CN113253405B - 一种光模块光接收次模块awg耦合高度控制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光模块光接收次模块AWG耦合高度控制装置及方法，该装置包括光源和光学镜头，光源用于发出光束，并照射到待耦合光模块的PD上表面，当AWG靠近PD时，光源发出的光束照射到AWG前端会在AWG下方的PD上表面形成一个阴影，光学镜头用于观察AWG下方PD上表面阴影的宽度，根据光学镜头观察到的阴影宽度即可判断AWG到PD的距离以及AWG下表面是否与PD上表面平行，确保耦合过程中AWG不接触PD，且AWG下表面与PD上表面保持平行。本发明采用非接触式方式测试AWG到PD的距离，避免了接触PD导致PD损伤的风险，且结构较简单，成本较低。

Description

一种光模块光接收次模块AWG耦合高度控制装置及方法
技术领域
本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种光模块光接收次模块AWG耦合高度控制装置及方法。
背景技术
随着光通讯行业的发展，需要传送的数据流量越来越大，因此对于光模块的传输速率要求也越来越高。最近几年，将多个波长的光直接在光模块内复用成一路后在光纤内传输的技术应用也越来越广泛，典型的产品如目前已经大量出货的4*10G、4*25G单模产品以及出货量目前正在快速增长的4*50G、4*100G的单模产品。
如图1所示，通常一个典型的多路复用光模块包含有模块外壳25、PCB板21、TOSA26和ROSA（光接收次模块）四个部分，其中ROSA主要有TIA22（跨组放大器）、PD23（PD阵列）、带尾纤和适配器27的AWG24（阵列波导光栅）组件等组成。AWG将从适配器接收来的波分复用的一路光进行解复用，然后耦合进PD阵列实现光电转换。AWG的耦合工艺控制是ROSA组装的关键工艺，由于耦合时AWG跟PD array的距离非常近，通常不到20um，耦合时AWG很容易碰到PDarray的上表面，从而损坏PD array。因此如何控制AWG到PD array的距离，保证AWG不接触和损伤PD array是AWG耦合的一个技术难点。
图2为一典型AWG跟PD的结构示意图及光路简图，图3是AWG的耦合示意图，通常将待耦合的光模块固定在工作台1的夹具上，用吸嘴3吸住AWG24并调整吸嘴3个方向的位置将光耦合进PD，使PD的响应度达到最大，通常AWG24跟PD23的最终距离在20um左右，目前存在如下问题需要解决：如图3所示，由于AWG跟PD的距离非常近，耦合时调整吸嘴3个方向的位置很容易使AWG碰到PD，从而损伤PD；如果采用接触式的办法先确定PD的高度，由于PD本身尺寸非常小，有些PD光敏面区域还会凸出PD表面，即使接触力度非常小也很容易损伤PD，接触力度需要非常灵敏的传感器来控制，控制装置很复杂，成本也很高；如果采用激光测量的方式来先确定PD的高度，然后再进行耦合，同样存在结构复杂，成本高的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种光模块光接收次模块AWG耦合高度控制装置及方法，其采用非接触式方式测试AWG到PD的距离，避免了接触PD导致PD损伤的风险，且结构较简单，成本较低。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明公开了一种光模块光接收次模块AWG耦合高度控制方法，包括如下步骤：
固定待耦合的光模块，待耦合光模块的PCB板上固定有包括PD在内的光电元件；
在PD的上方设置光源和光学镜头；
给PCB加电；
控制AWG靠近PD，光源发出的光束照射到AWG前端会在AWG下方的PD上表面形成一个阴影，通过光学镜头观察AWG下方PD上表面阴影的宽度，根据阴影的宽度即可判断AWG出光点到PD的距离以及AWG下表面是否与PD上表面平行，如果阴影在PD上出现一边宽一边窄的情况，则说明AWG下表面跟PD上表面未平行，则调整AWG的角度使AWG 下表面与PD上表面保持平行，调整AWG出光点到PD的距离使阴影的宽度达到规定的宽度，确保耦合过程中AWG不接触PD，再调整AWG水平方向的位置，使PD的响应达到最大，AWG调整结束。
进一步地，当AWG调整结束后，给AWG加UV胶并UV固化，将AWG固定在待耦合的光模块上，然后将光模块放到烤箱进一步固化完成耦合。
进一步地，将待耦合的光模块固定在工作台的夹具上，将AWG固定在吸嘴上，通过调整吸嘴的位置，实现AWG位置的调节。
进一步地，光源设置在PD的正上方，光学镜头设置在PD的斜上方。
进一步地，光学镜头的光轴与水平线的夹角β小于光源发出的光束与水平线的夹角。
进一步地，光源发出的光束与水平线的夹角为90度，光学镜头的光轴与水平线的夹角β为45度，当光学镜头在斜上方45度时，则光学镜头观察到的阴影宽度就是AWG出光点到PD的距离。
本发明还公开了一种光模块光接收次模块AWG耦合高度控制装置，包括光源和光学镜头，所述光源用于发出光束，并照射到待耦合光模块的PD上表面，当AWG靠近PD时，光源发出的光束照射到AWG前端会在AWG下方的PD上表面形成一个阴影，所述光学镜头用于观察AWG下方PD上表面阴影的宽度，根据光学镜头观察到的阴影宽度即可判断AWG出光点到PD的距离以及AWG下表面是否与PD上表面平行，确保耦合过程中AWG不接触PD，且AWG 下表面与PD上表面保持平行。
进一步地，所述光源设置在PD的正上方，所述光学镜头设置在PD的斜上方；光学镜头的光轴与水平线的夹角β小于光源发出的光束与水平线的夹角。
光源和光学镜头分别支撑固定在支架上。所述支架固定在工作台上。
进一步地，光源发出的光束与水平线的夹角为90度，光学镜头的光轴与水平线的夹角β为45度，当光学镜头在斜上方45度时，则光学镜头观察到的阴影宽度就是AWG出光点到PD的距离。
进一步地，所述AWG固定在吸嘴上，通过调整吸嘴的位置，实现AWG位置的调节；待耦合光模块固定在工作台的夹具上。
本发明至少具有如下有益效果：本发明采用的方案只需增加一个光源和一个光学镜头，结构简单，成本较低，操作方便。
本发明PD上方的光源直射到AWG前端会在AWG下方的PD表面形成一个阴影，当刚好看不到阴影的时候即为AWG跟PD接触，因此只要阴影存在并根据阴影的宽度就能实时知道AWG出光点到PD的距离，通过光学镜头观察阴影的宽度即可知道AWG是否接触PD，本发明采用的方式为非接触式方式测高，因此也避免了接触PD导致PD损伤的风险。
本发明通过观察阴影的宽度还可以判断AWG下表面跟PD上表面是平行，如果阴影在PD上出现一边宽一边窄的情况就说明AWG下表面跟PD上表面未平行，这样就可以及时调整AWG的角度使AWG 下表面跟PD上表面保持平行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为典型光模块的结构示意图；
图2为典型光模块的拆解图；
图3为AWG与PD的结构以及光路示意图；
图4为本发明实施例提供的光模块光接收次模块AWG耦合高度控制装置的示意图；
图5为阴影与AWG和PD间距离的光系原理图。
附图中，1为工作台，2为光模块，21为PCB，22为TIA，23为PD，24为AWG，25为模块外壳，26为TOSA，27为适配器，3为吸嘴，4为光源，5为光学镜头，6为阴影。
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。
实施例一
参见图4和图5，本发明实施例提供一种光模块光接收次模块AWG耦合高度控制装置，包括光源4和光学镜头5，所述光源4用于发出光束，并照射到待耦合光模块2的PD23上表面，当AWG24靠近PD23时，光源4发出的光束照射到AWG24前端会在AWG24下方的PD23上表面形成一个阴影6，所述光学镜头5用于观察AWG24下方PD23上表面阴影6的宽度，根据光学镜头5观察到的阴影6宽度即可判断AWG24出光点到PD23的距离以及AWG24下表面是否与PD23上表面平行，确保耦合过程中AWG24不接触PD23，且AWG24 下表面与PD23上表面保持平行。
进一步地，所述光源4设置在PD23的正上方，所述光学镜头5设置在PD23的斜上方；光学镜头5的光轴与水平线的夹角β小于光源4发出的光束与水平线的夹角α。夹角α、夹角β的角度根据需要设置。
光源4和光学镜头5分别支撑固定在支架上。所述支架固定在工作台1上。
进一步地，所述AWG24固定在吸嘴3上，通过调整吸嘴3三个方向（如XYZ三个方向）的位置，实现AWG24位置的调节。
进一步地，待耦合光模块2固定在工作台1的夹具上。
如图4所示，本发明在PD23的正上方增加一个光源4，在PD23的左上方增加一个光学镜头5。PD23上方的光源4沿箭头方向直射到AWG24前端会在AWG24下方的PD23表面形成一个阴影6，再通过左上方的光学镜头5观察阴影6的宽度即可知道AWG24是否接触PD23。优选地，光源4发出的光束与水平线的夹角α为90度，光学镜头5的光轴与水平线的夹角β为45度，当光学镜头5在斜上方45度时，则光学镜头5观察到的阴影6宽度就是AWG24出光点到PD23的距离，阴影6宽度跟AWG24和PD23之间距离的关系原理如图5所示，以光源4直射、光学镜头5在左上方45度方向为例进行说明。图中黑色加粗区域为阴影6区域，如果光学镜头5在左上方45度，那么图中标注的两个角均为45度，那看到阴影6的宽度就是AWG24出光点到PD23的距离，因此通过此方法能很好判断AWG24出光点到PD23的距离，从而可以确保耦合过程中AWG24不接触PD23。
实施例二
参见图4和图5，本发明实施例提供一种光模块光接收次模块AWG耦合高度控制方法，采用了实施例一所述的光模块光接收次模块AWG耦合高度控制装置，包括如下步骤：
无源将TIA22、PD23等元件固定在PCB21板上；
给PD23、TIA22打金线，形成待耦合的光模块2；
固定待耦合的光模块2，如将待耦合的光模块2固定在工作台1上；
待耦合的光模块2固定后PD23的上方设有光源4和光学镜头5；可以在待耦合的光模块2固定前调整好光源4和光学镜头5的位置，也可以在待耦合的光模块2固定后调整光源4和光学镜头5的位置，使其满足本发明的需求。
给PCB21加电；
控制AWG24靠近PD23，光源4发出的光束照射到AWG24前端会在AWG24下方的PD23上表面形成一个阴影6，通过光学镜头5观察AWG24下方PD23上表面阴影6的宽度，根据阴影6的宽度即可判断AWG24出光点到PD23的距离以及AWG24下表面是否与PD23上表面平行，如果阴影6在PD23上出现一边宽一边窄的情况，则说明AWG24下表面跟PD23上表面未平行，则调整AWG24的角度使AWG24 下表面与PD23上表面保持平行，调整AWG24出光点到PD23的距离（即调整AWG沿Z方向的位置）使阴影6的宽度达到规定的宽度，确保耦合过程中AWG24不接触PD23，再调整AWG24另外两个方向的位置（即调整AWG沿水平面内的X、Y方向的位置），使PD23的响应达到最大，AWG24调整结束；
当AWG24调整结束后，给AWG24加UV胶并UV固化，将AWG固定在待耦合的光模块上，然后将光模块2放到烤箱进一步固化完成耦合；
继续进行光模块2其它工序的操作。
本发明采用的方案只需增加一个光源4和一个光学镜头5，结构简单，操作方便。当刚好看不到阴影6的时候即为AWG24跟PD23接触，因此只要阴影6存在并根据阴影6的宽度就能实时知道AWG24出光点到PD23的距离。本发明采用的方式为非接触式方式测高，因此也避免了接触PD23导致PD23损伤的风险。本发明通过观察阴影6的宽度还可以判断AWG24下表面跟PD23上表面是平行，如果阴影6在PD23上出现一边宽一边窄的情况就说明AWG24下表面跟PD23上表面未平行，这样就可以及时调整AWG24的角度使AWG24 下表面跟PD23上表面保持平行。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (10)

1.一种光模块光接收次模块AWG耦合高度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
固定待耦合的光模块，待耦合光模块的PCB板上固定有包括PD在内的光电元件；
在PD的上方设置光源和光学镜头；
给PCB加电；
控制AWG靠近PD，光源发出的光束照射到AWG前端会在AWG下方的PD上表面形成一个阴影，通过光学镜头观察AWG下方PD上表面阴影的宽度，根据阴影的宽度即可判断AWG出光点到PD的距离以及AWG下表面是否与PD上表面平行，如果阴影在PD上出现一边宽一边窄的情况，则说明AWG下表面跟PD上表面未平行，则调整AWG的角度使AWG下表面与PD上表面保持平行，调整AWG出光点到PD的距离使阴影的宽度达到规定的宽度，确保耦合过程中AWG不接触PD，再调整AWG水平方向的位置，使PD的响应达到最大，AWG调整结束。
2.如权利要求1所述的光模块光接收次模块AWG耦合高度控制方法，其特征在于：当AWG调整结束后，给AWG加UV胶并UV固化，将AWG固定在待耦合的光模块上，然后将光模块放到烤箱进一步固化完成耦合。
3.如权利要求1所述的光模块光接收次模块AWG耦合高度控制方法，其特征在于：将待耦合的光模块固定在工作台的夹具上，将AWG固定在吸嘴上，通过调整吸嘴的位置，实现AWG位置的调节。
4.如权利要求1所述的光模块光接收次模块AWG耦合高度控制方法，其特征在于：光源设置在PD的正上方，光学镜头设置在PD的斜上方。
5.如权利要求4所述的光模块光接收次模块AWG耦合高度控制方法，其特征在于：光学镜头的光轴与水平线的夹角β小于光源发出的光束与水平线的夹角。
6.如权利要求4所述的光模块光接收次模块AWG耦合高度控制方法，其特征在于：光源发出的光束与水平线的夹角为90度，光学镜头的光轴与水平线的夹角β为45度，当光学镜头在斜上方45度时，则光学镜头观察到的阴影宽度就是AWG出光点到PD的距离。
7.一种光模块光接收次模块AWG耦合高度控制装置，其特征在于：包括光源和光学镜头，所述光源用于发出光束，并照射到待耦合光模块的PD上表面，当AWG靠近PD时，光源发出的光束照射到AWG前端会在AWG下方的PD上表面形成一个阴影，所述光学镜头用于观察AWG下方PD上表面阴影的宽度，根据光学镜头观察到的阴影宽度即可判断AWG出光点到PD的距离以及AWG下表面是否与PD上表面平行，确保耦合过程中AWG不接触PD，且AWG 下表面与PD上表面保持平行。
8.如权利要求7所述的光模块光接收次模块AWG耦合高度控制装置，其特征在于：所述光源设置在PD的正上方，所述光学镜头设置在PD的斜上方；光学镜头的光轴与水平线的夹角β小于光源发出的光束与水平线的夹角。
9.如权利要求8所述的光模块光接收次模块AWG耦合高度控制装置，其特征在于：光源发出的光束与水平线的夹角为90度，光学镜头的光轴与水平线的夹角β为45度，当光学镜头在斜上方45度时，则光学镜头观察到的阴影宽度就是AWG出光点到PD的距离。
10.如权利要求7所述的光模块光接收次模块AWG耦合高度控制装置，其特征在于：所述AWG固定在吸嘴上，通过调整吸嘴的位置，实现AWG位置的调节；待耦合光模块固定在工作台的夹具上。
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Denomination of invention: A Optical module optical receiving sub module AWG coupling height control device and method

Effective date of registration: 20230629

Granted publication date: 20211008

Pledgee: China Construction Bank Corporation Wuhan Provincial Sub-branch

Pledgor: WUHAN YINGFEI GUANGCHUANG TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Registration number: Y2023420000273