一种用于光纤的气密性封装方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于光纤的气密性封装方法，该方法包括：将待气密封装的光纤开出裸纤窗口；清洁光纤；在裸纤窗口上覆盖陶瓷胶；陶瓷胶固化后，将光纤穿设于模块盒的通孔内；添加焊料；加热模块盒使焊料融化；最后降温。在上述气密性封装方法中，采用热膨胀系数和光纤接近的陶瓷胶预先成型于光纤上，由于两者之间的热膨胀系数几乎匹配，从而可以减小光纤在气密性封装时受到的压应力，保证了光纤的偏振特性以及消光比。
【专利说明】一种用于光纤的气密性封装方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光通讯【技术领域】，特别涉及一种用于光纤的气密性封装方法。
【背景技术】
[0002]光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。光纤的种类很多，根据用途不同，所需要的功能和性能也有所差异。其中，保偏光纤可以传输线偏振光，一般在对偏振态比较敏感的仪器中应用，如干涉仪或激光器，或是用在光源与外调制器之间的连接中等等，在航天、航空、航海、工业制造技术及通信等国民经济的各个领域中均有应用。在以光学相干检测为基础的干涉型光纤传感器中，使用保偏光纤能够保证线偏振方向不变，提高相干信躁比，以实现对物理量的高精度测量。
[0003]在光通讯和传感器领域中，广泛使用气密光纤制作成器件进行信号传输。现阶段，光纤气密性组件一般通过焊接方式令光纤与模块盒之间实现气密性连接，这种焊接可以使整个器件的漏气率小于lX10_8atm.CC/s。焊接时，通过加热模块盒，模块盒将热量传递至焊料上使焊料融化。一般来说，焊接光纤一般使用焊锡(镀金光纤才能用焊锡焊接)或者低温玻璃焊料。为了减少成本，该密封方式一般是:首先剥掉光纤涂覆层，然后用低温玻璃焊料与金属管壳焊接的方式进行密封。其结构如图1所示，011表示光纤、012表示玻璃焊料、013表示金属管壳。也有些生产商会在内部光纤裸纤处填充环氧树脂，但树脂的热膨胀系数一般在500-600 X 10_7/K，与光纤5Χ 10_7/Κ的热膨胀系数相差较大。在焊接的较大温差下保偏光纤会承受的压应力较大，影响偏振特性。
[0004]并且，低温玻璃焊料的热膨胀系数为60Χ10_7/Κ，合金管的热膨胀系数为49 X 10_7/Κ，而光纤的热膨胀系数为5 X 10_7/Κ，可知，焊锡的热膨胀系数大约比光纤的热膨胀系数高两个数量级，玻璃焊料热膨胀系数大约比光纤高一个数量级。由于光纤膨胀系数与焊料之间的差异，焊料融化回温至常温后会对保偏光纤造成收缩应力，使得偏振特性被降低，从而会造成保偏光纤消光比特性大大降低。例如，保偏光纤与位移探测传感器、光谱干涉仪器或定点探测器相结合时，所要求的消光比为20db或更大，并且随着消光比的增加，相对于光纤的偏差，精确度方面也会减退。其中，消光比是指检偏振器相对于被检偏振器的最大透过光强与最小透过光强之比。
[0005]因此，如何既保证光纤气密性，又减小光纤焊接时所承受的应力，从而不影响光学参数，这一直是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明提供了一种用于光纤的气密性封装方法，采用热膨胀系数和光纤接近的陶瓷胶预先成型于光纤上，由于两者之间的热膨胀系数几乎匹配，从而可以减小光纤在气密性封装时受到的压应力，保证了光纤的偏振特性以及消光比。
[0007]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0008]一种用于光纤的气密性封装方法，包括:[0009]步骤A:将待气密封装的光纤开出裸纤窗口 ；
[0010]步骤B:清洁所述光纤；
[0011]步骤C:在所述裸纤窗口上覆盖陶瓷胶；
[0012]步骤D:所述陶瓷胶固化后，将所述光纤穿设于模块盒的通孔内；
[0013]步骤E:添加焊料；
[0014]步骤F:加热所述模块盒使所述焊料融化；
[0015]步骤G:降温。
[0016]优选地，在上述气密性封装方法中，步骤G之后还包括:
[0017]步骤H:在位于所述模块盒端部位置的所述光纤上设置环氧胶水；
[0018]步骤1:放入高低温循环箱中循环。
[0019]优选地，在上述气密性封装方法中，所述模块盒的一端设置有用于填充所述焊料的第一沉孔，另一端设置有用于填充所述环氧胶水的第二沉孔，所述模块盒一端的所述环氧胶水覆盖于所述第一沉孔的外侧，另一端的所述环氧胶水填充于所述第二沉孔内。
[0020]优选地，在上述气密性封装方法中，所述第一沉孔和所述第二沉孔同轴，且两者之间同轴设置有定位阶梯孔，所述定位阶梯孔中靠近所述第二沉孔的一端直径较小且与所述光纤的直径适配，所述定位阶梯孔中靠近所述第一沉孔的一端直径较大且与固化后的所述陶瓷胶的直径适配。
[0021]优选地，在上述气密性封装方法中，步骤B具体为:用无尘纸粘酒精擦拭所述光纤，然后用酒精振洗，最后用氮气吹干。
[0022]优选地，在上述气密性封装方法中，步骤C具体为:
[0023]步骤Cl:将所述光纤放置于成型模具中的成型阶梯孔内，所述成型阶梯孔中直径较小的一端与所述光纤适配，直径较大的一端与需要定型的所述陶瓷胶的形状适配；
[0024]步骤C2:灌入所述陶瓷胶；
[0025]步骤C3:所述陶瓷胶固化成型。
[0026]优选地，在上述气密性封装方法中，所述成型模具包括底块和上盖，所述底块和所述上盖上分别设置有第一阶梯槽和第二阶梯槽，所述第一阶梯槽和所述第二阶梯槽构成所述成型阶梯孔。
[0027]优选地，在上述气密性封装方法中，所述底块和所述上盖中，一个设置有导向柱，另一个设置有与所述导向柱适配且位置对应的定位孔。
[0028]优选地，在上述气密性封装方法中，所述成型模具为硅胶模具。
[0029]优选地，在上述气密性封装方法中，步骤I具体为:放入高低温循环箱中循环23至25小时。
[0030]从上述技术方案可以看出，本发明提供气密性封装方法中，首先在光纤的裸线窗口上，固化形成陶瓷胶裹覆层，让陶瓷胶把光纤的裸纤窗口处用于焊接的位置保护起来；然后再把带有陶瓷胶的光纤一起穿入需要焊接的模块盒中，在陶瓷胶外用焊料与模块盒相焊接；之后对模块盒进行加热，在加热过程中，陶瓷胶承受焊料收缩形成的压应力，而光纤基本或者很少承受压应力，从而维持光纤的偏振特性；最后，在加热装置上拆下带光纤的模块盒。进一步地，在带光纤的模块盒冷却之后，在模块盒两端与焊接光纤接触的位置分别填充上环氧胶水，以进一步确保光纤的气密性。[0031]在上述技术方案中，陶瓷胶的热膨胀系数在4.5X10_7/K到5.5X10_7/K之间，由于本发明使用的陶瓷胶与光纤之间的热膨胀系数差值为0.5Χ10-7/Κ，甚至更小，使得最大限度的抑制了由于热膨胀系数的差异所引起的影响，所以能够有效地防止光纤的偏振特性降低(故尤其适用于保偏光纤的气密性封装)，更好地保证光纤的消光比。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]为了更清楚地说明本发明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要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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获得其他的附图。
[0033]图1为现有技术中的光纤进行气密性封装的结构示意图；
[0034]图2为本发明实施例提供的设置有裸纤窗口的光纤的结构示意图；
[0035]图3为本发明实施例提供的成型模具的底块的半剖图；
[0036]图4为本发明实施例提供的成型模具的底块与光纤之间的位置对应结构示意图；
[0037]图5为本发明实施例提供的成型模具与光纤之间的安装结构示意图；
[0038]图6为本发明实施例提供的灌注有陶瓷胶的成型模具的结构示意图；
[0039]图7为本发明实施例提供的陶瓷胶与成型模具的底块之间的位置对应结构示意图；
[0040]图8为本发明实施例提供的设置有陶瓷胶的光纤的结构示意图；
[0041]图9为本发明实施例提供的成型模具的底块的正视图；
[0042]图10为本发明实施例提供的成型模具的底块的轴测图；
[0043]图11为本发明实施例提供的成型模具的上盖的正视图；
[0044]图12为本发明实施例提供的成型模具的上盖的轴测图；
[0045]图13为本发明实施例提供的固化后的圆柱形陶瓷胶的半剖图；
[0046]图14为本发明实施例提供的固化后的圆柱形陶瓷胶的整体结构示意图；
[0047]图15为本发明实施例提供的模块盒的半剖图；
[0048]图16为本发明实施例提供的模块盒的整体结构示意图；
[0049]图17为本发明实施例提供的模块盒与光纤之间的安装结构示意图；
[0050]图18为本发明实施例提供的模块盒与光纤之间设置有焊料的结构示意图；
[0051]图19为本发明实施例提供的焊料融化后的结构示意图；
[0052]图20为本发明实施例提供的环氧胶水在模块盒上的设置位置及结构示意图；
[0053]图21为本发明实施例提供的用于光纤的气密性封装方法的工艺流程图。
[0054]其中，101-裸纤窗口，102-底块，103-上盖，104-定位孔，105-光纤，106-陶瓷胶，107-导向柱，201-模块盒，202-焊料，203-环氧胶水，204第二沉孔，205-第一沉孔。
【具体实施方式】
[0055]本发明公开了一种用于光纤的气密性封装方法，采用热膨胀系数和光纤接近的陶瓷胶预先成型于光纤上，由于两者之间的热膨胀系数几乎匹配，从而可以减小光纤在气密性封装时受到的压应力，保证了光纤的偏振特性以及消光比。[0056]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0057]请参阅图2-图21，图2为本发明实施例提供的设置有裸纤窗口的光纤的结构示意图，图3为本发明实施例提供的成型模具的底块的半剖图，图4为本发明实施例提供的成型模具的底块与光纤之间的位置对应结构示意图，图5为本发明实施例提供的成型模具与光纤之间的安装结构示意图，图6为本发明实施例提供的灌注有陶瓷胶的成型模具的结构示意图，图7为本发明实施例提供的陶瓷胶与成型模具的底块之间的位置对应结构示意图，图8为本发明实施例提供的设置有陶瓷胶的光纤的结构示意图，图9为本发明实施例提供的成型模具的底块的正视图，图10为本发明实施例提供的成型模具的底块的轴测图，图11为本发明实施例提供的成型模具的上盖的正视图，图12为本发明实施例提供的成型模具的上盖的轴测图，图13为本发明实施例提供的固化后的圆柱形陶瓷胶的半剖图，图14为本发明实施例提供的固化后的圆柱形陶瓷胶的整体结构示意图，图15为本发明实施例提供的模块盒的半剖图，图16为本发明实施例提供的模块盒的整体结构示意图，图17为本发明实施例提供的模块盒与光纤之间的安装结构示意图，图18为本发明实施例提供的模块盒与光纤之间设置有焊料的结构示意图，图19为本发明实施例提供的焊料融化后的结构示意图，图20为本发明实施例提供的环氧胶水在模块盒上的设置位置及结构示意图，图21为本发明实施例提供的光纤气密性封装方法的工艺流程图。
[0058]本发明实施例提供的用于光纤的气密性封装方法，包括:
[0059]步骤A:首先将待气密封装的光纤105用加热剥皮器开一个大约3_左右的裸纤窗口 101,开好窗口的光纤如图2所不；
[0060]步骤B:清洁光纤105，具体为，用无尘纸粘酒精擦拭光纤105，然后用酒精振洗，最后用氮气吹干；
[0061]步骤C:在裸纤窗口 101上覆盖陶瓷胶106，如图8所示，裸纤窗口 101的一端覆盖有陶瓷胶106，另一端裸露设置不涂覆陶瓷胶106 ；
[0062]步骤D:陶瓷胶106固化后，将光纤105穿设于模块盒201的通孔内，如图17所示；
[0063]步骤E:添加焊料202，如图18和图19所示，在具体实施例中，焊接光纤一般使用焊锡(镀金光纤才能用焊锡焊接)或者低温玻璃焊料；
[0064]步骤F:加热模块盒201使焊料202融化；
[0065]步骤G:采取合适的降温曲线进行降温。
[0066]为了进一步增加光纤的气密性，步骤G之后还包括:
[0067]步骤H:在位于模块盒201端部位置的光纤105上设置环氧胶水203，如图20所示；
[0068]步骤1:放入高低温循环箱中循环23至25小时，优选为24小时。
[0069]在此需要进一步说明的是，上述陶瓷胶是指具有防水、防潮和隔绝空气性质且具有良好气密性的陶瓷胶，在现有技术中一般用于室内地面封闭或装饰等施工领域。
[0070]可见，本发明实施例提供的气密性封装方法中，首先在光纤105的裸线窗口 102上固化形成圆柱形陶瓷胶106，让陶瓷胶把光纤的裸纤窗口 102处用于焊接的位置保护起来；然后再把带有陶瓷胶106的光纤105 —起穿入需要焊接的模块盒201中，在陶瓷胶106外用焊料202与模块盒201相焊接；之后对模块盒201进行加热，在加热过程中，陶瓷胶106承受焊料202收缩形成的压应力，而光纤基本或者很少承受压应力，从而维持光纤的偏振特性；最后，在加热装置上拆下带光纤105的模块盒201，在冷却后的模块盒201两端与焊接光纤接触的位置分别填充上环氧胶水203，以进一步确保其气密性。
[0071]在上述技术方案中，陶瓷胶的热膨胀系数在4.5X10_7/K到5.5X10_7/K之间，由于本发明使用的陶瓷胶106与光纤105之间的热膨胀系数差值为0.5Χ10_7/Κ，甚至更小，使得最大限度的抑制了由于热膨胀系数的差异所引起的影响，所以能够有效地防止光纤的偏振特性降低(故尤其适用于保偏光纤的气密性封装)，更好地保证光纤的消光比。
[0072]以一个具体实施例进行对比说明:现有技术中，直接用低温玻璃焊料与光纤相焊接，假设光纤与焊料的接触长度为0.5mm，若在175°的焊接温差下，两种材料的膨胀差值为0.48um，这两个差值将导致较大的压应力；而如果用膨胀系数为4.5 X IO-7A的陶瓷胶裹住光纤，那么，两者之间的热膨胀系数差值仅为0.0043um，这个量级的差异几乎不会产生明显的压应力。在优选地具体实施例中，可以优先选择与光纤热膨胀系数完全相同的陶瓷胶，在这种情况下，两者的热膨胀系数差值为0/K，光纤的保偏特性也会最好地得到保护。
[0073]请参阅图15和图16，在具体实施例中，模块盒201的一端设置有用于填充焊料202的第一沉孔205,另一端设置有用于填充环氧胶水203的第二沉孔204 ;第一沉孔205和第二沉孔204同轴，且两者之间同轴设置有定位阶梯孔，定位阶梯孔中靠近第二沉孔204的一端直径较小且与光纤的直径适配，定位阶梯孔中靠近第一沉孔205的一端直径较大且与固化后的圆柱形陶瓷胶106的直径适配。在对光纤进行密封时，将固定粘接好陶瓷胶105的光纤195穿入模块盒201内，并推至定位阶梯孔的卡槽位置，起到居中定位作用。并且，在对光纤进一步密封时，模块盒201的一端的环氧胶水203覆盖于第一沉孔205的外侧，另一端的环氧胶水203填充于第二沉孔204内，如图20所示。
[0074]请参阅图9至图12，在具体实施例中，通过成型模具将陶瓷胶106固化成型于裸纤窗口 101上，其中，优选成型模具为硅胶模具，具体包括底块102和上盖103，底块102和上盖103上分别设置有第一阶梯槽和第二阶梯槽，第一阶梯槽和第二阶梯槽构成用于设置陶瓷胶106的成型阶梯孔。因此，在上述气密性封装方法中，步骤C包括:
[0075]步骤Cl:将光纤105放置于成型模具中的成型阶梯孔内，成型阶梯孔中直径较小的一端与光纤105适配，直径较大的一端与需要定型的陶瓷胶106的形状适配(如图3至图5所示)；
[0076]步骤C2:灌入陶瓷胶106 (如图6所示)；
[0077]步骤C3:陶瓷胶106固化成型。
[0078]最后拆开成型模具(如图7所示)，脱模得到如图8所示的带有陶瓷胶106的光纤105，其中，固化成型的陶瓷胶106为如图13和图14所示的圆柱形胶体。
[0079]在优选具体实施例中，成型模具的底块102和上盖103之间通过导向柱107和定位孔104进行定位，即底块102 (或上盖I)上设置有导向柱107，上盖I (或底块102)上设置有与导向柱107适配且位置对应的定位孔104。
[0080]在优选具体实施例中，模块盒201 —般为金属管壳,金属管壳宜选用热膨胀系数为6?7ppm/°C的合金材料,优选热膨胀系数在前述范围内的kovar合金材料,即可伐合金，也称铁镍钴合金。此外，填充的环氧胶水203宜选用工作温度超过200°C的环氧胶水。
[0081]综上，本发明提供的最优选的具体实施例的工艺流程为:在光纤上开出裸线窗口—清洁一装入成型模具一灌入陶瓷胶一陶瓷胶固化成型一取下光纤一穿入金属管壳一加热一降温后拆下光纤一填充环氧胶水一高低温循环。具体请参考图21。
[0082]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种用于光纤的气密性封装方法，其特征在于，包括: 步骤A:将待气密封装的光纤(105)开出裸纤窗口(101)； 步骤B:清洁所述光纤(105); 步骤C:在所述裸纤窗口(101)上覆盖陶瓷胶(106)； 步骤D:所述陶瓷胶(106)固化后，将所述光纤(105)穿设于模块盒(201)的通孔内； 步骤E:添加焊料(202)； 步骤F:加热所述模块盒(201)使所述焊料(202)融化； 步骤G:降温。
2.根据权利要求1所述的气密性封装方法，其特征在于，步骤G之后还包括: 步骤H:在位于所述模块盒(201)端部位置的所述光纤(105)上设置环氧胶水(203)； 步骤1:放入高低温循环箱中循环。
3.根据权利要求2所述的气密性封装方法，其特征在于，所述模块盒(201)的一端设置有用于填充所述焊料(202)的第一沉孔(205)，另一端设置有用于填充所述环氧胶水(203)的第二沉孔(204)，所述模块盒(201) —端的所述环氧胶水(203)覆盖于所述第一沉孔(205)的外侧，另一端的所述环氧胶水(203)填充于所述第二沉孔(204)内。
4.根据权利要求3所述的气密性封装方法，其特征在于，所述第一沉孔(205)和所述第二沉孔(204)同轴，且两者之间同轴设置有定位阶梯孔，所述定位阶梯孔中靠近所述第二沉孔(204)的一端直径较小且与所述光纤的直径适配，所述定位阶梯孔中靠近所述第一沉孔(205)的一端直径较大且与固化后的所述陶瓷胶(106)的直径适配。
5.根据权利要求1所述的气密性封装方法，其特征在于，步骤B具体为:用无尘纸粘酒精擦拭所述光纤(105)，然后用酒精振洗，最后用氮气吹干。
6.根据权利要求1所述的气密性封装方法，其特征在于，步骤C具体为: 步骤Cl:将所述光纤(105)放置于成型模具中的成型阶梯孔内，所述成型阶梯孔中直径较小的一端与所述光纤(105)适配，直径较大的一端与需要定型的所述陶瓷胶(106)的形状适配； 步骤C2:灌入所述陶瓷胶(106)； 步骤C3:所述陶瓷胶(106)固化成型。
7.根据权利要求6所述的气密性封装方法，其特征在于，所述成型模具包括底块(102)和上盖(103)，所述底块(102)和所述上盖(103)上分别设置有第一阶梯槽和第二阶梯槽，所述第一阶梯槽和所述第二阶梯槽构成所述成型阶梯孔。
8.根据权利要求7所述的气密性封装方法，其特征在于，所述底块(102)和所述上盖(103)中，一个设置有导向柱(107)，另一个设置有与所述导向柱(107)适配且位置对应的定位孔(104)。
9.根据权利要求6所述的气密性封装方法，其特征在于，所述成型模具为硅胶模具。
10.根据权利要求1所述的气密性封装方法，其特征在于，步骤I具体为:放入高低温循环箱中循环23至25小时。
【文档编号】G02B6/44GK103777298SQ201410052456
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年2月17日 优先权日:2014年2月17日
【发明者】李强, 李朝阳 申请人:四川飞阳科技有限公司