專利名稱：用于光纖部件的高功率運行的能量消散封裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于光纖部件的封裝。尤其是，涉及用于使來自裝置的光纖部件的熱 功率或光功率中的至少一個消散的封裝。
背景技術(shù)：
在許多工業(yè)應(yīng)用中，光纖激光器已經(jīng)成為被選擇的激光器。這些應(yīng)用越來越需要 激光器在千瓦功率水平上發(fā)光，這使激光器組件的功率掌控能力受到嚴峻考驗。這個革新 的關(guān)鍵元件是圖1中所展示出的雙包層光纖(DCOF)的發(fā)展。這些光纖用作在從信號導(dǎo)件 1出來的高亮度/高光束質(zhì)量信號和低亮度/低光束質(zhì)量多模態(tài)泵浦二極管之間的亮度轉(zhuǎn) 換器。在光纖激光器中產(chǎn)生故障的最常見的原因之一是在光纖的聯(lián)接處的高折射率丙 烯酸脂保護護套4和低折射率聚合物泵浦導(dǎo)件包層3以及泵浦導(dǎo)件2的熱退化。在這些 聯(lián)接處，由于光纖熔接而產(chǎn)生的光學(xué)擾動將一些光學(xué)能量轉(zhuǎn)換到不再被光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)引導(dǎo) 的模態(tài)中。盡管熔接的過度損失可以被熔接之后的未包覆的光纖的玻璃一空氣界面引導(dǎo)， 任何在優(yōu)于所述低折射率聚合物的數(shù)值孔徑的數(shù)值孔徑下行進的光線在它到達已包覆光 纖界面時都被立刻剝除且被吸收在低折射率聚合物3和丙烯酸脂保護護套4中。接著，由 此導(dǎo)致的過熱可能引起光纖的低折射率聚合物3和丙烯酸酯保護護套4的熱退化，使得他 們甚至更多地吸收光線，最終引起熔接燃燒或融化和引發(fā)光纖激光器的災(zāi)難性的故障。Di Giovanni等人的美國專利6，515，994描述了一種用于檢測作為對光纖傳遞的光線的吸收 的結(jié)果而從光纖熔接發(fā)出的熱功率的技術(shù)。另一種在光纖激光器中的常見模式的故障出現(xiàn)在放大光纖在泵浦功率的進入點 之后的最初幾厘米中。在摻雜的光纖芯中，量子數(shù)虧損導(dǎo)致在玻璃主基質(zhì)中泵浦輻射被轉(zhuǎn) 變?yōu)闊崃俊＠?，鐿離子激光伴隨著大約20%的泵浦功率被轉(zhuǎn)變成熱量。在光纖芯中的相 關(guān)溫度升高接著導(dǎo)致低折射率聚合物3和光纖的丙烯酸酯保護護套4的溫度升高。對丙烯 酸酯光纖覆層的壽命研究建議將覆層溫度保持在80度以下。因此，商用高功率光纖激光器 經(jīng)常不得不設(shè)計成避免此類問題，方法是通過分配泵浦功率在多個進入點處從而防止覆層 溫度超過其工作溫度。圖2示出光纖裝置的示例性光纖部件，并且指出由于熱退化而引起的災(zāi)難性故障 的可能位置。Wetter等人的公開號2007/0206909的美國專利申請描述了一種用于高功率消散 的光纖部件封裝。圖3示出根據(jù)Wetter的一種用于光纖裝置12’的封裝10’。該光纖部件 封裝具有包圍光纖裝置12’的高導(dǎo)熱的封裝基板18’和20’，并且在每個端部具有固定光纖 裝置到所述基板上的粘合粘接部14’和16’。制造所述粘合粘接部的材料具有在濕熱中的 高透明度以及高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，并且能夠承受100度以上的溫度。然而，在Wetter文獻 中建議的粘合劑是熱的不良導(dǎo)體，它可能導(dǎo)致熱退化和故障。在F Wguin等人的“Tapered fused bundle coupler package for reliable high optical power dissipation" ( ^t纖激光器III 技術(shù)、系統(tǒng)和應(yīng)用，SPIE公報6102卷，2006)中已經(jīng)確認了粘合粘接部是熱 故障的常見原因這一事實。理想地，粘合粘接部應(yīng)該是熱的良導(dǎo)體并且是光學(xué)透明的。然 而，就本發(fā)明人所知，同時是熱的良導(dǎo)體和光學(xué)透明的粘合材料目前是無法得到的?？紤]到上述情況，仍需要一種簡單的能防止光纖部件在高功率運行時熱退化的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用于消散來自裝置的光纖部件的熱功率或光功 率的至少一個的封裝，所述封裝包括-用于容納所述光纖部件的散熱器封裝容器，所述散熱器封裝容器包括-用于接受光纖部件的溫度敏感部分的空腔；-用于容納光纖部件的輸入端的第一端；及-用于容納光纖部件的輸出端的第二端；及-用于消散熱功率或光功率的至少一個的功率消散性材料，所述功率消散性材料 在所述空腔內(nèi)延伸并圍繞光纖部件的所述溫度敏感部分。根據(jù)一個實施例，所述功率消散性材料可包括光學(xué)透明材料，所述光學(xué)透明材料 具有的增進在光纖部件內(nèi)的光線的全內(nèi)反射光學(xué)引導(dǎo)的折射率。根據(jù)另一實施例，功率消 散性材料可包括用于模態(tài)剝除的光學(xué)透明材料，其折射率等于或大于光纖部件的溫度敏感 部分的折射率。根據(jù)又一實施例，功率消散性材料包括可導(dǎo)熱材料。散熱器封裝容器可包括在空腔和散熱器封裝容器的所述第一端或所述第二端之 間延伸的至少一個通道，所述通道與光纖部件的包層緊密接觸以消散來自光纖部件的熱功 率或光功率的至少一個。所述封裝可包括靠近散熱器封裝容器的第一端和第二端的每一個的粘合劑，所述 粘合劑用于將光纖部件固定到散熱器封裝容器。散熱器封裝容器優(yōu)選包括散熱器基板和散熱器蓋，它們以基本匹配的關(guān)系接合而 限定所述空腔。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于消散來自裝置的光纖部件的熱功率或光功 率的至少一個的封裝，其中光纖部件具有導(dǎo)光芯和圍繞所述芯的包層。所述封裝包括用于 容納所述光纖部件的散熱器封裝容器，所述散熱器封裝容器包括-用于接受光纖部件的溫度敏感部分的空腔；-用于容納光纖部件的輸入端的第一端；-用于容納光纖部件的輸出端的第二端；及-在空腔和所述第一端及第二端中任一之間延伸的至少一個通道，所述通道與光 纖部件的包層緊密接觸以消散來自光纖部件的熱功率或光功率的至少一個。所述封裝可包括用于固定光纖部件到散熱器封裝容器的粘合劑，所述粘合劑放在 位于所述至少一個通道內(nèi)并且遠離空腔的粘合劑粘接位置。所述粘合劑的折射率可大于光 纖部件的包層的折射率。所述粘合劑優(yōu)選是光學(xué)透明且耐熱的。所述空腔可包括圍繞光纖部件的溫度敏感部分的對熱不敏感的氣體?？涨豢砂糜谙峁β驶蚬夤β实闹辽僖粋€的功率消散性材料，所述功率消散性材料圍繞光纖部件的溫度敏感部分。光纖部件的可被空腔接受的溫度敏感部分可被剝除包層。散熱器封裝容器優(yōu)選包括散熱器基板和散熱器蓋，它們以基本匹配的關(guān)系接合而 限定所述空腔。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種對裝置的高功率光纖部件進行封裝以消散來自 器的熱功率或光功率的至少一個的方法。所述方法包括下述步驟-將光纖部件插入到散熱器基板中，所述散熱器基板具有用于接受光纖部件的溫 度敏感部分的空腔；-將功率消散性材料引入到空腔中，所述功率消散性材料在空腔內(nèi)延伸并圍繞光 纖部件的溫度敏感部分以消散熱功率或光功率的至少一個；及-將散熱器蓋放置成與散熱器基板成基本匹配的關(guān)系，由此圍起光纖部件并封裝 所述光纖部件。所述引入功率消散性材料到空腔內(nèi)的步驟可包括液態(tài)地填充功率消散性材料到 空腔內(nèi)和使功率消散性材料固化在適當(dāng)位置。所述方法還包括下述步驟在靠近散熱器基板的末端的粘合劑粘接位置使用粘合 劑將光纖部件固定到散熱器基板。在插入光纖部件的步驟之前，所述方法還包括重新涂覆光纖部件的溫度敏感部分 的之前去覆層的部分的步驟根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種對裝置的高功率光纖部件進行封裝以消散來自 其的熱功率或光功率的至少一個的方法，其中光纖部件具有導(dǎo)光芯和圍繞所述芯的包層。 所述方法包括下述步驟-將光纖部件插入到散熱器基板中，所述散熱器基板具有用于接受光纖部件的溫 度敏感部分的空腔并具有在所述空腔和散熱器基板的一端之間延伸的用于接受光纖部件 的端部的至少一個通道，所述端部被安放成與所述至少一個通道緊密接觸以消散來自光纖 部件的端部的熱功率或光功率的至少一個；及-將散熱器蓋放置成與散熱器基板成基本匹配的關(guān)系，由此圍起光纖部件并封裝 所述光纖部件。所述插入光纖部件的步驟包括定位光纖部件使得光纖部件的包層不會延伸到所 述空腔中。所述封裝方法可還包括下述步驟在位于通道內(nèi)并遠離空腔的粘合劑粘接位置處 使用粘合劑將光纖部件固定到散熱器基板。根據(jù)一個實施例，所述方法可還包括將對熱不敏感的氣體引入到空腔中的步驟。根據(jù)另一實施例，所述方法可包括引入功率消散性材料到空腔中的步驟，所述功 率消散性材料在空腔內(nèi)延伸并圍繞光纖部件的溫度敏感部分以消散來自其的熱功率或光 功率的至少一個。所述引入功率消散性材料到空腔內(nèi)的步驟可包括液態(tài)地填充功率消散性 材料到空腔內(nèi)并使功率消散性材料固化在適當(dāng)位置。在插入光纖部件的步驟之前，所述方法可還包括重新涂覆光纖部件的溫度敏感部 分的之前去覆層的部分的步驟。參考附圖并閱讀優(yōu)選實施例，可更好地理解本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點。


為了更好地理解本發(fā)明以及展示出如何實施本發(fā)明，參考作為示例的以下附圖， 其中圖1 (現(xiàn)有技術(shù))示出典型的雙包層光纖。圖2(現(xiàn)有技術(shù))示出光纖裝置的示例性光纖部件以及由于熱退化而引起的災(zāi)難 性故障的可能位置。圖3(現(xiàn)有技術(shù))示出用于光纖部件的現(xiàn)有技術(shù)封裝的透視圖。圖4A示出本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例；圖4B為圖4A的部分A的細節(jié)圖。圖5A示出本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例；圖5B為圖5A的部分A的細節(jié)圖。圖6A示出本發(fā)明的第三優(yōu)選實施例；圖6B為圖6A的部分A的細節(jié)圖。圖7A示出本發(fā)明的第四優(yōu)選實施例；圖7B為圖7A的部分A的細節(jié)圖。圖8A示出本發(fā)明的第五優(yōu)選實施例；圖8B為圖8A的部分A的細節(jié)圖。
具體實施例方式以下參考附圖，更具體地說，參考圖4A到8B，來更全面地描述本發(fā)明，在附圖中相 同的附圖標(biāo)記從始至終指代相同的元件。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，下面的實施例僅作為示例給出并且所給出的特性絕非 要限制本發(fā)明的范圍。用于光纖部件的封裝參考圖4A到8B，本發(fā)明提供封裝10，用于消散來自裝置的光纖部件的熱功率和光 功率的至少一個，從而有利地防止或限制光纖部件的退化，由此保持組件及裝置的整體性 能。貫穿本申請，術(shù)語“功率”被理解為一般指能量傳遞的速度。熱量是由于溫度差異 的原因，能量從一個主體或系統(tǒng)到另一個主體或系統(tǒng)的傳遞。因此“熱功率”指能量在此類 主體或系統(tǒng)之間傳遞的速度。所述熱傳遞可以通過傳導(dǎo)(原子相互作用)、輻射(發(fā)出電 磁輻射)和對流(傳導(dǎo)及流體流動的結(jié)合效果)而發(fā)生。另一方面，“光功率”，有時也被叫 做“輻射功率”，一般用來指通過電磁輻射運輸能量的平均速度，即，每單位時間運輸?shù)墓饽?的量，例如呈現(xiàn)在光纖中一個位置處的光線的功率。應(yīng)該注意到，此處術(shù)語包層和覆層被可互換地使用以指代圍繞光纖的導(dǎo)光芯的層。光纖部件光纖部件可包括，但不限于，光纖、在光纖之間的熔接、光纖布拉格光柵(FBG)、增 益光纖、泵浦組合器、光纖錐形(taper)或模態(tài)欄適配器(mode field adaptor)、諸如錐形 的光纖束(TFB)的信號或泵浦組合器、光束輸送光纖等，或者上述內(nèi)容的任意組合。此處使 用的術(shù)語“光學(xué)”指電磁光譜，并且不限于電磁光譜的可見光部分。散熱封裝容器封裝包括用于容納光纖部件的散熱器封裝容器。如在圖4A中示出的封裝的典型 實施例中看到的那樣，散熱器容器19具有用于接受光纖部件30的溫度敏感部分的空腔M
8并且優(yōu)選包括散熱器基板18和匹配的散熱器蓋20。空腔M可以是在散熱器封裝容器19內(nèi)的中空部分，所述中空部分成形和定尺寸 以容納光纖部件30的溫度敏感部分。光纖部件30的溫度敏感部分是光纖部件中的這樣的部分其容易遭受過熱(并且 因而裝置或光纖部件的熱退化)或者是過熱的起因，所述裝置與例如剝除了覆層的一段光 纖、光纖熔接或者在泵浦功率的進入點之后的放大光纖的部分等光纖部件相關(guān)。在光纖接 合處(例如光纖熔接處)的光功率損失可能導(dǎo)致能量從光纖的芯中的被引導(dǎo)光線模式轉(zhuǎn)換 成在包層中的輻射模式，因此包層的過度加熱導(dǎo)致包層的熱退化。由于和泵浦光子至信號 光子的轉(zhuǎn)變有關(guān)的量子數(shù)虧損，在泵浦功率的進入點之后的放大光纖的部分也產(chǎn)生熱量。 此熱量通過熱傳導(dǎo)從導(dǎo)光的光纖芯消散出去，并轉(zhuǎn)而加熱光纖覆層。在特定水平上，熱量會 引起光纖覆層的機械和光學(xué)特性的永久退化。因此，所述溫度敏感部分直接或間接接觸散熱器封裝容器的材料，以允許傳導(dǎo)來 自溫度敏感部分的過多熱量一由此散熱器封裝容器19用來保護光纖部件不受過多熱量的 損害。因此，散熱器封裝容器19優(yōu)選具有良好的導(dǎo)熱性。它優(yōu)選由導(dǎo)熱的金屬、金屬合金 或復(fù)合材料構(gòu)成。為了便于制造散熱器封裝容器19，散熱器封裝容器19優(yōu)選由容易機加工 的材料制成，所述材料例如但不限于鋁或銅。有利的是，散熱器基板18和蓋20還充當(dāng)光纖 部件的機械防護部件。功率消散材料根據(jù)本發(fā)明的一個方面，封裝可包括用于消散熱功率及/或光功率的功率消散性 材料。應(yīng)該理解，功率消散包括(被動的或主動的)減弱、分散、移除及/或抽出以及功率的 控制，因此功率消散性材料可用于減弱(包括例如防止或最小化熱功率和光功率的損失)、 分散、移除、抽出以及以其他方式控制功率。功率消散性材料在空腔內(nèi)延伸并圍繞光纖部件的溫度敏感部分。功率消散性材料 可以填充整個空腔或僅僅填充空腔的一部分。有利的是，功率消散性材料25可充當(dāng)固定光 纖部件30到散熱器封裝容器19的手段。在圖8A和8B中示出封裝的一個示例性實施例中，其中功率消散性材料可用于消 散、減弱或移除光功率。在此實施例中，封裝用于保護圍繞兩個光纖12A和12B之間的光纖 熔接11的溫度敏感部分。光纖12A和12B的緊鄰熔接11的部分已經(jīng)在溶解準(zhǔn)備工序期間 被除去覆層。空腔M可以用功率消散性材料25填充，所述材料包括光學(xué)透明材料，該光學(xué) 透明材料具有適當(dāng)?shù)恼凵渎识兄谠诠饫w部件內(nèi)通過全內(nèi)反射引導(dǎo)光線，由此使光學(xué)損 失和有害的發(fā)熱最小化。因此，光學(xué)透明材料的折射率優(yōu)選低于或等于光纖12A和12B的 包層或覆層的折射率。這允許光線在有覆層的光纖22A和22B內(nèi)的芯內(nèi)傳播以繼續(xù)被光纖 12A和12B的芯引導(dǎo)，以及允許在有覆層的光纖22A和22B的包層或覆層中的任何過多的熱 量被消散掉?？蛇x地，空腔M可以用功率消散性材料25填充，所述材料包括圍繞溫度敏感 部分的光學(xué)透明材料，其用于剝除光線即將光線輻射開，例如，剝除源自注入到光纖22A的 包層中的過多功率的包層光線、從光纖12A和12B的芯移除高階模態(tài)光線、在光纖熔接11 的適當(dāng)位置處輻射開(radiating away)光功率損失。光學(xué)透明材料的折射率等于或大于 光纖部件的溫度敏感部分的折射率。還可選擇的，功率消散性材料25可具有吸收能力以吸 收在光纖部件內(nèi)行進的光線，例如，吸收在光纖熔接11的適當(dāng)位置處的源自從光纖12A行進到12B的光信號的光功率峰。鎵展現(xiàn)出這種吸收能力，并且可以充當(dāng)此種功率消散性材 料。功率消散性材料可包括導(dǎo)熱材料，例如金屬、金屬合金或復(fù)合物。導(dǎo)熱材料應(yīng)該具 有良好的導(dǎo)熱性。導(dǎo)熱材料可以以液態(tài)形式被引入到空腔中并允許其固化在適當(dāng)位置處。 導(dǎo)熱材料優(yōu)選具有較低熔點，以避免在導(dǎo)熱材料的液體填充期間損壞空腔中的光纖部件。 如在圖7A和7B中所看到的那樣，為了從泵浦包層移走過多的泵浦功率，包層光纖22已經(jīng) 被放在空腔M中并且從其上去除了泵浦包層的一部分。在此例中作為良好的導(dǎo)熱體的功 率消散性材料25被引入到空腔中。因而無覆層的光纖12被放置成與導(dǎo)熱體接觸。導(dǎo)熱體 吸收從光纖22的包層進入空腔M的過多的泵浦包層功率以及由此產(chǎn)生的熱量，由此減少 傳遞到泵浦光纖22的在另一端處的泵浦包層的泵浦功率和熱量的量。通道根據(jù)本發(fā)明的另一方面，散熱器封裝容器可包括在空腔和散熱器封裝容器的一端 之間延伸的至少一個通道，所述通道與光纖部件的包層緊密接觸，用于消散來自光纖部件 的熱功率及/或光功率。通道不需要在沿通道所有處均和包層緊密接觸，但是接觸長度越長，功率消散的 效果越好。如對圖4A和4B中的例子所看到的那樣，通道可以是散熱基板18中進一步由散 熱器蓋20限定的槽。它不需要在全長上都是相同的直徑，它的長度改變以適于將光纖部件 30放在其中。優(yōu)選地，散熱器封裝容器19包括進入通道17A和離開通道17B。進入通道 17A在散熱器封裝容器19的第一端19A和空腔M之間延伸，并且和光纖部件的輸入端30A 緊密接觸，用于消散來自光纖部件30的輸入端30A的熱功率及/或光功率。類似地，離開 通道17B在散熱器封裝容器19的第二端19B和空腔M之間延伸，并且和光纖部件30的輸 出端30B緊密接觸，用于消散來自光纖部件30的輸出端的熱功率及/或光功率。封裝10可包括位于散熱器封裝容器19的端部19A和19B附近的粘合劑粘接位置 14和16處的粘合劑，用于將光纖部件30固定到散熱器封裝容器19，并優(yōu)選為遠離包含光 纖部件30的溫度敏感部分的空腔24。以這種方式，任何在粘合劑位置處吸收的熱量都遠離 溫度敏感部分，從而防止對溫度敏感部分造成熱損壞。同樣優(yōu)選地，所用的粘合劑是透明的 和耐高溫的，以便將熱量從光纖部件30的外層(覆層/包層)消散到散熱器封裝容器19。 粘合劑的折射率可以進一步大于光纖部件的包層/覆層的折射率，以便從光纖部件30的外 層(覆層/包層)剝除不想要的光功率。有利的是，在空腔簡單地被填充了對溫度不敏感的氣體25B(例如空氣或惰性氣 體(例如氮))_所述氣體不算是理想的導(dǎo)熱體的情況中，通道17在光纖部件30的輸入及 /或輸出端30A和30B處提供需要的功率消散。示例性實施方式根據(jù)本發(fā)明的封裝的幾個示例性實施方式被示出在圖4A至8B中，并在下面對其 進行討論。在圖8A和8B中示出根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施方式的光纖封裝。封裝10包括 散熱器封裝容器19，該容器由散熱器基板19和匹配的散熱器蓋20構(gòu)成，用于容納光纖部 件30。散熱器容器19用來保護光纖部件30不受組件產(chǎn)生的過多的熱量的損害。通過讓光 纖部件30直接或間接接觸散熱器容器19，過多的熱量通過熱傳導(dǎo)從組件上消散掉。散熱
10器容器19具有用于接受光纖部件30的溫度敏感部分的腔M。它可包括通向腔M的用于 接受光纖部件30的有覆層光纖Q2A和22B)的至少一個通道17。該封裝用于保護光纖部 件30，尤其是圍繞兩個光纖12A和12B之間的光纖熔接11的溫度敏感部分。應(yīng)該注意到， 在這個實施例中，光纖12A、12B的緊鄰熔接11的部分保留未覆層的狀態(tài)。腔對用功率消 散性材料25填充，所述材料是光學(xué)透明材料并且其折射率低于或等于光纖12A和12B的包 層或覆層的折射率(例如，在如圖2所示的典型光纖中，折射率低于或等于泵浦引導(dǎo)包層的 低折射率聚合物幻，以保證光能，即，在光纖12A和12B中行進的光線留在光纖內(nèi)并且減弱 /減小產(chǎn)生的熱功率的量。(光纖部件30的位于腔對中的部分被用虛線畫出，以表示功率 消散性材料25的存在。)功率消散性材料25可以是UV固化的低折射率聚合物，例如SSCP PC 373 或 DSM Desotech Desolite DF0007 或環(huán)氧樹脂(例如 Angstrom Bond EX 1128) 在粘合劑粘接位置14和16處使用粘合劑將光纖部件固定到散熱器基板18，以分別將光纖 12A和12B的有覆層的部分22A和22B固定到其上。所用的粘合劑可以是具有高折射率的 光學(xué)環(huán)氧樹脂，例如Epoxy Technology 353ND化合物。粘合劑粘接位置14和16放置在離 熱量敏感部分22A、12A、11、12B、22B足夠遠處，以允許在散熱器容器19中適當(dāng)抽離熱量?？?選地，功率消散性材料25自身可被用于固定光纖在散熱器封裝容器19中。在這樣的實施 例中，不需要存在粘合劑粘接位置14和16。光纖封裝也可以裝備主動散熱器(未示出)， 例如但不限于熱電冷卻器(TEC)。參考圖5A和5B，示出了根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實施例的光纖封裝。光纖封裝10包 括散熱器容器19，其具有散熱器基板18和匹配的散熱器蓋20，并且優(yōu)選由具有良好的導(dǎo)熱 性并且容易機加工的材料(例如但不限于鋁或銅)制成。該封裝用于保護在兩個光纖12A 和12B(在熔接位置處以虛線示出)之間的光纖熔接11(以虛線示出)。之前在光纖熔接 11的準(zhǔn)備工序中是無覆層的光纖12A和12B，被用再涂材料13(例如但不限于，UV固化的低 折射率聚合物)重新涂覆。使用的UV固化的低折射率聚合物可以是例如SSCP PC 373或 DSM Desotech Desolite DF0007。使用優(yōu)選為既光學(xué)透明又耐熱的粘合劑，在粘合劑粘接 位置14和16將光纖固定到散熱器18。粘合劑粘接位置放置成離熱量敏感部分22A、12A、 11、12B、22B足夠遠，以允許在散熱器18中適當(dāng)抽離熱量，例如它們放置在遠離空腔M的 通道17的端部處。為了分別消散再涂材料13和光纖12A和12B的覆層22A和22B中的熱 量，空腔M被為熱的良導(dǎo)體的功率消散性材料25填充。(光纖部件30的位于空腔M內(nèi) 的部分以虛線示出，以表示功率消散性材料25的存在。)導(dǎo)熱材料可以由金屬、金屬合金 或任何適合的復(fù)合物制成。為了用導(dǎo)熱體填充空腔對，可以首先將導(dǎo)熱體加熱到其熔點之 上，再灌入以填充腔對。然后讓導(dǎo)熱體冷卻并固化在空腔M內(nèi)。像這樣的情況，導(dǎo)熱體優(yōu) 選是具有低熔點的材料，例如鎵，以便防止液體的導(dǎo)熱體對溫度敏感的熔接11造成損害。參考圖4A和4B，示出了根據(jù)本發(fā)明第三優(yōu)選實施例的光纖封裝。光纖封裝10包 括具有散熱器基板18的散熱器容器9，散熱器容器19用于容納光纖裝置組件并引導(dǎo)熱量離 開所述光纖裝置組件，以及用于將光纖裝置圍在散熱器容器19中的匹配的散熱器蓋20。散 熱器容器19具有用于接受光纖部件30的溫度敏感部件的空腔M，并包括進入通道17A和 離開通道17B。進入通道17A在散熱器封裝容器19的第一端19A和空腔M之間延伸，并且 和光纖部件的輸入端30A緊密接觸，用于消散來自光纖部件的輸入端30A的熱功率及/或 光功率。類似地，離開通道17B在散熱器封裝容器19的第二端19B和空腔M之間延伸，并且與光纖部件30的輸出端30B緊密接觸，用于消散來自光纖部件30的輸出端的熱功率及/ 或光功率。通過將過多的熱量從部件消散開，散熱器基板18和散熱器蓋20用來保護光纖 裝置部件不受部件產(chǎn)生的過多的熱量損害。因此，散熱器18和20優(yōu)選由具有良好的導(dǎo)熱 性且容易機加工的材料(例如但不限于，鋁或銅)制成。有利的是，散熱器容器和蓋還充當(dāng) 光纖裝置部件的機械防護結(jié)構(gòu)。該封裝用于保護光纖裝置部件30，尤其是在兩個光纖12A 和12B之間的光纖熔接11。應(yīng)該注意到，光纖12A和12B的緊鄰熔接11的部分是無覆層 的。為了消散光纖12A和12B的光纖覆層22A和22B中的熱量，光纖的有覆層部分位于建 立在散熱器基板18中的足夠長的通道17A和17B中，這些通道與覆層緊密接觸以促使它們 之間有足夠的熱交換。優(yōu)選地，光纖的覆層22A和22B沒有任何部分從散熱器18的通道突 出到空腔M中。用空氣或任何對熱不敏感的氣體25B(例如惰性氣體像氮)填充空腔M。 在粘合劑粘接位置14和16使用粘合劑將光纖部件固定到散熱器基板18，以固定光纖12A 和12B的有覆層部分在通道17A和17B的最遠離空腔M的端部處。所用的粘合劑可以例 如是光學(xué)環(huán)氧樹脂例如Epoxy Technology 353 ND化合物。粘合劑粘接位置14和16放置 成離空腔24足夠遠，以允許在散熱器容器19的通道17A和17B中適當(dāng)抽離熱量。參考圖6A和6B，示出了根據(jù)本發(fā)明第四優(yōu)選實施例的光纖封裝。光纖封裝10包 括散熱器封裝容器19，其具有散熱器基板18和散熱器蓋20并優(yōu)選由容易機加工的導(dǎo)熱良 好的材料(例如但不限于，鋁或銅)制成。該封裝用于保護兩個光纖12A和12B之間的光 纖熔接11。為了消散光線覆層22A和22B中的熱量，有覆層的光纖位于散熱器基板18內(nèi)足 夠長的通道17中，在那里使用高折射率光學(xué)粘合劑分別在粘合劑粘接位置14和16將有覆 層的光纖固定在通道17內(nèi)并且在通道17的離空腔最遠的端部處。所述高折射率光學(xué)粘合 劑的折射率大于光纖的聚合物覆層的折射率并充當(dāng)對覆層中傳播的光功率的模式剝除器。 優(yōu)選地，所述高折射率光學(xué)粘合劑是高度透明的、高度耐熱的并且具有最小的厚度。在優(yōu)選 實施例中，所用的光學(xué)粘合劑可以是例如Epoxy Technology 353ND。用空氣或任何對熱不 敏感的氣體25B (例如但不限于，氮)來填充空腔M。參考圖7A和7B，示出了根據(jù)本發(fā)明的第五優(yōu)選實施例的用于除去過多光功率的 光纖封裝。該光纖封裝可用于除去例如放大的自發(fā)輻射(ASE)及/或光信號的一部分，及/ 或未吸收的殘余泵浦功率。就像前面的示例性實施方式一樣，光纖封裝10包括散熱器封裝 容器19，其具有散熱器基板18和散熱器蓋20并優(yōu)選由容易機加工的導(dǎo)熱良好的材料(例 如但不限于，鋁或銅)制成。封裝10用于從光纖部件30除去過多的泵浦功率。為了除去 過多的泵浦功率，從光纖上去掉一段覆層。光纖的去覆層的區(qū)域12被放在空腔M內(nèi)，而空 腔M被功率消散性材料25尤其是低熔點的導(dǎo)熱體(例如但不限于，鎵)填充。(應(yīng)該注 意到，光纖部件30的位于空腔M中的部分被用虛線畫出，以表示功率消散性材料25的存 在。)可選地，可以用折射率等于或高于泵浦導(dǎo)件的折射率的聚合物材料重新涂覆所述無覆 層區(qū)域12。在優(yōu)選實施例中，所用的聚合物可以是例如DSM Desotech DSM950-200。為了 用導(dǎo)熱體填充空腔對，首先將導(dǎo)熱體加熱至超過其熔點，再將其灌入空腔M中。然后讓導(dǎo) 熱體冷卻并再次變?yōu)楣虘B(tài)。為了提高從光纖部件的功率抽離效率，可以將光纖路徑做成彎 曲的以引入彎曲損失。在粘合劑粘接位置14和16處使用粘合劑將光纖部件固定到散熱器 基板18。封裝方法
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，還提供對應(yīng)的封裝所述裝置的光纖部件的方法，以用于 消散來自所述光纖部件的熱功率或光功率的至少一個。大致上，所述方法包括下列步驟-將光纖部件插入到散熱器基板中，所述基板具有用于接受光纖部件的溫度敏感 部分的空腔；及-安放散熱器蓋使其與散熱器基板是基本匹配的關(guān)系，由此圍起光纖部件并封裝 光纖部件。通過將溫度敏感部分放在提供在散熱器基板內(nèi)的空腔中，使光纖部件被插入到散 熱器封裝容器的散熱器基板中。如果散熱器基板包括在空腔和散熱器基板之間延伸的通 道，那么光纖部件的端部被插入到這個通道中使其與通道緊密接觸，以用于從光纖部件的 端部消散熱功率及/或光功率。光纖部件可以定位成使得光纖部件的包層不會延伸到空腔 中，從而使能進入空腔的過多熱量的量最少。在光纖部件的溫度敏感部分已經(jīng)被剝除(即， 去除)了其覆層/包層的情形中，在插入光纖部件到散熱器基板之前，光纖部件的溫度敏感 部分的之前無覆層/去包層的部分可以被重新涂覆/重新包層。為了固定光纖部件到散熱器基板，粘合劑被放在靠近散熱器基板的端部的粘合劑 粘接位置。如果散熱器基板設(shè)置有一個或更多通道，則粘合劑可以放在位于通道的離空腔 最遠的端部處的粘合劑粘接位置。所用的粘合劑可以是光學(xué)透明且耐熱的。它的折射率可 以等于或大于光纖部件的包層/覆層的折射率，以便從光纖部件的包層/覆層除去過多的 功率。所述對應(yīng)的方法還可包括下述步驟引入功率消散性材料到空腔內(nèi)，所述功率消 散性材料在空腔內(nèi)延伸并圍繞光纖部件的溫度敏感部分，用于消散來自其上的熱功率及/ 或光功率。所述功率消散性材料可以在液態(tài)形式下引入到空腔中并被允許固化在適當(dāng)位 置。優(yōu)選地，功率消散性材料的熔化溫度足夠低以便不會損壞光纖部件。在散熱器基板包括 從空腔延伸的至少一個功率消散通道的情形中，空腔可以簡單地用對熱不敏感的氣體(例 如空氣或惰性氣體像氮)來填充。引入周圍氣體不需要專門的技術(shù)。然而，優(yōu)選的是一旦 封裝被組裝完就進行惰性氣體的引入。可以使用注射器將它注入到空腔中，或者可以在惰 性氣體氛圍中完成封裝以保證空腔被惰性氣體填充。為了完成光纖部件的封裝，散熱器蓋被放置成與散熱器基板成基本匹配的關(guān)系， 由此將光纖部件封在封裝內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認識到，本發(fā)明提供有效且簡單的裝置以防止光纖部件的熱退化。有利的是，本發(fā)明允許將熱功率及/或光功率從光纖部件的溫度敏感部分消散 開。同樣有利的是，本發(fā)明允許除去在光學(xué)裝置部件的光纖包層中行進的光功率。有利的是，通過將散熱器安放為與遭受過多加熱的材料直接接觸同時將粘合劑粘 接移到離關(guān)鍵區(qū)域足夠遠的距離處，本發(fā)明能夠減小熱退化的風(fēng)險。當(dāng)然，可以不偏離本發(fā)明的范圍對上面描述的實施例作出各種修改。
權(quán)利要求
1.一種用于消散來自裝置的光纖部件的熱功率或光功率的至少一個的封裝，所述封裝 包括-用于容納所述光纖部件的散熱器封裝容器，所述散熱器封裝容器包括-用于接受光纖部件的溫度敏感部分的空腔；-用于容納光纖部件的輸入端的第一端；及-用于容納光纖部件的輸出端的第二端；及-用于消散熱功率或光功率的至少一個的功率消散性材料，所述功率消散性材料在所 述空腔內(nèi)延伸并圍繞光纖部件的所述溫度敏感部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝，其中所述功率消散性材料包括光學(xué)透明材料，所述光 學(xué)透明材料具有增進在光纖部件內(nèi)的光線的全內(nèi)反射光學(xué)引導(dǎo)的折射率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝，其中功率消散性材料包括用于模態(tài)剝除的光學(xué)透明材 料，所述光學(xué)透明材料的折射率等于或大于光纖部件的溫度敏感部分的折射率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝，其中功率消散性材料具有吸收在光纖部件內(nèi)行進的光 線的吸收能力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝，其中功率消散性材料包括鎵。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝，其中功率消散性材料包括導(dǎo)熱材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝，其中所述導(dǎo)熱材料包括金屬或金屬合金。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝，其中功率消散性材料填充所述空腔。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝，其中散熱器封裝容器還包括在空腔和散熱器封裝容器 的所述第一端或所述第二端之間延伸的至少一個通道，所述通道與光纖部件的包層緊密接 觸以用于消散來自光纖部件的熱功率或光功率的至少一個。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝，其中散熱器封裝容器還包括-在第一端和空腔之間延伸的進入通道，所述進入通道與光纖部件的輸入端緊密接觸， 用于消散來自光纖部件的輸入端的熱功率或光功率的至少一個；及-在第二端和空腔之間延伸的離開通道，所述離開通道與光纖部件的輸出端緊密接觸， 用于消散來自光纖部件的輸出端的熱功率或光功率的至少一個。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝，還包括靠近散熱器封裝容器的第一端和第二端的每 一個的粘合劑，所述粘合劑用于將光纖部件固定到散熱器封裝容器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的封裝，其中所述粘合劑是光學(xué)透明且耐熱的。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝，其中散熱器封裝容器包括以大致匹配的關(guān)系接合以 限定所述空腔的散熱器基板和散熱器蓋。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的封裝，其中散熱器基板和散熱器蓋由導(dǎo)熱的金屬或金屬合 金構(gòu)成。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的封裝，其中所述導(dǎo)熱的金屬或金屬合金包括鋁或銅。
16.一種用于消散來自裝置的光纖部件的熱功率或光功率的至少一個的封裝，光纖部 件具有導(dǎo)光芯和圍繞所述芯的包層，所述封裝包括-用于容納所述光纖部件的散熱器封裝容器，所述散熱器封裝容器包括-用于接受光纖部件的溫度敏感部分的空腔；-用于容納光纖部件的輸入端的第一 端；-用于容納光纖部件的輸出端的第二端；及-在空腔和所述第一端及第二端中任一端之間延伸的至少一個通道，所述通道與光纖部件的包層緊密接觸，用于消散來自光纖部件的 熱功率或光功率的至少一個。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的封裝，還包括用于固定光纖部件到散熱器封裝容器的粘合 劑，所述粘合劑放在位于所述至少一個通道內(nèi)并且遠離空腔的粘合劑粘接位置處。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的封裝，其中所述至少一個通道包括在第一端和空腔之間延 伸的進入通道和在第二端和空腔之間延伸的離開通道。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的封裝，還包括用于固定光纖部件到散熱器封裝容器的粘合 劑，所述粘合劑放在分別位于所述進入通道和所述離開通道內(nèi)且遠離空腔的粘合劑粘接位 置處。
20.根據(jù)權(quán)利要求17或19所述的封裝，其中所述粘合劑是光學(xué)透明且耐熱的。
21.根據(jù)權(quán)利要求17或19所述的封裝，其中所述粘合劑的折射率大于光纖部件的包層 的折射率。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的封裝，其中所述空腔包括圍繞光纖部件的溫度敏感部分的 對熱不敏感的氣體。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的封裝，其中所述圍繞光纖部件的溫度敏感部分的所述對熱 不敏感的氣體是空氣或惰性氣體。
24.根據(jù)權(quán)利要求16所述的封裝，其中空腔包含用于消散熱功率或光功率的至少一個 的功率消散性材料，所述功率消散性材料圍繞光纖部件的溫度敏感部分。
25.根據(jù)權(quán)利要求16所述的封裝，其中散熱器封裝容器包括以大致匹配的關(guān)系接合以 限定所述空腔的散熱器基板和散熱器蓋。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的封裝，其中散熱器基板和散熱器蓋由導(dǎo)熱的金屬材料構(gòu)成。
27.一種對裝置的高功率光纖部件進行封裝的方法，所述方法包括下述步驟-將光纖部件插入到散熱器基板中，所述散熱器基板具有用于接受光纖部件的溫度敏 感部分的空腔；-將功率消散性材料引入到空腔中，所述功率消散性材料在空腔內(nèi)延伸并圍繞光纖部 件的溫度敏感部分，用于消散熱功率或光功率的至少一個；和-將散熱器蓋放置成與散熱器基板成大致匹配的關(guān)系，由此圍起光纖部件并封裝所述 光纖部件。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的封裝方法，還包括下述步驟在靠近散熱器基板的末端的 粘合劑粘接位置處使用粘合劑將光纖部件固定到散熱器基板。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的封裝方法，其中插入光纖部件的步驟還包括將光纖部件的 端部插入到在空腔和散熱器基板的一端之間延伸的通道內(nèi)，所述端部安放成與所述通道緊 密接觸。
30.根據(jù)權(quán)利要求四所述的封裝方法，還包括下述步驟在位于通道內(nèi)且遠離空腔的 粘合劑粘接位置處使用粘合劑將光纖部件固定到散熱器基板。
31.根據(jù)權(quán)利要求洲或30所述的封裝方法，其中所述粘合劑是光學(xué)透明且耐熱的。
32.根據(jù)權(quán)利要求27所述的封裝方法，其中所述引入功率消散性材料到空腔內(nèi)的步驟 包括液態(tài)地填充功率消散性材料到空腔內(nèi)和使功率消散性材料固化在適當(dāng)位置。
33.根據(jù)權(quán)利要求27所述的封裝方法，還包括在插入光纖部件的步驟之前重新涂覆光 纖部件的溫度敏感部分的之前去覆層的部分的步驟。
34.一種對裝置的高功率光纖部件進行封裝的方法，其中光纖部件具有導(dǎo)光芯和圍繞 所述導(dǎo)光芯的包層，所述方法包括下述步驟-將光纖部件插入到散熱器基板中，所述散熱器基板具有用于接受光纖部件的溫度敏 感部分的空腔，并且具有在所述空腔和散熱器基板的一端之間延伸的用于接受光纖部件的 端部的至少一個通道，所述端部被安放成與所述至少一個通道緊密接觸；和-將散熱器蓋放置成與散熱器基板成大致匹配的關(guān)系，由此圍起光纖部件并封裝所述 光纖部件。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的封裝方法，其中所述插入光纖部件的步驟包括定位光纖部 件使得光纖部件的包層不會延伸到所述空腔中。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的封裝方法，還包括下述步驟在位于通道內(nèi)并遠離空腔的 粘合劑粘接位置處使用粘合劑將光纖部件固定到散熱器基板。
37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的封裝方法，還包括將對熱不敏感的氣體引入到空腔中的步馬聚ο
38.根據(jù)權(quán)利要求34所述的封裝方法，還包括引入功率消散性材料到空腔中的步驟， 所述功率消散性材料在空腔內(nèi)延伸并圍繞光纖部件的溫度敏感部分。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的封裝方法，其中引入功率消散性材料到空腔內(nèi)的步驟包括 液態(tài)地填充功率消散性材料到空腔內(nèi)并使功率消散性材料固化在適當(dāng)位置。
40.根據(jù)權(quán)利要求34所述的封裝方法，還包括在插入光纖部件的步驟之前重新涂覆光 纖部件的溫度敏感部分的之前去覆層的部分的步驟。
全文摘要
一種用于消散來自裝置的光纖部件的熱功率或光功率的至少一個的封裝。所述封裝包括用于容納所述光纖部件的散熱器封裝容器，所述散熱器封裝容器具有用于接受光纖部件的溫度敏感部分的空腔。根據(jù)一個方面，所述封裝可包括用于消散熱功率或光功率的功率消散性材料，所述功率消散性材料在所述空腔內(nèi)延伸并圍繞光纖部件的所述溫度敏感部分。根據(jù)另一方面，封裝可包括在空腔和散熱器封裝容器的末端之間延伸的至少一個通道，所述通道與光纖部件的包層緊密接觸，用于消散來自光纖部件的熱功率及/或光功率。
文檔編號H05K7/20GK102124383SQ200980131886
公開日2011年7月13日 申請日期2009年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月25日
發(fā)明者斯特凡娜·沙蒂紐 申請人:科拉克蒂夫高科技公司