TWI654918B - 光纖元件之封裝散熱機構 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種光纖元件之封裝散熱機構，包含一上蓋、一下蓋、一散熱件以及二隔離塊；上蓋具有一光反射部，其對應容納一光纖元件以接收並反射其光能；下蓋連接上蓋，且下蓋具有一光吸收部，其對應光反射部以包圍光纖元件，且光吸收部吸收光反射部反射之光能；散熱件連接下蓋以吸收其熱能；隔離塊設於設於上蓋與下蓋之間並位於光纖元件之封裝散熱機構兩側，且二隔離塊遮擋光纖元件之光能向外洩漏；藉此，本發明以光反射之形式進行散熱，可避免光纖元件熱膨脹係數差異所導致的應力破壞問題，並且保有散熱封裝結構在設計時的靈活度。

Description

光纖元件之封裝散熱機構

本發明係關於一種光纖元件之封裝散熱機構，尤其指一種利用光反射原理冷卻光纖的光纖元件之封裝散熱機構。

光纖為繼電纜後的新興傳輸技術，利用光具備高速度的特性，光纖在現代科技應用中已佔有舉足輕重之地位。光纖元件為光纖應用的一種，即以光纖為能量傳輸媒介，以便應用於後續各種工業用途，例如焊接、雷射切割或其他精密加工作業。

不同於一般的光纖應用，上述這類高功率的光纖元件經常面臨光能量負載過高的問題，因此必須配備有外加的散熱機制，否則相關元件將因高溫而失效，進一步導致系統損壞。

為了將光負載轉以熱之形式散失，其中一種習知做法係在光纖組件以高導熱性的封裝基板包圍，並將光纖兩端黏接於基板上，確保光纖與基板之間的熱傳導行為；惟上述做法使用的黏合物質為熱的不良導體，光纖組件容易因散熱不良而導致熱應力破壞，且選用的封裝材料以及基板黏合長度必須與光纖組件相匹配，以避免各部件因熱膨脹係數差異所造成的問題，故其封裝結構存在許多設計限制，失效風險也大。

另一種習知的封裝結構係以空腔來取代光纖接觸基板散熱，空腔內塗佈有功率消散性材料(例如UV固化的低折射率聚合物，或是環氧樹脂)，並在封裝結構的兩端以高折射率的環氧樹脂材料黏合光纖組件；然而，空腔內塗佈功率消散性材料將限制光纖組件可應用的範疇，且光纖組件有其溫度敏感區域，以環氧樹脂材料黏合光纖組件時，須避開上述區域方可黏合，此意味著封裝結構的長度將變得過長。

因此，為了克服現有技術的不足之處，本發明提出一種光纖元件之封裝散熱機構，利用光反射的形式將熱能導引至適當的熱沉環境，不僅使光纖組件的性能更為穩定，更有助於提升光纖組件的耐受功率。

根據本發明之一實施方式，提供一種光纖元件之封裝散熱機構，其包含一上蓋、一下蓋、一散熱件以及二隔離塊；上蓋具有一光反射部，其對應容納一光纖元件以接收並反射其光能；下蓋連接上蓋，且下蓋具有一光吸收部，其對應光反射部以包圍光纖元件，且光吸收部吸收光反射部反射之光能；散熱件連接下蓋以吸收其熱能；二隔離塊設於上蓋與下蓋之間並位於光纖元件之封裝散熱機構兩側，且二隔離塊遮擋光纖元件之光能向外洩漏。

藉此，光纖元件之封裝散熱機構可將光纖元件的光負載先以光能的形式傳遞至下蓋的光吸收部，再藉由散熱件將熱能帶走。而由於光纖元件不需要直接與上蓋或下蓋接觸，故可避免習用封裝散熱結構因為各部件之熱膨脹係數差異所導致的應力破壞問題。

在一實施例中，前述光纖元件之封裝散熱機構可以為一光纖合束器(fiber optic combiner)、一光纖包覆層能量剝除元件(fiber optic cladding power stripper)或一光纖布拉格光柵元件(fiber optic Bragg grating)。

在一實施例中，前述上蓋與下蓋可以為金屬材質，例如鋁，但不以此為限。

在一實施例中，前述光反射部之表面可以為一鍍膜層或一拋光層。

在一實施例中，前述光反射部可以為一拋物面形溝槽，進一步地，光反射部也可以為半圓形溝槽，其曲率半徑可以為焦距之兩倍。

在一實施例中，前述光吸收部之表面可以為一陽極染黑層或一粗糙化層。

在一實施例中，前述隔離塊可分別夾持固定光纖元件之兩端，使光纖元件懸空於光反射部與光吸收部之間。其中，隔離塊可以為鐵氟龍或陶瓷材質，且隔離塊上可具有一導槽以容納光纖元件之兩端。

藉上述實施例，本發明之光纖元件之封裝散熱機構進一步強化光反射部的光反射能力、以及光吸收部的光吸收能力；此外，藉由設置隔離塊，可阻斷機殼與內部之光纖元件的熱能傳遞，同時具有阻擋光從兩側洩漏的功能。

為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：

請參照第1圖以及第2圖，本發明之光纖元件之封裝散熱機構100包含一上蓋200、一下蓋300、一散熱件400以及二隔離塊500；為清楚顯現上蓋200的內側構造，第1圖之上蓋200另以透視圖表示，上蓋200的內側具有朝向頂部凹入的一光反射部210；下蓋300則連接上蓋200，並且對應光反射部210而朝底部凹入一光吸收部310，藉由此構形，上蓋200與下蓋300形成一中空腔室而可對應容納一光纖元件F。

上蓋200與下蓋300之材質可以為鋁等具有良好熱傳能力的金屬，但不以此為限。當腔室內的光纖元件F運作時，其將朝周圍放射光線，其中一部分直接被下蓋300的光吸收部310吸收，光吸收部310可以藉由陽極染黑或是粗糙化等製程增加其吸收光的能力，當光能被吸收而轉為熱的形式後，熱能即傳遞至下蓋300下方的散熱件400，繼而將熱帶走。而由於上蓋200並無鄰接散熱件400，故在本實施方式中係藉由光反射部210來將光反射回下蓋300的光吸收部310，光反射部210為拋物面形之溝槽，但光反射部210並不限制於特定的形狀，在其他實施例中，光反射部210也可以為一半圓形溝槽，其曲率半徑為焦距之兩倍。另外，光反射部210之表面為一鍍膜層或一拋光層，藉此可將光纖元件F之光能盡可能地反射至光吸收部310。

搭配參照第3圖，兩個隔離塊500係設置於上蓋200與下蓋300之間，並位於光纖元件之封裝散熱機構100前後兩端，隔離塊500可以選用不透光、高耐熱與低導熱的材料，例如鐵氟龍或陶瓷。兩個隔離塊500在相對光纖元件之封裝散熱機構100的內側處分別具有一導槽510，用以夾持固定光纖元件F兩端之包覆層，使其在光反射部210與光吸收部310之間保持懸空狀態；又下蓋300在軸向中心處設有一定位槽301，光纖元件F係穿過前述之導槽510後，進一步埋入下蓋300之定位槽301內，確保其不會在內部左右偏移。

由上述實施方式可知，本發明之光纖元件之封裝散熱機構以光反射取代習用散熱封裝結構直接傳導的方式，可避免光纖元件因為黏接固定而產生的熱應力破壞問題。此外，藉由光反射的形式，本發明不須在封裝散熱結構內部塗佈功率消散性材料；光纖元件兩端的隔離塊阻擋光從兩側洩漏，可保護黏合物質不會受熱而失效，使元件操作上更為穩定安全。此機構設計不僅令光纖元件可自由運用於光纖合束器(fiber optic combiner)、光纖包覆層能量剝除元件(fiber optic cladding power stripper)或光纖布拉格光柵元件(fiber optic Bragg grating)等各種設備，也可保有散熱封裝結構在設計時的靈活度。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧光纖元件之封裝散熱機構

200‧‧‧上蓋

210‧‧‧光反射部

300‧‧‧下蓋

301‧‧‧定位槽

310‧‧‧光吸收部

400‧‧‧散熱件

500‧‧‧隔離塊

510‧‧‧導槽

F‧‧‧光纖元件

第1圖為本發明一實施方式之光纖元件之封裝散熱機構的爆炸視圖。

第2圖為第1圖之光纖元件之封裝散熱機構的光反射示意圖。

第3圖為第1圖之光纖元件之封裝散熱機構的隔離塊與光纖元件組合示意圖。

Claims (9)

1. 一種光纖元件之封裝散熱機構，包含：一上蓋，其具有一光反射部，該光反射部對應容納一光纖元件以接收並反射其光能，該光反射部為一半圓形或拋物面形溝槽；一下蓋，連接該上蓋，該下蓋具有一光吸收部，其對應該光反射部以包圍該光纖元件，且該光吸收部吸收該光反射部反射之光能；一散熱件，連接該下蓋以吸收其熱能；以及二隔離塊，設於該上蓋與該下蓋之間，二該隔離塊位於該光纖元件之封裝散熱機構兩側，並且遮擋該光纖元件之光能向外洩漏。
2. 如請求項1所述之光纖元件之封裝散熱機構，其中該光纖元件之封裝散熱機構為一光纖合束器(fiber optic combiner)、一光纖包覆層能量剝除元件(fiber optic cladding power stripper)或一光纖布拉格光柵元件(fiber optic Bragg grating)。
3. 如請求項1所述之光纖元件之封裝散熱機構，其中該上蓋與該下蓋為金屬材質。
4. 如請求項1所述之光纖元件之封裝散熱機構，其中該光反射部之表面為一鍍膜層或一拋光層。
5. 如請求項1所述之光纖元件之封裝散熱機構，其中該光反射部為一半圓形溝槽，且該光反射部之曲率半徑為焦距之兩倍。
6. 如請求項1所述之光纖元件之封裝散熱機構，其中該光吸收部之表面為一陽極染黑層或一粗糙化層。
7. 如請求項1所述之光纖元件之封裝散熱機構，其中二該隔離塊分別夾持固定該光纖元件之兩端，使該光纖元件懸空於該光反射部與該光吸收部之間。
8. 如請求項8所述之光纖元件之封裝散熱機構，其中該等隔離塊為鐵氟龍或陶瓷材質。
9. 如請求項8所述之光纖元件之封裝散熱機構，其中該等隔離塊具有一導槽，且該光纖元件之兩端容納於該導槽。