CN1191987A - 光学部件的封装方法和光轴仪的装配方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种光学部件封装方法和一种光轴仪装配的方法。在该封装方法中,先把光学装置通过一种导电的粘合剂固定在该光轴仪中,然后把光轴仪与光学部件的两端对中,把一个整体制成的第一壳体通过软焊固定在该光轴仪的周围,以及把一个第二壳体通过一种防水和防振材料固定在第一壳体的周围,最后,即保护管通过环氧树脂密封固定在相应的光轴仪上,以保护在光轴仪中的光学纤维的端部。

Description

光学部件的封装方法和光轴仪 的装配方法

本发明涉及一种用于封装一个诸如光学隔离器、波长倍增器、光学耦合器和光轴仪这样的光学部件的方法，特别是，涉及一种能改进光学部件的温度和拉伸强度特性的光学部件的封装方法。

光学纤维部件、精密光学部件和光波导管部件的可靠性通常取决于它们的封装可靠性。封装指的是固定一条光学纤维和用于保护光学元件的金属或塑料壳体，这需要在两个阶段中实现：在配置好元件以后，把一个用于特定功能的第一壳体固定；以及把一个用来将已装配好的光学部件的外标牌固定于其上并且可增加该光学部件的可靠性的第二壳体固定。

本说明书将描述一种光轴仪的装配方法和一种包括光轴仪于其中的光学部件的封装方法。

光轴仪是一种用来把从一个细微光源发出的光转变成平行光或者利用由一个透镜造成的光的波前的变化使发出的平行光聚焦的光学装置。如图1中所示，一个光轴仪10具有一个用来夹持一条光学纤维16的光学纤维管12，一个用来支承该光学纤维管12和光学纤维16的套管14，一个用来使从光学纤维16发出的光线聚焦的透镜20，以及一个用来使透镜20与套管14牢固地对中的套筒18。

在一种常规的光轴仪装配方法中，先把光学纤维管12的外壳剥去，以便露出夹持于其中的光学纤维16。然后，把光学纤维管12和光学纤维16的表面上都涂上一种粘合剂即一种固定材料80和82，再牢固地插入到套管14的中心。然后，再在套管14的一部分表面上涂敷固定材料84，并把该套管牢固地插入套筒18中。然后再把在其上端和下端涂上固定材料86的透镜20与套管14对中并且牢固地插入套筒18中。

图2是一个为某种特定功能根据常规方法封装的包括几个光轴仪的光学部件的简图。如图2中所示，光学装置通过该如图1中所示的固定材料固定在相应的光轴仪10a和10b中。然后，把光轴仪10a和10b与光学部件30的两端对中，再把整体制成的第一壳体36通过多个软焊点40固定在光轴仪10a和10b的周围，从而固定了光轴仪10a和10b并且保护了其光学装置。也就是说，把第一壳体36通过软焊点40固定在套筒18a和18b上。然后，把第二壳体32通过固定材料88固定在第一壳体36的周围，以便把一个外标牌固定于其上并且提高第一壳体36的机械强度。保护管34通过一种环氧树脂密封38固定在光轴仪10a和10b上，并使保护管34的边缘连接在第二壳体32的两端边缘上，以保护光学纤维16的端部免受外部环境的影响。这样就完成了对光学部件30的封装。

但是，上述常规的光学部件的封装方法具有下列明显的问题。由于光学装置是通过一种固定材料被固定在光轴仪中并且使有光轴仪的光学部件受到封装，从长期观点看，这将使光学部件在温度、振动、撞击和拉力方面的可靠性降低。而且，套筒是通过软焊固定在第一壳体上的，而当软焊时第一壳体的温度至少超过100°，由此改变了固定材料的特性并且显著减少了光学部件的可靠性。此外，由于第一和第二壳体是通过固定材料固定的，振动和水分很容易传输到光轴仪中。结果，使光学装置很容易受到损坏并且使其光学特性恶化。

本发明的第一个目的是提供一种光学部件封装方法，该方法通过使用一种导电的粘合剂来进行封装从而能够增加光学部件的温度可靠性和拉伸强度。

本发明的第二个目的是提供一种光轴仪装配方法，该方法通过使用一种导电的粘合剂来固定光轴仪的光学装置可以提高光轴仪的光学特性。

本发明的第三个目的是提供一种光轴仪装配方法，该方法通过使用一种导电的粘合剂可以改变光轴仪在温度循环和拉伸强度方面的特性。

本发明的第四个目的是提供一种光学部件封装方法和一种光轴仪装配方法，该方法通过使用一种导电的粘合剂把第一壳体固定到一个光轴仪上而使生产过程更方便从而可以提高生产率。

本发明的第五个目的是提供一种用于使光学部件能够防振和防水的光学部件封装方法和光轴仪装配方法。

为了实现上述目的，提供了一种用于封装一个装有几个光轴仪的光学部件的方法，该光轴仪把从一个细微光源发出的光转变成平行光并且使发出的平行光聚焦。在该光学部件封装方法中，光学装置通过一种导电的粘合剂固定在光轴仪中，以增加在光学装置之间的粘附性和光学装置的拉伸强度。然后，把光轴仪与该光学部件的两端对中，把一个整体制成的第一壳体通过软焊固定在光轴仪的周围，以便保护光学装置并且固定光轴仪，以及把一个第二壳体通过一种防水和防振材料固定在第一壳体的周围，以提高第一壳体的机械强度。最后，把保护管通过一种环氧树脂密封固定在相应的光轴仪上，以保护在光轴仪中的光学纤维的端部。

根据本发明的另一个方面的内容，提供了一种用于封装一个装有几个光轴仪的光学部件的方法，该光轴仪可把从一个细微光源发出的光转变成平行光并且使发出的平行光聚焦。在该光学部件封装方法中，光学装置通过一种导电的粘合剂固定在光轴仪中，以增加在光学装置之间的粘附性和光学装置的拉伸强度。然后，把光轴仪与该光学部件的两端对中，把单个的第一壳体通过软焊固定在相应的光轴仪的周围，以便保护该光学装置并且固定该光轴仪，以及把单个的第一壳体的端部通过软焊相连接。最后，把一个第二壳体通过一种防水和防振的材料固定在该第一壳体的周围，以提高该第一壳体的机械强度，以及把保护管通过环氧树脂密封固定在相应的光轴仪上，以保护在该光轴仪中的光学纤维的端部。

本发明的上述目的和优点通过参照附图对它的一个较佳实施例的详细描述将一目了然，附图中：

图1是一个具有通过固定材料固定的光学装置的常规的光轴仪的简图；

图2是一个通过一种固定材料和软焊所封装的常规的光学部件的简图；

图3是本发明的第一实施例的一个具有通过一种导电粘合剂固定的光学装置的光轴仪的简图；

图4是本发明的第二实施例的一个通过一种防水硅树脂和软焊所封装的光学部件的简图；

图5是本发明的第三实施例的一个通过一种导电粘合剂和硅树脂所封装的光学部件的简图；

图6是根据本发明的实施例和常规技术所包装的光学部件的温度循环特性的曲线图；以及

图7是根据本发明的实施例的通过一种导电粘合剂固定的一个光轴仪的温度循环特性的曲线图。

下面将参照附图对本发明的最佳实施例作详细说明。在附图中同样的标号表示相同的零件，并且对本发明的已知功能和结构的详细说明当它们会使本发明的主题模糊时也将予以避免。

图3是本发明的第一实施例的一个具有通过一种导电粘合剂固定于其中的光学装置的光轴仪的简图。

如图3中所示，该光学装置通过导电粘合剂固定在该光轴仪中，以便改进其温度、振动和温度循环特性。为了装配光轴仪10，光学纤维16上套着金属光学纤维管12，以增加导电粘合剂的粘附性。然后，再把该光学纤维管12剥去以露出光学纤维16。该暴露的光学纤维管12和光学纤维16的表面上都涂有导热或导电粘合剂22和24并且牢固地插入在套管14的中心。然后，在其中固定有光学纤维16的套管14的一部分表面上涂敷一种导电粘合剂26并且把它牢固地插入套筒18中。在其上端和下端涂有一种导电粘合剂28的透镜20与套管14对中，并且牢固地插入套筒18中。此处的导电粘合剂26和28都由导热或导电材料构成，以增强光轴仪10的温度循环特性。

图4是本发明的第二实施例的一个为特定功能封装的包括几个光轴仪的光学部件的简图。

如图4中所示，光学装置通过如图3中所示的导热或导电粘合剂被固定在相应的光轴仪10a和10b中。此处，设置在光轴仪10a和10b中的光学纤维上套有金属光学纤维管12a和12b。然后使光轴仪10a和10b都与光学部件30的两端对中。整体形成的第一壳体36通过多个软焊接头40固定在套筒18a和18b的周围，从而保护了其中的光学装置(即透镜20，光学纤维16和套管14)免受外界环境的影响。也就是说，为了便于封装和提高光学部件30的可靠性，该第一壳体36在170～190℃时通过软焊固定在光轴仪10a和10b的边缘上并且在120～150℃时通过软焊固定在光轴仪10a和10b的中心位置。

然后，把第二壳体32通过一种具有优良的防水和防振作用的防水橡胶或硅42固定在第一壳体36的周围，以便增加第一外壳36的机械强度并且把一个外部标牌固定于其上。保护管34通过环氧树脂密封38固定在光轴仪10a和10b上并使保护管34的边缘连接在第二壳体32的两端边缘上，以便保护在光轴仪10a和10b中的光学纤维16的端部。这样就完成了对光学部件30的封装。此处，该已封装的光学部件30相对于温度循环所具有的插入损失偏差为0.1dB或者更小。

图5是根据本发明的第三实施例封装的一个包括几个光轴仪的光学部件的简图，该封装可用于实现一个有助于光学部件的自动生产的特定功能并且使生产过程更为方便。

如图5中所示，光学装置通过图3中所示的导热或导电粘合剂固定在相应的光轴仪10a和10b上。此处，设置在光轴仪10a和10b中的光学纤维都套有金属光学纤维管12a和12b。然后将光轴仪10a和10b都与光学部件30的两端相对中。单独的第一壳体44和46通过导电粘合剂50被分别地围绕套筒18a和18b固定，以便固定光轴仪10a和10b，保护光学装置(即透镜20，光学纤维16和套管14)免于受到外界环境的影响，有助于光学部件的自动生产以及使生产过程更为方便。此处的导电粘合剂50由一种导热或导电的材料构成以便改进光学部件30的温度循环特性。然后使第一壳体44的右边缘通过软焊接头48与第一壳体46的左边缘相连接，该软焊接头是通过一个非接触光源例如一个大功率激光二极管或氙气灯而形成的。

然后，把第二壳体32通过一种具有优良的防水和防振作用的防水橡胶或硅42整体地固定在第一壳体44和46的周围，以便增加第一壳体44和46的机械强度并且把一个外部标牌固定于其上。保护管34通过环氧树脂密封38固定在光轴仪10a和10b上并且使保护管34的边缘连接在第二壳体32的两端边缘上，以便保护在光轴仪10a和10b中的光学纤维16的端部。这样就完成了对光学部件30的封装。此处，该已封装的光学部件30相对于温度循环所具有的插入损失偏差为0.1dB或更小。

如参照图3，4和5所说明的，在装配光轴仪和封装光学部件中所使用的导电粘合剂是德国Ablestik公司的环氧树脂8380，它在150℃下热固化1分钟，在125℃下热固化4分钟和在90℃下热固化90分钟，从而显著地改进了光轴仪和光学部件在拉伸强度、振动和温度循环方面的特性。此外，该导电粘合剂含有银，从而具有优良的导电性和良好的导热性。所以，在光学装置的接触表面之间可以保护均匀的热传导，并且光学部件的温度循环特性也能得到改进。尤其是，与常规的固定材料的体积减少4％相比较，该导电的粘合剂的体积只减少1％或者更少。至于拉伸强度，常规的固定材料为4-8kgf，而本发明的该导电的粘合剂为8-14kgf，显示出该导电的粘合剂在拉伸强度方面是优于该固定材料的。

图6是通过常规的固定材料和本发明的该导电的粘合剂所封装的光学部件的温度循环试验结果的曲线图。

如图6中所示，由常规的固定材料所封装的光学部件在一个20-60℃的温度循环中经历了一个陡峭的温度损失偏差，这是因为该固定材料在一个早期的温度试验阶段中的一个玻璃化转变点Tg处产生了严重的膨胀和收缩而造成的。这就是说，假定一个稳定的温度循环特性范围为0.2d，该常规封装的光学部件就不能满足该最初的3个循环的技术要求。在给定的玻璃化转变点温度Tg为90℃的情况下，本发明的该导电的粘合剂的热膨胀量大于该固定材料在90℃或高于90℃时的热膨胀量并且在低于90℃时亦然。从这些试验结果可知，该导电的粘合剂的温度循环特性在光学部件的工作温度处于-20～60℃范围内是很好的。此外，该温度循环特性曲线与第二壳体的存在和不存在有关，它们都示于图6中。该曲线图示出了与第二壳体存在和不存在有关的插入损失偏差为0.05-0.1dB。

图7是通过本发明的导电的粘合剂所装配的一个光轴仪的温度循环特性的曲线图。

如图7中所示，在第一个和第二个循环中该光轴仪所经受的插入损失偏差为0.07dB，而在其他的循环中该插入损失偏差则为0.05dB或者更小。这就意味着通过该导电粘合剂装配的光轴仪在温度循环特性方面要优于通过常规的固定材料装配的光轴仪。

如上所述，本发明的光学部件的封装方法和光轴仪的装配方法通过在光学纤维上套一个金属的光纤管而提高了粘合剂的粘附性并且通过使用一种导电的粘合剂来装配光轴仪和封装光学部件而改进了光学部件的温度循环特性和拉伸强度。此外，通过一种防水和防振材料把第一壳体固定在第二壳体上改进了光学部件的振动特性，防止了水分导入光学部件中并且可使光学部件在-40～80℃的范围内工作。在封装光学部件时通过减少软焊接头的数目，可以自动地生产光学部件，以及可以把该导电的粘合剂涂敷在每个光学部件上，例如用于连接光学纤维的精密光学部件上和要求可靠性的波导部件上。

Claims (14)

1.一种用于装配光轴仪的方法，该光轴仪具有一个用来支承光学纤维的套管，一个用来使从该光学纤维发出的光聚焦的透镜以及一个使该套管与该透镜对中的套筒，该方法包括下列步骤：

把一根光学纤维管和至少一根光学纤维通过一种导电的粘合剂固定在该套管的中心；

把其中固定有该光学纤维的该套管通过该导电的粘合剂固定在该套管中；以及

把该透镜通过该导电的粘合剂固定在该套筒中。

2.如权利要求1所述的光轴仪装配方法，其特征在于，该导电的粘合剂是由导热和导电材料中的一种材料制成的，该材料在固化后体积收缩为1％并且具有约8-14kgf的拉伸强度。

3.如权利要求1所述的光轴仪装配方法，其特征在于，该光学纤维管是用一种金属制成的。

4.一种用于封装装有几个光轴仪的光学部件的方法，该光轴仪可把从一个细微光源发出的光转变成平行光并且可使该发出的平行光聚焦，该方法以包括以下步骤：

把光学装置通过一种导电的粘合剂固定在该光轴仪中，以增加在该光学装置之间的粘附性和该光学装置的拉伸强度；

把该光轴仪与该光学部件的两端对中；

把一个整体制成的第一壳体通过软焊固定在该光轴仪的周围，以便保护该光学装置并且固定该光轴仪；

把一个第二壳体通过一种防水和防振材料固定在该第一壳体的周围，以提高该第一壳体的机械强度；以及

把保护管通过环氧树脂密封固定在相应的光轴仪上，以保护在光轴仪中的光学纤维的端部。

5.如权利要求4所述的光学部件封装方法，其特征在于，该导电的粘合剂是由导热和导电材料中的一种材料制成的。

6.如权利要求4所述的光学部件封装方法，其特征在于，该第一壳体通过软焊每个光轴仪的左、右和中心部分而被固定在该些光轴仪上。

7.如权利要求6所述的光学部件封装方法，其特征在于，该些光轴仪的左和右部在约170～190℃时进行软焊，而其中心部分在约120～150℃时进行软焊。

8.如权利要求4所述的光学部件封装方法，其特征在于，该防水和防振材料是具有高度防水和防振性能的硅和橡胶粘合剂中的一种粘合剂。

9.如权利要求4所述的光学部件封装方法，其特征在于，该光学部件相对于温度循环的插入损失偏差为0.1dB或者更小。

10.一种用于封装一个装有几个光轴仪的光学部件的方法，该光轴仪把从一个细微光源发出的光转变成平行光并且使发出的平行光聚焦，该方法包括以下步骤：

把光学装置通过一种导电的粘合剂固定在该光轴仪中，以增加在该光学装置之间的粘附性和该光学装置的拉伸强度；

把该光轴仪与该光学部件的两端对中；

把单个的第一壳体通过软焊固定在相应的光轴仪的周围，以便保护该光学装置并且固定该光轴仪；

把该单个的第一壳体的端部通过软焊固定；

把一个第二壳体通过一种防水和防振材料固定在该第一壳体的周围，以提高该第一壳体的机械强度；以及

把保护管通过环氧树脂密封固定在相应的光轴仪上，以保护在该光轴仪中的光学纤维的端部。

11.如权利要求10所述的光学部件封装方法，其特征在于，该第一壳体通过非接触光源而互相软焊在一起。

12.如权利要求11所述的光学部件封装方法，其特征在于，该非接触光源是一个大功率激光二极管和一个氙气灯中的一个。

13.如权利要求10所述的光学部件封装方法，其特征在于，该导电的粘合剂是由导热和导电材料中的一种材料制成的。

14.如权利要求10所述的光学部件封装方法，其特征在于，该光学部件相对于温度循环的插入损失偏差为0.1dB或者更小。

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