CN108693612B - 光学元件模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学元件模块，其抑制钎料的填充不良且对于气密性的可靠性高。光学元件模块具备收纳光学元件的壳体，该光学元件与导入到该壳体内的光纤进行光学结合，该光纤由设于该壳体的光纤固定部保持，所述光学元件模块的特征在于，该光纤固定部沿着光纤固定部的长度方向具备：第一管状部(R3)；第二管状部(R1)，与在该壳体的侧壁设置的贯通孔连接，且具有与该贯通孔的内径大致相等且比所述第一管状部的内径小的内径；及锥部(R2)，将所述第一管状部与所述第二管状部连续地连接，而且，该光纤固定部的缝隙中，该缝隙的另一端(A)到达该锥部(R2)或该第二管状部(R1)。

Description

光学元件模块
技术领域
本发明涉及光学元件模块，尤其是涉及在壳体内收容光学元件并将导入到该壳体的内部的光纤与该光学元件进行光学结合的光学元件模块。
背景技术
在光通信领域或光计测领域中，多使用光调制器等光学元件模块。主要具有光调制功能的光学元件被收容在金属的壳体内来使用。在光学元件模块中，通过在壳体的侧壁设置的贯通孔来导入光纤，将处于壳体内部的光学元件与该光纤进行光学结合，并将该贯通孔进行密封。
作为光纤的固定方法，存在如专利文献1至3公开的那样将光纤固定构件贯通壳体的侧面而配置的方法、如专利文献4公开的那样将光纤固定部与壳体一起切削出并通过一体加工而形成的方法。
尤其是将光纤固定部通过与壳体的一体加工来形成的方法，由于连续地形成壳体和光纤固定部，因此气密性高，光纤固定部的外径也能够构成得小，因此也能够向密封固定使用的钎料等金属材料容易地传递热量。
图1是表示专利文献4记载的光学元件模块的概略的剖视图。在壳体内配置有具备光波导的光学元件。在该光波导，从壳体外部导入光纤并进行光学结合。光纤由构成光纤的芯线的裸光纤部、将该裸光纤部的周围覆盖的光纤包覆、以及将该光纤包覆覆盖的保护构件构成。
用于将光纤固定的光纤固定部从壳体的侧壁向外部突出，在内部形成有插通光纤的空洞。在空洞设有贯通壳体侧壁的贯通孔和在光纤固定部的内部形成的锥部。当从光纤固定部的外部插入光纤时，光纤的光纤保护构件或光纤包覆的部分由于该锥部而无法进入到尖部，仅裸光纤部分通过贯通孔，到达光学元件。
图2是表示在壳体的侧壁设置的贯通孔与光纤固定部的接合附近的截面的概略图。当光纤配置于贯通孔的规定的位置时，利用加热单元对光纤固定部的根部附近(壳体的侧壁侧)进行加热，并从设于光纤固定部的缝隙将钎料向贯通孔侧供给。熔化的钎料由于毛细管现象，如图2的阴影部分那样浸入到贯通孔之中，对贯通孔进行气密密封。
在光纤的被进行钎料固定的部分，在裸光纤部的表面涂敷有金属层。而且，在光纤的密封完成之后，光纤的保护构件通过光纤固定部辅助构件而在光纤固定部的入口处被另行固定。
在光纤的密封作业时，如果向壳体施加过度的热量，则可能会导致成品不良。而且，在使用低熔点钎料的情况下，根据条件的不同而发生填充不良，也发生成品自身的气密不良。
具体而言，由于是完全的密封，因此例如在进行了600℃以上的过度的加热的情况下，热量将会传递到包覆有金属层的光纤，从而使在光调制元件等光学元件与光纤的连接中所使用的树脂发生老化，而且，产生由该树脂的软化引起的固定偏离等不良情况。另一方面，在400℃以下的加热不足的情况下，钎料包含的焊剂卷入气体而产生气泡，尤其是在壳体的侧壁的区域导致气密不良。
【在先技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开平7-199003号公报
【专利文献2】日本特开2004-145253号公报
【专利文献3】日本特开2009-128677号公报
【专利文献4】日本特开2015-069130号公报
发明内容
【发明的概要】
【发明要解决的课题】
本发明要解决的课题在于解决上述的问题，提供一种抑制钎料的填充不良而对于气密性的可靠性高的光学元件模块。
【用于解决课题的方案】
为了解决上述课题，本发明的光学元件模块具有以下的技术特征。
(1)一种光学元件模块，具备收纳光学元件的壳体，该光学元件与穿过在该壳体的侧壁设置的贯通孔而导入到该壳体内的光纤进行光学结合，在该壳体的外部，对从该贯通孔导出的光纤进行保护的保护构件配置于该光纤的一部分，并通过设于该壳体的光纤固定部，经由该保护构件来保持该光纤，所述光学元件模块的特征在于，该光纤固定部沿着光纤固定部的长度方向具备：第一管状部，具有比该保护构件的外径大的内径；第二管状部，与在该壳体的侧壁设置的该贯通孔连接，且具有与该贯通孔的内径大致相等且比所述第一管状部的内径小的内径；及锥部，将所述第一管状部与所述第二管状部连续地连接，而且，该光纤固定部具备沿着光纤固定部的长度方向形成的缝隙，且该缝隙为缝隙的一端开放的形状，该缝隙的另一端到达该锥部或该第二管状部，在所述第二管状部的内部，该光纤的包覆被除去后的裸光纤部与所述第二管状部的内壁之间由金属材料进行密封固定。
(2)在上述(1)记载的光学元件模块中，其特征在于，该锥部的锥角度设定为60°～130°的范围。
(3)在上述(1)或(2)记载的光学元件模块中，其特征在于，从该壳体的侧壁至该锥部为止的所述第二管状部的长度L设定成相对于所述第二管状部的内径D为L≥D。
(4)在上述(1)至(3)中任一记载的光学元件模块中，其特征在于，该壳体与该光纤固定部通过一体加工而形成。
【发明效果】
根据本发明，光纤固定部沿着光纤固定部的长度方向具备：第一管状部，具有比光纤的保护构件的外径大的内径；第二管状部，与在壳体的侧壁设置的贯通孔连接，且具有与贯通孔的内径大致相等且比所述第一管状部的内径小的内径；及锥部，将所述第一管状部与所述第二管状部连续地连接，而且，该光纤固定部具备沿着光纤固定部的长度方向形成的缝隙，且该缝隙为缝隙的一端开放的形状，该缝隙的另一端到达该锥部或该第二管状部，因此，能够使所述第二管状部的入口附近通过该缝隙而露出，能够将密封用的金属材料即钎料可靠地向所述第二管状部供给，并经由该缝隙能够目视观察到所述第二管状部的入口附近的钎料的情况。由此，可提供一种能够抑制钎料的填充不良而对于气密性的可靠性高的光学元件模块。
附图说明
图1是表示光学元件模块的一部分的剖视图。
图2是说明以往的光纤固定部的构造的剖视图。
图3是说明本发明的光学元件模块使用的光纤固定部的构造的一例的剖视图。
图4是说明本发明的光学元件模块使用的光纤固定部的构造的另一例的剖视图。
具体实施方式
以下，使用优选例来详细说明本发明。
本发明涉及一种光学元件模块，具备收纳光学元件的壳体，该光学元件与穿过在该壳体的侧壁设置的贯通孔而导入到该壳体内的光纤进行光学结合，在该壳体的外部，对从该贯通孔导出的光纤进行保护的保护构件配置于该光纤的一部分，并通过设于该壳体的光纤固定部，经由该保护构件来保持该光纤，所述光学元件模块的特征在于，该光纤固定部沿着光纤固定部的长度方向具备：第一管状部(R3)，具有比该保护构件的外径大的内径；第二管状部(R1)，与在该壳体的侧壁设置的该贯通孔连接，且具有与该贯通孔的内径大致相等且比所述第一管状部的内径小的内径；及锥部(R2)，将所述第一管状部与所述第二管状部连续地连接，而且，该光纤固定部具备沿着光纤固定部的长度方向形成的缝隙，且该缝隙为缝隙的一端开放的形状，该缝隙的另一端(A)到达该锥部(R2)或该第二管状部(R1)，在所述第二管状部的内部，该光纤的包覆被除去后的裸光纤部与所述第二管状部的内壁之间由金属材料进行密封固定。
本发明的光学元件模块的整体结构与图1中说明的光学元件模块大致相同，因此这里省略说明。需要说明的是，以下，以一体加工出壳体和光纤固定部的例子为中心进行说明，但是如专利文献1至3记载的那样，在固定用管中当然也可以采用本发明的包含贯通孔的光纤固定部的结构。而且，通过一体加工形成的情况下，虽然加工费用增加，但是能够提高壳体的气密性，制造工序也可以简化一部分。
本发明的“裸光纤部”是指仅由芯部和包层构成的光纤，区分为对该裸光纤部实施了UV涂层等薄的保护膜(一次包覆)的“光纤线材”、进一步对覆盖该光纤的包覆层(二次包覆)使用了尼龙等树脂制保护膜的“光纤芯线”。关于壳体的密封部以外的光纤的包覆状态，只要是对于金属化处理或密封处理不会造成大的影响就可以包覆。不过，关于向该壳体的内部插入的部分的光纤的包覆状态，虽然也取决于该壳体侧壁的贯通孔的大小，但是在作业效率上优选至少除去二次包覆。而且，为了确保光纤与钎料的紧贴性，而在配置于贯通孔的裸光纤部的表面涂层(包覆)金属层。
另外，本发明的“光纤的包覆(光纤包覆)”主要是指上述“一次包覆”。此外，上述“二次包覆”或“松套管”等相当于本发明的“保护构件”。
图3是说明本发明的光学元件模块使用的光纤固定部的构造的一例的剖视图。如图3所示，光纤固定部从壳体的侧壁突出。光纤固定部的与插入光纤的方向垂直的截面通常外形为圆形形状，内部的空洞的形状也为圆形形状。也可以是除此以外的形状，但是在通过切出来制造光纤固定部的情况下，圆形形状的截面能容易地进行制造。
光纤固定部的内部沿着光纤固定部的长度方向(图3的左右方向)由3个部分构成。从右侧起包括：第一管状部(R3)，具有比包覆光纤的保护构件的外径大的内径；锥部(R2)，将所述第一管状部与后述的第二管状部连续地连接；第二管状部(R1)，与在壳体的侧壁设置的贯通孔连接，具有与贯通孔的内径大致相等且比所述第一管状部的内径小的内径。
在此，“大致相等的内径”的意思是指，在壳体与光纤固定部被一体加工的情况下，通常为相等的内径，但也可以允许贯通孔的内径比第二管状部(R1)的内径大的情况。在这些情况下，从图3的右侧插入光纤时，前端在贯通孔与第二管状部的连接部分未产生卡挂，能够顺畅地进行组装作业。
将第一管状部(R3)与第二管状部(R1)连接的锥部(R2)优选将锥角度θ设定为60°～130°的范围。通过设定为该角度范围，能够防止光纤的插入时的锥部处的光纤的前端的卡挂。
另外，将锥角度设定为小于60°的话，在加工时需要特殊的工具。例如，需要使立铣刀等铣削加工工具的前端角度为锐角。但是，这种情况下，在前端部的刀刃产生较多的损伤，难以进行高精度的切削，而且，会导致锥部的加工表面变粗糙。另一方面，当使锥角度大于130°时，钎料的浸润性(表面张力)的效果变弱，因此钎料的填充效率容易变差。
接下来，为了提高光纤固定部(尤其是R1、R2的部分)的均热性，优选将第二管状部(R1)的长度L设定为相对于第二管状部的内径D为L≥D。在钎料的熔融时，钎料烙铁配置于光纤固定部的根部附近(壳体的侧壁侧)。在第二管状部(R1)的长度L比内径D短的情况下，钎料烙铁的热量容易向壳体的侧壁逃散，难以将第二管状部整体均匀地加热。
另外，在使第二管状部(R1)的内径比第一管状部(R3)的内径小的情况下，能够使第二管状部(R1)的管壁的厚度为厚壁，即使在第一管状部(R3)配置钎料烙铁并进行了加热的情况下，热量也容易向第二管状部(R1)传递，能够将第二管状部均匀地加热。
此外，在光纤固定部设有沿着光纤固定部的长度方向形成且其一端开放的形状的缝隙。缝隙的宽度优选设定在比第二管状部(R1)的内径大且比第一管状部(R3)的内径小的范围。这是为了尽可能地使第一管状部的入口附近露出且避免光纤固定部的机械强度下降。
本发明的主要特征在于，缝隙的另一端(A)如图3所示到达锥部(R2)或者如图4所示到达第二管状部(R1)。由此，能够使第二管状部(R1)的入口附近通过缝隙而露出。将研磨机的刀刃从与附图垂直的方向按压于光纤固定部并使其沿图中的左右方向移动，由此能够形成缝隙。此时，通过研磨机的刀刃的旋转而缝隙的端部形状成为半圆状。在使用直径比缝隙的宽度小的刀刃的情况下，缝隙的端部形状并不限定为半圆。
通过上述的结构，能够将钎料向第二管状部的附近或第二管状部直接供给。而且，还能够经由缝隙直接目视观察到第二管状部的入口附近的钎料的情况，因此操作性也良好，也能够抑制钎料的填充不良的发生。
另外，通过将缝隙的另一端(A)延伸至第二管状部(R1)或锥部(R2)，能够在成为密封部分的壳体侧壁的贯通孔的更近处放置钎料。由此，通过钎料与镀金光纤的浸润性(表面张力)或向贯通孔的毛细管现象，而钎料向密封部分填充，因此更优选至少在锥部(R2)放置钎料。
从第二管状部供给的钎料等金属材料熔化，并通过毛细管现象而向第二管状部(R1)或在壳体的侧壁设置的贯通孔的内部浸入。在第二管状部等的内部，光纤的包覆被除去后的裸光纤部与第二管状部等的内壁之间由钎料等金属材料密封、固定。
在被密封固定的范围内，除去光纤包覆，为了保持密封性，而在光纤的玻璃部分通过蒸镀或镀敷来成膜出金属膜(金属层)，例如将Au等经由Cr等基底金属进行成膜(金属化处理)。而且，除了金属膜之外，也可以通过玻璃用的特殊金属钎料等预先进行钎焊。关于该壳体的密封部以外的光纤的包覆状态，只要不会对金属化处理或密封处理造成大的影响就可以包覆。但是，关于向该壳体的内部插入的部分的光纤的包覆状态，虽然也取决于该壳体侧壁的贯通孔的大小，但是在作业效率上优选至少除去二次包覆。
金属化处理后的裸光纤的结构例如在光纤的线径为0.125mm的情况下，金属包覆的镀敷膜厚成为0.1～0.5μm左右。镀敷膜厚小于0.1μm的话，由于机械强度不足而镀敷容易剥落。而且，关于镀敷，作为一例，对基底实施无电解镍(Ni)的镀敷处理，然后，实施电解Ni、无电解Au、电解Au的各镀敷处理。通过使无电解Au或电解Au的膜厚增厚，难以形成基底的镍起因的氧化膜。假设在金属包覆形成氧化膜，则浸润性变差，钎料的填充性恶化。
从设于光纤固定部的缝隙注入钎料糊剂等，使钎料烙铁等与光纤固定部的第二管状部(R1)或锥部抵接并进行局部加热，或者通过感应加热单元等使钎料糊剂等熔融，在镀敷有Au等金属的壳体(贯通孔内壁)与光纤之间进行气密密封。在本发明中，能够从形成密封的位置的附近直接供给钎料等金属材料，因此不需要使光纤固定部的大范围过热，而且，由于钎料烙铁与钎料的供给位置接近，因此也不需要设置专利文献2或专利文献4所示那样的凹部(在光纤固定部的接近壳体壁面的位置形成的凹部)。因此，能够减轻对光学元件或光纤的热损伤，并且也能够较高地保持光纤固定部的机械强度。
如果是单模光纤，则光纤包覆被除去后的裸光纤部的直径为0.125mm左右，因此通过使贯通孔的内径为0.2mm～0.9mm左右，在钎料熔融时通过毛细管现象，能够均匀且效率良好地钎料固定在壳体侧壁内部。
另外，光纤固定部的外径设定为2～3mm左右。
为了评价光纤固定部的均热性，而通过模拟研究了光纤固定部的内部形状的变化引起的温度分布。
作为模拟的前提，将光纤固定部的外径设为2.5mm，将第一管状部的内径设为1.5mm，将第二管状部(贯通孔)的内径D设为0.8mm。
作为试验体，准备了第二管状部的长度L为内径D的0.5倍(比较例)、1倍(试验体1)、1.5倍(试验体2)的试验体。
另外，在加热时为了再现使钎料烙铁抵接于光纤固定部的状态，设想了使温度400℃的恒温的加热单元从壳体侧壁抵接于1mm～3mm的范围的光纤固定部的情况。
并且，对抵接后1秒后的温度分布进行模拟，将(a)壳体侧壁、(b)第二管状部、(c)锥部的各中央位置的温度与(d)第一管状部的从壳体侧壁离开3mm的位置处的温度的结果进行了比较。
模拟的结果是，在(a)壳体侧壁和(d)第一管状部中，在试验体1及2与比较例之间，未确认到显著差别。然而，关于(b)第二管状部和(c)锥部，试验体1及2相对于比较例而言观察到约1～2成的温度上升，确认到钎料密封所需的第二管状部或锥部被效率良好地进行了加热。
【产业上的可利用性】
如以上所述，根据本发明的光学元件模块，能够提供一种抑制钎料的填充不良且对于气密性的可靠性高的光学元件模块。

Claims (5)

1.一种光学元件模块，具备收纳光学元件的壳体，
该光学元件与穿过在该壳体的侧壁设置的贯通孔而导入到该壳体内的光纤进行光学结合，
在该壳体的外部，对从该贯通孔导出的光纤进行保护的保护构件配置于该光纤的一部分，并通过设于该壳体的光纤固定部，经由该保护构件来保持该光纤，所述光学元件模块的特征在于，
该光纤固定部沿着光纤固定部的长度方向具备：第一管状部，具有比该保护构件的外径大的内径；第二管状部，与在该壳体的侧壁设置的该贯通孔连接，且具有与该贯通孔的内径相等且比所述第一管状部的内径小的内径；及锥部，将所述第一管状部与所述第二管状部连续地连接，
而且，该光纤固定部具备沿着光纤固定部的长度方向形成的缝隙，且该缝隙为缝隙的一端开放的形状，该缝隙的另一端到达该锥部，
所述缝隙的宽度比所述第二管状部的内径大且比所述第一管状部的内径小，
在所述第二管状部的内部，该光纤的包覆被除去后的裸光纤部与所述第二管状部的内壁之间由金属材料进行密封固定。
2.根据权利要求1所述的光学元件模块，其特征在于，
该锥部的锥角度设定为60°～130°的范围。
3.根据权利要求1或2所述的光学元件模块，其特征在于，
从该壳体的侧壁至该锥部为止的所述第二管状部的长度L设定成相对于所述第二管状部的内径D为L≥D。
4.根据权利要求1或2所述的光学元件模块，其特征在于，
该壳体与该光纤固定部通过一体加工而形成。
5.根据权利要求3所述的光学元件模块，其特征在于，
该壳体与该光纤固定部通过一体加工而形成。
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