CN111902754A - 组件、光学连接器和将光纤结合到基板的方法 - Google Patents
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Abstract
公开组件、光学连接器和使用激光束(120)来将光纤(110)结合到基板(100)的方法。在一个实施例中,将光纤(110)结合到基板(100)的方法包括:将激光束(120)引导到设置在基板(100)的表面(102)上的光纤(110)中,其中光纤(110)具有弯曲表面(111),并且光纤的弯曲表面(111)在激光束进入光纤时将激光束(120)聚焦到小于激光束直径的直径。方法进一步包括:使用激光束(120)来在光纤(110)与基板(100)的表面(102)之间的结合区域(112)处熔融基板(110)的材料,使得光纤(110)结合到基板(100)的表面(102)。
Description
优先权申请
本申请要求2018年2月15日提交的美国申请第15/897,823号的权益,所述美国申请的内容受依赖并且以引用方式整体并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及用于将光纤固定到基板的方法,并且更特别地涉及使用激光束来将光纤结合到基板的方法,以及包括使用激光束结合到基板的光纤的光纤连接器和组件。
背景技术
光纤的益处包括极宽的带宽和低噪声操作。因为这些优点,光纤越来越多地用于各种应用,包括但不限于宽带语音、视频和数据传输。连接器通常在数据中心和电信***中使用,以提供与机架安装式设备的服务连接并且提供机架间连接。因此,在光缆组件和电子装置中都采用了光学连接器以提供光-光连接,其中光信号在光缆组件与电子装置之间传递。
光学连接器可包括固定到基板的光纤。通常,使用具有高热膨胀系数的粘合剂来将光纤固定到基板。然后可将光学连接器连接到另一个光装置,以在光装置之间提供光通信。在一个示例中,光学连接器连接到具有提供光通道的波导的波导基板的边缘。波导基板可以是例如光子集成电路组件的部件。在一些情况下,诸如在焊料回流工艺期间,连接的光学连接器与光装置可能经受高温。高CTE粘合剂可能由于高温而导致光纤的位置移位,并且变得与光装置的光通道失准。光纤的移位可防止光信号在光学连接器与光装置之间传递。
发明内容
本公开的实施例涉及使用激光束来将一个或多个光纤结合到基板的方法,以及由所述方法产生的光学连接器和组件。特别地,所述光纤充当柱面透镜以将所述激光束聚焦到所述基板中。所述聚焦的激光束熔融基板材料,这还使熔融的基板材料扩散到所述光纤的材料中。因此,使用激光焊接工艺来将所述光纤结合到所述基板。由所述光纤提供的柱面透镜可消除对具有复杂的光传递***以将所述激光束局部聚焦到基板材料中的需要。还公开了光学连接器和组件,所述光学连接器和组件包括使用激光束来结合到基板的一个或多个光纤。
在这方面,在一个实施例中,一种组件包括:具有表面的基板;结合到所述基板的所述表面的光纤,其中所述光纤包括弯曲表面;以及位于所述光纤与所述基板的所述表面之间的结合区域。所述结合区域包括所述基板和所述光纤的所述光纤结合到所述基板的激光熔融的材料。
在另一个实施例中,一种光学连接器包括:具有表面的基板;结合到所述基板的所述表面的光纤,其中所述光纤包括弯曲表面;以及位于所述光纤与所述基板的所述表面之间的结合区域。所述结合区域包括所述基板和所述光纤的所述光纤结合到所述基板的激光熔融的材料。
在又另一个实施例中,一种将光纤结合到基板的方法包括:将激光束引导到设置在基板的表面上的所述光纤中,其中所述光纤具有弯曲表面,并且所述光纤在所述激光束进入所述光纤时将所述激光束聚焦到小于所述激光束的直径的直径。所述方法还包括:使用所述激光束来在结合区域处在所述光纤与所述基板的所述表面之间的接触区域处熔融所述基板和所述光纤的材料,使得所述光纤结合到所述基板的所述表面。
应理解,前述一般描述和以下详细描述仅仅是示例性的,并且意图提供概述或框架以理解权利要求的本质和特征。包括附图以提供进一步的理解,并且附图并入本说明书中并构成其一部分。附图示出实施例,并且与描述一起用于解释各种实施例的原理和操作。
附图说明
图1示意性地描绘了根据本文描述并且示出的一个或多个实施例的组件的透视图,所述组件包括通过激光焊接工艺结合到基板的多个光纤;
图2示意性地描绘了根据本文描述并且示出的一个或多个实施例的位于设置在基板的表面上的膜层上的光纤的端视图;
图3示意性地描绘了根据本文描述并且示出的一个或多个实施例的由图2描绘的光纤聚焦的激光束的光的射线追踪;
图4示意性地描绘了根据本文描述并且示出的一个或多个实施例的使用激光束结合到由图2描绘的基板的光纤;
图5示意性地描绘了根据本文描述并且示出的一个或多个实施例的通过多遍激光束结合到基板的多个光纤的俯视图;
图6是根据本文描述并且示出的一个或多个实施例的通过多遍激光束结合到基板的多个光纤的显微镜图像;
图7是根据本文描述并且示出的一个或多个实施例的光纤与基板的结合区域的显微镜图像;
图8是根据本文描述并且示出的一个或多个实施例的通过示出将光纤结合到基板的结合区域的强度的激光束结合到基板的断裂光纤的显微镜图像;
图9示意性地描绘了根据本文描述并且示出的一个或多个实施例的在通过激光束将多个光纤结合到基板之前将多个光纤固定到基板的固定件的端视图;
图10示意性地描绘了根据本文描述并且示出的一个或多个实施例的图9中描绘的固定件、光纤和基板的俯视图;并且
图11示意性地描绘了根据本文描述并且示出的一个或多个实施例的其组件包括通过激光焊接工艺结合到基板的多个光纤的连接器。
具体实施方式
本文描述的实施例涉及使用激光束来将光纤结合到基板的方法,以及包括使用激光束结合到基板的光纤的光纤连接器和组件。本公开的实施例使得具有弯曲形状的光纤能够在不使用具有高热膨胀系数(CTE)的粘合剂的情况下结合到平坦的基板。可能需要使并入有固定到基板的光纤的光学连接器经受高温工艺,诸如焊料回流工艺。作为示例而非限制,连接器可附接到光组件,诸如光子集成电路组件的波导基板的边缘。在将连接器附接到光子集成电路组件的波导基板之后,可使光子集成电路组件和主电路板经受焊料回流工艺。为了在光学连接器与光子集成电路组件(或其他光组件)的光通道之间进行有效的光通信,光纤应以亚微米准确度与光子集成电路组件的光通道对准。如果使用高CTE粘合剂来将光纤固定到光学连接器的基板,那么焊料回流工艺的高温可能导致高CTE粘合剂膨胀。这然后会导致光纤移动,这然后会导致光纤相对于光子集成电路组件(或其他光组件)的光通道失准。
本公开的实施例提供了不依赖于高CTE粘合剂并且使得光纤和基板能够经受高温的固定附接规程,诸如焊料回流工艺。在实施例中,激光束被光纤的弯曲表面聚焦,使得激光束的聚焦直径在光纤与基板之间的接触区域处小于激光束的初始直径。可在基板的吸收激光束的表面上设置膜层,从而使基板的表面熔融。基板的材料扩散到光纤的材料中,从而使光纤结合到基板。因此,本文描述的实施例使得能够使用不同的材料(例如,熔融二氧化硅光纤和玻璃基板)来将几何上不同的部件(即,弯曲的光纤与平坦的基板)结合。如本文所用,术语“熔融”是指通过以将光纤结合到基板的任何方式加热来对材料进行改性,并且包括但不限于材料的实际熔融以及材料的粘弹性溶胀。
本文详细描述了使用激光来将光纤结合到基板的方法以及包括结合到基板的多个光纤的组件的各种实施例。
现参考图1,示意性地描绘了结合有多个光纤110的基板100的局部透视图。作为示例而非限制,可将基板100和多个光纤110并入到光纤连接器中,如图11中示意性地示出。例如,光纤连接器400可包括外壳402和基板100,并且光纤110的至少一部分可位于外壳402中。应理解,本文描述的实施例不限于光纤连接器。光纤和基板组件可并入到其他光装置中。
图1中描绘的示例基板100包括第一表面102、与第一表面102相对的第二表面104以及在第一表面102与第二表面104之间延伸的至少一个边缘106。基板可由能够扩散到光纤110的材料中的任何低熔融温度材料制成。通常,基板100的熔融温度应低于光纤的熔融温度。光纤110的示例非限制性材料是熔融二氧化硅。基板100的示例材料包括但不限于玻璃、二氧化硅和硅。非限制性玻璃材料包括碱土金属硼铝硅酸盐玻璃(例如,由纽约CorningIncorporated of Comin以商品名Eagle制造和销售)和碱金属铝硅酸盐玻璃(由纽约Corning Incorporated of Comin以商品名Glass制造和销售)。作为非限制性示例,Eagle的软化点约为970℃。玻璃的其他非限制性示例包括BK7玻璃、碱石灰和具有平坦或抛光表面的其他玻璃。对于这种玻璃,软化点可介于约650℃至约800℃的范围内(包括端点)。熔融二氧化硅的软化点约为1715℃,因此软化点小于1500℃至1600℃的任何玻璃都是可接受的。应理解,基板100可由其他低熔融温度材料制成。
基板100的厚度不受本公开限制。基板100的厚度可以是光纤110和基板100组件的最终施加所期望的任何厚度。
通过如下文详细描述的一个或多个激光结合工艺来将多个光纤110结合到基板100的第一表面102。如果需要,那么剥去光纤110的任何护套或外层以去除高CTE材料。尽管图1描绘了四个光纤110,但是应理解,任何数量的光纤110(即,一个或多个光纤110)可结合到基板100的表面。还应理解,光纤110可结合到第二表面104,或者结合到第一表面102和第二表面104两者。
光纤110可由熔融温度比基板100的熔融温度更高的任何材料制成。如上所述,光纤110可由熔融二氧化硅制成。光纤110的横截面为圆形。然而,光纤110可以是椭圆形的。如下文更详细描述,光纤110应具有至少一个弯曲表面,所述至少一个弯曲表面将激光束聚焦到聚焦直径,使得当激光束进入光纤100时,激光束的大小(例如,直径)在光纤110与基板100的第一表面102之间的接触区域处小于激光束的初始直径的大小。
每个光纤110沿光纤110的长度在一个或多个结合区域112(也称为一个结合区域或另外的结合区域)处结合到基板100的第一表面102。注意,结合区域112在图1中用椭圆表示。如下文详细描述,结合区域112是基板100的第一表面102的区域,在所述区域中光纤110与基板100的第一表面102接触,并且基板100的材料被激光熔融(即,由激光束引起熔融)并且扩散到光纤110的材料中。包括通过施加激光束产生的激光熔融的材料的结合区域112将光纤110焊接到第一表面102。注意,在一些实施例中,可通过施加电磁能(例如,微波)而不是激光束来对光纤110与基板100的第一表面102之间的接触区域113进行加热。
任何数量的结合区域112可沿光纤110的长度设置。将光纤110结合到基板100的表面消除了对用以将光纤110固定到基板100的高CTE粘合剂或有机材料(诸如环氧树脂)的需要。因此,由于存在高CTE环氧树脂或其他高CTE材料,因此基板100和光纤110的组件可经受焊料回流工艺的高温,而光纤110不会移动。
现参考图2至图5,示意性地示出了用于将光纤110激光焊接到基板100的示例工艺。首先参考图2,示意性地描绘了设置在基板100上的光纤110的端视图。膜层108沉积在第一表面102(或第二表面104)上。膜层108被配置为吸收激光束的波长,并且升高第一表面102的温度以对基板100进行局部加热并且使其熔融,如下文更详细地描述并且在图3和图4中示出。应选择膜层108的材料,使得所述材料对激光束的波长具有吸收性。作为非限制性示例,膜层108可具有如通过样品的反射率和透射率测得的大于或等于10%的吸收率。吸光度计算为100%减去透射率值减去反射率值。
膜层108的厚度不受本公开限制。注意,出于说明性目的,在图2和图4中放大了膜层108的厚度。作为非限制性示例,膜层108的厚度可小于或等于1μm。在其他实施例中,膜层108的厚度可小于或等于约1.5μm。膜层108的非限制性材料包括金属(例如,不锈钢)、玻璃(例如,低熔点玻璃(LMG)、ZnO、TiO2、Nb2O5)、电磁吸收氧化物材料和电磁吸收氮化物材料等等。膜层108的材料和厚度应使得基板100在第一表面102处的材料由于膜层108对激光束的吸收而熔融。
仍参考图2,光纤110设置在膜层108上,使得通过光纤110与膜层108之间的接触限定接触区域113。接触区域113通常沿光纤110的与膜层108接触的长度延伸。注意,在一些实施例中,未设置膜层108,并且将光纤110直接设置在基板100的第一表面102(和/或第二表面104)上。
光纤110具有弯曲表面,并且具有大致圆形形状。光纤110的形状使得光纤110能够充当柱面透镜,所述柱面透镜将入射激光束120聚焦在接触区域113处,而无需复杂的光传递***。现参考图3,示出了图2的示例光纤110具有穿过其中的激光束120。当入射激光束120进入光纤110时,其聚焦较弱。当激光束120进入光纤110(即,在光纤110的上表面111处)时,光纤110的接收激光束120的弯曲上表面111将激光束120聚焦到在接触区域113处的小于激光束120的初始直径的大小(例如,直径)的聚焦直径。注意,由于聚焦透镜(未示出)的数值孔径,描绘激光束120的射线追踪的不同线类型与相干激光束的不同输入角度相对应。因此,图3示意性地描绘了光纤110如何充当聚焦激光束的柱面透镜,从而减小接触区域113处的激光束的大小而不需要复杂的光学件。激光束大小的减小导致薄膜层108(图2)被迅速加热,并提供了接近接触区域113(图2)的结合区域的形成。
激光束120的特性应使得激光束在接触区域113处将基板100的材料熔融,从而引起光纤110的材料与基板100的材料之间的扩散。激光束可以是连续波(CW)或准CW激光束(即,具有高重复率的脉冲激光束)。激光束120的波长应使得激光束120被膜层108吸收以使基板100的材料熔融。例如,激光束120的波长可处于可见谱带、紫外谱带或近红外光谱带内。作为非限制性示例,激光束120的波长可介于约0.3μm至约1.7μm的范围内(包括端点)。
在一些实施例中,使用单模激光源来产生激光束120,并且激光束120可介于约0.5W至约10W的范围内(包括端点),并且对于光纤110的聚焦可以是单模激光束。光纤110的上表面111处的激光束120的初始直径应等于或小于光纤110的直径。在一些实施例中,例如,激光束的初始直径介于约80μm与约400μm之间,包括端点。激光束120被光纤110聚焦的持续时间应足够长以使基板100的材料熔融并且在光纤110与基板100之间形成结合。在一些实施例中,激光束的焦点在基板的表面上。
如上所述,在一些实施例中,不利用膜层来吸收激光束。在一些实施例中,在不具有吸收膜层的情况下,使用高功率亚皮秒脉冲激光(即,具有小于约1皮秒的脉冲持续时间的激光)。高能脉冲使基板100的材料熔融,而不需要吸收膜层。由于材料非线性和多光子吸收过程,因此在没有吸收膜的情况下发生吸收。亚皮秒脉冲激光的非限制性示例功率值包括大于约0.5GW/cm2的功率密度和大于约200mW的平均功率。
图4示意性地描绘了在光纤110被激光束120激光焊接到基板100的第一表面102之后的光纤110。特别地,图4描绘了将光纤110结合到基板100的结合区域112的形貌。膜层108吸收激光束120的波长,这产生导致基板100的材料在接触区域113(图2)处熔融的热量。基板100的熔融材料扩散到光纤110中,并且还流向光纤110,从而形成具有如从膜层108的表面(或不使用膜层的实施例中的基板100的第一表面102)到结合区域112的与光纤110接触的边缘117测得的高度H的结合区域112。结合区域112的高度H不受本公开限制。作为示例而非限制,结合区域112的高度H可以是约0.2μm至约10μm(包括端点)。
结合区域112的宽度W取决于激光束120被光纤110聚焦之后的激光束120的直径(也称为激光束的聚焦直径)。另外,在通过光纤110的中心C的平面P与结合区域112的边缘117之间限定角度α。角度α的值取决于光纤的高度H和直径。作为非限制性示例,对于高度H的介于约0.2μm至约10μm的范围和光纤直径的介于约80μm至400μm的范围,α的范围介于约2.6度至约40度。
如图4所示,结合区域112是膨胀玻璃的区域,其形成与光纤110的形状相匹配并且提供与光纤110的大量接触区域的凹陷部。此接触区域增加了光纤110到基板100的第一表面102的结合强度。
可将多个光纤110焊接到基板100的第一表面102(和/或第二表面104)以增加结合强度。图5示意性地描绘了设置在基板100的第一表面102上的光纤110A-110E的俯视图。光纤110A-110E放置在基板100的表面102上。然后使激光束120或基板在横向于光纤110A-110E的纵向轴线OA的第一方向(例如,方向A)上移动(或平移),使得激光束经过光纤110A-110E以形成结合区域112。在图5的示例中,激光束120的方向A垂直于光纤110A-110E的纵向轴线OA。然而,实施例不限于此。注意,激光束120可相对于基板100平移,或者基板100可相对于激光束120平移。
当激光束120在第一编次122A中沿方向A行进时,激光束120依序遍历并焊接多个光纤110A-110E。当激光束120进入光纤110A-110E时,所述激光束120如上所述而被聚焦并且形成结合区域112。在一些实施例中,基板100的在光纤110A-110E与基板100之间的接触区域之外的材料不会被激光束120熔融。实际上,由于光纤110A-110E在激光束120上的聚焦作用,材料仅在接触区域(例如,如图2所示的接触区域113)处熔融。
如图5所示,可执行多个遍次122A-122D的激光束120,以沿光纤110A-110E的长度在多个结合区域112处将光纤110A-110E焊接到基板100。例如,在完成遍次(例如,第一遍次122A)在第二方向上平移来执行也可横向于光纤11A-110E的纵向轴线A的后续遍次(例如,第二遍次122B)之后,激光束120或基板100的位置可在平行于光纤110A-110E的纵向轴线OA的方向上按距离d移位。距离d不受本公开限制,并且可取决于每个光纤110A-110E期望的结合区域112的期望数量。在使激光束120或基板100的位置移位之后,激光束120或基板110再次横向于光纤110A-110E的纵向轴线OA平移。在图5中,当激光束120接近第三光纤110C时,第四遍次122D尚未完成。作为非限制性示例,激光束120相对于基板100的平移速度介于约5mm/s至200mm/s的范围内(包括端点)。
现参考图6,提供了结合到基板100的第一表面102的多个光纤110的显微镜图像。注意,所述图像的暗区119是折射率匹配流体。通过执行以下事项来取得图6的显微镜图像:将折射率匹配流体设置在基板100的第一表面102上并且然后将玻璃基板放置在光纤110的顶部上,使得光纤110和折射率匹配流体设置在基板100与玻璃基板之间。以这种方式,光纤110及其接触区域113在显微镜图像中变得可见。
图6所示的基板100是由Coming Incorporated制造和销售的0.7mm Eagle玻璃基板。光纤110是光纤。20nm厚不锈钢膜层设置在基板100的第一表面102上以吸收激光束。用于焊接光纤的激光束是具有2.5W的功率并且以15mm/s的速度平移的TEM 00模355nm波长激光束。执行六个遍次122A-122F的激光束。所述图像中的暗线示出了六个遍次122A-122F的路径。个别遍次122A-122F之间的距离约为0.2mm。激光束122在结合区域112处将光纤110焊接到第一表面102。注意,为了易于说明,并未在图6中标记所有结合区域112。图7描绘了描绘个别结合区域112的特写显微镜图像。图7示出了在结合区域处对光纤110或基板100的损坏最小。
图6和图7中描绘的示例中的光纤110与基板100的所得结合是牢固的。图8是具有断裂端115的光纤的特写显微镜图像,所述断裂端115由于从基板100剥离光纤而断裂。光纤110沿其长度方向断裂,而不是在光纤110与基板100的第一表面102接合的结合区域112处被提升,这指示本文描述的激光工艺的接合强度。
另外,发现光纤110的中心在结合区域处的位移最小。Zygo干涉仪用于测量光纤110下方的基板100以及光纤110的底部的表面形貌。基于分析,在将光纤110结合到基板100之前以及在将光纤110结合到基板100之后,光纤110的中心的位移在结合区域处小于0.2μm。因此,光纤110在激光焊接之后与在激光焊接之前保持处于基本相同的位置。因此,所述工艺将导致连接器的光纤110和与光纤110连接的波导之间的光耦合增加,因为光纤110在焊接后未竖直位移。
现参考图9和图10,利用示例非限制性的固定件来在激光焊接工艺之前将光纤保持在期望位置。图9是包括基板100、多个光纤110和固定件130的组件的端视图。图10是图9中描绘的组件的俯视图。固定件130可由诸如玻璃、金属或聚合物等等任何合适的材料制成。
如图10所示,固定件具有带有多个沟槽134的底表面132。固定件130被放置在基板100上,使得固定件130的底表面132与第一表面102(和/或第二表面)或设置在第一表面102上的任何膜层接触。放置固定件130,使得多个光纤110位于多个沟槽134内。固定件130的多个沟槽134将多个光纤110定位在x轴和z轴上的已知位置处。作为非限制性示例,可通过主动对准工艺执行固定件130在基板100上的精确放置。一旦就位,固定件130就可被机械地夹紧或以其他方式固定到基板100。
现参考图10,固定件130具有使光纤110暴露的开口区域136。多个沟槽134被开口区域136中断。因此,激光束120通过开口区域136进入,并且可经过暴露的光纤110(或跨越暴露的光纤110平移)以将光纤110焊接到基板100。如图5所示,可在开口区域136中提供多个遍次的激光束120,以在多个结合区域处将光纤110结合到基板。在将光纤结合到基板100之后,可将固定件130从基板100去除,并且可进一步处理组件。
对本领域技术人员将显而易见的是,可在不背离本公开的精神或范围的情况下进行各种修改和变型。由于本领域技术人员可想到并入有本公开的精神和实质的所公开的实施例的修改、组合、子组合和变型,因此本公开应被解释为包括所附权利要求及其等效物的范围内的所有内容。
Claims (25)
1.一种将光纤结合到基板的方法,所述方法包括:
将激光束引导到设置在基板的表面上的所述光纤中,其中所述光纤包括弯曲表面,并且所述弯曲表面在所述激光束进入所述光纤时将所述激光束聚焦到小于所述激光束的初始直径的聚焦直径;以及
使用所述激光束来熔融所述基板的材料,以在所述光纤与所述基板的所述表面之间形成结合区域,其中所述结合区域包括所述基板的将所述光纤结合到所述基板的激光熔融的材料。
2.如权利要求1所述的方法,进一步包括:在所述基板的所述表面上设置膜并且将所述光纤放置在所述膜上,其中所述膜能够吸收所述激光束的波长以在所述结合区域处使所述基板的所述材料熔融。
3.如权利要求1或2所述的方法,进一步包括:将所述光纤直接放置在所述基板的所述表面上。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法,其中在将所述光纤结合到所述基板之前以及在将所述光纤结合到所述基板之后,所述光纤的中心的位移小于或等于约0.2μm。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法,进一步包括:将所述激光束的焦点定位在所述基板的所述表面上。
6.如权利要求1-5中任一项所述的方法,进一步包括:
使所述激光束或所述基板在横向于所述光纤的纵向轴线的第一方向上平移,使得所述激光束经过所述光纤以形成所述结合区域;
然后使所述激光束或所述基板的位置在平行于所述光纤的所述纵向轴线的方向上移位;以及
然后使所述激光束或所述基板在横向于所述光纤的所述纵向轴线的第二方向上平移。
7.如权利要求6所述的方法,进一步包括:将一个或多个另外的光纤放置在所述基板的所述表面上。
8.如权利要求7所述的方法,进一步包括:使所述激光束或所述基板在所述第一方向上平移,使得所述激光束经过所述一个或多个另外的光纤。
9.如权利要求1-8中任一项所述的方法,进一步包括:在将所述激光束引导到所述光纤中之前,将固定件放置在所述基板的所述表面上,其中所述固定件包括沟槽和开口区域,并且其中所述固定件放置在所述基板的所述表面上,使得所述光纤设置在所述沟槽内。
10.如权利要求9所述的方法,进一步包括:使所述激光束或所述基板平移,使得所述激光束通过所述开口区域进入并且经过所述光纤。
11.如权利要求1-10中任一项所述的方法,进一步包括:利用单模激光源产生所述激光束,其中所述激光束具有介于约2W至约10W的范围内的光功率。
12.如权利要求1-11中任一项所述的方法,其中所述激光束的所述初始直径介于约80μm与约400μm之间。
13.如权利要求1-12中任一项所述的方法,进一步包括:以小于1皮秒的脉冲持续时间脉冲发出所述激光束。
14.一种用在光纤连接器中的组件,所述组件包括:
基板,所述基板包括表面;
光纤,所述光纤结合到所述基板的所述表面;以及
结合区域,所述结合区域位于所述光纤与所述基板的所述表面之间,其中所述结合区域包括所述基板的将所述光纤结合到所述基板的激光熔融的材料。
15.如权利要求14所述的组件,进一步包括:设置在所述基板的所述表面上的膜,其中所述膜能够吸收激光束的波长以在所述结合区域处使所述基板的所述材料熔融。
16.如权利要求15所述的组件,其中所述膜选自由以下组成的组:金属、玻璃、ZnO、TiO2、Nb2O5、电磁吸收氧化物材料和电磁吸收氮化物材料。
17.如权利要求15所述的组件,其中所述膜具有小于或等于约1.5μm的厚度。
18.如权利要求14-17中任一项所述的组件,其中所述基板包括玻璃。
19.如权利要求14-18中任一项所述的组件,其中所述基板包括硅。
20.如权利要求14-19中任一项所述的组件,进一步包括:沿所述光纤的长度定位的一个或多个另外的结合区域,其中所述一个或多个另外的结合区域包括所述基板的将所述光纤结合到所述基板的激光熔融的材料。
21.如权利要求14-20中任一项所述的组件,进一步包括:结合到所述基板的所述表面的一个或多个另外的光纤。
22.一种光纤连接器,所述光纤连接器包括:
外壳;
基板,所述基板位于所述外壳中,所述基板包括表面;
光纤,所述光纤结合到所述基板的所述表面;以及
结合区域,所述结合区域位于所述光纤与所述基板的所述表面之间,其中所述结合区域包括所述基板的将所述光纤结合到所述基板的激光熔融的材料。
23.如权利要求22所述的光纤连接器,进一步包括:设置在所述基板的所述表面上的膜,其中所述膜能够吸收激光束的波长以在所述结合区域处使所述基板的所述材料熔融。
24.如权利要求22或23所述的光学连接器,其中所述基板包括玻璃。
25.如权利要求22-24中任一项所述的光学连接器,进一步包括:沿所述光纤的长度定位的一个或多个另外的结合区域,其中所述一个或多个另外的结合区域包括所述基板的将所述光纤结合到所述基板的激光熔融的材料。
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---|---|---|---|---|
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US11422310B2 (en) | 2019-05-24 | 2022-08-23 | Corning Incorporated | Methods of bonding an optical fiber to a substrate using a laser and assemblies fabricated by the same |
EP4066031A1 (en) * | 2019-11-26 | 2022-10-05 | Corning Research & Development Corporation | Methods for laser bonding optical elements to substrates and optical assemblies fabricated by the same |
WO2022271443A1 (en) | 2021-06-25 | 2022-12-29 | Corning Research & Development Corporation | Assemblies, optical connectors and methods of bonding optical fibers to substrates using a laser beam and electroplating |
US20230072335A1 (en) * | 2021-08-27 | 2023-03-09 | Corning Research & Development Corporation | Optical assemblies having laser bonded optical fibers |
WO2023141029A1 (en) | 2022-01-24 | 2023-07-27 | Corning Research & Development Corporation | Fiber array unit formation |
WO2023145835A1 (ja) * | 2022-01-27 | 2023-08-03 | 日本電気硝子株式会社 | キャピラリ及びその製造方法 |
WO2024118318A1 (en) | 2022-11-28 | 2024-06-06 | Corning Research & Development Corporation | Fiber array unit with guide members |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0262699A1 (en) * | 1986-08-18 | 1988-04-06 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Interconnecting a glass or ceramic element and a metal element |
US20020136500A1 (en) * | 2001-03-15 | 2002-09-26 | Gratrix Edward J. | Attachment of optical elements |
US6582548B1 (en) * | 2000-07-28 | 2003-06-24 | Triquint Technology Holding Co. | Compression bonding method using laser assisted heating |
CN201072460Y (zh) * | 2007-07-02 | 2008-06-11 | 大连艾科科技开发有限公司 | 半导体激光器耦合尾纤用嵌入式槽型光纤支架 |
US20120045169A1 (en) * | 2010-08-23 | 2012-02-23 | Lockheed Martin Corporation | Optical-fiber array method and apparatus |
CN105817763A (zh) * | 2015-07-13 | 2016-08-03 | 常州市华晟福涛光电科技有限公司 | 塑料光纤激光焊接工艺及其应用 |
Family Cites Families (25)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB8620057D0 (en) | 1986-08-18 | 1986-10-01 | Philips Nv | Cathode ray tube display device |
US5389193A (en) * | 1993-12-14 | 1995-02-14 | At&T Corp. | Methods for bonding aluminized optical fiber |
US6236015B1 (en) | 1995-10-31 | 2001-05-22 | Hewlett-Packard Company | Method for predicting and avoiding a bad bond when utilizing fiber push connect laser bonding |
KR100248058B1 (ko) * | 1997-08-27 | 2000-03-15 | 윤종용 | 금속 증착된 광섬유 어레이 모듈 |
FR2777359B1 (fr) * | 1998-04-09 | 2000-07-07 | Corning Inc | Connexion d'une fibre optique et d'un guide d'ondes optique par fusion |
JP2002022995A (ja) * | 2000-07-13 | 2002-01-23 | Hata Kensaku:Kk | ファイバアレイの接着固定方法 |
US6440776B1 (en) * | 2000-12-12 | 2002-08-27 | Jds Uniphase Inc. | Securing an optical component onto a micro bench |
US6863209B2 (en) * | 2000-12-15 | 2005-03-08 | Unitivie International Limited | Low temperature methods of bonding components |
US6874948B2 (en) * | 2001-02-14 | 2005-04-05 | The Regents Of The University Of California | System, method and apparatus for fiber bonding procedure for optoelectronic packaging |
US6631228B2 (en) | 2001-09-14 | 2003-10-07 | Photon-X, Inc. | Adhesive-free bonding method of fiber attachment for polymer optical waveguide on polymer substrate |
TW587181B (en) * | 2002-04-19 | 2004-05-11 | Alliance Fiber Optic Prod Inc | Manufacturing method and device of array fiber module |
KR100383383B1 (en) * | 2002-06-22 | 2003-05-16 | Fionix Inc | Method for fabricating optical fiber block |
JP5114874B2 (ja) | 2005-09-30 | 2013-01-09 | 日産自動車株式会社 | レーザ溶接方法およびレーザ溶接装置 |
US7480432B2 (en) * | 2006-02-28 | 2009-01-20 | Corning Incorporated | Glass-based micropositioning systems and methods |
GB2453945A (en) * | 2007-10-23 | 2009-04-29 | Rolls Royce Plc | Apparatus for Additive Manufacture Welding |
US7505650B1 (en) * | 2008-03-28 | 2009-03-17 | Corning Incorporated | Microlenses for optical assemblies and related methods |
US8826525B2 (en) | 2010-11-22 | 2014-09-09 | Andrew Llc | Laser weld coaxial connector and interconnection method |
TW201329549A (zh) * | 2012-01-02 | 2013-07-16 | Alliance Fiber Optic Products Co Ltd | 光纖陣列結構 |
CN203109443U (zh) | 2012-12-29 | 2013-08-07 | 武汉康达信光电设备有限公司 | 一种激光焊接机光纤接头组合装置 |
CN105377783B (zh) | 2013-05-10 | 2019-03-08 | 康宁股份有限公司 | 采用低熔融玻璃或薄吸收膜对透明玻璃片进行激光焊接 |
US20160054216A1 (en) | 2014-08-25 | 2016-02-25 | David W. Sokol | Fiber delivery for laser bond inspection |
CN107810565A (zh) | 2015-06-26 | 2018-03-16 | 康宁股份有限公司 | 包含量子点的密封装置及其制造方法 |
WO2017035106A1 (en) | 2015-08-24 | 2017-03-02 | Corning Incorporated | Laser sealed housing for electronic device |
TWI789335B (zh) | 2015-09-04 | 2023-01-11 | 美商康寧公司 | 包括透明密封件的裝置及製作該等密封件的方法 |
US20170216971A1 (en) * | 2016-01-28 | 2017-08-03 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Use of variable wavelength laser energy for custom additive manufacturing |
-
2018
- 2018-02-15 US US15/897,823 patent/US10345533B1/en active Active
- 2018-10-11 US US16/157,844 patent/US10422961B2/en active Active
-
2019
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0262699A1 (en) * | 1986-08-18 | 1988-04-06 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Interconnecting a glass or ceramic element and a metal element |
US6582548B1 (en) * | 2000-07-28 | 2003-06-24 | Triquint Technology Holding Co. | Compression bonding method using laser assisted heating |
US20020136500A1 (en) * | 2001-03-15 | 2002-09-26 | Gratrix Edward J. | Attachment of optical elements |
CN201072460Y (zh) * | 2007-07-02 | 2008-06-11 | 大连艾科科技开发有限公司 | 半导体激光器耦合尾纤用嵌入式槽型光纤支架 |
US20120045169A1 (en) * | 2010-08-23 | 2012-02-23 | Lockheed Martin Corporation | Optical-fiber array method and apparatus |
CN105817763A (zh) * | 2015-07-13 | 2016-08-03 | 常州市华晟福涛光电科技有限公司 | 塑料光纤激光焊接工艺及其应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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