜25b与pmf8光学耦合且布置在本振光束l2的光路上，将本振光束l2转换成准直光束并将如此转换的准直光束提供给偏振器31。偏振器31与准直透镜25b耦合且布置在本振光束l2的光路上，将本振光束l2的偏振极化。即使当保持在pmf8内的本振光束l2的偏振在光学组件1的组装期间偏离或旋转时，偏振器31也可以提取或重新布置本振光束l2的偏振。

当将半导体激光二极管(ld)应用为本振光束l2的光源时，ld通常输出具有椭圆偏振(其长轴与ld的有源层平行)的激光束。然而，一些ld有意地在有源层中诱发应力，以便增强有源层的材料的振荡稳定性和可靠性并调谐从有源层输出的光束的波长。源自这种ld的激光束有时显示出椭圆偏振，但具有相对较长的短轴。即使对于具有这种椭圆偏振的光束，偏振器31也可以将本振光束l2的偏振从这种椭圆偏振重新布置成具有设计方向(例如，与壳体2的底部平行)的线性偏振。

bs32将从偏振器31输出的本振光束l2以平分比率即50:50分成两个光束。穿过bs32的一个光束l21进入mmi器件21；而另一部分l22被bs32向反射器28反射。偏斜调节器24布置在将mmi器件21的输入端口与bs32连接起来的光路上，并且设置在mmi器件21的输入端口的光轴上，使本振光束l21透过。偏斜调节器24可以通过等效地加长本振光束l21的光路来补偿由本振光束l22与另一个本振光束l21之间的光路差引起的本振光束l22相对另一个本振光束l21的相位延迟。本振光束l21穿过偏斜调节器24会聚到mmi器件21的输入端口上。

另一个本振光束l22被反射器28反射而前进到mmi器件22的输入端口。由反射器28反射之后的本振光束l22的光轴与mmi器件22的输入端口的光轴对齐。本振光束l22被反射器28反射而被会聚到mmi器件22的输入端口上。

因此，均进入壳体2内的信号光束l1和本振光束l2被分成相应的两个部分并且提供给相应的两个mmi器件21和22。mmi器件21和22例如主要由磷化铟(inp)制成且一体地集成有光电二极管(pd)。mmi器件21和22可以通过在信号光束l1与本振光束l2之间执行干涉而从信号光束l1中提取相对于本振光束l2的同相分量以及相对于本振光束l2的正交分量。也就是说，同相分量是信号光束l1的相位与本振光束l2的相位匹配的分量，而正交分量是信号光束l1的相位与本振光束l2的相位正交的分量。在mmi器件21和22内设置的pd产生与同相分量和正交分量相对应的相应光电流。光电流在通过放大器25(其同样安装在壳体2内)被转换成电压信号之后从端子4输出。

接下来，将描述联接部分3的细节，光纤穿过该联接部分3被引入光学组件1内。图3是示出毛细管6以及包括smf7和pmf8的一组光纤5的侧视图，并且图4是示出毛细管6的使smf7和pmf8的末端露出的端部6a的前视图。将smf7和pmf8的端部固定的毛细管6可以例如由诸如氧化锆和/或玻璃等的陶瓷制成，具体地由二氧化硅、硼硅酸盐冕玻璃等等制成。毛细管6的端部6a具有一对拱形侧面和一对线性侧面，每个线性侧面将这对拱形侧面连接起来。两根光纤7和8由毛细管6固定，其中两根光纤7和8之间的距离d例如为250μm、500μm或750μm。

图5是联接部分3的透视图，示出了设置在联接部分3的孔3d内的插芯10，并且图6是示出插芯10的透视图。插芯10可以由热膨胀系数基本上等于壳体2和联接部分3的热膨胀系数的材料制成，其中本实施例的插芯10由与壳体2和联接部分3相同的kovar^tm制成。插芯10具有带有一对平坦端部13和14的柱式形状，插芯10的外径基本上等于或稍小于联接部分3的孔3d的直径。插芯10可以填充孔3d以节省填充槽11和12的填充物h。

插芯10设有一对槽11和12，用于在其中设置通过剥去树脂涂层而使玻璃体露出的裸光纤7a和8a。槽11和12在插芯10的端部13和14之间与裸光纤7a和8a的轴线平行地延伸，并将这些裸光纤7a和8a设置在槽11和12中，这可以减少将被填充物h填充的空间并节省填充物h。在槽11中设置smf7a，而在另一个槽12中设置pmf8a。

图7示出由与筒形联接部分3的轴线垂直的平面截取的插芯10的横截面10a。槽11和12相对于穿过插芯10的中心10b的虚拟平面a以平面对称的方式布置，从表面15延伸而沿虚拟平面a形成彼此平行的侧面16，以分别形成凹形底部11a和12a，其中槽11的凹形底部11a与裸smf7a的外形相配合以将smf7a稳定地设置在凹形底部11a中，并在凹形底部11a与裸smf7a的外形之间留下有限的间隙。凹形底部11a超过插芯10的中心10b，也就是说，槽11的深度e1大于插芯10的半径。还有，槽11的宽度b1基本上等于凹形底部11a的宽度b2。也就是说，槽11可以具有从表面15到槽11的底部11a的恒定宽度，并且该恒定宽度基本上等于或稍大于裸smf7a的直径。用于裸pmf8a的另一个槽12具有与槽11相同的布置，并且可以具有基本上等于或稍大于裸pmf8a的直径的恒定宽度b3或b4。

接下来，将描述使用插芯10将smf7和pmf8引入光学组件1内的过程。再次参考图2，该过程在将插芯10设置在联接部分3内之前，首先在将smf7的裸光纤7a的树脂涂层去除的情况下将裸光纤7a设置在槽11内，并且同样通过去除pmf8的裸光纤8a的树脂涂层而将裸光纤8a设置在槽12内。然后，该过程将固定在裸光纤7a和8a的末端处的毛细管6插入壳体2内，并且将毛细管6在壳体2的内部固定至壳体2。还有，沿着插芯10的轴线将插芯10调节到位，使得插芯10在联接部分3的开口3b中出现。

然后，将填充物h从开口3b注入槽11和12内，并且同时将树脂r从联接部分3的孔3d的端部注入孔3d内，使得插芯10可以固定在联接部分3的孔3d内，并且裸光纤7a和8a可以固定在槽11和12内。树脂r的类型可以是双流体混合树脂，如353nd^tm。因此，填充物h和树脂r两者可靠且刚性地将插芯10与联接部分3固定起来且使裸光纤7a和8a固定在槽11和12内。

接下来，将描述光学组件1的优点，特别是将插芯10与联接部分3组装的机制的优点。在如此描述的光学组件1中，具有孔3d的筒形联接部分3将插芯10收纳在孔3d内，并且该插芯10插入孔3d内使得插芯10中的槽11和12通过固定相应的裸光纤7a和8a将smf7和pmf8固定。因此，插芯10可以将筒形联接部分3的孔3d密封。该布置不仅通过联接部分3将壳体2气密性地密封，而且壳体2的气密性可以通过有限的填充物来实现，这意味着防止过量的填充物扩散到未设计的区域中。

还有，联接部分3将两根或更多根光纤固定在其中，并且固定在联接部分3中的光纤中至少一根光纤是pmf8类型的光纤。当一组smf和pmf插入到联接部分3中并且在无插芯的情况下由联接部分3固定时，筒形联接部分3不可避免地在其孔中的除光纤外的剩余空间中被密封。根据本发明的光学组件1，筒形联接部分3将两根光纤7和8固定，但筒形联接部分3的孔3d主要被插芯10填充，其中插芯10的两个槽11和12分别将光纤7和8设置在其中；相应地，插芯10和筒形联接部分3的布置可以节省用于固定光纤7和8的填充物，并将光学组件1的壳体2可靠地密封。

插芯10设有槽11和另一个槽12，用于将各自呈裸光纤形式7a和8a的smf7和pmf8固定在其中。因此，由于光纤7和8设置在插芯10中的相应槽11和12内，并且把固定光纤7和8的插芯10插入到联接部分3的孔3d内，所以可以节省用于气密性密封壳体2的填充物h。特别地，插芯10中的槽11和12具有与设置在槽中的裸光纤7a和8a的直径基本上相同的各自的恒定宽度。相应地，插芯10的横截面中仅设有用于使裸光纤7a和8a穿过的槽11和12并且基本上没有留下空区域，这可以节省待填充到筒形联接部分3的孔3d中的空区域内的填充物h。

槽11和12在插芯10的端部13和14之间延伸，也就是说，槽11和12沿着筒形联接部分3的轴线从端部13穿过到另一端部14，这可以简化形成插芯10的过程并实现槽11和12的精确尺寸。

联接部分3设有使插芯10(即，槽11和12)露出的开口3b，这使得填充物h能够通过开口3b注入槽11和12内。还有，壳体2、联接部分3和插芯10具有基本上彼此相当的各自的热膨胀系数，这意味着即使环境温度发生了变化，也可以将壳体2牢靠地且气密性地密封。在根据本实施例的光学组件1中，壳体2、筒形联接部分3和插芯10这些构件由kovar^tm制成。

第二实施例

接下来，将参考图8来描述根据本发明第二实施例的另一插芯40。第二实施例的插芯40设有一个槽41，槽41的横截面和宽度不同于图7所示的第一实施例的槽的横截面和宽度。第二实施例中的槽41将一根或更多根光纤设置在其中并且在插芯40的端部之间沿着筒形联接部分3的轴线延伸。与前述实施例类似，在横截面40a中，槽41从插芯40的表面延伸到达并超过插芯40的中心，并具有凹形底部41a和线性侧面46。槽41具有在线性侧面46之间的宽度b3，其中槽41的宽度稍宽于一个裸光纤的直径，或者与两个裸光纤的总宽度相当。因此，第二实施例中的插芯40设有沿着筒形联接部分3的轴线在插芯40的端部之间延伸的一个槽41。将一根或多根裸光纤设置在槽41中并将如此构造的插芯40插入筒形联接部分3的孔3d内，可以将壳体2与插芯40牢靠地且气密性地密封，而与裸光纤的数量无关。

第三实施例

接下来，将参考图9来描述根据本发明第三实施例的又一插芯50。本实施例的插芯50与前述实施例的不同的特征在于：槽51的横截面和尺寸不同于槽11、12和41。插芯50设有收纳两根或更多根裸光纤的一个槽51。在插芯50的横截面50a中，槽51从插芯50的表面55朝向插芯50的中心延伸，并设有围绕中心50b的凹穴56，其中凹穴56的宽度b5或直径大于槽51在表面55处的宽度b4，其中后一宽度b4稍大于裸光纤的直径，这意味着容易通过一个接一个地插入裸光纤而将裸光纤设置在凹穴56内，并且裸光纤一旦设置在凹穴56内就难以从凹穴56中脱离。还有，本实施例的槽51和凹穴56的布置也可以用有限的填充物h将壳体3稳定地密封。

虽然本文已出于说明的目的描述了本发明的特定实施例，但是本领域技术人员将理解，在不脱离随附权利要求中所限定的本发明的范围的情况下，可以进行各种修改，并且可以替换等同物。另外，在不脱离本文描述的中心发明构思的情况下，可以进行许多修改以使特定情况适应本发明的教导。例如，实施例会聚在类型为相干接收器组件的光学组件1上，该相干接收器组件可以称为智能相干接收器(icr)；光学有源器件的类型、数量和布置是可选的。还有，本发明可以适用于其它类型的光学组件，如发射器光学子组件(tosa)、接收器光学子组件(rosa)、集成了多级光学调制和光学接收器功能的相干光学子组件(cosa)(其通常称为硅光器件)和/或集成了rosa与tosa的发射器-接收器光学子组件(trosa)。

还有，如此描述的实施例设置了包括一个smf7和一个pmf8的一组光纤；但光学组件1或具有插芯10的联接部分3可以设置有三根或更多根光纤。上面说明的cosa或trosa设有用于本振光束、信号光束和调制光束的三根光纤，这通常需要联接部分中具有扩大的开口，使得三根光纤穿过该开口被引入壳体内。即使是这种情况，根据本发明的设有插芯的联接部分3也可以用有限的填充物将壳体稳定地密封。用于这种布置的插芯可以设有一个槽或多个槽，每个槽对应于裸光纤。还有，槽的横截面形状、尺寸以及排布可根据裸光纤的数量选择。因此，旨在本发明不限于所公开的特定实施例，而是本发明包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。

本申请基于并要求2018年1月10日提交的日本专利申请no.2018-002075的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。