本文公开了一种特别地配置为与基于光纤的光学器件一起使用的封装方案，更具体地说，涉及一种包括使用沿着器件长度形成的一系列单独的接合件的封装方案，以便即使在封装光学器件的整个寿命期间存在环境温度的变化的情况下，也能降低封装后光纤移动的可能性。
背景技术：
1、在许多应用中，基于光纤的光学器件需要承受-40℃至+85℃(例如)的工作温度范围。在这么宽的温度范围内，包裹器件的封装材料和光纤器件本身之间的热膨胀系数(cte)的任何显著不匹配都会给器件引入应力。应力可能导致引入沿着光纤器件的不需要的弯曲，这可能引起封装装置的光信号质量和/或机械完整性的妥协。
2、在光学领域，沿着光纤跨距超过定义的曲率半径的弯曲的出现可以导致传播信号的一部分的外耦合(即，弯曲引起的损耗)。根据光纤器件的类型和应用，不需要的弯曲也可能在弯曲的光纤支持的不同光模式之间引入模式耦合。从机械角度来看，光纤器件在载荷下(诸如与相对于光纤器件的封装的温度相关的收缩有关的载荷)所经历的应力变化在由于制造过程而已经经历机械弱化的区域是最麻烦的。例如，在光学器件的制造/形成中，需要进行一个或多个热处理，可能导致产生不同机械特性的各种区域。
3、在锥形光纤束的形成中，所收集的光纤的定义的部分需要经受升高的玻璃软化温度，以使单独的光纤熔接在一起。同时，所收集的光纤受到纵向力的作用，使光纤的熔接集合逐渐变细(形成熔锥)。由于这种热处理加工，制造的tfb将有机械弱化区，包括单独的光纤和熔锥之间的接口。特别地，这个弱化区可以被称为“热/冷接口”，其中“热区”对应于器件经受热处理(例如，熔接)的部分，而“冷区”对应于未加工的元件(例如光纤的原始集合)。
4、除了热加工导致弱化区域形成之外，机械加工(诸如从光纤剥离外层)、环境加工(诸如在器件组装期间处理单独的光纤)等，可能会在基于光纤的光学器件中引入机械弱化区域。
5、众所周知，如果不采取预防措施，玻璃腐蚀可能发生在光学器件的任何机械弱化区域。腐蚀可能归因于当熔接加工开始时(例如)，作为环境条件的一部分的水分的存在。众所周知，用于熔接的某些特定热处理也会产生作为副产品的水分。
6、玻璃腐蚀在弱化区内影响光纤器件结构，使所述结构容易受到沿光纤器件长度(以及沿宽度)传播裂纹的影响。封装材料和光纤玻璃之间的cte不匹配可能会引入机械应力(由于产生的热应力)。这些玻璃腐蚀的各种结果在封装的光学器件的寿命期间仍然是成问题的，并且可能在将来的某个时候导致光学器件的损坏。
7、当最终的光纤器件封装在具有相对较高cte的材料中时，这些产生的机械弱化区域中的任何一个都可能进一步受到损害，因为那里有各种在其他方面表现出所需的性能(诸如高热导率)的材料。
8、由于基于光纤的光学器件越来越多地用于使封装器件承受极限温度(以及其他环境条件)的条件，因此用于封装的材料的选择以及将器件装入封装中的设计细节变得更加重要。实际上，机械故障和光学损伤都依赖于封装光纤器件曲率半径的变化，在这种情况下，所述曲率半径的变化可能是由相对于基于光纤的光学器件的封装物理尺寸的基于温度的变化(特别是收缩)引发的。为此，一旦基于光纤的光学器件被封装，都希望最大限度降低光纤移动的可能性，而不管光纤上的与光纤和封装材料之间cte的差异有关的应力变化。
技术实现思路
1、本公开解决了上述问题，本发明涉及一种特别地配置为与基于光纤的光学器件(诸如锥形光纤束(tfb))一起使用的封装方案，更具体来说，涉及一种包括使用沿着器件长度形成的一系列单独的接合件的封装方案，以便即使在封装的光学器件的整个寿命期间存在环境温度的变化的情况下，也能降低封装后光纤移动的可能性。
2、本发明提出了一种用于光纤器件的封装装置，其基于选择合适的材料(或材料的组合)用作光纤器件的安装基板，并结合使用一系列单独的接合件将光纤器件固定到安装基板上，以便在封装器件之后暴露于极限环境条件(例如，定义的工作温度范围的低温极限)时，减少光纤在封装器件内移动的可能性。出于讨论的目的，“合适的材料”可以是表现出相对较高的热导率的材料，其cte是次要考虑的特性。
3、在一个示例性实施例中，提出了一种封装装置，其中可以定位所选择的单独的接合件，使得沿着光学器件识别的机械弱化区域在一对接合件之间得到支撑。换句话说，接合件的位置被选择成使得光纤器件的机械弱化部分在光纤器件的寿命期间对于预期的预定义的载荷范围保持压缩。
4、在许多情况下，预定义的载荷范围是封装的光纤器件的工作温度范围的极限的函数，因为封装材料和玻璃光纤之间的cte通常有很大的差异，封装材料在低温下相对于玻璃光纤收缩，并在光纤器件上施加应力。
5、在另一个实施例中，封装装置可以被配置为使得单独的接合件之间的无支撑光纤的长度不经受超过一曲率半径的弯曲(即使在存在由温度极限引起的压缩载荷的情况下)，在该曲率半径处出现弯曲引起的耦合损耗和/或传播信号的模式耦合。
6、特定的接合件可以形成为延伸以覆盖光纤器件某个特征(例如，tfb的熔锥特征)的完整长度；在其他实施例中，只有选定的特征的一部分可以被粘合件覆盖。
7、应当理解，虽然下面的讨论主要集中在光合束器形式的基于光纤的光学器件的形成上，所述光合束器包括由于其制造工艺而表现出至少一个机械弱化区域的tfb，但是相同的原理适用于任何基于光纤的光学器件的封装，这些器件可能由于机械、热和/或环境因素而经历大量不需要的弯曲。基于光纤的光学器件的范围可以从简单的光学接头到复杂的基于多个光纤的组装件，并且用于各种类型的应用，包括通信系统、传感器、医疗设备等。
8、本公开的封装的各种实施例可以包括使用一个或多个特定的cte匹配的基板嵌体，位于识别的机械弱化位置或其中弯曲超过已知的曲率半径会损害传播的光信号的质量的光纤跨距附近，而基板的其余部分由具有优选热传递特性的材料形成。
9、本公开的一个示例性实施例可以采取用于基于光纤的光学器件的封装装置的形式，所述封装装置包括用于支撑基于光纤的光学器件的基板(所述基板由在低温极限下可以相对于基于光纤的光学器件经历收缩的材料形成)和用于将基于光纤的光学器件固定到基板上的多个接合件。多个接合件沿着基于光纤的光学器件的长度设置，使得在基于光纤的光学器件在定义的温度范围内工作期间，一对接合件之间的光纤的无支撑部分被限制或者弯曲超过定义的曲率半径，或者在机械弱化区域中破裂。
10、其它和进一步的特征和实施例将在下面的讨论过程中以及通过参考附图而变得显而易见。
1.一种用于基于光纤的光学器件的封装装置，包括：
2.根据权利要求1所述的封装装置，其中定义的长度l被定义为临界屈曲载荷pcr的函数，其中
3.根据权利要求2所述的封装装置，其中屈曲载荷因子(blf)用于确定所述定义的长度l，blf被定义为pcr与最大载荷pap的比率，最大载荷pap作为压缩载荷施加在基于光纤的光学器件的无支撑部分上。
4.根据权利要求3所述的封装装置，其中最大载荷pap与基板在工作温度范围内的最低温度值下的最大收缩有关。
5.根据权利要求4所述的封装装置，其中所述定义的长度l被选择为使得blf大于1。
6.根据权利要求1所述的封装装置，其中所述基板包括铝。
7.根据权利要求1所述的封装装置，其中所述基于光纤的光学器件在-40℃至+85℃的温度范围内工作。
8.根据权利要求1所述的封装装置，其中所述多个接合件进一步包括位于金属基板的相对的两端的一对终端接合件。
9.根据权利要求1所述的封装装置，其中所述基于光纤的光学器件包括在无支撑部分内的机械弱化区域。
10.根据权利要求9所述的封装装置，其中定义的长度l被选择为使得机械弱化区域在封装的基于光纤的光学器件的工作范围内，在与封装的基于光纤的光学器件上的零应力相关联的温度以下保持压缩。
11.根据权利要求10所述的封装装置，其中所述基板包括具有两种不同cte值的至少两种不同材料的混合物，具有较低cte值的第一材料设置在靠近机械弱化区域的位置。
12.根据权利要求11所述的封装装置，其中所述具有较低cte值的第一材料采用嵌体的形式，靠近机械弱化区域设置在基板的凹陷区域内。
13.根据权利要求11所述的封装装置，其中至少两种不同材料的混合物包括铝和因瓦合金。
14.根据权利要求19所述的封装装置，其中所述基于光纤的光学器件在包含多个紧密排列的光纤的输入部分和包含多个光纤的熔接、拉锥连接的输出部分之间的接口处包括具有机械弱化区域部分的锥形光纤束。
15.根据权利要求1所述的封装装置，其中所述多个接合件间隔一定量，使得基于光纤的光学器件的每个无支撑部分表现出在定义的温度范围的低温极限下无法支持模式耦合和弯曲引起的损耗的曲率半径。