一种多通道激光器合波阵列调试方法与流程

1.本发明涉及光纤通信领域，尤其涉及一种多通道激光器合波阵列调试方法。


背景技术：

2.随着光通信技术的飞速发展和波分复用技术的广泛应用，用于光信号传输、处理的器件向高集成、低成本和智能化的方向发展，这对光系统中的核心器件
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激光器提出了更高的要求，既对激光器各个性能参数要求越来越严格，激光器发出不同波长光信号通道越来越多，也要求其成本越来越低廉。因此，在不影响产品性能,即不更换产品物料的情况下，就需要通过降低制作产品的系统设备成本以及提高产品生产效率，提供产量来达到降低成本的要求。并且需要使用更加优越的调试设备和调试方法使产品调试时零部件位置更加精准，使产品插损更小，性能更加优越。
3.为了防止激光器芯片被后端系统反射回来的光击穿，激光器必须加上隔离器，功能是使系统正向通过光信号，反向隔离光信号。在调试多通道激光器时，需要在后端增加一个辅助光源，来调试前端激光器芯片的位置，但是加上隔离器后，后端的光源便会被隔离器阻挡，到前端的光非常微弱，或者只能用中心波长以外的其他波长的光源来调试，这样调试芯片的位置就会有细微的偏移，在100g或400g的超高速率光信号传输系统中，这种偏移就会给系统造成很大的噪声，使系统性能不稳定，信噪比低。并且反向光源到达芯片调试位置的功率微弱也不利于调试效率的提高。
4.如图1，现有多通道激光器由芯片阵列1，透镜2，滤波片3，基板4，反射片5,准直器6组成。其原理是不同通道的芯片1发出不同波长的光波，经过透镜2将发散的光准直成平行光，再通过滤片3透射本通道波长光及反射其他通道波长光的作用，结合反射片5的反射光波作用，将多通道光复用到准直器6的光纤中去。基板4的作用的固定滤片和反射片。
5.由滤片3、基板4和反射片5组成的波分复用模块是整个激光器模块里面光路复杂的一个模块，其位置必须非常精准以达到每个通道的光能经过多次反射路径耦合进入同一个准直器的光纤中。所以调试时，这部分是先调试好，作为一个整体放入激光器模块中与其他零件调试的。
6.如图2，多通道激光器调试好之前，芯片1的位置是由后面模块的反向调试来确定的位置的。将光源从准直器6输入，经过波分复用器解复用后，将每个通道的波长光分解出来，再通过透镜2汇聚，透镜2汇聚光的焦点处，便是芯片1所在的位置。
7.如图3和4所示，为了防止后端系统的光纤或光器件端面反射回来的光功率太大导致激光器性能恶化，激光器中必须要装一个隔离器7，以防止反射光引起有源区的自激。隔离器7的功能是只允许正向光通过，阻止反向光通过，因此，理论上增加了隔离器后，图3的正向光路是可以通过隔离器7的，图4的反向光是不能通过隔离器7的。也就是说，理论上，制作激光器的时候，是无法利用反向光路调试来确定芯片1的位置的。
8.典型的光隔离器的核心部件是由磁光晶体构成的法拉第旋转器，基于线偏振光沿外加磁场方向通过介质时偏转面发生旋转的磁致旋光效应，即法拉第旋转效应。很多晶体
除了具有法拉第效应外，还具有磁致圆偏振二向色性(mcd)，即对于左旋圆偏振光和右旋偏振光来说，材料具有不同的吸收系数。
9.对法拉第效应的经典解释是，线偏振光可以分解为左旋和右旋的2个圆偏振光，(同一时刻开始，存在两束振幅大小相同的左旋和右旋圆偏振，通过矢量合成会发现合成的矢量方向不随时间变化而变化，这正好是线偏振光的特点。正是因为如此，可以把线偏振光看作是两束振幅大小相同的左旋和右旋圆偏振光叠加。)无外磁场时，介质对这2种圆偏振光具有相同的折射率和传播速度，通过一端距离的介质后，对每种圆偏振光产生相同的相移，因此通过介质后叠加的振动面不发生偏转。当有磁场存在时，由于磁场与物质的相互作用，改变了物质的光特性，介质对于左、右旋偏转光表现出不同的折射率和传播速度，两者在介质中通过同样的距离产生不同的位移，叠加后的振动面相对于射入光的振动面发生了旋转。
10.因此，隔离器调试时是按照正向通光时插损调试到最小去定位起偏器、法拉第片和检偏器的位置，假设正向通光的方向看通过的线偏振光是左旋偏振光，那么测隔离度时从反方向看通过的光就可以看成是右旋偏振光，根据上述原理描述：有磁场时，介质对左、右旋偏振光表现出不同的折射率和传播速度，两者在介质中通过同样的距离产生不同的位移，叠加后的振动面相对于入光的振动面发生了旋转。
11.典型的空间型偏振相关光隔离器由2个偏振器和1个法拉第旋转器(fr)组成，偏振器分别置于法拉第旋转器的前后，其透光方向彼此成45
°
角，当入射光经过第1个偏振器p1时，变成线偏振光，
12.经过法拉第旋转器，偏振面被旋转45
°
，与第2个偏振器p2的偏振方向一致，光信号顺利通过。反向传输时，光首先进入p2，变成与p1偏振方向成45
°
夹角的线偏振光，再经过fr时，由于fr的非互易性，被fr继续旋转45
°
，其偏振夹角变成90
°
，与p1的偏振方向正交而不能通过，起到了反向隔离的作用。
13.因为mcd的存在，材料对于左、右旋偏振光有不同的吸收系数，在光通过一定厚度的介质后，左、右旋偏振光不仅具有不同的相位，它们的振幅也不相同，出射后合成的光不再是线偏振光，而是椭圆偏振光，该椭圆偏振光经过p2时不能完全通过；反向传输时，椭圆偏振光不能被p1完全隔离。因此，mcd对隔离器的隔离度有一定的影响。也就是说，正向通光和反向通光由于左旋和右旋的差别导致插损调试到最小时，反向通光的隔离度也不是很高。常规的隔离器隔离度在
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30db左右。并且通过的光波长不同，隔离度也不同。比如型号1550nm的隔离器在1550nm波长这个点的隔离度是
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40db，但在1310nm波长这个点的隔离度就只有
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13db，利用这点，在图4示意的常规反向调试多通道激光器模块定位芯片1时，通常是用中心波长以外的波长来调试。比如激光器的中心波长是1550nm，假如反向调试用1550nm的线偏振光源，那么隔离器对1550nm的隔离度是
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40db，光通过激光器模块定位芯片位置1的光就非常微弱，特别是第一通道芯片1的位置是经过多次反射路线才到达。这便使调试工作非常困难，芯片定位精度也不够准确。如果用1310的线偏振光源，虽然此隔离器对1310nm光源的隔离度约为
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13db，相对来说通过的光功率会大些，在一定程度上可以定位到芯片1的位置，但由于不同的波长在光纤和器件中的折射率和速度不同，行走的路径也会有细小的差别，所以用中心波长1550nm之外的波长1310nm光源来调试定位芯片1也不是非常准确。
14.如图5所示，现有常规的调试方案还有一种是在隔离器外面增加反向磁场来削弱隔离器器件内的磁场，来降低隔离器的隔离度，让中心波长能反向通过隔离器，以达到反向调试多通道激光器定位芯片1的目的，这种方案能消除因为不同波长调试带来的位移差异，但是必须增加外部磁场设备，增加成本，以及需要很精准的控制外部磁场的强度，强度太强，会导致隔离器失磁而性能损坏，太弱又不能很好的降低隔离器的隔离度让中心波长光通过。


技术实现要素：

15.本发明所要解决的技术问题是提供一种能够使多通道激光器调试芯片位置时，反向调试光信号经过隔离器时，只有部分偏振的光被隔离器阻挡，其余偏振的光能大部分通过隔离器，在不增加反向磁场情况下，使调试激光器芯片位置的光功率在
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20db以上，使调试方法更加简便、精准，效率更高的多通道激光器合波阵列调试方法。
16.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多通道激光器合波阵列调试方法，通过双发射全偏振态激光组件实现调试；所述双发射全偏振态激光组件包括本体；所述本体的上方设置有上安装孔；
17.所述本体的一侧设置有第一安装孔，另一侧设置有第二安装孔；所述本体具有矩形内腔；所述矩形内腔的对角线上设置有分光片；所述分光片为50％:50％的分光片；
18.所述上安装孔内安装有第一激光器，所述第一安装孔内安装有第二激光器；所述第二安装孔内安装有准直器；
19.所述第二激光器的发射方向与准直器共线；所述第二激光器的发射方向与第一激光器的发射方向垂直；所述分光片与第二激光器的发射方向具有45
°
的夹角，且与第一激光器的发射方向具有45
°
的夹角；
20.还包括以下步骤：
21.s1、将滤片(3)、基板(4)和反射片(5)通过光路调试原理调试成波分复用模块，然后固定在激光器的底板上；波分复用模块的作用是可以将多个通道多个波长的光合成在一个通道里面传输，也可以将一个通道的多个波长的光，分解出来。
22.进一步的，滤片3的作用是：只能透射本通道的光波，反射其他通道的光波。反射片5的作用是：反射全部通道的光波。基板4的作用是：将滤片3和反射片5固定在指定位置。
23.s2、将隔离器(7)、测试准直器(6)、透镜(2)放在对应位置上，将测试准直器(6)的尾纤与双发射全偏振态激光组件的光纤连接，通过光路耦合，定位芯片(1)的位置；
24.调试定位第一通道的芯片位置光路原理为：双发射全偏振态激光组件发出波长为λ1的光，经过准直器6准直成平行光，再经过隔离器7的衰减后，有
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20db功率以上的光到达波分复用模块，再经过第一通道的滤片3的透射，到达第一通道的透镜2，第一通道的透镜2将平行的光，会聚到第一通道的透镜2的焦点上，第一通道的透镜2的焦点即第一通道的芯片1的精准位置。
25.调试定位第二通道的芯片位置光路原理为：双发射全偏振态激光组件发出波长为λ2的光，经过准直器6准直成平行光，再经过隔离器7的衰减后，有
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20db功率以上的光到达波分复用模块，再经过第一通道的滤片3反射到反射片5，再经过反射片5反射到第二通道的滤片3，
26.再经过第二通道滤片3的透射，到达第二通道的透镜2，第二通道的透镜2将平行的光，会聚到第二通道的透镜2的焦点上，第二通道的透镜2的焦点即第二通道的芯片1的精准位置。
27.其他通道的光路原理以此类推。
28.光路调试定位好芯片1的位置后，将隔离器(7)、测试准直器(6)、透镜(2)、芯片(1)固定；
29.s3、将装置固定好后，通过正向光路测试多通道激光器合波阵列产品：即让每个通道的芯片1发出对应通道的光波，再经过每个通道的透镜2准直成平行光，再经过波分复用模块复用到准直器的光纤上传播，将准直器的光纤接入功率计测试接收的光波长信息和功率。
30.进一步的，所述矩形内腔内上安装孔与第一安装孔之间的顶角设置有第一固定块；所述矩形内腔内第二安装孔与内腔底部之间的顶角设置有第二固定块；
31.所述第一固定块与第二固定块位于内腔的对角线上；所述第一固定块与第二固定块之间设置有分光片。
32.进一步的，所述第一固定块以及第二固定块上均设置有与分光片匹配的卡槽；所述分光片的两端分别安装在第一固定块以及第二固定块的卡槽内。
33.进一步的，所述准直器一端设置有连接头；所述连接头采用fc/pc，fc/apc，lc/pc或者lc/apc光纤连接头。
34.本发明的有益效果是：本发明所述的多通道激光器合波阵列调试方法，此方法提供一种双发射全偏振态激光组件，通过两个ld芯片发出来的线偏振光，组成频率相同、振幅大小相同、偏振态正交的两束偏振光叠加。由于这两束偏振光没有固定的相位关系，所以叠加效果就等效于单波长全偏振光。在光纤的传播中，这两束线偏振光始终保持偏振方向正交，在任何时刻，在光纤端输出的光都是全偏振光。在激光器反向调试过程中，该双发射全偏振态激光组件的光通过隔离器的隔离后仍有大于
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20db功率的光通过，能在不需要增加外部磁场的情况下，用中心波长光源去反向调试多通道激光器定位芯片位置。使芯片位置定位更加快速、精准。调试方法简单，设备成本低，能提高产品性能，提高产量。
附图说明
35.图1为现有技术中正常使用下多通道激光器光信号传输示意图；
36.图2为现有技术中多通道激光器调试光路示意图；
37.图3为现有技术中多通道激光器加隔离器通光示意图；
38.图4为现有技术中多通道激光器反向调试示意图；
39.图5为现有技术中在隔离器外面增加反向磁场来削弱隔离器器件的磁场调试示意图；
40.图6为0度偏振光经普通光纤后偏振改变示意图；
41.图7为理想的隔离器光偏振传输示意图；
42.图8为本发明实施例中两束正交偏振光的偏振态在普通光纤传输示意图；
43.图9为本发明实施例中调试方法的原理图；
44.图10为本发明实施例中双发射全偏振态激光组件的结构示意图；
45.图11为本发明实施例中本体的结构示意图；
46.图12为本发明实施例中偏振光传播原理图；
47.图中标示：1
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芯片，2
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透镜，3
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滤片，4
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基板，5
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反射片，6
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测试准直器，7
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隔离器，10
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本体，20
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第一激光器，30
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第二激光器，40
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分光片，50
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准直器，70
‑
功率计，80
‑
偏振控制器。
具体实施方式
48.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
49.如图1至图12所示，一种多通道激光器合波阵列调试方法，通过双发射全偏振态激光组件实现调试；所述双发射全偏振态激光组件包括本体10；所述本体10的上方设置有上安装孔11；
50.所述本体10的一侧设置有第一安装孔12，另一侧设置有第二安装孔13；所述本体10具有矩形内腔；所述矩形内腔的对角线上设置有分光片40；所述分光片为50％:50％的分光片；
51.所述上安装孔11内安装有第一激光器20，所述第一安装孔12内安装有第二激光器30；所述第二安装孔13内安装有准直器50；
52.所述第二激光器30的发射方向与准直器50共线；所述第二激光器30的发射方向与第一激光器20的发射方向垂直；所述分光片40与第二激光器30的发射方向具有45
°
的夹角，且与第一激光器20的发射方向具有45
°
的夹角；
53.还包括以下步骤：
54.s1、将滤片3、基板4和反射片5通过光路调试原理调试成波分复用模块，然后固定在激光器的底板上；波分复用模块的作用是可以将多个通道多个波长的光合成在一个通道里面传输，也可以将一个通道的多个波长的光，分解出来。
55.进一步的，滤片3的作用是：只能透射本通道的光波，反射其他通道的光波。反射片5的作用是：反射全部通道的光波。基板4的作用是：将滤片3和反射片5固定在指定位置。
56.s2、将隔离器7、测试准直器6、透镜2放在对应位置上，将测试准直器6的尾纤与双发射全偏振态激光组件的光纤连接，通过光路耦合，定位芯片1的位置；
57.调试定位第一通道的芯片位置光路原理为：双发射全偏振态激光组件发出波长为λ1的光，经过准直器6准直成平行光，再经过隔离器7的衰减后，有
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20db功率以上的光到达波分复用模块，再经过第一通道的滤片3的透射，到达第一通道的透镜2，第一通道的透镜2将平行的光，会聚到第一通道的透镜2的焦点上，第一通道的透镜2的焦点即第一通道的芯片1的精准位置。
58.调试定位第二通道的芯片位置光路原理为：双发射全偏振态激光组件发出波长为λ2的光，经过准直器6准直成平行光，再经过隔离器7的衰减后，有
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20db功率以上的光到达波分复用模块，再经过第一通道的滤片3反射到反射片5，再经过反射片5反射到第二通道的滤片3，
59.再经过第二通道滤片3的透射，到达第二通道的透镜2，第二通道的透镜2将平行的光，会聚到第二通道的透镜2的焦点上，第二通道的透镜2的焦点即第二通道的芯片1的精准位置。
60.其他通道的光路原理以此类推。
61.光路调试定位好芯片1的位置后，将隔离器(7)、测试准直器(6)、透镜(2)、芯片(1固定；
62.s3、将装置固定好后，通过正向光路测试多通道激光器合波阵列产品：即让每个通道的芯片1发出对应通道的光波，再经过每个通道的透镜2准直成平行光，再经过波分复用模块复用到准直器的光纤上传播，将准直器的光纤接入功率计测试接收的光波长信息和功率。
63.在应用过程中，首先制备双发射全偏振态激光组件，具体的包括以下步骤：
64.1、在将分光片40安装到本体10里面有刻槽的对角线上，并且将其固定；
65.2、将准直器50的光纤头安装在本体1的一端，将准直器50的光纤一端连接功率计70；
66.将第一激光器20装入本体10中，按照第一激光器20上面的偏振方向标记按照偏振方向平行于纸面放置；给第一激光器20上电使其发光，同时调整激光器20和准直器50的位置，使功率计70插损符合规格要求并至最小后，通过激光焊技术固定准直器50的光纤头在本体10上，并固定第一激光器20在本体10上；
67.3、在步骤二的基础上将第二激光器30装入本体中，按照激光器上面的偏振方向标记按照偏振方向垂直于纸面放置；调试第二激光器30的位置，直到功率计70上插损最小，同时转动偏振控制器的偏振控制开关，使光通过几乎所有偏振方向时，功率计插损不变，然后通过激光焊技术将第二激光器30固定在本体上。
68.双发射全偏振态激光组件的工作原理：由第一激光器20发出波长为λ的线偏振光的偏振方向平行于纸面，传播到分光片40后，被分光片40反射后经准直器50耦合到光纤中。由第二激光器30发出波长为λ的线偏振光的偏振方向垂直于纸面，传播到分光片40后，被分光片40透射后经准直器50耦合到光纤中。由于偏振光经过分光片后偏振方向不会反生改变，所以原本两束偏振方向正交的偏振光耦合到准直器50的光纤中传输时，偏振方向依然是正交的。通过激光器控制偏振光的振幅和频率，使得两束偏振光在准直器50的光纤中传输时，传输方向一致，振幅大小相同，频率相同，但是相位不相关，偏振方向相互垂直，即等效于单波长全偏振光。在连接后端偏振相关的产品时，能自动消除偏振光的影响，省掉偏振控制器的使用，降低成本。
69.参考图6和图7，现有线偏振光源的光经过光纤传输后偏振面可能变成任何不可控制角度偏移，再经过隔离器时，功率下降约3db,下降后隔离度到
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40db左右了，几乎是没有光可以传到模块前段调试定位芯片1了。
70.如图8，本发明提供的光源是一种双发射全偏振态激光组件，通过两个ld芯片发出来的线偏振光，叠加成频率相同、振幅大小相同、偏振态正交的两束偏振光。由于这两束偏振光没有固定的相位关系，所以就等效于单波长全偏振光。那么，经过隔离器时，隔离器只能隔离偏振面跟p2垂直的光，跟p2平行的光是完全可以传输的，跟p2既不垂直又不平行的光按照角度比例通过。这样光源经过隔离器的时候，还有至少大于
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20db功率的光通过,足够调试定位芯片1。
71.因此，本发明所述的一种多通道激光器合波阵列调试方法既不需要增加外部磁场来削弱隔离器的磁场，也不需要使用中心波长以外的波长来调试。使调试后的多通道激光
器芯片定位更加精准，调试方法简便。
72.为了便于分光片的安装，进一步的，所述矩形内腔内上安装孔11与第一安装孔12之间的顶角设置有第一固定块14；所述矩形内腔内第二安装孔13与内腔底部之间的顶角设置有第二固定块15；
73.所述第一固定块14与第二固定块15位于内腔的对角线上；所述第一固定块14与第二固定块15之间设置有分光片40。所述第一固定块14以及第二固定块15上均设置有与分光片40匹配的卡槽；所述分光片40的两端分别安装在第一固定块14以及第二固定块15的卡槽内。
74.为了便于准直器的连接，优选的，所述准直器50一端设置有连接头；所述连接头采用fc/pc，fc/apc，lc/pc或者lc/apc光纤连接头。
75.实施例
76.本发明所述的双发射全偏振态激光组件，包括本体10；所述本体10的上方设置有上安装孔11；
77.所述本体10的一侧设置有第一安装孔12，另一侧设置有第二安装孔13；所述本体10具有矩形内腔；所述矩形内腔的对角线上设置有分光片40；所述分光片为50％:50％的分光片；
78.所述上安装孔11内安装有第一激光器20，所述第一安装孔12内安装有第二激光器30；所述第二安装孔13内安装有准直器50；
79.所述第二激光器30的发射方向与准直器50共线；所述第二激光器30的发射方向与第一激光器20的发射方向垂直；所述分光片40与第二激光器30的发射方向具有45
°
的夹角，且与第一激光器20的发射方向具有45
°
的夹角。
80.所述矩形内腔内上安装孔11与第一安装孔12之间的顶角设置有第一固定块14；所述矩形内腔内第二安装孔13与内腔底部之间的顶角设置有第二固定块15；
81.所述第一固定块14与第二固定块15位于内腔的对角线上；所述第一固定块14与第二固定块15之间设置有分光片40。所述第一固定块14以及第二固定块15上均设置有与分光片40匹配的卡槽；所述分光片40的两端分别安装在第一固定块14以及第二固定块15的卡槽内。所述准直器50一端设置有连接头；所述连接头采用fc/pc，fc/apc，lc/pc或者lc/apc光纤连接头。
82.在制作的过程中包括以下步骤：
83.步骤一：在显微镜下将分光片40安装到本体10里面有刻槽的对角线上，用胶水粘接，经过高温烘烤固定。
84.步骤二：将准直器50放入本体10中，将准直器50的光纤一端连接功率计。将第一激光器20装入本体中，按照激光器上面的偏振方向标记按照偏振方向平行于纸面放置。给第一激光器20上电使其发光，同时调整第一激光器20和准直器的位置，使功率计插损符合规格要求并至最小后，通过激光焊技术固定准直器50在本体10上，并固定第一激光器20在本体10上。
85.步骤三：在步骤二的基础上将第二激光器30装入本体中，按照激光器上面的偏振方向标记按照偏振方向垂直于纸面放置。调试第二激光器30的位置，直到功率计上插损最小，同时转动偏振控制器的偏振控制开关，使光通过几乎所有偏振方向时，功率计插损不
变，然后通过激光焊技术将第二激光器30固定在本体上。
86.步骤四：将准直器50的光纤一端做成光纤连接头，可以加工成fc/pc,fc/apc,lc/pc,lc/apc等光纤连接头。再通过老化，测试，便完成了产品的制作。
87.在采用该双发射全偏振态激光组件进行调试时，包括以下步骤：
88.还包括以下步骤：
89.s1、将滤片3、基板4和反射片5通过光路调试原理调试成波分复用模块，然后固定在激光器的底板上；波分复用模块的作用是可以将多个通道多个波长的光合成在一个通道里面传输，也可以将一个通道的多个波长的光，分解出来。
90.进一步的，滤片3的作用是：只能透射本通道的光波，反射其他通道的光波。反射片5的作用是：反射全部通道的光波。基板4的作用是：将滤片3和反射片5固定在指定位置。
91.s2、将隔离器7、测试准直器6、透镜2放在对应位置上，将测试准直器6的尾纤与双发射全偏振态激光组件的光纤连接，通过光路耦合，定位芯片1的位置；
92.调试定位第一通道的芯片位置光路原理为：双发射全偏振态激光组件发出波长为λ1的光，经过准直器6准直成平行光，再经过隔离器7的衰减后，有
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20db功率以上的光到达波分复用模块，再经过第一通道的滤片3的透射，到达第一通道的透镜2，第一通道的透镜2将平行的光，会聚到第一通道的透镜2的焦点上，第一通道的透镜2的焦点即第一通道的芯片1的精准位置。
93.调试定位第二通道的芯片位置光路原理为：双发射全偏振态激光组件发出波长为λ2的光，经过准直器6准直成平行光，再经过隔离器7的衰减后，有
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20db功率以上的光到达波分复用模块，再经过第一通道的滤片3反射到反射片5，再经过反射片5反射到第二通道的滤片3，
94.再经过第二通道滤片3的透射，到达第二通道的透镜2，第二通道的透镜2将平行的光，会聚到第二通道的透镜2的焦点上，第二通道的透镜2的焦点即第二通道的芯片1的精准位置。
95.其他通道的光路原理以此类推。
96.光路调试定位好芯片1的位置后，将隔离器7、测试准直器6、透镜2、芯片1)固定；
97.s3、将装置固定好后，通过正向光路测试多通道激光器合波阵列产品：即让每个通道的芯片1发出对应通道的光波，再经过每个通道的透镜2准直成平行光，再经过波分复用模块复用到准直器的光纤上传播，将准直器的光纤接入功率计测试接收的光波长信息和功率。