周期极化铌酸锂波导器件的气密封装结构的制作方法

1.本实用新型属于光电子技术和光通信技术领域，尤其涉及一种周期极化铌酸锂波导器件的气密封装结构。


背景技术：

2.周期性极化铌酸锂(ppln)波导作为量子通信领域的核心器件之一，具有整体损耗低、转换效率高等优势，特别是其内部转换效率可以达到高于90％的水平，是解决量子信息领域频率差异难题的最佳选择。近年来对于高功率的ppln波导的需求越来越多，因其光功率较高，容易将光纤耦合用的紫外胶烧焦，破坏器件性能，从而光纤耦合点通常采用无胶耦合，但是这样光纤与芯片之间会存在微小的空隙，使得微小颗粒物或者冷凝水的侵入会对波导性能产生严重破坏，甚至产生局部热集聚烧坏耦合点，所以波导器件的气密封装性能是影响产品使用寿命的重要因素。
3.现有技术中对于ppln波导芯片的封装方式，中国实用新型专利cn 217112795u公开了一种气密性封装的铌酸锂光学器件，在管壳上设置有与光纤一一对应的穿过孔，在所述光纤与所述穿过孔之间设置有套接在所述光纤的外壁上并与所述光纤固定连接的镀金镍管，后期焊接连接镀金镍管与管壳时，对焊接的要求比较低，同时满足了光纤与穿过孔之间的气密性封装。但是由于周期极化铌酸锂波导器件光学性能对温度非常敏感，内部需要热电制冷器和温度传感器实现精确的温度控制，而且两者的引线均通过排针引出管壳，排针与管壳之间的密封性并未被考虑在内，从而导致该电接口的密封性影响周期极化铌酸锂波导器件整体气密封性能。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是：针对现有的铌酸锂光学器件未考虑器件的温度控制需求，及其温控组件引线排针与管壳之间气密封性能的问题，提出了一种针对周期极化铌酸锂波导器件的气密封装结构。
5.为解决上述技术问题，一方面，本实用新型实施例提供周期极化铌酸锂波导器件的气密封装结构，包括管壳，管壳内还设有热电制冷器和温度传感器，所述热电制冷器和温度传感器均设有引线，所述管壳上设置有排针穿孔，所述排针穿孔中插设有排针，所述引线与所述排针导电连接，所述排针与排针穿孔的内孔壁之间通过玻璃焊料层密封配合。
6.可选地，所述双端光纤耦合波导器件包括中间的波导芯片和两端的光纤，所述管壳的两端分别设有导管，所述光纤对应导管的位置设有金属套管，所述光纤与金属套管之间锡焊固定连接形成金属化光纤。
7.可选地，所述金属化光纤的涂覆层为金属涂覆层，所述金属化光纤与导管内孔壁之间通过填充金属焊料密封配合。
8.可选地，所述管壳内设有芯片载板，所述芯片载板上设有芯片槽和传感器固定槽，所述芯片槽用于固定所述波导芯片，所述传感器固定槽用于固定温度传感器。
9.可选地，所述波导芯片与芯片槽通过导热胶胶接，所述温度传感器与传感器固定槽通过导热胶胶接。
10.可选地，所述热电制冷器的冷面通过导热胶与芯片载板胶接，热电制冷器的热面通过导热胶与管壳内壁胶接。
11.可选地，所述管壳的底面设有多个光纤散热块，所述光纤散热块通过导热胶与管壳胶接，所述光纤散热块与光纤通过导热胶接触设置。
12.可选地，还包括上盖，所述上盖与管壳之间通过焊接实现密封配合。
13.可选地，所述管壳上的排针设有四个。
14.本技术的周期极化铌酸锂波导器件的气密封装结构，热电制冷器和温度传感器的引线与管壳上设置的排针导电连接，排针插设在排针穿孔中，且排针与排针穿孔的内孔壁之间通过玻璃焊料层密封配合，这样不仅保证周期极化铌酸锂波导器件的气密性，还保证了良好的电绝缘性，使周期极化铌酸锂波导器件不易受到外界颗粒杂质的影响，同时避免了水蒸气侵入产生冷凝水影响波导性能，延长使用寿命。
附图说明
15.图1是现有技术中的周期极化铌酸锂波导器件的侧视图；
16.图2是现有技术中的周期极化铌酸锂波导器件的俯视图；
17.图3是本实用新型一实施例提供的周期极化铌酸锂波导器件的气密封装结构的爆炸图；
18.图4是本实用新型一实施例提供的周期极化铌酸锂波导器件的气密封装结构中芯片载板的结构示意图；
19.图5是本实用新型一实施例提供的周期极化铌酸锂波导器件的气密封装结构的部分结构示意图；
20.图6是本实用新型一实施例提供的周期极化铌酸锂波导器件的气密封装结构的示意图。
21.说明书中的附图标记如下：
22.01、波导芯片；02、耦合光纤；1、管壳；11、导管；12、排针；2、热电制冷器；3、芯片载板；31、芯片槽；32、传感器固定槽；4、温度传感器；5、双端光纤耦合波导器件；51、尾套；52、金属套管；6、光纤散热块；7、上盖。
具体实施方式
23.为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
24.如图1至图2所示，现有的周期极化铌酸锂波导器件，中间部分为波导芯片01，两端为耦合光纤02，形成双端光纤耦合波导器件。如图3至图6所示，本实用新型实施例提供了一种周期极化铌酸锂波导器件的气密封装结构，包括管壳1，管壳1内设有穿过所述管壳1两端的双端光纤耦合波导器件5，管壳1内还设有热电制冷器2和温度传感器4，所述热电制冷器2和温度传感器4均设有引线，所述管壳1上设置有排针穿孔，所述排针穿孔中插设有排针12，
所述引线与所述排针12导电连接，所述排针12与排针穿孔的内孔壁之间通过玻璃焊料层密封配合。在一实施例中，管壳1的材质由可伐合金制成，表面镀金，从而具有良好的焊接性能，导热性能良好。
25.在一实施例中，所述双端光纤耦合波导器件5包括中间的波导芯片和两端的光纤，所述管壳1的两端分别设有导管11，所述光纤对应导管11的位置设有金属套管52，所述光纤与金属套管52之间锡焊固定连接形成金属化光纤。
26.在一实施例中，所述金属化光纤的涂覆层为金属涂覆层，可以承受400摄氏度以下的高温焊接处理，金属套管52与管壳1的导管11内孔壁之间通过填充金属焊料密封配合。在本实施例中，所述金属套管52表面镀金。
27.在一实施例中，所述管壳1内设有芯片载板3，所述芯片载板3上设有芯片槽31和传感器固定槽32，所述芯片槽31用于固定所述波导芯片，所述传感器固定槽32用于固定温度传感器4。芯片载板3采用导热性能好的金属，例如紫铜。温度传感器4用于测量芯片载板3的温度，从而及时进行散热处理，避免芯片损坏。
28.在一实施例中，所述波导芯片与芯片槽31通过导热胶胶接，所述温度传感器4与传感器固定槽32通过导热胶胶接。通过导热胶使得波导芯片与芯片载板3、温度传感器4与芯片载板3之间导热接触良好。
29.在一实施例中，所述热电制冷器2的冷面通过导热胶与芯片载板3胶接，热电制冷器2的热面通过导热胶与管壳1内壁胶接。
30.在一实施例中，所述管壳1的底面设有多个光纤散热块6，所述光纤散热块6通过导热胶与管壳1胶接，所述光纤散热块6与光纤通过导热胶接触设置。光纤散热块6为导热良好的金属块，高功率的周期极化铌酸锂波导的光纤会有大量杂散光溢出，导致光纤温度过高，需要用导热胶将金属块及时地将热量传导至管壳1，而散热块的尺寸及数量可以根据实际情况进行选择。
31.在一实施例中，还包括上盖7，所述上盖7与管壳1之间通过焊接层实现密封配合。上盖7的材质为可伐合金，表面镀金，可用平行缝焊机与管壳1焊接，实现对管壳1的密封。
32.在一实施例中，所述管壳1上的排针12设有四个。
33.在一实施例中，所述管壳1上排针12的数量可以根据需要进行设置。
34.本实用新型的周期极化铌酸锂波导器件的气密封装结构封装的详细步骤如下：
35.第一.取热电制冷器2，两面均匀涂抹导热胶；将热电制冷器2的热面朝下粘接到管壳1内侧底部，并且将芯片载板3粘接到热电制冷器2的冷面；在芯片载板3的传感器固定槽32内注入适量导热胶并且把温度传感器4放入槽内，烘干固化，使热电制冷器2与芯片载板3及管壳1连接牢固且导热良好，温度传感器4与芯片载板3连接牢固且导热良好；
36.第二，将热电制冷器2和温度传感器4的导线焊接到管壳1的四个排针12上；将双端光纤耦合波导器件5顺着管壳1两端的导管11导入到管壳1内，使波导芯片正好放入芯片载板3的芯片槽31内，并且用导热胶粘住；此时双端光纤耦合波导器件5的两端的金属套管52也正好位于管壳1两端的导管11内，用焊锡将双端光纤耦合波导器件5的金属套管52与管壳1的导管11焊接密实，保证气密性要求；用导热胶将光纤散热块6粘到管壳1的内侧底部合适位置，并用导热胶连接双端光纤耦合波导器件5的光纤，完成前述工序；
37.第三，用平行缝焊机将上盖7沿着其边缘焊接到管壳1，将双端光纤耦合波导器件5
的光纤尾套51填充硅胶后拧到管壳1的导管11上，完成封装，封装成品，完成成品如图6所示。
38.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.周期极化铌酸锂波导器件的气密封装结构，包括管壳，管壳内设有穿过所述管壳两端的双端光纤耦合波导器件，其特征在于，管壳内还设有热电制冷器和温度传感器，所述热电制冷器和温度传感器均设有引线，所述管壳上设置有排针穿孔，所述排针穿孔中插设有排针，所述引线与所述排针导电连接，所述排针与排针穿孔的内孔壁之间通过玻璃焊料层密封配合。2.根据权利要求1所述的周期极化铌酸锂波导器件的气密封装结构，其特征在于，所述双端光纤耦合波导器件包括中间的波导芯片和两端的光纤，所述管壳的两端分别设有导管，所述光纤对应导管的位置设有金属套管，所述光纤与金属套管之间锡焊固定连接形成金属化光纤。3.根据权利要求2所述的周期极化铌酸锂波导器件的气密封装结构，其特征在于，所述金属化光纤的涂覆层为金属涂覆层，所述金属化光纤与导管内孔壁之间通过填充金属焊料密封配合。4.根据权利要求2所述的周期极化铌酸锂波导器件的气密封装结构，其特征在于，所述管壳内设有芯片载板，所述芯片载板上设有芯片槽和传感器固定槽，所述芯片槽用于固定所述波导芯片，所述传感器固定槽用于固定温度传感器。5.根据权利要求4所述的周期极化铌酸锂波导器件的气密封装结构，其特征在于，所述波导芯片与芯片槽通过导热胶胶接，所述温度传感器与传感器固定槽通过导热胶胶接。6.根据权利要求4所述的周期极化铌酸锂波导器件的气密封装结构，其特征在于，所述热电制冷器的冷面通过导热胶与芯片载板胶接，热电制冷器的热面通过导热胶与管壳内壁胶接。7.根据权利要求1所述的周期极化铌酸锂波导器件的气密封装结构，其特征在于，所述管壳的底面设有多个光纤散热块，所述光纤散热块通过导热胶与管壳胶接，所述光纤散热块与光纤通过导热胶接触设置。8.根据权利要求1所述的周期极化铌酸锂波导器件的气密封装结构，其特征在于，还包括上盖，所述上盖与管壳之间通过焊接实现密封配合。9.根据权利要求1所述的周期极化铌酸锂波导器件的气密封装结构，其特征在于，所述管壳上的排针设有四个。

技术总结
本实用新型属于光电子技术和光通信技术领域，尤其涉及一种周期极化铌酸锂波导器件的气密封装结构，包括管壳，管壳内设有穿过所述管壳两端的双端光纤耦合波导器件，管壳内还设有热电制冷器和温度传感器，所述热电制冷器和温度传感器均设有引线，所述管壳上设置有排针穿孔，所述排针穿孔中插设有排针，所述引线与所述排针导电连接，所述排针与排针穿孔的内孔壁之间通过玻璃焊料层密封配合，这样不仅保证周期极化铌酸锂波导器件的气密性，还保证了良好的电绝缘性，使周期极化铌酸锂波导器件不易受到外界颗粒杂质的影响，同时避免了水蒸气侵入产生冷凝水影响波导性能，延长使用寿命。延长使用寿命。延长使用寿命。


技术研发人员：魏代营 姚权 张洪涛 刘磊 郑名扬 谢秀平
受保护的技术使用者：济南量子技术研究院
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/9/23