一种用于研磨抛光光学元件的一体化夹具及其使用方法与流程

本发明涉及光学冷加工技术领域。具体来说，本发明涉及一种用于研磨抛光光学元件的一体化夹具及其使用方法。

背景技术：

包括芯片和波导等的光学元件在光通讯系统、光电信息传输和电光调制等领域应用日益广泛，需要大量的研磨抛光光学元件。研磨抛光决定了光学元件性能的优劣，而研磨抛光本身是一种精密的加工方法。在现有研磨抛光技术中，所用的夹具结构复杂，光学元件安装拆卸繁琐，限制了研磨抛光芯片的加工通量。此外，光学元件的大规模角度加工一直是光电技术领域发展的瓶颈。

为此，本领域迫切需要开发一种方便光学元件安装拆卸且实现大规模角度加工的用于研磨抛光光学元件的一体化夹具及其使用方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于研磨抛光光学元件的一体化夹具，从而解决上述现有技术中的技术问题。本文所述的一体化夹具包括夹具主体，研磨垫块，研磨压条，定位圆盘和定位环。本文所述的一体化研磨抛光夹具集成了定位环，特点是一体化简洁设计，光学元件安装、拆卸方便，研磨抛光一致性好、可靠性高。此外，本文所述的一体化研磨抛光夹具可实现大规模角度加工。

本发明的目的还在于提供一种用于研磨抛光光学元件的一体化夹具的使用方法。

为了实现上述目的，本发明提供下述技术方案。

在第一方面中，本发明提供一种用于研磨抛光光学元件的一体化夹具，所述一体化夹具可包括夹具主体，研磨垫块，研磨压条，定位圆盘和定位环；

所述夹具主体包括上表面、下表面以及在所述上表面和下表面之间延伸预定厚度的板体，所述板体包括至少一条线性边缘，所述至少一条线性边缘包括用于容纳光学元件的至少一个板体凹槽，且所述上表面包括设置在上表面之上且尺寸小于所述上表面的第一上表面凸台以及设置在所述第一上表面凸台之上且尺寸小于所述第一上表面凸台的第二上表面凸台；

其中所述研磨垫块直接接触光学元件，且在水平方向上可拆卸地连接到所述至少一条线性边缘，与所述至少一个板体凹槽一起固定光学元件；

其中所述研磨压条在水平方向上可拆卸地连接到所述研磨垫块，在垂直方向上可拆卸地连接到设置在所述研磨压条上方的定位圆盘；

其中所述定位圆盘包括第一定位圆盘凹槽和第二定位圆盘凹槽，其中第一定位圆盘凹槽的形状和尺寸构造成容纳所述第二上表面凸台，第二定位圆盘凹槽的形状和尺寸构造成容纳超过所述夹具主体上表面延伸的光学元件，且所述定位圆盘在垂直方向上可拆卸地连接到所述第一上表面凸台；以及

其中所述定位环在水平方向上可拆卸地连接到所述定位圆盘。

在第一方面的一种实施方式中，所述一体化夹具还包括可拆卸地连接到所述夹具主体的手柄。

在第一方面的另一种实施方式中，所述一体化夹具还包括用于辅助装载光学元件且可拆卸地连接到所述夹具主体的底座，所述底座包括底座圆盘、设置在底座圆盘之上且尺寸小于所述底座圆盘的第一底座凸台以及设置在所述第一底座凸台之上且尺寸小于所述第一底座凸台的第二底座凸台，且所述夹具主体的下表面包括构造成容纳所述第二底座凸台的第一下表面凹槽。

在第一方面的另一种实施方式中，所述定位圆盘的外径小于或等于所述定位环的直径。

在第一方面的另一种实施方式中，所述至少一个板体凹槽包括倾斜的侧壁。

在第一方面的另一种实施方式中，所述可拆卸地连接包括螺栓和螺孔连接。

在第一方面的另一种实施方式中，所述研磨垫块由聚四氟乙烯制成。

在第二方面中，本发明提供一种使用如第一方面所述的一体化夹具来夹持光学元件的方法，所述方法可包括下述步骤：

(1)将待研磨抛光的光学元件放入所述至少一个板体凹槽；

(2)利用底座使光学元件的下部端部对齐；以及

(3)拆除底座。

在第二方面的另一种实施方式中，所述底座包括底座圆盘、设置在底座圆盘之上且尺寸小于所述底座圆盘的第一底座凸台以及设置在所述第一底座凸台之上且尺寸小于所述第一底座凸台的第二底座凸台；

其中所述夹具主体的下表面包括构造成容纳所述第二底座凸台的第一下表面凹槽；以及

其中在步骤(2)中，通过第一底座凸台来使光学元件的下部端部对齐。

在第二方面的另一种实施方式中，所述方法还包括在步骤(1)之前将手柄可拆卸地连接到所述夹具主体。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：(1)一体化简洁设计，芯片安装、拆卸方便，研磨抛光一致性好、可靠性高；以及(2)可实现大规模角度加工。

附图说明

图1示意性显示根据本发明的一体化夹具的仰视透视图。

图2示意性显示根据本发明的一体化夹具的俯视透视图。

图3到图6示意性显示图2所示的一体化夹具的主要部件的结构。

图7和图8示意性显示在不使用手柄的情况下利用底座安装芯片后的根据本发明的一体化夹具结构。

图9显示沿着图8中虚线a-a的截面图。

图10示意性显示在使用手柄的情况下利用底座安装芯片后的根据本发明的一体化夹具结构。

图11示意性显示在拆除底座后的图10所示的一体化夹具结构。

图12示意性显示图10的各主要部件的结构。

图13示意性显示图10的三维分解视图。

图14示意性显示安装芯片且拆除底座和手柄之后的根据本发明的一体化夹具的仰视透视图。

图15示意性显示安装芯片且拆除底座和手柄之后的根据本发明的一体化夹具的俯视透视图。

附图中的主要附图标记含义如下：

10：夹具主体

101：夹具主体的上表面

102：夹具主体的下表面

103：夹具主体的板体

104：夹具主体的边缘

105：夹具主体的板体凹槽

106：第一上表面凸台

107：第二上表面凸台

20：研磨垫块

30：研磨压条

40：定位圆盘

401：定位圆盘第一凹槽

402：定位圆盘第二凹槽

404：定位圆盘第三凹槽

406：定位圆盘第四凹槽

50：定位环

60：手柄

601：提手

602：圆柱杆

70：底座

700：底座圆盘

701：第一底座凸台

702：第二底座凸台

200：芯片。

具体实施方式

下面将结合附图以及本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚和完整的描述。附图的尺寸与实际尺寸不成比例，为了清楚地显示某些特征，可能会夸大某些部件的尺寸。

在现有光学元件研磨抛光技术中，所用的夹具结构复杂，光学元件安装拆卸繁琐，限制了研磨抛光芯片的加工通量。此外，光学元件的大规模角度加工一直是光电技术领域发展的瓶颈。

本发明之目的在于提供一种一体化夹具，来同时解决上述现有技术中存在的技术问题。具体来说，本文所述的一体化夹具包括夹具主体，研磨垫块，研磨压条，定位圆盘和定位环。本文所述的一体化研磨抛光夹具集成了定位环，光学元件安装、拆卸方便，增加了研磨抛光芯片的通量。此外，本文所述的一体化研磨抛光夹具可通过调节研磨压块和夹具主体凹槽的角度来实现大规模角度加工。

参考图1到图6，图1示意性显示根据本发明的一体化夹具100的仰视透视图。图2示意性显示根据本发明的一体化夹具的俯视透视图。图3到图6示意性显示图2所示的一体化夹具的主要部件的结构。

首先参考图1和图3，本文所述的一体化夹具100包括夹具主体10，研磨垫块20，研磨压条30，定位圆盘40和定位环50。夹具主体10包括上表面101、下表面102以及在所述上表面和下表面之间延伸预定厚度的板体103，所述板体包括基本上成等边三角形设置的3条线性边缘104，每条线性边缘包括用于容纳芯片200的3个板体凹槽105，且所述上表面102包括设置在上表面之上且尺寸小于所述上表面的第一上表面凸台106以及设置在所述第一上表面凸台之上且尺寸小于所述第一上表面凸台的第二上表面凸台107。研磨垫块20直接接触芯片200，且在水平方向上通过紧固螺栓210连接到线性边缘104，与板体凹槽105一起固定芯片200。研磨压条30在水平方向上通过压顶螺栓310和紧固螺栓320连接到所述研磨垫块20，在垂直方向上通过紧固螺栓330连接到设置在所述研磨压条30上方的定位圆盘40。定位圆盘40包括第一定位圆盘凹槽401和3个形状尺寸相同的第二定位圆盘凹槽402,第三定位圆盘凹槽404,第四定位圆盘凹槽406。其中第一定位圆盘凹槽的形状和尺寸构造成容纳所述第二上表面凸台107。定位圆盘凹槽402,404,406的形状和尺寸构造成容纳超过所述夹具主体上表面101延伸的芯片200，且所述定位圆盘40在垂直方向上通过紧固螺栓410连接到所述第一上表面凸台106。定位环50在水平方向上通过紧固螺栓510连接到所述定位圆盘40。

结合附图，本领域技术人员可以理解当描述用各种螺栓连接两个或多个部件时，在相应的部件中具有相应的螺孔。为了简要，没有在附图中标注相应的螺孔。且在本文中，术语“可拆卸地连接”指通过紧固装置可逆地固定的两个或更多个部件。例如可拆卸地连接可包括螺栓和螺孔连接。

在图1所示的实施方式中，定位圆盘40的外径基本上等于定位环50的内径。在另一种实施方式中，定位圆盘40的外径可小于定位环50的内径。

在图1所示的实施方式中，研磨垫块20直接接触芯片200。在一种实施方式中，所述研磨垫块由聚四氟乙烯材料制成。

还参考图3，可知每个板体凹槽105包括倾斜的侧壁。这允许根据实际加工需要，通过板体凹槽105和研磨垫块20来调节芯片200的研磨抛光加工角度。

任选地，本文所述的一体化夹具还可包括可拆卸地连接到所述夹具主体10的手柄60，以方便取放一体化夹具100。在芯片200的研磨抛光过程中，手柄60既可以保持与夹具主体10固定，也可以从夹具主体10拆除手柄。

任选地，本文所述的一体化夹具100还可包括可拆卸地连接到所述夹具主体10的底座70，用来辅助在一体化夹具上安装芯片200。

关于手柄60和底座70的更多结构细节，将在下文中结合使用本文所述的一体化夹具100来夹持芯片200的方法中进行描述。

本发明之目的还在于提供一种使用如上所述的一体化夹具来夹持光学元件的方法，所述方法包括下述步骤：(1)将待研磨抛光的光学元件放入所述至少一个板体凹槽；(2)利用底座使光学元件的下部端部对齐；以及(3)拆除底座。

参考图7到图9，其中图7和图8示意性显示在不使用手柄60的情况下利用底座70安装芯片200后的根据本发明的一体化夹具100的结构。图9显示沿着图8中虚线a-a的截面图。从图7和图8可知，底座70通过螺栓710固定到夹具主体10。使用本发明的一体化夹具夹持芯片时，只需将待抛光研磨的芯片200放入板体凹槽105，然后紧固夹具主体10、研磨垫块20、研磨压条30、定位圆盘40和定位环50即可。

图10示意性显示在使用手柄60的情况下利用底座70安装芯片200后的根据本发明的一体化夹具100的结构。图11示意性显示在拆除底座后的图10所示的一体化夹具结构。图12示意性显示图10的夹具主体10、手柄60和底座70等主要部件的结构。图13示意性显示图10的三维分解视图。

参考图12和图1，可知所述底座包括底座圆盘700、设置在底座圆盘之上且尺寸小于所述底座圆盘的第一底座凸台701以及设置在所述第一底座凸台之上且尺寸小于所述第一底座凸台的第二底座凸台702。相应地，所述夹具主体的下表面102可包括构造成容纳所述第二底座凸台702的第一下表面凹槽110。在图12所示的实施方式中，通过螺栓710将底座70固定到夹具主体10。在使用本文所述的一体化夹具夹持芯片200的过程的步骤(2)中，通过第一底座凸台701来使光学元件的下部端部对齐，且使用第一底座凸台701的高度来控制芯片200超出夹具主体10的下表面102的长度。在一种实施方式中，使用第二底座凸台702来与夹具主体10配合进行粗定位。在另一种实施方式中，还可通过第二底座凸台702的高度来控制待研磨抛光的芯片200超出夹具主体10的下表面102的长度。

参考图12，所述手柄60可包括提手601和圆柱杆602。在一种实施方式中，提手601和圆柱杆602通过螺纹紧固连接。在另一种实施方式中，因为手柄下端螺纹伸出长度不能超过第一底座凸台701的表面，为了减少第二底座凸台702的设计高度，仅使用螺栓固定夹具主体10和底座70。在芯片安装完之后，将螺栓更换成手柄或不使用手柄。

在另一种实施方式中，在使用本文所述的一体化夹具夹持芯片200的过程的步骤(1)之前将手柄60通过螺栓接到所述夹具主体10。在图10所示的实施方式中，通过螺栓将手柄60的圆柱杆嵌入连接夹具主体10和底座70的螺栓来将手柄60固定到夹具主体10。如上所述，在研磨抛光芯片200的过程中，需拆除底座70，且同时可拆除手柄60。参考图14到图15，其中图14示意性显示安装芯片且拆除底座和手柄之后的根据本发明的一体化夹具的仰视透视图。图15示意性显示安装芯片且拆除底座和手柄之后的根据本发明的一体化夹具的俯视透视图。

从图14到15可知，在本发明的一体化夹具100中，通过螺栓螺孔连接，将夹具主体10、研磨垫块20、研磨压条30、定位圆盘40和定位环50集成为一体。芯片200超出夹具主体10的下表面102延伸的部分是待研磨抛光的部分。在芯片200研磨抛光完成之后，只需拧松螺丝，就可以方便地将芯片卸下，并装载新的待研磨抛光的芯片。

上述对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必付出创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明披露的内容，在不脱离本发明范围和精神的情况下做出的改进和修改都本发明的范围之内。