一种空间光路的透镜精准对准及固定一体耦合装置的制作方法

本发明属于光通信技术领域，涉及一种耦合装置，特别是涉及一种空间光路的透镜精准对准及固定一体耦合装置。

背景技术：

随着光通信技术的不断进步与发展，光通信逐渐成为现代通信网络最主要的通信方式之一。光组件在整个光信号传输过程中承担着光电转换的重要任务。光组件通过其陶瓷插芯与外部光纤的陶瓷插芯进行连接。光组件内部激光器发光焦点需要耦合到陶瓷插芯入光口出，才能使光束最大量地进入陶瓷插芯。激光器与陶瓷插芯之间的光耦合属于空间光耦合，其光耦合效率是影响整个光通信成败的重要因素之一。在光组件生产过程中，各光学元件微米级别的位移都会导致激光器与之耦合效率的变化，再加上光学元件之间存在一定差异性，为了将光学元件准确对准，每一片光组件都需要进行一次或者多次的耦合。因此，一种快速、准确的耦合装置对光组件生产的效率与良率有者显著提高。

cn202010308929.6提供了一种基于六轴位移平台的tosa透镜耦合系统，如图1所示，其待耦合产品放于装夹治具6上，通过真空吸附固定后，连接直流耦合电源12为待耦合产品供电发光；通过透镜吸嘴4吸附透镜，使用六轴位移台2移动透镜位置，使显示于电脑显示器9上的光斑位于透镜中心，索雷博光束分析仪8拉远，光斑直径调到最小；根据远光斑位置调整四轴位移台5，使远光斑位于透镜中心位置，以保证产品发光方向是位于光窗中心且平行发射；通过六轴位移台2将透镜竖直向上拉起，在透镜底部涂适量uv胶，再将透镜竖直向下移动，重新耦合至之前的位置，打开uv灯11使胶水固化，至此tosa透镜耦合过程完成。

上述tosa透镜耦合系统通过六轴位移台2移动透镜位置，使显示于电脑显示器9上的光斑位于透镜中心以得到比较正的光路，继而更便于得到客户所直接需求的光学参数光功率。然而在光器件的实际生产中，ld发光并不是标准圆形，再加上设备的组装误差、操作员人眼对于光斑位置的主观判断误差及ld发光功率大小的差异性等因素将导致透镜耦合固定以后，无法确定产品是否满足光功率需求。

同时，上述tosa透镜耦合系统中通过位于装夹治具6上待耦合产品发光-位于透镜吸嘴4上的透镜聚焦-索雷博光束分析仪8收光的光学传播路径决定其光路是不可逆的。限定其仅能用于光发射组件(tosa)或者光发射接收组件的光发射部分的耦合。对于光接收组件或者光发射接收组件的光接收部分的透镜耦合无法实现。

此外，上述tosa透镜耦合系统先将通过调节六轴位移台2和四轴位移台5将透镜耦合完成后再将透镜拉起点胶。将透镜拉起点胶时透镜偏离光轴，需再次将透镜耦合到之前的位置才能点胶固定。重复的耦合动作将大大降低生产的效率。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种空间光路的透镜精准对准及固定一体耦合装置，用于解决现有技术中光耦合装置固定后无法确定产品是否满足光功率需求、光路不可逆及拉起点胶需重新耦合从而降低生产效率的技术问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种空间光路的透镜精准对准及固定一体耦合装置，包括底板，所述底板上从下到上依次连接有产品装夹组件、透镜装夹组件及ld装夹组件，所述产品装夹组件包括xy双轴位移平台，xy双轴位移平台上连接有产品装夹冶具，所述透镜装夹组件包括z轴位移平台，z轴位移平台固定于底板上，z轴位移平台上安装有吸嘴安装冶具，吸嘴安装冶具上设有与负压吸管连通的透镜吸嘴，透镜吸嘴正上方设有全透玻片，透镜吸嘴底部吸附有透镜，所述透镜位于待耦合产品正上方，所述ld装夹组件包括xyz三轴位移平台，xyz三轴位移平台固定于z轴位移平台上，xyz三轴位移平台上固定有用于装夹ld的ld夹具，ld位于透镜吸嘴的正上方，ld夹具上安装有uv灯。

优选的，所述xy双轴位移平台固定于底板上，xy双轴位移平台上表面连接有u型转接冶具，u型转接冶具上表面沿u型转接冶具的水平中线连接有两块对称设置的侧立板，所述产品装夹冶具连接于侧立板顶部。

优选的，所述产品装夹冶具包括产品夹具，产品夹具为l型板，产品夹具的水平部连接于侧立板顶部，产品夹具的水平部端部连接有螺钉固定冶具，所述螺钉固定冶具与产品夹具的竖直部之间形成待耦合产品装夹腔，所述螺钉固定冶具内设有锁紧组件。

优选的，所述待耦合产品装夹腔内装夹待耦合产品，待耦合产品连接有耦合光纤，耦合光纤的另一端与光功率测试设备连接。

优选的，所述螺钉固定冶具与产品夹具竖直部相对的一侧开设有凹槽，凹槽内设有压块，压块嵌入凹槽内的端部开设有c型槽，所述螺钉固定冶具的中部开设有与凹槽连通的螺纹孔，所述螺纹孔与凹槽的水平中线在同一直线上，所述锁紧组件包括锁紧螺钉，锁紧螺钉的端部开设有与c型槽相啮合的工型槽，锁紧螺钉上设有与螺纹孔相啮合的外螺纹。

优选的，所述z轴位移平台一侧侧壁连接有立柱，所述立柱固定于底板上，所述z轴位移平台的另一侧侧壁上连接有连接支架，所述吸嘴安装冶具通过连接支架安装于z轴位移平台上。

优选的，所述吸嘴安装冶具的端部开设有第一气孔和玻片安装孔，所述第一气孔与负压吸管连通，所述全透玻片安装于玻片安装孔内，所述透镜吸嘴安装于玻片安装孔正下方，透镜吸嘴上开设有第二气孔，第二气孔的上端与第一气孔连通，第二气孔的下端吸附透镜。

优选的，所述xyz三轴位移平台固定于u型连接支架上，u型连接支架的内壁与z轴位移平台的两侧壁连接。

优选的，所述ld夹具的端部开设有ld装夹孔，所述ld通过ld装夹孔装夹于ld夹具上。

优选的，所述ld夹具端部沿ld夹具的水平中线对称开设有两个斜孔，斜孔位于ld装夹孔上方且斜孔的方向对准透镜吸嘴吸附透镜的位置，所述uv灯安装于斜孔内，所述ld装夹孔的竖直中线与两个所述斜孔连接线的中线在同一直线上。

如上所述，本发明的一种空间光路的透镜精准对准及固定一体耦合装置，具有以下有益效果：

1、本发明中，可通过光功率测试设备对光功率数据进行直接监测，可对产品是否满足光功率需求进行直接判断，提高了光功率数据监控的效率。

2、本发明中，待耦合产品与耦合光纤通过陶瓷插芯相连接的方式与光组件在光网络中与光纤的连接方式保持一致，可避免因光束传播方式不同而引入的对光功率监控差异，提高光功率监控的准确性。

3、本发明中，在将光功率耦合到合格范围后，用z轴位移平台将透镜和ld拉起进行点胶和放下固定时，由于ld和透镜均固定在z轴位移平台之上，二者会被同步拉起放下，其相对位置不会发生改变，因此，可以避免重复的耦合动作，大大提高产品的生产效率。同时，ld发出的汇聚光经过透镜转换为平行光竖直传播到待耦合产品中。在调节z轴位移平台时，ld与透镜沿着平行光光路传播方向运动，不会导致光路变化，继而光功率数据不会发生变化，测试准确性高。

4、本发明中，可对光路实现逆转，继而实现光接收组件或者光发射接收组件的光接收部分透镜进行耦合。

附图说明

图1显示为现有技术中tosa透镜耦合系统的结构示意图。

图2显示为本发明装夹待耦合产品的示意图。

图3显示为本发明的示意图。

图4显示为产品装夹组件的示意图。

图5显示为产品装夹组件的爆破图。

图6显示为透镜装夹组件的示意图。

图7显示为透镜装夹组件的爆破图。

图8显示为ld装夹组件的示意图。

图9显示为ld装夹组件的爆破图

图10显示为光发射组件或者光发射接收组件的光发射部分透镜进行耦合的光路原理图。

图11显示为光接收组件或者光发射接收组件的光接收部分透镜进行耦合的光路原理图。

图12显示为产品装夹冶具的一种结构示意图。

图13显示为产品装夹冶具的另一种结构示意图。

元件标号说明

1-底板，2-xy双轴位移平台，3-u型转接冶具，4-侧立板，5-产品夹具，6-压块，7-锁紧螺钉，8-螺钉固定冶具，9-立柱，10-z轴位移平台，11-连接支架，12-吸嘴安装冶具，13-透镜吸嘴，14-全透玻片，15-u型连接支架，16-xyz三轴位移平台，17-ld夹具，18-uv灯，19-凹槽，20-c型槽，21-螺纹孔，22-工型槽，23-外螺纹，24-第一气孔，25-负压吸管，26-ld装夹孔，27-待耦合产品，28-待耦合产品装夹腔，29-透镜，30-ld，31-耦合光纤，32-玻片安装孔。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图2至图13。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

请参阅图2-13，本发明提供一种空间光路的透镜精准对准及固定一体耦合装置，包括底板1，所述底板1上从下到上依次连接有产品装夹组件、透镜装夹组件及ld装夹组件，所述产品装夹组件包括xy双轴位移平台2，xy双轴位移平台2上连接有产品装夹冶具，所述透镜装夹组件包括z轴位移平台10，z轴位移平台10固定于底板1上，z轴位移平台10上安装有吸嘴安装冶具12，吸嘴安装冶具12上设有与负压吸管25连通的透镜吸嘴13，透镜吸嘴13正上方设有全透玻片14，透镜吸嘴13底部吸附有透镜29，所述透镜29位于待耦合产品27正上方，所述ld装夹组件包括xyz三轴位移平台16，xyz三轴位移平台16固定于z轴位移平台10上，xyz三轴位移平台16上固定有用于装夹ld30的ld夹具17，ld30位于透镜吸嘴13的正上方，ld夹具17上安装有uv灯18。

本实施例使用时，将待耦合汇聚光ld30产品装夹于ld夹具17上，通过外置电源对ld30加电让其发光。然后将负压吸管25通气，将透镜29吸附在透镜吸嘴13的下方。最后将待耦合产品27装夹在产品装夹冶具上。将耦合光纤31一端与待耦合产品27相连接，另一端与光功率测试设备相连接。光功率测试设备显示待耦合产品27的实时光功率数据。通过调节xyz三轴位移平台16以调整ld30与透镜29的相对位置，调节xy双轴位移平台2以调整待耦合产品27与透镜29及ld30的相对位置，直至光功率达到合格范围。然后，通过z轴位移平台10将透镜29和ld30拉起，在待耦合产品27上点上适量uv胶，再通过z轴位移平台10将透镜29和ld30放下，打开uv灯18将uv胶固化，至此透镜29耦合动作完成。此过程中，可通过光功率测试设备对光功率数据进行直接监测，可对产品是否满足光功率需求进行直接判断。另外，本实施例中，待耦合产品27与耦合光纤31通过陶瓷插芯相连接的方式与光组件在光网络中与光纤的连接方式保持一致，可避免因光束传播方式不同而引入的对光功率监控差异。

本实施例中，在将光功率耦合到合格范围后，用z轴位移平台10将透镜29和ld30拉起进行点胶和放下时，由于ld30和透镜29均固定在z轴位移平台10之上，二者会被同步拉起放下，其相对位置不会发生改变。ld30发出的汇聚光在经过透镜29转换为平行光竖直传播到待耦合产品27中。在调节z轴位移平台10时，ld30与透镜29沿着平行光光路传播方向运动，不会导致光路变化，继而光功率数据不会发生变化。避免重复的耦合动作，可大大提高产品的生产效率，其光路原理如图10所示。ld30发出的汇聚光传射到透镜29中，通过透镜29后变成平行光照射与待耦合产品27上，通过光功率测试设备对光功率数据进行直接监测，可对产品是否满足光功率需求进行直接判断。当光接收组件或者光发射接收组件的光接收部分透镜进行耦合时，将光功率测试设备切换为外置光源，将ld30切换pt，将外置电源切换为光电流测试设备，可对光路实现逆转，继而实现光接收组件或者光发射接收组件的光接收部分透镜进行耦合，光路原理图如图11所示。因此，本实施例可对光路实现逆转，继而实现光接收组件或者光发射接收组件的光接收部分透镜进行耦合。

本实施例中，xy双轴位移平台2、z轴位移平台10及xyz三轴位移平台16的结构及其位移方式属于现有技术，本领域技术根据现有技术和自身知识可知，因此，本实施例不再对其做进一步的赘述。同时，xy双轴位移平台2、z轴位移平台10及xyz三轴位移平台16可按实际需求对调整轴数进行增减。

本实施例中，可在xy双轴位移平台2、z轴位移平台10及xyz三轴位移平台16上连接马达和自动控制设备，通过自动控制设备来实现自动耦合，进一步减少人工调节耦合过程中可能产生的误差，进一步提高耦合的精确度。

作为上述实施例的进一步描述，所述xy双轴位移平台2固定于底板1上，xy双轴位移平台2上表面连接有u型转接冶具3，u型转接冶具3上表面沿u型转接冶具3的水平中线连接有两块对称设置的侧立板4，所述产品装夹冶具连接于侧立板4顶部。

本实施例使用时，底板1放置于工装台面上，xy双轴位移平台2固定于底板1上，产品装夹冶具通过侧立板4和u型转接冶具3固定于xy双轴位移平台2上。

作为上述实施例的进一步描述，所述产品装夹冶具包括产品夹具5，产品夹具5为l型板，产品夹具5的水平部连接于侧立板4顶部，产品夹具5的水平部端部连接有螺钉固定冶具8，所述螺钉固定冶具8与产品夹具5的竖直部之间形成待耦合产品装夹腔28，所述螺钉固定冶具8内设有锁紧组件。

本实施例使用时，待耦合产品27的装夹过程为：将待耦合产品27放置于待耦合产品装夹腔28内，向内移动锁紧组件，使锁紧组件与待耦合产品27接触，从而对待耦合产品27进行固定，防止待耦合产品27在检测或耦合过程中发生移动，提高准确性。然后将耦合光纤31的一端通过陶瓷插芯相连接的方式与待耦合产品27连接，将耦合光纤31的另一端与光功率测试设备连接。

本实施例中，产品夹具5不限于为l型板，其他能够满足要求的形状也可。如产品夹具5为方形块，方形块的上表面中部向下凹陷形成待耦合产品装夹腔28，所述方形块上待耦合产品装夹腔28一侧的侧壁即为本申请中的产品夹具5的竖直部，所述方形块上待耦合产品装夹腔28另一侧的侧壁即为本申请中的螺钉固定冶具8，如图12所示。或产品夹具5为水平板，水平板的下表面与侧立板4连接，水平板的上表面两侧分别连接有立板和螺钉固定冶具8，立板和螺钉固定冶具8之间形成待耦合产品装夹腔28，如图13所示。

作为上述实施例的进一步描述，所述螺钉固定冶具8与产品夹具5竖直部相对的一侧开设有凹槽19，凹槽19内设有压块6，压块6嵌入凹槽19内的端部开设有c型槽20，所述螺钉固定冶具8的中部开设有与凹槽19连通的螺纹孔21，所述螺纹孔21与凹槽19的水平中线在同一直线上，所述锁紧组件包括锁紧螺钉7，锁紧螺钉7的端部开设有与c型槽20相啮合的工型槽22，锁紧螺钉7上设有与螺纹孔21相啮合的外螺纹23。

本实施例使用时，对待耦合产品27进行紧固的具体操作为：将待耦合产品27放置于待耦合产品装夹腔28后，旋转锁紧螺钉7，锁紧螺钉7带动与锁紧螺钉7连接的压块6向靠近待耦合产品27的方向运动，直到将待耦合产品27稳定的固定于待耦合产品装夹腔28内。拆卸待耦合产品27时，反方向旋转锁紧螺钉7即可。这样的待耦合产品27装夹方式装夹与拆卸方便。

本实施例中，待耦合产品27的装夹方式不限于采用产品夹具5和锁紧组件配合进行装夹，其他能够对待耦合产品27进行稳定装夹的装夹方式均可，如使用真空吸附装夹或使用弹性夹具装夹等。

作为上述实施例的进一步描述，所述z轴位移平台10一侧侧壁连接有立柱9，所述立柱9固定于底板1上，所述z轴位移平台10的另一侧侧壁上连接有连接支架11，所述吸嘴安装冶具12通过连接支架11安装于z轴位移平台10上。所述吸嘴安装冶具12的端部开设有第一气孔24和玻片安装孔32，所述第一气孔24与负压吸管25连通，所述全透玻片14安装于玻片安装孔32内，所述透镜吸嘴13安装于玻片安装孔32正下方，透镜吸嘴13上开设有第二气孔，第二气孔的上端与第一气孔24连通，第二气孔的下端吸附透镜29。

本实施例使用时，在进行透镜29装夹的过程中，首先将全透玻片14安装于玻片安装孔32内并位于透镜吸嘴13的正上方，实现密封和通光的作用。然后在透镜吸嘴13底部放置透镜29，打开与负压吸管25另一端连接的负压设备，通过负压吸管25将透镜吸嘴13内的空气从第二气孔和第一气孔24内抽出，使透镜29外部的气压大于透镜吸嘴13内的气压，从而使透镜29在压力差的作用下固定于透镜吸嘴13上，实现透镜29的装夹。

本实施中，所述透镜吸嘴13垂直安装于吸嘴安装冶具12上，且位于待耦合产品装夹腔28的正上方，从而保证ld30产生的汇聚光能够在透镜29的作用下形成平行光照射与待耦合产品27上，同时，待耦合产品27上的平行光也能通过透镜29汇聚后传输到pt上，实现光路的可逆性。

本实施例中，透镜29的装夹不限于使用压力差进行装夹固定，其他能够实现透镜29稳定装夹的装夹方式均可。如采用磁性吸附，其具体装夹方式本实施例中不再做进一步的赘述。

作为上述实施例的进一步描述，所述xyz三轴位移平台16固定于u型连接支架15上，u型连接支架15的内壁与z轴位移平台10的两侧壁连接。所述ld夹具17的端部开设有ld装夹孔26，所述ld30通过ld装夹孔26装夹于ld夹具17上。所述ld夹具17端部沿ld夹具17的水平中线对称开设有两个斜孔，斜孔位于ld装夹孔26上方且斜孔的方向对准透镜吸嘴13吸附透镜29的位置，所述uv灯18安装于斜孔内，所述ld装夹孔26的竖直中线与两个所述斜孔连接线的中线在同一直线上。

本实施例使用时，xyz三轴位移平台16固定于u型连接支架15上，u型连接支架15连接于z轴位移平台10上，ld30通过ld夹具17固定于xyz三轴位移平台16上，并位于透镜29的正上方，因此，透镜29和ld30均固定于z轴位移平台10上，可通过z轴位移平台10将透镜29和ld30同时拉起和放下，调整z轴位移平台10的过程中保证透镜29和ld30的相对位置不会发生变化，从而避免透镜29拉起点胶时透镜29偏离光轴，需再次将透镜29耦合到之前的位置才能进行点胶固定，避免重复的耦合动作，提高生产效率。

uv灯18的光束对准透镜29，点胶后打开uv灯18将uv胶进行固化。本实施例中，uv灯18和ld30均设置于ld夹具17端部，uv灯18的光照距离短，光照强，从而可以提高uv胶的固化效率。

本实施例中，ld装夹孔26的竖直中线与两个所述斜孔连接线的中线在同一直线上可以保证uv灯18对称设置于ld30上方，保证uv灯18的光束能够对准透镜29，避免光束被ld30遮挡而影响对点胶的照射强度。

综上所述，本发明可通过光功率测试设备对光功率数据进行直接监测，可对产品是否满足光功率需求进行直接判断，提高了光功率数据监控的效率。还避免了因光束传播方式不同而引入的对光功率监控差异，提高了光功率监控的准确性。同时，ld和透镜均固定在z轴位移平台之上，ld和透镜的相对位置不会发生变化，可以避免重复的耦合动作，大大提高产品的生产效率。此外，本发明可对光路实现逆转，继而实现光接收组件或者光发射接收组件的光接收部分透镜进行耦合。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。