[发明专利]集成光子芯片与阵列光纤自动对准装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种可适用于集成光子芯片与阵列光纤自动对准的机械装置，具体地说是适用于集成光子器件如光分路器、光纤准直器、阵列波导光栅等的六维高精度对准和封装的机械装置。

背景技术

集成光子器件具有结构紧凑、体积小、抗干扰能力强、性能一致性好、稳定可靠、便于自动化批量生产等突出优势，近年来广泛应用于光通信干线网以及接入网的光纤到户技术中。集成光子器件的封装是利用亚微米精度运动平台将集成光子芯片与阵列光纤进行对准耦合并固定，实现器件的高性能。目前国际上评价封装质量的先进技术指标是光损耗低于0.15dB，这就要求集成光子芯片与阵列光纤间的模场分布尽可能匹配，另一方面要求集成光子芯片光通道与光纤的光轴对准精度控制在0.1μm以下。因此耦合与封装成为制约阵列波导器件发展的一个瓶颈，而且封装成本占器件总成本的70％～90％，封装时间占总生产时间的50％以上，所以一个稳定且快速的封装方式将会使产品更具优势。

本质上，封装的重点在于使发射光耦合到光纤或光从光纤进入接收波导的光功率损耗更小。因此，在光学元件的封装及对准方面，主要是克服光信号的传输损耗如光纤的插入损耗及反射损耗等，和对准时由于径向偏移、角度偏移、波导端面分离、波导芯径不同及凸面的端面造成的损耗。对于插入损耗和反射损耗可以通过相应的光纤信号检测装置进行检测和补偿，对于波导芯径和端面凸面也可以用相应的波导制造技术和精密切割仪器来克服，而剩下的径向偏移、角度偏移和波导端面分离则必须通过六维高精度的对准机械装置的轴向平移和绕轴旋转来完成对准。可以说六维高精度的对准机械装置对整个光学器件封装的性能的提高至关重要。

据上所述，对于一个六维高精度多通用的对准机械装置，其基本要求有以下三个方面：①要有精密、方便、多通用的夹具来夹持不同型号的集成光子芯片。②要有多轴高精度的对准。③隔震。对于①和③而言，基本上高精度且方便通用的夹具和有效的隔震技术已经成熟；对于②来说又可以分为以下几个要求：1)高精度的位置传感。2)较好的传动和制动性能。3)轴向位移和角度位移。4)易于控制和精确的定位功能。5)整体机械装置的组合要求和扩展性能。高精度对准实际是通过机械装置的六轴运动来完成的，即在轴向位移上X、Y、Z轴向的位移运动，在角度位移上Tx、Ty、Tz绕轴的旋转运动。但是六维运动平台中不同自由度运动间的非严格正交特性，使得光通道对准过程中的逐维位置调整相互耦合干扰，增大了实现多光路同时高精度对准与耦合的困难，这就需要整体机械装置的优化布局与组合。除此之外，对准机械装置还要预留相应的扩展外设设备的空间，比如增加IR-CCD、机器视觉、点胶装置等，以方便进行集成光子芯片模场检测、精确对准和封装。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种对准高精度高、使用方便、多通用且扩展外设设备空间大的集成光子芯片与阵列光纤自动对准装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的集成光子芯片与阵列光纤自动对准装置，在底板上设有中间平台，在所述的底板上设有以所述的中间平台左右对称分布的两台六维高精度运动平台，在所述的中间平台上方布置有高精密通用的集成光子芯片夹具和真空吸附口，每台六维高精度运动平台的结构是在所述的底板上设有X轴轴向运动平台，所述的X轴轴向运动平台的动平台与Z轴轴向运动平台的固定台连接，在所述的Z轴轴向运动平台的动平台上设有连接体，所述的连接体与Y轴轴向运动平台的固定台连接，所述的Y轴轴向运动平台的驱动电机尾部向下，所述的Y轴轴向运动平台的动平台与绕Y轴旋转Ty运动平台的固定台连接，在所述的绕Y轴旋转Ty运动平台的动平台上设有转接板，所述的转接板与绕X轴旋转Tx运动平台的固定台连接，所述的绕X轴旋转Tx运动平台的动平台与绕Z轴旋转Tz运动平台的固定台连接，在所述的绕Z轴旋转Tz运动平台的动平台上设有连接板和夹具，在所述的夹具上设有与所述的集成光子芯片夹具对应的高精密通用的波导夹具。

对于六维高精度运动平台，从下至上布局依次是X轴轴向运动平台、Z轴轴向运动平台、Y轴轴向运动平台、绕Y轴旋转Ty运动平台、绕X轴旋转Tx运动平台、绕Z轴旋转Tz运动平台，其中Y轴轴向运动平台的驱动电机尾部向下，通过连接体与Z轴轴向运动平台连接；绕Y轴旋转Ty运动平台与绕X轴旋转Tx运动平台则通过转接板连接，这种布局可方便整个平台扩展IR-CCD，机器视觉，点胶装置等外设设备。

六维高精度运动平台考虑到抗倾覆力矩安全系数K，为保证整体平台的稳定和在精度上的要求，六维高精度运动平台有重心设在X轴轴向运动平台和Z轴轴向运动平台的交点上。