CN109683258A - 用于蝶形半导体激光器自动耦合封装的光纤夹具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于蝶形半导体激光器自动耦合封装的光纤夹具，涉及电子器件自动耦合封装领域。该光纤夹具包括光纤夹具位置调整装置和夹具模块，夹具模块通过L型转接板安装在光纤夹具位置调整装置上，夹具模块包括夹具安装支架、夹具定位座、角度调整机构、光纤尾端夹具以及悬挂设置在光纤尾端夹具前方的光纤金属套管端夹具等部件，在夹具定位座、夹具安装支架以及角度调整机构上均开设有呈狭缝状且与光纤尾端夹具的纵向延伸方向基本平行的光纤放置口。本发明提供的光纤夹具能够方便地放入和取出光纤，同时能够方便地进行粗调和精调，利于光纤准确地对准，能够大大提高耦合效率，降低生产成本。

Description

用于蝶形半导体激光器自动耦合封装的光纤夹具

技术领域

本发明涉及自动化耦合封装技术领域，具体涉及用于蝶形半导体激光器自动耦合封装的光纤夹具。

背景技术

随着光纤通信和光纤传感技术的发展，光电子器件的制备成为了光信息技术进步的关键。在光通信产品中，光电子器件如蝶形半导体激光器的需求量随着发展越来越大。蝶形半导体激光器是光纤通信行业最常用的长距离传输光信号放大装置，但是蝶形半导体激光器的封装成本一直居高不下，昂贵的封装成本、过低的封装效率与日益增长的需求量之间的巨大矛盾，极大地限制了光电子器件行业的发展速度。

光电子器件封装行业最大的瓶颈在于封装成本，而制约成本的关键原因就是封装的自动化程度。在自动化过程中，需要重点考虑光纤耦合(光纤对准)技术和尾纤固定技术。光纤耦合过程中，其对准方式大多数是由人工根据激光器输出功率的大小来判断光纤是否对准，并利用调节平台进行微调。尾纤固定一般采用激光焊接方式，也需要极其精确地焊接，否则将影响成品合格率。

目前国内的很多公司器件生产基本上还是手工操作，部分产品可以实现半自动化，但是光纤耦合还是需要熟练的技工在显微镜的辅助下手动完成，既费时又不能保证成品率。国外的一些光通信行业的大企业拥有一些先进的自动化封装设备，能够实现激光器与光纤的自动耦合和半自动封装。借助于这些封装设备，其生产效率比手工或半自动化生产方式有显著提高。然而，这些成套设备价格昂贵，需要较高的资金投入，并且这些封装设备采用的封装工艺也有很多需要改善的地方，比如光纤耦合的精度不足等。因此，如何解决现有技术中存在的光纤耦合精度不高、封装成本居高不下、产品合格率低等问题，是当前蝶形半导体激光器发展中的重中之重。在光纤耦合过程中，需要对光纤进行夹持，设计结构合理的光纤夹具，将显著提高蝶形半导体激光器的耦合封装效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种用于蝶形半导体激光器自动耦合封装设备的光纤夹具，该光纤夹具能够方便地放入和取出光纤，同时能够方便地进行粗调和精调，利于光纤准确地对准，能够大大提高耦合效率，降低生产成本。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于蝶形半导体激光器自动耦合封装的光纤夹具，包括光纤夹具位置调整装置和夹具模块，其特征在于：所述夹具模块通过L型转接板安装在光纤夹具位置调整装置上，所述夹具模块包括夹具安装支架、夹具定位座、角度调整机构、光纤尾端夹具以及悬挂设置在所述光纤尾端夹具前方的光纤金属套管端夹具，所述夹具安装支架固定在L型转接板上并开设有通孔，所述光纤尾端夹具穿过所述通孔而固定在夹具安装支架上；在所述夹具定位座、夹具安装支架以及角度调整机构上均开设有呈狭缝状且与所述光纤尾端夹具的纵向延伸方向基本平行的光纤放置口，以使光纤能够方便地放入所述光纤尾端夹具中。

上述的用于蝶形半导体激光器自动耦合封装的光纤夹具，优选的，所述光纤尾端夹具包括上盖和基座，所述上盖铰接在所述基座上，所述基座上开设有强磁放置槽，所述基座中部还设置有光纤定位槽(优选为V型槽，有助于起到定位作用)，在所述上盖上与所述光纤定位槽相对应地设置有海绵安装槽。当所述上盖与基座合上后，在强磁放置槽内的强磁铁的作用下，上盖仅仅地贴合在基座上，同时由于海绵安装槽内安装有海绵，海绵的设置有利于夹紧光纤定位槽中的光纤。更优选的，所述夹具安装支架的通孔上还开设有夹具锁紧孔，通过锁紧螺栓穿过所述夹具锁紧孔，能够使光纤尾端夹具方便地固定在夹具安装支架上。更优选的，在所述强磁放置槽的两端分别设置固定螺孔，可以安装手拧螺栓，辅助固定上盖合紧。

上述的用于蝶形半导体激光器自动耦合封装的光纤夹具，优选的，所述夹具安装支架的通孔的内表面还设置有定位凸块，所述角度调整机构为圆周方向均匀间隔开设有多个与所述定位凸块相匹配的凹槽的圆形齿状环，所述圆形齿状环与所述光纤尾端夹具固定连接或一体成型，通过旋转角度调整机构并使其上的凹槽与所述定位凸块卡合，即可实现所述光纤尾端夹具的角度调整。优选的，每两个凹槽之间的圆心角为15度。

上述的用于蝶形半导体激光器自动耦合封装的光纤夹具，优选的，所述光纤夹具位置调整装置包括底部滑轨，设置在所述底部滑轨上的底部滑块，从下往上依次设置在底部滑块上的X轴运动平台、Y轴运动平台和Z轴运动平台，以及自动旋转平台；所述自动旋转平台的一端与L型转接板固定连接，所述自动旋转平台的另一端与Z轴运动平台固定连接。所述自动旋转平台能够带动整个夹具模块旋转，用于微调光纤的轴向角度。

上述的用于蝶形半导体激光器自动耦合封装的光纤夹具，优选的，所述光纤金属套管端夹具整体呈T字形，所述光纤金属套管端夹具内部为中空结构，在其一端开设有金属套管定位槽，并在金属套管定位槽内设置有用于吸附光纤金属套管的吸附孔，在光纤金属套管端夹具另一端开设有与吸气管连接的气管接头，所述气管接头与吸附孔连通，通过吸气管吸气，在吸附孔的位置形成负压，从而吸附光纤金属套管。

所述光纤夹具在工作原理如下：将光纤通过光纤放置口放进光纤尾端夹具的光纤定位槽内，设置光纤放置口的目的是为了方便光纤的装夹，且不需要将光纤尾端夹具取下安装光纤；在强磁放置槽内设置强磁铁，在上盖合上是，可以保证上盖固定，同时强磁放置槽的两端可以分别设置固定螺孔，安装手拧螺栓，辅助固定上盖合紧。光纤定位槽可以设置为V型槽，以方便起到定位作用。在海绵安装槽内可以设置海绵等软质材料，所述软质材料稍稍突出海绵安装槽设置，以方便在上盖合上时能压紧光纤。在光纤尾端夹具的尾部设置角度调整机构，通过与夹具定位座的配合，可以实现旋转定位的功能。每两个凹槽之间的角度为15度，在调整好之后，插入夹具安装支架，角度调整机构上的凹槽与夹具定位座上的定位凸块相配合，再通过夹具锁紧孔内的锁紧螺栓固定光纤尾端夹具。所述光纤金属套管端夹具安装在夹具安装支架的前端，所述光纤金属套管端夹具上设置有气管接头，与吸气管连接；所述光纤金属套管端夹具的内部为中空，所述气管接头与吸附孔相连通，通过吸气管吸气，在吸附孔的位置形成负压，用于吸附光纤金属套管。自动旋转平台，用于微调光纤的轴向角度，其能够带动整个夹具模块转动。光纤尾端夹具中放置光纤的圆心与吸附在金属套管定位槽上的光纤金属套管的圆心始终重合；光纤的前端突出设置有光纤金属套管，且光纤的顶端具有8度的倾斜角度，自动旋转平台的作用是为了光纤的前端切面为直线。所述底部滑块用于带动整个光纤夹具在底部滑轨上运动，再通过X轴运动平台、Y轴运动平台以及Z轴运动平台对光纤在XYZ三个方向的位置进行微调，使得光纤的前端与激光器内透镜的光焦点位置重合，达到光功率的最大值。

本发明的光纤夹具所用于的蝶形半导体激光器自动耦合封装设备，包括立柱、横梁、以及设置在底座上的光纤夹具、透镜夹具机构、下夹具装置、物料盘机构、以及激光功率计，在所述横梁上设置有光纤自动调角焊接装置，所述光纤夹具、透镜夹具机构相对设置，在所述光纤夹具与透镜夹具机构之间设置所述下夹具装置，在所述下夹具装置一侧设置所述物料盘机构以方便所述透镜夹具机构获取所述物料盘机构上的透镜；所述光纤夹具、透镜夹具机构、以及光纤自动调角焊接装置均能够进行位置调整以实现蝶形半导体激光器的准确耦合封装。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：

1、本发明中使用的光纤夹具，能够方便地放入和取出光纤，同时能够方便地进行粗调和精调，利于光纤准确地对准，同时采用吸气的方式能够方便地吸附光纤的金属套管。

2、本发明提供的光纤夹具，自动化程度高，操作简单方便，生产效率高，成本低，并且基本不受操作人员的技能熟练程度的影响，最终制得的产品质量稳定。工作过程中，各部件相互配合，能够方便准确地夹持光纤。

3、本发明提供的光纤夹具的各个部件布局合理、结构设计巧妙，使得设备的结构紧凑、并且便于安装和拆卸。

附图说明

图1为本发明蝶形半导体激光器自动耦合封装设备中光纤夹具的立体结构示意图。

图2为本发明蝶形半导体激光器自动耦合封装设备中光纤夹具的夹具模块的立体结构示意图。

图3为本发明蝶形半导体激光器自动耦合封装设备中光纤夹具的夹具定位座的立体结构示意图。

图4为本发明蝶形半导体激光器自动耦合封装设备中光纤尾端夹具部分的立体结构示意图。

图5为本发明蝶形半导体激光器自动耦合封装设备中光纤金属套管端夹具的立体结构示意图。

附图标记：

101、光纤尾端夹具；102、光纤金属套管端夹具；103、夹具定位座；104、角度调整机构；105、强磁放置槽；106、光纤定位槽；107、海绵安装槽；108、定位凸块；109、底部滑轨；110、底部滑块；111、X轴运动平台；112、Y轴运动平台；113、自动旋转平台；114、Z轴运动平台；115、夹具锁紧孔；116、光纤放置口；117、夹具安装支架；118、气管接头；119、吸附孔；120、金属套管定位槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1和5所示，本实施例提供了一种用于蝶形半导体激光器自动耦合封装的光纤夹具，所述光纤夹具包括光纤夹具位置调整装置和夹具模块，所述夹具模块通过L型转接板安装在光纤夹具位置调整装置上，所述夹具模块包括夹具安装支架117、夹具定位座103、角度调整机构104、光纤尾端夹具101以及悬挂设置在光纤尾端夹具101前方的光纤金属套管端夹具102，所述夹具安装支架117固定在L型转接板上并开设有通孔，所述光纤尾端夹具101穿过所述通孔而固定在夹具安装支架117上；在所述夹具定位座103、夹具安装支架117以及角度调整机构104上均开设有呈狭缝状且与所述光纤尾端夹具101的纵向延伸方向基本平行的光纤放置口116，以使光纤能够方便地放入所述光纤尾端夹具101中。

图4中，所述光纤尾端夹具101包括上盖和基座，所述上盖铰接在所述基座上，所述基座上开设有强磁放置槽105，所述基座中部还设置有光纤定位槽106(优选为V型槽，有助于起到定位作用)，在所述上盖上与所述光纤定位槽106相对应地设置有海绵安装槽107。当所述上盖与基座合上后，在强磁放置槽105内的强磁铁的作用下，上盖仅仅地贴合在基座上，同时由于海绵安装槽107内安装有海绵，海绵的设置有利于夹紧光纤定位槽106中的光纤。更优选的，所述夹具安装支架117的通孔上还开设有夹具锁紧孔115，通过锁紧螺栓穿过所述夹具锁紧孔115，能够使光纤尾端夹具101方便地固定在夹具安装支架117上。更优选的，在所述强磁放置槽105的两端分别设置固定螺孔，可以安装手拧螺栓，辅助固定上盖合紧。

所述夹具安装支架117的通孔的内表面还设置有定位凸块108，所述角度调整机构104为圆周方向均匀间隔开设有多个与所述定位凸块108相匹配的凹槽的圆形齿状环，所述圆形齿状环与所述光纤尾端夹具101固定连接或一体成型，通过旋转角度调整机构104并使其上的凹槽与所述定位凸块108卡合，即可实现所述光纤尾端夹具101的角度调整。

本实施例中，优选所述光纤夹具位置调整装置包括底部滑轨109，设置在所述底部滑轨109上的底部滑块110，从下往上依次设置在底部滑块110上的X轴运动平台111、Y轴运动平台112和Z轴运动平台114，以及自动旋转平台113；所述自动旋转平台113的一端与L型转接板固定连接，所述自动旋转平台113的另一端与Z轴运动平台114固定连接。所述自动旋转平台113能够带动整个夹具模块旋转，用于微调光纤的轴向角度。

如图5所示，所述光纤金属套管端夹具102整体呈T字形，所述光纤金属套管端夹具102内部为中空结构，在其一端开设有金属套管定位槽120，并在金属套管定位槽120内设置有用于吸附光纤金属套管的吸附孔119，在光纤金属套管端夹具102另一端开设有与吸气管连接的气管接头118，所述气管接头118与吸附孔119连通，通过吸气管吸气，在吸附孔119的位置形成负压，从而吸附光纤金属套管。

所述光纤夹具在工作原理如下：将光纤通过光纤放置口116放进光纤尾端夹具101的光纤定位槽106内，设置光纤放置口116的目的是为了方便光纤的装夹，且不需要将光纤尾端夹具101取下安装光纤；在强磁放置槽105内设置强磁铁，在上盖合上是，可以保证上盖固定，同时强磁放置槽105的两端可以分别设置固定螺孔，安装手拧螺栓，辅助固定上盖合紧。光纤定位槽106可以设置为V型槽，以方便起到定位作用。在海绵安装槽107内可以设置海绵等软质材料，所述软质材料稍稍突出海绵安装槽107设置，以方便在上盖合上时能压紧光纤。在光纤尾端夹具101的尾部设置角度调整机构104，通过与夹具定位座103的配合，可以实现旋转定位的功能。每两个凹槽之间的角度为15度，在调整好之后，插入夹具安装支架117，角度调整机构104上的凹槽与夹具定位座103上的定位凸块108相配合，再通过夹具锁紧孔115内的锁紧螺栓固定光纤尾端夹具101。所述光纤金属套管端夹具102安装在夹具安装支架117的前端，所述光纤金属套管端夹具102上设置有气管接头118，与吸气管连接；所述光纤金属套管端夹具102的内部为中空，所述气管接头118与吸附孔119相连通，通过吸气管吸气，在吸附孔119的位置形成负压，用于吸附光纤金属套管。自动旋转平台113，用于微调光纤的轴向角度，其能够带动整个夹具模块转动。光纤尾端夹具101中放置光纤的圆心与吸附在金属套管定位槽120上的光纤金属套管的圆心始终重合；光纤的前端突出设置有光纤金属套管，且光纤的顶端具有8度的倾斜角度，自动旋转平台113的作用是为了光纤的前端切面为直线。所述底部滑块110用于带动整个光纤夹具在底部滑轨109上运动，再通过X轴运动平台111、Y轴运动平台112以及Z轴运动平台114对光纤在XYZ三个方向的位置进行微调，使得光纤的前端与激光器内透镜的光焦点位置重合，达到光功率的最大值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于蝶形半导体激光器自动耦合封装的光纤夹具，包括光纤夹具位置调整装置和夹具模块，其特征在于：所述夹具模块通过L型转接板安装在光纤夹具位置调整装置上，所述夹具模块包括夹具安装支架、夹具定位座、角度调整机构、光纤尾端夹具以及悬挂设置在所述光纤尾端夹具前方的光纤金属套管端夹具，所述夹具安装支架固定在L型转接板上并开设有通孔，所述光纤尾端夹具穿过所述通孔而固定在夹具安装支架上；在所述夹具定位座、夹具安装支架以及角度调整机构上均开设有呈狭缝状且与所述光纤尾端夹具的纵向延伸方向基本平行的光纤放置口，以使光纤能够方便地放入所述光纤尾端夹具中。

2.如权利要求1所述的用于蝶形半导体激光器自动耦合封装的光纤夹具，其特征在于：所述光纤尾端夹具包括上盖和基座，所述上盖铰接在所述基座上，所述基座上开设有强磁放置槽，所述基座中部还设置有光纤定位槽，在所述上盖上与所述光纤定位槽相对应地设置有海绵安装槽。

3.如权利要求2所述的用于蝶形半导体激光器自动耦合封装的光纤夹具，其特征在于：所述光纤定位槽为V型槽。

4.如权利要求1-3任一项所述的用于蝶形半导体激光器自动耦合封装的光纤夹具，其特征在于：所述夹具安装支架的通孔的内表面还设置有定位凸块，所述角度调整机构为圆周方向均匀间隔开设有多个与所述定位凸块相匹配的凹槽的圆形齿状环，所述圆形齿状环与所述光纤尾端夹具固定连接或一体成型，通过旋转角度调整机构并使其上的凹槽与所述定位凸块卡合，即可实现所述光纤尾端夹具的角度调整。

5.如权利要求1-3任一项所述的用于蝶形半导体激光器自动耦合封装的光纤夹具，其特征在于：所述光纤夹具位置调整装置包括底部滑轨，设置在所述底部滑轨上的底部滑块，从下往上依次设置在底部滑块上的X轴运动平台、Y轴运动平台和Z轴运动平台，以及自动旋转平台；所述自动旋转平台的一端与L型转接板固定连接，所述自动旋转平台的另一端与Z轴运动平台固定连接；所述自动旋转平台能够带动整个夹具模块旋转，用于微调光纤的轴向角度。

6.如权利要求1-3任一项所述的用于蝶形半导体激光器自动耦合封装的光纤夹具，其特征在于：所述光纤金属套管端夹具整体呈T字形，所述光纤金属套管端夹具内部为中空结构，在其一端开设有金属套管定位槽，并在金属套管定位槽内设置有用于吸附光纤金属套管的吸附孔，在光纤金属套管端夹具另一端开设有与吸气管连接的气管接头，所述气管接头与吸附孔连通，通过吸气管吸气，在吸附孔的位置形成负压，从而吸附光纤金属套管。

7.如权利要求2所述的用于蝶形半导体激光器自动耦合封装的光纤夹具，其特征在于：在所述强磁放置槽的两端分别设置固定螺孔，通过安装手拧螺栓，辅助固定上盖合紧。

8.如权利要求4所述的用于蝶形半导体激光器自动耦合封装的光纤夹具，其特征在于：每两个凹槽之间的圆心角为15度。