[发明专利]一种蝶形半导体激光器自动耦合封装方法

摘要

本发明公开了一种蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，涉及电子器件自动耦合封装领域。该自动耦合封装方法，包括配件上机、耦合对准、焊接等步骤，实施该方法的自动耦合封装设备，包括立柱、横梁、以及设置在底座上的光纤夹具、透镜夹具机构、下夹具装置、物料盘机构、以及激光功率计等部件，所述光纤夹具、透镜夹具机构、以及光纤自动调角焊接装置均能够进行位置调整以实现蝶形半导体激光器的准确耦合封装。本发明的自动耦合封装方法自动化程度高，封装效率高；其使用的耦合封装设备，结构设计合理，可自动完成后续从耦合对准到封装的全部工序，与传统手动的生产线相比，具有操作简单方便、生产成本低、产品质量稳定等优点。

主权项

1.一种蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，该自动耦合封装方法采用蝶形半导体激光器自动耦合封装设备，其特征在于：所述蝶形半导体激光器自动耦合封装设备包括立柱、横梁、以及设置在底座上的光纤夹具、透镜夹具机构、下夹具装置、物料盘机构、以及激光功率计，在所述横梁上设置有光纤自动调角焊接装置，所述光纤夹具、透镜夹具机构相对设置，在所述光纤夹具与透镜夹具机构之间设置所述下夹具装置，在所述下夹具装置一侧设置所述物料盘机构以方便所述透镜夹具机构获取所述物料盘机构上的透镜；所述光纤夹具、透镜夹具机构、以及光纤自动调角焊接装置均能够进行位置调整以实现蝶形半导体激光器的准确耦合封装；所述激光功率计设置于所述光纤夹具一侧；所述激光功率计安装在具有Z轴导轨气缸和底部导轨气缸的支架上，所述激光功率计上的探头朝着所述下夹具装置方向，所述激光功率计能够通过Z轴导轨气缸和底部导轨气缸进行位置调整；所述光纤夹具包括光纤夹具位置调整装置和夹具模块，所述夹具模块通过L型转接板安装在光纤夹具位置调整装置上，所述夹具模块包括夹具安装支架、夹具定位座、角度调整机构、光纤尾端夹具以及悬挂设置在光纤尾端夹具前方的光纤金属套管端夹具，所述夹具安装支架固定在L型转接板上并开设有通孔，所述光纤尾端夹具穿过所述通孔而固定在夹具安装支架上；在所述夹具定位座、夹具安装支架以及角度调整机构上均开设有呈狭缝状且与所述光纤尾端夹具的纵向延伸方向基本平行的光纤放置口，以使光纤能够方便地放入所述光纤尾端夹具中；所述光纤尾端夹具包括上盖和基座，所述上盖铰接在所述基座上，所述基座上开设有强磁放置槽，所述基座中部还设置有光纤定位槽，在所述上盖上与所述光纤定位槽相对应地设置有海绵安装槽；所述夹具安装支架的通孔的内表面还设置有定位凸块，所述角度调整机构为圆周方向均匀间隔开设有多个与所述定位凸块相匹配的凹槽的圆形齿状环，所述圆形齿状环与所述光纤尾端夹具固定连接或一体成型，通过旋转角度调整机构并使其上的凹槽与所述定位凸块卡合，即可实现所述光纤尾端夹具的角度调整；所述光纤夹具位置调整装置包括底部滑轨，设置在所述底部滑轨上的底部滑块，从下往上依次设置在底部滑块上的X轴运动平台、Y轴运动平台和Z轴运动平台，以及自动旋转平台；所述自动旋转平台的一端与L型转接板固定连接，所述自动旋转平台的另一端与Z轴运动平台固定连接；所述自动旋转平台能够带动整个夹具模块旋转，用于微调光纤的轴向角度；所述光纤金属套管端夹具整体呈T字形，所述光纤金属套管端夹具内部为中空结构，在其一端开设有金属套管定位槽，并在金属套管定位槽内设置有用于吸附光纤金属套管的吸附孔，在光纤金属套管端夹具另一端开设有与吸气管连接的气管接头，所述气管接头与吸附孔连通，通过吸气管吸气，在吸附孔的位置形成负压，从而吸附光纤金属套管；所述透镜夹具机构包括透镜夹具位置调整装置和透镜夹具，所述透镜夹具通过夹具转接板固定在所述透镜夹具位置调整装置上；所述透镜夹具整体呈T字形，所述透镜夹具的一端设有透镜吸附孔，在所述透镜夹具的另一端设置有吸气管连接孔，所述吸气管连接孔与透镜吸附孔从透镜夹具的内部相连通；通过连接在吸气管连接孔上的吸气管，使透镜吸附孔处形成负压，从而将透镜吸附在夹具上；所述夹具转接板有两个，分别为第一夹具转接板和第二夹具转接板，所述第一夹具转接板的一端与所述透镜夹具位置调整装置固定连接，所述第一夹具转接板的另一端与第二夹具转接板的一端连接，所述第二夹具转接板的另一端与所述透镜夹具相连接；所述第二夹具转接板与所述透镜夹具相连接的面具有一定的预设角度，呈斜面；所述透镜夹具位置调整装置包括透镜夹具机构的滑轨，透镜夹具机构的滑块，滑块驱动电机，从下至上依次设置在透镜夹具机构的滑块上的X轴方向运动平台、Y轴方向运动平台、Z轴转接板和Z轴方向运动平台，设置在Z轴方向运动平台一侧的绕Z轴角位台和绕Y轴角位台，设置在所述绕Y轴角位台一侧的纵向运动气缸，所述纵向运动气缸与所述第一夹具转接板固定连接，用于驱动透镜夹具纵向运动；所述物料盘机构包括物料盘机构的滑轨、物料盘机构的滑块、滑块驱动电动机、Z轴向运动平台、水平旋转平台、料盘安装座和料盘，所述Z轴向运动平台安装在物料盘机构的滑块上，所述水平旋转平台安装在Z轴向运动平台上，在水平旋转平台的上方安装有料盘安装座，所述料盘安装座的一侧开设有安装座限位槽，料盘过盈配合安装在安装座限位槽内；所述水平旋转平台的一侧设置有能控制水平旋转平台的旋转角度的旋钮，所述滑块驱动电动机能够驱动物料盘机构的滑块在物料盘机构的滑轨上移动；所述下夹具装置包括支架、以及设置在支架上方的蝶形半导体激光器、激光器放置槽、第一上电板夹具、第二上电板夹具、上电板、下夹具夹紧气缸、下夹具夹头、上电板夹具滑轨、第一上电板夹具微型气缸、固定限位块以及弹簧，所述上电板夹具滑轨有四个呈两组布置，每组中的两个上电板夹具滑轨相互平行，每个上电板夹具滑轨上均设置有一个上电板夹具滑块，所述第一上电板夹具和第二上电板夹具分别连接两组上电板夹具滑轨上的上电板夹具滑块，在所述第一上电板夹具和第二上电板夹具各自的中间部位分别安装上电板，所述激光器放置槽设置在所述第一上电板夹具和第二上电板夹具之间；第一上电板夹具微型气缸设置在第一上电板夹具远离激光放置槽的一侧，所述固定限位块设置在第一上电板夹具靠近激光放置槽的一侧，所述第一上电板夹具微型气缸的活塞杆套设弹簧后再穿过第一上电板夹具上的通孔并顶在固定限位块上；所述下夹具夹紧气缸与下夹具夹头连接，所述下夹具夹紧气缸能带动下夹具夹头水平移动以夹住蝶形半导体激光器；所述光纤自动调角焊接装置包括与横梁固定连接的三维移动装置以及与所述三维移动装置固定连接的安装座，所述安装座上对称安装有两个自动转台，两个所述自动转台上分别安装有直线运动平台，两个所述直线运动平台上分别通过焊枪转接板安装有焊枪，两个所述焊枪相互对称设置并形成一定的夹角；两个所述焊枪的后端均设置有焊枪相机；所述直线运动平台的直线运动方向与其上安装的焊枪所射出激光的方向相同；在所述自动转台的一侧设置有自动转台的驱动电机；在对称设置的两个所述焊枪之间设置有视觉相机；所述蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，具体包括如下步骤：S1、在物料盘机构上的料盘内装上透镜，将激光器管壳放置在下夹具装置上并夹紧，通过上电板对蝶形半导体激光器上电；S2、将光纤放置在光纤夹具的光纤尾端夹具上；同时，激光器功率计移动到指定位置，激光功率计上的探头与蝶形半导体激光器的光纤入口同轴，对蝶形半导体激光器通过透镜射出的光进行光功率检测；S3、透镜夹具移动至物料盘机构的位置吸取透镜，并做相应的位置调整；吸取之后的透镜夹具回到耦合的初始位置，所述耦合的初始位置是通过电脑设定的放置位置、或为保存的前一个部件光耦合的放置位置；此时透镜在放置位置上，但并没有脱离透镜夹具，通过激光功率计的探头进行检测，同时对透镜进行6个自由度的调节，待探头检测到的光功率最大时调节完成，结束调节，电脑记录下透镜的坐标位置以备后用；透镜夹具带着透镜退出激光器管壳，激光功率计回到激光功率计的初始位置；S4、通过电脑对光纤尾端夹具的位置自动调节，使光纤尾端夹具和光纤金属套管端夹具中光纤的圆心与蝶形半导体激光器的光纤入口同轴，并且使光纤金属套管端夹具位于激光器管壳内部，将光纤定位槽上方的上盖打开，将光纤从光纤入口推入蝶形半导体激光器，并使光纤金属套管移动到光纤金属套管端夹具的吸附位置，关闭上盖；通过光纤自动调角焊接装置中的视觉相机观测光纤的端面投影是否为直线，若不是直线，则利用角度调整机构进行粗调；光纤金属套管端夹具开始吸附金属套管；再通过电脑控制对光纤夹具的位置自动调节，当蝶形半导体激光器的射光在光纤内的光功率达到最大值时结束调节；S5、透镜夹具带动透镜回到步骤S3中电脑记录下的透镜的坐标位置，电脑控制光纤夹具和透镜夹具机构同时调节，使蝶形半导体激光器的射光穿过透镜，进入光纤的光功率为最大值，此时光纤自动调角焊接装置对光纤金属套管和透镜进行分别焊接，焊接的位置通过光纤自动调角焊接装置的焊枪相机实时监测；焊接完成之后，光纤夹具和透镜夹具松开，光纤尾端夹具的上盖打开，将光纤取出之后，光纤夹具和透镜夹具退回到各自的初始位置；S6、下夹具装置上的蝶形半导体激光器封装完成，取下蝶形半导体激光器，更换新的激光器管壳，准备下一次封装。