CN104049322A - 光学子组件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学子组件及其制造方法。提供光学子组件和制造光学子组件的方法。一个子组件包括基部、附连于基部的光学发射器和附连于基部、包围光学发射器的至少一部分的一个或更多个间隔件。光学子组件还包括附连于基部的箍圈套筒，其中光学发射器和一个或更多个间隔件在箍圈套筒内，其中，箍圈套筒构造成在其中接收光纤。光学子组件还包括一个或更多个加强部件，加强部件在箍圈套筒附近附连于基部并且构造成对箍圈套筒提供支承。
Description
技术领域
光电装置包括可在具有不同应用的不同类型光学系统中使用的光学和电子构件。例如，光电装置可用在视频检查仪器中，视频检查仪器允许穿过构件的远距离和/或缩减的接近区域来操纵，以提供远离用户的构件的小范围的可见图像。
背景技术
在光学通信链路中，传统的光电子组件(optoelectronic subassembly)通常使用光学聚焦介质来将来自光源的发射光引导到光学波导件上方的光检测器。取决于应用，该光学波导件可为几米长。这些光电子组件还包括封装(packaging)以在限定的温度范围(例如，0至+70℃)操作。然而，在一些应用中，光电子组件可能必须在高得多或低得多的温度下操作，在此种情况下，源或检测器具有冷却和/或加热构件。由于对这些光电子组件添加更多构件，故大小和功率需求增加，例如当在一些装置(诸如在大小方面较小的视频检查仪器远侧头(distal head))中使用时，这可导致封装问题。
已知不同的构造用于提供光电子组件及其封装的冷却和小型化。然而，不同的冷却布置导致光电子组件不装配在视频检查仪器的远侧头内。另外，小型化技术可导致光电子组件不能够在较高温度范围下操作。此外，小型化方法中的许多(诸如使用聚焦透镜的方法)使用小型导引销用于对齐，在光电子组件小型化大小中，导引销是机械上不稳定的，特别是用于在视频检查仪器应用中使用时。此外，传统光电子组件还使用定制部件，定制部件可使制造昂贵且也复杂。
发明内容
根据各种实施例，提供一种光学子组件，其包括基部、附连于基部的光学发射器和附连于基部、包围光学发射器的至少一部分的一个或更多个间隔件。光学子组件还包括附连于基部的箍圈套筒(ferrule sleeve)，其中光学发射器和一个或更多个间隔件在箍圈套筒内，其中，箍圈套筒构造成在其中接收光纤。光学子组件还包括一个或更多个加强部件，加强部件在箍圈套筒附近附连于基部并且构造成对箍圈套筒提供支承。
根据其它各种实施例，提供一种用于组装光学子组件的方法。方法包括将一个或更多个间隔件附连于基部，从而包围安装于基部衬底的光学发射器的至少一部分，其中，该一个或更多个间隔件具有大于光学发射器的高度的高度，并且基部由衬底载体材料形成。方法还包括将箍圈套筒附连于基部，其中光学发射器和一个或更多个间隔件在箍圈套筒内，其中，箍圈套筒构造成在其中接收光纤。方法还包括将安装于基部的一个或更多个加强件附连在箍圈套筒附近，以支承箍圈套筒。
根据另外的其它各种实施例，提供一种具有该光学子组件的视频检查仪器。
一种光学子组件，包括：基部；附连于基部的光学发射器；附连于基部的一个或更多个间隔件，其包围光学发射器的至少一部分；附连于基部的箍圈套筒，其中光学发射器和一个或更多个间隔件在箍圈套筒内，箍圈套筒构造成在其中接收光纤；和一个或更多个加强部件，其在箍圈套筒附近附连于基部并且构造成对箍圈套筒提供支承。
优选地，基部、一个或更多个间隔件、箍圈套筒和一个或更多个加强部件由相同的材料形成。
优选地，材料是陶瓷材料。
优选地，一个或更多个加强部件包括与箍圈套筒的外表面的至少一部分处于贴靠接合的块。
优选地，与箍圈套筒的外表面处于贴靠接合的块的侧部具有与箍圈套筒的外表面互补的弯曲表面。
优选地，一个或更多个加强部件包括用以驱动光学发射器的构件。
优选地，构件是电容器。
优选地，箍圈套筒包括沿箍圈套筒的长度的狭缝或通气凹口中的至少一个。
优选地，光学子组件还包括其中具有光纤的箍圈杆，箍圈杆在尺寸方面设置成接收在箍圈套筒内，并且具有成角度抛光表面，该成角度抛光表面贴靠间隔件中的一个或更多个。
优选地，光学子组件还包括附连于箍圈杆的纤维端头。
优选地，光学子组件还包括其中具有透镜的另一个箍圈杆。
优选地，箍圈套筒的基部形成一个或更多个间隔件。
优选地，光学子组件还包括环氧树脂以用于将一个或更多个间隔件、箍圈套筒和一个或更多个加强部件附连于基部。
优选地，间隔件的高度大于光学发射器的高度。
优选地，光学发射器是垂直腔体表面发射激光器(VCSEL)。
优选地，光学子组件还包括安装于基部的间隔件，其中，基部包括支承腿，并且光学发射器附连在间隔件下面。
一种用于组装光学子组件的方法，方法包括：将一个或更多个间隔件附连于基部，从而包围安装于基部衬底的光学发射器的至少一部分，一个或更多个间隔件具有大于光学发射器的高度的高度，基部由衬底载体材料形成；将箍圈套筒附连于基部，其中光学发射器和一个或更多个间隔件在箍圈套筒内，箍圈套筒构造成在其中接收光纤；和将安装于基部的一个或更多个加强件附连在箍圈套筒附近，以支承箍圈套筒。
优选地，该方法还包括使用驱动光学发射器的构件作为一个或更多个加强部件。
优选地，该方法还包括将具有光纤的箍圈杆附连在箍圈套筒内，箍圈杆具有成角度抛光表面。
一种视频检查仪器，包括：近侧端处的控制器；和远侧端处的远侧头，远侧头在其中具有光学子组件，光学子组件经由光纤而光学地连接于控制器，其中，光学子组件包括：基部；附连于基部的光学发射器；附连于基部的一个或更多个间隔件，其包围光学发射器的至少一部分；附连于基部的箍圈套筒，其中光学发射器和一个或更多个间隔件在箍圈套筒内，箍圈套筒构造成在其中接收光纤；和一个或更多个加强部件，其在箍圈套筒附近附连于基部并且构造成对箍圈套筒提供支承。
附图说明
图1是根据各种实施例的视频检查仪器的示意图。
图2是根据一个实施例的光学子组件的图。
图3是根据另一个实施例的光学子组件的示意性截面图。
图4是根据另一个实施例的光学子组件的示意性截面图。
图5是根据另一个实施例的光学子组件的示意性截面图。
图6是根据各种实施例的光学子组件的侧视图。
图7是图6的光学子组件的俯视图。
图8是根据一个实施例的箍圈套筒的图。
图9是根据另一个实施例的箍圈套筒的图。
图10是根据另一个实施例的光学子组件的图。
图11是图10的光学子组件的底部的图。
图12是用于组装根据各种实施例的光学子组件的方法的流程图。
具体实施方式
当结合附图阅读时，将更好地理解下列某些实施例的详细说明。如在本文中所使用的，以单数叙述且以词语“一个”或“一种”开头的元件或步骤应理解为不排除所述元件或步骤的复数，除非明确地陈述了这种排除。此外，对“一个实施例”的引用不意图解释为排除另外的实施例(其也包括所叙述的特征)的存在。此外，除非相反地明确地陈述，否则“包括”、“包含”或“具有”具有特定属性的元件或多个元件的实施例可包括不具有该属性的另外的元件。
虽然在本文中可针对特定操作环境来描述各种实施例，例如与特定视频检查仪器或应用结合，但应当理解的是，一个或更多个实施例同样能够适用于其它装置和应用。
各种实施例提供光电或光学子组件(或光电或光学组件)及其制造方法，其允许将光发射器连接于光学波导件，诸如在视频检查仪器(例如视频管道镜)的远侧头内。各种实施例中的光学子组件包括加强块和间隔件，其分别提供提高的机械强度和促进组装过程，如在本文中更详细地描述的那样。通过实践各种实施例，可提供改进的性能(诸如增强的光学耦合效率、减小的光学噪声、更好的温度性能、和改进的可靠性)，同时保持允许以低成本简单地组装的小形状因数子组件。
更具体而言，各种实施例提供允许光学发射器与波导件紧凑地集成的光学子组件(其在一些实施例中可为光电子组件)。例如，可与如图1所示的视频检查仪器20结合来实现各种实施例。视频检查仪器20操作来获取表面22的区域的图像，表面22距观察显示屏24的用户一段距离，显示屏24显示所获取的图像。在示出的实施例中，通过把手26操作视频检查仪器20。
视频检查仪器20包括插入管28(或能够定位在各种腔体内的管状插入部分)，插入管28可操控或操纵(例如到密封或狭窄空间中)，以将插入管28的末端或远侧头30置于表面22附近，末端或远侧头30可与表面22接触，或者与表面22间隔开。远侧头30在其中包括光学或光电子组件32，如在本文中更详细地描述的，光学或光电子组件32构造成光学地传送表面22的获取图像的数据信号。在各种实施例中，远侧头30还包括控制单元35，控制单元35包括例如电路，以控制成像单元33、信号生成等。
图像由成像单元33获取，成像单元33诸如在远侧头30的末端处的CMOS或CCD照相机。远侧头还包括电路(未示出)以控制元件，诸如成像单元33或光电子组件32中的光学传送器(optical transmitter)。近侧端34大体包括(具有按钮或其它控制器的)控制区段，用于遥控远侧头30的移动，且控制图像的获取，在各种实施例中，图像是视频图像。应当注意的是，可使用不同类型的活节(articulation)或移动机构来提供远侧头30的移动。
插入管28大体包括电线和照明光纤(两者未示出)或对齐在远侧端内的其它结构，诸如一个或更多个光纤36(例如光纤束)，用于(在由成像单元33获取并且由在各种实施例中将电信号转换成光学信号的光电子组件32光学地传送时)将图像从远侧头30传输或传送到近侧端34。光纤36也可在一些实施例中用来照明。近侧端34还包括例如将光信号转换回电信号的光检测器37。另外，诸如活节电缆和电线(两者未示出)的其它控制元件也在插入管28内延伸。应当注意的是，视频检查仪器20(例如插入管28)的尺寸可基于例如具体应用而改变。
图2示出根据一个实施例的光电或光学子组件40(可实施为图1所示的光电子组件32)。光学子组件40包括示为载体衬底的基部42。基部42在形状方面大体为矩形，并且在一些实施例中由陶瓷材料形成。然而，基部可在大小和形状方面不同地设置，以及由不同的材料或组合或多种材料形成。在一个实施例中，基部42具有大约3.2毫米(mm)的长度(L)和大约1.6mm的宽度(W)。然而，可提供基部42的其它大小和形状，诸如通过利用陶瓷锯切割衬底材料，以形成具有特定尺寸的基部42，或者修改基部42的尺寸。在各种实施例中，基部42是由如在本文中描述的载体材料形成的基部衬底。
应当注意的是，在各种实施例中，如在本文中描述的箍圈套筒的外径由工业标准(例如LC套筒)规定。在各种实施例中，基部42的宽度选择成匹配该外径。使各种实施例中的套筒长度尽可能短(例如，以满足小的形状因数)，但足够长，以对如在本文中描述的光纤和箍圈杆(ferrule stick)提供足够的机械稳定性。例如，在一些实施例中，使用范围从大约2mm至大约3mm的套筒长度。
光学发射器44(其在一个实施例中是垂直腔体表面发射激光器(VCSEL)管芯(die))附连于基部42的顶表面46。可使用其它光学发射装置，例如任何类型的半导体激光二极管或发光二极管(LED)。光学发射器44可使用不同的手段附连于基部42，在一个实施例中，这包括使用环氧树脂或其它粘合剂来将光学发射器44可靠且固定地附连于基部42。除了机械附连之外，当使用传导性环氧树脂时，在光学发射器44和基部42之间进行电接触。在示出的实施例中，光学发射器44大体附连或安装于基部42的顶表面46中央。然而，光学发射器44在基部42上的定位可根据期望或需要改变或从中央偏移。如在本文中所使用的，在各种实施例中，附连可意味着以不同的方式或构造附连、联接、安装和/或连接。
基部42还包括其上的电连接件。具体而言，沿着基部42的相对的侧边缘提供金属接触件48，在一些实施例中，接触件构造成接触焊盘。金属接触件48经由金属迹线50电连接于光学发射器44，金属迹线50可为金属流道(runner)或其它电连接件。光学发射器44可通过各种手段(诸如导电粘合剂(例如传导性环氧树脂)、丝焊(wire bond)或焊料凸点(solder bump))来电连接于金属迹线50。在一些实施例中，金属接触件48和金属迹线50可沉积(例如借助热蒸发或溅射进行的金属沉积)在基部42的顶表面46上。金属迹线50从金属接触件48延伸到光学发射器44的电接触件(未示出)，该电接触件可提供在光学发射器44的底侧上。例如，在一些实施例中，光学发射器44安装于金属迹线50的顶部。因而，金属迹线50提供从光学发射器44到金属接触件48的电流路径。
应当注意的是，可提供到光学发射器44的不同电连接件。例如，在一些实施例中，可提供通路(via)(未示出)，它像开口那样从顶侧46延伸穿过基部42到底侧52，在底侧52上提供其它电连接件的电气焊盘、焊料凸点，以提供到光学发射器44的电气路径。在另外的实施例中或者另外，光学发射器44可包括在其顶表面上的电接触件，该电接触件可例如凸点焊接或锡焊于金丝，该金丝也凸点焊接于基部42的顶表面46。因此，在该实施例中，对光学发射器44提供丝焊连接。应当理解的是，可根据期望或需要，例如基于特定应用或构造，提供到光学发射器44的不同连接布置。
光学子组件40还包括多个间隔件54(示为四个间隔件54)，间隔件54附连于基部42，并且包围或邻近光学发射器44。间隔件54可使用环氧树脂或粘合剂来附连于基部42。在示出的实施例中，光学发射器44在形状方面大体为正方形，其中在光学发射器44的侧部中的各个附近安装一个间隔件54。间隔件54示为在形状方面大体为正方形，但例如基于光学发射器44构造或形状，可具有不同的形状和尺寸。在一些实施例中，间隔件54安装成使得间隔件54不与金属迹线50接触。例如，在示出的实施例中，光学发射器44相对于基部42旋转，使得光学发射器44的侧部相对于基部42的侧部旋转九十度。间隔件54在光学发射器44的侧部中的各个处对齐，诸如邻近但不接触或贴靠光学发射器44。间隔件54与光学发射器44之间的空隙可改变，且在一些实施例中，间隔件54贴靠且接触间隔件54的侧部。
因而，间隔件54定位成大体围绕光学发射器44的外周。应当注意的是，可根据期望或需要提供额外或更少的间隔件54。例如，可提供更大或更小的间隔件54，并且形状不同，诸如成“L”形，以沿着光学发射器44的两个侧部延伸。作为另一个示例，间隔件54可为两个半环，或者可提供为环的单个间隔件。在各种实施例中，间隔件54定位成使得间隔件54基本环绕光学发射器44的外周。间隔件54具有大于光学发射器44的高度的高度。例如，间隔件54的顶部延伸得高于光学发射器44的顶部，使得间隔件54的顶部位于其中的平面高于光学发射器44的顶部位于其中的平面。因而，例如，当构件(例如光纤)定位成光学地耦合于光学发射器44时，间隔件54作用为止动件或挡块，以防止构件与光学发射器44的顶表面物理地接触。因此，在光学发射器44的顶表面与定位成邻近光学发射器44的构件的底表面之间提供空隙或间隙。在各种实施例中，间隔件54由与基部42相同的材料形成。例如，在一个实施例中，间隔件54和基部42两者由陶瓷材料形成。在一个实施例中，陶瓷材料是氧化物陶瓷。应当注意的是，间隔件元件，诸如间隔件54或其它特征(例如提供机械止动件以保护光学发射器44的手段)，可为基部结构(例如基部42)的一部分，或者如在本文中描述的套筒结构的一部分。
光学子组件40还包括附连于基部42的箍圈套筒56，其可使用环氧树脂或粘合剂来附连。在各种实施例中使用环氧树脂，因为较简单、较廉价，而且允许较小的形状因数，以及与激光焊接(诸如激光点焊)相比，在制造期间不产生过多热量。然而，在各种实施例中，使用环氧树脂的附连较弱，所以使用如在本文中描述的加强元件。
箍圈套筒56在大小和形状方面设置成包围光学发射器44和间隔件54，以及在其中接收构件，诸如光纤64(在图3中示出)。例如，所示实施例中的箍圈套筒56具有大体圆形的横截面以在其中接收光纤，光纤用于定位成邻近光学发射器44以用于对其的光学耦合。如可看到的那样，箍圈套筒56在形状方面大体为圆柱形，并且在基部42的顶表面46上方延伸一段距离，使得当构件接收在其中时，提供构件相对于光学发射器44的支承。箍圈套筒56的长度和内径可基于待接收在其中的构件或光纤的类型。光纤通常包含在如在本文中描述的箍圈杆中，箍圈杆具有匹配箍圈套筒56的内径的外径。另外，箍圈套筒56的直径选择成使得间隔件54和光学发射器44被环绕在箍圈套筒56内。
在一个实施例(其中，光纤插入且接收在箍圈套筒56内)中，光纤通过箍圈套筒56保持与光学发射器44对齐。例如，箍圈套筒56定位成使得当光纤插入箍圈套筒56内时，光纤与光学发射器44的孔口对齐，以在光学发射器44与光学波导件(例如光纤)之间提供光学耦合。应当注意的是，箍圈套筒56可在大小方面设置成容纳光纤以及周围的支承件，诸如箍圈杆，箍圈杆在光纤的插入箍圈套筒56内的端部处具有成角度抛光接触(APC)面。箍圈套筒56可由不同的材料形成。在一个实施例中，箍圈套筒56由与基部42和间隔件54相同的材料形成，例如如在本文中描述的陶瓷材料。然而，可使用不同的材料，诸如氧化铝或二氧化锆。在各种实施例中，箍圈套筒56为非传导性的，例如由非传导性材料(诸如非金属材料)形成。
箍圈套筒56可包括沿着其长度的一部分的开口，该开口示为沿着箍圈套筒56的整个长度或部分长度延伸的纵向狭缝58(或槽道)。在各种实施例中，狭缝58构造成对箍圈套筒56提供一些挠性，以及允许从箍圈套筒56内移除材料(诸如可用来将光纤固定在箍圈套筒56内的凝胶和环氧树脂)。可根据期望或需要改变狭缝58的宽度。在一些实施例中，可提供实心箍圈套筒56，并且如果期望或需要狭缝56，则可诸如通过使用切割锯将狭缝56切割到箍圈套筒56中。
光学子组件40还包括加强部件60，其示为定位成邻近箍圈套筒56的加强块。在示出的实施例中，示出两个加强部件60，且加强部件60诸如通过使用如在本文中描述的环氧树脂或粘合剂来附连于基部42的顶表面46。加强部件60示为定位在箍圈套筒56的相对侧部上，并且沿着基部42的宽度W延伸一段距离，使得加强部件60的至少一侧接触且贴靠箍圈套筒56的外表面。应当注意的是，虽然加强部件60示为具有平面侧部(planar side)的块，但侧部的表面，特别是与箍圈套筒56贴靠接合的侧部62的表面，可与箍圈套筒56的外周曲率互补地弯曲，以提供与它的额外接触表面。另外，加强部件60可在大小方面设置成使得侧部62沿基部42的顶表面46的整个或基本整个宽度，或者仅沿其一部分延伸。在各种实施例中，加强部件60对箍圈套筒56提供支承，支承可包括侧向和/或扭转负载方面的刚度。
在示出的实施例中，加强部件60在大小方面设置成从箍圈套筒56的外表面延伸到金属接触件48的边缘。然而，应当注意的是，在一些实施例中，加强部件60可不完全地延伸到金属接触件48的边缘。在不提供金属接触件48的实施例中，诸如当使用贯通通路在基部42的底表面52上进行电接触时，加强部件60可沿基部42的顶表面46延伸额外的长度，诸如直到基部42的边缘。应当注意的是，加强部件60的截面可具有与所示矩形截面形状不同的形状。例如，加强部件60可具有三角形截面形状，其中三角形截面的边中的一个贴靠箍圈套筒56的外表面。
加强部件60还在大小方面设置成沿箍圈套筒56的外表面的长度(在图2中看，向上)延伸一段距离。例如，在示出的实施例中，加强部件60沿着箍圈套筒56的长度延伸大约一半。在其它实施例中，加强部件60可沿箍圈套筒56的外表面的长度的更多或更少延伸。例如，在一些实施例中，加强部件60可沿箍圈套筒56的长度的至少一部分延伸。因而，加强部件60构造成沿箍圈套筒56的长度的至少一部分对箍圈套筒56提供机械支承。
应当注意的是，加强部件60在金属迹线54的顶部上附连于基部42的顶表面46。在一些实施例中，加强部件60可包括加强部件60的底表面上的槽道(未示出)，该槽道容纳在下面经过的金属迹线50。例如，槽道可在大小方面设置成穿过其接收金属迹线50。当箍圈杆(包含光纤)插入到形成箍圈套筒56的套筒结构中时，箍圈套筒56中的槽道(或为通气孔的其它手段)允许耦合流体(例如折射率匹配的凝胶或环氧树脂)逸出。
在各种实施例中，加强部件60由与基部42、间隔件54、和箍圈套筒56相同的材料(诸如陶瓷材料)形成。然而，在一些实施例中可使用不同的材料。大体上，使用具有匹配的热膨胀系数(CTE)的材料是合乎需要的，其在各种实施例中提供。陶瓷材料通常拥有非常小的CTE值，这在暴露于不同的温度时改进子组件的可靠性。因而，在各种实施例中，光学子组件40包括由非金属(在一些实施例中为陶瓷材料)形成的元件。例如，基部42、间隔件54、箍圈套筒56和加强部件60由相同的材料(诸如陶瓷材料)形成，以限定非金属封装。可使用环氧树脂或粘合剂直接组装各种构件。
在一些实施例中，封装构件可为非定制(off-the-shelf)构件。例如，基部42、间隔件54和加强部件60可由诸如能够从MA，Shirley，Valley Design Corp.获得的96%氧化铝晶片形成。晶片分别可为例如250μm厚，280μm厚和500μm厚。另外，箍圈套筒56可为能够从CA，Milpitas，Precision Fiber Products获得的LC箍圈开槽套筒(ferrule split sleeve)(SM-CS125S)。
各种构件，包括封装构件，可具有不同的大小和形状。在一个实施例中，基部42具有3.25mm的长度，1.62mm的宽度和0.25mm的厚度；间隔件54具有250μm的长度和宽度和280μm的高度或厚度；加强部件60具有0.5mm的宽度，1.25mm的长度和1.5mm的高度；并且箍圈套筒56具有1.25mm的内径，1.6mm的外径和2.5mm的高度。在一个实施例中，光学发射器42由具有230μm的长度和宽度和215μm的高度的半导体化合物砷化镓(GaAs)和铝砷化镓(AlGaAs)材料形成。应当理解的是，上述材料和尺寸仅是实施例的示范，而且可提供不同的材料和尺寸。
另外，可使用不同的环氧树脂或粘合剂将各种构件附连在一起，诸如将各种构件安装于基部42。例如，在一个实施例中，箍圈套筒56和加强部件60可使用能够从MA，Billerica，Epoxy Technology获得的EPO-TEK 353ND环氧树脂(或其它高温环氧树脂)来附连于基部42，而且光学发射器42和间隔件54使用能够从CT，Rocky Hill，Henkel Corp.获得的AbleBond 84-1LMISR4环氧树脂(或其它导电管芯附连粘合剂)来附连于基部42。
因而，在各种实施例中，光学发射器44附连于小的陶瓷衬底，诸如基部42，小的陶瓷衬底具有电接触焊盘和金属流道(诸如金属接触件48和金属迹线50)。在一些实施例中，光学发射器44的顶部接触件使用浅丝焊来电连接，同时由传导性环氧树脂形成后侧或下侧连接。在各种实施例中，光学子组件40的封装的全部构件使用环氧树脂来附连。在各种实施例中，小的陶瓷间隔件(诸如间隔件54)略微高于形成光学发射器44的激光器管芯的厚度，定位成围绕光学发射器44且附连于基部42。
另外，箍圈套筒56附连于基部42，从而包围光学发射器44和间隔件54。应当注意的是，在各种实施例中，箍圈套筒56可为任何类型的光纤对齐管或配对(mating)套筒。在光纤插入箍圈套筒56内的情况下，箍圈套筒56与光学发射器44的孔口之间的对齐以及间隔件的厚度决定光学链路的耦合效率和信噪比。通过邻近或附连于箍圈套筒56的侧壁的加强部件60来提供提高的机械强度和/或支承。
更具体而言，如图3所示，光纤64(例如聚酰亚胺纤维)插入箍圈套筒56内。在示出的实施例中，APC箍圈杆66至少包围光纤64的延伸到且接收在箍圈套筒56内的一部分。箍圈杆66可由与箍圈套筒56相似的材料形成，例如陶瓷材料(诸如氧化锆)。在一些实施例中，箍圈杆66是LC型箍圈杆，诸如能够从Precision Fiber Products获得的SM-FER1010C-1260 LC型箍圈杆。箍圈杆66大体包括穿过其的开口，用于将光纤64接收且固定在其中。箍圈杆66在大小和形状方面设置成装配在箍圈套筒56内，这可包括阻力装配，或者可提供空隙以用于将粘合剂插入其中(例如，具有略微小于箍圈套筒56的直径)。
在示出的实施例中，箍圈杆66在大小方面设置成当插入箍圈套筒56中时，延伸超过箍圈套筒56的顶端66，以使光纤64与光学发射器44对齐，以在其间提供光学链路或光学耦合。箍圈杆66延伸超过箍圈套筒56的顶端66的距离可改变，并且在一些实施例中，箍圈杆66大体与顶端66齐平。在其它实施例中，当插入箍圈套筒54内时，箍圈杆66可不延伸超过顶端66。
在示出的实施例中，箍圈杆66的插入箍圈套筒54内的配对端部70包括成角度抛光边缘68，其也称为APC。成角度抛光边缘68的角度可例如基于待减小的背反射的量或类型而改变。应当注意的是，在一些实施例中，箍圈杆66包括平面配对端部。
如可看到的那样，当箍圈杆66插入箍圈套筒56内时，配对端部70的一部分贴靠且接触间隔件54中的至少一个，这阻止配对端部接触光学发射器44。应当注意的是，间隔件54的高度可设置成使得光学发射器44与光纤64之间的间隙在限定或预定范围内，以提供光学链路(例如，考虑配对端部70的角度)。还应注意的是，如果箍圈杆66的配对端部70是平面的，则配对端部将贴靠且接触全部间隔件54。
在各种实施例中，具有与光纤64的纤维芯的折射率接近的折射率的透明耦合流体(例如折射率匹配的凝胶)提供在箍圈套筒56内并且填充配对端部70与基部42的箍圈套筒56内的顶表面42之间的间隙72。在各种实施例中，耦合流体允许光学模中的大部分耦合到光纤64中，同时减小背反射。当使用单模光学发射器(例如单模激光器)或具有较大光学输出射束发散性的发射器(例如LED)时，耦合流体还改进耦合效率。备选地或可选地，抗反射涂层(ARC)可沉积在光纤面上。
构想到变化和修改，例如，如图4所示，可提供具有APC和/或ARC的纤维端头(stub)74。如可在本实施例中看到的那样，箍圈杆66附连于纤维端头74，其中纤维端头74形成配对端部，该配对端部贴靠且接触间隔件54中的一个或更多个。应当注意的是，在该实施例中，在箍圈杆66和纤维端头74内提供不同的光纤件64a、64b。纤维端头74构造成转接器，其具有成角度地切割的下表面，且在各种实施例中由与箍圈杆66相同的材料形成。
另一个变型的示例是图5示出的实施例，其包括透镜80，透镜80示为梯度折射率(GRIN)透镜，但可为其它类型的透镜，诸如球形透镜。在本实施例中，提供两个箍圈杆66、82，以用于将光纤64和透镜80分别固定在其中。应当注意的是，为了便于示例，未示出加强部件60。而且，透镜80也示为具有邻近光学发射器44的抛光成角度面。然而，在一些实施例中，该端部是平面的。另外，可选地，ARC可应用于透镜80的该端部。而且，提供空气间隙84和通气槽道(未示出)，例如，以允许用于将构件附连在箍圈套筒56内的粘合剂在组装过程期间膨胀。
因而，包含光纤64的箍圈杆66，且可选地，包含透镜80的箍圈杆82(或纤维端头74)，插入到箍圈套筒56中，直到与间隔件54接触。间隔件54阻止箍圈杆66或82接触且例如损伤光学发射器44(或丝焊)，同时将光纤64的末端或透镜80定位成紧邻光学发射器44的顶表面。一旦插入，箍圈杆66，且可选地，箍圈杆82，和/或纤维端头74诸如使用环氧树脂永久地粘结于箍圈套筒54。如在本文中描述的那样，为了将背反射引离发射器表面，可对透镜80、纤维端头74或箍圈杆面使用成角度抛光切口。
在各种实施例中，光学子组件40允许光发射器的连接，例如，光学发射器42对光学波导件，诸如光纤64(其可实现为图1所示的光纤36)。在一个实施例中，光学子组件的尺寸为1.6mm×3.2mm×3.85mm，这允许小型化的光学子组件40装配在非常小的光电组件(例如视频检查仪器远侧头，诸如图1所示的远侧头30)中。通过使用围绕箍圈套筒54的加强部件60，可在没有定制载体的情况下使用小的形状因数。而且，虽然箍圈套筒56在侧向尺寸上定位光纤64，但间隔件54通过在z方向上提供机械止动件来保护发射器管芯和光学发射器44的丝焊。因而，使用间隔件54在不使用具有整体机械止动件的定制箍圈或载体衬底的情况下帮助光学发射器44与光纤64之间的组装过程。间隔件54还阻止或降低在恶劣的环境操作中损伤光学发射器管芯的可能性，在恶劣的环境操作中，因大的温度变化引起的机械应力可导致构件膨胀。透镜80、纤维端头74和/或箍圈杆66的APC和ARC还可改进光学链路的信噪比。然而，当未使用ARC时，折射率匹配的材料(诸如耦合流体)可提供在光学发射器44和相邻光学元件(例如箍圈杆66、纤维端头74或透镜80)之间。应当注意的是，使用耦合流体或ARC之间的选择可取决于特定应用和光学子组件40将经受的温度变化。
构想到其它变型和修改。例如，如图6所示，加强部件60可由不同的元件取代，元件例示为电容器90，电容器90是用来控制光学发射器44的驱动电路的一部分。图6示出电容器90与箍圈套筒56之间的空气间隙，但可在这些元件之间进行物理接触，并且当使用粘合剂来连接电容器90和箍圈套筒56时，可提供机械支承(或者电容器90可贴靠且物理地接触箍圈套筒56)。应当理解的是，诸如用来驱动光学发射器44的其它电构件可用作加强部件。而且，如可看到的那样，额外的驱动构件92(例如离散的电构件)可附连于基部42的顶侧46和/或底侧52(或背侧)。备选地或可选地，如图7所示，沿着箍圈套筒55的长度的槽道94可延伸到箍圈套筒56的基部96。槽道94在基部96处的部分在大小和形状方面设置成包围光学发射器44。另外，基部96的厚度类似于间隔件54的厚度，在本实施例中移除了间隔件54。因而，基部96在本实施例中像间隔件那样操作。
在另一个实施例中，如图8所示，可提供箍圈套筒100，它是不包括纵向狭缝(诸如狭缝58)的实心套筒。然而，在本实施例中，在箍圈套筒100的下端处提供通气凹口(notch)102，在此处或此处附近，箍圈套筒100附连于基部42(图8未示出)。例如可使用切割锯来添加通气凹口102。当箍圈杆66插入其中时，通气凹口102可允许例如折射率匹配的流体或其它物质流出箍圈套筒100。
作为另一个变型，如图9所示，箍圈套筒110可具有成角度的壁112，壁112对加强部件60(在图2中示出)提供备选或可选的支承。例如，在示出的实施例中，成角度的壁112形成具有梯形外表面的箍圈套筒。可添加通气凹口(未示出)，以在箍圈杆插入时，允许折射率匹配的流体或其它物质流出。
其它变型包括例如在基部42的底侧52上添加皱折，以(被动地)协助散热。类似地，可对加强部件60的接触箍圈套筒56的侧部62，或者对箍圈套筒56的外表面添加皱折。在各种实施例中，基部42是导热的，并且光学发射器44与基部42之间的材料是导热和导电的。可提供皱折来帮助热从光学发射器44消散，而且可改善高温环境中的性能。
在其它实施例中，可提供不同的安装或连接布置。例如，如图10和11所示，可提供三层倒装芯片(three-layer flip chip)构造120。在本实施例中，箍圈套筒122安装于间隔层124，间隔层124安装于台架(stand)126。应当注意的是，箍圈套筒122、间隔层124和台架126由相同的材料形成，而且在一些实施例中，可制造成单个整体部件。
箍圈套筒122包括开口128用于接收例如光纤。另外，台架126包括腿130以允许间隙，以用于丝焊130连接于光学发射器44。另外，臂134将光学发射器44支承在间隔层124中的开口136下方，开口136允许例如光学发射器44与箍圈套筒122中的光纤之间的固定距离，并且可通过使用光学粘合剂(例如折射率匹配的凝胶)来填充，这减少反射。如还可看到的那样，间隔层124由台架126的实心部分138支承。
因而，各种实施例提供可在不同的环境中操作的形状因数小的光学子组件。
各种实施例还提供如图12所示的用于组装光学子组件的方法140。可以与描述不同的顺序执行各种步骤。方法140包括在142处利用流道和/或接触焊盘使基部(或衬底)金属化(诸如通过将金属流道和接触焊盘沉积在基部上)，在144处将一个或更多个光发射器机械地且电气地连接于基部，在146处，围绕之前附连于衬底顶表面的光学发射器，将一个或更多个间隔件附连于基部，这可包括提供如在本文中描述的电连接件。在148处，将箍圈套筒附连于基部，基部包围如本文中描述的间隔件和光学发射器。在150处，诸如在本文所述的箍圈套筒附近，将一个或更多个加强部件附连于衬底。步骤142、144、146、148和150中的附连可顺序地或同时执行。然后在152处，将具有光纤的箍圈杆接收在箍圈套筒中且附连在其中，如本文更详细地描述的那样。应当注意的是，在各种实施例中，未使用构件的主动对齐。然而，在其它实施例中，提供主动对齐。
应当理解的是，以上描述意图为示例性而非限制性的。例如，上述实施例(和/或其方面)可彼此结合来使用。另外，可作出许多修改，以使特定情形或材料适合各种实施例的教导，而不偏离它们的范围。虽然在本文中描述的材料的尺寸和类型意图限定各种实施例的参数，但它们决不是限制性的且是示范实施例。在阅读以上描述之后，许多其它实施例对本领域技术人员将是显而易见的。因此，各种实施例的范围应当参照所附权利要求以及此种权利要求有权要求的等同物的全部范围来确定。在所附权利要求中，用语“包括(including)”和“其中(in which)”用作相应的用语“包含(comprising)”和“其中(wherein)”的普通英语等同物。此外，在下列权利要求中，用语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记并且不意图在它们的对象上加以数字要求。另外，不以手段加功能格式来书写下列权利要求的限制，并且不意图基于35 U.S.C. §112第六段来解释，除非且直到此种权利要求限制明确地使用短语“手段，其用于”，之后跟着没有更多结构的功能陈述。
本书面说明使用示例以公开本发明，包括最佳实施方式，并且还使任何本领域技术人员能够实践各种实施例，包括制造并且使用任何装置或系统，并执行任何合并的方法。各种实施例的可申请专利的范围由权利要求限定，并且可包括由本领域技术人员想到的其它示例。如果示例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果示例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则此种其他示例意图在权利要求的范围内。
Claims (10)
1. 一种光学子组件，包括：
基部；
附连于所述基部的光学发射器；
附连于所述基部的一个或更多个间隔件，其包围所述光学发射器的至少一部分；
附连于所述基部的箍圈套筒，其中所述光学发射器和一个或更多个间隔件在所述箍圈套筒内，所述箍圈套筒构造成在其中接收光纤；和
一个或更多个加强部件，其在所述箍圈套筒附近附连于所述基部并且构造成对所述箍圈套筒提供支承。
2. 根据权利要求1所述的光学子组件，其特征在于，所述基部、所述一个或更多个间隔件、所述箍圈套筒和所述一个或更多个加强部件由相同的材料形成。
3. 根据权利要求2所述的光学子组件，其特征在于，所述材料是陶瓷材料。
4. 根据权利要求1所述的光学子组件，其特征在于，所述一个或更多个加强部件包括与所述箍圈套筒的外表面的至少一部分处于贴靠接合的块。
5. 根据权利要求4所述的光学子组件，其特征在于，与所述箍圈套筒的外表面处于贴靠接合的所述块的侧部具有与所述箍圈套筒的外表面互补的弯曲表面。
6. 根据权利要求1所述的光学子组件，其特征在于，所述一个或更多个加强部件包括用以驱动所述光学发射器的构件。
7. 根据权利要求6所述的光学子组件，其特征在于，所述构件是电容器。
8. 根据权利要求1所述的光学子组件，其特征在于，所述箍圈套筒包括沿所述箍圈套筒的长度的狭缝或通气凹口中的至少一个。
9. 根据权利要求1所述的光学子组件，其特征在于，还包括其中具有光纤的箍圈杆，所述箍圈杆在尺寸方面设置成接收在所述箍圈套筒内，并且具有成角度抛光表面，该成角度抛光表面贴靠所述间隔件中的一个或更多个。
10. 根据权利要求9所述的光学子组件，其特征在于，还包括附连于所述箍圈杆的纤维端头。
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| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140917 |