CN110376768A - 铌酸锂调制器的封装结构及应用、光电子器件 - Google Patents

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Abstract

一种铌酸锂调制器的封装结构及应用、光电子器件，该封装结构包括管壳，起支撑和保护作用；光波导芯片，其设置在管壳内，光波导芯片上设有至少一个入光口和至少一个出光口；以及缓冲粘结单元，其设置在光波导芯片与管壳之间，起粘结和缓冲管壳与光波导芯片的作用。本发明在铌酸锂光波导芯片与管壳凹槽之间制备了一层苯并环丁烯(BCB)材料，同时作为粘结层和应力缓冲层，提高了铌酸锂调制器的光波导芯片在变温环境下的可靠性，结构简单，效果好。

Description

铌酸锂调制器的封装结构及应用、光电子器件
技术领域
本公开属于通信领域，更具体地涉及一种铌酸锂调制器的封装结构及应用、光电子器件。
背景技术
由于铌酸锂晶体具有优异的电光、声光、光弹、非线性、光折边等性能，其在光通信领域应用广泛，是光波导器件中常用的晶体材料。且铌酸锂电光调制器具有高带宽，低驱动电压，可与光纤直接对准耦合等优点，在光纤通信、光纤陀螺等方面有广泛应用。一般铌酸锂波导芯片需要粘结到管壳上，封装管壳一般使用可伐合金，二者热膨胀系数相差较大，用环氧胶直接粘结后在环境温度变化较大时会出现较大的应力，容易裂开；用硅橡胶材料的挥发会影响光传输，从而影响器件的性能和可靠性。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种铌酸锂调制器的封装结构及应用、光电子器件，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种调制器的封装结构，包括：
管壳，起支撑和保护作用；
光波导芯片，其设置在管壳内，光波导芯片上设有至少一个入光口和至少一个出光口；以及
缓冲粘结单元，其设置在光波导芯片与管壳之间，起粘结和/或缓冲管壳与光波导芯片的作用。
作为本发明的另一个方面，还提供了一种光电子器件，内含有如上所述的封装结构。
作为本发明的又一个方面，还提供了如上所述的封装结构或如上所述的光电子器件在通信领域的应用。
基于上述技术方案可知，本发明的铌酸锂调制器的封装结构及应用、光电子器件相对于现有技术至少具有以下优势之一：
1、本公开的结构中在铌酸锂光波导芯片与管壳凹槽之间制备了一层BCB(苯并环丁烯)材料，其平整度、粘结性和延展性能都很好，可以同时作为粘结层和应力缓冲层，提高铌酸锂光波导芯片在变温环境下的可靠性，结构简单，效果好。
2、本公开的结构中调节对准后的光波导芯片两端面和玻璃毛细管光纤端面之间使用折射率匹配的胶来固定，减小了光场散射损耗，提高了耦合效率。
附图说明
图1是本发明一实施例的铌酸锂光波导芯片与金属管壳粘结的主视方向剖面结构示意图；
图2是本发明一实施例的铌酸锂光波导芯片与金属管壳粘结的俯视方向结构示意图。
上图中，附图标记含义如下：
1-光波导芯片；2-第一尾纤保护套管；3-第一保偏玻璃毛细管光纤；4-第二保偏玻璃毛细管光纤；5-管壳；6-凸台；7-盖板；8-BCB粘结缓冲层；9-第二尾纤保护套管；10-凹槽。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明公开了一种调制器的封装结构，包括：
管壳，起支撑和保护作用；
光波导芯片，其设置在管壳内，光波导芯片上设有至少一个入光口和至少一个出光口；以及
缓冲粘结单元，其设置在光波导芯片与管壳之间，起粘结和/或缓冲管壳与光波导芯片的作用。
其中，所述缓冲粘结单元包括：
凸台，其设置在管壳底部；
凹槽，其设置在凸台上；以及
缓冲层，其设置在凹槽内，起粘结和/或缓冲管壳与光波导芯片的作用；
其中，所述缓冲层采用的材料包括苯并环丁烯；
其中，所述凹槽的长度和宽度均大于光波导芯片的长度和宽度；
其中，所述凹槽的形状包括矩形。
其中，所述调制器包括至少一个第一保偏玻璃毛细管光纤和至少一个第二保偏玻璃毛细管光纤；第一保偏玻璃毛细管光纤和第二保偏玻璃毛细管光纤分别与光波导芯片的入光口和出光口连接。
其中，所述第一保偏玻璃毛细管光纤和第二保偏玻璃毛细管光纤分别与光波导芯片的两端通过连接胶连接；
其中，所述连接胶的折射率与第一保偏玻璃毛细管光纤的折射率、第二保偏玻璃毛细管光纤的折射率、光波导芯片的折射率均匹配。
其中，所述光波导芯片两端面、第一保偏玻璃毛细管光纤端面、第二保偏玻璃毛细管光纤端面均为耦合斜面；
其中，所述耦合斜面的倾斜角度为5～8度；
其中，所述耦合斜面是通过研磨抛光形成的。
其中，所述调制器包括均起保护作用的第一尾纤保护套管和第二尾纤保护套管；第一尾纤保护套管和第二尾纤保护套管分别连接在光波导芯片的两端；第一尾纤保护套管套装在第一保偏玻璃毛细管光纤上；第二尾纤保护套管套装在第二保偏玻璃毛细管光纤上。
其中，所述调制器包括盖板，所述盖板设置在管壳顶部；
其中，所述光波导芯片包括强度调制器芯片、相位调制器芯片或调制器阵列芯片；
其中，所述调制器的工作温度为-55℃～+80℃；
其中，所述的调制器包括铌酸锂调制器。
本发明还公开了一种光电子器件，内含有如上所述的封装结构。
本发明还公开了如上所述的封装结构或如上所述的光电子器件在通信领域的应用。
在一个实施方式中，本公开例如采用如下技术方案：
一种铌酸锂调制器，包括铌酸锂光波导芯片，金属管壳，管壳内的凸台和凹槽，热沉垫块，BCB应力缓冲层，玻璃毛细管光纤。所述铌酸锂调制器管壳底部制备有凸台，凸台上设置有凹槽，为方便管壳侧边入光口和出光口的制备，凹槽深度取决于光轴共线后的高度差，玻璃毛细管光纤与铌酸锂光波导耦合并用折射率匹配胶固定，在铌酸锂光波导芯片和凹槽之间增加一层BCB材料作为粘结层和应力缓冲层，可以有效提高铌酸锂光波导芯片在温度变化时的可靠性，结构简单，效果好。
在另一个实施方式中，本公开例如采用如下技术方案：
本公开提供了一种宽温度(-55℃～80℃)范围、高可靠性的铌酸锂调制器包括铌酸锂光波导芯片，金属管壳，管壳内的凸台和凹槽，BCB应力缓冲层，保偏玻璃毛细管光纤，其中：
在本公开的一些实施例中，上述的铌酸锂调制器光波导芯片，可以是强度调制器芯片、相位调制器芯片或者铌酸锂调制器阵列芯片；
在本公开的一些实施例中，上述光波导芯片入光及出光波导分别与第一保偏玻璃毛细管光纤和第二保偏玻璃毛细管光纤相粘结，出入光口可以为一个或多个，分别对应一个或多个玻璃毛细管光纤；
在本公开的一些实施例中，上述光波导芯片两端面、第一保偏玻璃毛细管光纤和第二保偏玻璃毛细管光纤的端面都经过研磨抛光形成了耦合斜面；
在本公开的一些实施例中，上述凹槽的长度和宽度应该略大于铌酸锂光波导芯片的长度和宽度；
在本公开的一些实施例中，上述铌酸锂光波导芯片与凹槽之间制备一层BCB缓冲材料，作为粘结层和应力缓冲层。
在本公开的一些实施例中，上述对准后的光波导芯片两端面、第一保偏玻璃毛细管光纤和第二保偏玻璃毛细管光纤之间使用折射率相匹配的胶固定，同时减小光场散射损耗，提高耦合效率。
以下通过具体实施例结合附图对本发明的技术方案做进一步阐述说明。需要注意的是，下述的具体实施例仅是作为举例说明，本发明的保护范围并不限于此。
实施例
如图1-2所示，本实施例提供了一种铌酸锂调制器，包括铌酸锂光波导芯片1，金属管壳2，管壳内的凸台6和凹槽10，BCB粘结缓冲层8，第一保偏玻璃毛细管光纤2和第二保偏玻璃毛细管光纤4。
管壳5底部设置有凸台6，凸台6上设置有凹槽10，凹槽10的长度和宽度应该略大于铌酸锂光波导芯片1的长度和宽度，凹槽通常采用矩形，在凹槽10内部制备一层BCB材料8来粘结铌酸锂光波导芯片1，除此之外，在宽温度范围内由于铌酸锂光波导芯片1和管壳5热膨胀失配的应力作用在BCB材料8上，BCB材料延展性能很好(拉伸强度MPa量级，拉伸模量GPa量级)，应力可以在BCB中得到缓冲，从而减少了封装后温度变化对芯片产生的应力，提高了铌酸锂调制器的可靠性。
为了减小回波损耗，铌酸锂芯片两端面和以及第一保偏玻璃毛细管3、第二保偏玻璃毛细管4都研磨抛光成一定角度的耦合斜面。输入输出端的保偏光纤通过管壳侧壁的第一尾纤保护套管2和第二尾纤保护套管9与铌酸锂光波导芯片1耦合，耦合端的第一保偏玻璃毛细管3和第二保偏玻璃毛细管4和光波导芯片1对准后在二者微小缝隙中注入折射率匹配的连接胶实现固定，由此减小光模场的散射，提高耦合效率。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种调制器的封装结构，包括：
管壳，起支撑和保护作用；
光波导芯片，其设置在管壳内，光波导芯片上设有至少一个入光口和至少一个出光口；以及
缓冲粘结单元，其设置在光波导芯片与管壳之间，起粘结和/或缓冲管壳与光波导芯片的作用。
2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，
所述缓冲粘结单元包括：
凸台，其设置在管壳底部；
凹槽，其设置在凸台上；以及
缓冲层，其设置在凹槽内，起粘结和/或缓冲管壳与光波导芯片的作用；
作为优选，所述缓冲层采用的材料包括苯并环丁烯；
作为优选，所述凹槽的长度和宽度均大于光波导芯片的长度和宽度；
作为优选，所述凹槽的形状包括矩形。
3.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，
所述调制器包括至少一个第一保偏玻璃毛细管光纤和至少一个第二保偏玻璃毛细管光纤；第一保偏玻璃毛细管光纤和第二保偏玻璃毛细管光纤分别与光波导芯片的入光口和出光口连接。
4.根据权利要求3所述的封装结构，其特征在于，
所述第一保偏玻璃毛细管光纤和第二保偏玻璃毛细管光纤分别与光波导芯片的两端通过连接胶连接；
作为优选，所述连接胶的折射率与第一保偏玻璃毛细管光纤的折射率、第二保偏玻璃毛细管光纤的折射率、光波导芯片的折射率均匹配。
5.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，
所述光波导芯片两端面、第一保偏玻璃毛细管光纤端面、第二保偏玻璃毛细管光纤端面均为耦合斜面；
作为优选，所述耦合斜面的倾斜角度为5～8度；
作为优选，所述耦合斜面是通过研磨抛光形成的。
6.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，
所述调制器包括均起保护作用的第一尾纤保护套管和第二尾纤保护套管；第一尾纤保护套管和第二尾纤保护套管分别连接在光波导芯片的两端；第一尾纤保护套管套装在第一保偏玻璃毛细管光纤上；第二尾纤保护套管套装在第二保偏玻璃毛细管光纤上。
7.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，
所述调制器包括盖板，所述盖板设置在管壳顶部；
作为优选，所述光波导芯片包括强度调制器芯片、相位调制器芯片或调制器阵列芯片；
作为优选，所述调制器的工作温度为-55℃～+80℃。
8.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，
所述的调制器包括铌酸锂调制器。
9.一种光电子器件，内含有如权利要求1-8任一项所述的封装结构。
10.如权利要求1-8任一项所述的封装结构或如权利要求9所述的光电子器件在通信领域的应用。
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