CN1130578C - 使光源与光纤对准的装置和具有这种装置的光源模块 - Google Patents

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Abstract

在使光源和光纤对准的对准装置中，光源安装在基片上，光纤与光源对准以接收来自光源的光，套管夹持光纤，使光纤可接收从光源发射的最大量的光，而固定件固定套管。固定件包括：基座，它固定在基片上并分成彼此相隔足以在其间插入套管的距离两部分；支架，其两端整体地连接到基座，用来支持插入其间的套管；一对伸出部分，它们从支架两侧的预定位置沿着光纤的长度方向伸展；和一对连接部分，它们设置在每一个伸出部分的两端，供连接到套管。

Description

使光源与光纤对准的装置和具有这种装置的光源模块
技术领域
本发明一般地涉及用来使光源和光纤对准的装置和具有这种装置的光源模块。
背景技术
一般说来，其中具有与光纤对准的光源的光源模块可以应用于任何发射/接收光的光学部件，尤其是要求光耦合效率高的激光二极管(LD)模块、半导体光学放大器模块、2.5Gbit(千兆位)发射/接收模块和155Mbit(兆位)发射/接收模块。
图1A是用来使光源与光纤对准的传统装置的简图。在图1A中，该对准装置包括安装在基片100上的LD 102、与基片100上的LD 102对准的光电探测器(PD)104、与LD 102对准的光纤106、有光纤插入其中的套管108和固定套管108的鞍座110。标号112表示焊点。
图1B是图1A中所示的传统对准装置沿A-A’线所取的截面图。LD 102与光纤106按以下程序对准。首先通过焊接把LD 102固定在基片100上，而夹持光纤106的套管108用焊接固定在鞍座110上。随后把鞍座110固定在基片100上。为了对准，外部激励器(未示出)馈送通过LD 102的电流，于是从LD 102发射光。调整套管108的位移，使得光纤106可以接收所发射的光的最大值。在最大光接收位置上，把鞍座110焊在套管108上。这里，焊接引起的变形应该在对准误差范围之内。为了把上述机构应用在光纤放大器上，设置PD 104来测量从LD 102发射的光的强度，并把该测量值反馈到外部激励器，以此控制LD 102的输出。
为了使光纤106可以从LD 102获得高的光耦合效率，光纤106的一端形成与LD 102远场图形相同形状的透镜，并与LD 102按照多轴对准。在这种情况下，轴线上的最小对准误差范围应维持在约0.2μm(微米)或更低。
但是，这种传统的对准装置在与焊接相关的热膨胀和收缩上有明显的缺点。更具体地说，与套管108焊接的鞍座110的中心部分严重地招致鞍座110焊接变形，尽管鞍座110的底部焊接在基片100上不引起变形。
图2A是图1A中所示的套管和鞍座例子的侧视图。如图2A所示，沿着垂直轴(y轴)的对准误差范围最小，约0.2μm或更低。光源与光纤206对准之后，鞍座210与套管208在焊点212处焊接，使鞍座210由于焊接热而出现由标号220表示的向下变形。就是说，沿着y轴出现约10-20μm的热变形，致命地影响光耦合效率。其结构如图2B所示的鞍座230沿着y轴也出现如标号231表示的超过误差范围的约5-10μm的热变形。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用来使光源和光纤对准的装置和具有这种装置的光源模块，其中鞍座有一个在光纤长度方向上的伸出部分，以减小焊接过程中鞍座在光纤直径方向上的热变形，而且该伸出部分焊接在套管上，以防止热量在光纤直径方向上的传递。
上述目的是通过提供一种用来使光源和光纤对准的装置达到的。在按照本发明一个方面的对准装置中，光源安装在基片上，光纤与所述光源对准，用来接收来自所述光源的光，套管支持所述光纤，使所述光纤可以接收从所述光源发射的最大量的光，而固定件则固定所述套管。所述固定件包括固定在所述基片上的基座，并分成两个部分，两者彼此相隔一段足以在其间插入所述套管的距离，支架具有整体地连接到所述基座的两端，用来支持插入其间的所述套管，一对伸出部分从所述支架两侧的预定位置沿着所述光纤的长度方向伸展，而一对连接部分位于每一个所述伸出部分的两端，用来连接所述套管。
按照本发明的另一方面，用来使光源与光纤对准的装置具有：基片；安装在所述基片上的光源；与所述光源对准的光纤，用来接收从所述光源发出的光；套管，用来夹持所述光纤，使所述光纤能够接收从所述光源发射的最大量的光；和固定件，用来固定所述套管。在所述固定件中，基座固定在所述基片上，一对支架固定在所述基座上，并彼此相隔一段足以在其间插入所述套管的距离。从每一个所述支架沿着光纤的长度方向伸出一个伸出部分，在所述伸出部分的两端设置一对连接部分，用来连接到所述套管。
为了达到上述目的，提供一种光源模块。所述光源模块的实施例具有：盒子；温度传感器，用来检测所述盒子内部的温度；温度控制器，用来控制所述盒子内部的温度；和使光源和光纤对准的装置。在所述对准装置中，光源安装在所述基片上，光纤与所述光源对准，以便接收来自所述光源的光，套管夹持所述光纤，使所述光纤可以接收从所述光源发射的最大量的光，而固定件则用来固定所述套管。所述固定件包括：基座，它固定在所述基片上，并分成两个部分，两者彼此相隔一段足以在其间插入所述套管的距离；支架，它的两端整体地连接到所述基座，用来支持插入其间的所述套管；一对伸出部分，从所述支架两侧的预定位置沿着所述光纤的长度方向伸展；和一对连接部分，它们设置在每一个所述伸出部分的两端，用来连接所述套管。
光源模块的另一个实施例包括：盒子；温度传感器，用来检测该盒子内部的温度；温度控制器，用来控制盒子内部的温度；和对准装置，用来使光源和光纤对准。所述对准装置包括：基片；安装在所述基片上的光源；与所述光源对准的光纤，用来接收来自所述光源的光；套管，用来夹持所述光纤；使所述光纤可以接收从所述光源发射的最大量的光；和固定件，用来固定所述套管。在所述固定件中，基座固定在所述基片上，一对支架固定在所述基座上，并彼此相隔一段足以在其间插入所述套管的距离，一个伸出部分从每一个所述支架沿着所述光纤的长度方向伸展，以及一对连接部分设置在所述伸出部分的两端，用来连接到所述套管。
从结合附图所进行的以下详细描述中，本发明的上述和其它目的、特征和优点会变得更加清楚。
附图说明
图1A是使光源和光纤对准的传统装置的简图；
图1B是图1的传统对准装置沿着A-A’线所取的截面图；
图2A是举例说明图1A的套管和鞍座的例子的视图；
图2B是举例说明图1A的套管和鞍座的另一个例子的视图；
图3A是按照本发明的最佳实施例的使光源和光纤对准用的装置的透视图；
图3B是图3A中所示的对准装置的侧视图；
图4A是按照本发明另一个最佳实施例的使光源和光纤对准用的装置的透视图；
图4B是图4A中所示的对准装置的侧视图；
图4C是图4B中所述的对准装置沿着C-C’线所取的截面图；
图5A是具有按照本发明的对准装置的光源模块的平面视图；以及
图5B是5A中所示的光源模块的侧视图。
具体实施方式
下面将参照附图描述本发明的最佳实施例。在以下的描述中，对众所周知的功能或结构将不再详细描述，因为它们会以不必要的细节使本发明变得模糊不清。
图3A是按照本发明的最佳实施例的使光源和光学对准用的装置的侧视图。图3A的对准装置包括：固定在基片(未示出)上的光源(未示出)；套管308，用来夹持光纤306；和固定件310，用来固定套管308。套管308用作夹持件。固定件310包括：固定在基片上的基座311；支架312，用来支持套管308；伸出部分313；和第一和第二连接部分314和315，它们连接到套管308上。固定件310中各组件的配置和尺寸是根据它们的热变形、便于加工和机械强度确定的。基座311分成两个部分，彼此相隔一个足以在其间插入套管的距离，而支架312的两端都整体地连接到基座311的隔开的部分。
图3B是图3A中所示的对准装置的侧视图，而图3C是图3B中所示对准装置沿着B-B’线取出的截面图。下面将参见图3A，3B和3C描述光源和光纤在对准装置中的对准。在图3B中标号320表示一把钳子。作为光源的LD(未示出)用焊接方法固定在基片上。有光纤306插入其中的套管308用焊接方法固定在固定件310上。光纤306的一端可以加工成透镜，以提高光耦合效率。套管308的另一端用钳子320夹住并对准，使得光纤306可以接收从LD发出的最大量的光。然后，为了补偿固定基座311时产生的振动，套管308利用钳子320再次定位，并且最好用激光焊接或钎焊连接到第一连接部分314。当用激光焊接把套管308连接到第一连接部分314时，沿着z轴发生热变形，而避免沿着y轴的热转移。然后，用钳子320对套管308进行细调，以便重新对准并连接到第二连接部分315。令第一连接部分314和光纤306的输入端之间的距离为a，而第一连接部分314和第二连接部分315之间的距离为b。在第二连接部分315焊接之后，可以根据a对b的比值而把光纤306的变形减小到对准误差范围之内。
图4A是按照本发明另一个最佳实施例的使光源和光纤对准用的对准装置的透视图，图4B是图4A中所示的对准装置的侧视图，而图4C是图4B中对准装置沿着C-C’线所取的侧视图。图4A的对准装置包括：固定在基片(未示出)上的光源(未示出)；用来夹持光纤406的套管408；以及用来固定套管408的固定件。套管408用作夹持件。固定件包括固定在基片上的基座411、支持套管408的支架412、一对支架412、一对伸出部分413和连接到套管408的第一和第二连接部分414和415。固定件中各组件的配置和尺寸根据其热变形、便于加工和机械强度确定。基座411具有整体结构。支架412整体地固定在基座411上，并彼此相隔一个足以在其间插入套管408的距离。
在本发明的第二实施例中，用图3A，3B和3C中所示的同样方法进行光源和光纤406的对准。
图5A是具有按照本发明的对准装置的光源模块的平面视图，而图5B是图5A中所示的光源模块的侧视图。参见图5A和5B，光源模块包括：机械机构(engine)500；LD 502；PD 504，用来把光信号转换成电信号，以便测量从LD 502发射出来的光强度；与LD 504对准的光纤506；套管508，用来固定地夹持光纤506；固定件510，用来固定套管508；热电冷却器515，是一个温度控制器，并且设置在机械机构500的下面，用来使光源模块内部的温度维持恒定；热敏电阻520，它是温度传感器；盒子524；盖住盒子524的盖子526；和窗口套管522，它穿入盒子524中，用来保护光纤506。盒子524内可以填充满包括氮气的气体。在2.5-Gbit传输/接收模块或155-Mbit传输/接收模块的情况下，在LD 502和光纤506之间可以再设置一个球形透镜，以便增大对准误差范围。在半导体光学放大器模块中，PD 504可以用另一根光纤代替，用以直接耦合。
用图3A至4C中所示的方法使LD 502与光纤506对准。热敏电阻520检测光源模块内的温度，以便把组件焊接过程中的温度变化引起的变形减到最小，并使LD 502的性能维持稳定。热敏电阻520向热电冷却器515输出所检测的温度，而热电冷却器515根据检测到的温度控制模块内部的温度。为了减小温度引起的变形，最好用具有低线膨胀系数的材料制作每一个元件。基片500、固定件510和套管508最好用同一种材料制成，因为它们是用焊接固定的。例如，所述材料可以是镍、可伐(KOVAR)、钢-镍合金或SUS。
在使光源和光纤对准用的装置和具有按照本发明的对准装置的光源模块中，以这样的方式改进固定件，即，使得把套管焊接到固定件上以固定套管而引起的固定件的热变形减小，从而使光纤和光源的对准在允许的对准误差范围以内。因此，所得到的光耦合效率的提高使得在使用具有同样性能的光源的情况下制造较高输出的光源模块成为可能。另外，阻止固定件在套管直径方向上的线膨胀，从而增大温度可靠性。
尽管已经参照其某些最佳实施例显示和描述了本发明，但是，本专业的技术人员应该明白，在不脱离后附权利要求书所定义的本发明的精神和范围的情况下，在形式上和在细节上都可以作出各种各样的变化。

Claims (6)

1.一种用以使光源和光纤对准的装置，它包括：
基片；
安装在所述基片上的光源；
与所述光源对准的光纤，用来接收来自所述光源的光；
一个套管，用来夹持所述光纤，使所述光纤可以接收从所述光源发射的最大量的光；和
固定件，用来固定所述套管，它包括：基座，它固定在所述基片上并分成两个部分，两者彼此相隔一段足以在其间插入所述套管的距离；支架，其两端整体地连接到所述基座，用来支持插入其间的所述套管；一对伸出部分，它们从所述支架两侧的预定位置沿着所述光纤的长度方向伸展；和一对连接部分，它们分别设置在每一个所述伸出部分的两端，用来连接到所述套管。
2.权利要求1的装置，其特征在于：所述套管用激光焊接和钎焊中的一种方式连接到所述连接部分。
3.一种使光源和光纤对准用的装置，它包括：
基片；
安装在所述基片上的光源；
与所述光源对准的光纤，用来接收来自所述光源的光；
套管，用来夹持所述光纤，使所述光纤能够从所述光源接收最大量的光；和
固定件，用来固定所述套管，它包括：基座，它固定在所述基片上；一对支架，它们固定在所述基座上，并彼此相隔一段足以在其间插入所述套管的距离；伸出部分，它从每一个所述支架沿着所述光纤的长度方向伸展；和一对连接部分，它们设置在所述伸出部分的两端，用来连接到所述套管。
4.权利要求3的装置，其特征在于：所述套管用激光焊接和钎焊中的一种连接到所述连接部分。
5.一种光源模块，其特征在于包括
盒子；
温度传感器，用来检测所述盒子内部的温度；
温度控制器，用来控制所述盒子内部的温度；和
使光源和光纤对准的装置，
其中所述对准装置包括：
基片；
安装在所述基片上的光源；
与所述光源对准的光纤，用来接收来自所述光源的光；
套管，用来夹持所述光纤，使所述光纤可以接收从所述光源发射的最大量的光，和
固定件，用来固定所述套管，它包括：基座，它固定在所述基片上，并分成两个部分，两者彼此相隔一段足以在其间插入所述套管的距离；支架，其两端整体地连接到所述基座，用来支持插入其间的所述套管；一对伸出部分，它们从所述支架两侧的预定位置沿着所述光纤的长度方向伸展；和一对连接部分，它们分别设置在每一个所述伸出部分的两端，用来连接到所述套管。
6.一种光源模块，它包括：
盒子；
温度传感器，用来检测所述盒子内部的温度；
温度控制器，用来控制盒子内部的温度；和
使光源和光纤对准的装置，
其中所述对准装置包括：
基片；
安装在所述基片上的光源；
与所述光源对准的光纤，用来接收来自所述光源的光；
套管，用来夹持所述光纤，使所述光纤可以接收从所述光源发射的最大量的光；和
固定件，用来固定所述套管，它包括：基座，它固定在所述基片上；一对支架，它们固定在所述基座上，并彼此相隔一段足以在其间插入所述套管的距离；伸出部分，它从每一个所述支架沿着所述光纤的长度方向伸展；和一对连接部分，它们分别设置在所述伸出部分的两端，用来连接到所述套管。
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