集成光学元件的保护外罩 本发明涉及一种光学元件的保护外罩，尤其涉及这样一种外罩，该外罩被设计用来保护由一种光学材料衬底构成的元件，衬底至少载有一根集成波导，并且波导经由伸出外罩的光纤延伸到所述衬底以外，外罩限定了一个封闭的内部空腔，用以放置所述元件。
特别是，这类外罩可用来保护集成光学元件，诸如与用于远程传输数字或模拟信息的光纤相关的耦合器或多路复用器，信息的类型为例如在诸如声频、视频或数据处理等应用中使用的类型。集成光学元件呈板状或条状，由晶体材料或非晶体光学材料(例如玻璃)制成，通过例如离子扩散所形成的波导被埋在板或条的一个表面底下。波导的两端与光纤相连，而光纤则伸出保护该元件的外罩之外。
这类元件易损，因此必须进行有效保护，避免因施加机械应力和约束而使其破碎，并避免因其它物理或化学现象而使其损坏，特别是温度的变化或接触由空气潮湿产生的水。为此，目前将元件封装在密封的刚性容器中，用光固性或热固性树脂填满外罩内被元件留下的空间，从而防止潮湿空气或含有其它有害成份的空气进入。应该理解，当一组不同的并且整体相连的材料经受较大的温度变化(例如应用于这些元件的测试标准所采用的温度)时，因不同的热膨胀所产生地应力和约束会使位于外罩内的元件破碎。
为了克服这一缺点，欧洲专利第106116号建议将元件安装在位于外罩内的一支架上，支架由具有与玻璃相等的膨胀系数的材料，诸如称为INVARTM的铁镍合金制成，而该支架又与相同材料的管式屏(tubular screen)相连。结果形成一个相当复杂的保护结构，保护结构含有大量的有待装配的部件。
本发明的目的是提供一种集成光学元件的保护外罩，对该外罩的设计可以防止因各种原因产生的应力和约束作用(特别是由不同的热膨胀所引起的应力和约束)损坏或破坏该元件，同时该保护外罩仍具有简单的结构，并且可以自动装配和封闭。
阅读以下描述将清楚本发明的这些目的以及其它目的，这些和其它目的可以通过一种光学元件的保护外罩来实现，光学元件由一光学材料衬底构成，衬底至少包括一根集成波导，且波导经由伸出外罩的光纤延伸到所述衬底以外，外罩限定了一个封闭的内部空腔，用以放置所述元件，值得注意的是，该外罩所述空腔的大小可容纳所述元件，其间隙量可以防止应力、应变或压力在外罩和元件之间作有效传递。
由于存在该间隙量，就通过操作、振动支撑物和连接板等或者通过不同的热膨胀施加在外罩上的任何机械应力的传递而言，外罩与光学元件不相耦合或隔离。因此，这种不相耦合的结构保护了易碎元件不受此等能够破坏或损坏元件的应力的作用。
根据本发明的一个较佳实施例，外罩至少包括一个柔性部件，柔性部件被轻压在两个面向元件的表面与外罩内的空腔之间，以便防止元件在空腔内的任何可能的振动。
阅读以下的描述并观察附图，将清楚依照本发明的外罩的其它特征和优点，其中：
图1是依照本发明的外罩的部分纵向剖面图，外罩中装有它所保护的集成光学元件；
图2是图1所示的外罩底部的部分视图，该视图沿图1中的II-II剖面线获得；
图3是一透视图，示出了依照本发明形成部分外罩的水密连接块；
图4和5是依照本发明的外罩的横向剖面图，分别示出了预装配和装配后的情况。
现参照附图中的图1和图2，图中提供了依照本发明的外罩的部分剖面图。外罩是长方形的，并且总体上相对于P平面对称，因此如在这些图中显示的，外罩具有两个端部。
外罩主要包括一含有空腔(2)的基座(1)，空腔一般为平行六面体并用封盖(3)封闭。封盖包含一凹入部分(31)，适于容纳标识外罩中所装元件的自粘标签。基座内的空腔(2)的形状做成可以容纳一个形状通常互补的集成光学元件。该元件是用诸如玻璃或晶体材料等光学材料制成的衬底以传统的方法生产出来的。通过例如离子扩散方法制造的波导(61)(62)(63)等被埋在元件上表面(5)的底下(见图2)。波导的每一端与裸露光纤(71)(72)(73)等的一端相连，光纤在伸出外罩之前于两个水密连接块(91)(92)之间被保护层(81)(82)(83)等覆盖。用一滴粘结剂(101)可使每根光纤与相应的波导相连，并且另一滴较大的粘结剂(11)保证了衬底与光纤组之间的机械固定。
例如通过本申请人提交的法国专利申请第2,674,003号可见这种集成光学元件是公知的。该元件可以由具有M个输入端和N个输出端的耦合器或者复接器构成，在该情况下，伸出外罩一端的光纤数一般与伸出同一外罩另一端的光纤数不同。
根据本发明的一个重要特性，形成于外罩内的空腔(2)的大小可以容纳元件(4)，其机械间隙量可一方面防止应力在基座(1)和外罩封盖(3)之间进行有效传递，另一方面也可防止应力在基座(1)和集成光学元件(4)之间传递。因此，由于元件被简单地安放在空腔(2)中，不需要用粘结剂固定，所以元件不构成外罩整体的一部分，于是在温度发生变化时，这两个元件都能相互自由膨胀，从而避免了把能够损坏或者破坏元件的由不同膨胀引起的应力施加到元件上。
不耦合的结构允许从某种观点来选择一种非常合适的材料作为外罩的构造材料，例如，从耐冲击或碰撞的观点，或者由于模制外罩时不需要考虑(实际上)其热膨胀系数。因此，例如可以选择由一种填充了玻璃纤维的液晶聚合物制成的产品，比如在HOECHST AG和Hoechst Celanese公司产品目录中以VECTRAA 130命名的产品，或者是聚碳酸酯。
不相耦合的结构所需的间隙量可以安排在元件的周围。例如，在元件的两个面向两端的表面与外罩之间提供某一间隙量(j1)，而在元件和封盖(3)之间提供不同的间隙量(j2)(见图1)，并且在面对面的纵向表面之间提供另外两个间隙量(j3)和(j4)(见图2)。作为表示特征的但非限制性的例子，对于占据50×5×5毫米空间的元件，每个间隙量(ji)可以大约为0.3毫米数量级。
尽管这些间隙量的存在可以解决包括吸收不同热膨胀的问题，但是在某些情况下，例如由于对连接外罩的支架施加周期性的应力所致的结果，它们允许元件在外罩内振动。
依照本发明的一个较佳实施例，通过在外罩空腔内至少提供一个柔性部件，便可防止这些振动，柔性部件的形状应能被压在元件的一个表面与空腔的一相对的壁之间，压力的大小应足够大，以便抵制对元件振动的任何引发，但也要足够小，以防止外罩所受的机械应力重新建立传递通路，或者防止不同热膨胀所引起的应力重新建立传递通路。
最好把该部件做成一柔性唇状物(12)的形状，唇状物与外罩的基座(2)一起被模制成一个部件，并且唇状物的形状使其在空腔中没有元件(4)时略伸入空腔内。可以配备若干个唇状物，例如如图2所示，空腔的每个纵向壁上有两个唇状物。在一种变化中，为了对抗因振动施加于外罩所引起的任何共振，这些唇状物所产生的力可以不同。
在另一种变化中，如图1中虚线所示，可以用柔性肋状物代替这些唇状物，肋状物形成于空腔的两个面对面的纵向壁上。肋状物最好具有三角形的截面，并且在其端部有一倒角(131)，便于把元件(4)插入外罩的基座(1)中。
图3示出了分别安装在封盖(3)凹槽和外罩基座凹槽中的水密连接块(91)和(92)的一个较佳实施例，封盖凹槽和外罩基座凹槽用来容纳这些连接块。这些大小相同并用柔性材料(例如弹性系数非常低的弹性体)制成的连接块具有一系列的沟槽(141)(142)(143)等，这些沟槽相互平行并且一般呈半圆柱形，每条沟槽都与带保护层(81)(82)(83)等的光纤中的一根紧密配合，多根光纤排成扁平带状伸出外罩。用一对连接块夹住光纤带，保证了在光纤进出外罩的地方具有物理水密性。然而由于连接块所用材料的性能，当外罩内的温度使水蒸气的相对压力上升到能够损坏元件的数值时，连接块不能防止水蒸气从外罩的里面缓慢向外渗透。
如图1和图2所示，在光纤带所处平面(见图2)以及与该平面正交的平面(见图1)内，进出外罩的出口具有圆形的轮廓(151)(152)(153)等。因此，可以这样拉动伸出外罩的光纤，其方向偏离光纤在外罩内的轴的方向(参见图1中用虚线表示的位置)，有把握使方向的改变与足以防止光纤损坏的某一最小的曲率半径r一致(即，支撑光纤的圆形区域的曲率半径)。例如，可以选择半径r＝2毫米。
在装配由光学元件及其保护外罩构成的装置期间，可以通过模制塑性材料来获得外罩的基座(1)和封盖(3)，并如以下所述的那样进行装配。
用众所周知的包括对光纤的微操作的操作并使粘结剂液滴附着的操作手段，将裸露的光纤(71)与形成元件衬底之整体部分的波导的端部相连之后，将元件插入基座(1)的空腔(2)内，注意保证使位于光纤保护层(8i)底下的光纤部分穿过位于基座(1)两端的两个连接块(91)(92)中的沟槽(14i)。例如，可以将所谓“机械”型或具有硅树脂(silicone)基本成份的防水润滑剂注入将元件(4)与空腔(2)内壁隔开的空隙中，以便加强元件抵御空气中存在的水分和该空气具有的其它破坏因素。润滑剂的注入应允许其有一个膨胀体积，从而防止与润滑剂膨胀相关的任何过压效应。
然后，将封盖(3)插入基座(1)，预装配的位置如图4所示。在该图中，可以发现，有若干夹头(161)(162)伸出封盖，以便伸到形成于基座上的相应的狭槽(171)(172)中，正好伸到周围的肋状物(18)底下，由于肋状物具有柔性所以夹头可以通过，并且肋状物然后将封盖(3)保持在基座(1)上，略高于基座，肋状物所处的位置允许方便地打开封壳，例如如果必要，可以检查元件在外罩中的安装情况。
该预装配步骤允许较容易地操作所得到的组件，直至例如用超声焊接方法将封壳焊接在基座上(过程未作描述)。在此阶段，用超声焊头保持住封盖，将封盖放在图5(它是沿图1中V-V剖面线获得的视图)所示的最终焊接的位置上，同时将适当的超声振动传递给唇状物，以便保证在它们相互接触的周围表面的位置处，将封盖(3)焊到基座(1)，如图中标号(19)所示。
可见，所有这些操作使它们能够自动进行将部件安装在外罩内的过程。
现已看到，本发明可以达到所建立的目标，即通过提供集成光学元件的保护外罩，使其免受外罩所经受的可能不同的热膨胀或其它机械应力的影响，该外罩保持简单的结构，适于自动装配操作。
当然，本发明不限于这里所描述的实施例，提供实施例仅作举例用。