光通信次模块自动耦合装置及耦合方法
【专利摘要】本发明公开一种光通信次模块自动耦合装置及耦合方法，通过设置能够在三维的三个方向上运动的X轴、Y轴、Z轴，使在进行耦合作业时能够精准的自动校正上夹具中的元件与下夹具中的元件的相对位置，并使得X轴、Y轴、Z轴都往光功率变大的方向移动，最后使得光功率最大值后，对光纤标准连接器机构管芯及激光二极管进行激光焊接形成光通信次模块，从而实现快速高效精准的自动耦合作业。
【专利说明】光通信次模块自动耦合装置及耦合方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光通信次模块制造领域，特别涉及半导体激光二极管自动耦合制造成光通信次模块的部分。
【背景技术】
[0002]光通信是指通过光纤网络传输通信数据信息的通信方式，包括从器件到系统制造等多个环节。光通信因其频带宽、容量大、中继距离长、抗干扰性强、保密性强等特点得到飞速发展。20世纪90年代以来，光通信已成为各国电信业务传输的主要手段。光通信关键部分是一个光电转换的过程，通过一个半导体激光二极管把电转化成光，再通过光纤进行信息传输通信，而这个光电转化的过程就是由半导体激光二极管完成。因此，激光二极管需要封装成能够与光纤标准跳线或者光纤标准连接器相对接的结构，即光通信次模块，例如光发射次模块TOSA (Transmitter Optical Sub Assembly)、光发射接收次模块BOSA(B1-directional Optical Sub Assembly)、光接收次模块 ROSA (Receiver Optical Subassembly)。
[0003]光通信次模块接口 一般是由一个套筒、一个插芯和金属件组成标准的接口，如下图所示，首先电信号通过激光二极管转化成光信号，通过激光二极管的顶部透镜聚焦形成一个直径在5-10微米的光斑，用耦合的方法使得这个微米级的光斑正好在插芯的纤芯内，单模插芯的纤芯的直径为9微米，因此把微米级的光斑耦合进入一个微米级的纤芯孔中，对耦合的工装、装夹的精度稳定性，焊接的能量等方面都要求很严格。现在绝大部分的光通信次模块的耦合过程都是依靠人手手工操作实现的，整个过程中的主观判断因数太多，t匕如夹具的使用习惯、产线生产工艺的配合、人员情绪等等因素，使得耦合得到的产品品质的一致性难以控制，从而影响下游的产品生产。
[0004]近年来，由于国家对光通信产业的支持，光通信行业得到迅速发展，因此对光通信产品的需求量也越来越大，同时，光通信产业生产的门槛降低，大批光模块厂家的出现。各个公司背景、服务的对象以及实力等因素，实际设计生产的激光次模块外形尺寸各有差异，导致存在多种类型的耦合工装夹具，各种工装生产的工艺不同，进而生产的产品的质量稳定性，产品的合格率和成本都不同，竞争也越来越激烈，制造的产品良莠不齐，并且设备商对光模块厂家的产品要求也越来越高。
[0005]从上述的情况下，对于品质、产量和价格的要求，需要一种新的生产工艺保证生产效率，降低耦合成本，保持产品质量稳定和产品的合格率，光通信次模块生产耦合自动化成为一个必然的趋势。
[0006]因此，需要一种新的技术方案以解决上述问题。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种光通信次模块自动耦合装置。[0008]为实现上述目的，本发明光通信次模块自动耦合装置可采用如下技术方案:
[0009]一种光通信次模块自动耦合装置，包括底座、承载于底座上的下夹具、对应下夹具设置并位于下夹具之上的上夹具、连接上夹具并在竖直方向运动的Z轴、驱动Z轴运动的Z轴驱动器、连接下夹具并横向运动的X轴、同样连接下夹具并横向移动的Y轴、驱动X轴运动的X轴驱动器、驱动Y轴运动的Y轴驱动器；所述下夹具下部分延伸入底座中，X轴及Y轴同样插入底座中并与下夹具连接；所述X轴及Y轴的运动方向相互垂直。
[0010]该光通信次模块自动耦合装置通过设置能够在三维的三个方向上运动的X轴、Y轴、Z轴,使在进行稱合作业时能够精准的自动校正上夹具中的元件与下夹具中的元件的相对位置。
[0011]使用上述的光通信次模块自动耦合装置的耦合方法，将激光二极管安装在下夹具中，光纤标准连接器机构管芯安装于上夹具中，通过移动X轴、Y轴、Z轴控制激光二极管及光纤标准连接器机构管芯的相对位置，同时将光纤标准连接器机构管芯和外接光纤跳线相连接并将耦合得到的光功率值反馈显示到一个显示屏上，在耦合的过程中，显示屏上显示的光功率值不断变化，使得X轴、Y轴、Z轴都往光功率变大的方向移动，最后使得光功率最大值后，对光纤标准连接器机构管芯及激光二极管进行激光焊接形成光通信次模块。
[0012]与【背景技术】相比，本发明光通信次模块自动耦合装置及耦合方法的有益效果有:
[0013]1、一人对应一个设备的高度集成模式，取代目前传统的多人手工耦合对应一台焊接机器的方式，降低人力生产成本，易于实现流水化生产，减少内耗，提高生产效率；
[0014]2、全自动实时监控光功率变化，能够有效降低人为因素的影响，保证产品的一次成品率；
[0015]3、实现耦合焊接的数字化监控，提高产品过程监控能力，保证焊接稳定性，能够实时筛选光功率变化大的产品，提高产品的合格率。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明中光通信次模块自动耦合装置的立体图。
[0017]图2是本发明中光通信次模块自动耦合装置的主视图。
[0018]图3是本发明中自动耦合原理图。
[0019]图4是本发明中耦合方法的流程图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0021]请参阅图1所示，本发明公开一种光通信次模块自动耦合装置，包括底座1、承载于底座I上的下夹具2、对应下夹具2设置并位于下夹具2之上的上夹具3、连接上夹具3并在竖直方向运动的Z轴4、驱动Z轴4运动的Z轴驱动器5、连接下夹具2并横向运动的X轴6、同样连接下夹具2并横向移动的Y轴7、驱动X轴6运动的X轴驱动器8、驱动Y轴7运动的Y轴驱动器9 ;所述下夹具2下部分延伸入底座I中，X轴6及Y轴7同样插入底座I中并与下夹具2连接；所述X轴6及Y轴7的运动方向相互垂直。该光通信次模块自动耦合装置还包括横梁10、支撑横梁10两侧并安装于底座I上的一对支撑腿11。所述横梁10两侧套设在支撑腿11上并在支撑腿11上竖直移动。支撑腿11上套设有弹簧12，弹簧12的两端分别抵靠横梁10及底座I。所述Z轴4上设有在竖直方向上定位横梁10的定位装置13，所述定位装置13位于横梁10上并抵靠横梁10。定位装置13能够使得焊接前位于上夹具3中的光纤标准连接器机构管芯及位于下夹具2中的激光二极管完全紧密贴合，并经定位装置13的锁紧，耦合平移的过程中上下两部分仍然是完全紧密贴合。所述底座I上设有激光器供电插座14，激光器供电插座14连接下夹具2并给予下夹具2中设置的导电装置供电。所述X轴、Y轴、Z轴均连接有位置传感器，耦合焊接完成后，重复复位至机械原始位置。
[0022]使用上述的光通信次模块自动耦合装置的耦合方法为:将激光二极管安装在下夹具2中，光纤标准连接器机构管芯安装于上夹具3中，通过移动X轴6、Y轴7、Z轴4控制激光二极管及光纤标准连接器机构管芯的相对位置，同时将光纤标准连接器机构管芯和外接光纤跳线相连接并将耦合得到的光功率值反馈显示到一个显示屏上，在耦合的过程中，显示屏上显示的光功率值不断变化，使得X轴6、Y轴7、Z轴4都往光功率变大的方向移动，最后使得光功率最大值后，对光纤标准连接器机构管芯及激光二极管进行激光焊接形成光通信次模块。光纤标准连接器机构管芯没有接收到激光器发射出光时，X轴、Y轴、Z轴一定的范围内做往复的扫描运动，直到找到光。当机械的原始位置确定后，每个光通信次模块耦合制造完成后，都会自动复位到机械的原始位置，保证下一次耦合过程的完成。
[0023]综上所述，本发明的优点为:
[0024]1、一人对应一个设备的高度集成模式，取代目前传统的多人手工耦合对应一台焊接机器的方式，降低人力生产成本，易于实现流水化生产，减少内耗，提高生产效率，从而提高公司生存竞争力；
[0025]2、全自动实时监控光功率变化，能够有效降低人为因素的影响，保证产品的一次成品率；
[0026]3、实现耦合焊接的数字化监控，提高产品过程监控能力，保证焊接稳定性，能够实时筛选光功率变化大的产品，提高产品的合格率。
[0027]4、定位装置使得模块上下两部分自动贴合，保证次模块光功率稳定。
【权利要求】
1.一种光通信次模块自动耦合装置，其特征在于:包括底座、承载于底座上的下夹具、对应下夹具设置并位于下夹具之上的上夹具、连接上夹具并在竖直方向运动的Z轴、驱动Z轴运动的Z轴驱动器、连接下夹具并横向运动的X轴、同样连接下夹具并横向移动的Y轴、驱动X轴运动的X轴驱动器、驱动Y轴运动的Y轴驱动器；所述下夹具下部分延伸入底座中，X轴及Y轴同样插入底座中并与下夹具连接；所述X轴及Y轴的运动方向相互垂直。
2.根据权利要求1所述的光通信次模块自动耦合装置，其特征在于:还包括横梁、支撑横梁两侧并安装于底座上的一对支撑腿；所述横梁两侧套设在支撑腿上并在支撑腿上竖直移动；支撑腿上套设有弹簧，弹簧的两端分别抵靠横梁及底座，所述Z轴上设有在竖直方向上定位横梁的定位装置，所述定位装置位于横梁上并抵靠横梁。
3.根据权利要求2所述的光通信次模块自动耦合装置，其特征在于:所述底座上设有激光器供电插座，激光器供电插座连接下夹具并给予下夹具中设置的导电装置供电。
4.根据权利要求3所述的光通信次模块自动耦合装置，其特征在于:所述X轴、Y轴、Z轴均连接有位置传感器，耦合焊接完成后，重复复位至机械原始位置。
5.一种使用如权利要求1-4中任一项所述的光通信次模块自动耦合装置的耦合方法，其特征在于:将激光二极管安装在下夹具中，光纤标准连接器机构管芯安装于上夹具中，通过移动X轴、Y轴、Z轴控制激光二极管及光纤标准连接器机构管芯的相对位置，同时将光纤标准连接器机构管芯和外接光纤跳线相连接并将耦合得到的光功率值反馈显示到一个显示屏上，在耦合的过程中，显示屏上显示的光功率值不断变化，使得X轴、Y轴、Z轴都往光功率变大的方向移动，最后使得光功率最大值后，对光纤标准连接器机构管芯及激光二极管进行激光焊接形成光通信次模块。
6.如权利要求5所述的使用光通信次模块自动耦合装置的耦合方法，其特征在于:光纤标准连接器机构管芯没有接收到激光器发射出光时，X轴、Y轴、Z轴一定的范围内做往复的扫描运动，直到找到光。
【文档编号】G02B6/42GK103543505SQ201310516363
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月28日 优先权日:2013年10月28日
【发明者】张冠宇, 宋怀成, 缪玉筛, 周赤, 陈岭 申请人:江苏奥雷光电有限公司