光纤和光电元件之间的耦合器制造技术

光电元件半导体芯片（４８）在外壳（４０）里和光纤（４３）耦合，该光纤（４３）在三个固定点处固定到外壳（４０）上：一个是在光纤（４３）端部附近用于把该光纤端部固定在耦合位置的后固定点；另一个是在光纤通过外壳管（４２）处的光纤上用于承受来自壳外作用在该光纤（４３）上的力的前固定点，第三个是中间固定点，该点位于前、后固定点中间的光纤上，用于衰减因外壳变形而在前固定点处作用在光纤上的力向后固定点传递。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及耦合器，该耦合器包括安装在外壳里并与穿过该外壳壁的引线光纤光耦合的半导体芯片形式的光电元件。光电元件和这段光纤之间的光耦合要求该光纤末端相对于构成该光电元件的半导体芯片安装得特别精确，对于单模光纤，其定位衰减约为1μm时就足以使耦合损耗大于3dB。一旦实现了这种定位，必须设法把元件和光纤固定在外壳里而使定位保持不变。一般来说，该过程首先把构成光电元件的半导体芯片安装在一个座上，然后把该座固定到外壳的底部，最后按照光电耦合效率用精密微调装置调节该光纤末端相对于该半导体芯片的定位。此后把光纤固定。这个工作很难作，因为把光纤固定时必须使该光纤末端相对构成光电元件的半导体芯片的定位变化尽量小。法国专利申请8507793阐述了进行上述固定的一种方法，该方法是先把光纤固定在靠近面对半导体芯片的光纤末端的第一固定点(称为后固定点)上，然后把光纤固定到它穿过外壳壁处的第二固定点(称为前固定点)上。第一固定点(或后固定点)由焊料作成，这样可以对它进行连续反复调节并把它定在靠近最初位置的最终位置上。但是第一固定点把光纤固定得既不十分可靠也不够坚固，因此会出现弹性或塑性位移，这样即使该引线光纤受到极其微小应力也会使该光纤端部偏开最佳耦合区。其次前固定点要承受来自壳外的作用在该光纤上的力。通过把光纤焊到它穿过的固定在外壳壁上的引线管的内壁，使第二固定点比第一固定点更牢固。只要没有力作用在外壳里的光纤上，这种固定方法可以使光电元件和该光纤保持良好的光耦合。但是，在通常使用条件下，温度变化时外壳里的光纤和外壳底部本身的膨胀差异，或者外壳特别在被固定时受到机械变形，以及来自壳外作用在光纤上的拉力，都要产生上述那样的力。法国专利申请8510479阐述了在外壳沿光纤轴线方向膨胀或压缩时，如何消除作用在外壳里的光纤上的拉伸力或压缩力。其作法是装上一个补偿外壳底部和外壳里光纤的膨胀差异的温度补偿臂，而在光纤通过外壳壁处提供前固定点。且不说温度补偿臂很难做，这种固定方法的缺点是在壳内光纤作用在其后固定点的持久不变的力残留下来，例如因温度变化引起的双金属片型弯曲产生的力，或由于纯机械原因引起的外壳变形产生的力等。本专利技术的目的是在储存和使用外壳的通常条件下，减小光纤作用到其后固定点上的力，使该光纤和光电元件在该耦合器整个使用寿命期间保持最佳光耦合。本专利技术提供了一种光纤和半导体芯片光电元件之间的耦合器，该耦合器除了包括所述光纤和所述光电元件以外，还包括一个容纳所述光电元件并让所述光纤穿入使其穿入端与半导体芯片光耦合的外壳，在后固定点、前固定点和至少一个中间固定点处，把光纤固定到外壳上的装置，后固定点在与半导体芯片光耦合的光纤端部附近的光纤上，用于保持所述端的耦合位置，前固定点在光纤通过外壳壁处的光纤上，用于承受来自壳外、作用在光纤上的力，至少一个中间固定点在前后两固定点之间的光纤上，用于衰减因外壳变形而在前固定点处作用在光纤上的力向后固定点传递。像在后固定点处那样，用焊料把光纤在中间固定点处固定到外壳上，并把该中间固定点在离前固定点约等于前后固定点间距离的2/3处，是有益的。从下面参照附图对本实施例的说明可以明显地看出本专利技术的其他优点和特性，其中，附图说明图1是表示现有技术光耦合器中引线光纤怎样固定在两个固定点处的原理图;图2是用来推导图1所示的一段光纤固定在两个固定点构成的力学系统方程的等效力学图;图3是本专利技术光电耦合器中的固定在三个固定点的光纤原理图;图4是用于推导如图3所示一段光纤固定在3个固定点上构成的力学系统方程的等效力学图;图5是本专利技术耦合器的外壳俯视图，它表示出位于外壳里并与固定在前、中、后3个固定点的引线光纤互相耦合的光电元件的半导体芯片;图6是图5沿Ⅵ-Ⅵ剖面线的正剖面图;图7A到图7G表示在座上制作表面电阻的各个步骤中，构成光纤后、中固定点的座，图7A，7C，7E和7F分别为正剖面图，图7B，7D和7G分别是俯视图;图8是位于光纤固定座上并如图7F和7G剖面图及俯视图所示的焊接用键控区的透视图;图9是该光纤按图8的准备工作焊接固定之后的光纤固定座的视图。图1是表示如现有技术耦合器中通常采用的，在两固定点固定的光纤的原理图。该图表示出含有穿入外壳的光纤11的那部分耦合器外壳底部的水平板10。在板10的一端有一个底座12支撑构成光电元件的半导体芯片13。板10的另一端有一个代表光纤11穿过的外壳侧壁的垂直边14。光纤在外壳里平行于板10铺设，光纤端部15以最佳的光耦合位置安装在半导体芯片13附近。光纤分别在所谓后固定点处-光纤末端15附近和所谓前固定处-光纤穿过外壳侧壁的地方，被固定到外壳即板10上。在后固定点，光纤11用一点焊料17固定在座16上并经过座16安装在板10上。在前固定点，光纤11被焊在穿过并粘在外壳侧壁的引线管18里。字母A表示该外壳在前固定点处作用在光纤11上的力的施加中心，而字母B表示光纤11作用在光纤后固定点的固定元件上的力的施加中心。字母x表示当改变前后两固定点的相对位置而外壳没有任何变形时，外壳内光纤的轴线，而字母y表示与x方向垂直并位于图平面内的方向。在外壳的机械变形使前固定点产生x方向和y方向位移，并使前后两固定点相对位置发生变化的过程中，前后两固定点之间的光纤11既受到弯曲又受到拉伸或压缩。作为初步近似，可以认为前固定点沿x方向的位移产生的效果与该点沿y方向位移产生的效果互不相干。假设系统是园柱形对称的，可以看出，前固定点沿y方向的位移所表现出的特性代表了该固定点沿着与x方向垂直的任一方向的任何位移所表现出的特性。前固定点沿x方向的位移X造成后固定点沿该x方向的位移为Xb，位移Xb将使耦合变差。这时，力F从点A平行于x方向作用在光纤上，只要该力处在弹性形变范围内，这个由固定光纤于两个固定点而构成的力学系统就可以等效成一个由两个受到力F的连在一起并连到板10的拉伸/压缩弹簧20、21构成的系统，如图2所示。弹簧20的倔强系数(stiffness)为K，它在B点与板10相连，以此模拟后固定点处固定的拉伸和压缩弹性，弹簧21的倔强系数为k，它连接了点B和点A，由此模拟位于前后两固定点之间的光纤的拉伸和压缩弹性。平衡性，该系统满足方程KXb＝k(X-Xb)该方程可改写成Xb＝ (X)/(1+(K/k))第二个方程表示，为了使Xb小于X，后固定点处固定的倔强系数就要大于该光纤的倔强系数，从直观上看，这个条件是可理解的。这时Xb实际由下述方程得出Xb＝ (k)/(K) X实践中该光纤的拉伸和压缩倔强系数是后固定点处固定的1/100。因此位移Xb就是位移X的1/100，即位移Xb基本上是前后两固定点间光纤的变化的1/100。但是这个位移量还是太大，而不能防止正常使用时外壳的变化产生光耦合的明显变化。前固定点沿y方向的位移造成前后固定点的光纤弯曲。这样，就有两个不同形式的力作用在后固定点上第一个是平行于y方向并与由前后固定点间的光纤组成的弯曲弹簧的恢复力相应的力F′，第二个是由弯曲力偶形成的力矩M。实际上F′可忽略不计。对于直径为125μm的石英光纤和A、B间约为10mm的距离d(实践中往往采用这种数据)，前后两固定点的光纤的弯曲倔强系数约等于这两点间的光纤的拉伸和压缩倔强系数的1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤和半导体芯片（４８）光电元件之间的耦合器，该耦合器除了包括该光纤（４３）和该光电元件以外，还包括一个外壳（４０），该外壳装有上述元件并让上述光纤穿过外壁（４０ｃ）进入壳里使该光纤的穿入端与半导体芯片（４８）实现光耦合，在后固 定点和前固定点处把光纤（４３）固定到外壳（４０）上的装置，后固定点在该光纤与该半导体芯片（４８）耦合的光纤端部附近，直接放在光纤（４３）上，使光纤端部保持在其耦合位置，前固定点在光纤穿过外壳（４０）壁（４０ｃ）的地方，直接放在光纤（４３）上，用以承受来自壳（４０）外部作用在光纤（４３）上的力，其特征在于所述固定装置进一步包括至少一个直接放在光纤（４３）上、位于后固定点和前固定点之间的中间固定点，其作用是衰减因外壳（４０）变形而在前固定点处作用在光纤上的力向后固定点传递 。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：珍妮玛布瓦塞万尔，克里斯蒂安卡维尔，
申请(专利权)人：阿卡特尔公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]