CN113504614B - 一种多通道透镜准直耦合方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种多通道透镜准直耦合方法，包括以下步骤：标定垂直于安装基座的参考光线，参考光线经过长焦透镜之后在光获取单元上形成参考光斑，参考光斑在光获取单元的中心位置标定为原点；在安装基座的表面安装光纤阵列，光纤阵列发射出多束垂直于安装基座表面的测试光线，并使用微透镜阵列分别对多束测试光线进行准直，准直光经过长焦透镜汇聚于光获取单元上形成测试光斑；调整微透镜阵列与光纤阵列的相对位置关系，以使得多个测试光斑同时汇聚于原点上，调校过程对耦合设备的精度要求不高；将光纤阵列与微透镜阵列进行位置固化，以形成准直器阵列光器件，再将准直器阵列光器件与硅光芯片进行耦合，操作过程耗时短，能够有效提高耦合效率。

Description

一种多通道透镜准直耦合方法及设备
技术领域
本申请涉及光纤通信领域，尤其是涉及一种多通道透镜准直耦合方法及设备。
背景技术
随着大数据、云计算时代的来临，人们对于数据传输速率和带宽有着越来越高的要求。为了满足海量信息存储、飞速信息传输、超高速信息处理的速率与带宽需求，光互连取代电互连是技术发展的必然趋势。集成光学器件相比于传统分立式器件，机油非常多的优势，例如体积小、封装成本低、运行稳定等。集成光学器件逐渐取代传统分立式器件，被应用于光互连系统中，成为促进信息传输速率和通讯容量跨越式增长的直接动力。
自由空间光学耦合技术主要是通过不同的透镜组合，利用空间光传输特性，将激光器芯片发射出的高斯光束经过透镜整形后耦合到输出光纤；相反地，也能够将来自输入光纤的光信号经过透镜耦合进探测器芯片并将光信号转换成电信号。自由空间光学耦合技术通过对透镜或透镜组进行最优的光学设计，主要对光学系统公差和耦合效率进行设计，可以有效的放大光学系统对准几何容差，从而能够显著的提高光器件耦合效率和操作效率。
激光器芯片内的硅光芯片所发出的光经过硅波导的传输后与单模光纤连通。因为硅波导与单模光纤的模场直径MFD(Mode Field Diameter)相差一个数量级，如果将上述二者直接耦合，其耦合效率不到1%。因此需要对模场进行变换，使二者匹配度增加，从而提高耦合效率。相关技术手段中，硅光芯片与单模光纤耦合常用的方法是通过硅光芯片与光纤进行端面耦合来实现。端面耦合需要很高的对准精度，通常情况下在亚微米级，对耦合设备的精度要求较高，操作过程耗时长，耦合效率低。
发明内容
为了提高光纤耦合效率，本申请提供一种多通道透镜准直耦合方法及设备。
第一方面，本申请提供一种多通道透镜准直耦合方法，采用如下的技术方案：
一种多通道透镜准直耦合方法，包括以下步骤：
S1.确定长焦透镜的焦平面的位置，在长焦透镜的焦平面位置设置光视觉系统，并将光视觉系统的光获取单元与焦平面重合，标定与安装基座表面相垂直的参考光线，参考光线经过长焦透镜聚焦后被光获取单元接收并形成参考光斑，移动光视觉系统，将参考光斑移动至光获取单元的中心位置，并标定此中心位置为原点；
S2.在安装基座的表面安装光纤阵列，使用光纤阵列发射出多束垂直于安装基座表面的测试光线，并使用微透镜阵列分别对上述的多束测试光线进行准直，然后将准直后的测试光线经过长焦透镜汇聚于光获取单元上以形成多个测试光斑，观察多个测试光斑与原点的相对位置关系；
S3.调整微透镜阵列与光纤阵列的相对位置关系，以使得多个测试光斑同时汇聚于原点上；
S4.将光纤阵列与微透镜阵列进行位置固化，以形成准直器阵列光器件，再将准直器阵列光器件与硅光芯片进行耦合。
通过采用上述技术方案，能够标定与安装基座表面相垂直的参考光线，在长焦透镜的焦平面设置光视觉系统，参考光线经过长焦透镜聚焦之后会在光视觉系统的光获取单元上形成参考光斑，通过移动光视觉系统，能够将参考光斑移动至光获取单元的中心位置。至此，光视觉系统、长焦透镜以及安装基座之间的相对位置关系得到相对固定，从而在后续的测试过程中，光视觉系统、长焦透镜以及安装基座之间的相对位置关系是确定的。光纤阵列安装在安装基座的表面，光纤阵列的光线经过微透镜阵列进行准直之后，因为微透镜阵列的位置是唯一存在不确定性的，因此，多个测试光斑同时汇聚于原点上，说明从微透镜阵列中穿过的光线与参考光线平行且垂直于安装基座表面，从而保证微透镜阵列与光纤阵列相互平行且对齐，然后再将光纤阵列与微透镜阵列进行位置固化，以形成准直器阵列光器件，再将准直器阵列光器件与硅光芯片进行耦合。准直器阵列光器件只需要使用长焦透镜以及光视觉系统进行调校，对耦合设备的精度要求不高，只要将参考光线标定好之后，便能够直接调节微透镜阵列与光纤阵列的相互关系，不需要再调节参考光线，操作过程耗时短，能够有效提高耦合效率。
可选的，步骤S3包括如下步骤：
S31.粗对准，调节微透镜阵列，以使得通过微透镜阵列中间两个通道的光线在光获取单元上成像；
S32.精对准，调节微透镜阵列，以使得通过微透镜阵列边缘两个通道的光线在光获取单元上成像；
S33.光耦合，调节微透镜阵列，以使得经过微透镜阵列的所有光线同时在光获取单元上成像并形成对应的测试光斑，且所有测试光斑都位于原点上。
通过采用上述技术方案，由于微透镜阵列与光纤阵列之间的夹角对微透镜阵列中间通道的准直光线影响较小，中间通道的准直光线经过长焦透镜的聚焦之后发生偏移的可能性更小，中间通道的准直光线经过长焦透镜的聚焦之后更容易出现在光获取单元上，更容易被光视觉系统探测到，从而更加方便对微透镜阵列进行精对准。
微透镜阵列与光纤阵列之间的夹角对微透镜阵列两侧通道的准直光线影响最大，因此，只要调整微透镜阵列的位置，将微透镜阵列两侧通道的准直光线经过长焦透镜聚焦之后在光获取单元上成像，既表示微透镜阵列所有通道的准直光线经过长焦透镜聚焦之后都能够在光获取单元上成像。再通过对微透镜阵列的进一步调节，以使得所有测试光斑都位于原点上。经过粗对准之后，基于光视觉系统、长焦透镜以及安装基座之间的相对位置关系已经经过参考光线进行标定，安装于安装基座上的光纤阵列的位置已经确定，只要所有测试光斑都位于原点上，说明微透镜阵列与光纤阵列完成对准耦合，此对准方式操作简单，过程具有递进关系，极大提高了微透镜阵列与光纤阵列的耦合效率。
可选的，步骤S33中，利用光斑识别程序自动计算测试光斑圆心的位置，从而确定测试光斑的圆心与原点的位置偏差，透镜控制模块通过计算机控制程序对微透镜阵列自动化调节。
通过采用上述技术方案，光斑识别程序能够根据调节过程中测试光斑位置的变化，自动计算测试光斑圆心与原点的位置偏差，实现光纤阵列和微透镜阵列的精对准耦合操作自动化，从而进一步提高微透镜阵列与光纤阵列的耦合效率。
可选的，步骤S1包括如下步骤：
S11.在安装基座上安装分光棱镜，安装基座与分光棱镜接触的表面设置为镜面，使用光发射单元发射一束垂直于分光棱镜的参考光线，在分光棱镜和光发射单元之间设置准直单元，使用光功率检测单元检测由分光棱镜和安装基座的反射的返回光的功率；
S12.调节准直单元，以使得光功率检测单元显示的光功率值最大；
S13.在分光棱镜的另一出光方向上设置长焦透镜，在长焦透镜远离分光棱镜所在的一侧设置光视觉系统，调节光视觉系统的位置，以使得分光棱镜反射的参考光线经过长焦透镜后在光视觉系统的光获取单元上形成参考光斑；
S14.调节光视觉系统的位置，以使得参考光斑位于光获取单元的中心位置。
通过采用上述技术方案，调节准直单元，当光功率检测单元检测到返回光的数值最大时，说明准直单元和光发射单元发射的光路同轴度最高，参考光线经过长焦透镜汇聚之后在光视觉系统的光获取单元上形成参考光斑，再调节光视觉系统的位置，从而使得参考光斑位于光获取单元的中心位置，通过标定参考光线来确定安装基座、长焦透镜以及光视觉系统的位置，确定透镜的焦平面所在位置，并确定垂直于安装基座的参考光线，方便作为光纤阵列与微透镜阵列耦合的基准与参考。
可选的，步骤S4中光纤阵列与微透镜阵列之间的位置固化采用点胶固化的方式。
通过采用上述技术方案，使用点胶固化是一种对光纤阵列和微透镜阵列相互位置固定来说非常方便的固定方式，由于光学相关的零件精度很高，使用点胶固定的方式不会对光纤阵列和微透镜阵列产生压紧力，从而光纤阵列和微透镜阵列之间的位置在点胶固定好之后，光纤阵列和微透镜阵列的位置不会由于安装应力发生变化，提高光纤阵列和微透镜阵列之间的位置稳定性。
第二方面，本申请提供一种多通道透镜准直耦合设备，采用如下的技术方案：
一种多通道透镜准直耦合设备，适用于上述方法，耦合设备包括：
光路标定模块，用于发出参考光线；
光路耦合模块，用于发出多条测试光线，光路耦合模块与光路标定模块可互为替换；
安装基座，用于作为光路标定模块或光路耦合模块的安装基准，参考光线或测试光线垂直于安装基座；
长焦透镜，用于对参考光线或测试光线进行汇聚，长焦透镜具有焦平面，长焦透镜设置于安装基座与光视觉系统之间；
光视觉系统，用于对参考光线或测试光线在焦平面进行成像，长焦透镜设置于安装基座与光视觉系统之间，光视觉系统具有光获取单元，光获取单元与焦平面重合，参考光线经过长焦透镜聚焦后在光获取单元形成参考光斑，多条测试光线经过长焦透镜聚焦后在光获取单元形成多个测试光斑。
通过采用上述技术方案，光路标定模块与光路耦合模块能够相互替换，利用光路标定模块发出的参考光线去标定安装基座、长焦透镜以及长焦透镜的位置，以使得参考光线经过长焦透镜聚焦之后在焦平面在光获取单元的中心形成参考光斑。再将光路标定模块更换为光路耦合模块，同时保证安装基座、长焦透镜以及长焦透镜的位置不变，通过调节光路耦合模块，以使得光路耦合模块发出的多条测试光线都能在光获取单元的中心形成测试光斑，则完成光路耦合模块的调校，完成光路耦合模块的固化之后能够更换下一组光路耦合模块进行调校，提高光路耦合模块的调校效率。
可选的，光路标定模块包括：
光发射单元，用于发出光线；
准直单元，用于将光发射单元发出的光线进行准直，准直单元与光发射单元通过光纤进行连通，以使得从准直单元发出的光线为平行光；
分光棱镜，具有分光斜面，分光斜面能够将光线进行透射和反射，分光棱镜安装于安装基座上，安装基座靠近分光棱镜所在的端面设置为镜面；平行光进入分光棱镜后，一部分平行光被反射后经过长焦透镜在光获取单元形成参考光斑，另一部分平行光返回准直单元；
分路器，用于将光发射单元以及光功率检测单元同时与准直单元连通；
光功率检测单元，用于检测接收光的光功率值，返回准直单元的平行光经过分路器进入光功率检测单元。
通过采用上述技术方案，光发射单元发射参考光线，经过准直单元进行准直之后，从准直单元发出的光线为平行光。平行光照射到分光斜面上，一部分光线朝向安装基座发生反射，另一部分透过分光斜面被吸收。朝向安装基座的光线经过安装基座的镜面反射后反射到分光斜面上，一部分光透过分光斜面射向长焦透镜，另一部分被分光斜面反射到准直单元后经过分路器被光功率检测单元检测到，通过调节准直单元的位置，当光功率检测单元检测到的光功率最大时，说明准直单元和光发射单元发射的光路同轴度最高，准直单元具有最好的准直效果，从而保证射向长焦透镜的部分参考光线具有最大的光功率，有利于提高参考光线在光获取单元上的成像亮度。
可选的，光路耦合模块包括：
光发射单元，用于发出光线；
光开关，与光发射单元通过光纤进行连通，用于对光传输线路或集成光路中的光信号进行物理切换或逻辑切换；
光纤阵列，安装于安装基座上，光纤阵列与光开关通过光纤进行连接，用于将光开关内通过的光线传导并发射出去；
微透镜阵列，设置于光纤阵列远离安装基座所在的一侧，微透镜阵列内的透镜与光纤阵列内的光纤数量相同且一一对应，微透镜阵列用于将光纤阵列发射的光线进行准直；
透镜夹具，与微透镜阵列固定连接，用于调节微透镜阵列与光纤阵列的相对角度。
通过采用上述技术方案，光发射单元发射测试光线，测试光线经过光开关切换并进入光纤阵列中，光开关能够控制光纤阵列内各个光纤通道的开关。经过光纤阵列发出的测试光线能够经过微透镜阵列的准直后射向长焦透镜。透镜夹具能够控制微透镜阵列进行微调运动，从而方便对微透镜阵列进行调整。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.标定与安装基座表面相垂直的参考光线，参考光线经过长焦透镜聚焦之后在光获取单元上形成参考光斑，通过移动光视觉系统，将参考光斑移动至光获取单元的中心位置，光视觉系统、长焦透镜以及安装基座之间的相对位置关系得到相对固定。光纤阵列安装在安装基座的表面，光纤阵列的光线经过微透镜阵列进行准直之后，准直光经过长焦透镜聚焦之后在光获取单元上形成测试光斑，多个测试光斑同时汇聚于原点上，说明从微透镜阵列中穿过的光线与参考光线平行且垂直于安装基座表面，从而保证微透镜阵列与光纤阵列相互平行且对齐，然后再将光纤阵列与微透镜阵列进行位置固化，以形成准直器阵列光器件，再将准直器阵列光器件与硅光芯片进行耦合。准直器阵列光器件只需要使用长焦透镜以及光视觉系统进行调校，对耦合设备的精度要求不高，只要将参考光线标定好之后，便能够直接调节微透镜阵列与光纤阵列的相互关系，不需要再调节参考光线，操作过程耗时短，能够有效提高耦合效率。
2.利用光路标定模块发出的参考光线去标定安装基座、长焦透镜以及长焦透镜的位置，以使得参考光线经过长焦透镜聚焦之后在焦平面在光获取单元的中心形成参考光斑。再将光路标定模块更换为光路耦合模块，通过调节光路耦合模块，以使得光路耦合模块发出的多条测试光线经过长焦透镜聚焦都能在光获取单元的中心形成测试光斑，则完成光路耦合模块的调校，完成光路耦合模块的固化之后，能够更换下一组光路耦合模块进行调校，提高光路耦合模块的调校效率。
附图说明
图1是本申请实施例中光路标定模块进行参考光线标定的光路示意图；
图2是本申请实施例中光路耦合模块进行参考光线标定的光路示意图；
图3是本申请实施例中光纤阵列和微透镜阵列的相互位置关系示意图；
图4是本申请实施例中光纤阵列和微透镜阵列点胶固化后与硅光芯片光路传输示意图。
附图标记说明：
1、光路标定模块；11、光发射单元；12、准直单元；13、分光棱镜；131、分光斜面；14、分路器；15、光功率检测单元；2、光路耦合模块；22、光开关；23、光纤阵列；24、微透镜阵列；25、透镜夹具；3、安装基座；31、镜面；4、长焦透镜；41、焦平面；5、光视觉系统；51、光获取单元。
具体实施方式
以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种多通道透镜准直耦合方法及设备。参照图1，一种多通道透镜准直耦合设备，包括光路标定模块1、光路耦合模块2、安装基座3、长焦透镜4以及光视觉系统5，其中，光路耦合模块2与光路标定模块1可互为替换。长焦透镜4安装于安装基座3与光视觉系统5之间，长焦透镜4具有焦平面41。光视觉系统5具有光获取单元51，在本实施例中，光视觉系统5可以为成像照相机，光获取单元51可以为摄像头。
参照图1，光路标定模块1包括光发射单元11、准直单元12、分光棱镜13、分路器14以及光功率检测单元15，在本实施例中，光发射单元11可以为激光器，准直单元12可以为光纤准直器，光功率检测单元15可以为光功率计。光发射单元11以及光功率检测单元15同时与分路器14通过光纤连接，同时，分路器14通过光纤与准直单元12连接。
分光棱镜13呈正方体设置，分光棱镜13安装于安装基座3表面，安装基座3上与分光棱镜13相接触的表面设置为镜面31，且该镜面31上设置有真空吸附孔（图中未示出），真空吸附孔用于吸附固定分光棱镜13，以方便分光棱镜13的安装。分光棱镜13具有分光斜面131，分光斜面131与镜面31呈45°夹角设置，分光斜面131能够将光线进行透射和反射。光发射单元11发射光线，经过分路器14进入到准直单元12中，从准直单元12上射出的准直光垂直与分光棱镜13的侧面并进入分光棱镜13中，平行光进入分光棱镜13后，平行光照射到分光斜面131上，一部分光线朝向安装基座3发生反射，另一部分透过分光斜面131被吸收。朝向安装基座3的光线经过安装基座3的镜面31反射后反射到分光斜面131上，一部分光透过分光斜面131射向长焦透镜4，另一部分被分光斜面131反射到准直单元12后经过分路器14被光功率检测单元15检测到。
为了便于调节准直单元12的位置，将准直单元12安装于六轴电动调节架（图中未示出）上，通过调节准直单元12的位置，当光功率检测单元15检测到的光功率最大时，说明准直单元12和光发射单元11发射的光路同轴度最高，准直单元12具有最好的准直效果，从而保证射向长焦透镜4的部分参考光线具有最大的光功率，有利于提高参考光线在光获取单元51上的成像亮度。
透过分光斜面131射向长焦透镜4的光线经过长焦透镜4的聚焦，在长焦透镜4远离分光棱镜13所在的一侧形成虚像。为了便于光视觉系统5获取到该虚像，将光视觉系统5安装于三维移动调节架（图中未示出）上。通过调节光视觉系统5的位置，以使得光视觉系统5能够移动至焦平面41上并形成参考光斑。通过移动光视觉系统5，以使得参考光斑调节至光获取单元51的中心位置，从而完成焦平面41与参考光线的确定。
参照图2，光路耦合模块2包括，光发射单元11、光开关22、光纤阵列23、微透镜阵列24以及透镜夹具25，光发射单元11通过光纤与光开关22连接，光开关22通过光纤与光纤阵列23连接，光开关22用于对光传输线路中的光信号进行物理切换或逻辑切换，以使得光纤阵列23中的各个光纤能够分别使得光线通过。
光纤阵列23被吸附于安装基座3靠近长焦透镜4所在的一侧，微透镜阵列24内的透镜与光纤阵列23内的光纤数量相同且一一对应。为了方便微透镜阵列24的调节，微透镜阵列24与透镜夹具25固定连接，为了便于对微透镜阵列24进行调节，将透镜夹具25安装于电动六轴调节架（图中未示出）上。
参照图1和图2，光路标定模块1与光路耦合模块2能够相互替换，利用光路标定模块1发出的参考光线去标定安装基座3、长焦透镜4以及长焦透镜4的位置，以使得参考光线经过长焦透镜4聚焦之后在焦平面41在光获取单元51的中心形成参考光斑。再将光路标定模块1更换为光路耦合模块2，同时保证安装基座3、长焦透镜4以及长焦透镜4的位置不变，通过调节光路耦合模块2，以使得光路耦合模块2发出的多条测试光线都能在光获取单元51的中心形成测试光斑，则完成光路耦合模块2的调校，完成光路耦合模块2的固化之后能够更换下一组光路耦合模块2进行调校，提高光路耦合模块2的调校效率。
参照图1和图2，本实施例还公开一种多通道透镜准直耦合方法，首先，在安装基座3上吸附安装分光棱镜13，使用光发射单元11发射一束垂直于分光棱镜13的参考光线，在分光棱镜13和光发射单元11之间设置准直单元12，使用光功率检测单元15检测由分光棱镜13和安装基座3的反射的返回光的功率。绕Z轴和Y轴调节准直单元12，以使得光功率检测单元15显示的光功率值最大，当光功率检测单元15检测到返回光的数值最大时，说明准直单元12和光发射单元11发射的光路同轴度最高。
在分光棱镜13的另一出光方向上设置长焦透镜4，在长焦透镜4远离分光棱镜13所在的一侧设置光视觉系统5，沿Z轴调节调节光视觉系统5的位置，以使得分光棱镜13反射的参考光线经过长焦透镜4后在光获取单元51上形成参考光斑；沿X轴和Y轴调节光视觉系统5的位置，以使得参考光斑位于光获取单元51的中心位置，通过标定参考光线来确定安装基座3、长焦透镜4以及光视觉系统5的位置，确定透镜的焦平面41所在位置，并确定垂直于安装基座3的参考光线，方便作为光纤阵列23与微透镜阵列24耦合的基准与参考。
然后在安装基座3的表面安装光纤阵列23，使用光纤阵列23发射出多束垂直于安装基座3表面的测试光线，并使用微透镜阵列24分别对上述的多束测试光线进行准直，然后将准直后的测试光线经过长焦透镜4汇聚于光获取单元51上以形成多个测试光斑，观察多个测试光斑与原点的相对位置关系，调整微透镜阵列24与光纤阵列23的相对位置关系，以使得多个测试光斑同时汇聚于原点上。
具体地，参照图2和图3，由于微透镜阵列24与光纤阵列23之间的夹角对微透镜阵列24中间通道的准直光线影响较小，中间通道的准直光线经过长焦透镜4的聚焦之后发生偏移的可能性更小，中间通道的准直光线经过长焦透镜4的聚焦之后更容易出现在光获取单元51上，更容易被光视觉系统5探测到。因此首先进行粗对准。
参照图3，调节微透镜阵列24，以使得通过微透镜阵列24中间两个通道的光线在光获取单元51上成像。图中8个黑点代表光纤阵列23的8个出光位置，图中8个圆圈代表微透镜阵列24的8球面透镜。微透镜阵列24的长边为x方向，微透镜阵列24的短边为y方向。光纤阵列23和微透镜阵列24的相互位置关系主要有三种情况，分别是：
1.如图3A，微透镜阵列24相对于光纤阵列23沿y方向偏移；
2.如图3B，微透镜阵列24相对于光纤阵列23沿x方向偏移；
3.如图3C，微透镜阵列24相对于光纤阵列23沿z方向旋转。
上述光纤阵列23和微透镜阵列24之间三种位置关系分别可以通过微透镜阵列24边缘两个通道的两个聚焦光斑与原点之间的位置关系判断。
图3A中，光纤阵列23和微透镜阵列24之间的位置关系反映在光获取单元51上的图像是，微透镜阵列24边缘两个通道的两个聚焦光斑重合并偏向y轴一侧；
图3B中，光纤阵列23和微透镜阵列24之间的位置关系反映在光获取单元51上的图像是，微透镜阵列24边缘两个通道的两个聚焦光斑重合并偏向x轴一侧；
图3C中，光纤阵列23和微透镜阵列24之间的位置关系反映在光获取单元51上的图像是，微透镜阵列24边缘两个通道的两个聚焦光斑不重合且分布在x轴两侧。
图3D展示的是微透镜阵列24相对于光纤阵列23完全对准的理想情景，通过对光获取单元51上显示的光斑判断，可以指导微透镜阵列24进行相应调节，直到微透镜阵列24与光纤阵列23的位置如图3D所示为止，至此完成了光纤阵列23和微透镜阵列24的粗对准操作。
微透镜阵列24与光纤阵列23之间的夹角对微透镜阵列24两侧通道的准直光线影响最大，因此，只要调整微透镜阵列24的位置，将微透镜阵列24两侧通道的准直光线经过长焦透镜4聚焦之后在光获取单元51上成像，既表示微透镜阵列24所有通道的准直光线经过长焦透镜4聚焦之后都能够在光获取单元51上成像。再通过对微透镜阵列24的进一步调节，以使得所有测试光斑都位于原点上。
具体地，参照图2和图3，沿x轴正向依次按照1，2，…，7，8命名微透镜阵列24的8个透镜通道。打开光发射单元11，切换光开关22，通过调节微透镜阵列24，利用中间通道4和5的聚焦光斑将边缘通道1和8的聚焦光斑调节至光获取单元51上。通过边缘通道1和8的聚焦光斑在光获取单元51中的相互位置关系，利用光斑识别程序自动计算光斑圆心位置，确定光斑圆心与原点的位置偏差。利用前述光纤阵列23和微透镜阵列24之间位置关系，以及边缘通道的两个聚焦光斑和原点之间的位置关系，通过光斑识别可以转化为微透镜阵列24的对应调节。通过计算机控制程序控制电动六轴调节架来自动控制透镜夹具25，从而实现光纤阵列23和微透镜阵列24的精对准耦合操作自动化，进一步提高微透镜阵列24与光纤阵列23的耦合效率。
将光纤阵列23与微透镜阵列24进行位置固化，以形成准直器阵列光器件，再将准直器阵列光器件与硅光芯片进行耦合。在本实施例中，光纤阵列23与微透镜阵列24之间的位置固化采用点胶固化的方式，使用点胶固定的方式不会对光纤阵列23和微透镜阵列24产生压紧力，从而光纤阵列23和微透镜阵列24之间的位置在点胶固定好之后，光纤阵列23和微透镜阵列24的位置不会由于安装应力发生变化，提高光纤阵列23和微透镜阵列24之间的位置稳定性。
图4是本发明的一个实施例中的光纤阵列23和微透镜阵列24点胶固化后与硅光芯片光路传输示意图。光纤阵列23和微透镜阵列24对准耦合好以后点胶固化，作为一个准直器阵列光器件与硅光芯片进行后续耦合。其中4个通道与硅光芯片的4个集成探测器耦合，另外4个通道与硅光芯片的4个集成激光器耦合。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围。其中，相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多通道透镜准直耦合方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.确定长焦透镜(4)的焦平面(41)的位置，在长焦透镜(4)的焦平面(41)位置设置光视觉系统(5)，并将光视觉系统(5)的光获取单元(51)与焦平面(41)重合，标定与安装基座(3)表面相垂直的参考光线，参考光线经过长焦透镜(4)聚焦后被光获取单元(51)接收并形成参考光斑，移动光视觉系统(5)，将参考光斑移动至光获取单元(51)的中心位置，并标定此中心位置为原点；
步骤S1包括如下步骤，S11.在安装基座(3)上安装分光棱镜(13)，安装基座(3)与分光棱镜(13)接触的表面设置为镜面(31)，使用光发射单元(11)发射一束垂直于分光棱镜(13)的参考光线，在分光棱镜(13)和光发射单元(11)之间设置准直单元(12)，使用光功率检测单元(15)检测由分光棱镜(13)和安装基座(3)的反射的返回光的功率；
S12.调节准直单元(12)，以使得光功率检测单元(15)显示的光功率值最大；
S13.在分光棱镜(13)的另一出光方向上设置长焦透镜(4)，在长焦透镜(4)远离分光棱镜(13)所在的一侧设置光视觉系统(5)，调节光视觉系统(5)的位置，以使得分光棱镜(13)反射的参考光线经过长焦透镜(4)后在光视觉系统(5)的光获取单元(51)上形成参考光斑；
S14.调节光视觉系统(5)的位置，以使得参考光斑位于光获取单元(51)的中心位置；
S2.在安装基座(3)的表面安装光纤阵列(23)，使用光纤阵列(23)发射出多束垂直于安装基座(3)表面的测试光线，并使用微透镜阵列(24)分别对多束测试光线进行准直，然后将准直后的测试光线经过长焦透镜(4)汇聚于光获取单元(51)上以形成多个测试光斑，观察多个测试光斑与原点的相对位置关系；
S3.调整微透镜阵列(24)与光纤阵列(23)的相对位置关系，以使得多个测试光斑同时汇聚于原点上；
S4.将光纤阵列(23)与微透镜阵列(24)进行位置固化，以形成准直器阵列光器件，再将准直器阵列光器件与硅光芯片进行耦合。
2.根据权利要求1所述的一种多通道透镜准直耦合方法，其特征在于，步骤S3包括如下步骤：
S31.粗对准，调节微透镜阵列(24)，以使得通过微透镜阵列(24)中间两个通道的光线在光获取单元(51)上成像；
S32.精对准，调节微透镜阵列(24)，以使得通过微透镜阵列(24)边缘两个通道的光线在光获取单元(51)上成像；
S33.光耦合，调节微透镜阵列(24)，以使得经过微透镜阵列(24)的所有光线同时在光获取单元(51)上成像并形成对应的测试光斑，且所有测试光斑都位于原点上。
3.根据权利要求2所述的一种多通道透镜准直耦合方法，其特征在于，步骤S33中，利用光斑识别程序自动计算测试光斑圆心的位置，从而确定测试光斑的圆心与原点的位置偏差，透镜控制模块通过计算机控制程序对微透镜阵列(24)自动化调节。
4.根据权利要求1所述的一种多通道透镜准直耦合方法，其特征在于，步骤S4中光纤阵列(23)与微透镜阵列(24)之间的位置固化采用点胶固化的方式。
5.一种多通道透镜准直耦合设备，适用于权利要求1-4任意一项所述的一种多通道透镜准直耦合方法，其特征在于，所述耦合设备包括：
光路标定模块(1)，用于发出参考光线；
光路耦合模块(2)，用于发出多条测试光线，所述光路耦合模块(2)与所述光路标定模块(1)可互为替换；
安装基座(3)，用于作为所述光路标定模块(1)或所述光路耦合模块(2)的安装基准，所述参考光线或所述测试光线垂直于所述安装基座(3)；
长焦透镜(4)，用于对所述参考光线或所述测试光线进行汇聚，所述长焦透镜(4)具有焦平面(41)，所述长焦透镜(4)设置于所述安装基座(3)与所述光视觉系统(5)之间；
光视觉系统(5)，用于对参考光线或测试光线在焦平面(41)进行成像，所述长焦透镜(4)设置于所述安装基座(3)与所述光视觉系统(5)之间，所述光视觉系统(5)具有光获取单元(51)，所述光获取单元(51)与所述焦平面(41)重合，所述参考光线经过所述长焦透镜(4)聚焦后在所述光获取单元(51)形成参考光斑，多条所述测试光线经过所述长焦透镜(4)聚焦后在所述光获取单元(51)形成多个测试光斑。
6.根据权利要求5所述的一种多通道透镜准直耦合设备，其特征在于，光路标定模块(1)包括：
光发射单元(11)，用于发出光线；
准直单元(12)，用于将所述光发射单元(11)发出的光线进行准直，所述准直单元(12)与所述光发射单元(11)通过光纤进行连通，以使得从所述准直单元(12)发出的光线为平行光；
分光棱镜(13)，具有分光斜面(131)，所述分光斜面(131)能够将光线进行透射和反射，所述分光棱镜(13)安装于所述安装基座(3)上，所述安装基座(3)靠近所述分光棱镜(13)所在的端面设置为镜面(31)；所述平行光进入所述分光棱镜(13)后，一部分平行光被反射后经过所述长焦透镜(4)在所述光获取单元(51)形成参考光斑，另一部分平行光返回所述准直单元(12)；
分路器(14)，用于将所述光发射单元(11)以及光功率检测单元(15)同时与准直单元(12)连通；
光功率检测单元(15)，用于检测接收光的光功率值，返回所述准直单元(12)的平行光经过分路器(14)进入所述光功率检测单元(15)。
7.根据权利要求5所述的一种多通道透镜准直耦合设备，其特征在于，光路耦合模块(2)包括：
光发射单元(11)，用于发出光线；
光开关(22)，与所述光发射单元(11)通过光纤进行连通，用于对光传输线路或集成光路中的光信号进行物理切换或逻辑切换；
光纤阵列(23)，安装于所述安装基座(3)上，所述光纤阵列(23)与所述光开关(22)通过光纤进行连接，用于将所述光开关(22)内通过的光线传导并发射出去；
微透镜阵列(24)，设置于所述光纤阵列(23)远离所述安装基座(3)所在的一侧，所述微透镜阵列(24)中透镜的数量与所述光纤阵列(23)中光纤的数量相同且一一对应，所述微透镜阵列(24)用于将所述光纤阵列(23)发射的光线进行准直；
透镜夹具(25)，与所述微透镜阵列(24)固定连接，用于调节所述微透镜阵列(24)与所述光纤阵列(23)的相对角度。
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