CN104142536B - 一种自由空间光学组件的双基片固定装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自由空间光学组件的双基片固定装置及其方法，包括第一基片和第二基片，所述两个基片之间设置有至少一个反射镜和至少一个准直器，以使准直器输入光经反射镜反射后以最小插损值从准直器输出，所述反射镜的上下两端面分别与两个基片紧密贴合，所述准直器底部和顶部的两侧均分别设置有垫片，所述位于底部的垫片侧面与准直器侧壁紧密贴合，其底面与第一基片紧密贴合；所述位于顶部的垫片的侧面与准直器侧壁紧密贴合，其底面与第二基片紧密贴合。本发明结构对称，稳定性高，确保各光学组件在自由空间的自由度，定位精准及很好的产品温度性能。

Description

一种自由空间光学组件的双基片固定装置及其方法

技术领域

本发明涉及光纤通讯技术领域，主要应用于光通讯器件及模块的制作，尤其涉及光纤通讯技术领域的一种自由空间光学组件的双基片固定装置及其方法。

背景技术

近年来，光纤通信系统飞速发展，广泛应用于通信系统中的各个行业，而光学器件、光模块、激光器等作为光纤通信系统的重要组成部分，市场需求量日益增加。随着光纤网络的应用越来越普及，尤其是光纤到户(FTTH)及光纤有线电视（CATV）的普及应用，对系统成本、体积提出更高要求。提高产品质量、稳定性、生产效率、减小产品体积及降低产品成本成为目前重要的任务。

目前自由空间光学器件的产品大大的减小了产品的体积及生产成本，生产效率也有所提高。但是目前这种单基片固定光学元件的光学器件产品，稳定性能不是很好，高低温时产品形变稍大，产品温度稳定性能不是很好。如图1所示的为目前单基片固定光学元件的方式，图1所示的为最简反射式示意图，包括基片11、准直器21、反射镜31、垫片41和垫片42。将反射镜31固定在基片11上，然后调试准直器21，准直器21输入光经反射镜31反射后由准直器21输出，调到插损最小值时将准直器21固定，将垫片41和垫片42塞入准直器21和基片11之间，让垫片41和42的侧面与准直器21紧密配合，垫片41和42的底面与基片11紧密配合，将准直器21固定在基片11上。

这种单基片固定光学元件的光学器件产品，由于结构上下不对称，所用的光学元件以及胶的热膨胀系数不可能完全一致，在高低温时，如图2所示，会发生A形变或者B形变。因此，目前这种单基片固定光学元件的方式，温度稳定性能不是很好。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种自由空间光学组件的双基片固定装置及其方法，结构对称，稳定性高，确保各光学组件在自由空间的自由度，定位精准及很好的产品温度性能。

为了解决上述技术问题，本发明的一种技术方案是：一种自由空间光学组件的双基片固定装置，包括第一基片和第二基片，所述第一基片上设置有至少一个反射镜，所述第一基片上还设置有至少一个准直器，以使准直器输入光经反射镜反射后以最小插损值从准直器输出，所述准直器底部和顶部的两侧均分别设置有垫片，位于底部的垫片侧面与准直器侧壁紧密贴合，其底面与第一基片紧密贴合；位于顶部的垫片的侧面与准直器侧壁紧密贴合，其底面与第二基片紧密贴合。

进一步的，所述位于底部的垫片和所述位于顶部的垫片的接触面上均涂有双固化粘合剂，并用紫外光源固化或热固化，以使准直器被稳定的固定在两个基片内，所述反射镜的接触面也采用双固化粘合剂固定在两个基片内。

进一步的，所述准直器为单光纤准直器或多光纤准直器。

进一步的，所述反射镜为滤光片、透光片或标准具。

进一步的，所述基片、准直器、反射镜和垫片均采用玻璃材料或其他低膨胀率材料。

为了解决上述技术问题，本发明的另一种技术方案是：一种自由空间光学组件的双基片固定方法，该方法采用如上述的装置，按以下步骤进行：

（1）将反射镜用双固化粘合剂固定在两个基片内，然后调试准直器，使准直器输入光经反射镜反射后由准直器输出，调到插损最小值时将准直器固定；

（2）将两块垫片塞入准直器和第一基片之间，让垫片的侧面与准直器紧密配合，垫片的底面与第一基片紧密配合，在垫片的接触面上涂上双固化粘合剂，用紫外光源固化，进而将准直器固定在第一基片上；

（3）然后再将第二基片盖在反射镜和准直器上，两块垫片塞入准直器和第二基片之间，让垫片的侧面与准直器紧密配合，垫片的底面与第二基片紧密配合，在垫片的接触面上涂上双固化粘合剂，用紫外光源固化，进而将准直器固定在第二基片上。

进一步的，所述准直器为单光纤准直器或多光纤准直器。

进一步的，所述反射镜为滤光片、透光片或标准具。

进一步的，所述基片、准直器、反射镜和垫片均采用玻璃材料或其他低膨胀率材料。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本装置结构对称，稳定性高，确保各光学组件在自由空间的自由度，定位精准及很好的产品温度性能：

1. 基片、准直器、反射镜和垫片等光学元件均采用玻璃材料或其他低膨胀率材料，抗变形性能好；

2. 用双基片的方式来固定光学元件，使光学元件在宏观上构成上下对称结构，形变互相抵消，温度稳定性高；

3. 采用这种双基片的固定方式，产品整体结构位置形变量很小，可以达到nm(纳米）级别，角度形变量可以达到0.01角度秒；

4.准直器可以是单光纤准直器、双光纤准直器或多光纤准直器，适用范围大；

5.准直器与基片之间的固定也可以用其他形状的垫片，只要一个侧面能与准直器紧密配合，底面能与基片紧密配合；

6.具体的光路，对于反射光路，透射光路，反射透射组合光路，都是简单适用的。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明

图1为现有的一种自由空间光学组件的单基片固定装置结构示意图。

图2为现有的单基片固定光学组件的光学器件高低温形变示意图 。

图3为本发明实施例一的一种双基片固定装置立体示意图。

图4为采用图3中装置的光学器件高低温形变示意图。

图5为本发明实施例二的另一种双基片固定装置立体示意图。

图6为一种单基片固定光学组件的迈克尔逊干涉仪立体图。

图7为采用本发明装置的一种双基片固定光学组件的迈克尔逊干涉仪立体图。

图中：11-第一基片，12-第二基片，21-准直器，22-第二准直器，31-反射镜，32-第二反射镜，41-第一垫片，42-第二垫片，43-第三垫片，44-第四垫片，45-第五垫片，46-第六垫片，47-第七垫片，48-第八垫片，51-滤波片，61-分光器，A、B、A1、A2、B1、B2-光学器件高低温形变。

具体实施方式

实施例一：如图3所示，为本发明的一种自由空间光学组件的双基片固定方式立体示意图（准直器反射型），包括第一基片11、第二基片12、准直器21、反射镜31、第一垫片41、第二垫片42、第三垫片43、第四垫片44。先将反射镜31用双固化粘合剂固定在第一基片11上，然后调试准直器21，准直器21输入光经反射镜31反射后由准直器21输出，调到插损最小值时将准直器21固定，将第一垫片41和第二垫片42塞入准直器21和第一基片11之间，让第一垫片41和第二垫片42的侧面与准直器紧密配合，第一垫片41和第二垫片42的底面与第一基片11紧密配合，在接触面上涂上双固化粘合剂，用紫外光源固化，进而将准直器21固定在第一基片11上。然后再将第二基片12盖在反射镜31和准直器21上，准直器21和第二基片12之间用第三垫片43和第四垫片44来固定。光学元件与基片，光学元件与光学元件之间的固定都是用双固化粘合剂（紫外固化/热固化），用紫外光源固化。

如图4所示，是本发明的双基片固定光学组件的光学器件高低温形变示意图。当高低温时，光学器件会发生形变，当有上下两片基片时，A1形变和A2形变相互抵消或者B1形变和B2形变相互抵消，因此整个光学器件就只有很小的nm级别的形变，因此具有很好温度稳定性能。

实施例二：如图5所示，是本发明的另一种自由空间光学组件的双基片固定方式立体示意图（准直器透射型），包括第一基片11、第二基片12、准直器21、第二准直器22、滤波片51、第一垫片41、第二垫片42、第三垫片43、第四垫片44、第五垫片45、第六垫片46、第七垫片47、第八垫片48。先将滤波片51按预定位置用双固化粘合剂固定在第一基片11上，然后双调准直器21和第二准直器22，输入光经滤波片51透射后由第二准直器22接收输出，调到插损最小值时将准直器21和第二准直器22固定。将第一垫片41和第二垫片42塞入准直器21和第一基片11之间，让第一垫片41和第二垫片42的侧面与准直器紧密配合，第一垫片41和第二垫片42的底面与第一基片11紧密配合，在接触面上涂上双固化粘合剂，用紫外光源固化，因此将准直器21固定在第一基片11上；将第五垫片45和第六垫片46塞入第二准直器22和第一基片11之间，让第五垫片45和第六垫片46的侧面与准直器紧密配合，第五垫片45和第六垫片46的底面与第一基片11紧密配合，在接触面上涂上双固化粘合剂，用紫外光源固化，因此将第二准直器22固定在第一基片11上。然后再将第二基片12盖在滤波片51、准直器21和第二准直器22上，准直器21和第二基片12之间用第三垫片43和第四垫片44来固定，第二准直器22和第二基片12之间用第七垫片47和第八垫片48来固定。光学元件与基片，光学元件与光学元件之间的固定都是用双固化粘合剂（紫外固化/热固化），用紫外光源固化。

实施例三：如图6所示，是一种单基片固定光学组件的迈克尔逊干涉仪立体图。迈克耳逊干涉仪的原理是一束入射光分为两束后各自被对应的平面镜反射回来，这两束光从而能够发生干涉。干涉中两束光的不同光程可以通过调节干涉臂长度以及改变介质的折射率来实现，从而能够形成不同的干涉图样。图6所示的单基片固定光学元件的迈克尔逊干涉仪包括第一基片11、准直器21、第二准直器22、反射镜31、第二反射镜32、分光片61、第一垫片41、第二垫片42、第五垫片45、第六垫片46。准直器21的输入光经分光片61后分为两束光，其中一束光被反射镜31反射回来，另一束光被第二反射镜32反射回来。反射回的两束光再经过分光片61时又被分为两束光，从而发生干涉，干涉输出的两束光一束由准直器21接收输出，另一束光由第二准直器22接收输出。准直器21由第一垫片41和第二垫片42固定在第一基片11上，第二准直器22由第五垫片45和第六垫片46固定在第一基片11上。输入光也可以从第二准直器22输入。

如图7所示，是采用本发明装置的双基片固定方式在迈克尔逊干涉仪中应用的立体图。包括第一基片11、第二基片12、准直器21、第二准直器22、反射镜31、第二反射镜32、分光器61、第一垫片41、第二垫片42、第三垫片43、第四垫片44、第五垫片45、第六垫片46、第七垫片47、第八垫片48。在图6所示的单基片固定光学元件的迈克尔逊干涉仪的基础上，再盖上第二基片12，第三垫片43和第四垫片44将准直器21与第二基片12固定，第七垫片47和第八垫片48将第二准直器22与第二基片12固定。

其中反射镜31和第二反射镜32也可以是标准具，在这种情况下，再满足两个干涉臂长度的一些特定条件，构成一个典型的梳状滤波器。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种自由空间光学组件的双基片固定装置，其特征在于：包括第一基片和第二基片，所述第一基片和第二基片之间设置有至少一个反射镜和至少一个准直器，以使准直器输入光经反射镜反射后以最小插损值从准直器输出，所述反射镜的上下两端面分别与两个基片紧密贴合，所述准直器底部和顶部的两侧均分别设置有垫片，位于底部的垫片侧面与准直器侧壁紧密贴合，其底面与第一基片紧密贴合；位于顶部的垫片的侧面与准直器侧壁紧密贴合，其底面与第二基片紧密贴合。

2.根据权利要求1所述的自由空间光学组件的双基片固定装置，其特征在于：所述位于底部的垫片和所述位于顶部的垫片的接触面上均涂有双固化粘合剂，并用紫外光源固化或热固化，以使准直器被稳定的固定在两个基片内，所述反射镜的接触面也采用双固化粘合剂固定在两个基片内。

3.根据权利要求1所述的自由空间光学组件的双基片固定装置，其特征在于：所述准直器为单光纤准直器或多光纤准直器。

4.根据权利要求1所述的自由空间光学组件的双基片固定装置，其特征在于：所述反射镜为滤光片、透光片或标准具。

5.根据权利要求1所述的自由空间光学组件的双基片固定装置，其特征在于：所述基片、准直器、反射镜和垫片均采用玻璃材料或低膨胀率材料。

6.一种自由空间光学组件的双基片固定方法，该方法采用如权利要求1所述的装置，其特征在于，按以下步骤进行：

（1）将反射镜用双固化粘合剂固定在第一基片上，然后调试准直器，使准直器输入光经反射镜反射后由准直器输出，调到插损最小值时将准直器固定；

（2）将两块垫片塞入准直器和第一基片之间，让垫片的侧面与准直器紧密配合，垫片的底面与第一基片紧密配合，在垫片的接触面上涂上双固化粘合剂，用紫外光源固化，进而将准直器固定在第一基片上；

（3）然后再将第二基片盖在反射镜和准直器上，两块垫片塞入准直器和第二基片之间，让垫片的侧面与准直器紧密配合，垫片的底面与第二基片紧密配合，在垫片的接触面上涂上双固化粘合剂，用紫外光源固化，进而将准直器固定在第二基片上。

7.根据权利要求6所述的自由空间光学组件的双基片固定方法，其特征在于：所述准直器为单光纤准直器或多光纤准直器。

8.根据权利要求6所述的自由空间光学组件的双基片固定方法，其特征在于：所述反射镜为滤光片、透光片或标准具。

9.根据权利要求6所述的自由空间光学组件的双基片固定方法，其特征在于：所述基片、准直器、反射镜和垫片均采用玻璃材料或低膨胀率材料。