[发明专利]模块化激光器连接器封装系统和方法

说明书

一种用于将光漫射光纤光学地且结构上耦合到紧凑模块中的基板上的激光二极管的模块包括纤维保持器，所述激光器的暴露芯延伸到所述纤维保持器中，并且所述纤维保持器放置在基板上的所述激光器周围，使得所述激光器和纤维成对接耦合关系轴向地对准。弹性应变消除外壳固定在所述纤维的所述光接收端周围，并且所述纤维保持器和基板成固定的防水密封接合状态插入到所述外壳中。

相关申请的交叉引用

本申请涉及并要求2017年10月31日提交的美国申请号15/799,510的利益和优先权。

技术领域

本发明提供一种有效地将激光器与光漫射光纤光耦合并将激光器与电路板结构上连接的集成智能模块。

背景技术

半导体激光器特别是VCSEL(垂直腔面发射激光器)用于多种应用，其中激光器光耦合到光纤以使从激光器输出的光能够透射到纤维中并穿过纤维。各种模块、组件或封装已用于或正用于保持和对准激光器、其他光学部件和光纤，以便激光器尽可能有效地光耦合到纤维。在制造过程中，将光纤对准到激光二极管并将其固定在适当的位置的过程可以是耗时的并因此是成本高昂的步骤。标准激光器封装类型包括同轴或TO(晶体管轮廓)罐激光器封装和蝶形激光器封装。

例如，在图1A中所示的常规的TO罐激光器封装中，激光器(例如，激光二极管)和光纤的光接收端可一起安装在基本上圆柱形外壳内。激光器安装在TO罐顶盖的TO罐接线柱上的激光器子基板上。纤维端可设置在安装到TO罐外壳的刚性圆柱形套管中，并且TO罐外壳还可包含其他相关部件，诸如透镜和监测光电二极管，并且TO罐外壳通常被气密密封。

例如，在图1B中所示的蝶型激光器封装中，激光器和相关部件安装在被气密密封的金属盒状外壳内的平台(诸如光具座)上。激光器和激光电路电连接到从外壳横向延伸的一个或多个引脚(例如，每一侧上的7个引脚，如图所示)。在一种类型的蝶型外壳中，在外壳的端侧壁中存在接收金属管或套管的开口。纤维穿过套管插入到外壳的内部中并焊接到套管以密封地配合。诸如隔离器和一个或多个透镜的部件设置在激光器与纤维的输入端之间的平台上。蝶形激光器封装通常比TO罐激光器封装更贵，并且通常用于更高性能需求的应用。

TO罐封装和蝶型封装均制造起来相对贵，并且对于消费电子应用，特别是对于低成本和空间有效的封装是关键的光漫射纤维应用具有有限的效用。

因此，期望提供一种用于将激光器耦合到光纤的模块，所述模块制造和装配起来简单且廉价，并且在结构上和功能上是可靠的。

术语

应理解，除非另有说明或上下文明显，否则如本文所用：

术语“上部”、“顶部”、“下部”、“底部”等为了方便起见用来指代用于展示目的的装置的临时定向，并且不意图以其他方式限制所描述和要求保护的结构。

术语“轴向的”、“轴向地”、“纵向的”、“纵向地”等指代平行于所公开的光纤中光透射的方向延伸的尺寸。

发明内容

考虑到前述目的，本发明提供一种用于将光纤(诸如单模光纤)光学地和机械地耦合到激光二极管(例如像VCSEL或LED)的模块。本发明还提供一种用于制造这种模块的方法。

根据本发明的一个方面，一种用于将光纤光学地且结构上耦合到紧凑模块中的基板上的激光器的方法包括：提供可以是光漫射型的具有暴露的并从纤维的光接收端处的纤维包层延伸的芯尖端的光纤。所述暴露的芯尖端穿过纤维保持器的封闭端中的孔延伸到所述纤维保持器中。激光二极管设置在基板的顶表面上，并且所述纤维保持器的开口端定位在围绕所述激光器的所述基板的所述顶表面上，其中所述暴露的纤维芯尖端与所述激光器成光接收对接耦合关系。弹性应变消除外壳设置在所述纤维的所述光接收端周围，并且所述纤维保持器和至少所述基板的所述顶表面成防水密封关系插入到所述应变消除件中。例如，所述激光器可以是VCSEL或LED。