RU204196U1 - Hermetically sealed multifunctional integrated optical circuit - Google Patents

Hermetically sealed multifunctional integrated optical circuit Download PDF

Info

Publication number
RU204196U1
RU204196U1 RU2020128715U RU2020128715U RU204196U1 RU 204196 U1 RU204196 U1 RU 204196U1 RU 2020128715 U RU2020128715 U RU 2020128715U RU 2020128715 U RU2020128715 U RU 2020128715U RU 204196 U1 RU204196 U1 RU 204196U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical
enclosure
optical circuit
sealed
fixed
Prior art date
Application number
RU2020128715U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Станислав Михайлович Аксарин
Евгений Эдуардович Калугин
Дарья Андреевна Лаврова
Original Assignee
Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" filed Critical Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор"
Priority to RU2020128715U priority Critical patent/RU204196U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU204196U1 publication Critical patent/RU204196U1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области герметичного корпусирования многофункциональных интегрально-оптических схем, которые предназначены для применения в волоконно-оптических интерферометрических датчиках в качестве поляризатора, разветвителя и модулятора оптического сигнала.Герметично упакованная многофункциональная интегрально-оптическая схема, выполненная на подложке из кристалла ниобата лития с канальными волноводами из диффундированного титана, образующие два входных и два выходных порта, размещена внутри цельнометаллического корпуса герметизации и закреплена на дне корпуса при помощи токопроводящего адгезива, а оптические ДЛП волокна, оптически соединенные с канальными волноводами интегрально-оптической схемы, размещены в пропускных трубках из ковара, которые закреплены внутри выходных трубок корпуса герметизации с помощью стеклянного припоя, образуя волоконные гермовыводы, также корпус имеет герметичные выводы электрических контактов для управления многофункциональной интегрально-оптической схемой и закрыт крышкой, закрепленной шовно-роликовой сваркой, также внутри корпуса размещен, по крайней мере, один геттер, а внутренний объем корпуса герметизации заполнен сухим азотом.Устройство обеспечивает улучшение качества герметизации корпуса, предотвращение структурного изменения кристалла ниобата лития и уменьшения пироэффекта, что приводит к повышению стабильности работы интегрально-оптической схемы на основе кристалла ниобата лития в герметичном корпусе, а также к уменьшению величины внесенных поляризационных преобразований в оптических ДЛП волокнах. 3 ил.The utility model relates to the field of sealed packaging of multifunctional integrated-optical circuits, which are intended for use in fiber-optic interferometric sensors as a polarizer, splitter and modulator of an optical signal. waveguides made of diffused titanium, forming two input and two output ports, is placed inside the all-metal enclosure of sealing and fixed to the bottom of the enclosure using a conductive adhesive, and optical DLP fibers, optically connected to channel waveguides of the integrated-optical circuit, are placed in through-flow tubes made of kovar, which are fixed inside the outlet tubes of the enclosure enclosure by means of glass solder, forming fiber sealed leads, the enclosure also has sealed leads of electrical contacts for controlling multifunctional integral optical circuit and closed by a lid fixed by seam-roller welding, at least one getter is also placed inside the housing, and the internal volume of the sealing housing is filled with dry nitrogen. The device improves the quality of the housing sealing, prevents structural changes in the lithium niobate crystal and reduces the pyroelectric effect, which leads to an increase in the stability of the operation of an integrated optical circuit based on a lithium niobate crystal in a sealed package, as well as to a decrease in the value of introduced polarization transformations in optical BRL fibers. 3 ill.

Description

Полезная модель относится к области герметичного корпусирования многофункциональных интегрально-оптических схем (далее - МИОС), которые предназначены для применения в волоконно-оптических интерферометрических датчиках в качестве поляризатора, разветвителя и модулятора оптического сигнала.The utility model relates to the field of sealed packaging of multifunctional integrated-optical circuits (hereinafter referred to as MIOS), which are intended for use in fiber-optic interferometric sensors as a polarizer, splitter and modulator of an optical signal.

Принцип работы данных устройств основан на оптических свойствах полупроводниковых кристаллов, таких как кристалл ниобата лития. Оптические свойства полупроводниковых кристаллов меняются в зависимости от прикладываемого электрического напряжения, наличия водяных паров в окружающей среде, изменения температуры окружающей среды и газового состава окружающей среды. Для сохранения стабильной работы интегрально-оптических схем необходимо сохранение условий среды в течение всего срока службы.The principle of operation of these devices is based on the optical properties of semiconductor crystals such as lithium niobate crystal. The optical properties of semiconductor crystals change depending on the applied electrical voltage, the presence of water vapor in the environment, changes in the ambient temperature and the gas composition of the environment. To maintain the stable operation of integrated optical circuits, it is necessary to maintain environmental conditions throughout the entire service life.

Известно (R.S. Moyer, R. Grencavich, F.F. Judd, R.С. Kershner, W.J. Minford, R.W. Smith, Design and qualification of hermetically packaged lithium niobate optical modulator// IEEE Transactions on Components, Packaging, and Manufacturing Technology: 1998, Part B, vol. 21, №2, c. 130-135,) устройство герметично упакованного оптического модулятора на основе кристалла ниобата лития.It is known (RS Moyer, R. Grencavich, FF Judd, R. C. Kershner, WJ Minford, RW Smith, Design and qualification of hermetically packaged lithium niobate optical modulator // IEEE Transactions on Components, Packaging, and Manufacturing Technology: 1998, Part B, vol. 21, No. 2, pp. 130-135,) a device of a hermetically packed optical modulator based on a lithium niobate crystal.

Модулятор на подложке из кристалла ниобата лития размещен внутри корпуса из ковара (сплав НК-29) и закреплен на дне корпуса посредством адгезива на основе эпоксидной смолы. Гермовывод оптических волокон осуществляется посредством керамической пропускной трубки, внутри которой закрепляются предварительно металлизированные никелем и золотом электроосаждающим способом оптические волокна (далее - волокно). Керамические трубки закрепляются на оптических волокнах при помощи металлического легкоплавкого припоя. После чего керамическая трубка закрепляется в выходной трубке корпуса при помощи того же металлического легкоплавкого припоя. На торец оптических волокон надеваются стеклянные капилляры, которые полируются под нужным углом и стыкуются с кристаллом ниобата лития посредством УФ-отверждаемого оптически прозрачного адгезива. Корпус закрыт крышкой методом шовно-роликовой сварки. Корпус обжигается в вакуумной среде для уменьшения количества молекул водорода. После обжига корпус заполняют газовой смесью из сухого азота и гелия через отверстие в крышке, которое после заполнения корпуса газовой смесью запаивается металлическим припоем.A modulator on a lithium niobate crystal is placed inside a kovar case (NK-29 alloy) and is fixed to the bottom of the case by means of an epoxy-based adhesive. The sealed conduit of optical fibers is carried out by means of a ceramic throughput tube, inside which optical fibers (hereinafter referred to as fiber) pre-metallized with nickel and gold by electrodeposition are fixed. Ceramic tubes are fixed to optical fibers using metal fusible solder. After that, the ceramic tube is fixed in the outlet tube of the housing using the same metal fusible solder. Glass capillaries are put on the end of the optical fibers, which are polished at the desired angle and are joined to the lithium niobate crystal by means of a UV-curable optically transparent adhesive. The body is closed with a lid by the method of seam-roller welding. The body is fired in a vacuum environment to reduce the number of hydrogen molecules. After firing, the body is filled with a gas mixture of dry nitrogen and helium through a hole in the lid, which, after filling the body with a gas mixture, is sealed with metal solder.

Азот используется для уменьшения активности внутренней среды герметичного корпуса модулятора. Также наличие азота уменьшает количество проникающих внутрь молекул водорода, наличие которых приводит к образованию водяных паров.Nitrogen is used to reduce the activity of the internal environment of the sealed modulator housing. Also, the presence of nitrogen reduces the number of penetrating hydrogen molecules, the presence of which leads to the formation of water vapor.

Недостатками данного решения являются несогласованность коэффициентов термического расширения (далее - КТР) кварца, из которого производят волокно, и металлического припоя, использованного для закрепления волокна в керамической втулке. Также из-за несогласованности КТР между кристаллом ниобата лития и корпусом может возникнуть механическое напряжение в области стыковки волокна с кристаллом ниобата лития. Данные механические напряжения могут нарушить герметизацию корпуса в условиях перепада температуры.The disadvantages of this solution are the inconsistency of the thermal expansion coefficients (hereinafter - CTE) of quartz, from which the fiber is produced, and the metal solder used to fix the fiber in the ceramic sleeve. Also, due to the inconsistency of the CTE between the lithium niobate crystal and the case, mechanical stress may occur in the area of the fiber-lithium niobate crystal joining. These mechanical stresses can compromise the sealing of the enclosure in the event of temperature fluctuations.

Известно (патент US 8070368) устройство герметично упакованной интегрально-оптической схемы с окисляющим газом внутри корпуса.It is known (US patent 8070368) a device of a hermetically packed integrated optical circuit with an oxidizing gas inside the housing.

Интегрально-оптическая схема, выполненная на кристалле ниобата лития, закрепленная на подложке из нержавеющей стали при помощи токопроводящего силикона, размещена внутри корпуса из ковара и закреплена тем же силиконом на дне корпуса. Гермовывод волокон осуществляется посредством герметично закрепленных трубок на волокнах, которые припаяны свинцово-оловянным припоем в выходных трубках корпуса. На торец оптических волокон надеваются втулки, которые полируются под нужным углом и стыкуются с кристаллом ниобата лития посредством УФ-отверждаемого оптически прозрачного адгезива. Корпус закрыт крышкой, закрепленной при помощи шовно-роликовой сварки. Корпус обжигается в течении 12 часов при температуре 100°С в вакуумной среде. После обжига корпус заполняется сухой газовой смесью из кислорода (40%) и гелия (60%). Гелий дополнительно служит трассирующим газом при проведении тестов на утечку внутренней среды корпуса.An integrated-optical circuit made on a lithium niobate crystal, fixed on a stainless steel substrate using conductive silicone, is placed inside a kovar case and fixed with the same silicone on the bottom of the case. The fibers are sealed off by means of hermetically sealed tubes on the fibers, which are soldered with lead-tin solder in the outlet tubes of the housing. On the end of the optical fibers, sleeves are put on, which are polished at the desired angle and adhered to the lithium niobate crystal by means of a UV-curable optically transparent adhesive. The body is closed with a lid fixed by seam-roller welding. The body is fired for 12 hours at a temperature of 100 ° C in a vacuum environment. After firing, the body is filled with a dry gas mixture of oxygen (40%) and helium (60%). Helium additionally serves as a tracer gas when conducting leak tests of the internal environment of the housing.

Недостатками известного решения являются низкий срок службы адгезивов на основе эпоксидной смолы, а также выделение эпоксидной смолой кислорода в корпусе с кристаллом ниобата лития, который вступает в реакцию с водородом и образует молекулы воды. Также проблемой является несогласование КТР между кварцем, из которого изготовляется волокно и металлами, использованными в качестве припоя для обеспечения спайного соединения между втулкой и корпусом. Вследствие такой несогласованности при большом температурном градиенте возникают механические напряжения на волокне, которые вносят ошибки в сигнал датчика.The disadvantages of the known solution are the low service life of adhesives based on epoxy resin, as well as the release of oxygen by the epoxy resin in a housing with a lithium niobate crystal, which reacts with hydrogen and forms water molecules. Another problem is the CTE mismatch between the quartz from which the fiber is made and the metals used as solder to provide a solder joint between the sleeve and the body. Due to this inconsistency, with a large temperature gradient, mechanical stresses on the fiber arise, which introduce errors into the sensor signal.

Известно (A. Mottet, S. Jilard, J. Hauden, N. Grossard, H. Porte, J. Tchahame, D. Veyrie, O. Gilard, Packaging improvement of LiNbO3 modulators and space evaluation results // ISCO 2018, 111803K, 2019) устройство герметично упакованного модулятора на основе ниобата лития, выбранное в качестве прототипа к предлагаемой полезной модели.It is known (A. Mottet, S. Jilard, J. Hauden, N. Grossard, H. Porte, J. Tchahame, D. Veyrie, O. Gilard, Packaging improvement of LiNbO3 modulators and space evaluation results // ISCO 2018, 111803K, 2019) a hermetically sealed modulator device based on lithium niobate, selected as a prototype for the proposed utility model.

В данном решении корпус сделан из ковара. Волноводы интегрально-оптической схемы получены методом диффузии титана. А на боковой грани корпуса расположены герметичные выводы электрических контактов, предназначенные для управления интегрально-оптической схемой. Кристалл ниобата лития закреплен на дне корпуса при помощи токопроводящего силикона. Место стыковки волокна с корпусом зачищается до кварцевой части и на него наносится металл. На металлизированную часть волокна надевается пропускная трубка из ковара, покрытая золотом. На конце волокна находится стеклянная втулка, обеспечивающая простую стыковку волокна с интегрально-оптической схемой. После стыковки волокна с интегрально-оптической схемой пропускную трубку из ковара на волокне запаивают индукционным способом с выходной трубкой, находящейся на торце корпуса, образуя волоконный гермовывод. Перед посадкой крышки корпус обжигают для удаления органических элементов и водяных паров, содержащихся в использованных адгезивах. Крышку корпуса закрепляют шовно-роликовой сваркой в среде из азота и гелия. Гелий используется как трассирующий газ для облегчения проведения тестов на утечку.In this solution, the body is made of kovar. The waveguides of the integrated optical circuit were obtained by the titanium diffusion method. And on the side edge of the case there are sealed leads of electrical contacts designed to control the integrated-optical circuit. The lithium niobate crystal is attached to the bottom of the case with conductive silicone. The junction of the fiber with the body is cleaned to the quartz part and metal is applied to it. On the metallized part of the fiber, a passage made of kovar coated with gold is put on. There is a glass sleeve at the end of the fiber, which allows for easy coupling of the fiber to the integrated optical circuit. After joining the fiber with the integrated-optical circuit, the Kovar-on-fiber passage tube is inductively sealed with an output tube located at the end of the housing, forming a fiber sealed lead. Before fitting the cover, the body is fired to remove organic elements and water vapor contained in the used adhesives. The housing cover is fixed by seam-roller welding in a nitrogen-helium environment. Helium is used as a tracer gas to facilitate leak testing.

Недостатками данного решения являются недостаточная информация о процессе герметизации волоконных выводов. Не известен металл, используемый для напыления на зачищенный участок волокна; в связи с чем, не известен его КТР и насколько он отличается от КТР кварца, из которого производится волокно. Не известен материал припоя, который использовался для закрепления пропускной трубки из ковара с волокном с выходной трубкой из ковара на торце корпуса, если таковой имел место быть. Недостатком также является несоответствие КТР ниобата лития и ковара, из которого изготовлен корпус.The disadvantages of this solution are insufficient information about the process of sealing the fiber terminals. The metal used for sputtering the stripped portion of the fiber is not known; in this connection, its CTE is not known and how much it differs from the CTE of quartz, from which the fiber is made. There is no known solder material that was used to secure the Kovar fiber pass tube with the Kovar outlet tube to the end of the housing, if any. The disadvantage is also the discrepancy between the CTE of lithium niobate and kovar, from which the body is made.

Решаемая техническая проблема - совершенствование конструкции устройства для достижения технического результата.The technical problem to be solved is to improve the design of the device to achieve a technical result.

Достигаемый технический результат - повышение стабильности работы интегрально-оптической схемы на основе кристалла ниобата лития в герметичном корпусе за счет улучшения качества герметизации, предотвращения структурного изменения кристалла ниобата лития и уменьшения пироэффекта.The achieved technical result is an increase in the stability of the integrated optical circuit based on a lithium niobate crystal in a sealed case by improving the quality of sealing, preventing structural changes in the lithium niobate crystal and reducing the pyroelectric effect.

Поставленная задача решается следующим образом.The task is solved in the following way.

Многофункциональная интегрально-оптическая схема (МИОС), выполненная на подложке из кристалла ниобата лития с канальными волноводами из диффундированного титана, образующими два входных и два выходных порта, размещена внутри цельнометаллического корпуса герметизации (далее - корпуса) и закреплена на дне корпуса при помощи токопроводящего адгезива; с канальными волноводами интегрально-оптической схемы оптически соединены оптические двулучепреломляющие (ДЛП) волокна, закрепленные стеклянным припоем в пропускных трубках из ковара, которые закреплены внутри выходных трубок корпуса с помощью легкоплавкого металлического припоя, образуя волоконные гермовыводы, при этом формирование гермовыводов осуществляется для двух оптических ДЛП волокон.A multifunctional integrated optical circuit (MIOS), made on a lithium niobate crystal substrate with diffused titanium channel waveguides, forming two input and two output ports, is placed inside an all-metal encapsulation body (hereinafter referred to as the body) and fixed to the bottom of the body using a conductive adhesive ; Optical birefringent (DLP) fibers are optically connected to the channel waveguides of the integrated optical circuit, fixed with glass solder in Kovar flow tubes, which are fixed inside the output tubes of the housing with the help of low-melting metal solder, forming fiber sealed leads, while the formation of sealed leads is carried out for two optical DLP fibers.

Внутри корпуса размещен геттер, а на боковой грани корпуса расположены герметичные выводы электрических контактов, а корпус закрыт крышкой, закрепленной шовно-роликовой сваркой; внутренний объем корпуса герметизации заполнен сухим азотом, а, с размещаемой в корпусе МИОС на подложке ниобата лития, предварительно проведен восстановительный отжиг. A getter is placed inside the case, and on the side edge of the case there are sealed leads of electrical contacts, and the case is closed with a lid fixed by seam-roller welding; The inner volume of the sealing housing is filled with dry nitrogen, and, with the MIOS placed in the housing on a lithium niobate substrate, a reduction annealing has been carried out beforehand.

Сущность заявляемой полезной модели поясняется следующим. В качестве основы устройства лежит кристалл ниобата лития, являющийся многофункциональной интегрально-оптической схемой, имеющей два входных порта и два выходных. С каждым портом оптически соединены оптические ДЛП волокна. Использование в заявляемой полезной модели оптических ДЛП волокон обусловлено необходимостью сохранения поляризации модулированного многофункциональной интегрально-оптической схемой оптического сигнала в интерферометрических волоконно-оптических датчиках.The essence of the claimed utility model is explained as follows. The device is based on a lithium niobate crystal, which is a multifunctional integrated optical circuit with two input ports and two output ports. Optical DLP fibers are optically connected to each port. The use of optical DLP fibers in the claimed utility model is due to the need to maintain the polarization of the optical signal modulated by the multifunctional integrated-optical circuit in interferometric fiber-optic sensors.

Сам кристалл закреплен на дне корпуса с помощью эпоксидного токопроводящего клея. Клей создает короткое замыкание, которое способствует ускоренной релаксации зарядов, возникающих на гранях кристалла ниобата лития вследствие пироэффекта. Пироэффектом описывается явление, при котором изменение температуры кристалла ниобата лития приводит к образованию свободных зарядов на его поверхности, при миграции которых изменяются оптические свойства кристалла полупроводника. Также в корпусе расположен геттер, адсорбирующий молекулы водорода и воды. Корпус выполнен из цельнометаллического куска сплава металлов.The crystal itself is fixed to the bottom of the case with conductive epoxy glue. The glue creates a short circuit, which promotes the accelerated relaxation of charges that arise on the faces of the lithium niobate crystal due to the pyroelectric effect. The pyroeffect describes the phenomenon in which a change in the temperature of a lithium niobate crystal leads to the formation of free charges on its surface, during the migration of which the optical properties of the semiconductor crystal change. Also in the body there is a getter that adsorbs hydrogen and water molecules. The body is made from a solid piece of metal alloy.

До установки интегрально-оптической схемы на дно корпуса она проходит предварительный восстановительный отжиг. Данный отжиг восстанавливает молекулы лития и ниобия, вследствие чего создаются кислородные вакансии, что приводит к повышению электронной и ионной проводимости и уменьшает влияние пироэффекта на оптический сигнал. Кроме того, благодаря использованию предварительного отжига, уменьшается структурное изменение кристалла ниобата лития, что приводит к повышению стабильности работы многофункциональной интегрально-оптической схемы. Уменьшению влияния пироэффекта на оптические свойства кристалла ниобата лития способствует и использование токопроводящего эпоксидного клея, геттера и заполнения внутренней среды корпуса сухим азотом. Азот создает сухую среду, предотвращая образование ОН соединений, и химически не взаимодействует с кристаллом ниобата лития.Before installing the integrated-optical circuit on the bottom of the case, it undergoes preliminary reduction annealing. This annealing restores lithium and niobium molecules, as a result of which oxygen vacancies are created, which leads to an increase in the electronic and ionic conductivity and reduces the influence of the pyroelectric effect on the optical signal. In addition, due to the use of preliminary annealing, the structural change in the lithium niobate crystal is reduced, which leads to an increase in the stability of the multifunctional integrated-optical circuit. The use of conductive epoxy glue, a getter, and filling the internal medium of the case with dry nitrogen also contributes to a decrease in the influence of the pyroelectric effect on the optical properties of a lithium niobate crystal. Nitrogen creates a dry environment, preventing the formation of OH compounds, and does not chemically interact with the lithium niobate crystal.

ДЛП оптические волокна закреплены в пропускных трубках стеклянным припоем. Использование стеклянного припоя минимизирует механические деформации оптических ДЛП волокон, что предотвращает возникновение поляризационных преобразований. Пропускные трубки из ковара запаяны легкоплавким металлическим припоем в выходных трубках корпуса. Формирование гермовыводов осуществляется для двух оптических ДЛП волокон.DLP optical fibers are fixed in the pass-through tubes with glass solder. The use of glass solder minimizes the mechanical deformation of the optical bridged laser fibers, which prevents the occurrence of polarization transformations. Kovar flow tubes are sealed with low-melting metal solder in the outlet tubes of the housing. The formation of sealed leads is carried out for two optical DLP fibers.

Благодаря использованию в конструкции корпуса ковара и стеклянного припоя достигается согласование КТР между компонентами корпуса, что приводит к уменьшению вероятности возникновения механических деформаций герметичного корпуса, ведущих к ухудшению качества герметизации, а также уменьшению величины внесенных поляризационных преобразований в оптических ДЛП волокнах. Благодаря использованию предварительного отжига, уменьшается структурное изменение кристалла ниобата лития, а благодаря использованию токопроводящего эпоксидного клея, геттера и заполнения внутренней среды корпуса сухим азотом уменьшается влияние пироэффекта на оптические свойства кристалла ниобата лития, что приводит к повышению стабильности работы многофункциональной интегрально-оптической схемы.Due to the use of Kovar and glass solder in the housing design, the CTE is matched between the housing components, which leads to a decrease in the likelihood of mechanical deformations of the sealed housing, leading to a deterioration in the quality of sealing, as well as a decrease in the value of introduced polarization transformations in optical DLP fibers. Due to the use of preliminary annealing, the structural change of the lithium niobate crystal is reduced, and due to the use of conductive epoxy glue, getter and filling the internal medium of the case with dry nitrogen, the pyroelectric effect on the optical properties of the lithium niobate crystal is reduced, which leads to an increase in the stability of the operation of the multifunctional integrated optical circuit.

Сущность заявляемого решения поясняется фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, где на фиг. 1 представлен вид сверху устройства без крышки; на фиг. 2 - волоконный гермовывод; на фиг. 3 - общий вид устройства, закрытого крышкой.The essence of the proposed solution is illustrated in Fig. 1, fig. 2, fig. 3, where in FIG. 1 is a top view of the device without a cover; in fig. 2 - fiber sealed lead; in fig. 3 is a general view of the device closed with a lid.

На фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3 приняты следующие обозначения:FIG. 1, fig. 2 and FIG. 3 the following designations are adopted:

1 - цельнометаллический корпус (далее - корпус герметизации),1 - all-metal body (hereinafter - sealing body),

2 - МИОС,2 - MIOS,

3 - герметичные выводы электрических контактов,3 - sealed leads of electrical contacts,

4 - оптические ДЛП волокна в защитной оболочке,4 - optical DLP fibers in a protective sheath,

5 - зачищенный до кварцевой части участок оптических ДЛП волокон,5 - section of optical DLP fibers stripped to the quartz part,

6 - стеклянная подложка с V-образными канавками,6 - glass substrate with V-shaped grooves,

7 - волоконный гермовывод, сформированный для двух оптических двулучепреломляющих волокон,7 - fiber sealed lead formed for two optical birefringent fibers,

8 - углубление на дне корпуса герметизации;8 - recess at the bottom of the sealing body;

9 - геттер,9 - getter,

10 - пропускная трубка,10 - passage tube,

11 - стеклянный припой,11 - glass solder,

12 - отверстие для заливки адгезива на основе эпоксидной смолы,12 - hole for pouring adhesive based on epoxy resin,

13 - адгезив на основе эпоксидной смолы,13 - adhesive based on epoxy resin,

14 - выходная трубка,14 - outlet tube,

15 - металлический припой,15 - metal solder,

16 - крышка.16 - cover.

Герметично упакованная многофункциональная интегрально-оптическая схема (фиг. 1) содержит цельнометаллический корпус 1, на дне которого закреплена МИОС на подложке из кристалла ниобата лития 2, герметичные выводы электрических контактов 3, предназначенные для модуляции оптического сигнала, оптические ДЛП волокна 4 с зачищенным участком 5 для стыковки с МИОС при помощи стеклянных подложек с V-образными канавками 6, волоконные гермовыводы 7 и углубления на дне корпуса 8 для размещения стеклянных подложек с V-образными канавками и геттеров 9.A hermetically packed multifunctional integrated optical circuit (Fig. 1) contains an all-metal case 1, at the bottom of which MIOS is fixed on a substrate made of lithium niobate 2, sealed leads of electrical contacts 3, intended for modulating an optical signal, optical DLP fibers 4 with a stripped section 5 for docking with MIOS using glass substrates with V-shaped grooves 6, fiber sealed leads 7 and recesses on the bottom of the housing 8 for placing glass substrates with V-shaped grooves and getters 9.

На фиг. 2 оптические ДЛП волокна 4 помещены в пропускную трубку 10 и на зачищенном участке 5 запаяны в трубку при помощи стеклянного припоя 11, пропускная трубка имеет отверстие 12, через которое заполняется эпоксидным адгезивом 13, а в выходной трубке 14 пропускная трубка крепится металлическим припоем 15.FIG. 2 optical DLP fibers 4 are placed in the passage tube 10 and in the stripped section 5 are sealed into the tube using glass solder 11, the passage tube has a hole 12 through which it is filled with epoxy adhesive 13, and in the outlet tube 14 the passage tube is fixed with metal solder 15.

На фиг. 3 - цельнометаллический корпус 1, с закрепленной внутри МИОС 2, герметичными выводами электрических контактов 3 и с волоконными гермовыводами 7, корпус 1 заполнен сухим азотом и закрыт крышкой 16.FIG. 3 - all-metal case 1, with MIOS 2 fixed inside, sealed leads of electrical contacts 3 and with fiber sealed leads 7, case 1 is filled with dry nitrogen and closed with a lid 16.

Работа устройства заключается в следующем: оптический сигнал распространяется по одному из оптических волокон 4 и входит в волноводы МИОС 2 с одной из сторон. При прохождении оптического сигнала через волноводы МИОС 2 производится модуляция его фазы при помощи электрических контактов 3, после чего излучение выходит с другой стороны МИОС 2 и попадает в оптические волокна 4 с противоположной от входа стороны.The operation of the device is as follows: an optical signal propagates along one of the optical fibers 4 and enters the MIOS 2 waveguides from one side. When the optical signal passes through the MIOS 2 waveguides, its phase is modulated using electrical contacts 3, after which the radiation comes out from the other side of MIOS 2 and enters the optical fibers 4 from the side opposite to the input.

В качестве конкретного примера выполнения устройства предлагается использовать многофункциональную интегрально-оптическую схему на подложке из кристалла ниобата лития с волноводами, полученными диффузией титана, с двумя входными и двумя выходными портами. До установки в корпусе МИОС проходит предварительный восстановительный отжиг в среде смеси сухих газов водорода и азота. Корпус устройства предлагается изготовить из нержавеющей стали, например, марки 30X13. МИОС имеет скос со стороны входных и выходных портов для уменьшения обратных отражений от торцов. На дне корпуса МИОС закрепляется эпоксидным токопроводящим клеем, например, ЗИПСИЛ 520 ЭПК-01. Со стороны торцов кристалла ниобата лития расположены пара оптических ДЛП волокон. Конец оптических ДЛП волокон зачищается до кварцевого основания. На каждую пару из зачищенных ДЛП волокон помещается преформа стеклянного припоя в форме овала, которая при помощи индукционного метода пайки закрепляет волокно в пропускных трубках. Концы каждой пары оптических ДЛП волокон вклеиваются УФ-отверждаемым клеем в V-образные канавки стеклянной подложки, которые также имеют скос и оптически соединяются с портами МИОС при помощи УФ-отверждаемого клея. Расстояние между канавками совпадает с расстоянием между портами МИОС. Для упрощения стыковки волокон в V-образных канавках с МИОС на дне корпуса изготавливаются углубления. Пропускные трубки запаиваются индукционным методом и легкоплавким металлическим припоем, например, оловянно-свинцовым в выходных трубках корпуса, образуя тем самым волоконные гермовыводы. В углублениях на дне корпуса нанесен геттер, адсорбирующий молекулы водорода и воды, например, на основе титана. Одними из возможных вариантов расположения геттера могут быть также внутренняя боковая грань корпуса или внутренняя сторона крышки корпуса. На этапе закрепления крышки, например, шовно-роликовой сваркой, корпус с МИОС помещается в среду из сухого азота, тем самым сохраняя среду из сухого азота внутри корпуса.As a specific example of the implementation of the device, it is proposed to use a multifunctional integrated-optical circuit on a substrate made of a lithium niobate crystal with waveguides obtained by diffusion of titanium, with two input and two output ports. Before installation in the MIOS housing, preliminary reduction annealing takes place in a mixture of dry gases of hydrogen and nitrogen. The device case is proposed to be made of stainless steel, for example, grade 30X13. MIOS has a bevel on the side of the input and output ports to reduce back reflections from the ends. At the bottom of the MIOS case, it is fixed with epoxy conductive glue, for example, ZIPSIL 520 EPK-01. On the side of the lithium niobate crystal ends, there are a pair of optical birefringence fibers. The end of the optical DLP fibers is stripped to a quartz base. A glass solder preform in the form of an oval is placed on each pair of stripped fibers with DLP, which, using the induction soldering method, fixes the fiber in the passage tubes. The ends of each pair of optical DLP fibers are glued with UV-curable glue into the V-grooves of the glass substrate, which are also beveled and optically connected to the MIOS ports using UV-curable glue. The distance between the grooves coincides with the distance between the MIOS ports. To simplify the joining of fibers in the V-shaped grooves with MIOS, recesses are made on the bottom of the housing. The flow tubes are sealed by induction and a low-melting metal solder, for example, tin-lead, in the outlet tubes of the housing, thereby forming fiber sealed leads. In the recesses on the bottom of the case, there is a getter that adsorbs hydrogen and water molecules, for example, based on titanium. One of the possible options for the location of the getter can also be the inner side face of the body or the inner side of the body cover. At the stage of securing the lid, for example, by seam welding, the MIOS housing is placed in a dry nitrogen environment, thereby keeping the dry nitrogen environment inside the housing.

Таким образом, рассмотренное показывает, что заявляемая полезная модель осуществима и обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в улучшении качества герметизации корпуса, предотвращения структурного изменения кристалла ниобата лития и уменьшения пироэффекта, что обеспечивает повышение стабильности работы интегрально-оптической схемы на основе кристалла ниобата лития в герметичном корпусе. Кроме того, использование стеклянного припоя минимизирует механические деформации оптических ДЛП волокон, что предотвращает возникновение поляризационных преобразований.Thus, what has been considered shows that the claimed utility model is feasible and ensures the achievement of a technical result, which consists in improving the quality of the enclosure sealing, preventing structural changes in the lithium niobate crystal and reducing the pyroelectric effect, which increases the stability of the operation of an integrated optical circuit based on a lithium niobate crystal in a sealed the case. In addition, the use of glass solder minimizes the mechanical deformation of the optical birefringence fibers, which prevents the occurrence of polarization conversions.

Claims (1)

Герметично упакованная многофункциональная интегрально-оптическая схема, выполненная на подложке из кристалла ниобата лития с канальными волноводами из диффундированного титана, размещенная внутри цельнометаллического корпуса герметизации и закрепленная на дне корпуса при помощи токопроводящего адгезива, а оптические волокна, оптически соединенные с канальными волноводами интегрально-оптической схемы, размещены в пропускных трубках, которые закреплены с помощью металлического припоя и пайки внутри выходных трубок корпуса герметизации, расположенных на его торце, образуя волоконные гермовыводы, на одной из внешних боковых граней корпуса расположены герметичные выводы электрических контактов, внутренний объем корпуса герметизации заполнен смесью газов и закрыт крышкой с помощью шовно-роликовой сварки, отличающаяся тем, что с размещаемой в корпусе герметизации многофункциональной интегрально-оптической схемой на подложке из кристалла ниобата лития проведен восстановительный отжиг, а канальные волноводы многофункциональной интегрально-оптической схемы образуют два входных и два выходных порта, а каждый гермовывод сформирован для двух оптических двулучепреломляющих волокон, закрепленных в пропускной трубке с помощью стеклянного припоя, внутренний объем корпуса герметизации заполнен сухим азотом, а на одной из внутренних граней корпуса закреплен, по крайне мере, один геттер.A hermetically packed multifunctional integrated-optical circuit made on a substrate made of a lithium niobate crystal with channel waveguides made of diffused titanium, placed inside an all-metal enclosure enclosure and fixed to the bottom of the enclosure using a conductive adhesive, and optical fibers optically connected to the channel waveguides of the integrated-optical circuit , are placed in the passage tubes, which are fixed by means of metal solder and soldering inside the outlet tubes of the sealing housing located at its end, forming fiber sealed leads, on one of the outer side faces of the housing there are sealed leads of electrical contacts, the internal volume of the sealing housing is filled with a mixture of gases and closed with a lid by means of seam-roller welding, characterized in that a reduction annealing was carried out with a multifunctional integrated-optical circuit placed in the sealing housing on a lithium niobate crystal substrate, and the channel The waveguides of the multifunctional integrated-optical circuit form two input and two output ports, and each sealed lead is formed for two optical birefringent fibers fixed in the passage tube using glass solder, the inner volume of the enclosure is filled with dry nitrogen, and on one of the inner edges of the casing is fixed at least one getter.
RU2020128715U 2020-08-28 2020-08-28 Hermetically sealed multifunctional integrated optical circuit RU204196U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020128715U RU204196U1 (en) 2020-08-28 2020-08-28 Hermetically sealed multifunctional integrated optical circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020128715U RU204196U1 (en) 2020-08-28 2020-08-28 Hermetically sealed multifunctional integrated optical circuit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU204196U1 true RU204196U1 (en) 2021-05-14

Family

ID=75920665

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020128715U RU204196U1 (en) 2020-08-28 2020-08-28 Hermetically sealed multifunctional integrated optical circuit

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU204196U1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2088578C (en) * 1990-10-09 2002-02-19 Vincent D. Rodino Integrated optics device mounting for thermal and high g-shock isolation
JP2005128440A (en) * 2003-10-27 2005-05-19 Fujitsu Ltd Optical waveguide module with built-in electric circuit, and its manufacturing method
RU2298819C2 (en) * 2005-05-11 2007-05-10 ООО НПК "Оптолинк" Integral-optical module for fiber-optic gyroscope
JP2009092694A (en) * 2007-10-03 2009-04-30 Anritsu Corp Waveguide type optical device module and method for manufacturing same
RU166908U1 (en) * 2016-06-28 2016-12-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук INTEGRAL OPTICAL MODULATOR FOR FIBER OPTICAL GYROSCOPE

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2088578C (en) * 1990-10-09 2002-02-19 Vincent D. Rodino Integrated optics device mounting for thermal and high g-shock isolation
JP2005128440A (en) * 2003-10-27 2005-05-19 Fujitsu Ltd Optical waveguide module with built-in electric circuit, and its manufacturing method
RU2298819C2 (en) * 2005-05-11 2007-05-10 ООО НПК "Оптолинк" Integral-optical module for fiber-optic gyroscope
JP2009092694A (en) * 2007-10-03 2009-04-30 Anritsu Corp Waveguide type optical device module and method for manufacturing same
RU166908U1 (en) * 2016-06-28 2016-12-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук INTEGRAL OPTICAL MODULATOR FOR FIBER OPTICAL GYROSCOPE

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. Mottet, S. Jilard, J. Hauden, N. Grossard, H. Porte, J. Tchahame, D. Veyrie, O. Gilard, Packaging improvement of LiNbO3 modulators and space evaluation results // *
A. Mottet, S. Jilard, J. Hauden, N. Grossard, H. Porte, J. Tchahame, D. Veyrie, O. Gilard, Packaging improvement of LiNbO3 modulators and space evaluation results // ISCO 2018, 111803K, 2019. *
K, 2019. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5390271A (en) Optical interface for hybrid circuit
US4867524A (en) Metallic bond for mounting of optical fibers to integrated optical chips
US10162135B2 (en) Optical transmitter assembly for vertical coupling
US8215850B2 (en) Optical module with fiber feedthrough
US8070368B1 (en) Hermetically packaged LiNbO3 optical circuit with oxidizing fill gas
US9488784B2 (en) Reduced length optoelectronic devices
RU204196U1 (en) Hermetically sealed multifunctional integrated optical circuit
US6974266B2 (en) Optical component packaging device
Moyer et al. Design and qualification of hermetically packaged lithium niobate optical modulator
EP1936414A2 (en) Small optical package having multiple optically aligned soldered elements therein
JP2011191334A (en) Optical modulator
JPH0675141A (en) Optical waveguide type component with optical receptacle
JPH0527139A (en) Optical waveguide circuit module
US20030077054A1 (en) Optical devices for communication
US5214726A (en) Strain isolated integrated optic chip package
US7284914B2 (en) Structures for small form factor LiNbO3 optical modulator
TWI795024B (en) Integrated optical chip module and multi-axis fiber optic sensor
Shaw et al. Low cost packaging techniques for active waveguide devices
JPH09223806A (en) Optical semiconductor module
CN117666045A (en) Airtight through sealing method for optoelectronic device packaging tube shell and optical fiber assembly
Acarlar et al. Physical design of the ODL-250H militarized surface mount optical data link
JPS62130582A (en) Semiconductor laser module
JPS6398568A (en) Optical potential device
CN118190350A (en) Y-waveguide photoelectric aging system and method
JPH03137616A (en) Optical isolator and semiconductor module incorporated with optical isolator