CN116161608B - 晶体微腔的封装结构及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶体微腔的封装结构及其方法，晶体微腔的封装结构包括封装套筒、晶体腔结构以及光纤结构；封装套筒一端的端面上凹设有嵌设槽，封装套筒的侧壁面上凹设有容线槽，容线槽的一端连通至嵌设槽内；晶体腔结构包括晶体盘，晶体盘固定安装至嵌设槽内；光纤结构具有两个呈平行设置的直线段以及连接两个直线段端部的曲线段，光纤结构安装至容线槽内，且曲线段延伸至嵌设槽内；其中，曲线段耦合连接至晶体盘的边缘处。在本发明中，光纤结构包括直线段以及曲线段，形成类U形结构，极大的缩小了光纤结构的长度，进而减小了晶体微腔的封装结构的整体体积，晶体盘与光纤结构被保护起来，保证相互之间的稳定性，保证结构内部的透过率。

Description

晶体微腔的封装结构及其方法

技术领域

本发明涉及晶体封装技术领域，尤其涉及一种晶体微腔的封装结构及其方法。

背景技术

声波贴近回廊内壁传播发生连续的反射，而且具有极低的传播损耗，这种声波模式也因此被命名为“回音壁模式”，在光学波段，也有这样类似的回音壁模式，回音壁光学微腔一般为几微米到毫米量级的尺度，因为光在腔内循环次数非常多，所以具有很高的传感灵敏度，目前的晶体光学微腔使用光纤耦合的方式进行耦合和实验探测，然而，耦合后极易被环境中的粉尘、振动等干扰造成耦合状态改变。

在现有技术中，往往使用一些特制的金属或是其他硬质材料的外壳使得微腔的耦合区域成为一个独立的空间，减少外界环境的影响。但是，微腔与光纤之间仅仅是在空气中物理贴合，如果有较大的振动，或是管壳受热膨胀拉伸，耦合光纤很可能会偏移从而脱离耦合态；另外，这种管壳保护的密闭结构无法实现一些传感探测；同时，由于是拉锥的直光纤与微腔进行耦合，所以整体结构较大。综上所述，现有技术中晶体光学微腔无法实际应用。

发明内容

本发明提供一种晶体微腔的封装结构及其方法，用以解决现有技术中晶体光学微腔无法实际应用问题，实现晶体光学微腔的实际应用。

本发明提供一种晶体微腔的封装结构，包括：

封装套筒，一端的端面上凹设有嵌设槽，封装套筒的侧壁面上凹设有容线槽，容线槽的一端连通至嵌设槽内；

晶体腔结构，包括晶体盘，晶体盘固定安装至嵌设槽内；以及，

光纤结构，具有两个呈平行设置的直线段以及连接两个直线段端部的曲线段，光纤结构安装至容线槽内，且曲线段延伸至嵌设槽内；

其中，曲线段耦合连接至晶体盘的边缘处。

根据本发明提供的晶体微腔的封装结构，嵌设槽的底壁面上凹设有定位槽；

晶体腔结构还包括支撑杆，支撑杆一端固定安装至晶体盘的端面上，另一端穿设于定位槽内。

根据本发明提供的晶体微腔的封装结构，曲线段与晶体盘之间设置有连接胶水；

其中，连接胶水的折射率小于光纤结构以及晶体盘的折射率。

根据本发明提供的晶体微腔的封装结构，晶体盘的外侧壁与嵌设槽内侧壁之间填充有连接胶水；和/或，

光纤结构与容线槽之间填充有连接胶水。

本发明还提供一种晶体微腔的封装方法，用以形成根上述任意一项的晶体微腔的封装结构，晶体微腔的封装方法包括以下步骤：

获取晶体腔结构以及光纤结构；

将晶体腔结构安置于嵌设槽内，将光纤结构安置于容线槽内；

将曲线段耦合连接至晶体盘的边缘处。

根据本发明提供的晶体微腔的封装方法，获取光纤结构的步骤包括：

夹持待弯折光纤的两端；

去除光纤涂覆层，并加热待弯折光纤的中间位置；

驱动待弯折光纤的两端相互远离，使得待弯折光纤的中间位置拉伸形成拉锥段；

驱动待弯折光纤的两端相互靠近，使得拉锥段自然弯折形成曲线段；

绕曲线段折叠待弯折光纤的两端，形成光纤结构。

根据本发明提供的晶体微腔的封装方法，将曲线段耦合连接至晶体盘的边缘处的步骤包括：

在曲线段与晶体盘的耦合点上滴涂连接胶水。

根据本发明提供的晶体微腔的封装方法，在曲线段与晶体盘的耦合点上滴涂连接胶水的步骤包括：

在耦合点上多次滴涂连接胶水。

根据本发明提供的晶体微腔的封装方法，将曲线段耦合连接至晶体盘的边缘处的步骤之后还包括：

在晶体盘的外侧壁与嵌设槽内侧壁之间填充连接胶水。

根据本发明提供的晶体微腔的封装方法，将曲线段耦合连接至晶体盘的边缘处的步骤之后还包括：

在光纤结构与容线槽之间填充连接胶水。

在本发明提供的晶体微腔的封装结构中，封装套筒上设置有嵌设槽以及容线槽，光纤结构包括直线段以及曲线段，形成类U形结构，极大的缩小了光纤结构的长度，进而减小了晶体微腔的封装结构的整体体积，同时，由于晶体盘与光纤结构分别设置在嵌设槽内与容线槽中，使得晶体盘与光纤结构被保护起来，保证相互之间的稳定性，保证结构内部的透过率，同时晶体盘设置与封装套筒的端部，且凝固后的连接胶水对超声信号具有很高的透过率，进而便于晶体微腔的封装结构实际应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的晶体微腔的封装结构的立体结构示意图；

图2为图1中封装套筒的立体结构示意图；

图3为图1中晶体腔结构的立体结构示意图；

图4为图1中光纤结构的立体结构示意图；

图5为本发明提供的晶体微腔的封装方法的流程框图。

附图标记：

100、晶体微腔的封装结构；1、封装套筒；11、嵌设槽；12、容线槽；2、晶体腔结构；21、晶体盘；22、支撑杆；3、光纤结构。

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，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

请参阅图1至图4，本发明提供一种晶体微腔的封装结构100，包括封装套筒1、晶体腔结构2以及光纤结构3；封装套筒1一端的端面上凹设有嵌设槽11，封装套筒1的侧壁面上凹设有容线槽12，容线槽12的一端连通至嵌设槽11内；晶体腔结构2包括晶体盘21，晶体盘21固定安装至嵌设槽11内；光纤结构3具有两个呈平行设置的直线段以及连接两个直线段端部的曲线段，光纤结构3安装至容线槽12内，且曲线段延伸至嵌设槽11内；其中，曲线段耦合连接至晶体盘21的边缘处。

在本发明提供的晶体微腔的封装结构100中，封装套筒1上设置有嵌设槽以及容线槽，光纤结构3包括直线段以及曲线段，形成类U形结构，极大的缩小了光纤结构3的长度，进而减小了晶体微腔的封装结构100的整体体积，同时，由于晶体盘21与光纤结构3分别设置在嵌设槽11内与容线槽12中，使得晶体盘21与光纤结构3被保护起来，保证相互之间的稳定性，同时且于晶体盘21设置与封装套筒1的端部，且凝固后的连接胶水对超声信号具有很高的透过率，保证结构内部的透过率，进而便于晶体微腔的封装结构100实际应用。

需要说明的是，晶体盘21内形成晶体微腔结构，光自光纤结构3耦合进入微腔中，形成谐振。另外，晶体盘21有多种材质选择，例如CaF2、MgF2、SiO2和LiNbO3等晶体材料，在此不做具体限制。

进一步的，嵌设槽11的底壁面上凹设有定位槽；晶体腔结构2还包括支撑杆22，支撑杆22一端固定安装至晶体盘21的端面上，另一端穿设于定位槽内。在本实施例中，通过支撑杆22保证晶体盘21在嵌设槽11内的位置，使得晶体盘21的相对位置得以稳定，避免由于晶体盘21位置的变动导致其产生不同的谐振模式。

具体的，在本实施例中，支撑杆22设置与晶体盘21的圆心位置，所述定位槽处于嵌设槽11的圆心位置，且晶体盘21的外侧壁与嵌设槽11的内侧壁之间形成有安装间隙。在本实施例中，通过所述晶体盘21处于嵌设槽11的中心处，保证其正好嵌入嵌设槽11内，形成安装间隙，不会与嵌设槽的内侧壁接触，保证其使用谐振模式的稳定性，保证其形成的探测器品质。

需要说明的是，为了便于支撑杆22稳定安装至定位槽内，支撑杆22与定位槽之间设置有固定胶水，以便于固定支撑杆22以及晶体盘21的位置，同时，避免其产生在定位槽内往复晃动，导致最终将晶体盘21顶出嵌设槽11。

进一步的，固定胶水有多种设置方式，例如采用UV固化胶、硅胶、丙烯酸胶或者聚氨酯胶。在本实施例中，仅仅起到连接撑杆22与定位槽的作用，因此不做具体限制。

同样的，定位槽以及支撑杆22的具体形状也有多种实施方式，例如圆孔槽以及对应的圆柱支撑杆，以便于进行安装；或者异形槽以及对应的异形支撑杆，以实现防呆安装，实现不同模式的安装，在此不做具体限制。

另一方面，曲线段与晶体盘21之间设置有连接胶水；其中，连接胶水的折射率小于光纤结构3以及晶体盘21的折射率。在本实施例中，曲线段通过连接胶水固定连接至晶体盘21上，以此保证晶体盘21与光纤结构3之间的稳定连接，避免在出现晃动或者膨胀的情况下两者之间脱离耦合。

需要说明的是，连接胶水的选择中，需要保证连接胶水对超声信号的透过率，在本实施例中，连接胶水对超声信号的透过率大于50％，连接胶水的折射率小于光纤结构3以及晶体盘21的折射率，由于光的特性是由低折射率材质跑向高折射率材质，为了使得光可以方便的进入晶体盘21的微腔，故而连接胶水的折射率需要小于晶体盘21的微腔材质以及光纤结构3的光纤材质两者折射率的较小值，以尽可能小的减少胶水对光的损耗以及对谐振模式的影响；在本发明提供的一具体实施方案中，连接胶水的折射率为1.33，显而易见的是，此折射率仅为一个典型值。

进一步的，晶体盘21的外侧壁与嵌设槽11内侧壁之间填充有连接胶水。在本实施例中，将晶体盘21完全包覆在连接胶水中，使得晶体盘21的位置处于稳定状态，保证与光线结构3之间耦合状态的稳定性。

同样的，光纤结构3与容线槽12之间填充有连接胶水。以此保证光纤结构3位置的稳定性。

需要说明的是，上述晶体盘21和光纤结构3的稳定设置中，可以择一存在，也可以同时存在，根据实际使用情况进行设置，在本实施例中，两者同时存在，以保证耦合稳定性。

基于上述晶体微腔的封装结构，请参阅图5，本发明还提供一种晶体微腔的封装方法，晶体微腔的封装方法包括以下步骤：

S10、获取晶体腔结构以及光纤结构；

S20、将晶体腔结构安置于嵌设槽内，将光纤结构安置于容线槽内；

S30、将曲线段耦合连接至晶体盘的边缘处。

在本发明提供的晶体微腔的封装方法中，依次将晶体腔结构2以及光纤结构3安置于嵌设槽11以及容线槽12内，并将曲线段耦合连接至晶体盘21上，使得光纤中的光可以耦合进入晶体盘21内的微腔中，形成谐振。

需要说明的是，在本实施例中，装配晶体腔结构2以及光纤结构3的过程中，需要采用精密三维平移台以完成装配，三维平移台在晶体微腔的装配中有多种选择方式，为装配领域的常用器材，在此不做赘述。

进一步的，步骤S10包括：

S11、夹持待弯折光纤的两端；

S12、去除光纤涂覆层，并加热待弯折光纤的中间位置；

S13、驱动待弯折光纤的两端相互远离，使得待弯折光纤的中间位置拉伸形成拉锥段；

S14、驱动待弯折光纤的两端相互靠近，使得拉锥段自然弯折形成曲线段；

S15、绕曲线段折叠待弯折光纤的两端，形成光纤结构。

在本实施例中，去除光纤涂覆层，并通过加热使得待弯折光纤便于进行拉锥，然后通过两端拉伸，使得中间加热部位形成拉锥段，此时，只需要使得待弯折光纤的两端方向活动，即可在拉锥段形成弯折部，再依据弯折部进行光纤的弯折即可得到光纤结构3，在本实施例中，通过弯折形成的U形结构，使得光纤的结构更加紧凑，封装后的器件尺寸更小，便于使用。

需要说明的是，在本实施例中，可以通过一维电动平移台分别夹持住待弯折光纤的两端，以进行拉伸和回缩弯折；在加热过程中，可以通过氢气火焰加热装置进行加热，在此不进行赘述。

需要说明的是，在本实施例中，光纤结构3的直径极小，光纤结构非拉锥段的直径为125微米，完成光纤拉伸后时，拉锥段的直径处于1至2微米之间，在进行弯折时，实质仅需要直接折叠拉锥段两侧的光纤即可达到U形标准。

更进一步的，步骤S10还包括：

在待弯折光纤的一端设置有激光器，另一端设置有PD(Photo-Diode光电二极管)和示波器。以实施观察透过率的变化情况。

另一方面，步骤S30包括：

S31、在曲线段与晶体盘的耦合点上滴涂连接胶水。

在本实施例中，通过连接胶水将曲线段与晶体盘21之间进行互相连接，保证耦合点的稳定连接。

需要说明的是，在进行连接胶水的滴涂过程中，采用光纤探针进行胶水微滴的转移，光纤探针为本领域技术人员的常用工具，在此不做赘述。

需要说明的是，由于晶体微腔的封装结构100的尺寸以及光纤结构3的尺寸较小，上述滴涂以及装配的过程需要在显微镜下进行操作；同时，还可以包括第二光纤探针，以便以进行滴涂位置的探测，并辅助光纤结构3与晶体盘2耦合。

具体的，步骤S31包括：

在耦合点上多次滴涂连接胶水。

在本实施例中，使用光纤探针转移连接胶水微滴到耦合点上，等待胶水完全凝固之后，再反复多次在耦合区转移胶水滴，分步进行滴涂，保证耦合位置不发生变化，并保证耦合点足够牢固。

另一方面，步骤S30之后还包括：

在晶体盘的外侧壁与嵌设槽内侧壁之间填充连接胶水。以对晶体盘21进行保护，使得晶体盘21完全隔绝外界空气，保持长期稳定性。

同样的，步骤S30之后还包括：

在光纤结构与容线槽之间填充连接胶水。以对光纤结构3进行保护。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种晶体微腔的封装结构，其特征在于，包括：

封装套筒，一端的端面上凹设有嵌设槽，所述封装套筒的侧壁面上凹设有容线槽，所述容线槽的一端连通至所述嵌设槽内；

晶体腔结构，包括晶体盘，所述晶体盘固定安装至所述嵌设槽内；以及，

光纤结构，具有两个呈平行设置的直线段以及连接两个所述直线段端部的曲线段，所述光纤结构安装至所述容线槽内，且所述曲线段延伸至所述嵌设槽内；

其中，所述曲线段耦合连接至所述晶体盘的边缘处。

2.根据权利要求1所述的晶体微腔的封装结构，其特征在于，所述嵌设槽的底壁面上凹设有定位槽；

所述晶体腔结构还包括支撑杆，所述支撑杆一端固定安装至所述晶体盘的端面上，另一端穿设于所述定位槽内。

3.根据权利要求1所述的晶体微腔的封装结构，其特征在于，所述曲线段与所述晶体盘之间设置有连接胶水；

其中，所述连接胶水的折射率小于所述光纤结构以及所述晶体盘的折射率。

4.根据权利要求3所述的晶体微腔的封装结构，其特征在于，所述晶体盘的外侧壁与所述嵌设槽内侧壁之间填充有所述连接胶水；和/或，

所述光纤结构与所述容线槽之间填充有所述连接胶水。

5.一种晶体微腔的封装方法，其特征在于，用以形成根据权利要求1至4中任意一项所述的晶体微腔的封装结构，所述晶体微腔的封装方法包括以下步骤：

获取所述晶体腔结构以及所述光纤结构；

将所述晶体腔结构安置于所述嵌设槽内，将所述光纤结构安置于所述容线槽内；

将所述曲线段耦合连接至所述晶体盘的边缘处。

6.根据权利要求5所述的晶体微腔的封装方法，其特征在于，获取所述光纤结构的步骤包括：

夹持待弯折光纤的两端；

去除光纤涂覆层，并加热所述待弯折光纤的中间位置；

驱动所述待弯折光纤的两端相互远离，使得所述待弯折光纤的中间位置拉伸形成拉锥段；

驱动所述待弯折光纤的两端相互靠近，使得所述拉锥段自然弯折形成所述曲线段；

绕所述曲线段折叠所述待弯折光纤的两端，形成所述光纤结构。

7.根据权利要求5所述的晶体微腔的封装方法，其特征在于，将所述曲线段耦合连接至所述晶体盘的边缘处的步骤包括：

在所述曲线段与所述晶体盘的耦合点上滴涂连接胶水。

8.根据权利要求7所述的晶体微腔的封装方法，其特征在于，在所述曲线段与所述晶体盘的耦合点上滴涂连接胶水的步骤包括：

在所述耦合点上多次滴涂所述连接胶水。

9.根据权利要求5所述的晶体微腔的封装方法，其特征在于，将所述曲线段耦合连接至所述晶体盘的边缘处的步骤之后还包括：

在所述晶体盘的外侧壁与所述嵌设槽内侧壁之间填充连接胶水。

10.根据权利要求5所述的晶体微腔的封装方法，其特征在于，将所述曲线段耦合连接至所述晶体盘的边缘处的步骤之后还包括：

在所述光纤结构与所述容线槽之间填充连接胶水。