CN201611394U - 无源光波导器件的封装结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种无源光波导器件的封装结构，包括有依次相连的输入光纤阵列结构、无源光波导器件芯片结构和输出光纤阵列结构，输入光纤阵列结构与无源光波导器件芯片结构之间以及无源光波导器件芯片结构与输出光纤阵列结构的连接结构是：在光路相匹配的耦合面上设置有透明层，在该光路相匹配的耦合面以外的连接面上设置有用于将该连接面固定连接的粘接胶，从而构成由输入光纤阵列结构、无源光波导器件芯片结构和输出光纤阵列结构组成的芯件，在所述的芯件的外周设置密封结构。本实用新型可以提高无源光波导器件光功率阈值，由300MW可以提高到1000MW；采用本实用新型结构的器件结构紧凑，尺寸较同等低光功率阈值器件变化小于2mm。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种无源光波导器件芯件，特别是涉及一种由依次相连的输入光纤阵列结构、无源光波导器件芯片结构和输出光纤阵列结构构成的无源光波导器件的封装结构。
背景技术
无源光波导器件芯件通常由以下三部分组成：输入光纤阵列，无源光波导器件芯片，输出光纤阵列。三者通过粘接胶连接起来，光纤阵列与波导芯片连接的具体结构如图1所示，是由输入光纤阵列1、无源光波导器件芯片3和输出光纤阵列2通过粘接胶4依次粘接构成，所以其光路是有胶的。
目前大量生产的无源光波导器件，光路一般是有胶的，器件所能容忍的最大光功率通常不超过300mw。无源波导器件光路中，当输入功率达到300mw以上时，光路中平均光功率密度超过了3800w/mm2。光路经过的光路材料由无机材料、有机材料组成，无机材料可以是二氧化硅或者硅，有机材料可以是粘接剂。对光大功率耐受最差的材料为有机材料即粘接胶，损伤主要由热效应造成。如果要求其所承受光功率大于300mw，目前的无源光波导器件封装方法是无法满足的。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种可以提高无源光波导器件光功率阈值的无源光波导器件的封装结构。
本实用新型所采用的技术方案是：一种无源光波导器件的封装结构，包括有依次相连的输入光纤阵列结构、无源光波导器件芯片结构和输出光纤阵列结构，输入光纤阵列结构与无源光波导器件芯片结构之间以及无源光波导器件芯片结构与输出光纤阵列结构的连接结构是：在光路相匹配的耦合面上设置有透明层，在该光路相匹配的耦合面以外的连接面上设置有用于将该连接面固定连接的粘接胶，从而构成由输入光纤阵列结构、无源光波导器件芯片结构和输出光纤阵列结构组成的芯件，在所述的芯件的外周设置密封结构。
所述的输入光纤阵列结构是由输入光纤阵列基板和覆盖在输入光纤阵列基板上面的输入光纤上盖板构成；所述的无源光波导器件芯片结构是由无源光波导器件芯片基板和覆盖在无源光波导器件芯片基板上面的芯片上盖板构成；所述的输出光纤阵列结构是由输出光纤阵列基板和覆盖在输出光纤阵列基板上面的输出光纤上盖板构成。
所述的透明层是由无机材料构成的增透膜和空气隙或空气间隙单独构成。
所述的输入光纤阵列结构和输出光纤阵列结构的在与无源光波导器件芯片结构光路相匹配的耦合面的两侧均设置有一个用于阻止粘接胶流入该光路相匹配的耦合面上的阻流槽，所述的透明层位于输入光纤阵列结构和输出光纤阵列结构上的两个阻流槽之间的光路相匹配的耦合面上，所述的用于固定连接连接面的粘接胶分别位于输入光纤阵列结构和输出光纤阵列结构上的两个阻流槽外侧的连接面上。
所述的无源光波导器件芯片结构的在分别与输入光纤阵列结构和输出光纤阵列结构光路相匹配的耦合面的两侧均设置有一个用于阻止粘接胶流入所述的光路相匹配的耦合面上的阻流槽，所述的透明层位于无源光波导器件芯片结构上的两个阻流槽之间的光路相匹配的耦合面上，所述的用于固定连接连接面的粘接胶分别位于无源光波导器件芯片结构上的两个阻流槽外侧的连接面上。
所述的密封结构是在输入光纤阵列结构与无源光波导器件芯片结构以及无源光波导器件芯片结构与输出光纤阵列结构的连接处的外周涂覆的密封结构。
所述的密封结构是采用环氧树脂或丙烯酸、或硅橡胶材料涂覆的密封结构。
所述的密封结构是由盒盖和盒体构成的封装盒，所述的芯件封装在封装盒内，所述的芯件的光纤输入、输出端分别从封装盒两侧的通孔穿出，所述的光纤输入、输出端与所述的通孔通过密封材料而固定结合。
所述的密封材料是灌封的环氧树脂或者丙烯酸或者硅橡胶或者是通过焊接而形成。
所述的盒盖和盒体之间采用胶进行密封或进行平行焊密封，所述的胶采用环氧树脂或者丙烯酸或者硅橡胶。
本实用新型的无源光波导器件的封装结构，可以提高无源光波导器件光功率阈值，由300mw可以提高到1000mw；采用本实用新型结构的器件结构紧凑，尺寸较同等低光功率阈值器件变化小于2mm。
附图说明
图1是现有技术的无源波导器件芯件的结构图及粘接区域局部放大图；
图2是本实用新型的无源波导器件芯件结构示意图；
图3是本实用新型第一种结构的无源光波导器件芯片结构端面示意图；
图4是本实用新型第一种结构的光纤阵列端面示意图；
图5是本实用新型第二种结构的无源光波导器件芯片结构端面示意图；
图6是本实用新型第二种结构的光纤阵列端面示意图；
图7是本实用新型的无源波导芯件的第一种封装结构示意图；
图8是本实用新型的无源波导芯件的第一二种封装结构示意图。
其中：
1：输入光纤阵列结构 2：输出光纤阵列结构
3：无源光波导器件芯片结构 4：粘接胶
5：透明层 6：密封结构
7：成品芯件 8：封装盒
10：增透膜 11：涂胶区域
12：波导 13：长度
具体实施方式
下面结合附图给出具体实施例，进一步说明本实用新型的无源光波导器件的封装结构是如何实现的。
为了提高功率阈值，本实用新型的无源光波导器件的封装结构采用光路无胶的方法，即：光路经过的材料均为无机材料或空气，无机材料一般为二氧化硅或硅。因为光路途经无机材料的功率阈值远大于途经有机材料，所以整个器件的光功率耐受阈值也就提高了。
如图2所示，本实用新型的无源光波导器件的封装结构，包括有依次相连的输入光纤阵列结构1、无源光波导器件芯片结构3和输出光纤阵列结构2，输入光纤阵列结构1与无源光波导器件芯片结构3之间以及无源光波导器件芯片结构3与输出光纤阵列结构2的连接结构是：在光路相匹配的耦合面上设置有透明层5，在该光路相匹配的耦合面以外的连接面上设置有用于将该连接面固定连接的粘接胶4，所述的透明层5可以是由无机材料构成的增透膜和空气隙构成或空气间隙单独构成，为减小损耗，最好采用由无机材料构成的增透膜。从而构成由输入光纤阵列结构1、无源光波导器件芯片结构3和输出光纤阵列结构2组成的芯件7。在所述的芯件7的外周设置密封结构。
如图3-图6所示，所述的输入光纤阵列结构1是由输入光纤阵列基板1′和覆盖在输入光纤阵列基板1′上面的输入光纤上盖板1″构成；所述的无源光波导器件芯片结构3是由无源光波导器件芯片基板3′和覆盖在无源光波导器件芯片3基板′上面的芯片上盖板3″构成；所述的输出光纤阵列结构2是由输出光纤阵列2′和覆盖在输出光纤阵列2′上面的输出光纤上盖板2″构成。
如图4所示，所述的输入光纤阵列结构1和输出光纤阵列结构2的在与无源光波导器件芯片结构3光路相匹配的耦合面的两侧均设置有一个用于阻止粘接胶4流入该光路相匹配的耦合面上的阻流槽25，所述的阻流槽25的长度与光纤阵列高度相同，槽宽26一般大于0.3mm，槽深27一般大于0.2mm。所述的透明层5位于输入光纤阵列结构1和输出光纤阵列结构2上的两个阻流槽25之间的光路相匹配的耦合面上，本实施例是采用由无机材料构成的增透膜20。所述的用于固定连接连接面的粘接胶4分别位于输入光纤阵列结构1和输出光纤阵列结构2上的两个阻流槽25外侧的连接面(涂胶区域)21上。当粘接无源光波导器件芯片结构3与输入光纤阵列结构1和输出光纤阵列结构2时，在阻流槽25外侧区域即涂胶区域21上涂覆适量的粘接胶4，固化粘接胶时粘接胶被阻流槽25阻挡，不会进入无源光波导器件芯片结构3的输入或输出端波导区域。增透膜20覆盖光纤分布区域并关于该区域对称分布，区域宽度与光纤阵列高度相同，区域长度大于n×127+40μm或n×254+40μm，n为无源光波导器件芯片基板3′的输入或输出波导数目，波导间距为127微米时，长度采用前者；波导间距为254微米时，长度采用后者。
图中21为涂胶区域，涂胶区域21是端面除增透膜20覆盖区域以外的区域。当粘接无源光波导器件芯片结构3与输入光纤阵列结构1和输出光纤阵列结构2时，在阻流槽外侧涂胶区域21涂覆适量的粘接胶4，固化粘接胶时粘接胶可以被阻流槽阻挡，不会进入增透膜20覆盖区域。
图3是与图4所示的输入光纤阵列结构1和输出光纤阵列结构2相结合的无源光波导器件芯片结构3，10为无源光波导器件芯片基板3′的输入或输出端波导区域设置的增透膜，11为涂胶区域，12为波导，13为增透膜区域10的长度，3″为芯件上盖板。由于光路无胶，为减小损耗，在无源光波导器件芯片基板3′输入或输出端波导区域制备增透膜10。增透膜10覆盖无源光波导器件芯片结构3中波导分布区域并关于该区域对称分布，增透膜10的宽度与无源光波导器件芯片结构3的高度相同，区域长度13大于n×127+40μm或n×254+40μm。n为芯片的输入或输出波导数目，波导间距为127微米时，区域长度13采用前者；波导间距为254微米时，区域长度13采用后者。涂胶区域11的范围是除无源光波导器件芯片基板3′的输入或输出端波导区域10所覆盖的区域以外的无源光波导器件芯片结构3端面区域，不需覆盖增透膜10。
如图5所示，所述的无源光波导器件芯片结构3的在分别与输入光纤阵列结构1和输出光纤阵列结构2光路相匹配的耦合面的两侧均设置有一个用于阻止粘接胶4流入所述的光路相匹配的耦合面上的阻流槽25′，阻流槽25′的长度与芯片高度相同，槽宽26一般大于0.3mm，槽深27一般大于0.2mm。所述的透明层5位于无源光波导器件芯片结构3上的两个阻流槽25′之间的光路相匹配的耦合面上，所述的用于固定连接连接面的粘接胶4分别位于无源光波导器件芯片结构3上的两个阻流槽25′外侧的连接面上。当粘接无源光波导器件芯片结构3与输入光纤阵列结构1和输出光纤阵列结构2时，在阻流槽25′外侧区域途覆适量的粘接胶4，固化粘接胶时粘接胶被阻流槽25′阻挡，不会进入无源光波导器件芯片结构3的输入或输出端波导区域。
为减小损耗，在无源光波导器件芯片结构3的输入或输出端波导区域设置增透膜10，阻流槽25′位于增透膜10区域外侧。增透膜10覆盖无源光波导器件芯片结构3中波导分布区域并关于该区域对称分布，区域宽度与无源光波导器件芯片结构3高度相同，区域长度大于n×127+40μm或n×254+40μm。n为芯片的输入或输出波导数目，波导间距为127微米时，当长度采用前者时，波导间距为254微米时，当长度采用后者。图中11为涂胶区域，涂胶区域11是端面除增透膜10覆盖区域以外的区域，不需覆盖增透膜。
图6所示是与图5所示的无源光波导器件芯片结构3相结合的输入光纤阵列结构1或输出光纤阵列结构2，在输入光纤阵列结构1和输出光纤阵列结构2的耦合端面上制备增透膜20。为减小损耗，在输入光纤阵列结构1和输出光纤阵列结构2的耦合端面光纤区域制备增透膜20。增透膜20覆盖光纤分布区域并关于该区域对称分布，增透膜20的宽度与输入光纤阵列结构1和输出光纤阵列结构2的高度相同，增透膜20的长度23大于n×127+40μm或n×254+40μm。n为芯片的输入或输出波导数目，波导间距为127微米时，增透膜20的长度采用前者，波导间距为254微米时，增透膜20的长度采用后者。图中21为涂胶区域，涂胶区域21是输入光纤阵列结构1和输出光纤阵列结构2端面除增透膜20区域以外的区域，不需覆盖增透膜20。
完成无源波导器件芯件耦合、粘接步骤后，无源波导器件芯件成为半成品芯件7。在半成品芯件完成后，还需要对芯件进行密封处理，因为半成品芯件耦合端面的空气隙要与外界环境隔离才能保证器件工作的长期稳定性。
如图7所示，所述的密封结构是在输入光纤阵列结构1与无源光波导器件芯片结构3以及无源光波导器件芯片结构3与输出光纤阵列结构2的连接处的外周涂覆的密封结构6。所述的密封结构6是采用环氧树脂或丙烯酸、或硅橡胶材料涂覆的密封结构。涂覆尺寸根据最后的外封尺寸确定，涂覆时涂覆材料一定不能及进入透明层5。作为公知的认识，芯件密封的目的是防止半成品芯件耦合端面的透明层5要与外界环境隔离，其它任何能实现该目的的封装均可以。
如图8所示，所述的密封结构还可以是由盒盖31和盒体32构成的封装盒8，所述的成品芯件7封装在一个密封的封装盒8内，所述的成品芯件7的光纤输入、输出端分别从封装盒8两侧的通孔穿出，所述的光纤输入、输出端与所述的通孔通过密封材料而固定结合。
所述的密封材料是灌封的。即纤的输入/输出部分与封装盒8的通孔之间采环氧树脂或者丙烯酸或者硅橡胶的密封材料进行灌封。
所述的密封材料是通过焊接而形成。
所述的盒盖31和盒体32之间采用胶进行密封或进行平行焊密封，所述的胶采用环氧树脂或者丙烯酸或者硅橡胶。
按照上述方法制备的无源光波导器件的光功率耐受阈值可大幅度提高。
目前，采用本实用新型结构的6只1X4 optical splitter，样品按顺序经历了如下可靠性实验：输入端输入2w光功率50小时，85℃、85％RH湿度2000小时，输入端输入2w光功率168小时。器件损耗变化小于0.3dB，实验表明：采用本实用新型技术方案的无源光波导器件的光功率耐受阈值大大提高。
Claims (10)
1.一种无源光波导器件的封装结构，包括有依次相连的输入光纤阵列结构(1)、无源光波导器件芯片结构(3)和输出光纤阵列结构(2)，其特征在于，输入光纤阵列结构(1)与无源光波导器件芯片结构(3)之间以及无源光波导器件芯片结构(3)与输出光纤阵列结构(2)的连接结构是：在光路相匹配的耦合面上设置有透明层(5)，在该光路相匹配的耦合面以外的连接面上设置有用于将该连接面固定连接的粘接胶(4)，从而构成由输入光纤阵列结构(1)、无源光波导器件芯片结构(3)和输出光纤阵列结构(2)组成的芯件(7)，在所述的芯件(7)的外周设置密封结构。
2.根据权利要求1所述的无源光波导器件的封装结构，其特征在于，所述的输入光纤阵列结构(1)是由输入光纤阵列基板(1′)和覆盖在输入光纤阵列基板(1′)上面的输入光纤上盖板(1″)构成；所述的无源光波导器件芯片结构(3)是由无源光波导器件芯片基板(3′)和覆盖在无源光波导器件芯片基板(3′)上面的芯片上盖板(3″)构成；所述的输出光纤阵列结构(2)是由输出光纤阵列基板(2′)和覆盖在输出光纤阵列基板(2′)上面的输出光纤上盖板(2″)构成。
3.根据权利要求1所述的无源光波导器件的封装结构，其特征在于，所述的透明层(5)是由无机材料构成的增透膜和空气隙或空气间隙单独构成。
4.根据权利要求1所述的无源光波导器件的封装结构，其特征在于，所述的输入光纤阵列结构(1)和输出光纤阵列结构(2)的在与无源光波导器件芯片结构(3)光路相匹配的耦合面的两侧均设置有一个用于阻止粘接胶(4)流入该光路相匹配的耦合面上的阻流槽(25)，所述的透明层(5)位于输入光纤阵列结构(1)和输出光纤阵列结构(2)上的两个阻流槽(25)之间的光路相匹配的耦合面上，所述的用于固定连接连接面的粘接胶(4)分别位于输入光纤阵列结构(1)和输出光纤阵列结构(2)上的两个阻流槽(25)外侧的连接面上。
5.根据权利要求1所述的无源光波导器件的封装结构，其特征在于，所述的无源光波导器件芯片结构(3)的在分别与输入光纤阵列结构(1)和输出光纤阵列结构(2)光路相匹配的耦合面的两侧均设置有一个用于阻止粘接胶(4)流入所述的光路相匹配的耦合面上的阻流槽(25′)，所述的透明层(5)位于无源光波导器件芯片结构(3)上的两个阻流槽(25′)之间的光路相匹配的耦合面上，所述的用于固定连接连接面的粘接胶(4)分别位于无源光波导器件芯片结构(3)上的两个阻流槽(25′)外侧的连接面上。
6.根据权利要求1所述的无源光波导器件的封装结构，其特征在于，所述的密封结构是在输入光纤阵列结构(1)与无源光波导器件芯片结构(3)以及无源光波导器件芯片结构(3)与输出光纤阵列结构(2)的连接处的外周涂覆的密封结构(6)。
7.根据权利要求1所述的无源光波导器件的封装结构，其特征在于，所述的密封结构(6)是采用环氧树脂或丙烯酸、或硅橡胶材料涂覆的密封结构。
8.根据权利要求1所述的无源光波导器件的封装结构，其特征在于，所述的密封结构是由盒盖(31)和盒体(32)构成的封装盒(8)，所述的芯件(7)封装在封装盒(8)内，所述的芯件(7)的光纤输入、输出端分别从封装盒(8)两侧的通孔穿出，所述的光纤输入、输出端与所述的通孔通过密封材料而固定结合。
9.根据权利要求8所述的无源光波导器件的封装结构，其特征在于，所述的密封材料是灌封的环氧树脂或者丙烯酸或者硅橡胶或者是通过焊接而形成。
10.根据权利要求8所述的无源光波导器件的封装结构，其特征在于，所述的盒盖(31)和盒体(32)之间采用胶进行密封或进行平行焊密封，所述的胶采用环氧树脂或者丙烯酸或者硅橡胶。
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