阅读说明：本技术 一种磁光隔离器芯及其制作方法、磁光隔离器 (Magneto-optical isolator core, manufacturing method thereof and magneto-optical isolator ) 是由 郑熠 吴少凡 王帅华 黄鑫 徐刘伟 于 2019-10-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种磁光隔离器芯及其制作方法、磁光隔离器,属于光纤通讯技术领域,能够解决现有磁光隔离器插入损耗较大,封装成品率较低的问题。所述磁光隔离器芯包括中空柱状的磁环和柱状的磁光晶体；磁环的内壁上设置有第一焊接金属层；磁光晶体的外壁上设置有第二焊接金属层,磁环的内径小于磁光晶体的外径,磁环在经过降温冷缩后可套设在磁光晶体上,以使第一焊接金属层和第二焊接金属层在磁环温度回升后压焊连接。本发明用于制作磁光隔离器芯。(The invention discloses a magneto-optical isolator core, a manufacturing method thereof and a magneto-optical isolator, belongs to the technical field of optical fiber communication, and can solve the problems of large insertion loss and low packaging yield of the existing magneto-optical isolator. The magneto-optical isolator core comprises a hollow columnar magnetic ring and a columnar magneto-optical crystal; a first welding metal layer is arranged on the inner wall of the magnetic ring; the outer wall of the magneto-optical crystal is provided with a second welding metal layer, the inner diameter of the magnetic ring is smaller than the outer diameter of the magneto-optical crystal, and the magnetic ring can be sleeved on the magneto-optical crystal after being cooled and shrunk, so that the first welding metal layer and the second welding metal layer are connected in a pressure welding mode after the temperature of the magnetic ring rises. The invention is used for manufacturing the magneto-optical isolator core.)

一种磁光隔离器芯及其制作方法、磁光隔离器

技术领域

本发明涉及一种磁光隔离器芯及其制作方法、磁光隔离器，属于光纤通讯技术领域。

背景技术

近年来，随着光纤通讯技术的发展，利用光与磁的相互作用的磁光设备受到注目，磁光隔离器就是一款应用在通信领域的磁光设备。磁光隔离器又称光单向器，是一种光非互易传输的光无源器件，其对正向传输光具有较低***损耗，而对反向传输光有很大衰减作用。由于磁光隔离器只允许光沿一个方向通过而在相反方向阻挡光通过，因而通过光纤回波反射的光能够被磁光隔离器很好地隔离，这使得在高速率或长距离光纤通信中，磁光隔离器成为了必不可少的光学部件。

现有的磁光隔离器都是以法拉第效应的非互易性为基础的，一般结构包括由磁环和磁光晶体构成的法拉第转子、分别设置于法拉第转子入光侧和出光侧的楔角片等。在现有磁光隔离器制作过程中，磁环和磁光晶体之间、磁环和楔角片之间一般都通过胶水粘接，然而在粘接时，胶水可能会渗透到磁光晶体的通光面上，从而污染通光面，这样会导致磁光隔离器的***损耗较大，封装成品率较低。

发明内容

本发明提供了一种磁光隔离器芯及其制作方法、磁光隔离器，能够解决现有磁光隔离器***损耗较大，封装成品率较低的问题。

本发明提供了一种磁光隔离器芯，包括中空柱状的磁环和柱状的磁光晶体；所述磁环的内壁上设置有第一焊接金属层；所述磁光晶体的外壁上设置有第二焊接金属层，所述磁环的内径小于所述磁光晶体的外径，所述磁环在经过降温冷缩后可套设在所述磁光晶体上，以使所述第一焊接金属层和所述第二焊接金属层在所述磁环温度回升后压焊连接。

可选的，所述磁环的内壁与所述第一焊接金属层之间还设置有连接金属层；所述连接金属层用于将所述第一焊接金属层与所述磁环的内壁连接。

可选的，所述磁光隔离器芯还包括第一楔角片、第二楔角片、第一支撑架和第二支撑架；所述磁环的一个端面上设置有第一安装槽，所述第一楔角片可装配在所述第一安装槽内；所述第一支撑架中心具有第一凸起结构，所述第一凸起结构用于与所述第一楔角片配合以填满所述第一安装槽；所述磁环的另一端面上设置有第二安装槽，所述第二楔角片可装配在所述第二安装槽内；所述第二支撑架中心具有第二凸起结构，所述第二凸起结构用于与所述第二楔角片配合以填满所述第二安装槽。

可选的，所述磁光隔离器芯还包括一端开口的柱状外壳、以及用于封闭所述外壳开口的端盖；所述磁环、所述磁光晶体、所述第一楔角片、所述第二楔角片、所述第一支撑架和所述第二支撑架均装配在所述外壳内，且所述第一支撑架与所述外壳的底面抵靠，所述第二支撑架与所述端盖抵靠。

可选的，所述外壳、所述端盖、所述第一支撑架和所述第二支撑架均具有与所述磁光晶体同轴的中心孔，所述中心孔的孔径大于所述磁光晶体的外径。

可选的，所述第一焊接金属层和所述第二焊接金属层均为金层，所述连接金属层为铜层。

可选的，所述连接金属层通过电镀工艺制作在所述磁环的内壁上；所述第一焊接金属层通过电镀工艺制作在所述连接金属层上；所述第二焊接金属层通过离子溅射工艺制作在所述磁光晶体的外壁上。

本发明还提供一种应用于上述任一种所述的磁光隔离器芯的制作方法，所述方法包括：在所述磁环的内壁上制作所述第一焊接金属层，并在所述磁光晶体的外壁上制作所述第二焊接金属层；将所述磁环降温至第一预设温度，以使所述磁环可套设在所述磁光晶体上；将所述磁环套设在所述磁光晶体上，并将所述磁环升温，以使所述第一焊接金属层和所述第二焊接金属层压焊连接，从而得到所述磁光隔离器芯。

可选的，在所述磁环的内壁上制作所述第一焊接金属层之前，所述方法还包括：在所述磁环的内壁上制作连接金属层；所述连接金属层用于将所述第一焊接金属层与所述磁环的内壁连接。

本发明还提供了一种磁光隔离器，包括上述任一种所述的磁光隔离器芯。

本发明能产生的有益效果包括：

1)本发明提供的磁光隔离器芯，通过在磁环的内壁上设置第一焊接金属层，在磁光晶体的外壁上设置第二焊接金属层，利用热胀冷缩的原理，对磁环进行降温以使磁环收缩后内径变大，从而使得磁光晶体可装配到磁环的轴向孔中，然后磁环温度回升后发生膨胀，内径变小，这样装配进磁环中的磁光晶体外壁上的第二焊接金属层与磁环内壁上的第一焊接金属层在磁环膨胀力的挤压下发生压焊连接，从而实现了磁环与磁光晶体的连接。相较于现有技术中通过胶水进行连接，本发明中的低温压焊连接可以使磁环和磁光晶体之间的连接更加牢固，同时避免使用胶水也就避免了胶水污染磁光晶体的通光面，这样降低了磁光隔离器的***损耗，提高了磁光隔离器的封装成品率。

2)本发明提供的磁光隔离器芯，通过在磁环的两个端面上分别设置第一安装槽和第二安装槽，将第一楔角片装配进第一安装槽，并使用第一支撑架对第一楔角片进行位置固定；将第二楔角片装配进第二安装槽，并使用第二支撑架对第二楔角片进行位置固定；相较于现有技术中通过胶水进行连接，本发明中通过将楔角片位置限定在安装槽与支撑架之间的空隙中，从而实现了楔角片位置的固定，由于楔角片与磁环之间不需要使用胶水，因而也就避免了胶水污染磁光晶体的通光面，这样进一步降低了磁光隔离器的***损耗，提高了磁光隔离器的封装成品率。

3)本发明提供的磁光隔离器，通过低温焊接技术实现磁环与磁光晶体的连接，通过安装槽与支撑架的配合实现了楔角片的位置固定。这样在整个磁光隔离器芯的装配过程中都不需要使用胶水，因而完全避免了由于胶水污染磁光晶体的通光面而导致的磁光隔离器***损耗较大、封装成品率较低的问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种磁光隔离器芯结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种磁光隔离器芯制作方法流程图。

具体实施方式

下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。

本发明实施例提供了一种磁光隔离器芯，如图1所示，包括中空柱状的磁环11和柱状的磁光晶体12；磁环11的内壁上设置有第一焊接金属层；磁光晶体12的外壁上设置有第二焊接金属层，磁环11的内径小于磁光晶体12的外径，磁环11在经过降温冷缩后可套设在磁光晶体12上，以使第一焊接金属层和第二焊接金属层在磁环11温度回升后压焊连接。

其中，磁环11一般为永磁体磁环，所述永磁体可以是铁氧体、镍钴磁体、钐钴磁体或钕磁体中的任意一个，本发明实施例对此不做限定。参考图1所示，磁环11为带有中心孔的圆柱型结构。磁环11的内壁上设置有第一焊接金属层，所述第一焊接金属层可以是金层，由于金层较难直接制作在磁环11的内壁上，因而可以在磁环11的内壁与第一焊接金属层之间设置连接金属层，利用连接金属层将第一焊接金属层与磁环11的内壁连接，所述连接金属层可以是铜层。具体的，可以先在磁环11的内壁上利用电镀工艺制作铜层，铜层的厚度可以控制在1μm～2μm之间，然后在铜层上利用电镀工艺制作金层，该金层的厚度可以控制在1μm～2μm之间。

参考图1所示，磁光晶体12一般为与磁环11轴向孔形状相适应的圆柱状，磁光晶体12的外径略大于磁环11的内径。磁光晶体12的外壁上设置有第二焊接金属层，所述第二焊接金属层可以是金层。具体的，可以在磁光晶体12的外壁上利用离子溅射工艺制作金层，该金层的厚度可以控制在0.1μm～0.22μm之间。

在进行磁环11和磁光晶体12的装配时，可以首先利用冷却箱将磁环11温度冷却至-30℃，然后将其放入液氮冷却装置中，控制液氮的流速使磁体11匀速冷却至-120℃，降温时间约为10分钟。磁环11受冷后收缩，内径变大，这时磁光晶体12的外径与磁环11的内径尺寸相适应，因而可以将磁光晶体12装配进磁环11的轴向孔中。待到磁环11温度回升后发生膨胀，内径变小，这样装配进磁环11中的磁光晶体12外壁上的金层与磁环11内壁上的金层在磁环11膨胀力的挤压下发生压焊连接，形成了焊接层13，这样就实现了磁环11和磁光晶体12的紧密焊接，从而完成了磁光晶体12的固定。在实际应用中，在将磁光晶体12安装入磁环11中之前，可以用冷却箱将磁光晶体12冷却至-30℃后再安装进磁环11的轴向孔中。

本发明提供的磁光隔离器芯，通过在磁环的内壁上设置第一焊接金属层，在磁光晶体的外壁上设置第二焊接金属层，利用热胀冷缩的原理，对磁环进行降温以使磁环收缩后内径变大，从而使得磁光晶体可装配到磁环的轴向孔中，然后磁环温度回升后发生膨胀，内径变小，这样装配进磁环中的磁光晶体外壁上的第二焊接金属层与磁环内壁上的第一焊接金属层在磁环膨胀力的挤压下发生压焊连接，从而实现了磁环与磁光晶体的连接。相较于现有技术中通过胶水进行连接，本发明中的低温压焊连接可以使磁环和磁光晶体之间的连接更加牢固，同时避免使用胶水也就避免了胶水污染磁光晶体的通光面，这样降低了磁光隔离器的***损耗，提高了磁光隔离器的封装成品率。

进一步的，参考图1所示，磁光隔离器芯还包括第一楔角片14、第二楔角片15、第一支撑架16和第二支撑架17；磁环11的一个端面上设置有第一安装槽18，第一楔角片14可装配在第一安装槽18内；第一支撑架16中心具有第一凸起结构，第一凸起结构用于与第一楔角片14配合以填满第一安装槽18；磁环11的另一端面上设置有第二安装槽19，第二楔角片15可装配在第二安装槽19内；第二支撑架17中心具有第二凸起结构，第二凸起结构用于与第二楔角片15配合以填满第二安装槽19。

参考图1所示，第一支撑架16为一设有中心凸起结构的圆片，凸起结构的形状与第一楔角片14贴合，以确保第一支撑架16与磁环11完成装配后，之间形成的空腔恰好能够容纳第一楔角片14；第二支撑架17也为一设有中心凸起结构的圆片，凸起结构的形状与第二楔角片15贴合，以确保第二支撑架17与磁环11完成装配后，之间形成的空腔恰好能够容纳第二楔角片15。

本发明提供的磁光隔离器芯，通过在磁环11的两个端面上分别设置第一安装槽18和第二安装槽19，将第一楔角片14装配进第一安装槽18，并使用第一支撑架16对第一楔角片14进行位置固定；将第二楔角片15装配进第二安装槽19，并使用第二支撑架17对第二楔角片15进行位置固定；相较于现有技术中通过胶水进行连接，本发明中通过将楔角片位置限定在安装槽与支撑架之间的空隙中，从而实现了楔角片位置的固定，由于楔角片与磁环11之间不需要使用胶水，因而也就避免了胶水污染磁光晶体12的通光面，这样进一步降低了磁光隔离器的***损耗，提高了磁光隔离器的封装成品率。

参考图1所示，磁光隔离器芯还包括一端开口的柱状外壳20、以及用于封闭外壳20开口的端盖21；磁环11、磁光晶体12、第一楔角片14、第二楔角片15、第一支撑架16和第二支撑架17均装配在外壳20内，且第一支撑架16与外壳20的底面抵靠，第二支撑架17与端盖21抵靠。其中，外壳20、端盖21、第一支撑架16和第二支撑架17均具有与磁光晶体12同轴的中心孔，该中心孔的孔径大于磁光晶体12的外径。

外壳20为一端封闭、一端开口的圆筒结构，开口端设有螺纹，端盖21设有与外壳20开口端配合的螺纹，将装配好的磁环11、磁光晶体12、第一楔角片14、第二楔角片15、第一支撑架16和第二支撑架17置入外壳20中，然后通过旋紧端盖21完成磁光隔离器芯各个部件的位置固定。

本发明另一实施例提供一种应用于上述任一种所述的磁光隔离器芯的制作方法，如图2所示，所述方法包括：

步骤201、在磁环11的内壁上制作第一焊接金属层，并在磁光晶体12的外壁上制作第二焊接金属层。

其中，所述第一焊接金属层和所述第二焊接金属层可以均为金层；所述第一焊接金属层可以通过湿法电镀工艺制作在磁环11的内壁上，所述第二焊接金属层可以通过离子溅射工艺制作在磁光晶体12的外壁上。

步骤202、将磁环11降温至第一预设温度，以使磁环11可套设在磁光晶体12上。

其中，所述第一预设温度为预先设置的温度，本领域技术人员可以根据实际情况进行设定，本发明实施例对此不做限定。示例的，所述第一预设温度可以为-120℃。

步骤203、将磁环11套设在磁光晶体12上，并将磁环11升温，以使第一焊接金属层和第二焊接金属层压焊连接，从而得到磁光隔离器芯。

进一步的，在磁环11的内壁上制作第一焊接金属层之前，所述方法还可以包括：在磁环11的内壁上制作连接金属层；连接金属层用于将第一焊接金属层与磁环11的内壁连接。其中，所述连接金属层可以为铜层，该铜层可以通过湿法电镀工艺制作在磁环11的内壁上。

下面示例出磁光隔离器芯的制作装配过程：首先在磁环11的内壁上湿法电镀铜层，在铜层上电镀金层；在圆柱状磁光晶体12的外壁上采用离子溅射镀金层，保证25℃室温下镀金层后的磁光晶体12的外径较磁环11的内径略大1μm～2μm。然后使用液氮冷却磁环11，待磁环11的内径与磁光晶体12的外径匹配时，将磁光晶体12安装于磁环11的轴向孔中，待磁环11温度回升至室温后，磁光晶体12与磁环11便完成密合。接着将第一楔角片14放置在磁环11端面的第一安装槽18中，盖上第一支撑架16，使第一楔角片14正好处于第一支撑架16与第一安装槽18形成的空腔之内；将第二楔角片15放置在磁环11另一端的第二安装槽19中，盖上第二支撑架17，使第二楔角片15正好处于第二支撑架17与第二安装槽19形成的空腔之内。最后将上述装配好的结构放入外壳20中，旋紧端盖21完成磁光隔离器芯的制作和装配。

下面为本发明提供的磁光隔离器芯的一个具体实施例：

提供一块永磁体磁环11，材料为钕铁硼，磁环11的外径为10mm，内径为3mm，长度为16mm，于永磁体磁环11的两端面加工第一安装槽18和第二安装槽19，沉槽长、宽为5mm，深度为3mm。

磁环11内壁上镀铜层：电镀液为硫酸铜180～220g/L、氨基磺酸120～250g/L及氯化钠0.15～0.25g/L，溶剂为水。流程为(1)将磁环放入上述电镀液中，作为阴极；(2)将金属铜加工成直径1mm的阳极***磁环11的轴向孔中；(3)通入直流电源进行电镀，电流密度为0.2～0.4A/dm²，温度为15～35℃，时间为60～120s。

磁环11内壁上镀金层：电镀液为碘金酸钾浓度为6～20g/L、四甲基碘化铵3～8g/L、EDTA 8～15g/L和柠檬酸80～130g/L。流程为(1)将磁环11放入上述电镀液中，作为阴极；(2)将金属金加工成直径1mm的阳极***磁环的轴向孔中；(3)通入直流电源进行电镀，电流密度为0.3～0.6A/dm²，温度为15～35℃，时间为10～60s。电镀后测量到磁环11的内径为3.004mm。

磁光晶体12的加工：提供一块TGG晶体，晶体直径为3.002mm，长度为10mm，晶体两端面抛光。

磁光晶体12的外壁上镀金层：步骤为(1)将磁光晶体12依次放入酒精和丙酮中超声清洗各15min，去除表面油渍等污染物，充分干燥后迅速放入镀膜机的真空室，加热至230℃，保温时间20-30min；(2)调整Ar气压至1.3Pa，偏压至185V，开启金靶电源，电流调制4A，中频磁控溅射沉积金70min完成磁光晶体12上半部分表面镀金；(3)重复同样步骤完成磁光晶体12下半表面镀金。金层厚度控制在150nm。

磁环11和磁光晶体12的装配：将磁环11和磁光晶体12同时放入冷冻柜中，降温至-30℃，取出磁环11放置在液氮冷却器中，缓慢调整液氮的流速，使磁环11在10分钟内均匀降温至-120℃，取出磁光晶体12放入磁环11的轴向孔中，关闭液氮，待温度回升后由于磁环11内径较磁光晶体12外径略小，此时磁光晶体12外壁和磁环11内壁上的金层将会均匀受压紧密焊接成一体。

整体封装：采用YVO₄制备成第一楔角片14和第二楔角片15，尺寸为5×5×3mm³，将第一楔角片14和第二楔角片15分别放入第一安装槽18和第二安装槽19，盖好第一支撑架16和第二支撑架17，放入外壳20中，旋紧端盖21完成封装。

本发明再一实施例提供一种磁光隔离器，包括上述任一种所述的磁光隔离器芯。所述的磁光隔离器芯通过低温焊接技术实现磁环与磁光晶体的连接，通过安装槽与支撑架的配合实现了楔角片的位置固定。这样在整个磁光隔离器芯的装配过程中都不需要使用胶水，因而完全避免了由于胶水污染磁光晶体的通光面而导致的磁光隔离器***损耗较大、封装成品率较低的问题。

以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。