一种多波导与光纤尾纤阵列对准耦合的装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种多波导与光纤尾纤阵列对准耦合的装置及方法，属于光学芯片与 尾纤耦合技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着光通讯、光传感的发展，集成光学器件功能越来越强大，波导端口数量也越来 越多，尤其是AWG、光开关等阵列波导器件需要大量的尾纤与波导耦合，因此如何实现阵列 波导与阵列光纤的精确耦合成为光器件制作必须考虑的关键技术。不同的光纤保护层材 料、结构对应着不同的耦合技术，常用的是在光纤端头加装带槽的支座，即LN块技术（光纤 槽支座），该技术先在支座上划出符合光纤尺寸的凹槽，用胶将光纤定位、粘在其中，磨斜、 抛光，与波导精确耦合后用紫外胶粘合。该技术扩大了粘接面积，增强了粘接强度，有效解 决了端面粘接的热应力问题。然而目前常常利用此技术实现单个波导分支与光纤的连接 与耦合，对于多分支则需要多个支座的耦合，无疑是一项繁琐的工作，且不利于器件的集成 化、小型化。如对于现行的双尾纤，需要两个支座、两次对准耦合，将两分支耦合进两根光纤 分别测量其输出功率，效率低，成本高。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种利于器件小型化和高效化的多 波导与光纤尾纤阵列对准耦合的装置及方法。
[0004] 本发明的多波导与光纤尾纤阵列对准耦合的装置，包括双轴转动装置、波导芯片、 多光纤槽支座和五维耦合调节台；
[0005] 双轴转动装置包括静块、动块、圆弧状动块和平台；静块具有弟一圆弧凹面，动块 由具有第二圆弧凹面的静端、连接段和圆弧块状的动端依次固连而成，且第二圆弧凹面与 动端的内弧面相向，第一圆弧凹面与第二圆弧凹面的曲率半径相同，且第一圆弧凹面的圆 心轴a与第二圆弧凹面的圆心轴b平行，动端的外弧面与静块的第一圆弧凹面相贴合，且动 端可在第一圆弧凹面上绕圆心轴a转动，圆弧状动块的外弧面与动块静端的第二圆弧凹面 相贴合，且圆弧状动块可在第二圆弧凹面上绕圆心轴b转动，平台的一端与圆弧状动块的 内弧面固定，平台与上述两条圆心轴a、b所确定的平面平行；且平台上标记有a、b中线c在 平台上的正投影直线c' ；
[0006] 波导芯片置于平台上，多光纤槽支座置于五维耦合调节台上，其表面具有若干与 波导芯片的波导分支平行的光纤槽，光纤槽内置有光纤，相邻光纤槽的间距与相邻波导分 支的间距相等，位于多光纤槽支座两边缘的第一光纤和第二光纤分别与第一功率计和第二 功率计连接，五维耦合调节台用于调节多光纤槽支座的坐标。
[0007] 上述技术方案中，所述的平台上固定有第三千分尺测微头，第三千分尺测微头连 接推杆，推杆设于平台上并垂直于直线c'，用于调节波导芯片在平台上的坐标。
[0008] 采用上述的装置将多波导与光纤尾纤阵列对准耦合的方法，其特征在于，包括以 下步骤：
[0009] 1)调整波导芯片在平台上的坐标，使波导芯片上位于边缘的两条波导分支的中线 d与平台上标记的c'对准；
[0010] 2)利用五维耦合调节台调整多光纤槽支座的坐标，使多光纤槽支座的一条边缘光 纤与波导芯片的一条边缘波导分支对准，当该光纤连接的功率计示数最大时，实现该光纤 与该条波导分支的精确耦合，记录上述功率计示数数值A ;
[0011] 3)调节双轴转动装置，使得波导芯片先绕距上述光纤最近的圆心轴转动，当波导 芯片的另一边缘光纤连接的功率计示数达最大时，再使波导芯片绕另一条圆心轴转动，至 步骤2)中所述功率计示数再次达到最大；
[0012] 4)重复步骤3)至两个功率计的示数均达到预设要求，设可接受的光纤与波导的 偏离值为d，则功率计的示数预设要求C应满足：
[0013]
[0014]
[0015]
[0016] 其中，ω为波导输出的模斑半径，α为波导与光纤的耦合损耗，B为光纤与波导的 偏离值恰为d时光纤的输出功率；
[0017] 此时，即实现波导与光纤尾纤阵列的对准耦合。
[0018] 本发明的有益之处在于：
[0019] 本发明的多波导与光纤尾纤阵列对准耦合的装置和方法，将同一支座的两边缘光 纤，同时与波导两分支进行对准耦合，不仅整体体积小、重量轻，有利于器件的小型化，而且 结构简单、易于操作，提高了生产效率。
【附图说明】
[0020] 图1是波导与双光纤耦合的示意图。
[0021] 图2是本发明的双轴转动装置的整体结构示意图。
[0022] 图3是本发明的双轴转动装置的转动轴俯视示意图。
[0023] 图4是本发明的双轴转动装置一种实例的结构示意图。
[0024] 图5是本发明的波导芯片坐标调节装置的结构示意图。
[0025] 图6是本发明的波导芯片坐标调节装置的截面示意图。
[0026] 图7是实施例1将多波导与光纤尾纤阵列对准耦合的示意图。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0028] 参照图1-3,本发明的多波导与光纤尾纤阵列对准耦合的装置，包括双轴转动装 置、波导芯片1、多光纤槽支座5和五维耦合调节台2 ;
[0029] 双轴转动装置包括静块13、动块11、圆弧状动块12和平台14 ;静块13具有第一 圆弧凹面，动块11由具有第二圆弧凹面的静端11-1、连接段11-2和圆弧块状的动端11-3 依次固连而成，且第二圆弧凹面与动端11-3的内弧面相向，第一圆弧凹面与第二圆弧凹面 的曲率半径相同，且第一圆弧凹面的圆心轴a与第二圆弧凹面的圆心轴b平行，两圆弧凹面 的角度视具体调节范围而定，一般30°足够满足需求，动端11-3的外弧面与静块13的第 一圆弧凹面相贴合，且动端11-3可在第一圆弧凹面上绕圆心轴a转动，圆弧状动块12的外 弧面与动块11静端11-1的第二圆弧凹面相贴合，且圆弧状动块12可在第二圆弧凹面上 绕圆心轴b转动，精确定位控制滑块沿圆弧曲面运动的功能可以通过现有的成熟技术来实 现，如参照五维耦合调节台中的调节机构，或者采用旋钮-齿轮-齿带结构实现，在静块13 及动块11的静端11-1侧壁分别安装旋钮，在二者内部分别设置一个或多级依次咬合的齿 轮，在动端11-3贴合面处及圆弧状动块12的贴合面处分别固定安装一条齿带，齿带与最后 一级齿轮相咬合，通过旋钮带动齿轮转动，从而使齿轮带动齿带运动，实现动端11-3在第 一圆弧凹面上绕圆心轴a转动及圆弧状动块12在第二圆弧凹面上绕圆心轴b转动；或者也 可采用如图4所示的结构来实现，动端11-3的端部与第一弹簧18的下端连接，第一弹簧18 的上端与静块13的第一凸耳相连，第一千分尺测微头17的法兰穿过第一凸耳及第一弹簧 18固接在静块13上。动端11-3和静块13贴合面上可设置有凹槽，其内具有若干滚珠，用 以保证动端11-3的外弧面紧密贴合静块13的第一圆弧凹面转动；同样的，圆弧状动块12 的上端与第二弹簧10的下端连接，第二弹簧10的上端与静端11-1伸出的第二凸耳相连， 第二千分尺测微头19的法兰穿过第二凸耳及第二弹簧10固接在静端11-1上，圆弧状动块 12的侧面及下面和静端11-1的贴合处也可设置凹槽，内有滚珠，用以保证圆弧状动块12的 外弧面紧密贴合静端11-1的第二圆弧凹面转动。当旋转第一千分尺测微头17使第一弹簧 18压缩，则将推动动端11-3沿静块13的第一圆弧凹面向下滑动，反之，旋转第一千分尺测 微头17使第一弹簧18拉伸，则将推动动端11-3沿静块13的第一圆弧凹面向上滑动。圆 弧状动块12的外弧面贴合静端11-1的第二圆弧凹面转动方法类似，不做详细描述。
[0030] 平台14的一端与圆弧状动块12的内弧面固定，平台14与上述两条圆心轴a、b所 确定的平面平行，且平台14上标记有a、b中线c在平台14上的正投影直线c' ；
[0031] 波导芯片1置于平台14上，多光纤槽支座5置于五维耦合调节台2上，其表面具 有若干与波导芯片1的波导分支平行的光纤槽，光纤槽内置有光纤，相邻光纤槽的间距与 相邻波导分支的间距相等，位于多光纤槽支座5两边缘的第一光纤6和第二光纤7分别与 第一功率计8和第二功率计9连接，五维耦合调节台2用于调节多光纤槽支座5的坐标。
[0032] 上述方案中，所述的平台14上还可以固定有第三千分尺测微头15,第三千分尺测 微头15连接推杆16,推杆16设于平台14上并垂直于直线c'，用于调节波导芯片1在平台 14上的坐标。如图5~图6所示，将波导芯片1放置在平台14上靠近推杆的一端，调节第 三千分尺测微头15,推杆16推动波导芯片1沿推杆方向平行移动，直到显微镜下观察到波 导分支3、4的中线恰好与轴a、轴b的中线c对齐重合。
[0033] 如图1所示，波导输出端包含多个分支，其中要调节实现与光纤对准耦合的是波 导的两边缘分支3、4,两分支中线做特殊标记，对于对称Y波导，两分支中线即为Y前端波 导，光纤6、7为保偏光纤。本发明的装置可使得两边缘分支与两保偏光纤实现精确对准。
[0034] 下面通过两个具体实例来说明本发明实现多波导与光纤尾纤阵列精确对准的方 法。
[0035] 实施例1
[0036] 两波导分支3、4间距离为400 μπι，控制静块、动块上圆弧凹面的曲率半径，使得两 旋转轴a、b间距离为2mm，进行如下操作：
[0037] a、调整波导芯片1在平台14上的坐标，使波导芯片1上位于边缘的两条波导分支 3、4的中线d与平台14上标记的c'对准；
[0038] b、利用五维耦合调节台调整多光纤槽