CN110058360A - 一种用于激光器与硅波导耦合的具有电极夹具的耦合装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于激光器与硅波导耦合的具有电极夹具的耦合装置，包括工作台、立柱和横梁，工作台上依次设有耦合组件、耦合定位夹具及收光组件；耦合组件包括固定在工作台上的X向第一滑轨、三向浮动调整机构、角度调整仪，角度调整仪的水平端部设有可升降的电极夹具；耦合定位夹具包括固定安装在工作台上的第一支架，第一支架上方设有第一载物台及定位夹具；收光组件包括光电探测器、透镜套管和光束质量分析仪，光电探测器正对电极夹具及第一载物台；耦合定位夹具正上方设置有可移动的第一相机组件，侧边安装有可移动的第二相机组件；本耦合装置调整的自由度高，方向及角度均便于调整，光束易于调节并对准，耦合成功率较高。

Description

一种用于激光器与硅波导耦合的具有电极夹具的耦合装置

技术领域

本发明涉及到激光器与硅波导耦合的技术领域，具体涉及到一种用于激光器与硅波导耦合的具有电极夹具的耦合装置。

背景技术

光子集成技术，泛指有源器件(激光器，探测器，光放大器，光调制器等)和无源器件(分光/合光器，光滤波器，光复用/解复用器等)的集成，从而实现单片多功能的光器件技术。光子集成技术被视为是近期乃至将来，特别是在数据中心等短距离光互联应用中，强有力的光模块技术。然而,将单模激光器的光耦合到平面光波导或者其他硅基光集成芯片上，还是目前的一个大课题。耦合又称“面对面耦合”，一个光学元件的一端与另一个光学元件的一端直接对准耦合。要求对传输的辐射有最小的功率损耗，且在界面有最大的传输系数，即从一个光学元件到另一个光学元件为零反射。

目前采用较多的是运用耦合平台将激光器与光波导进行耦合，由于耦合的精度需求非常高，耦合设备中物料的位置准确性直接会影响后续耦合的准确性，目前耦合过程中具有以下问题：1、激光器组件与光波导组件尺寸较小，耦合过程中不易观察；2、激光器组件发出的光不易准确的对准光波导，不易对发出的光束调整角度；3、耦合定位时夹具力度不能太大，以免损坏激光器组件或光波导组件，而且要便于为激光器供电。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种用于激光器与硅波导耦合的具有电极夹具的耦合装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于激光器与硅波导耦合的具有电极夹具的耦合装置，包括工作台,及所述工作台上方设置的立柱和横梁，所述工作台上沿Y向依次设有耦合组件、耦合定位夹具及收光组件；激光器组件与硅波导组件分别在耦合组件和耦合定位夹具上进行耦合，收光组件扑捉激光器组件发出的光束，分析光束倾角、质量等，并对耦合组件做相应调整。

所述耦合组件包括固定在所述工作台上的X向第一滑轨，所述X向第一滑轨上方设有三向浮动调整机构，所述三向浮动调整机构上方通过第一“L”形支座安装有角度调整仪，所述角度调整仪的水平端部设有夹具组件，所述夹具组件端部设有可升降的电极夹具；所述X向第一滑轨能够使耦合组件在X方向上大幅度移动，工作时，耦合组件从耦合区移动到上料区，在上料区将激光器组件夹在电极夹具上，然后移动至耦合区；三向浮动调整机构能够实现耦合组件的X、Y、Z三向微调，角度调整仪能够对夹具组件的角度进行调整，根据需要实时调整电极夹具上的激光器组件角度和位置，确保其角度和位置的准确性，有利于提高耦合的成功率。

所述耦合定位夹具包括固定安装在所述工作台上的第一支架，所述第一支架上方设有第一载物台及定位夹具；硅波导组件能够安放在所述第一载物台上并被准确夹住。

所述收光组件包括固定安装在所述所述工作台上的第二支架，所述第二支架上方安装有方向调整机构，所述方向调整机构上方设有收光器；所述收光器包括光电探测器、透镜套管和光束质量分析仪，所述光电探测器正对所述电极夹具及所述第一载物台；所述光电探测器能够自动找到光束，并传递给光束质量分析仪对光束进行分析。

所述耦合定位夹具正上方设置有可移动的第一相机组件，所述第一相机组件安装在所述横梁上；所述耦合定位夹具侧边安装有可移动的第二相机组件。Z向的第一相机组件与X向的第二相机组件能够清晰完整的拍摄到耦合区，有利于操作人员清楚观察激光器组件与硅波导组件耦合的状态，提高耦合的准确性。

进一步的，所述夹具组件包括夹具本体，所述夹具本体通过螺栓固定安装在所述角度调整仪的水平末端；所述夹具本体靠近所述载物台的一端设有第一竖直滑轨，所述第一竖直滑轨上平行的安装有电动的上滑块和下滑块；所述下滑块通过螺栓连接有第二载物台，所述第二载物台与所述第一载物台对应设置；所述上滑块上通过螺栓安装有连接臂，所述连接臂朝向所述第一载物台的一端滑动安装有一对电极夹脚，所述电极夹脚与所述夹具本体中的控制器电连接。一对所述电极夹脚能够上下左右同步移动，自由度高，方便夹持所述第二载物台上的激光器组件；电极夹脚电极一正一负，能够直接通过夹脚对激光器组件供电，触发激光器发出光束，不需要额外设置电极供电。

进一步的，所述第一支架上部设有安装座,所述安装座上并列的安装有X向滑台和所述第一载物台，所述第一载物台上具有载物区，所述载物区靠近所述X向滑台的一侧设有竖直凹槽，所述载物区远离所述X向滑台的一侧设有挡块；所述X向滑台上方靠近所述竖直凹槽的一侧设有所述定位夹具，所述定位夹具具有X向夹脚，所述X向夹脚端部露出并正对所述竖直凹槽；所述X向夹脚的宽度小于所述竖直凹槽的宽度，所述X向夹脚的高度高于所述第一载物台的上平面。通过X向夹脚向固定块方向移动，从两侧固定住硅波导组件，单侧施加夹紧力，减少物料夹紧时的外力冲击；竖直凹槽的设置，对X向夹脚起到导向和定位的作用，保证了X向夹脚通过竖直凹槽靠近物料时，夹脚位置不会偏离。

进一步的，所述方向调整机构包括Y向电动调节滑轨及多个X、Y、Z向平移调整架，所述Y向电动调节滑轨固定安装在所述第二支架上，多个所述平移调整架依次安装在所述Y向电动调节滑轨上方；所述收光器通过第二安装座固定安装在多个所述平移调整架上，所述第二安装座靠近所述第一载物台的一侧设有卡箍，所述卡箍卡住所述收光器的透镜套管，所述第二安装座的另一侧通过支撑台固定所述光束质量分析仪。采用此结构的方向调整机构能够对其上方的收光器组件进行多向调节，以适应激光器组件与硅波导组件的位置，便于探测和分析光束质量；卡箍和支撑台分别固定透镜套管和光束质量分析仪，确保其稳定性，一旦固定不会发生移动，避免仪器本身的晃动造成光束分析不准确。

进一步的，所述第一相机组件通过Z向第一移动机构安装在所述横梁的侧边，所述Z向第一移动机构包括相互匹配的电动的Z向第一滑轨和第一滑块，所述第一滑轨固定安装在所述横梁的侧壁上，所述第一滑块上安装有第一固定框，所述第一固定框套住并固定所述第一相机组件。

所述第一支架侧面安装有相互匹配的电动的Z向第二滑轨和第二滑块，所述第二滑块侧面安装有第二“L”形支座，所述第二“L”形支座上方安装有手动滑台，所述手动滑台上方安装有第二固定框；所述第二固定框套住并固定所述第二相机组件。

第一相机组件和第二相机组件能够随时调整上下距离以适应耦合区位置，确保准确对耦合区域进行监控，而且监视范围大，监视位置可调整。

进一步的，所述第一载物台上安放硅波导组件，并通过所述X向夹脚与所述挡块从两侧固定住所述硅波导组件。

进一步的，所述第二载物台上安放激光器组件，所述电极夹脚与所述第二载物台配合夹住所述激光器组件，并通过所述电极夹脚为所述激光器组件供电。

进一步的，所述工作台外还设有显示器，所述显示器分别连接所述第一相机组件和第二相机组件并放大显示。通过显示器放大，便于观察耦合区及各个夹脚的状态，便于进行有针对性的调节，并且能够将调整、装夹以及光束耦合的过程记录并存储下来，以便后续的分析和改进。

进一步的，所述第一相机组件与所述第二相机组件上分别安装有相机镜头及相机控制器。所述第一相机组件与所述第二相机组件能够独立控制并记录。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本耦合装置调整的自由度高，方向及角度均便于调整，光束易于调节并对准，耦合成功率较高；2、光电探测器与光束质量分析仪安装稳固，易于调整，能够自动找光并传递给光束质量分析仪对光束进行分析；3、两组独立设置的相机组件，能够全方位的监控耦合区，便于操作人员清楚识别耦合过程，并能将调整、装夹以及光束耦合的过程记录存储下来；4、一对电极夹脚既能稳固夹持激光器组件，又能随时为其供电，便于激光器激发光束。

附图说明

图1为本发明一种用于激光器与硅波导耦合的具有电极夹具的耦合装置的结构示意图；

图2为本发明耦合组件局部放大示意图；

图3为本发明耦合定位夹具结构示意图；

图4为本发明收光组件结构示意图；

图5为本发明第一相机组件结构示意图；

图6为本发明耦合装置的A处结构局部放大图；

图7为本发明耦合定位夹具B处结构放大示意图；

图中：1、工作台；2、立柱；3、横梁；4、耦合定位夹具；5、收光组件；6、X向第一滑轨；7、三向浮动调整机构；8、第一“L”形支座；9、角度调整仪；10、夹具组件；11、第一竖直滑轨；12、上滑块；13、下滑块；14、第二载物台；15、电极夹脚；16、第一支架；17、安装座；18、第一载物台；1801、载物区；1802、竖直凹槽；19、X向夹脚；20、挡块；21、X向滑台；22、第二支架；23、Y向电动调节滑轨；24、平移调整架；25、光电探测器；26、光束质量分析仪；27、透镜套管；28、第二安装座；29、卡箍；30、第二相机组件；31、第一相机组件；32、第二滑轨；33、第二滑块；34、第二“L”形支座；35、手动滑台；36、第二固定框；37、第一滑轨；38、第一滑块；39、第一固定框。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，一种用于激光器与硅波导耦合的具有电极夹具的耦合装置，包括工作台1,及所述工作台1上方设置的立柱2和横梁3，所述工作台1上沿Y向依次设有耦合组件、耦合定位夹具4及收光组件5；激光器组件与硅波导组件分别在耦合组件和耦合定位夹具4上进行耦合，收光组件5扑捉激光器组件发出的光束，分析光束倾角、质量等，并根据光束倾角对耦合组件做相应调整。

所述耦合组件包括固定在所述工作台1上的X向第一滑轨6，所述X向第一滑轨6上方设有三向浮动调整机构7，所述三向浮动调整机构7上方通过第一“L”形支座8安装有角度调整仪9，所述角度调整仪9的水平端部设有夹具组件10，所述夹具组件10端部设有可升降的电极夹脚15；所述X向第一滑轨6能够使耦合组件在X方向上大幅度移动，工作时，耦合组件从耦合区移动到上料区，在上料区将激光器组件夹在电极夹具上，然后移动至耦合区；三向浮动调整机构7能够实现耦合组件的X、Y、Z三向微调，角度调整仪9能够对夹具组件10的角度进行调整，根据需要实时调整电极夹具上的激光器组件角度和位置，确保其角度和位置的准确性，有利于提高耦合的成功率。其中,所述角度调整仪9选用骏河精机科技有限公司生产的型号为KAB07096AR的调整仪,重复定位精度达到0.003微米；三向浮动调整机构7选用骏河精机科技有限公司生产的型号为KY1040C-L5的自动滑台，重复定位精度达到0.02微米。

具体的，所述夹具组件10包括夹具本体，所述夹具本体通过螺栓固定安装在所述角度调整仪9的水平末端；所述夹具本体靠近所述载物台的一端设有第一竖直滑轨11，所述第一竖直滑轨11上平行的安装有电动的上滑块12和下滑块13；所述下滑块13通过螺栓连接有第二载物台14，所述第二载物台14与所述第一载物台18对应设置(图6所示)；所述上滑块12上通过螺栓安装有连接臂，所述连接臂朝向所述第一载物台18的一端滑动安装有一对电极夹脚15，所述电极夹脚15与所述夹具本体中的控制器电连接。一对所述电极夹脚15能够上下左右同步移动，自由度高，方便夹持所述第二载物台14上的激光器组件；电极夹脚15电极一正一负，能够直接通过夹脚对激光器组件供电，触发激光器发出光束，不需要额外设置电极供电。

如图3所示，所述耦合定位夹具4包括固定安装在所述工作台上的第一支架16，所述第一支架16上方设有第一载物台18及定位夹具；硅波导组件能够安放在所述第一载物台上并被准确夹住。

具体的，所述第一支架16上部设有安装座17,所述安装座17上并列的安装有X向滑台21和所述第一载物台18，所述第一载物台18上具有载物区1801，所述载物区1801靠近所述X向滑台21的一侧设有竖直凹槽1802，所述载物区1801远离所述X向滑台21的一侧设有挡块20；所述X向滑台21上方靠近所述竖直凹槽1802的一侧设有所述定位夹具，所述定位夹具具有X向夹脚19，所述X向夹脚19端部露出并正对所述竖直凹槽1802；所述X向夹脚19的宽度小于所述竖直凹槽1802的宽度，所述X向夹脚19的高度高于所述第一载物台18的上平面。通过X向夹脚19向固定块方向移动，从两侧固定住硅波导组件，单侧施加夹紧力，减少物料夹紧时的外力冲击；竖直凹槽的设置，对X向夹脚起到导向和定位的作用，保证了X向夹脚通过竖直凹槽靠近物料时，夹脚位置不会偏离。

所述耦合定位夹具4侧边安装有可移动的第二相机组件30；所述第一支架16侧面安装有相互匹配的电动的Z向第二滑轨32和第二滑块33，所述第二滑块33侧面安装有第二“L”形支座34，所述第二“L”形支座34上方安装有手动滑台35，所述手动滑台35上方安装有第二固定框36；所述第二固定框36套住并固定所述第二相机组件30。

进一步的，如图4所示，所述收光组件5包括固定安装在所述所述工作台上的第二支架22，所述第二支架22上方安装有方向调整机构，所述方向调整机构上方设有收光器；所述收光器包括光电探测器25、透镜套管27和光束质量分析仪26，所述光电探测器25正对电极夹具及第一载物台18(如图6所示)；所述光电探测器能够自动找到光束，并传递给光束质量分析仪对光束进行分析。所述光束质量分析仪26选用THORLABS公司生产的型号为BP209-IR系列光束分析仪。

具体的，所述方向调整机构包括Y向电动调节滑轨23及多个X、Y、Z向平移调整架24，所述Y向电动调节滑轨23固定安装在所述第二支架22上，多个所述平移调整架24依次安装在所述Y向电动调节滑轨23上方；所述收光器通过第二安装座28固定安装在多个所述平移调整架24上方，所述第二安装座28靠近所述第一载物台18的一侧设有卡箍29，所述卡箍29卡住所述收光器的透镜套管27，所述第二安装座28的另一侧通过支撑台固定所述光束质量分析仪26。采用此结构的方向调整机构能够对其上方的收光器组件进行多向调节，以适应激光器组件与硅波导组件的位置，便于探测和分析光束质量；卡箍和支撑台分别固定透镜套管和光束质量分析仪，确保其稳定性，一旦固定不会发生移动，避免仪器本身的晃动造成光束分析不准确。其中，多个X、Y、Z向平移调整架24选用神津精密机械株式会社生产的型号为ZA05A的自动滑台，重复精度0.02微米。

进一步的，所述耦合定位夹具4的正上方设置有可移动的第一相机组件31，如图5所示，所述第一相机组件31通过Z向第一移动机构安装在所述横梁3的侧边，所述Z向第一移动机构包括相互匹配的电动的Z向第一滑轨37和第一滑块38，所述第一滑轨37固定安装在所述横梁3的侧壁上，所述第一滑块38上安装有第一固定框39，所述第一固定框39套住并固定所述第一相机组件31。

进一步的，第一相机组件31和第二相机组件30能够随时调整上下距离以适应耦合区位置，确保准确对耦合区域进行监控，而且能够清晰完整的拍摄到耦合区，有利于操作人员清楚观察激光器组件与硅波导组件耦合的状态，提高耦合的准确性。

进一步的，所述工作台1外还设有显示器，所述显示器分别连接所述第一相机组件31和第二相机组件30并放大显示。通过显示器放大，便于观察耦合区及各个夹脚的状态，便于进行有针对性的调节，并且能够将调整、装夹以及光束耦合的过程记录并存储下来，以便后续的分析和改进。

进一步的，所述第一相机组件31与所述第二相机组件30上分别安装有相机镜头及相机控制器。所述第一相机组件31与所述第二相机组件30能够独立控制并记录。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于激光器与硅波导耦合的具有电极夹具的耦合装置，包括工作台,及所述工作台上方设置的立柱和横梁，其特征在于，所述工作台上沿Y向依次设有耦合组件、耦合定位夹具及收光组件；

所述耦合组件包括固定在所述工作台上的X向第一滑轨，所述X向第一滑轨上方设有三向浮动调整机构，所述三向浮动调整机构上方通过第一“L”形支座安装有角度调整仪，所述角度调整仪的水平端部设有夹具组件，所述夹具组件端部设有可升降的电极夹具；

所述耦合定位夹具包括固定安装在所述工作台上的第一支架，所述第一支架上方设有第一载物台及定位夹具；

所述收光组件包括固定安装在所述所述工作台上的第二支架，所述第二支架上方安装有方向调整机构，所述方向调整机构上方设有收光器；所述收光器包括光电探测器、透镜套管和光束质量分析仪，所述光电探测器正对所述电极夹具及所述第一载物台；

所述耦合定位夹具正上方设置有可移动的第一相机组件，所述第一相机组件安装在所述横梁上；所述耦合定位夹具侧边安装有可移动的第二相机组件。

2.根据权利要求1所述的具有电极夹具的耦合装置，其特征在于，所述夹具组件包括夹具本体，所述夹具本体通过螺栓固定安装在所述角度调整仪的水平末端；所述夹具本体靠近所述载物台的一端设有第一竖直滑轨，所述第一竖直滑轨上平行的安装有电动的上滑块和下滑块；所述下滑块通过螺栓连接有第二载物台，所述第二载物台与所述第一载物台对应设置；所述上滑块上通过螺栓安装有连接臂，所述连接臂朝向所述第一载物台的一端滑动安装有一对电极夹脚，所述电极夹脚与所述夹具本体中的控制器电连接。

3.根据权利要求1所述的具有电极夹具的耦合装置，其特征在于，所述第一支架上部设有安装座,所述安装座上并列的安装有X向滑台和所述第一载物台，所述第一载物台上具有载物区，所述载物区靠近所述X向滑台的一侧设有竖直凹槽，所述载物区远离所述X向滑台的一侧设有挡块；所述X向滑台上方靠近所述竖直凹槽的一侧设有所述定位夹具，所述定位夹具具有X向夹脚，所述X向夹脚端部露出并正对所述竖直凹槽；所述X向夹脚的宽度小于所述竖直凹槽的宽度，所述X向夹脚的高度高于所述第一载物台的上平面。

4.根据权利要求1所述的具有电极夹具的耦合装置，其特征在于，所述方向调整机构包括Y向电动调节滑轨及多个X、Y、Z向平移调整架，所述Y向电动调节滑轨固定安装在所述第二支架上，多个所述平移调整架依次安装在所述Y向电动调节滑轨上方；所述收光器通过第二安装座固定安装在多个所述平移调整架上，所述第二安装座靠近所述第一载物台的一侧设有卡箍，所述卡箍卡住所述收光器的透镜套管，所述第二安装座的另一侧通过支撑台固定所述光束质量分析仪。

5.根据权利要求1所述的具有电极夹具的耦合装置，其特征在于，所述第一相机组件通过Z向第一移动机构安装在所述横梁的侧边，所述Z向第一移动机构包括相互匹配的电动的Z向第一滑轨和第一滑块，所述第一滑轨固定安装在所述横梁的侧壁上，所述第一滑块上安装有第一固定框，所述第一固定框套住并固定所述第一相机组件。

6.根据权利要求1或3所述的具有电极夹具的耦合装置，其特征在于，所述第一支架侧面安装有相互匹配的电动的Z向第二滑轨和第二滑块，所述第二滑块侧面安装有第二“L”形支座，所述第二“L”形支座上方安装有手动滑台，所述手动滑台上方安装有第二固定框；所述第二固定框套住并固定所述第二相机组件。

7.根据权利要求3所述的具有电极夹具的耦合装置，其特征在于，所述第一载物台上安放硅波导组件，并通过所述X向夹脚与所述挡块从两侧固定住所述硅波导组件。

8.根据权利要求2所述的具有电极夹具的耦合装置，其特征在于，所述第二载物台上安放激光器组件，所述电极夹脚与所述第二载物台配合夹住所述激光器组件，并通过所述电极夹脚为所述激光器组件供电。

9.根据权利要求1所述的具有电极夹具的耦合装置，其特征在于，所述工作台外还设有显示器，所述显示器分别连接所述第一相机组件和第二相机组件并放大显示。

10.根据权利要求1所述的具有电极夹具的耦合装置，其特征在于，所述第一相机组件与所述第二相机组件上分别安装有相机镜头及相机控制器。