CN102778732A - 具有与光学插座电隔离的器件单元的光学组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有与光学插座电隔离的器件单元的光学组件，该光学组件可以改善光学器件与外部光纤之间的光耦合效率。该光学组件包括光学插座和器件单元，器件单元仅借助插针而组装到光学插座上，同时形成使光学插座与器件单元隔开的间隙。该间隙被绝缘树脂填充或被绝缘环紧密地覆盖，从而增强了插针硬度，以应对由于器件单元中的光学子组件而增大的力矩。

Description

具有与光学插座电隔离的器件单元的光学组件

技术领域

本发明涉及包括光学插座和多个光学部件的光学组件，具体地说，本发明涉及器件单元与光学插座电隔离的光学组件。

背景技术

日本专利公开JP-2007-133225A披露了一种光学组件，该光学组件具有：光学插座，其用于接纳外部光纤；以及光学部件，其借助光学插座而与外部光纤相连。如图7A和图7B所示，所披露的光学插座具有由电绝缘材料制成的插针3。由金属制成的保持件5和衬套6压力配合在插针3的基部上，同时在保持件5与衬套6之间保持间隙4。因此，可以使与图7A和图7B中未示出的光学部件进行物理连接和电连接的衬套6与保持件5或光学插座1电隔离，以增强光学组件对电磁干扰（EMI）的耐受性，光学插座1物理连接且电连接至主机系统。

然而，当将衬套6与具有多个光学部件及其它光学元件的器件单元物理地组装在一起时，如图7A和7B所示的光学插座1的布置方式显示出较差的机械耐受性，这是由于这种器件单元不可避免地增加了自身重量。本申请提供一种改进的光学插座的布置方式，该光学插座即使在器件单元包括多个光学部件并且重量增加时，仍然显示出显著的机械耐受性。

发明内容

本发明的一个方面涉及一种设置有光学插座和器件单元的光学组件。所述光学插座包括插针、保持件和衬套；而所述器件单元包括至少一个光学子组件，所述至少一个光学子组件与设置在所述光学插座中的外部光纤耦合。所述光学插座和所述器件单元这两个构件仅通过插针而彼此组装在一起。也就是说，所述保持件和所述衬套压力配合在所述插针上，同时在所述保持件与所述衬套之间形成间隙；而所述器件单元焊接到所述衬套上。

根据本发明的实施例的特征在于：所述光学插座的保持件与衬套之间的所述间隙被用于增强所述插针的材料填充。

本实施例的所述光学组件包括所述器件单元中的多个光学部件，从而使重量和施加到所述插针上的合力矩增大。此外，所述光学组件，特别是所述多个光学部件，需要与安装有所述光学组件的系统的壳体电隔离。于是，要求设置在系统的壳体内的所述金属保持件以及焊接到所述器件单元上的所述金属衬套彼此电隔离；以及，设置在所述保持件中并由陶瓷制成的所述插针可以有效地将所述金属衬套与所述金属保持件隔离。

然而，因为与具有单个光学部件的常规光学组件相比，所述器件单元变得更重，所以当在所述光学插座中产生冲击或应力时，特别是当沿着与所述光学插座的光学轴线垂直的方向产生冲击或应力时，光耦合效率容易劣化。

根据本发明的实施例的所述光学组件设置有填充在所述保持件与所述衬套之间的间隙中的物质。所述物质可以是通过热固化处理而硬化的树脂，或者是优选地由例如氧化锆等陶瓷制成的绝缘环。所述插针从所述保持件与所述衬套之间的间隙露出，因为该间隙被所述树脂填充或被所述绝缘环紧密地覆盖，所以所述插针可以被所述物质增强。

附图说明

通过以下结合附图对本发明优选实施例作出的详细描述，可以更清楚地理解本发明的以上和其它目的、方面以及优点，其中：

图1示出根据本发明的实施例的光学组件的剖视图；

图2A放大示出光学插座的基部，图2B示出保持件和衬套的变型布置方式，图2C示出保持件和衬套的另一种变型布置方式；

图3A和图3B示出在受到沿着各个方向的冲击之后外部光纤与光学装置之间的光耦合效率的变化；

图4示出在以树脂填充间隙的情况下受到冲击之后光学插座的光耦合效率的变化；

图5A放大示出根据本发明的第二实施例的光学插座的基部，其中，该光学插座在间隙中设置有绝缘环，且图5B和图5C分别示出第二实施例的变型例；

图6示出根据本发明的第二实施例的光学插座的光耦合效率的变化；以及

图7A和图7B示出各个常规光学插座的剖视图。

具体实施方式

下面将对根据本发明的光学组件的一些实施例进行描述。在对附图的描述中，用相同或相似的附图标记或符号表示相同或相似的部件，而不进行重复的描述。

<第一实施例>

根据一个实施例的光学组件10包括光学插座11和器件单元12。光学插座11包括：插针13，其具有位于中心的连接光纤13a；套管17，其设置在插针13的顶部；金属外壳18，其用于覆盖套管17；保持件15；以及衬套16。器件单元12包括壳体20以及多个光学部件21至23。如图所示，本发明的一个特征是光学组件10仅仅借助插针13将光学插座11和器件单元12组装在一起。

如上所述，光学插座包括：套管17；插针13，其前部插入套管17中；保持件15，其压力配合在插针13上；以及金属外壳18，其用于覆盖套管17。套管17可以由例如氧化锆等陶瓷制成，并且为所谓的裂缝式套管类型，这种类型的套管具有沿着其轴线的狭缝。裂缝式套管可以通过使狭缝张开而沿径向膨胀。套管17可以使插入其中的光学插芯9b与连接光纤13a对准，确切的说使固定在插芯9b中的外部光纤（图中未明确地示出）与连接光纤13a对准。

保持件15可以由金属制成并具有开口15a，插针13压力配合在开口15a内。保持件15可以保持套管17和金属外壳18，并且具有将与主机系统组装在一起的凸缘15c。因为保持件15和金属外壳18是由金属制成的并且保持件设置在主机系统中，所以保持件15和金属外壳18这两个构件可以将主机系统中的器件单元12电屏蔽。金属外壳18与套管17可以压力配合在保持件15与插针13之间。

光学部件21至23可以与由金属制成的壳体组装在一起。在一个实施例中，第一光学部件21是安装有所谓的EML（电吸收调制集成激光二极管（Electro-absorption Modulator Integrated Laser Diode））型半导体器件的发送器光学部件，该半导体器件可以在波长为1577nm的情况下以10Gbps操作。第二光学部件22可以安装有通常被称为DML（直接调制激光二极管）的直接调制LD，该直接调制LD可以在波长为1490nm的情况下以1Gbps操作。第三光学部件23可以安装有光电二极管（PD），该PD可以在波长为1270nm的情况下以10Gbps操作，或者在波长为1310nm的情况下以1Gbps操作。

这些光学部件21至23可以借助安装在壳体20中的光隔离器、波分复用滤波器、透镜等而与连接光纤13a光耦合。可以在光学部件21至23与连接光纤13a光学对准之后，利用例如YAG激光焊接法或粘接剂将光学部件21至23固定在壳体20上。

在连接光纤13a与光学部件21至23之间光学对准之后，可以在箭头X指示的角部利用YAG激光焊接法将壳体20固定至与插针13的后部压力配合的衬套16。

插针13可以与光学插座11的套管17相同地由例如氧化锆等电绝缘材料制成。插针13设置有位于中心的连接光纤13a。因为光学部件21至23与连接光纤13a的端部16b光耦合而外部光纤9a与连接光纤13a的另一端物理接触，所以光学部件21至23可以借助连接光纤13a而与外部光纤9a光耦合。本实施例的插针13具有如下特征：不仅使光学部件21至23与外部光纤9a如上所述地光耦合，而且将光学插座11与器件单元12物理地组装在一起。

下面进一步描述插针13的机械功能。衬套16和保持件15均与插针13压力配合，并且衬套16和保持件15组装为彼此之间具有间隙14。尽管保持件15和衬套16是由金属制成的，但因为插针是由陶瓷制成的，因而间隙14可以将保持件15和衬套16这两个构件电隔离。本实施例具有如下特征：电绝缘树脂填充在间隙14中，从而可以等效地增加插针13支撑保持件15和器件单元12的功能长度。本实施例的具有间隙14的插针13的布置方式可以增强光学组件10的硬度。

图2A至图2C放大示出间隙14周围的布置方式，其中，图2A是剖视图，图2B和图2C示出该布置方式的一些变型例。

插针13压力配合在保持件15的开口15a和衬套16的开口16a内，其中，保持件15与衬套16隔开预定距离，该预定距离由填充有绝缘树脂的间隙14设定。可以使用特定工具来控制从衬套16的端部到自保持件15伸出的插针13的端部13b的超出长度。

当填充间隙14的树脂19是热固型树脂时，可以通过例如热处理来使树脂19硬化。间隙14中的硬化树脂19可以将插针13增强，以使器件单元12与光学插座11结合。即使当器件单元12包括多个光学部件和其它光学器件而使器件单元的重量变大且使施加在插针13和光学插座11上的力矩增大时，硬化树脂仍可以有效地抑制插针13的变形。间隙14中的硬化树脂19等效地增加了用于压力配合的长度，从而可以有效地抑制插针13的变形、或外部光纤9a与器件单元12的对准不良。

在本实施例的变型布置方式中，保持件15可以在面向衬套16的一侧设置有台阶15b，而衬套16也可以在面向保持件15的一侧设置有台阶16b。这些台阶15b和16b可以限定间隙14，并且设置于台阶15b与16b之间的空间可以被树脂填充。台阶15b和16b可以有效地防止树脂从间隙14伸出。

如图1所示，可以在图2B和图2C中的箭头X指示的角部利用YAG激光法将衬套16焊接到壳体20上。因为树脂19的直径由台阶15b和16b限定，所以树脂19不会干扰YAG激光焊接。因此，树脂19可以与YAG激光焊接在功能上隔离，从而可以避免树脂在焊接期间劣化和飞沫，以防止树脂19使隔离电压减小。

尽管图2B所示的实施例在保持件15上设置有台阶15b且在衬套上设置有另一台阶16b，但其它实施例中的光学组件可以仅提供台阶15b和16b中的一者来控制树脂19的直径。优选的是仅保持件15设置有台阶15b的布置方式，这是因为树脂19变得相对更不易于受YAG激光束的影响。

在一系列试验中证实了在间隙14中填充硬化树脂19的效果。首先，研究间隙14中不存在树脂19的初始光学插座。对如下的光学插座进行测试，该光学插座具有6.38mm的套管13、0.35mm的间隙14以及长度为0.84mm的衬套开口16a。图3A和图3B示出在初始状态下以及在沿着三个坐标施加500G的冲击之后的光耦合效率的变化ΔPf，其中，Z方向沿着套管的光学轴线，其它两个方向垂直于套管的光学轴线。

如图3A和图3B所示，在沿着X方向和Y方向施加冲击之后，光耦合效率劣化，而对于沿着Z方向的冲击，光耦合效率的变化不明显或者处于误差容限之内。在沿着X方向和Y方向施加冲击之后，观察到超过1.5dB的劣化。

图4示出根据本发明实施例布置方式的将树脂19填充在间隙14中的光学插座的光耦合效率的变化。即使在沿着X方向或Y方向施加冲击之后，本实施例的光学插座仍然没有显示出光耦合效率的明显劣化。这样，图4示出当冲击变大时的光耦合效率的变化。如图4所示，即使施加1000G的冲击，硬化树脂19填充在间隙14中的光学插座仍然没有显示出光耦合效率的劣化。

<第二实施例>

图5A至图5C放大示出根据本发明的第二实施例的光学插座11A的基部，其中，图5A是剖视图，而图5B和图5C示出第二实施例的变型例。

如图5A所示，第二实施例的光学插座11A设置有绝缘环19A，该绝缘环19A代替前述实施例中的绝缘树脂19填充到保持件15与衬套16之间的间隙14中。可以借助比用于保持件15和衬套16的配合力小的配合力将绝缘环19A压力配合到插针13上。

衬套16可以压力配合在插针13的基部，以便抵靠在绝缘环19A上。于是，可以将绝缘环19A紧密地固定在保持件15与衬套16之间；也就是说，绝缘环19A的一个表面与保持件15紧密地接触，而另一个表面与衬套紧密地接触。

因为绝缘环19A可以由典型为氧化锆陶瓷的电绝缘材料制成，所以由金属制成的保持件15以及同样由金属制成的衬套16可以电隔离。例如，可以通过对陶瓷套管17进行切割并对其两个表面进行抛光来形成绝缘环19A。

绝缘环19A的功能可以与前述实施例中的绝缘树脂19的功能相似或相同。也就是说，即使当衬套16和插针13的基部承受来自器件单元12的力矩时，绝缘环19A仍然可以吸收施加在插针13上的应力，从而等效地增加了衬套16和保持件15与插针13压力配合的长度，并且可以增强光学插座11对与插针13的光学轴线垂直地施加的冲击或应力的耐受性。

与图2B和图2C所示的变型的第一实施例中设置的台阶相同，保持件15和/或衬套16可以在彼此相对的表面中设置台阶15b或16b。台阶15b和16b的直径大致等于绝缘环19A的直径，从而台阶15b和16b可以在整个表面中均衡地保持绝缘环19A，以增强对应力的耐受性。

图6示出具有绝缘环19A的光学插座11的光耦合效率的变化。在图6所示的试验中，光学插座11的布置方式与图5所示的试验中的布置方式相同，只是内部设置有绝缘环19A的间隙14具有0.4mm的长度，该长度比前面的试验中的长度稍大，并且预期对于与光学轴线垂直地施加的冲击将表现得稍差。如图6所示，即使与光学轴线垂直地施加1000G的冲击，具有绝缘环19A的光学插座11的光耦合效率仍然没有劣化。

在上述详细描述中，参考具体示例性实施例对本发明的方法和装置进行了描述。然而，显而易见的是，可以在不脱离本发明较广义的精神和范围的情况下对本发明进行多种变型和修改。因此，应该认为本说明书和附图是示例性的而不是限制性的。

Claims (12)

1.一种光学组件，包括：

光学插座，其包括插针、保持件和衬套，所述保持件和所述衬套压力配合在所述插针上，并且在所述保持件与所述衬套之间形成间隙；以及

器件单元，其组装在所述光学插座的衬套上，所述器件单元包括至少一个光学子组件，所述至少一个光学子组件与设置在所述光学插座中的外部光纤光耦合，

其中，所述光学插座的间隙被电绝缘物质填充。

2.根据权利要求1所述的光学组件，其中，

所述电绝缘物质是电绝缘树脂。

3.根据权利要求1所述的光学组件，其中，

所述电绝缘物质是紧密地设置在所述衬套与所述保持件之间的电绝缘环。

4.根据权利要求3所述的光学组件，其中，

所述电绝缘环和所述插针由彼此相同的材料制成。

5.根据权利要求3所述的光学组件，其中，

所述电绝缘环由氧化锆制成。

6.根据权利要求3所述的光学组件，其中，

所述电绝缘环压力配合在所述插针上。

7.根据权利要求1所述的光学组件，其中，

所述光学插座还包括：套管，在所述套管内收纳所述外部光纤；以及外壳，其覆盖所述套管，

所述套管和所述外壳压力配合在所述插针与所述保持件之间。

8.根据权利要求1所述的光学组件，其中，

所述衬套焊接到所述器件单元上。

9.根据权利要求8所述的光学组件，其中，

所述保持件和所述衬套中的至少一者在彼此相对的表面中设置有台阶，所述台阶的直径比所述衬套在与所述器件单元焊接的部位处的直径小。

10.根据权利要求1所述的光学组件，其中，

所述插针由陶瓷制成。

11.根据权利要求1所述的光学组件，其中，

所述器件单元包括发送器光学部件和接收器光学部件。

12.根据权利要求1所述的光学组件，其中，

所述器件单元包括发送器光学子组件和接收器光学子组件，

所述光学组件是双向光学组件。

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