[0001] 本发明属于光纤合束器技术领域，具体涉及一种可承受极限温度的合束器封装方法及光纤合束器。

[0002] 光纤合束器是光纤激光器的核心组件之一，主要是用于光纤激光器的泵浦耦合。其中，光纤合束器可将多个激光器的能量高效耦合进一根光纤传输，其使用功率一般在几十瓦、几百瓦、甚至千瓦量级，如此高功率的工作使得光纤合束器的散热问题越来越突出。

[0003] 在现有的一种合束器中，如图1所示，其包括两个均为凹形的石英材质的构件，一个作为光纤束的安装槽，另一个作为盖板，两者通过相互嵌合进行封装，外壳则为一个凹形的金属槽和一个金属盖板进行封盖。

[0004] 但该技术方案存在以下问题：

[0005] 1、高低温下，石英槽内部固定光纤束的胶水应力释放对器件的直接作用力较大；

[0006] 2、加工精度要求高，否则将导致石英封装盖不易契合进石英安装槽和金属封装槽之间；

[0007] 3、结构较为复杂，制作成本高。

[0052] 为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

[0053] 合束器的不合格或者损坏表现为效率降低、发热和烧毁，导致这些问题出现的主要原因是光纤参数的变化、形变以及断裂，而这些变化主要受封装材料和方式的影响。对合束器内部光纤束的封装必定涉及到材料与其的直接接触，而材料的性能、位置等直接影响着其对光纤束的作用力，从而影响了光纤束的形变和断裂。尤其是温湿度参数，各项材料会随着温度、湿度变化发生较大程度的膨胀或收缩，这将导致封装对光纤束的作用力增强，影响合束器的可靠性。

[0054] 封装材料与光纤束的固定/接触面积越大光纤束越稳定，但材料一旦变化，接触面积大意味着变量也越大，对器件的不良影响也就越大。

[0055] 为解决上述问题，请参照图2‑8所示，本申请的实施例提供的一种可承受极限温度的合束器封装方法，包括以下步骤：

[0056] 步骤S100：通过第一密封胶03对光纤束的裸纤段点胶，以固定光纤束耦合前的光纤之间的相对位置。

[0057] 在该步骤中，第一密封胶03对光纤束在耦合前的光纤点胶固定，这样能够使得每一光纤的相对位置能够固定，可有利于稳定封装。

[0058] 步骤S200：将材质与光纤束光纤材质相同的封装构件3放置在合束器外壳4内，封装构件3通过第二密封胶02固定在合束器外壳4中。

[0059] 在该步骤中，封装构件3采用与光纤束光纤材质相同的材料，可利于与光纤束光纤产生相同的应力变化；而封装构件3通过与其弹性模量相近的第二密封胶02固定在合束器外壳4中，在封装构件3产生应力变化时能够进行同等的应力变化，以此既能够避免封装构件3由于与第二密封胶02应变差别较大而导致形变增大的情况，也能够更好的对封装构件3进行固定。

[0060] 步骤S300：将光纤束放入合束器内封装构件3的封装槽内，并通过第三密封胶将光纤束输入端剥离点和输出端剥离点分别固定在封装槽内，第三密封胶覆盖输入端剥离点和输出端剥离点。

[0061] 在该步骤中，光纤束的输入端剥离点和输出端剥离点均通过第三密封胶固定在封装槽内，能够使得光纤束初步固定，并通过第三密封胶能够对光纤束输入端剥离点和输出端剥离点进行保护；第三密封胶也采用与封装构件3弹性模量接近的胶水，这样能够在高低温时能够产生同等应力变化，更好的避免应变差过大而导致引起光纤束形变过大的情况；点满封装槽则能够覆盖光纤束输入端剥离点和输出端剥离点，剥离点即涂覆层与裸纤段界点，如图5所示，第三密封胶分别点胶于输入端剥离点胶水固定处9和输出端剥离点胶水固定处10进行固定。

[0062] 步骤S400：采用第四密封胶固定光纤束的两端，且第四密封胶在封装槽内均覆盖光纤束两端的涂覆层。

[0063] 在该步骤中，光纤束的两端通过第四密封胶进行固定，并覆盖两端的涂覆层，这样能够通过弹性模量接近于封装构件3的第四胶水能够在高低温情况共下发生同等的应力变化，进而更利于保护光纤束，并且在第四胶水固定后能够使得光纤束基本被固定在封装构件3内；如图6所示，第四密封胶分别点胶在第一端固定处11和第二端固定处12。

[0064] 步骤S500：将与封装构件3材质一致的第一盖板2封盖封装槽，第一盖板2通过第五密封胶01与封装构件3固定，并对合束器进行密封。

[0065] 在该步骤中，采用与封装构件3材质一致的第一盖板2封盖封装槽，配合弹性模量与封装构件3接近的第五密封胶01，可使得封装构件3通过第五密封胶01与第一盖板2形成应变统一的结构，以此可进一步的提高对光纤束的防护性；最后通过对合束器进行封装可避免外部环境对内部胶水的进一步影响。

[0066] 其中，第二密封胶02、第三密封胶、第四密封胶和第五密封胶01的弹性模量接近于或等于封装构件3的弹性模量。这些密封胶通过分别从不同位置进行密封，既能够使得封装构件3、第一盖板2与光纤束通过相应的密封胶形成同等应力变化的整体，而不对合束器的主要主体光纤束产生形变，或致使封装构件3受力不均衡而破裂，进而有效增强合束器的可靠性，又能够对光纤束进行有效的封装、密封，提高了合束器在高低温情况下的可靠性和稳定性，从而从光纤束封装材料和方式上进行设计，选取弹性模量与封装构件3接近的密封胶在不同部位分别固定光纤束不同的主要位置，能够平衡光纤束的稳态和温度变化导致应力变化之间的矛盾，进而提高合束器的可靠性。

[0067] 可以理解的是，一般认为折射率高于1.6为高折射率，低于1.6则为低折射率，在具体实施过程中，可根据实际需求或情况选择配合对应折射率的密封胶，该密封胶优选为UV胶水。

[0068] 通过上述的技术方案，从光纤束封装材料和方式上进行设计，采用与封装构件3、光纤束光纤的弹性模量接近的密封胶从不同位置对不同器件进行连接固定，既能够以适量胶量实现对光纤束在封装构件3内的有效固定，也能够形成与封装构件3、光纤束同等应力变化的封装结构，这样可避免应力不会对合束器的主要主体光纤束产生形变，或致使封装构件3受力不均衡而破裂，进而有效增强合束器的可靠性。

[0069] 在一实施方式中，步骤S100：通过第一密封胶03对光纤束的裸纤段点胶，以固定光纤束耦合前的光纤之间的相对位置，包括以下方法：

[0070] 步骤S110：通过第一密封胶03悬空点胶于经过拉锥机烧制的光纤束上并固化，点胶位置为光纤束过火区域外的裸纤段，以固定光纤束耦合前的光纤之间的相对位置。

[0071] 在该步骤中，在光纤束三根光纤裸纤(包层)处点胶，通过悬空点胶于光纤束包层上，不接触封装构件3，只用于固定三根光纤之间的相对位置，且在光纤束过火区域外，因为经过火烧制后的光纤更易断裂，细微的胶水应力变化都可能致使光纤损坏，因此可避开光纤的薄弱点，降低该受力变量的影响。在第一密封胶03点胶后，通过紫外灯进行固化；如图5所示，第一密封胶03点胶于光纤束的悬空固定处8以固定光纤之间的相对位置。

[0072] 具体的，第一密封胶03的折射率低于光纤包层。

[0073] 进一步的，步骤S200：将材质与光纤束光纤材质相同的封装构件3放置在合束器外壳4内，封装构件3通过第二密封胶02固定在合束器外壳4中，包括以下方法：

[0074] 步骤S210：将第二密封胶02点胶于合束器外壳4的内底部；

[0075] 步骤S220：放入材质与光纤束光纤材质相同的封装构件3，并轻微按压使得第二密封胶02均匀填充封装构件3与合束器外壳4之间的缝隙；

[0076] 步骤S230：使用紫外灯固化。

[0077] 这样一来，第二密封胶02通过点胶在合束器外壳4的内底部，可便于封装构件3的外侧面通过第二密封胶02与合束器外壳4粘接固定，并通过第二密封胶02可在按压的作用下使第二密封胶02均匀填充子封装构件3与合束器外壳4之间，使其填满两者之间的缝隙，起到固定和满间隙密封的作用，使得封装更为可靠，同时以此也可与材质与光纤束光纤材质相同的封装构件3形成更为一体的同等应变体系，对光纤束和封装构件3的防护作用更强。

[0078] 为了进一步实现封装整体的同等应变和提高封装的密封性，更进一步的，步骤S500：将与封装构件3材质一致的第一盖板2封盖封装槽，第一盖板2通过第五密封胶01与封装构件3固定，并对合束器进行密封，包括以下方法：

[0079] 步骤S510：将与封装构件3材质一致的第一盖板2封盖封装槽，第一盖板2的两侧与封装构件3的接触缝隙通过第五密封胶01填充固化；

[0080] 步骤S520：通过与合束器外壳4匹配的第二盖板1固定在外壳上以封闭合束器；

[0081] 步骤S530：使用软胶将合束器两端的光纤端口进行密封。

[0082] 这样一来，通过与封装构件3材质一致的第一盖板2封盖封装槽，可使得第一盖板2与封装构件3材料统一，配合弹性模量相当的第五胶水，能够粘结形成应力同等变化的封装结构，以此可再进一步的降低对光纤束和封装构件3的影响，有效的防止两者出现形变和断裂的情况，也通过第一盖板2和封装构件3以及第五胶水能够封装更为有效、可靠；合束器外壳4也配置有相适配的第二盖板1，第二盖板1能够使得合束器外壳4能够封闭，第二盖板1通过螺钉固定到外壳上，以封闭整体石英器件；同时，再通过软胶对合束器外壳4两端的光纤端口进行密封，如此便能够避免外部环境对内部密封胶的进一步影响，进而可隔绝与光纤束接触的密封胶，降低密封胶受温度变化而劣化的风险。具体的，光纤端口为直口或通口，其分为一端的第一端口13和第二端口14，软胶则分布填充在两个端口内；合束器外壳4底部有第一孔位5和第二孔位6，第一孔位5用于通过螺钉骨固定第二盖板1，第二孔位6用于固定合束器整体。

[0083] 在本申请的实施例中，所述第二密封胶02为高折射率胶水，所述第四密封胶为高折射率胶水，第五密封胶01为高折射率胶水。

[0084] 均采用高折射率胶水的第二密封胶02、第四密封胶和第五密封胶01，既能够对对应器件进行有效的封装固定，也能够起到较好的散热效果，配合金属材质合束器外壳4和第二盖板1，可利于将热量向外导出，提高整体的散热效果。

[0085] 具体的，第一密封胶03和第三密封胶则采用低折射率的胶水。

[0086] 为了在高低温情况下提高合束器内部胶水的适应性，所述合束器的外壳设有气压平衡孔7，气压平衡孔7与封装构件3所在的外壳内空间连通。

[0087] 如此一来，气压平衡孔7能够使封装构件3通过胶水与合束器外壳4内部底面粘连时无气泡、缝隙产生，同时可以较好的引导胶水受温度变化产生的拉伸力和收缩力，而不对封装构件3产生过度作用力而损坏器件。

[0088] 与此同时，所述封装构件3的封装槽槽面还可呈平滑过渡的U形。通过采用平滑过渡的U形的槽面形状，可以使其内部存储的胶水受温度变化产生的应力分散到整个封装槽侧壁上，进而加强封装构件3器件的承受能力。

[0089] 具体的，所述封装构件3的材质为石英。光纤的材质主要包括石英光纤、掺氟光纤、红外光纤、复合光纤、氟氯化物光纤、塑包光纤，在本申请实施例中，优选为石英材质的光纤，相应的，封装构件3的材质也为石英，这样能够与光纤同等应力变化。

[0090] 基于上述的可承受极限温度的合束器封装方法，请参照图2‑7所示，本申请实施例也提供一种通过该方法封装而成的光纤合束器，包括壳体、封装构件3、第一盖板2和光纤束，所述壳体内设置封装构件3，所述封装构件3通过填充于壳体与封装构件3之间缝隙的第二密封胶02固定在壳体中，所述封装构件3和第一盖板2的材质均与光纤束光纤材质相同，所述光纤束设于封装构件3的封装槽内，所述光纤束耦合前的光纤之间通过第一密封胶03固定，所述第一密封胶03位于过火区域外的裸纤段，所述光纤束的输入端剥离点和输出端剥离点均通过第三密封胶固定在封装槽内，所述第三密封胶覆盖输入端剥离点和输出端剥离点，所述光纤束的两端通过第四密封胶固定在封装槽内，且第四密封胶在封装槽内均覆盖光纤束两端的涂覆层，所述第一盖板2通过第五密封胶01与封装构件3固定以封闭封装槽；其中，第二密封胶02、第三密封胶、第四密封胶和第五密封胶01的弹性模量接近于或等于封装构件3的弹性模量。

[0091] 所述合束器的壳体设有气压平衡孔7，气压平衡孔7与封装构件3所在的外壳内空间连通；

[0092] 所述封装构件3的封装槽槽面呈平滑过渡的U形；

[0093] 所述封装构件3的材质为石英，所述光纤束的每一光纤均为石英光纤；

[0094] 所述合束器的外壳两端设有与封装槽相通的通口；

[0095] 所述第一密封胶03位于过火区域外的裸纤段。

[0096] 通过具有上述结构的光纤合束器，具有以下技术效果：

[0097] 1、封装构件3和第一盖板2组合简单，厚度薄，质量轻，且加工精度要求低，只需封装构件3宽度、第一盖板2略小于合束器外壳4内部宽度，缝隙部分使用胶水填充即可固定；

[0098] 2、采用弹性模量接近石英材质的固定胶水，填充于封装构件3底部、内部、第一盖板2，分别固定封装构件3与合束器外壳4、封装构件3与光纤束、封装构件3和第一盖板2，这三处胶水的统一可以使得胶水在高温或低温下同封装构件3、光纤石英同等变化，而不对合束器的主要主体光纤束产生形变，或致使封装构件3受力不均衡而破裂，进而有效增强合束器的可靠性，并通过高低折胶水分别固定光纤束不同的主要位置，避开光纤束的薄弱点，平衡光纤束的稳态和受力变量之间的矛盾，同时对其起到一个良好散热的作用。

[0099] 3、具体的，对于合束器光纤束的主要位置‑光纤之间的相对位置和裸纤段，需要良好的固定和极小的受力，基于此，使用少量低折胶水对其关键位置进行固定，且避开光纤束过火区域的脆弱点；进一步，为了使整体光纤稳定，对次等重要的含有涂覆层的光纤处填充适量高折胶水，既能十分有效的稳定光纤束于封装构件3，又能对光纤的热量进行良好散热；同时，采用与光纤石英材质相同的封装构件3作为初步封装，能在任何工作温度下，使得光纤束封装材料与光纤束本身同等变化，且其U型结构能对其内部固定光纤束的胶水也具有较高的应力分散能力；金属壳体封装对石英封装起保护和散热作用，也可在其上设计螺孔用于固定合束器器件于任何产品；最终使用软胶隔绝与光纤束接触的高低折胶水，降低其受温度变化而劣化的风险。

[0100] 4、采用上述封装方法或封装结构的合束器，能够连续承受‑40℃下24h×22、85℃85％HR下24h×22、‑40～85℃高低温循环下24h×5的极限存储，极限存储后合束器石英器件无破裂、光纤束无明显弯曲、断裂等形变，合束器的光学性能上泵浦效率波动≤3％，符合无源光纤器件的极限测试要求。

[0101] 测试例

[0102] 对比测试。按照本申请的制作合束器后进行产线正常存储，然后对其进行外观检查和光学测试，记录数据，对于合格的合束器产品进行编号，分别进行高温高湿、低温、高低温冲击三项极限温度存储。极限温度存储完成后取出样品进行同样检测，对比合束器存储前后的数据波动情况，得出本申请合束器封装方式的耐温性和长期可靠性。

[0103] 具体检测如下：

[0104] 1、外观检测

[0105] 打开第二盖板，在显微镜下通过透明石英材料的第一盖板观测封装构件有无破碎，胶体有无破碎、脱落，光纤束有无断裂、弯曲。

[0106] 2、光学测试

[0107] 对于合束器的光学性能，其主要参数为合束器的温度以及泵浦效率，温度越高(越接近胶体、光纤涂覆层的燃点，100℃及以上)，合束器的可靠性越低。温度参数位置如图9所示，对于合束器制作完成后的整体器件，其主要温度参数为：输入多纤处的温度，合束器金属壳体温度，输出单纤温度；泵浦效率测试如图10所示，同一泵源和光路下，对比接入合束器前后的输出功率即可得到合束器的泵浦效率。

[0108] 测试结果：

[0109] 以下测试数据均是在合束器接入光路后100％出光2min后所记录的，且为了对合束器经过极限温度存储后的本身性能变化有更好的对比，测试时未对合束器进行任何水冷。

[0110] 1、温度冲击极限试验，合束器前后测试数据对比，见表1，温度存储范围：‑40℃～85℃；存储时长：24h×5。

[0111] 表1

[0112]

[0113] 2、高温高湿极限试验，合束器前后测试数据对比，见表2，温湿度存储：85℃85％RH；存储时长：24h×22。

[0114] 表2

[0115]

[0116]

[0117] 以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。