[发明专利]具有光纤馈通的光学模块

说明书

技术领域

本发明涉及光纤馈通，尤其是涉及需要将光纤与封装进行气密密封(hermetic sealing)的光纤耦合模块封装；然而，本发明也可扩展到对金属或陶瓷封装使用气密密封的其它应用。

发明背景

常规光纤馈通设计利用被铜焊焊接(即，与具有比所连接的金属低的熔点的非铁合金相焊接)到壳体壁的金属管，光纤延伸通过该壳体壁并被焊接在金属管中。不幸的是，制造贯通金属管的紧密公差的高质量的孔非常昂贵，该孔紧密匹配延伸通过其的光纤。因此，大部分金属管具有大内径(ID)，并需要焊料(即，金属或玻璃)来填充光纤周围的间隙以产生气密密封。不幸的是，金属和玻璃焊料形成高压缩力的密封，这可能造成光纤中的损坏或甚至断裂。

目前，图1示出的单模光纤(SMF)耦合的激光二极管泵浦模块1包括使用例如铜钨(CuW)的金属的壳体2，和底座3，以封闭光电设备5，该底座3具有紧密地匹配例如科瓦铁镍钴合金(Kovar)的金属壁4的热膨胀系数(CTE)。接着，金属管6被铜焊到壳体壁4，其具有比将穿过金属管6插入的光纤7大得多的内径。为了实现气密密封，光纤7和金属管6之间的间隙填充有在光纤7周围流动的可被金属化的高熔点焊料8，例如玻璃或金属。金属化增加了成本，且高温焊接工艺可能弱化光纤7，并且在冷却时将应力增加到光纤7，这可能降低模块1的光电性能。

Peter Jenkins的于1987年11月17日签发的名称为“光纤密封组件(Optical Fibre Sealing Assembly)”的4,707,065号美国专利公开了一种金属套管(ferrule)，使用外螺纹保持构件将该金属套管保持在穿板式连接器(bulkhead)中，其间具有密封环。

Paschke等人的于1990年2月27日签发的名称为“通过气密密封引导光波导穿壁的方法及设备(Process of and Apparatus for Leading an Optical Waveguide Through a Wall Via a Hermetic Seal)”的4,904,046号美国专利；Abbott等人的于1993年1月5日签发的名称为“光纤馈通(Optical Fiber Feedthrough)”的5,177,806号美国专利；Moore等人的于1996年4月23日签发的名称为“光纤封装用途的将光纤连接到套管的方法(Method for Bonding a Fiber to a Sleeve for Fiber Optic Packaging Applications)”的5,509,952号美国专利；Tanabe等人的于1997年3月18日签发的名称为“气密密封的光纤插入结构(Hermietically Sealed Optical Fiber Insert Structure)”的5,613,031号美国专利；DeVore等人的于1997年8月19日签发的名称为“光纤的光学-金属连接密封的制作方法(Method of Making Fiber Optic-To-Metal Connection Seal)”的5,658,364号美国专利；Dunn等人的于1999年10月19日签发的名称为“具有可气密密封部分的光纤(Optical Fiber Having Hermetically Sealable Section)”的5,970,194号美国专利；Snowdon等人的于2005年1月4日签发的名称为“玻璃光纤的固着和固定方法(Glass Fiber Fixative and Fixing Process)”的6,837,075号美国专利；Czubarow等人的于2005年5月31日签发的名称为“光纤光学馈通管及其制作方法(Fiber Optic Feed-Through Tube and Method for Making the Same)”的6,901,203号美国专利；以及Gerard Esposito的于2005年7月26日签发的名称为“用于密封的光纤光学馈通的方法和设备(Method and Apparatus for Sealed Fiber Optic Feedthroughs)”的6,922,518号美国专利的每个都公开了金属套管的使用，该金属套管被焊接或金属焊接到壳体的外壁，使用玻璃焊料将光纤密封在金属套管中。