CN111308619B

CN111308619B - 一种发射光器件及其耦合方法

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Publication number: CN111308619B
Application number: CN202010066569.3A
Authority: CN
Inventors: 胡百泉; 胡定坤; 李林科; 杨现文; 张键; 吴天书
Original assignee: Wuhan Linktel Technologies Co Ltd
Current assignee: Wuhan Linktel Technologies Co Ltd
Priority date: 2020-01-20
Filing date: 2020-01-20
Publication date: 2022-04-15
Anticipated expiration: 2040-01-20
Also published as: CN111308619A

Abstract

本发明提供了一种发射光器件及其耦合方法，该发射光器件包括管壳，管壳内部依次封装有激光器芯片组、非球面型的准直透镜组、滤光片组件、隔离器和棱镜，管壳外两端分别设有电接口和光口准直透镜，光口准直透镜背向管壳的一侧有源耦合有光接口；激光器芯片组、准直透镜组及滤光片组件的入射通光口同轴分布，滤光片组件的出射通光口、隔离器及棱镜的入射通光口同轴分布，棱镜的出射通光口、光口准直透镜及光接口同轴分布。该发明采用BOX封装形式，通过辅助的耦合装置可以实现先光斑耦合、再透镜耦合，即可获得光斑耦合时的大容差，又可获得独立耦合各个透镜耦合时的容差最佳位置、性能良好、高可靠性、易耦合、可批量化、易互换性。

Description

一种发射光器件及其耦合方法

技术领域

本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种发射光器件及其耦合方法，可应用于CWDM、LWDM波长，可封装于QSFP28、QSFP DD、OSFP等模块中。

背景技术

对于BOX光器件，特别是具有多通道、带有波分复用的气密型光器件、半气密型器件，因气密性要求，器件的结构通常是采用一个BOX管壳，将激光器芯片、透镜组、波分复用组件等元件设置在BOX管壳的内部，在BOX管壳外部的光学元件较少，只有光口插针、隔离器以及光口处耦合透镜，特别的情况下隔离器以及光口处耦合透镜同样设置在BOX管壳内部，仅将光口插针设置在BOX管壳外部，如专利201410045287.X、201711339286.6、201810234114.0、201910770605.1、201710539898.3等，这些光器件的结构有各种差异，同时器件的光学元件的耦合方式及耦合次序、耦合方法各不相同，如专利201710539898.3是耦合光功率型；专利201410045287.X是先将激光器芯片、波分复用组件等元件贴装好之后，先耦合激光器芯片端的透镜，耦合方法是监控光斑的参数，最后再耦合光口处透镜及光口插针，这种耦合方式优点是耦合激光器端的透镜时采用了光斑耦合，光斑耦合的容差大，缺点是多个光斑的重叠度在实际生产时存在错位，会导致最终耦合光口插针时需要同时耦合多个通道、同时均衡多个通道的光功率值，导致每个通道未能耦合到耦合容差曲线的最佳处。

因此，需要设计一种耦合方法既能兼容光斑耦合容差大的优点，又不需要最终耦合时同时耦合多路以保持各个通道耦合到最佳容差曲线位置。

发明内容

本发明的目的是提供一种发射光器件及其耦合方法，既能兼容光斑耦合容差大的优点，又能保持发射光器件各个通道耦合到最佳容差曲线位置。

本发明的技术方案是提供了一种发射光器件，包括管壳，所述管壳内部依次封装有激光器芯片组、非球面型的准直透镜组、滤光片组件、隔离器和棱镜，所述管壳外靠近激光器芯片组的一端设有电接口，管壳外靠近棱镜的一端设有光口准直透镜，光口准直透镜背向管壳的一侧有源耦合有光接口；所述激光器芯片组、准直透镜组及滤光片组件的入射通光口同轴分布，所述滤光片组件的出射通光口、隔离器及棱镜的入射通光口同轴分布，所述棱镜的出射通光口、光口准直透镜及光接口同轴分布。

进一步的，所述激光器芯片组包括若干等间距并排分布的芯片，准直透镜组包括若干准直透镜，各准直透镜与各芯片一一对应，且芯片设置在准直透镜的前焦点上；所述滤光片组件包括玻璃载体和若干带通滤光片，所述玻璃载体具有两个相对倾斜布置的第一工作面和第二工作面，各带通滤光片等间距并排固定在第一工作面上，且各带通滤光片与各准直透镜一一对应，第二工作面上具有全反膜区域和透射的通光口区域，其通光口区域对应滤光片组件中的一个带通滤光片。

进一步的，所述玻璃载体的第一工作面和第二工作面的研磨倾斜角度与带通滤光片的反射角度相同。

进一步的，所述激光器芯片组背部设置背光监控芯片组。

另外，本发明还提供了上述发射光器件的耦合方法，包括如下步骤：

1)通过贴装机将激光器芯片组、滤光片组件、棱镜采用无源方式贴装在管壳内部；

2)在管壳外部采用耦合装置耦合光口准直透镜和光接口，使激光器芯片组正向出射的光束中心坐标与光接口处反向入射的光斑的中心坐标重合，且通过调整光接口位置获得设计的光斑直径，并固定光口准直透镜和光接口；

3)在管壳内部的滤光片组件与棱镜之间贴装隔离器，并在激光器芯片组和滤光片组件之间耦合安装准直透镜组。

作为实施方式之一，所述耦合装置包括起偏器、偏振分光棱镜、1/4波片、反射片一、全反射镜一、透镜阵列标准件一、第一支架和第二支架，所述偏振分光棱镜和全反射镜一分别设置在第二支架的两端，所述偏振分光棱镜和全反射镜一之间区域为中空，所述起偏器贴装在偏振分光棱镜上方，且覆盖偏振分光棱镜上方全部面积，所述1/4波片贴装在偏振分光棱镜背向第二支架一侧面，且覆盖偏振分光棱镜侧面全部面积，所述反射片一贴装在1/4波片上背向偏振分光棱镜的一侧面，所述第一支架设置在偏振分光棱镜下方，所述透镜阵列标准件一贴装在第一支架内部，所述起偏器、偏振分光棱镜和透镜阵列标准件一同轴设置，所述全反射镜一、偏振分光棱镜、1/4波片和反射片一同轴设置。

作为实施方式之一，所述耦合装置包括半透半反片、反射片二、全反射镜二、透镜阵列标准件二、第三支架和第四支架，所述半透半反片和全反射镜二分别设置在第四支架的两端，所述半透半反片和全反射镜二之间区域为中空，所述反射片二贴装在半透半反片上背向第四支架的一侧面，且覆盖半透半反片侧面全部面积，所述第三支架设置在半透半反片下方，所述透镜阵列标准件二贴装在第三支架内部，所述透镜阵列标准件二与半透半反片同轴设置，所述全反射镜二、半透半反片和反射片二同轴设置。

具体的，所述步骤2)中耦合光口准直透镜和光接口的具体过程如下：

S1、连接发射光器件的驱动电源，光接口连接CWDM多通道耦合光源，并在管壳外部正对激光器芯片组侧向设置侧向视觉监控镜头，通过侧向视觉监控镜头识别激光器芯片组中芯片的三维坐标信息；

S2、将耦合装置移动到管壳外部的侧向视觉监控镜头一侧，耦合装置位于激光器芯片组与滤光片组件之间，且耦合装置的轴线与激光器芯片组的轴线垂直，同时在耦合装置的透镜阵列标准件正下方设置底部视觉监控镜头，通过底部视觉监控镜头识别透镜阵列标准件的三维坐标信息；

S3、根据S1和S2中的三维坐标信息计算出透镜阵列标准件相对激光器芯片组的相对位置，进而将耦合装置移动到计算位置，使得激光器芯片组位于透镜阵列标准件的前焦点处；

S4、给激光器芯片组中芯片供电，同时在耦合装置的全反射镜正下方设置镜头，通过镜头测量出多个芯片出射的光斑中心坐标及光斑直径；

S5、断开激光器芯片组中芯片供电，开启CWDM多通道耦合光源，多路波长同时输出，将光口准直透镜和光接口分别通过控制电机移动到理论设置的初始位置，此时CWDM多通道耦合光源输出的多路光波依次通过光接口、光口准直透镜、棱镜、滤光片组件，通过滤光片组件的解复用功能，将多个光波在空间上分开，形成多个独立的光斑，并通过镜头监控此多个光斑的中心坐标位置、光斑直径、光斑椭圆度及多个光斑相对强度；

S6、耦合光口准直透镜和光接口，使得S5中多个光斑的中心坐标与S4中芯片出射的多个光斑中心坐标重合、光斑直径耦合到最小、光斑椭圆度达80％以上，四光斑相对强度不超过1.5dB；

S7、将光口准直透镜外套接的透镜套筒贴平管壳，并将透镜套筒与管壳焊接固定；

S8、按照S6步骤重新耦合光接口，耦合完成后将光接口与光口准直透镜外的透镜套筒焊接固定。

进一步的，所述光接口与CWDM多通道耦合光源之间连接偏振控制仪。

具体的，所述步骤3)中耦合准直透镜组的具体过程如下：

S1、在滤光片组件与棱镜之间贴装隔离器，使滤光片组件的出射通光口、隔离器及棱镜的入射通光口同轴分布；

S2、将S1的发射光器件在透镜耦合台位耦合，发射光器件水平放置，光接口通过光纤跳线连接光功率计；

S3、将准直透镜组中准直透镜通过夹具夹持，由精密驱动电机控制，并根据发射光器件输出光功率的范围需要，将准直透镜在发射光器件的一个光通道的光轴方向进行离焦，将光功率耦合到目标功率值，在此离焦处进行最大值耦合，记录此时准直透镜的坐标信息；

S4、抬起准直透镜，点紫外胶，再根据S3记录的准直透镜坐标信息，将准直透镜再次移动到该坐标位置进行二次耦合，并找到耦合的最佳位置；

S5、耦合到目标功率值后，通过紫外灯固化，将准直透镜固定，完成发射光器件的一个光通道的准直透镜耦合；

S6、重复S3、S4、S5步骤，完成发射光器件其余光通道的准直透镜耦合。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

(1)本发明提供的这种发射光器件采用BOX封装形式将激光器芯片组、准直透镜组、滤光片组件、隔离器、棱镜等光学元件装配在管壳内部，同时通过光接口和光口准直透镜有源耦合方式，以获得满足需要的光斑信息，从而克服光学元件装配公差所带来的光斑直径不满足要求、光斑间距以及光斑角度均存在偏差的问题；同时该发射器件结构简单，耦合方法易控制，且空间占用少、易组装。

(2)本发明提供的这种发射光器件的耦合方法通过辅助的耦合装置实现先光斑耦合、再透镜耦合，由于光斑耦合中将正向与反向的光斑坐标进行重合，因而透镜耦合时各个透镜可以耦合到光轴位置，而不存在较大的位置错位，从而获得各个通道的均衡、平滑的耦合容差，即可获得光斑耦合时的大容差，又可获得独立耦合各个透镜时的容差最佳位置、性能良好，具有高可靠性、易耦合、可批量化、易互换性。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明发射光器件的俯视图；

图2是本发明发射光器件的侧视图；

图3是本发明中滤光片组件的结构示意图；

图4是本发明发射光器件的光路传输俯视图；

图5是本发明发射光器件的光路传输侧视图；

图6是本发明中发射光器件耦合用的第一种耦合装置侧视图；

图7是本发明中发射光器件耦合用的第一种耦合装置的第一种光路图；

图8是本发明中发射光器件耦合用的第一种耦合装置的第二种光路图；

图9是本发明中发射光器件耦合用的第二种耦合装置侧视图；

图10是本发明中发射光器件耦合用的第二种耦合装置的第一种光路图；

图11是本发明中发射光器件耦合用的第二种耦合装置的第二种光路图；

图12是本发明中光口准直透镜和光接口耦合初始位置示意图；

图13是本发明中光口准直透镜和光接口耦合过程示意图；

图14是本发明中光口准直透镜和光接口耦合过程中双向传输的光斑坐标重合示意图；

图15是本发明中光口准直透镜和光接口耦合光路图；

图16是本发明中准直透镜组耦合方式示意图。

附图标记说明：1、电接口；2、管壳；3、激光器芯片组；4、准直透镜组；5、滤光片组件；6、隔离器；7、棱镜；8、光口准直透镜；9、透镜套筒；10、光接口；11、带通滤光片；12、玻璃载体；13、通光口区域；14、全反膜区域；15、第一支架；16、透镜阵列标准件一；17、反射片一；18、1/4波片；19、起偏器；20、偏振分光棱镜；21、第二支架；22、全反射镜一；23、第三支架；24、透镜阵列标准件二；25、反射片二；26、半透半反片；27、第四支架；28、全反射镜二；29、CWDM多通道耦合光源；30、耦合机上夹头；31、控制电机一；32、控制电机二；33、耦合机透镜夹头；34、侧向视觉监控镜头；35、电机；36、耦合装置；37、镜头；38、底部视觉监控镜头；39、光功率计；40、精密驱动电机；41、夹具。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。

本发明的发射光器件可应用于CWDM和LWDM或者其他具体需求的多信道波长同时工作的情形，为了便于陈述，下面以用于CWDM的4通道发射光器件为例进行说明，其中工作波长采用但不限制于CWDM的常用4个波长或组合：λ₁、λ₂、λ₃、λ₄，如1271nm，1291nm，1311nm、1331nm等。

实施例1：

如图1和图2所示，本实施例提供了一种发射光器件，包括管壳2，所述管壳2内部依次封装有激光器芯片组3、非球面型的准直透镜组4、滤光片组件5、隔离器6和棱镜7，管壳2内部的光学部件中心均位于同一平面，且该平面与管壳2的底面平行；所述管壳2外靠近激光器芯片组3的一端设有电接口1，管壳2外靠近棱镜7的一端设有光口准直透镜8，光口准直透镜8背向管壳2的一侧有源耦合有光接口10；所述激光器芯片组3、准直透镜组4及滤光片组件5的入射通光口同轴分布，所述滤光片组件5的出射通光口、隔离器6及棱镜7的入射通光口同轴分布，所述棱镜7的出射通光口、光口准直透镜8及光接口10同轴分布。

细化的实施方式，所述激光器芯片组3包括若干等间距并排分布的芯片，准直透镜组4包括若干准直透镜，激光器芯片组3的芯片右侧各垂直设置一个准直透镜，且芯片设置在准直透镜的前焦点上，因此激光器芯片组3的芯片发射的光信号通过准直透镜的准直后，以准平行光的形式传播；优化的，可根据需要在激光器芯片组3背部设置背光监控芯片组(图中未标示)。如图3所示，所述滤光片组件5包括玻璃载体12和若干带通滤光片11，所述玻璃载体12倾斜设置，玻璃载体12优选实体型玻璃板，玻璃载体12两侧具有两个相对倾斜布置的第一工作面和第二工作面，各带通滤光片11并排粘接固定在第一工作面上，等间距设置，且各带通滤光片11对应一个准直透镜，第二工作面上具有全反膜区域14和透射的通光口区域13，其通光口区域13对应滤光片组件5中的一个带通滤光片11；滤光片组件5对激光器芯片组2发射的光信号起到波分复用的作用，其带通滤光片11的作用是对特定的窄谱宽内的光信号透过，而对其他光信号反射，如1271nm带通滤光片，对1270±6.5nm的光透射，而对此通带外的光反射，因此1291nm、1311nm和1331nm光波能够被滤光片反射。进一步的，玻璃载体12的两个工作面的研磨倾斜角度与带通滤光片11的反射角度相同，因此滤光片组件5整体呈现平行四边形结构。棱镜7的出射通光口右侧为光口准直透镜8，光口准直透镜8镶嵌透镜套筒9的内部，透镜套筒9与管壳2相接，通过激光焊固定，光接口10位于光口准直透镜8的右侧，优选LC型光插口，光接口10与透镜套筒9相接，通过激光焊固定，棱镜7的出射通光口、光口准直透镜8和光接口10同轴分布。管壳2的左侧是电接口1，对于气密管壳，电接口1与管壳2是一起制作的，电接口1为陶瓷型接口，设置有功能性的金属焊盘，嵌入在管壳2内，通过钎焊工艺固定；对于非气密，管壳2左侧是铣槽，电接口1为FPC软带，嵌入在管壳2的铣槽内，通过粘接剂将电接口1与管壳2固定，组装后的电接口1一部分位于管壳2的内部，另一部分位于管壳2的外部。在管壳2的正上方通过平行封焊方式固定盖板(图中未标示)，以确保器件的密封性。在管壳2的右侧通光口处，根据需要可通过钎焊工艺密封有玻璃光窗，玻璃光窗优选热膨胀系数与管壳材质热膨胀系数匹配的材料。

上述发射光器件的光路传输方式如图4和图5所示，本实施例中激光器芯片组3的芯片为四个不同工作波长的芯片，工作波长分别是λ₁，λ₂，λ₃，λ₄。芯片发射的前向光为近高斯光束，之后通过准直透镜准直成准平行光，之后透过带通滤光片11进入滤光片组件5内，被滤光片组件5复用，此过程中光信号主要以准平行光的形式传播，平行光的优点是传播距离长，并且在有效传播距离内对其进行会聚时，会聚光的耦合效率比较一致，可以保证器件四个通道的功率的均匀，因为滤光片组件5整体是平行四边形的平板结构，四路光信号透过滤光片组件5后，仍能够沿原有的角度传播。对于第一路准平行光λ₁透过带通滤光片11后直接从玻璃载体12的通光口区域13处透射，其余准平行光λ₂、λ₃及λ₄在玻璃载体12内传播时需要通过全反膜区域14的反射，将光反射到下一个通道的带通滤光片11上，并依次反射，最后到达玻璃载体12的通光口区域13处出射，出射的平行光透过隔离器6，之后被棱镜7横向转折，再被光口准直透镜8会聚到光接口10，之后再通过外接的跳线传输到链路中。

实施例2：

如图12和13所示，本实施例提供了一种发射光器件的耦合方法，包括如下步骤：

(1)通过高精度贴装机将激光器芯片组3、滤光片组件5、棱镜7采用无源方式贴装在管壳2内部；

(2)在管壳2外部采用耦合装置36耦合光口准直透镜8和光接口10，使激光器芯片组3正向出射的光束中心坐标与光接口10处反向入射的光斑的中心坐标重合，且通过调整光接口10位置获得设计的光斑直径，并通过激光焊固定光口准直透镜8和光接口10；

(3)在管壳2内部的滤光片组件5与棱镜7之间贴装隔离器6，并在激光器芯片组3和滤光片组件5之间耦合安装准直透镜组4。

在该发射光器件的耦合方法中，由于步骤(2)中将正向与反向的光斑坐标进行重合，所以在步骤(3)耦合准直透镜组4时，各个准直透镜可以耦合到光轴位置，而不存在较大的位置错位，从而获得各个通道的均衡、平滑的耦合容差，而且步骤(3)中各个准直透镜独立耦合，避免了现有技术中四路光束的光功率不均匀的问题。

细化的实施方式，对于上述步骤(2)耦合光口准直透镜8和光接口10过程中所采用的耦合装置36的作用是将相同波长、传输方向相反的光束合波到一起，其具体结构可采用如下两种。第一种耦合装置36的结构如图6所示，包括起偏器19、偏振分光棱镜20、1/4波片18、反射片一17、全反射镜一22、透镜阵列标准件一16、第一支架15和第二支架21，其中偏振分光棱镜20由两件三角形玻璃件配合中间的镀膜层、胶层组合而成，全反射镜一22由两件三角形玻璃件配合中间的镀膜层、胶层组合而成。偏振分光棱镜20设置在第二支架21的右侧端部，起偏器19贴装在偏振分光棱镜20的上方，覆盖住偏振分光棱镜20上方全部面积，1/4波片18贴装在偏振分光棱镜20的右侧，覆盖住偏振分光棱镜20右侧全部面积，在1/4波片18的右侧贴装反射片一17，全反射镜一22设置在第二支架21的左侧端部，在全反射镜一22与偏振分光棱镜20之间的区域是中空的，用来传输光束。透镜阵列标准件一16贴装在第一支架15的内部，透镜阵列标准件一16可以采用球面参数与准直透镜组4中准直透镜相同的球面参数，也可采用平面型透镜阵列，便于安装，透镜阵列标准件一16的球面位于竖直方向；同时，起偏器19、偏振分光棱镜20和透镜阵列标准件一16同轴设置，全反射镜一22、偏振分光棱镜20、1/4波片18和反射片一17同轴设置，起偏器19的起偏方向平行于纸面，偏振分光棱镜20的反射光偏振方向平行于纸面，透射光垂直于纸面。此种结构的耦合装置的光路传输方式如图7和图8所示，从上端入射的光束为非线偏振光，光束垂直入射到起偏器19，通过起偏器19后变成线偏振光，起偏器19的起偏方向平行于纸面，线偏振光进入到偏振分光棱镜20之后，被偏振分光棱镜20反射并朝向右侧转折成水平方向传播，之后透过1/4波片18，偏振态被改变成椭圆偏光，之后到达反射片一17，被反射后又一次透过1/4波片18，偏振态又被改变线偏振光，只是偏振方向垂直于纸面，因此可以透过偏振分光棱镜20之后水平向左传播，到达全反射镜一22，被垂直的反射朝向下方传播；对于从下端入射的光束，输入平行于纸面偏振的线偏振光，该线偏振光被偏振分光棱镜20反射朝向左侧水平传播，到达全反射镜一22，被垂直的反射朝向下方传播，所以，不论是从上端入射的光束还是从下端入射的光束，均会从全反射镜一22的下端输出。

第二种结构的耦合装置如图9所示，包括半透半反片26、反射片二25、全反射镜二28、透镜阵列标准件二24、第三支架23和第四支架27，其中半透半反片26由两件三角形玻璃件配合中间的镀膜层、胶层组合而成，半透半反片26的作用是将入射的光束一半能量透射、另一半能量反射，这种结构可以确保上、下入射的两束光都可以传输一部分能量的光束；全反射镜二28由两件三角形玻璃件配合中间的镀膜层、胶层组合而成；半透半反片26设置在第四支架27的右侧端部，反射片二25贴装在半透半反片26的右侧，覆盖住半透半反片26右侧全部面积，全反射镜二28设置在第四支架27的左侧端部，在全反射镜二28与半透半反片26之间的区域是中空的，用来传输光束；透镜阵列标准件二24贴装在第三支架23的内部，透镜阵列标准件二24可以采用球面参数与准直透镜组4中准直透镜相同的球面参数，也可采用平面型透镜阵列，便于安装，透镜阵列标准件二24的球面位于竖直方向；同时，半透半反片26和透镜阵列标准件二24同轴设置，全反射镜二28、半透半反片26和反射片二25同轴设置。此种结构的耦合装置的光路传输方式如图10和图11所示，从上端入射的光束垂直入射到半透半反片26之后，一半的能量被半透半反片26反射并朝向右侧转折成水平方向传播，之后到达反射片二25，被反射后又一次透过半透半反片26，之后水平向左传播，到达全反射镜二28，被垂直的反射朝向下方传播；对于从下端入射的光束，垂直入射到半透半反片26，一半的能量被反射朝向左侧水平传播，到达全反射镜二28，被垂直的反射朝向下方传播，所以，不论是从上端入射的光束还是从下端入射的光束，均会从全反射镜二28的下端输出。

本实施例中以第一种结构的耦合装置为例，上述发射光器件的光口准直透镜8和光接口10的耦合方式如图12和图13所示，具体过程如下：

发射光器件垂直放置在耦合设备中，光接口10插入耦合机上夹头30，耦合机上夹头30由控制电机一31控制，具有XYZ三维可调的功能；在光接口10的下方是已经装配有光口准直透镜8的透镜套筒9，透镜套筒9插入耦合机透镜夹头33，耦合机透镜夹头33由控制电机二32控制，具有XYZ三维可调的功能；透镜套筒9的下方是发射光器件的管壳2；耦合装置36设置在管壳2左侧，在垂直方向上观察，耦合装置36设置在滤光片组件5的下方、激光器芯片组3的上方，耦合装置36由电机35控制，具有三维可调功能，根据需要可以制作成五维可调功能；在激光器芯片组3的左侧设置有侧向视觉监控镜头34，侧向视觉监控镜头34的作用是观察激光器芯片组3的位置，以获取激光器芯片组3中芯片的三维坐标信息；在发射光器件的下方、左侧设置有底部视觉监控镜头38，底部视觉监控镜头38位于透镜阵列标准件一16正下方，其作用是观察耦合装置36中透镜阵列标准件一16的位置，以获取其三维坐标信息；根据侧向视觉监控镜头34识别的三维坐标信息和底部视觉监控镜头38识别的三维坐标信息计算出透镜阵列标准件一16相对激光器芯片组3的相对位置，进而将耦合装置36移动到发射光器件内部的计算位置，使得激光器芯片组3位于透镜阵列标准件一16的前焦点处；再在发射光器件的下方、左侧设置可以探测光斑的镜头37，该镜头37具有记录光斑直径、中心坐标、光斑椭圆度及光斑相对强度等功能，当耦合装置36位移到发射光器件内部时，镜头37位于耦合装置36的全反射镜一22的正下方。先给激光器芯片组3中芯片供电，同时通过镜头37测量出多个芯片出射的光斑中心坐标及光斑直径，如图14所示，虚线标示的四个大光斑为激光器芯片组出射光斑；再断开激光器芯片组3中芯片供电，光接口10通过光纤跳线连接CWDM多通道耦合光源29，开启CWDM多通道耦合光源29，CWDM多通道耦合光源29输出的四个波长的光波依次通过光接口10、光口准直透镜8、棱镜7、滤光片组件5，通过滤光片组件5的解复用功能，将多个光波在空间上分开，形成多个独立的光斑，并通过镜头37监控此多个光斑的中心坐标位置、光斑直径、光斑椭圆度及多个光斑相对强度；然后耦合光口准直透镜8和光接口10，使得上述CWDM多通道耦合光源29输出的多个光斑的中心坐标与芯片出射的多个光斑中心坐标重合、光斑直径耦合到最小、光斑椭圆度达80％以上，四光斑相对强度不超过1.5dB；将透镜套筒9贴平管壳2，之后进行三光束激光焊接，将光口准直透镜8与管壳2焊接在一起，松开并撤离透镜套筒9的耦合机透镜夹头33；最后按照上述光斑信息重新耦合光接口10，耦合完成后进行三光束激光焊接，将光接口10与光口准直透镜8的透镜套筒9焊接在一起，松开并撤离光接口10的耦合机上夹头30，完成光接口10与光口准直透镜8的有源耦合。

由于发射光器件内部光学元件装配公差的原因，光接口10和光口准直透镜8的初始位置时，输出的四个光斑并不佳，表面为光斑直径不满足要求、光斑间距以及光斑角度均存在偏差，因此光接口10和光口准直透镜8采用有源耦合的方式，以获得满足需要的光斑信息。进一步的，在上述光接口10和光口准直透镜8耦合过程中，必要时可以在CWDM多通道耦合光源29与光接口10之间加入偏振控制仪，以产生均匀的全方位的偏振光。

上述光接口10和光口准直透镜8耦合过程的光路传输方式如图15所示，CWDM多通道耦合光源29输入的四路光波依次通过光接口10、光口准直透镜8、棱镜7、滤光片组件5、起偏器19、偏振分光棱镜20、全反射镜一22到达镜头37；同时发射光器件本身的激光器芯片组3的芯片的光斑依次通过准直透镜阵列标准一16、偏振分光棱镜20、全反射镜一22到达镜头37。

当然采用上述第二种结构的耦合装置36耦合光接口10和光口准直透镜8的过程与采用第一种结构的耦合装置36的过程一致。

如图16所示，对于上述步骤(3)中耦合准直透镜组的具体过程如下：

S1、在滤光片组件5与棱镜7之间贴装隔离器6，使滤光片组件5的出射通光口、隔离器6及棱镜7的入射通光口同轴分布；

S2、将S1的发射光器件在透镜耦合台位耦合，发射光器件水平放置，光接口10通过光纤跳线连接光功率计39；

S3、将准直透镜组4中准直透镜通过夹具41夹持，由精密驱动电机40控制，并根据发射光器件输出光功率的范围需要，将准直透镜在发射光器件的一个光通道的光轴方向进行离焦，将光功率耦合到目标功率值，在此离焦处进行最大值耦合，记录此时准直透镜的坐标信息；

综上所述，本发明提供的这种发射光器件采用BOX封装形式，通过辅助的耦合装置可以实现先光斑耦合、再透镜耦合，即可获得光斑耦合时的大容差，又可获得独立耦合各个透镜耦合时的容差最佳位置、性能良好、高可靠性、易耦合、可批量化、易互换性；可应用于CWDM、LWDM波长，可封装于QSFP28、QSFP DD、OSFP等模块中。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种发射光器件的耦合方法，其特征在于，发射光器件包括管壳，所述管壳内部依次封装有激光器芯片组、非球面型的准直透镜组、滤光片组件、隔离器和棱镜，所述管壳外靠近激光器芯片组的一端设有电接口，管壳外靠近棱镜的一端设有光口准直透镜，光口准直透镜背向管壳的一侧有源耦合有光接口；所述激光器芯片组、准直透镜组及滤光片组件的入射通光口同轴分布，所述滤光片组件的出射通光口、隔离器及棱镜的入射通光口同轴分布，所述棱镜的出射通光口、光口准直透镜及光接口同轴分布；基于该发射光器件的耦合过程包括如下步骤：

其中，耦合光口准直透镜和光接口的具体过程如下：

S8、按照S6步骤重新耦合光接口，耦合完成后将光接口与光口准直透镜外的透镜套筒焊接固定；

2.如权利要求1所述的一种发射光器件的耦合方法，其特征在于，所述耦合装置包括起偏器、偏振分光棱镜、1/4波片、反射片一、全反射镜一、透镜阵列标准件一、第一支架和第二支架，所述偏振分光棱镜和全反射镜一分别设置在第二支架的两端，所述偏振分光棱镜和全反射镜一之间区域为中空，所述起偏器贴装在偏振分光棱镜上方，且覆盖偏振分光棱镜上方全部面积，所述1/4波片贴装在偏振分光棱镜背向第二支架一侧面，且覆盖偏振分光棱镜侧面全部面积，所述反射片一贴装在1/4波片上背向偏振分光棱镜的一侧面，所述第一支架设置在偏振分光棱镜下方，所述透镜阵列标准件一贴装在第一支架内部，所述起偏器、偏振分光棱镜和透镜阵列标准件一同轴设置，所述全反射镜一、偏振分光棱镜、1/4波片和反射片一同轴设置。

3.如权利要求1所述的一种发射光器件的耦合方法，其特征在于，所述耦合装置包括半透半反片、反射片二、全反射镜二、透镜阵列标准件二、第三支架和第四支架，所述半透半反片和全反射镜二分别设置在第四支架的两端，所述半透半反片和全反射镜二之间区域为中空，所述反射片二贴装在半透半反片上背向第四支架的一侧面，且覆盖半透半反片侧面全部面积，所述第三支架设置在半透半反片下方，所述透镜阵列标准件二贴装在第三支架内部，所述透镜阵列标准件二与半透半反片同轴设置，所述全反射镜二、半透半反片和反射片二同轴设置。

4.如权利要求1所述的一种发射光器件的耦合方法，其特征在于，所述光接口与CWDM多通道耦合光源之间连接偏振控制仪。

5.如权利要求1所述的一种发射光器件的耦合方法，其特征在于，所述步骤3)中耦合准直透镜组的具体过程如下：

6.如权利要求1所述的一种发射光器件的耦合方法，其特征在于，所述激光器芯片组包括若干等间距并排分布的芯片，准直透镜组包括若干准直透镜，各准直透镜与各芯片一一对应，且芯片设置在准直透镜的前焦点上；所述滤光片组件包括玻璃载体和若干带通滤光片，所述玻璃载体具有两个相对倾斜布置的第一工作面和第二工作面，各带通滤光片等间距并排固定在第一工作面上，且各带通滤光片与各准直透镜一一对应，第二工作面上具有全反膜区域和透射的通光口区域，其通光口区域对应滤光片组件中的一个带通滤光片。

7.如权利要求6所述的一种发射光器件的耦合方法，其特征在于，所述玻璃载体的第一工作面和第二工作面的研磨倾斜角度与带通滤光片的反射角度相同。

8.如权利要求1所述的一种发射光器件的耦合方法，其特征在于，所述激光器芯片组背部设置背光监控芯片组。