(12)发明专利申请
(10)申请公布号(10)申请公布号 CN 104280842 A(43)申请公布日 2015.01.14
(21)申请号 201410578810.5(22)申请日 2014.10.24
(71)申请人中国科学院上海光学精密机械研究
所
地址201800 上海市嘉定区上海市800－
211邮政信箱(72)发明人辛国锋 孙广伟 皮浩洋 蔡海文
瞿荣辉 陈高庭(74)专利代理机构上海新天专利代理有限公司
31213
代理人张泽纯 张宁展(51)Int.Cl.
G02B 6/42(2006.01)G02B 7/00(2006.01)
权利要求书1页 说明书3页 附图2页权利要求书1页 说明书3页 附图2页
(54)发明名称
微型光纤耦合光电器件及其装调方法(57)摘要
一种微型光纤耦合光电器件及其装调方法，该器件包括管壳和盖板、热沉、发光芯片、壳体连接件、球形调节件和金属光纤组件。本发明适用于半导体激光器或固体激光器等光电器件的光纤耦合，具有结构简单，装调操作方便和长期可靠性等优点。
CN 104280842 A CN 104280842 A
权 利 要 求 书
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1.一种微型光纤耦合光电器件，特征在于其构成包括管壳和盖板(11)、热沉(12)、发光芯片(13)、壳体连接件(14)、球形调节件(15)和金属光纤组件(16)，所述的热沉(12)置于所述的管壳(11)的内部底面，所述的发光芯片(13)位于所述的热沉(12)的上表面，所述的壳体连接件(14)具有内孔，该壳体连接件(14)的一端与所述的管壳(11)的一侧壁固定连接，所述的球形调节件(15)由准球体和圆柱体构成，其中轴线上的内通孔供所述的金属光纤组件(16)穿过和固定，所述的球形调节件(15)的准球体与所述的壳体连接件(14)的内孔相切，所述的金属光纤组件(16)经所述的球形调节件(15)内孔和壳体连接件(14)的内孔深入所述管壳(11)的內部，并与所述的发光芯片(13)的输出光线同光轴实现光耦合。
2.根据权利要求1所述的微型光纤耦合光电器件，其特征在于所述的发光芯片是单个半导体激光器芯片，或激光泵浦的激光晶体。
3.根据权利要求1所述的微型光纤耦合光电器件，其特征在于在所述的热沉(12)和所述的管壳(11)之间具有半导体制冷器。
4.根据权利要求1至3任一项所述的微型光纤耦合光电器件，其特征在于在所述的发光芯片(13)和所述的金属化光纤组件(16)之间具有耦合透镜。
5.一种微型光纤耦合光电器件的装调方法，其特征在于该方法包括下列步骤；①将所述的发光芯片焊接到热沉的上表面；
②将所述的热沉采用低温焊料焊接到壳体内部底面上，或在热沉与壳体底面之间焊接半导体制冷器；
③将所述的金属光纤组件从所述的球形调节件的圆柱体一端穿过内孔；④将所述的球形调节件(15)的准球体插入所述的壳体连接件(14)的内孔，使所述的金属光纤组件(16)经所述的球形调节件(15)的内孔和壳体连接件(14)的内孔伸入所述的管壳(11)內部；
⑤调整所述的金属光纤组件(16)、球形调节件(15)和壳体连接件(14)，或加设耦合透镜，使耦合到所述的金属光纤组件(16)的光纤输出功率最大；
⑥通过激光焊接将金属光纤组件(16)固定在球形调节件(15)上；然后通过激光焊接将球形调节件(15)固定在壳体连接件(14)上；再通过激光焊接将壳体连接件(14)固定在壳体(11)外表面；
⑦最后将盖板与壳体上表面通过激光焊接进行固定，实现密封。
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CN 104280842 A
说 明 书
微型光纤耦合光电器件及其装调方法
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技术领域
[0001]
本发明涉及光电器件，特别是一种微型光纤耦合光电器件及其装调方法。
背景技术
光纤耦合光电器件在激光通信、光纤激光器泵浦、材料处理与加工等领域应用非常广泛，目前光纤耦合光电器件要求发光芯片的定位非常准确，才能使光纤耦合具有较高的耦合效率。而且大多数光纤耦合的调整是X/Y/Z三维调整，不具备角度调整，即使可以通过外部调整架实现角度调整，会使光纤组件的固定带来较大困难。
[0002]
发明内容
[0003] 本发明的目的在于克服上述现有微型光纤耦合光电器件在光纤耦合装调过程中的不足，提供一种微型光纤耦合光电器件及其装调方法。该微型光纤耦合光电器件适用于半导体激光器或固体激光器等光电器件的光纤耦合，具有结构简单，装调操作方便和长期可靠性等优点。
[0004] 本发明的技术解决方案如下：[0005] 一种微型光纤耦合光电器件，特点在于其构成包括管壳和盖板、热沉、发光芯片、壳体连接件、球形调节件、金属光纤组件，所述的热沉置于所述的管壳的内部底面，所述的发光芯片位于所述的热沉的上表面，所述的壳体连接件具有内孔，该壳体连接件的一端与所述的管壳的一侧壁固定连接，所述的球形调节件由准球体和圆柱体构成，其中轴线上具有内通孔，供所述的金属光纤组件穿过和固定，所述的球形调节件的准球体与所述的壳体连接件的内孔相切连接，所述的金属光纤组件经所述的球形调节件内孔和壳体连接件的内孔伸入所述的管壳內部，并与所述的发光芯片的输出光线同光轴耦合。[0006] 所述的发光芯片是单个半导体激光器芯片，或激光泵浦的激光晶体。[0007] 在所述的热沉和所述的管壳之间具有半导体制冷器。
[0008] 在所述的发光芯片和所述的金属化光纤组件之间具有耦合透镜。[0009] 一种微型光纤耦合光电器件的装调方法，其特点在于该方法包括下列步骤：[0010] ①将所述的发光芯片焊接到热沉的上表面；
[0011] ②将所述的热沉采用低温焊料焊接到壳体内部底面上，或在热沉与壳体底面之间固定半导体制冷器；
[0012] ③将所述的金属光纤组件从所述的球形调节件的圆柱体一端穿过内孔；[0013] ④将所述的球形调节件的准球体插入所述的壳体连接件的内孔，使所述的金属光纤组件经所述的球形调节件内孔和壳体连接件的内孔伸入所述的管壳內部；[0014] ⑤调整所述的金属光纤组件、球形调节件和壳体连接件，或加设耦合透镜，使耦合到所述的金属光纤组件的光纤输出功率最大；
⑥通过激光焊接将金属光纤组件固定在球形调节件上；然后通过激光焊接将球形
调节件固定在壳体连接件上；再通过激光焊接将壳体连接件固定在壳体外表面；
[0015]
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说 明 书
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⑦最后将盖板与壳体上表面通过激光焊接进行固定，实现密封。本发明与现有技术相比具有以下优点：[0017] 1、本发明固定前，金属光纤组件在球形调节件内，可以实现轴向调整，通过球形调节件，可以实现较大角度调节和光轴方位调整，再通过壳体连接件实现两维调整，从而可以实现多维调整，使光纤耦合装调更方便。[0018] 2、本发明球形调节件与壳体连接件在较大角度范围内都可以通过激光焊接进行固定，壳体连接件与壳体也通过激光焊接进行固定，大大提高了该器件的温度稳定性和力学稳定性。
附图说明
[0019] 图1为本发明实施例1的结构示意图；[0020] 图2为本发明实施例2的结构示意图；[0021] 图3为本发明实施例3的结构示意图；[0022] 图4为本发明实施例4的结构示意图；[0023] 图5为本发明实施例5的结构示意图；
具体实施方式
[0024] 下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。[0025] 先请参阅图1，图1为本发明实施例1的结构示意图；本实施例微型光纤耦合光电器件包括管壳和盖板11、热沉12、发光芯片13、壳体连接件14、球形调节件15、金属光纤组件16。首先将发光芯片13用高温焊料如金锡焊接到热沉12的上表面，再将热沉13的底面与管壳11的内部底面采用低温焊料如铅锡进行焊接；所述的金属光纤组件16是将光纤金属化后焊接组装成的组件，光纤端面为平端并镀增透膜，将金属光纤组件16穿过球形调节件15的内孔，光纤端面朝向球形调节件15的球形一端，再将金属光纤组件16的一端穿过壳体连接件14的内孔，并使球形调节件15的球形外部与壳体连接件14的内孔相切，所述的壳体连接件14的底面与管壳11连接。通过调整金属光纤组件16的轴向，调节光纤端面与发光芯片13端面间的距离，通过调整球形调节件15的角度和二维调整壳体连接件14使耦合进光纤的输出功率最大，采用激光焊接将金属光纤组件16焊接到球形调节件15的柱形一端，再将球形调节件15的球形部分与壳体连接件14进行激光焊接，最后将壳体连接件14焊接固定到管壳11的外表面。
[0026] 图2为本发明实施例2的结构示意图；本实施例与实施例1结构与调节方式相同，不同之处在于实施例2中的发光芯片23相对于管壳21出光方向在水平方向有一定偏差，需要调整金属光纤组件26、球形调节件25和壳体连接件24，使光纤的光轴与发光芯片23的光轴重合，并按照实施例1的固定方式进行激光焊接固定。[0027] 图3为本发明实施例3的结构示意图；本实施例与实施例1结构与调节方式相同，不同之处在于实施例3中的发光芯片33相对于管壳31出光方向在垂直方向有一定偏差(发光芯片33底面用焊料填充)，需要调整金属光纤组件36、球形调节件35和壳体连接件34，使光纤的光轴与发光芯片33的光轴重合，并按照实施例1的固定方式进行激光焊接固定。
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说 明 书
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图4为本发明实施例4的结构示意图；本实施例与实施例1结构的不同之处在于实施例4中，在热沉42与管壳41内部上表面之间增加了半导体制冷器47。此时需要首先将发光芯片43用高温焊料如金锡焊接到热沉42上表面，半导体制冷器47的上表面采用高温焊料焊接到管壳41的内部底面，再将热沉43的底面与半导体制冷器47上表面采用低温焊料进行焊接；实施例4的光纤耦合、调节和固定与实施例1的相同。[0029] 图5为本发明实施例5的结构示意图；本实施例与实施例1结构的不同之处在于实施例5中，在发光芯片53与金属光纤组件56的光纤端面之间增加了耦合透镜57，以提高器件的耦合效率。其结构封装工艺与实施例1相同，将耦合透镜57固定在壳体51的内部表面，调整耦合透镜57使聚焦光点在光轴上，后续光纤耦合、调节和固定与实施例1相同。
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说 明 书 附 图
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图1
图2
图3
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说 明 书 附 图
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图4
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