一种基于纳米级感知接触的全自动平面波导耦合设备的制作方法

本发明涉及耦合设备，特别地是一种基于纳米级感知接触的全自动平面波导耦合设备。

背景技术：

1、随着我国光通信技术的长足发展，移动互联，数据中兴在中国已经快速普及，通信的容量也越来越大，光纤通信也进一步朝着小型化,集成化的方向发展。光子集成技术与电子集成技术飞速的发展,基于平面光波导技术发展越发精细化，小型化。近几年平面硅光技术，平面光波导技术广泛被商用。平面波导是光器件实现集成化，输入电信号或者光信号与芯片接收或者发射端精密对准，输出端信号或者光信号与芯片接收或者发射端精密对准，这是光器件制造过程中非常重要的一步，称作对光耦合。目前对光耦合过程主要是在显微镜下由人工手动调试或者半自动完成，调试耗时长，且调试的重复性与稳定性受员工技能水平影响，个体差异性较大。此外，光路调试对操作人员在熟练度及设备熟悉程度有较高要求，培训周期长，不利于光器件快速批量生产。因此传统手工或半自动调试方法已不适应更多通道更小尺寸更高精度的光器件耦合对光要求。

2、随着通信技术及其业务的飞速发展，大容量光纤通信系统的研究具有很大的应用价值。迄今已获得的光纤最大传输容量只相当于其潜在容量的0.24。密集波分，粗波分复用技术能很好地挖掘光纤的传输潜能。伴随着数据中心的崛起，基于平面波导硅光芯片，splitter，awg，cwdm4，cwdm8等光器件需求量急剧攀升，对平面波导封装技术提出了新的要求，目前耦合技术被日本美国等厂商垄断，一般设备成本昂贵，而且后续升级维护成本极高，导致无法大规模应用到我国工业制造厂商，促使了我司开发出了一种新型的国产化基于平面波导全自动高精度高效率低成本耦合对光设备的满足市场需求。

3、数通领域最近两年订单激增，而价格也急剧下跌；降成本成为各家100g光模块厂商重中之重；新材料和新方案各有千秋，在cwdm4/lr4封装方案中awg方案脱颖而出，对于传统膜片型cwdm具有较大的冲击；高速光模块中，除了激光器之外就是cwdm产品价值最高，而awg方案具有批量成本低，可复制plc封装技术，未来将会有巨大的成本优势。

4、在intel和ibm两大巨头的推动下，硅光学技术很快就会在数据中心、超级计算机领域普及。不过在消费级产业这项技术很难有用武之地：智能设备和pc本来就没那么多芯片，自然也用不上高大上的芯片间光信号传输。新技术将更多以间接的形式影响我们的生活：未来云计算平台的性能快速增长可以为普通用户提供更快更好的信息服务，背后的功臣之一就是硅光学技术。在半导体工艺达到物理极限，革命性的新计算机尚未出现之前，硅光学技术将负责填补空缺，尽可能延续摩尔定律。

5、平面波导，阵列波导器件是支撑21世纪光纤通信高速发展的核心光电子器件。阵列波导器件的耦合封装是利用全空间6自由度的运动平台，将波导芯片与输入、输出阵列光纤进行光学对准耦合并固接，获得器件完整功能的制造过程。一方面，平面阵列波导器件的耦合封装是亚微米级定位精度、全空间、多通道的光学对准，任一通道的对准精度不足都将导致阵列波导器件信号传输或转换功能丧失，使得整个器件成为废品；另一方面，结合面固接强度与应力分布直接决定了耦合界面的附加微位移和器件的可靠性。阵列波导器件的耦合封装融合了导波光学、集成光学、控制科学、微细加工、材料科学的相关理论和前沿技术，是阵列波导器件制造的关键技术之一，成为制约集成光电子器件高速发展的技术瓶颈。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于纳米级感知接触的全自动平面波导耦合设备，采用高精度步进电机配合高精度感知接触传感器，完全实现了平面光波导全自动高进度耦合对光，提高了平面波导耦合对光的精度，并且完全实现了高精度自动角度调节功能。

2、本发明通过以下技术方案实现的：

3、一种基于纳米级感知接触的全自动平面波导耦合设备，包括芯片放置组件以及左右对称设置的输入组件、输出组件；所述输入组件与所述输出组件分别传动连接有步进电机；其中：所述步进电机电连接有驱动器；耦合软件控制驱动器控制步进电机分别驱动所述输入组件和所述输出组件进行不同方向的位移，实现fa纤芯与芯片波导进行模场匹配，从而实现光波导初步对准，耦合软件自动切换位移步距，再次通过输入组件、输出组件实现精确对准；耦合软件控制驱动器从而控制角度步进电机步距及移动来实现多通道均衡。

4、进一步作为本发明技术方案的改进，所述输入组件包括输入z轴、输入x轴、输入y轴、输入θz轴、输入θx轴、输入θy轴、输入测距传感器、输入移动导轨和输入夹具；所述输入z轴与所述输入x轴连接；所述输入x轴与所述输入θz轴连接；所述输入θz轴与所述输入y轴连接；所述输入y轴与所述输入θx轴连接；所述输入θx轴与所述输入θy轴连接；所述输入测距传感器与所述输入移动导轨分别安装于所述输入θx轴上；所述输入夹具安装于所述输入移动导轨上；fa纤芯固定在所述输入夹具上。

5、进一步作为本发明技术方案的改进，所述输出组件包括输出z轴、输出x轴、输出y轴、输出θz轴、输出θx轴、输出θy轴、输出测距传感器、输出移动导轨和输出夹具；所述输出z轴与所述输出x轴连接；所述输出x轴与所述输出θz轴连接；所述输出θz轴与所述输出y轴连接；所述输出y轴与所述输出θx轴连接；所述输出θx轴与所述输出θy轴连接；所述输出测距传感器与所述输出移动导轨分别安装于所述输出θx轴上；所述输出夹具安装于所述输出移动导轨上；fa纤芯固定在所述输出夹具上。

6、进一步作为本发明技术方案的改进，所述芯片放置组件包括芯片夹具和芯片安装座；所述芯片夹具设置于所述芯片安装座的顶部；芯片放置于所述芯片夹具上。

7、进一步作为本发明技术方案的改进，耦合软件控制步进电机可现实自动调节fa纤芯与芯片之间的角度和距离，通过输入测距传感器与输出测距传感器测距精准控制胶层厚度；通过输入z轴、输入x轴、输入y轴、输出z轴、输出x轴和输出y轴配合耦合软件算法自动快速找到fa纤芯与芯片之间的耦合位置。

8、进一步作为本发明技术方案的改进，通过所述输入θx轴向左边位移，检测出fa纤芯与芯片左边的位置距离a，通过所述输入θx轴向右边位移，检测出fa纤芯与芯片右边的位置距离b，耦合软件通过a与b的位置关系计算出水平位置，步进电机驱动所述输入组件自动运行到与芯片平行的位置。

9、进一步作为本发明技术方案的改进，通过所述输出θx轴向左边位移，检测出fa纤芯与芯片左边的位置距离c，通过所述输出θx轴向右边位移，检测出fa纤芯与芯片右边的位置距离d，耦合软件通过c与d的位置关系计算出水平位置，步进电机驱动所述输出组件自动运行到与芯片平行的位置。

10、进一步作为本发明技术方案的改进，所述输入z轴的行程为30mm；所述输入x轴和所述输入y轴的行程均为20mm；所述输入θz轴、输入θx轴、输入θy轴的轴行程均为±8°。

11、进一步作为本发明技术方案的改进，所述输出z轴的行程为30mm；所述输出x轴和所述输出y轴的行程均为20mm；所述输出θz轴、输出θx轴、输出θy轴的轴行程均为±8°。

12、进一步作为本发明技术方案的改进，所述输入测距传感器与所述输出测距传感器的精度均为±0.1um。

13、本发明的有益效果：

14、本发明采用高精度步进电机配合高精度纳米级感知传感器探测距离，通过耦合软件算法进行自动调整角度精度达到±1um，并将其集成到自动对光平台中，实现了高精度低成本全自动平面波导耦合，并且完全实现了高精度自动角度调节功能，实现了技术革新，本发明提高了平面波导耦合对光的精度，解决困扰行业的自动角度调节工艺。相较于常规设备的视觉方式精度直接提高了2um，在光通信行业，尤其是未来的激光耦合，硅光芯片技术耦合完全取代国外昂贵的设备而发挥关键作用。