CN1880990A - 光学组件 - Google Patents

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Abstract

提供了一种可以对光具座和光纤连接器之间进行光连接和机械连接的光学组件。本发明可特别地用于光电学工业中形成微型光学元件。

Description

光学组件
相关申请交叉引用
本申请依照35U.S.C.§119(e)，要求2005年6月1日提交的美国临时申请第60/686,543号的优先权，该临时申请全文参考结合入本文。
技术领域
本发明总体涉及光电子学领域。具体来说，本发明涉及可对光具座和光纤连接器之间进行光学连接和机械连接的光学组件。本发明特别可用来制造一种微型光学元件组件，该组件包括用于发射器，接收器或收发器的光学次组件(subassembly)之类的光电次组件的外壳，该组件还可与光纤连接器连接。
背景技术
激光器和光电检测器之类的光电器件被用于许多用途，例如用于电信工业。现有的商用发射器光学次组件(TOSA)是采用基于包括激光器二极管和监测器二极管的TO-can光头组件的方法制造的。例如在美国专利申请公开第US 2004/0240497A1号中描述了一种典型的TO-can封装。所述管座装置还具有光学透明窗或透镜，使光信号能够从光电器件传入或传出。为将激光聚焦入光纤套管中，常规的TO-canTOSA封装结合了各种圆柱形机加工过的次组件，这些次组件必须互相对齐，并通过焊接或粘结固定在适当的位置。这种封装需要至少两个独立的对齐和焊接或粘结步骤。在需要光隔离器的器件中，还需要进行另外的定位和焊接或粘结。在制造常规的TO-can TOSA封装时，需要激光焊接或粘结系统这样的高费用的工具。另外，TO-can封装通常不能很好地适合用来封装硅光具座之类的平面型器件结构。
因此，提供一种减少了其中的元件数量、对齐步骤数以及焊接或粘结步骤数的光学组件是有益的。例如，希望将定位和焊接或粘结步骤的数量减少到一个对齐和焊接或粘结步骤。结果可以比常规光学组件明显节约材料成本、劳动成本和加工成本。还希望提供适用于硅光具座结构的光学组件。
发明内容
根据本发明第一方面，提供了一种光学组件。该光学组件包括：光具座，其包括固定在基片上的光电元件；外壳，在该外壳中安放光具座，该外壳包括第一配合区域；光学套管插座，用来将光具座与光纤进行光学连接，所述光学套管插座包括第二配合区域，所述外壳和光学套管插座在第一和第二配合区域互相配合；以及柔性电路，其与光具座连接，所述柔性电路与外壳的内表面接触，以消除柔性电路中的应变。
在本文中，术语“一个”和“一种”包括“一种(个)或多种(个)”。在限定空间关系时，术语“在……之上”和“在……上方”可互换，包括存在或不存在插入层或结构的情况。在本文中，术语“光学组件”包括具有光学功能和/或光电功能的结构。
附图简要说明
下面将参照附图讨论本发明，图中相同的数字表示相同的结构(feature)，在附图中：
图1说明根据本发明的一示例的光学组件；
图2是显示图1所示光学组件的第一分解图；
图3是从与图2相反的方向显示图1中光学组件的第二分解图；
图4是显示根据本发明另一方面的光学组件的上部外壳部分。
具体实施方式
下面将参照图1-3描述本发明，图1-3显示根据本发明的示例的光学组件1。该光学组件包括光具座3。该光具座包括基片5，在此基片5的上表面7中/上形成各种表面结构。基片5通常由半导体材料或陶瓷、聚合物或金属形成，所述半导体材料可以是晶片或芯片形式，例如<100>单晶硅之类的硅、砷化镓、磷化铟或铌酸锂。使一个或更多个光学元件和/或光电元件结合在基片的上表面7。通常的光学元件包括例如光纤，球面透镜之类的透镜，滤光器和光隔离器。示例的光隔离器包括永磁铁8a和石榴石晶体8b。通常的光电器件包括例如激光拉丝模和光电检测器。图中光具座的光学元件和光电元件通常以虚线表示。
基片上表面7包括一个或多个形成于其中或其上的用来固定各种元件的表面结构。所述表面结构可包括例如凹槽，例如用来固定光纤的V形或U形凹槽；用来固定球面透镜之类的透镜的凹陷，以及用于光电器件的电连接的金属结构。通常的金属结构包括例如在其上焊接光电器件的接触片，用来与电源连接的金属线和结合片。用来形成表面结构的技术是本领域技术人员已知的。例如可采用掩蔽和湿法和/或干法蚀刻技术形成凹槽和凹陷，可采用溅射、蒸发或电镀技术形成金属化结构。可任选地使用这些技术形成基片主片(master)，可通过模制法由此主片形成基片。还可为光具座提供盖子9，形成用于元件的密闭体积。
可通过任何已知的方法对光具座3进行电连接。在示例的实施方式中，出于此目的提供了柔性电路11。柔性电路11的结合片(未显示)与在光具座3下面的对应结合片相焊接，而该对应的结合片与光具座的光电器件电连接。
用于光具座的外壳13提供了一种或多种功能，这些功能包括例如在组装光学组件时进行对齐，散热来除去光电器件所产生的不希望有的热量，消除应变以消除柔性电路产生的应变，对光具座进行机械保护，对印刷电路板或其他电子基片的安装能力，提供热绝缘，以防早先形成的焊接点在以后的焊接过程中发生焊料重熔。光具座外壳13可由例如机加工的、模制的或模压的金属或塑料(包括热导性塑料)制成。如图1-3所示，光具座外壳可由大量部件组成。在示例的实施方式中，外壳包括上部部分15和下部部分17。外壳包括用来接受光学套管插座21的对齐孔19。根据本发明的一个实施方式，当外壳和光学套管插座配合部分连接在一起时，在它们之间形成对称关系。外壳部分可包括一些表面结构，它们使得外壳部分之间、以及外壳部分和其他元件之间能够被动地对齐。例如，可以提供对准插头23将柔性电路11被动地定位。也可在下部外壳部分13上提供凹陷区域25和凸起区域26，使光具座3被动定位。
柔性电路11与下部外壳区域17接触。可在此部分提供沟槽(relief trench)28，在柔性电路和下部外壳部分之间提供空气间隙。该空气间隙起到隔热的作用，用来保护柔性电路和光具座3之间形成的焊接点，以防在随后焊接光具座和外壳时这些焊接点发生重熔。下部和/或上部外壳部分17，15还可包括用来消除柔性电路11中的应变的应变消除表面(land surface)29。在组装外壳上部部分和下部部分15，17时，表面29与柔性电路相接触，消除了柔性电路中的应变。可以提供图示的从表面29凸出的插头31，使其与柔性电路中的孔32相配合，以提供任选额外的配准。也可在应变消除地面29和/或柔性电路11上添加泡沫体或粘结剂之类的顺应材料(compliantmaterial)，当柔性电路与外壳13脱离时对柔性电路进行夹层和支承。
外壳13可任选包括用来固定一种或多种元件的装置，所述元件是例如一种或多种上述光学元件(例如光纤，球面透镜之类的透镜，滤光器和光隔离器)。这种结构可使封装具有较小的足迹(footprint)并且/或者提供改进的可制造性。例如图4说明了在其中结合了形成光隔离器一部分的永磁铁8a的上部外壳部分15。外壳中可另外或任选地包括光隔离器的石榴石晶体8b(见图2和3)和/或多个隔离器磁铁。
提供光学套管插座21，用来对包括光纤或光纤柱脚的光纤连接器(未显示)进行光学配合和机械配合。该光纤连接器与一尾光纤相连。光学套管插座21在外部通常由金属或塑料制成，通常包括裂开的陶瓷套，以与连接器对准。光学插座可包括其中具有一定长度光纤的双面抛光的套管短截线(stub)，例如可从Kyocera公司购得的套管短截线。光学插座可包括用来防止过量的粘结剂进入光路的吸液阻止结构(wick stop)27。如图所示，该吸液阻止结构可以是位于配合区域和光路之间光学插座面上的闭合凹槽的形式。尽管图中显示的吸液阻止结构27是环形的，但是也可采用其它的形状。
使用粘结剂促进了外壳15与光学套管插座21的连接。合适的粘结剂包括例如紫外固化环氧树脂、热固化环氧树脂和双重固化环氧树脂之类的环氧树脂以及焊料。宜将粘结剂保持在组件的光路以外。粘结剂可能会由于例如光损耗问题而变得不可用，而通过这种方法，该粘结剂便可以使用。可以控制粘结剂的施用，使粘结剂对称地分布在外壳15的配合区域19和光学插座组件21的配合区域30之间。外壳和光学插座配合区域之间的这种对称关系使得在固化过程中和由于暴露于环境造成的粘结剂收缩和溶胀的变化最小，因此对光具座3对齐的影响最小。

Claims (10)

1.一种光学组件，该光学组件包括：
光具座，其包括固定在基片上的光电元件；
外壳，在该外壳中安放光具座，该外壳包括第一配合区域；
光学套管插座，用来将光具座与光纤进行光学连接，所述光学套管插座包括第二配合区域，所述外壳和光学套管插座在第一和第二配合区域互相配合；以及
柔性电路，其与光具座连接，所述柔性电路与外壳的内表面接触，以消除柔性电路中的应变。
2.如权利要求1所述的光学组件，其特征在于，所述光具座是包括硅基片的硅光具座。
3.如权利要求1或2所述的光学组件，其特征在于，所述光具座本身是密封的。
4.如权利要求1至3中任一项所述的光学组件，其特征在于，所述外壳的内表面包括一沟槽，用以在外壳和一部分软性电路之间提供空气间隙。
5.如权利要求1至4中任一项所述的光学组件，其特征在于，所述外壳的内表面包括用来使柔性电路被动定位的对准插头。
6.如权利要求1至5中任一项所述的光学组件，该组件还包括用来将光学套管组件粘结到外壳上的粘结剂，所述光学套管组件和/或外壳包括吸液阻止结构，以防在将光学套管组件与外壳粘结的过程中粘结剂进入光路中。
7.如权利要求1至6中任一项所述的光学组件，其特征在于，所述外壳包括与下部外壳部分相连的上部外壳部分，所述上部部分和下部部分各自包括所述第一配合区域的一部分。
8.如权利要求1至7中任一项所述的光学组件，其特征在于，所述第一配合区域与第二配合区域径向对称。
9.如权利要求1至8中任一项所述的光学组件，该组件还包括安装在外壳上的光学元件或该元件的一部分。
10.如权利要求9所述的光学组件，其特征在于，将形成光隔离器一部分的磁铁安装在外壳上。
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