一种全光纤耦合器的封装结构及封装方法

技术领域

本发明属于光纤耦合器技术领域，更具体地，涉及一种全光纤耦合器的封装结构及封装方法。

背景技术

光纤耦合器又称光纤分束器，是将光讯号从一条光纤中分至多条光纤中的元件，属于光被动元件领域，在电信网路、有线电视网路、用户回路系统、区域网路中都会应用到。

侧面耦合式全光纤声光耦合器是一种新型的全光纤器件，具有多种应用，特别是在全光纤声光移频器以及全光纤可调谐激光器方面有着重要的应用；它具有结构简单，成本低的特点，但是现有的技术方案无法将其更好的应用到产品中，根本的原因在于这种结构需要折射率匹配液扩展倏逝场的范围，另外一个重要的原因在于全光纤声光器件具有应力响应的特点，共振的波长会随着应力的变化而发生移动。这使得一般的封装手段无法提供有效的应力调控，所以也就无法进行应用。

发明内容

本发明的目的是提出一种全光纤耦合器的封装结构及封装方法，至少解决全光纤声光耦合器的封装结构无法提供有效的应力调控等的技术问题。

为了实现上述目的，一方面，本发明提供一种全光纤耦合器的封装结构，包括壳体，还包括，

支架装置，包括定支架和动支架，所述定支架与所述壳体固定连接；所述动支架与所述壳体活动连接；

所述动支架包括动支架滑块和动支架安装台，动支架滑块位于动支架安装台下方且与动支架安装台固定连接；

声光角锥，所述声光角锥位于所述动支架安装台上且在封装前与动支架安装台活动连接，可沿角锥轴向方向调节高度；

声光光纤，所述声光光纤的一端连接在所述声光角锥上，另一端连接在所述定支架上；

电驱动接口，位于所述动支架安装台上，且与动支架安装台固定连接，与声光角锥电性连接；

调节装置，所述调节装置位于所述壳体上，所述调节装置与所述动支架滑块连接，通过调节装置能够调整动支架滑块、位于所述动支架安装台上的声光角锥以及所述电驱动接口的位置。

可选地，所述调节装置包括弹性件、螺孔结构和微分螺丝，所述弹性件与所述动支架滑块的一端连接，所述微分螺丝一端与所述动支架滑块的另一端连接，所述微分螺丝的另一端与防尘固定架固定连接；所述螺孔结构位于动支架安装台表面，所述声光角锥安装于螺孔结构上，在封装前可以通过所述螺孔结构可微调其沿轴线方向的高度。电驱动接口与封装后的声光角锥与动支架安装台固定连接，在动支架调节过程中不发生相对移动。

可选地，所述调节装置还包括弹簧定位器，所述弹簧定位器固定连接在所述壳体上，所述弹簧定位器的一侧与所述弹性件连接。。

可选地，所述定支架包括光纤支架、耦合支架和防尘固定架，所述光纤支架和所述防尘固定架分别位于所述壳体的两端，所述微分螺丝固定于防尘固定架的一侧。

可选地，所述耦合支架上设有衬底，所述衬底的材料为氟化镁或pdms。

可选地，还包括耦合光纤，所述耦合光纤粘接在所述耦合支架上，并与声光光纤通过折射率匹配液贴附连接。

可选地，所述壳体上设有窗口，用于补充折射率匹配液。

另一方面，本发明还提供一种全光纤耦合器的封装方法，用于制备如前述所述的全光纤耦合器的封装结构，包括，

S1：提供壳体；

S2：将定支架固定连接在所述壳体上，将动支架活动连接于所述壳体上，所述动支架包括动支架滑块和动支架安装台，动支架滑块位于动支架安装台下方且与动支架安装台固定连接；

S3：将声光角锥活动连接于所述动支架安装台上，将电驱动接口固定连接于所述动支架安装台上；

S4：将调节装置位于所述壳体上，所述调节装置与所述动支架滑块连接，通过调节装置能够调整动支架滑块、位于所述动支架安装台上的声光角锥以及所述电驱动接口的位置；

S5:通过螺孔结构调整所述声光角锥的高度，然后通过点胶固定位置，再将声光光纤的两侧分别粘接于声光角锥与所述定支架上并将电驱动接口与声光角锥电性连接；

S6：调节所述耦合光纤，优化输出，然后将耦合光纤粘接于所述定支架及耦合支架上。

可选地，所述调节装置包括弹性件、螺孔结构、微分螺丝、弹簧定位器和动支架滑块及其上的动支架安装台，步骤S4的具体过程包括：所述弹性件与所述动支架滑块的一端连接，所述微分螺丝一端与所述动支架滑块的另一端连接，所述微分螺丝的另一端与防尘固定架连接；所述弹簧定位器固定连接在所述壳体上，所述弹簧定位器的一侧与所述弹性件连接，所述动支架安装台固定设在所述动支架滑块上部，所述螺孔结构位于所述动支架安装台上，所述螺孔结构的一端在封装前与所述声光角锥活动连接，所述电驱动接口位于所述动支架安装台上。

可选地，所述定支架包括光纤支架、耦合支架和防尘固定架，所述光纤支架和所述防尘固定架分别位于所述壳体的两端，所述耦合支架上设有衬底，所述耦合支架和所述衬底通过紫外固化胶等封装胶固定连接；所述耦合支架和所述衬底连接之后，用紫外灯照射固化。

本发明的有益效果：

本发明通过在壳体上设置支架装置和调节装置，将声光光纤和声光角锥连接于支架装置和调节装置上，通过调节装置能够调整动支架和声光角锥的位置，从而调节光纤应力。

进一步的，通过先将定支架固定连接在所述壳体上，将调节装置位于所述壳体上，然后将声光光纤粘接在动支架安装台的声光角锥和定支架上；最后将耦合光纤固定连接于所述耦合支架上。通过这样的封装方法，可以方便地整体调整动支架和声光角锥的位置，从而可以调节光纤应力；并且通过这种封装方法，降低了工艺难度和制造成本。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了本发明一实施例的结构示意图；

图2示出了本发明一实施例的结构示意图；

图3示出了本发明一实施例的封装方法的流程示意图。

附图标记：1、壳体；2、光纤支架；3、耦合支架；4、防尘固定架；5、动支架滑块；6、弹性件；7、弹簧定位器；9、电动驱接口；10、声光角锥；11、衬底；12、微分螺丝；13、声光光纤；14、耦合光纤；15、动支架安装台。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

一方面，本发明提供一种全光纤耦合器的封装结构，包括壳体，还包括，

支架装置，包括定支架和动支架，所述定支架与所述壳体固定连接；所述动支架与所述壳体活动连接；

所述动支架包括动支架滑块和动支架安装台，动支架滑块位于动支架安装台下方且与动支架安装台固定连接；

声光角锥，所述声光角锥位于所述动支架安装台上且与在封装前动支架安装台活动连接，可沿角锥轴向方向调节高度；

声光光纤，所述声光光纤的一端连接在所述声光角锥上，另一端连接在所述定支架上；

电驱动接口，位于所述动支架安装台上，且与动支架安装台固定连接，与声光角锥电性连接；

调节装置，所述调节装置位于所述壳体上，所述调节装置与所述动支架滑块连接，通过调节装置能够调整动支架滑块、位于所述动支架安装台上的声光角锥以及所述电驱动接口的位置。

需要说明的是，壳体可以是具有槽状结构的U型壳体，也可以采用其它的类似结构，材质可以采用铝型材，优选欧标2010型材，具有低成本以及能够达到较好的适配；壳体的材料也可以是不锈钢或其他合金材料；壳体也可以由胶制成密封结构，特殊处理的光纤传感器，附有其它表面微结构的光纤结构也可以通过这种结构封装，可以根据所封装结构的大小以及传感器的灵敏度选择不同的壳体长度，光纤表面如果存在怕污染的微结构，可以在超净室内完成封装。定支架可以通过螺钉固定在壳体上，也可以粘接在壳体上；所述电驱动接口与所述声光角锥电性连接，将声光角锥电性连接至电驱动接口是为了做好绝缘；电驱动接口与封装后的声光角锥与动支架安装台固定连接，在动支架调节过程中不发生相对移动；通过在壳体上设有支架装置、声光光纤、声光角锥和调节装置，通过调整调节装置来改变动支架及其上的声光角锥的位置，从而可以调节连接于动支架与定支架之间声光光纤的张紧程度和声光角锥的高度，实现调节光纤应力。

本发明通过在壳体上设置支架装置和调节装置，将声光光纤和声光角锥连接于支架装置和调节装置上，通过调节装置能够调整动支架和声光角锥的位置，从而调节光纤应力。

作为一种优选方案，所述调节装置包括弹性件、螺孔结构和微分螺丝，所述弹性件与所述动支架滑块的一端连接，所述微分螺丝一端与所述动支架滑块的另一端连接，所述微分螺丝的另一端与防尘固定架固定连接；所述螺孔结构位于动支架安装台表面，所述声光角锥安装于螺孔结构上，在封装前通过所述螺孔结构可微调其沿轴线方向的高度。

需要说明的是，弹性件可以是弹簧，也可以是其它具有弹性的部件，此处不做限定，通过调整微分螺丝来调节弹簧的伸缩度来改变动支架的位置，从而可以调节连接于动支架与定支架之间声光光纤的张紧程度，实现了声光光纤的应力可调；微分螺丝与防尘固定架螺纹连接，通过调整微分螺丝的长度来改变动支架的位置，从而调整声光光纤的应力；动支架安装台上设一螺孔结构，螺孔结构能够在封装前调节声光角锥的高度，从电驱动接口加载声光角锥共振的射频信号，用于驱动声光角锥。

作为一种优选方案，所述调节装置还包括弹簧定位器，所述弹簧定位器固定连接在所述壳体上，所述弹簧定位器的一侧与所述弹性件连接。

需要说明的是，弹簧定位器用于调节弹簧的弹力，提供动支架回复位置的动力。

作为一种优选方案，所述定支架包括光纤支架、耦合支架和防尘固定架，所述光纤支架和所述防尘固定架分别位于所述壳体的两端，所述微分螺丝固定于防尘固定架的一侧。

需要说明的是，光纤支架、耦合支架和防尘固定架可以通过螺钉固定在所述壳体上，也可以粘接在所述壳体上，所述防尘固定架为防尘部件，具体可以是防尘罩，能够对U型壳体此端起到防尘的作用。

作为一种优选方案，所述耦合支架上设有衬底，所述衬底的材料为氟化镁或pdms。

需要说明的是，衬底一般选用低折射率(小于光纤折射率)的衬底，一般可以选用氟化镁或pdms均可，用于支撑耦合区域。耦合区域之外的微纳光纤延长部分也需要平铺在耦合支架上，便于封装保形。光纤支架用于将AOTF的输出光纤与耦合光纤的输出部分固定。

作为一种优选方案，还包括耦合光纤，所述耦合光纤粘接在所述耦合支架上，并与声光光纤通过折射率匹配液贴附连接。

作为一种优选方案，所述壳体上设有窗口。

需要说明的是，壳体上预留敞口，是为了方便补充折射率匹配液。

另一方面，本发明提供一种全光纤耦合器的封装方法，包括：

S1：提供壳体；

S2：将定支架固定连接在所述壳体上，将动支架活动连接于所述壳体上，所述动支架包括动支架滑块和动支架安装台，动支架滑块位于动支架安装台下方且与动支架安装台固定连接；

S3：将声光角锥活动连接于所述动支架安装台上，将电驱动接口固定连接于所述动支架安装台上；

S4：将调节装置位于所述壳体上，所述调节装置与所述动支架滑块连接，通过调节装置能够调整动支架滑块、位于所述动支架安装台上的声光角锥以及所述电驱动接口的位置；

S5:通过螺孔结构调整所述声光角锥高度，然后通过点胶固定位置，再将声光光纤的两侧分别粘接于声光角锥与所述定支架上并将电驱动接口与声光角锥电性连接；

S6：调节所述耦合光纤，优化输出，然后将耦合光纤粘接于所述定支架及耦合支架上。

需要说明的是，通过先将定支架固定连接在所述壳体上，将调节装置位于所述壳体上，声光角锥高度调整好后，通过点胶将声光角锥固定在动支架安装台上；然后将声光光纤粘接在动支架安装台的声光角锥和定支架上；最后将耦合光纤固定连接于所述耦合支架上。通过这样的封装方法，可以方便地整体调整动支架和声光角锥的位置，从而可以调节光纤应力；并且通过这种封装方法，降低了工艺难度和制造成本。

作为一种优选方案，所述调节装置包括弹性件、螺孔结构、微分螺丝、弹簧定位器和动支架滑块及动支架安装台，步骤S4的具体过程包括：所述弹性件与所述动支架滑块的一端连接，所述微分螺丝一端与所述动支架滑块的另一端连接，所述微分螺丝的另一端与防尘固定架连接；所述弹簧定位器固定连接在所述壳体上，所述弹簧定位器的一侧与所述弹性件连接，所述动支架安装台固定设在所述动支架滑块上部，所述螺孔结构位于所述动支架安装台上，所述螺孔结构的一端在封装前与所述声光角锥活动连接，所述电驱动接口位于所述动支架安装台上。

作为一种优选方案，所述定支架包括光纤支架、耦合支架和防尘固定架，所述光纤支架和所述防尘固定架分别位于所述壳体的两端，所述耦合支架上设有衬底，所述耦合支架和所述衬底通过紫外固化胶等封装胶固定连接；所述耦合支架和所述衬底连接之后，用紫外灯照射固化。

本发明的封装过程：安装时，将声光角锥安装在动支架安装台上，声光角锥安装在平整的铁或不锈钢螺丝上，一方面用于吸收多余声波，另一方面，使用螺丝配合动支架安装台上的螺孔结构调节高度，使之和耦合支架上的衬底等高。调节过程中，可以用普通的光纤作为准直参考。待调节完成之后，对螺丝点胶进行固定。

粘接声光光纤与声光角锥之后，将声光光纤的另一端粘接在耦合支架的衬底上，注意此时声光光纤需要满足贴附于低折射率衬底的条件。从电驱动加载声光角锥共振的射频信号，以及通过微分螺丝改变动支架滑块位置，从而调节光纤应力，在光谱分析仪上观测到工作波长段的下陷峰即完成此部分粘接。利用耦合光纤配合额外的三维平移台，将耦合光纤的输出光优化到理想状态，此时保证耦合光纤与粘接的声光光纤均贴附于低折射率衬底。利用低折射率紫外固化胶等封装胶密封耦合支架和低折射率衬底上，除去光纤耦合区的部分覆盖，用紫外灯照射固化。调整防尘固定架的高度，将输入声光光纤的尾纤平滑地粘接其上。将整体结构密封，保护结构。

实施例1

参考图1和图2，本发明提供一种全光纤耦合器的封装结构，包括壳体1，还包括，

支架装置，包括定支架和动支架，所述定支架与所述壳体1固定连接；

所述动支架与所述壳体1活动连接；

所述动支架包括动支架滑块5和动支架安装台15，动支架滑块5位于动支架安装台15下方且与动支架安装台15固定连接；

声光角锥10，所述声光角锥10位于所述动支架安装台15上且在封装前与动支架安装台15活动连接，可沿角锥轴向方向调节高度；

声光光纤13，所述声光光纤13的一端连接在所述声光角锥10上，另一端连接在所述定支架上；

电驱动接口9，位于所述动支架安装台15上，且与动支架安装台15固定连接，与声光角锥10电性连接；

调节装置，所述调节装置位于所述壳体1上，所述调节装置与所述动支架滑块5连接，通过调节装置能够调整动支架滑块5、位于所述动支架安装台15上的声光角锥10以及所述电驱动接口9的位置。

壳体1可以是具有槽状结构的U型壳体，也可以采用其它的类似结构，材质可以采用铝型材，优选欧标2010型材，具有低成本以及能够达到较好的适配；壳体1的材料也可以是不锈钢或其他合金材料；壳体1也可以由胶制成密封结构，特殊处理的光纤传感器，附有其它表面微结构的光纤结构也可以通过这种结构封装，可以根据所封装结构的大小以及传感器的灵敏度选择不同的壳体长度，光纤8表面如果存在怕污染的微结构，可以在超净室内完成封装；所述壳体1上设有窗口，壳体1上预留窗口(图中未示出)，是为了方便补充折射率匹配液；定支架可以通过螺钉固定在壳体1上，也可以粘接在壳体1上；所述电驱动接口9与所述声光角锥10电性连接，将声光角锥10电性连接至电驱动接口9是为了做好绝缘；电驱动接口9与动支架固定连接，在调节过程中不发生相对移动。通过在壳体1上设有支架装置、声光光纤13、声光角锥10和调节装置，通过调整调节装置来改变动支架和声光角锥10的位置，从而可以调节连接于动支架与定支架之间声光光纤13的张紧程度和声光角锥10的高度，实现调节光纤应力。

具体地，所述定支架包括光纤支架2、耦合支架3和防尘固定架4，所述光纤支架2和所述防尘固定架4分别位于所述壳体1的两端。

光纤支架2、耦合支架3和防尘固定架4可以通过螺钉固定在所述壳体1上，也可以粘接在所述壳体1上，所述防尘固定架4为防尘部件，具体可以是防尘罩，能够对U型壳体此端起到防尘的作用。

具体地，还包括耦合光纤14，所述耦合光纤14粘接在所述耦合支架3上，并与声光光纤13通过折射率匹配液贴附连接；所述耦合支架3上设有衬底11，所述衬底11的材料为氟化镁或pdms。

衬底11一般选用低折射率(小于光纤折射率)的衬底11，一般可以选用氟化镁或pdms均可，用于支撑耦合区域。耦合区域之外的微纳光纤延长部分也需要平铺在耦合支架3上，便于封装保形。光纤支架2用于将AOTF的输出光纤与耦合光纤的输出部分固定。

具体地，所述调节装置包括弹簧定位器7、弹性件6、螺孔结构(图中未示出)和微分螺丝12，所述弹性件6与所述动支架滑块5的一端连接，所述微分螺丝12一端与所述动支架滑块5的另一端连接，所述微分螺丝12的另一端与防尘固定架4固定连接；所述螺孔结构位于动支架安装台15表面，所述声光角锥10安装于螺孔结构上，通过所述螺孔结构在封装前可微调声光角锥10沿轴线方向的高度；所述微分螺丝12固定于防尘固定架4的一侧。

弹性件6可以是弹簧，也可以是其它具有弹性的部件，此处不做限定，通过调整微分螺丝12来调节弹簧的伸缩度来改变动支架滑块5的位置，从而可以调节连接于动支架与耦合支架3之间声光光纤13的张紧程度，实现了声光光纤13的应力可调；微分螺丝12与所述防尘固定架4螺纹连接，通过调整微分螺丝12的长度来改变动支架滑块5、其上的动支架安装台15以及声光角锥10的位置，从而调整声光光纤13的应力；动支架安装台上设一螺孔结构，螺孔结构能够调节声光角锥10的高度，从电驱动接口加载声光角锥共振的射频信号，用于驱动声光角锥；弹簧定位器7用于调节弹簧的弹力，用于提供动支架滑块回复位置的动力。

本发明通过在壳体1上设置支架装置和调节装置，将声光光纤13和声光角锥10连接于支架装置和调节装置上，通过调节装置能够调整动支架滑块、其上的动支架安装台15和声光角锥10的位置，从而调节光纤应力。

实施例2

参考图3，本发明提供一种全光纤耦合器的封装方法，用于制备如实施例1所述的全光纤耦合器的封装结构，具体包括壳体1，还包括，

S1：提供壳体1；

S2：将定支架固定连接在所述壳体1上，将动支架活动连接于所述壳体1上，所述动支架包括动支架滑块5和动支架安装台15，动支架滑块5位于动支架安装台15下方且与动支架安装台15固定连接；

S3：将声光角锥10活动连接于所述动支架安装台15上，将电驱动接口9固定连接于所述动支架安装台15上；

S4：将调节装置位于所述壳体1上，所述调节装置与所述动支架滑块5连接，通过调节装置能够调整动支架滑块5、位于所述动支架安装台15上的声光角锥10以及所述电驱动接口9的位置；

S5:通过螺孔结构调整所述声光角锥10的高度，然后通过点胶固定位置，再将声光光纤13的两侧分别粘接于声光角锥10与所述定支架上并将电驱动接口9与声光角锥10电性连接；

S6：调节所述耦合光纤14，优化输出，然后将耦合光纤14粘接于所述定支架及耦合支架3上。

需要说明的是，SN不代表先后顺序。

通过先将定支架固定连接在所述壳体1上，将调节装置位于所述壳体上1，然后将声光光纤13粘接在动支架安装台15的声光角锥10和定支架上；最后将耦合光纤14固定连接于所述耦合支架3上。通过这样的封装方法，可以方便地整体调整动支架和声光角锥10的位置，从而可以调节光纤应力；并且通过这种封装方法，降低了工艺难度和制造成本。

所述调节装置包括弹性件6、螺孔结构、微分螺丝12、弹簧定位器7和动支架滑块5及动支架安装台15，步骤S4的具体过程包括：所述弹性件6与所述动支架滑块5的一端连接，所述微分螺丝12一端与所述动支架滑块5的另一端连接，所述微分螺丝12的另一端与防尘固定架4连接；所述弹簧定位器7固定连接在所述壳体1上，所述弹簧定位器7的一侧与所述弹性件6连接，所述动支架安装台15固定设在所述动支架滑块5的上部，所述螺孔结构位于所述动支架安装台15上，所述螺孔结构的一端在封装前与所述声光角锥10活动连接，所述电驱动接口9位于所述动支架安装台15上。

具体地，所述定支架包括光纤支架2、耦合支架3和防尘固定架4，所述光纤支架2和所述防尘固定架4分别位于所述壳体1的两端，所述耦合支架3上设有衬底11，所述耦合支架3和所述衬底11通过紫外固化胶等封装胶固定连接；所述耦合支架3和所述衬底11连接之后，用紫外灯照射固化。

本发明的封装过程：安装时，将声光角锥10安装在动支架安装台15上，声光角锥10安装在平整的铁或不锈钢螺丝上，一方面用于吸收多余声波，另一方面，使用螺丝配合动支架安装台15上中的螺孔结构调节高度，使之和耦合支架3上的衬底11等高。调节过程中，可以用普通的光纤8作为准直参考，待调节完成后，通过对螺丝点胶进行固定。

粘接声光光纤13与声光角锥10之后，将声光光纤13的另一端粘接在耦合支架3上，注意此时声光光纤13需要满足贴附于低折射率衬底的条件。从电驱动接口9加载声光角锥10共振的射频信号，通过微分螺丝12改变动支架滑块5位置，从而调节光纤应力，在光谱分析仪上观测到工作波长段的下陷峰即完成此部分粘接。利用耦合光纤14配合额外的三维平移台，将耦合光纤14的输出光优化到理想状态，此时保证耦合光纤14与粘接的声光光纤13均贴附于低折射率衬底11。利用低折射率紫外固化胶等封装胶密封耦合支架3和低折射率衬底11上，除去光纤耦合区的部分覆盖，用紫外灯照射固化。调整防尘固定架4的高度，将输入声光光纤13的尾纤平滑地粘接其上。将整体结构密封，保护结构。

本发明通过先将定支架固定连接在所述壳体1上，将调节装置位于所述壳体1上，然后将声光光纤13粘接在声光角锥10和耦合支架3的衬底11上，将声光角锥10活动连接于所述动支架安装台15上，将耦合光纤14固定连接于所述耦合支架3上。通过这样的封装方法，可以方便地调整声光角锥10的位置，从而可以调节光纤应力；并且通过这种封装方法，降低了工艺难度和制造成本。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。