光纤耦合器制作-封装结构和光纤耦合器的制作方法

  1.本技术涉及光学器件封装领域，具体涉及一种封装结构和光纤耦合器。

  背景技术：

  2.光纤激光器是继传统气体激光器和固体激光器后的第三代新型激光器光纤耦合器制作，具有结构紧凑、寿命长、免维护、光束质量好、节能环保等优点，已成功应用于工业加工、出版印刷、医疗卫生、军事国防等领域。随着其应用领域的不断拓展，对光纤激光器的输出功率提出了更高的要求，如船舶制造行业中厚金属板的激光切割和焊接，通常要求激光器的功率在10kw以上。

  3.对于光纤激光器来说，由于掺杂光纤内的非线性效应以及热损伤等物理机制的限制，单根光纤输出功率的进一步提升将非常困难，目前成熟的单光纤激光器产品功率一般500w以内，为提高光纤激光器的输出功率，这就需要利用光纤耦合器将多个光纤激光器合为一束输出；多个光纤合为一束后，在使用过程中会产生更大的热效应，导致发热效果严重，相关器件的功能和整机使用寿命受到影响。

  技术实现要素：

  4.本技术实施例提供一种封装结构和光纤耦合器，旨在提高光纤耦合器的散热性能。

  5.本技术实施例提供一种封装结构，用于封装光纤耦合器，所述封装结构包括胶黏剂层，所述胶黏剂层的材料中含有导热材料。

  6.可选的，所述胶黏剂层包括：高折射率胶黏剂层和硅胶胶黏剂层，所述导热材料分散于所述硅胶胶黏剂层中。

  7.可选的，所述高折射率胶黏剂层的材料包括高折射率胶黏剂，所述高折射率胶黏剂选自丙烯酸酯胶黏剂、聚氨酯胶黏剂或环氧树脂胶黏剂中的至少一种；和/或，所述硅胶胶黏剂层的材料包括硅胶胶黏剂，所述硅胶胶黏剂选自缩合型rtv硅橡胶或加成型液体硅橡胶中的至少一种。

  8.可选的，所述丙烯酸酯胶黏剂选自聚氨酯丙烯酸酯；和/或所述缩合型rtv硅橡胶选自单组分rtv硅橡胶，所述加成型液体硅橡胶选自双组份硅橡胶。

  9.可选的，所述硅胶胶黏剂层包括依次层叠设置的第一硅胶胶黏剂层和第二硅胶胶黏剂层，所述高折射率胶黏剂层位于所述第一硅胶胶黏剂层远离所述第二硅胶胶黏剂层的一侧，所述第一硅胶胶黏剂层的材料包括缩合型rtv硅橡胶，所述第二硅胶胶黏剂层的材料包括加成型液体硅橡胶。

  10.可选的，所述硅胶胶黏剂层还包括第三硅胶胶黏剂层，所述第三硅胶胶黏剂层位于所述第二硅胶胶黏剂层远离所述第一硅胶胶黏剂层的一侧，所述第三硅胶胶黏剂层的材料包括缩合型rtv硅橡胶。

  11.可选的，所述高折射率胶黏剂层的厚度为1～2mm，所述第一硅胶胶黏剂层、第二硅

  胶胶黏剂层以及第三硅胶胶黏剂层中至少一层的厚度为2～3mm。

  12.可选的，所述导热材料选自金属氧化物、氮化物或碳化物中的至少一种。

  13.可选的，所述金属氧化物选自氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化钛中的至少一种；所述氮化物选自氮化硅、氮化铝、氮化硼、氮化钛中的至少一种；所述碳化物选自碳化硅、碳化钨、碳化锆中的至少一种。

  14.可选的，以所述硅胶胶黏剂层的总质量计，在所述硅胶胶黏剂层中，所述导热材料的质量百分比为1％～99％。

  15.可选的，以所述硅胶胶黏剂层的总质量计，在所述硅胶胶黏剂层中，所述导热材料的质量百分比为15％～80％。

  16.本技术实施例还提供一种光纤耦合器，包括：

  17.底座，所述底座设有贯穿凹槽；

  18.盖板，所述盖板盖住所述凹槽，形成一容置管道；

  19.光纤，所述光纤设于所述容置管道内；以及

  20.封装结构，所述封装结构设于所述容置管道的两端，将所述光纤固定封装，其中，所述封装结构包括胶黏剂层，所述胶黏剂层的材料中含有导热材料。

  21.可选的，所述胶黏剂层包括：高折射率胶黏剂层和硅胶胶黏剂层；其中，所述光纤的两端与所述底座之间通过高折射率胶黏剂层连接，所述硅胶胶黏剂层设于所述高折射率胶黏剂层和盖板之间，所述导热材料分散于所述硅胶胶黏剂层中。

  22.可选的，所述盖板为金属盖板。

  23.有益效果：

  24.本技术通过在封装结构的胶黏剂层中添加导热材料，有利于将热量导出，增强了封装结构的散热性能。将其用于光纤耦合器，可降低器件在使用过程中的热效应，提高器件的稳定性和使用寿命。

  附图说明

  25.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

  26.图1是本技术实施例提供的封装结构的示意图；

  27.图2是本技术实施例提供的光纤耦合器的结构示意图；

  28.图3是图2沿a-a的剖面结构示意图。

  具体实施方式

  29.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。

  30.本技术实施例提供一种封装结构和光纤耦合器。以下分别进行详细说明。需说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对实施例优选顺序的限定。另外，在本技术的描述中，术语“包括”是指“包括但不限于”。用语第一、第二、第三等仅仅作为标示使用，并没有强加

  数字要求或建立顺序。本技术的各种实施例可以以一个范围的型式存在；应当理解，以一范围型式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本技术范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。每当在本文中指出数值范围光纤耦合器制作，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。

  31.首先，如图1至图3所示，本技术实施例提供一种封装结构10，用于封装光纤耦合器，所述封装结构10包括胶黏剂层，所述胶黏剂层的材料中含有导热材料。

  32.本技术实施例通过在封装结构10的胶黏剂层中添加导热材料，有利于将热量导出，增强了封装结构10的散热性能。将其用于光纤耦合器，可降低器件在使用过程中的热效应，提高器件的稳定性和使用寿命。

  33.在一些实施例中，所述导热材料选自金属氧化物、氮化物或碳化物中的至少一种。例如：所述导热材料可以选自金属氧化物，或者可以选自氮化物和碳化物。在一些具体实施例中，所述金属氧化物选自氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化钛中的至少一种；所述氮化物选自氮化硅、氮化铝、氮化硼、氮化钛中的至少一种；所述碳化物选自碳化硅、碳化钨、碳化锆中的至少一种。

  34.在一些实施例中，所述胶黏剂层包括：高折射率胶黏剂层11和硅胶胶黏剂层，所述导热材料分散于高折射率胶黏剂层11或所述硅胶胶黏剂层中的任意一层。特别的，由于硅胶胶黏剂的分散性能更好，因此当导热材料仅分散于所述硅胶胶黏剂层中时，导热效果更好。此外，由于硅胶胶黏剂具有导热效果，本身也是一种导热材料，因此，针对本技术实施例中的“所述胶黏剂层的材料中含有导热材料”的另一种情况还可以为：硅胶胶黏剂层中仅含有硅胶胶黏剂。

  35.针对本技术实施例，硅胶胶黏剂层的主要作用为密封、防水以及导热的作用。而高折射率胶黏剂层11主要作用为粘接固定光纤40，避免光纤40在生产和使用过程中因未固定而受其他外力导致光纤40受损，影响激光传输和光学器件性能。此外，当激光在传输过程中，在点胶处发生泄漏时，由于光纤涂覆层与高折射率胶黏剂层11之间存在折射率的差异，激光可折射出去，避免在点胶处形成异常发热点，导致器件性能受损。

  36.在一些实施例中，所述高折射率胶黏剂层11的材料包括高折射率胶黏剂，所述高折射率胶黏剂选自但不限于丙烯酸酯胶黏剂、聚氨酯胶黏剂或环氧树脂胶黏剂中的至少一种。特别的，所述丙烯酸酯胶黏剂选自但不限于聚氨酯丙烯酸酯。聚氨酯丙烯酸酯的固化速度快，粘接强度高、黏度适中，具有较高折射率。将其应用于光纤耦合器的封装可进一步提高导热性能。

  37.在一些实施例中，所述硅胶胶黏剂层的材料包括硅胶胶黏剂，所述硅胶胶黏剂选自但不限于缩合型rtv硅橡胶或加成型液体硅橡胶中的至少一种。特别的，所述缩合型rtv硅橡胶选自单组分rtv硅橡胶，例如单组分室温硫化硅橡胶，具体由α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷作基础聚合物，与交联剂、催化剂、填料等混合后按照一定条件配制而成。所述加成型液体硅橡胶选自双组份硅橡胶。具体可以由含乙烯基的聚有机硅氧烷作基础聚合物，交联剂、催化剂组成硫化剂，添加其他填料等组合配制而成。

  38.所述硅胶黏剂层可以为单层或多层。当硅胶黏剂层为多层时，例如：在一些实施例中，硅胶黏剂层为双层，具体包括依次层叠设置的第一硅胶胶黏剂层12-a和第二硅胶胶黏剂层12-b，所述高折射率胶黏剂层11位于所述第一硅胶胶黏剂层12-a远离所述第二硅胶胶

  黏剂层12-b的一侧，所述第一硅胶胶黏剂层12-a的材料包括缩合型rtv硅橡胶，所述第二硅胶胶黏剂层12-b的材料包括加成型液体硅橡胶。在另一些实施例中，所述硅胶胶黏剂层为三层，具体包括依次层叠设置的第一硅胶胶黏剂层12-a、第二硅胶胶黏剂层12-b和第三硅胶胶黏剂层12-c，所述第三硅胶胶黏剂层12-c位于第二硅胶胶黏剂层12-b远离所述第一硅胶胶黏剂层12-a的一侧，所述第一硅胶胶黏剂层12-a和第三硅胶胶黏剂层12-c的材料均包括缩合型rtv硅橡胶，第二硅胶胶黏剂层12-b为加成型液体硅橡胶。

  39.由于缩合型rtv硅橡胶的密封性能好，更易于导热材料的分散，且不易中毒。加成型液体硅橡胶的胶水黏度可调节，导热材料易于分散、固化速度快，密封效果较好。因此，相较于单层的硅胶黏剂层，多层的硅胶黏剂层，特别是三层的硅胶黏剂层可以兼顾良好的固化效果和导热性能。具体而言，当硅胶胶黏层为三层，第一硅胶胶黏剂层12-a作用主要为密封和防水，相较于加成型液体硅橡胶，缩合型rtv硅橡胶作为第一硅胶胶黏剂层12-a的材料，在高折射率胶黏剂上方固化的更为完全，并且不易中毒，密封性能好；第二硅胶胶黏剂层12-b的作用主要为导热，相较于缩合型rtv硅橡胶，加成型液体硅橡胶作为第二硅胶胶黏剂层12-b的材料，导热性能更好；第三硅胶胶黏剂层12-c主要作用为密封和导热，缩合型rtv硅橡胶作为第三硅胶胶黏剂层12-c的材料，可以填充与盖板20之间的缝隙，进一步的提升导热能力。

  40.在一些实施例中，当硅胶黏剂层为多层时，所述导热材料可以设于多层的中的任意一层或多层，具体不作限制。

  41.在一些实施例中，所述高折射率胶黏剂层11的厚度为1～2mm(毫米)，例如：1mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、2.0mm，或是该范围内其他未列出的数值。所述第一硅胶胶黏剂层12-a、第二硅胶胶黏剂层12-b以及第三硅胶胶黏剂层12-c中至少一层的厚度为2～3mm，例如2mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm、3mm等，或是该范围内其他未列出的数值。在该厚度范围内，各层的应力较小，防止形变，且密封效果更好。由于硅胶胶黏剂本身具有收缩的特性，因此光纤40越接近胶黏剂层，受到的胶黏剂固化带来的应力影响越明显，当硅胶胶黏剂单层的厚度越厚，固化所需的时间越长，应力影响也就越大，容易导致光纤40在胶黏剂固化过程中受到挤压而发生形变，增加激光在光纤40传输造成的损耗。因此相较于单纯的增加厚度，设置多层硅胶胶黏剂层可以在保证较好的密封效果的同时，还能防止形变的发生，器件的稳定性和使用寿命更佳。

  42.可以理解的是，以上仅为举例，本技术实施例并不限制所述硅胶胶黏剂层的层数，在一些实施例中，硅胶胶黏剂层还可以为三层以上。当所述硅胶胶黏剂层为四层时，所述硅胶胶黏剂层各层的厚度可以进一步的减薄，各层的应力较小，依旧具有防止形变的效果，器件的稳定性和使用寿命更佳。

  43.在一些实施例中，以所述硅胶胶黏剂层的总质量计，在所述硅胶胶黏剂层中，所述导热材料的质量百分比为1％～99％。特别的，所述导热材料的质量百分比为15％～80％，在这个范围内，可以在保证胶黏剂层的粘结性的基础上，具有较好的导热性能。可以理解的是，所述导热材料的质量百分比可以为1％～99％范围内的任意值，例如：1％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、99％等，或是1％～99％范围内其他未列出的数值。

  44.基于同一构思，如图2和图3所示，本技术还提供一种光纤耦合器，包括：底座30，所述底座30设有贯穿凹槽；盖板20，所述盖板20盖住所述凹槽，形成一容置管道；光纤40，所述光纤40设于所述容置管道；以及封装结构10，所述封装结构10设于所述容置管道的两端，将所述光纤40固定封装，其中，所述封装结构10包括胶黏剂层，所述胶黏剂层的材料中含有导热材料。在一些具体实施例中，光纤耦合器中的封装结构10可以采用以上任一实施例中提到的封装结构10，此处不作赘述。通过在胶黏剂层中添加导热材料，有利于将热量导出，增强了封装结构10的散热性能，进而降低器件在使用过程中的热效应，提高器件的稳定性和使用寿命。

  45.在一些实施例中，如图3所示，所述光纤耦合器的截面外轮廓为方形，包括底座30，盖板20；所述底座30设有u形的凹槽，凹槽内设有高折射率胶黏剂层11、第一硅胶胶黏剂层12-a、第二硅胶胶黏剂层12-b以及第三硅胶胶黏剂层12-c，光纤40通过第一硅胶胶黏剂层12-a固定。

  46.在一些实施例中，所述胶黏剂层包括：高折射率胶黏剂层11和硅胶胶黏剂层；所述导热材料分散于所述硅胶胶黏剂层中，所述光纤40的两端与所述底座30之间通过高折射率胶黏剂层11连接，所述硅胶胶黏剂层设于所述高折射率胶黏剂层11和盖板20之间，用于密封、防水和导热。

  47.在一些实施例中，所述硅胶胶黏剂层包括依次层叠设置的第一硅胶胶黏剂层12-a、第二硅胶胶黏剂层12-b以及第三硅胶胶黏剂层12-c，所述高折射率胶黏剂层11位于所述第一硅胶胶黏剂层12-a远离所述第三硅胶胶黏剂层12-c的一侧。即所述第一硅胶胶黏剂层12-a靠近所述高折射率胶黏剂层11，所述第三硅胶胶黏剂层12-c靠近所述盖板20。

  48.在一些实施例中，所述盖板20为金属盖板，金属盖板具有较好的传热和散热性能，更有利于降低热效应，提高器件的稳定性和使用寿命。

  49.可以理解的是，以上仅为举例，所述光纤耦合器还包括其他结构，例如：包覆光纤40的半圆槽玻璃基板，不作赘述。

  50.为了更好的理解本技术，本技术还提供了以下具体实施例。

  51.按照表1所示的硅胶胶黏剂层与导热材料制备第一硅胶胶黏剂层、第二硅胶胶黏剂层以及第三硅胶胶黏剂层，并将制得的硅胶胶黏剂层涂敷于光学器件上，待胶黏剂层固化后，对光学器件性能进行测试，结果如表2所示。

  52.导热硅胶胶黏剂层制备方法：在无水份惰性气体保护环境下，将原料与导热材料混合均匀后进行搅拌，分散均匀脱泡后，密封分装存储。

  53.光学器件表面温度测试方法：封装完成的光学器件，通过固定功率的激光，使用热成像仪测试器件表面温度。

  54.器件稳定性测试方法：封装完成光学器件，温循完成后，进行拷机设备进行拷机测试，确认器件光学稳定性。

  55.表1

  56.0057[0059]

  表2

  [0060]

  编号器件表面温度拷机后稳定性比例实施例150℃75％实施例242℃80％

  实施例338℃78％实施例430℃92％实施例527℃76％实施例625℃70％实施例752℃72％实施例832℃90％实施例927℃69％对比例175℃50％对比例270℃53％对比例368℃58％对比例468℃60％对比例555℃70％

  [0061]

  如表1和表2所示，将对比例1～对比例3相比较可以看出，随着封装结构的层数增加，器件表面的温度逐渐降低，散热效果增强，器件拷机后稳定性比例增强。这是由于在防止形变的基础上，硅胶胶黏剂层和盖板之间的缝隙被填充所导致的。

  [0062]

  将对比例1和对比例4，对比例2和对比例5，对比例3和实施例1的实验结果相比较可以看出，硅胶胶黏剂层中添加导热材料之后，器件表面的温度逐渐降低，散热效果增强，器件拷机后稳定性比例增强。

  [0063]

  将实施例1、实施例2、实施例4，实施例7、实施例8的实验结果相比较可以看出，随着导热材料比例的增加，器件表面的温度逐渐降低，散热效果增强，器件拷机后稳定性比例增强。实施例2和实施例3、实施例4和实施例5、实施例6、实施例9实验结果相比较可以看出，导热材料比例过高，散热效果有所降低，器件拷机后稳定性有所减弱。证明了当导热材料在15％～80％的比例范围内，器件的散热效果和稳定性更好。

  [0064]

  以上对本技术实施例所提供的一种封装结构和光纤耦合器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。

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