用于全光纤耦合PPLN波导芯片的封装结构制造技术

本实用新型专利技术提出了一种用于全光纤耦合PPLN波导芯片的封装结构，以提供抗强振动风险的能力，保护波导芯片不被损坏、控制波导芯片工作温度稳定，满足力学及传热等要求。该封装结构包括封装外壳组件、芯片载板组件、温控组件、温度感测组件和光纤接入组件。封装外壳组件上设有光纤接入通道、温控组件引线接入通道和温度感测组件引线接入通道。芯片载板组件承载波导芯片和温度感测组件，并与封装外壳组件共同限定出用于温控组件的容纳空间，以及允许在波导芯片与温控组件之间建立热交换路径。光纤接入组件与光纤接入通道连接，以允许光纤被接入封装外壳组件。

【技术实现步骤摘要】
用于全光纤耦合PPLN波导芯片的封装结构
本技术涉及光学器件封装领域，尤其涉及一种用于全光纤耦合PPLN(周期性极化铌酸锂)波导芯片的封装结构，其具有高可靠性。
技术介绍
PPLN波导作为量子通信领域的核心器件之一，具有整体损耗低、转换效率高等优势特别是其内部转换效率可以达到高于90％的水平，是解决量子信息领域频率差异难题的最佳选择。基于逆向质子交换的PPLN波导因其折射率变化适中、光斑模式可控以及易于实现长芯片的制程等特点，已实现商业应用。图1示出了现有技术中的双端耦合PPLN波导器件的一种结构示意图，其中，中间长条为PPLN波导芯片，两端为耦合光纤，形成双端耦合PPLN波导器件。在使用过程中，受限于周期极化技术，PPLN晶体一般较薄(通常≤1mm)，而且为了实现较高的转化效率，对波导长度有一定的要求，所以PPLN波导芯片一般为细长的薄片结构，其力学性能相对较差，容易折断。尤其在有强振动、强冲击要求的应用场景，需要对封装结构进行专门设计，以保证晶体不被损坏。此外，由于铌酸锂晶体折射率对于温度的敏感性，对于特定波长的光信号，需要将晶体控制在特定温度下，以保证其高效可靠的频率转换。当前有关PPLN波导芯片的封装设计，基本上是针对实验室科学研究的需求，并没有考虑高可靠性的需求，而高可靠性需求对于恶劣条件下的应用、航天航空等应用来说，属于基本需求。
技术实现思路
针对上述问题，本技术提出了一种高可靠性的用于全光纤耦合PPLN波导芯片的封装结构，以提供抗强振动风险的能力，保护波导芯片不被损坏、控制波导芯片工作温度稳定，满足力学及传热等要求，使得能够将PPLN波导器件更好的产品化，以应用于各行业。具体而言，该封装结构可以包括封装外壳组件、芯片载板组件、温控组件、温度感测组件和光纤接入组件，其特征在于：所述封装外壳组件上设置有光纤接入通道、温控组件引线接入通道和温度感测组件引线接入通道；所述芯片载板组件被设置成承载所述PPLN波导芯片和所述温度感测组件，以及与所述封装外壳组件共同限定出用于所述温控组件的容纳空间，并且允许在所述PPLN波导芯片与所述温控组件之间建立热交换路径；所述光纤接入组件被设置成与所述光纤接入通道连接，以允许所述光纤被接入所述封装外壳组件。进一步地，所述封装外壳组件上未设置电接口。进一步地，所述封装外壳组件包括以可拆卸的方式连接的封装上盖和封装外壳。进一步地，所述芯片载板组件包括芯片载板和芯片压板，所述芯片压板被设置成以可拆卸的方式连接所述芯片载板，以将所述PPLN波导芯片压紧固定在两者之间。更进一步地，所述芯片载板上设有用于容纳所述PPLN波导芯片的凹槽；以及/或者，所述芯片载板的侧面设有用于容纳所述温度感测组件的凹部。更进一步地，所述芯片载板为金属材质；以及/或者，所述PPLN波导芯片与所述芯片载板之间设置有导热材料膜；以及/或者，所述温控组件与所述芯片载板之间填充有导热材料。优选地，所述金属材质为紫铜；以及/或者，所述导热材料膜为铟膜；以及/或者，所述导热材料为导热硅胶。进一步地，该封装结构还包括由隔热材料制成的隔离元件，其被设置用于使所述温控组件与所述封装外壳间隔一定距离，并且使所述芯片载板与所述温控组件间隔预设距离以允许形成导热材料填充空间。优选地，所述预设距离为0.1mm；以及/或者，所述隔热材料为玻璃钢或者聚酰胺；以及/或者，所述隔离元件为垫块的形式。进一步地，所述芯片载板与所述芯片压板之间还设置有波导保护片和铟膜。进一步地，所述温控组件包括两个或更多并联的温控元件；并且/或者，所述温度感测组件包括两个或更多温度传感器。优选地，所述温控元件为TEC。进一步地，所述光纤接入组件包括连接元件和光纤尾套，其中，所述连接元件被设置成允许光纤穿过，且两端分别连接所述光纤接入通道和所述光纤尾套。进一步地，所述用于温控组件的容纳空间具有与所述温控组件适配的形状，以对所述温控组件形成限位作用。附图说明下面结合附图对本技术的具体实施方式作进一步详细的说明。为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图来获得其他的附图。图1示出了现有技术中的双端耦合PPLN波导器件的一种结构示意图；图2示出了本技术的高可靠性的用于全光纤耦合PPLN波导芯片的封装结构的一个示例的分解图；图3-7分别示出了图2所示封装结构的局部装配图，以用于说明根据本技术的高可靠性的用于全光纤耦合PPLN波导芯片的封装方法的装配过程；图8示出了本技术的高可靠性的用于全光纤耦合PPLN波导芯片的封装结构处于封装状态时的立体图。具体实施方式在下文中，本技术的示例性实施例将参照附图来详细描述。下面的实施例以举例的方式提供，以便充分传达本技术的精神给本技术所属领域的技术人员。因此，本技术不限于本文公开的实施例。图2示出了本技术的高可靠性的用于全光纤耦合PPLN波导芯片的封装结构的一个示例。如图2所示该封装结构可以包括封装外壳组件、芯片载板组件、温控组件、温度感测组件和光纤接入组件。封装外壳组件为封装结构提供基本封闭的外部壳体，以将波导芯片和封装结构的其他部分(例如芯片载板组件、温控组件、温度感测组件等)封装于其内部。封装外壳组件上设置有光纤接入通道，其用于与光纤接入组件连接，以允许光纤被接入封装结构内部。优选地，光纤接入通道与光纤接入组件之间的连接为可拆卸式的。特别地，不同于常规设计，本技术在封装外壳组件上不设置任何用于提供内部电子器件与外部之间的电气连接的电接口，而是在封装外壳组件上设置温控组件引线接入通道和温度感测组件引线接入通道，以允许将用于温控组件的引线和用于温度感测组件的引线从外部直接引入封装结构的内部，直接对接内部的温控组件和温度感测组件，由此减少中间接口，提高可靠度。作为优选示例，如图2所示，光纤接入通道和温控组件引线接入通道可以设置在封装外壳组件的两端，温度感测组件引线接入通道可以设置在封装外壳组件的侧面(例如同一侧)。为改善抗振性能和提高封装结构的密封性，还可以在引线与接入通道之间填充密封材料，从而固定引线的位置，同时将通道封闭。作为示例，密封材料可以为硅橡胶。作为一种实施方式，封装外壳组件可以包括第一壳体部分和第二壳体部分。优选地，第一壳体部分和第二壳体部件可以以可拆卸的方式进行连接。例如，第一壳体部分和第二壳体部件可以借助锁紧螺丝和螺孔的配合作用实现可拆卸的连接，例如图2所示那样。在图2的示例中，第一壳体部分可以被设置成封装上盖1的形式，第一壳体部分可以被设置成封装外壳12的形式。其中，封装上盖1的周边设置多个锁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于全光纤耦合PPLN波导芯片的封装结构，其包括封装外壳组件、芯片载板组件、温控组件、温度感测组件和光纤接入组件，其特征在于：/n所述封装外壳组件上设置有光纤接入通道、温控组件引线接入通道和温度感测组件引线接入通道；/n所述芯片载板组件被设置成承载所述PPLN波导芯片和所述温度感测组件，以及与所述封装外壳组件共同限定出用于所述温控组件的容纳空间，并且允许在所述PPLN波导芯片与所述温控组件之间建立热交换路径；/n所述光纤接入组件被设置成与所述光纤接入通道连接，以允许所述光纤被接入所述封装外壳组件。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于全光纤耦合PPLN波导芯片的封装结构，其包括封装外壳组件、芯片载板组件、温控组件、温度感测组件和光纤接入组件，其特征在于：
所述封装外壳组件上设置有光纤接入通道、温控组件引线接入通道和温度感测组件引线接入通道；
所述芯片载板组件被设置成承载所述PPLN波导芯片和所述温度感测组件，以及与所述封装外壳组件共同限定出用于所述温控组件的容纳空间，并且允许在所述PPLN波导芯片与所述温控组件之间建立热交换路径；
所述光纤接入组件被设置成与所述光纤接入通道连接，以允许所述光纤被接入所述封装外壳组件。


2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述封装外壳组件上未设置电接口。


3.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于：所述封装外壳组件包括以可拆卸的方式连接的封装上盖和封装外壳。


4.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述芯片载板组件包括芯片载板和芯片压板，所述芯片压板被设置成以可拆卸的方式连接所述芯片载板，以将所述PPLN波导芯片压紧固定在两者之间。


5.根据权利要求4所述的封装结构，其特征在于，所述芯片载板上设有用于容纳所述PPLN波导芯片的凹槽；以及/或者，所述芯片载板的侧面设有用于容纳所述温度感测组件的凹部。


6.根据权利要求4所述的封装结构，其特征在于：所述芯片载板为金属材质；以及/或者，所述PPLN波导芯片与所述芯片载板之间设置有导热材料膜；以及/或者，所述温控组件...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏代营，刘磊，郑名扬，谢秀平，张强，
申请(专利权)人：济南量子技术研究院，
类型：新型
国别省市：山东;37