CN108710173A - 一种微型环形器结构及其组装工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光纤光学器件技术领域，尤其涉及一种微型环形器结构及其组装工艺，其中微型环形器包括两个光纤准直器，环形器芯，以及由聚酰亚胺材质注塑成的壳体、壳盖和封装帽；在壳体侧面形成有容置槽，两端形成有安装孔；两个安装孔与容置槽内的环形器芯呈同光轴贯通设置；壳盖盖合于容置槽的开口处，令环形器芯密封于容置槽内；封装帽罩合于安装孔处，令光纤准直器密封于安装孔上。本发明的发明目的在于提供一种微型环形器结构及其组装工艺，采用本发明提供的技术方案解决了现有环形器组装工艺操作步骤多，封装结构复杂且操作不便，造成生产效率低、成本高，以及存在多次胶水粘接过程影响产品可靠性和稳定性的技术问题。

Description

一种微型环形器结构及其组装工艺

技术领域

本发明涉及光纤光学器件技术领域，尤其涉及一种微型环形器结构及其组装工艺。

背景技术

光通信行业的光纤光学器件在通信系统、光纤数据网络等方面使用广泛。光环形器是一种多端口非互易光学器件，光信号在器件中只能沿着特定的端口顺序传输，即当光信号从某指定的端口输入时，只能从另一特定的端口输出，若未按此规定的端口顺序传输，则器件对光信号的损耗非常大，起到隔离光信号的作用，广泛地运用于激光系统、相干探测、水听器中。

光纤环形器工作原理及应用如图1所示，现有三端口光环形器结构，包括根据光路方向依次设置的双纤准直器、第一分光晶体半波片组件、第一法拉第旋转片及磁环组件、大小光楔、第二法拉第旋转片及磁环组件、第二分光晶体半波片和单纤准直器，还包括半圆金属底座、玻璃管和圆形不锈钢钢管。其中，第一分光晶体半波片组件、第一法拉第旋转片及磁环组件、大小光楔、第二法拉第旋转片及磁环组件、第二分光晶体半波片依次用胶水粘贴固定在半圆可伐合金芯座上，组装成的整体称为环形器芯；其次将环形器芯用胶水固定在玻璃管内；放高温烤箱烘烤后，用单双纤准直器对接耦合粘贴，再次高温固化后用不锈钢管进行封装，通过密封胶水固定，使整个光纤环形器密封。在单双纤准直器对接耦合粘贴后，外封不锈钢管原因在于，玻璃管会外露，里面胶固化后形成不整齐形状，以及碰撞易碎。

在上述组装过程中，需要通过四次胶固过程：第一次胶固，将分光晶体加半波片组件、大小光楔、45°法拉第旋转片加磁环组件依次粘贴在半圆金属底座上后，进行调节固化，胶固方式为UV胶粘合后180秒紫外光固，还需120分钟85℃热固；第二次胶固，将光环形器芯用环氧树脂胶粘贴在玻璃管内部中间后进行二次固化，胶固方式为120分钟85℃热固+60分钟110℃热固；第三次胶固，将固化好的光环形器芯组件与单双纤准直器调节、耦合，UV胶粘合后进行三次固化，胶固方式为用UV胶300秒紫外光固+120分钟85℃热固；第四次胶固，测试合格后进行钢管、钢帽封装和安装尾套形状胶塞，粘接后进行第四次固化，胶固方式为环氧树脂胶热固或自然干固。

因此现有环形器结构，其组装工艺操作步骤居多，封装结构复杂且操作不便，可伐金属底座加工难度高、成本高，最终造成生产效率低、成本高，安装玻璃管和封装钢管虽然实现高的封密性，但是具有多次胶水粘接对产品可靠性稳定性造成影响，合格率会低。因此在市场不占有有利竞争优势。

为了使通信系统信息的传输容量及速度的提升，信息的发射、接收及转换的精度准确度提升，各个生产光纤光纤器件的企业也在不断加强对光纤器件的研发及发明，对原有光纤器件结构体积的微小化、生产工艺的改进、效率的提高、成本的降低、产品质量可靠性的提高等作出了革命性的改革，给光通信行业的快速发展带来了较大的影响。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种微型环形器结构及其组装工艺，采用本发明提供的技术方案解决了现有环形器组装工艺操作步骤多，封装结构复杂且操作不便，造成生产效率低、成本高，以及存在多次胶水粘接过程影响产品可靠性和稳定性的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明一方面提供一种微型环形器结构，包括两个光纤准直器，由分光晶体半波片组件、磁环法拉第组件和光楔组件组成的环形器芯，以及由聚酰亚胺材质注塑成的壳体、壳盖和封装帽；所述壳体呈柱形，且在其侧面形成有用于容置所述环形器芯的容置槽，两端形成有用于固定所述光纤准直器的安装孔；两个所述安装孔与所述容置槽内的环形器芯呈同光轴贯通设置；所述壳盖通过胶水盖合于所述容置槽的开口处，令所述环形器芯密封于所述容置槽内；所述封装帽通过胶水罩合于所述安装孔处，令所述光纤准直器密封于所述安装孔上。

优选的，所述环形器芯包括沿所述壳体的轴向依序排列容置于所述容置槽内的第一分光晶体半波片组件、第一磁环法拉第组件、光楔组件、第二磁环法拉第组件和第二分光晶体半波片组件；所述容置槽包括多个分别与所述第一分光晶体半波片组件、第一磁环法拉第组件、光楔组件、第二磁环法拉第组件和第二分光晶体半波片组件相匹配的安装槽。

优选的，在所述容置槽内与所述第一磁环法拉第组件和第二磁环法拉第组件对应的安装槽为矩形凹槽。

优选的，两个所述光纤准直器分别为单纤准直器和双纤准直器。

优选的，所述壳体呈方柱形；在所述壳体的两端分别形成供所述封装帽罩合的台阶状安装部。

基于上述微型环形器，本发明另一方面还提供一种微型环形器组装工艺，包括以下步骤：

S100、清洁由聚酰亚胺材质注塑成的壳体；

S200、对分光晶体半波片组件、磁环法拉第组件和光楔组件进行胶水涂抹，依序排列放入壳体的容置槽内粘合，并进行第一次胶固化；

S300、将单纤准直器和双纤准直器分别耦合粘接在壳体的两端，进行第二次胶固化；

S400、将密封胶涂抹在封装帽的内壁和壳盖的底面边缘，将封装帽和壳盖与壳体进行封密粘接，并完成第三次胶固化。

在步骤S200中，对分光晶体半波片组件、磁环法拉第组件和光楔组件进行胶水涂抹，依序排列放入壳体的容置槽内粘合，优选的，在进行胶水涂抹过程中，将胶水涂抹在分光晶体半波片组件和光楔组件的底面，以及涂抹在磁环法拉第组件的底面和两侧面；用镊子将涂抹有胶水的分光晶体半波片组件、磁环法拉第组件和光楔组件放入容置槽内对应的安装槽内，并用镊子轻轻按压，使其与安装槽的底面与槽底面完全接触。

在步骤S300中，将单纤准直器和双纤准直器分别耦合粘接在壳体的两端，优选的，包括：

S301、在调节架上固定第一次胶固化后的壳体；

S302、将两个准直器固定在各自的五维调节架上；双纤准直器的一端接入光源，另一端接入功率计，单纤准直器接入光源；

S303、将单纤准直器和双纤准直器分别从壳体的安装孔推进，直至双纤准直器和单纤准直器的端面距分光晶体半波片组件的端面1毫米；

S304、五维调节架对双纤准直器和单纤准直器进行XYZ方向和轻微旋转调节，并以光功率计参数显示最小值时停止；

S305、分别对双纤准直器和单纤准直器进行UV胶涂抹，并采用光固固定，完成第二次胶固化。

由上可知，应用本发明可以得到以下有益效果：本发明提供的微型环形器采用聚酰亚胺塑料壳体替代了现有的分体式组装结构，将分光晶体、光楔和磁环组件粘贴在一个小型一体的聚酰亚胺塑料内，减少了现有分体式组装结构的半圆金属底座、玻璃管和不锈封装钢管，降低了材料成本，并使结构更加紧凑，体积小，实现了体积小、提高调节耦合效率及封装快捷优势的目的；聚酰亚胺材料耐高温、低温及收缩率低，产品性能可靠稳定；根据聚酰亚胺材料的性能特点，不需要完成多次固胶工序，更进一步的提高了可靠性，，更短的总生产流程耗时，更高的制造效率和直通良率，提高了生产效率，降低员工操作难度，并且大大降低了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为光纤环形器工作原理及应用示意图；

图2为本发明实施例整体结构示意图；

图3为本发明实施例整体结构透视图；

图4为本发明实施例整体结构爆炸图；

图5为本发明实施例壳体结构示意图；

图6为本发明实施例组装工艺流程框图；

图7为本发明实施例组装工艺步骤S200示意图；

图8为本发明实施例组装工艺步骤S300示意图；

图9为本发明实施例组装工艺步骤S300流程框图；

图10为本发明实施例组装工艺步骤S400示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有环形器结构，其组装工艺操作步骤居多，封装结构复杂且操作不便，可伐金属底座加工难度高、成本高，最终造成生产效率低、成本高，安装玻璃管和封装钢管虽然实现高的封密性，但是具有多次胶水粘接对产品可靠性稳定性造成影响，合格率会低。

请参见图2-4，为了解决上述技术问题，本实施例一方面提供一种微型环形器结构，包括两个光纤准直器6、7，环形器芯以及由聚酰亚胺材质注塑成的壳体5、壳盖10和封装帽8、9。其中环形器芯由分光晶体半波片组件、磁环法拉第组件和光楔组件组成。

传统环形器通过玻璃管以及不锈钢管对环形器芯进行封装，与现有技术相比，本发明独特之处在于：采用聚酰亚胺材质注塑成的壳体5、壳盖10和封装帽8、9对环形器芯进行封装。

现有环形器与本发明封装壳体的材质，其膨胀系数如下图所示：

并且，聚酰亚胺材料的耐高低温特性如下表1#和3#和5#和6#所示：

聚酰亚胺材料性能表：

同时，聚酰亚胺材料还符合RoHS标准，即符合由欧盟立法制定的用于规范电子电气产品的材料及工艺标准，使之更加有利于人体健康及环境保护的《关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令》的强制性标准。

因此，根据聚酰亚胺材料的性能特点，完全适合环形器产品元件的粘贴封装，聚酰亚胺材料注塑成一体的壳体来承载所有的元件，能够解决现有结构及工艺步骤多所造成的效率低、人工成本高的大问题。

请参见图5，具体的，由聚酰亚胺材质注塑成的壳体5呈柱形，且在其侧面形成有用于容置环形器芯的容置槽，两端形成有用于固定光纤准直器的安装孔51、52。其中两个安装孔51、52与容置槽内的环形器芯呈同光轴贯通设置。由聚酰亚胺材质注塑成的壳盖10通过胶水盖合于容置槽的开口处，令环形器芯密封于容置槽内。由聚酰亚胺材质注塑成的封装帽8、9通过胶水罩合于安装孔51、52处，令光纤准直器密封于安装孔51、52上。

请参见图4，与上述壳体5相对应的，环形器芯包括沿壳体的轴向依序排列容置于容置槽内的第一分光晶体半波片组件1、第一磁环法拉第组件2、光楔组件3、第二磁环法拉第组件2和第二分光晶体半波片组件4。

请参见图5，容置槽则包括多个分别与第一分光晶体半波片组件1和第二分光晶体半波片组件4相匹配的第一安装槽53、与第一磁环法拉第组件2和第二磁环法拉第组件2相匹配的第二安装槽54、以及与光楔组件3相匹配的第三安装槽55。

在组装过程中，需要将分光晶体半波片组件、光楔组件和磁环法拉第组件通过胶水粘贴在安装槽内。在本实施例中，需要将胶水涂抹在两个分光晶体半波片组件和光楔组件的底面，以及两个磁环法拉第组件的底面和两侧面，因此，在容置槽内，与第一磁环法拉第组件1和第二磁环法拉第组件4对应的第一安装槽53为矩形凹槽，矩形凹槽有利于稳固放置分光晶体及光楔组件，组件三个面接触凹槽有利于黏结剂粘结，圆形磁环三点接触凹槽粘结更稳固。进一步的，模具精确设计与注塑，所有安装凹槽和孔径尺寸/位置精度比可伐合金每件机械加工成型波动的每件误差更好，使得安装精度提高，和产品参数一致性更高。

由于本实施例提供的是一种用于环形器的壳体结构，因此两个光纤准直器6、7分别为单纤准直器和双纤准直器，形成三端口的环形器，基于上述壳体以及组装结构，两个光纤准直器6、7可以根据产品要求进行更换调整，如采用两个单纤准直器组装形成两端口的单向环形器，或采用多纤准直器以及单纤准直器组装形成的多端口环形器。

为了便于环形器芯的组装，需将壳体固定，在本实施例中，壳体呈方柱形，能够便于壳体的夹持以及避免壳体在组装过程中的翻转。环形器芯在壳体组装完毕后，将壳盖通过胶水盖合在容置槽开口处，并将封装帽罩合在壳体两端，完成环形器的组装，请参见图5，为此，还在壳体的两端还分别形成供封装帽罩合的台阶状安装部。

综上，本实施例提供的微型环形器采用聚酰亚胺塑料壳体替代了现有的分体式组装结构，将分光晶体、光楔和磁环组件粘贴在一个小型一体的聚酰亚胺塑料内，减少了现有分体式组装结构的半圆金属底座、玻璃管和不锈封装钢管，降低了材料成本，并使结构更加紧凑，更具有整体性和一致性，实现了体积小、提高调节耦合效率及封装快捷优势的目的；壳体采用聚酰亚胺材料，膨胀系数接近玻璃和可伐合金芯座，聚酰亚胺材料耐高温、低温及收缩率低，产品性能可靠稳定。

请参见图6，基于上述结构的微型环形器，本实施例另一方面还提供一种微型环形器组装工艺，包括以下步骤：

S100、清洁由聚酰亚胺材质注塑成的壳体。

在壳体注塑后，会在壳体内外存在影响光线传导以及折反射的异物，因此在环形器组装前需要对壳体进行清洁，清洁方式可采用高压气流或质软的清洁刷进行清洁即可，确保壳体的容置槽不会残留有异物，并且避免容置槽内出现刮痕影响环形器品质。

壳盖和封装帽同样采用上述清洁方法进行清洁。

需要说明的是，尽管在本实施例中使用的壳体形状结构为根据环形器设计的形状结构，但根据聚酰亚胺材料的性能及特性，采用聚酰亚胺材料注塑形成的壳体可适用于多种内部结构类似的光环形器，可根据材料尺寸设计塑料壳体大小，且均在本案保护范畴内。

S200、对分光晶体半波片组件、磁环法拉第组件和光楔组件进行胶水涂抹，依序排列放入壳体的容置槽内粘合，并进行第一次胶固化。

请参见图7，具体的，在进行胶水涂抹过程中，将胶水涂抹在分光晶体半波片组件1、4和光楔组件3的底面，以及涂抹在磁环法拉第组件2的底面和两侧面。

用镊子将涂抹有胶水的分光晶体半波片组件1、4、磁环法拉第组件2和光楔组件3放入容置槽内对应的安装槽53-55内，并用镊子轻轻按压，使其与安装槽53-55的底面与槽底面完全接触。在该步骤中，分光晶体半波片组件1、4、磁环法拉第组件2和光楔组件3通过容置槽内形成的方槽或U型槽实现定位，由于磁环法拉第组件2上的胶水涂抹在底面和两侧面，为了确保磁环法拉第组件的稳固性，与磁环法拉第组件2相对应的安装槽54为矩形凹槽。

分光晶体半波片组件1、4、磁环法拉第组件2和光楔组件3组成的环形器芯在完成与壳体5之间的胶固后，光在几个元件内和间隙间几乎平行通过，轴向元件有间距但对指标影响轻微。

S300、将单纤准直器和双纤准直器分别耦合粘接在壳体的两端，进行第二次胶固化。

请参见图8-9，在该步骤中，将单纤准直器和双纤准直器分别耦合粘接在壳体的两端，具体包括：

S301、在调节架上固定第一次胶固化后的壳体；

S302、将两个准直器固定在各自的五维调节架上；双纤准直器的一端接入光源，另一端接入功率计，单纤准直器接入光源；

S303、将单纤准直器和双纤准直器分别从壳体的安装孔推进，直至双纤准直器和单纤准直器的端面距分光晶体半波片组件的端面1毫米左右；

S304、五维调节架对双纤准直器和单纤准直器进行XYZ方向和轻微旋转调节，并以光功率计参数显示最小值时停止；

因模具设计精确，此处调节范围很小，较快找到合格点，完成耦合；单双纤头用同轴开孔基本定位，借助精密注塑件可以较小间距放入高效耦合；

S305、分别对双纤准直器和单纤准直器进行UV胶涂抹，并采用光固固定，完成第二次胶固化。

S400、将密封胶涂抹在封装帽的内壁和壳盖的底面边缘，将封装帽和壳盖与壳体进行封密粘接，并完成第三次胶固化，最终实现壳体内部结构与外界完全密封隔离，如图10所示。

综上，根据聚酰亚胺材料的性能特点，上述组装工序采用两次环形器芯与壳体之间的胶固与一次封装胶固，比起传统方式三次环形器芯的胶固与一次封装胶固，减少了一道胶固过程，，并减少了现有组装工序中的环形器芯组装工序，胶固时间从现有环形器结构合计428分钟，缩短为合计248分钟，缩短了产品操作时间约为3个小时，对生产效率大有提升约为30～40％，提高了生产效率，降低员工操作难度，并且大大降低了成本，并且现有技术中更多的胶固次数对高温存储，高低温循环，湿热试验，PCT水煮试验，会影响环形器产品品质，造成更低的通过几率，因此本实施例提供的组装工艺具备更高的可靠性，更短的总生产流程耗时，更高的制造效率和直通良率。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种微型环形器结构，其特征在于：包括两个光纤准直器，由分光晶体半波片组件、磁环法拉第组件和光楔组件组成的环形器芯，以及由聚酰亚胺材质注塑成的壳体、壳盖和封装帽；所述壳体呈柱形，且在其侧面形成有用于容置所述环形器芯的容置槽，两端形成有用于固定所述光纤准直器的安装孔；两个所述安装孔与所述容置槽内的环形器芯呈同光轴贯通设置；所述壳盖通过胶水盖合于所述容置槽的开口处，令所述环形器芯密封于所述容置槽内；所述封装帽通过胶水罩合于所述安装孔处，令所述光纤准直器密封于所述安装孔上。

2.根据权利要求1所述的微型环形器结构，其特征在于：所述环形器芯包括沿所述壳体的轴向依序排列容置于所述容置槽内的第一分光晶体半波片组件、第一磁环法拉第组件、光楔组件、第二磁环法拉第组件和第二分光晶体半波片组件；所述容置槽包括多个分别与所述第一分光晶体半波片组件、第一磁环法拉第组件、光楔组件、第二磁环法拉第组件和第二分光晶体半波片组件相匹配的安装槽。

3.根据权利要求2所述的微型环形器结构，其特征在于：在所述容置槽内与所述第一磁环法拉第组件和第二磁环法拉第组件对应的安装槽为矩形凹槽。

4.根据权利要求1所述的微型环形器结构，其特征在于：两个所述光纤准直器分别为单纤准直器和双纤准直器。

5.根据上述任一项权利要求所述的微型环形器结构，其特征在于：所述壳体呈方柱形；在所述壳体的两端分别形成供所述封装帽罩合的台阶状安装部。

6.一种基于权利要求4所述的微型环形器组装工艺，其特征在于：包括以下步骤：

S100、清洁由聚酰亚胺材质注塑成的壳体；

S200、对分光晶体半波片组件、磁环法拉第组件和光楔组件进行胶水涂抹，依序排列放入壳体的容置槽内粘合，并进行第一次胶固化；

S300、将单纤准直器和双纤准直器分别耦合粘接在壳体的两端，进行第二次胶固化；

S400、将密封胶涂抹在封装帽的内壁和壳盖的底面边缘，将封装帽和壳盖与壳体进行封密粘接，并完成第三次胶固化。

7.根据权利要求6所述的微型环形器组装工艺，在步骤S200中，对分光晶体半波片组件、磁环法拉第组件和光楔组件进行胶水涂抹，依序排列放入壳体的容置槽内粘合，其特征在于：在进行胶水涂抹过程中，将胶水涂抹在分光晶体半波片组件和光楔组件的底面，以及涂抹在磁环法拉第组件的底面和两侧面；用镊子将涂抹有胶水的分光晶体半波片组件、磁环法拉第组件和光楔组件放入容置槽内对应的安装槽内，并用镊子轻轻按压，使其与安装槽的底面与槽底面完全接触。

8.根据权利要求7所述的微型环形器组装工艺，在步骤S300中，将单纤准直器和双纤准直器分别耦合粘接在壳体的两端，其特征在于：包括：

S301、在调节架上固定第一次胶固化后的壳体；

S302、将两个准直器固定在各自的五维调节架上；双纤准直器的一端接入光源，另一端接入功率计，单纤准直器接入光源；

S303、将单纤准直器和双纤准直器分别从壳体的安装孔推进，直至双纤准直器和单纤准直器的端面距分光晶体半波片组件的端面1毫米；

S304、五维调节架对双纤准直器和单纤准直器进行XYZ方向和轻微旋转调节，并以光功率计参数显示最小值时停止；

S305、分别对双纤准直器和单纤准直器进行UV胶涂抹，并采用光固固定，完成第二次胶固化。