一種多波導與光纖尾纖陣列對準耦合的裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種多波導與光纖尾纖陣列對準耦合的裝置及方法，屬于光學芯片與 尾纖耦合技術領域。
【背景技術】
[0002] 隨著光通訊、光傳感的發展，集成光學器件功能越來越強大，波導端口數量也越來 越多，尤其是AWG、光開關等陣列波導器件需要大量的尾纖與波導耦合，因此如何實現陣列 波導與陣列光纖的精確耦合成為光器件制作必須考慮的關鍵技術。不同的光纖保護層材 料、結構對應著不同的耦合技術，常用的是在光纖端頭加裝帶槽的支座，即LN塊技術（光纖 槽支座），該技術先在支座上劃出符合光纖尺寸的凹槽，用膠將光纖定位、粘在其中，磨斜、 拋光，與波導精確耦合后用紫外膠粘合。該技術擴大了粘接面積，增強了粘接強度，有效解 決了端面粘接的熱應力問題。然而目前常常利用此技術實現單個波導分支與光纖的連接 與耦合，對于多分支則需要多個支座的耦合，無疑是一項繁瑣的工作，且不利于器件的集成 化、小型化。如對于現行的雙尾纖，需要兩個支座、兩次對準耦合，將兩分支耦合進兩根光纖 分別測量其輸出功率，效率低，成本高。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種利于器件小型化和高效化的多 波導與光纖尾纖陣列對準耦合的裝置及方法。
[0004] 本發明的多波導與光纖尾纖陣列對準耦合的裝置，包括雙軸轉動裝置、波導芯片、 多光纖槽支座和五維耦合調節臺；
[0005] 雙軸轉動裝置包括靜塊、動塊、圓弧狀動塊和平臺；靜塊具有弟一圓弧凹面，動塊 由具有第二圓弧凹面的靜端、連接段和圓弧塊狀的動端依次固連而成，且第二圓弧凹面與 動端的內弧面相向，第一圓弧凹面與第二圓弧凹面的曲率半徑相同，且第一圓弧凹面的圓 心軸a與第二圓弧凹面的圓心軸b平行，動端的外弧面與靜塊的第一圓弧凹面相貼合，且動 端可在第一圓弧凹面上繞圓心軸a轉動，圓弧狀動塊的外弧面與動塊靜端的第二圓弧凹面 相貼合，且圓弧狀動塊可在第二圓弧凹面上繞圓心軸b轉動，平臺的一端與圓弧狀動塊的 內弧面固定，平臺與上述兩條圓心軸a、b所確定的平面平行；且平臺上標記有a、b中線c在 平臺上的正投影直線c' ；
[0006] 波導芯片置于平臺上，多光纖槽支座置于五維耦合調節臺上，其表面具有若干與 波導芯片的波導分支平行的光纖槽，光纖槽內置有光纖，相鄰光纖槽的間距與相鄰波導分 支的間距相等，位于多光纖槽支座兩邊緣的第一光纖和第二光纖分別與第一功率計和第二 功率計連接，五維耦合調節臺用于調節多光纖槽支座的坐標。
[0007] 上述技術方案中，所述的平臺上固定有第三千分尺測微頭，第三千分尺測微頭連 接推桿，推桿設于平臺上并垂直于直線c'，用于調節波導芯片在平臺上的坐標。
[0008] 采用上述的裝置將多波導與光纖尾纖陣列對準耦合的方法，其特征在于，包括以 下步驟：
[0009] 1)調整波導芯片在平臺上的坐標，使波導芯片上位于邊緣的兩條波導分支的中線 d與平臺上標記的c'對準；
[0010] 2)利用五維耦合調節臺調整多光纖槽支座的坐標，使多光纖槽支座的一條邊緣光 纖與波導芯片的一條邊緣波導分支對準，當該光纖連接的功率計示數最大時，實現該光纖 與該條波導分支的精確耦合，記錄上述功率計示數數值A ;
[0011] 3)調節雙軸轉動裝置，使得波導芯片先繞距上述光纖最近的圓心軸轉動，當波導 芯片的另一邊緣光纖連接的功率計示數達最大時，再使波導芯片繞另一條圓心軸轉動，至 步驟2)中所述功率計示數再次達到最大；
[0012] 4)重復步驟3)至兩個功率計的示數均達到預設要求，設可接受的光纖與波導的 偏離值為d，則功率計的示數預設要求C應滿足：
[0013]
[0014]
[0015]
[0016] 其中，ω為波導輸出的模斑半徑，α為波導與光纖的耦合損耗，B為光纖與波導的 偏離值恰為d時光纖的輸出功率；
[0017] 此時，即實現波導與光纖尾纖陣列的對準耦合。
[0018] 本發明的有益之處在于：
[0019] 本發明的多波導與光纖尾纖陣列對準耦合的裝置和方法，將同一支座的兩邊緣光 纖，同時與波導兩分支進行對準耦合，不僅整體體積小、重量輕，有利于器件的小型化，而且 結構簡單、易于操作，提高了生產效率。
【附圖說明】
[0020] 圖1是波導與雙光纖耦合的示意圖。
[0021] 圖2是本發明的雙軸轉動裝置的整體結構示意圖。
[0022] 圖3是本發明的雙軸轉動裝置的轉動軸俯視示意圖。
[0023] 圖4是本發明的雙軸轉動裝置一種實例的結構示意圖。
[0024] 圖5是本發明的波導芯片坐標調節裝置的結構示意圖。
[0025] 圖6是本發明的波導芯片坐標調節裝置的截面示意圖。
[0026] 圖7是實施例1將多波導與光纖尾纖陣列對準耦合的示意圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
[0028] 參照圖1-3,本發明的多波導與光纖尾纖陣列對準耦合的裝置，包括雙軸轉動裝 置、波導芯片1、多光纖槽支座5和五維耦合調節臺2 ;
[0029] 雙軸轉動裝置包括靜塊13、動塊11、圓弧狀動塊12和平臺14 ;靜塊13具有第一 圓弧凹面，動塊11由具有第二圓弧凹面的靜端11-1、連接段11-2和圓弧塊狀的動端11-3 依次固連而成，且第二圓弧凹面與動端11-3的內弧面相向，第一圓弧凹面與第二圓弧凹面 的曲率半徑相同，且第一圓弧凹面的圓心軸a與第二圓弧凹面的圓心軸b平行，兩圓弧凹面 的角度視具體調節范圍而定，一般30°足夠滿足需求，動端11-3的外弧面與靜塊13的第 一圓弧凹面相貼合，且動端11-3可在第一圓弧凹面上繞圓心軸a轉動，圓弧狀動塊12的外 弧面與動塊11靜端11-1的第二圓弧凹面相貼合，且圓弧狀動塊12可在第二圓弧凹面上 繞圓心軸b轉動，精確定位控制滑塊沿圓弧曲面運動的功能可以通過現有的成熟技術來實 現，如參照五維耦合調節臺中的調節機構，或者采用旋鈕-齒輪-齒帶結構實現，在靜塊13 及動塊11的靜端11-1側壁分別安裝旋鈕，在二者內部分別設置一個或多級依次咬合的齒 輪，在動端11-3貼合面處及圓弧狀動塊12的貼合面處分別固定安裝一條齒帶，齒帶與最后 一級齒輪相咬合，通過旋鈕帶動齒輪轉動，從而使齒輪帶動齒帶運動，實現動端11-3在第 一圓弧凹面上繞圓心軸a轉動及圓弧狀動塊12在第二圓弧凹面上繞圓心軸b轉動；或者也 可采用如圖4所示的結構來實現，動端11-3的端部與第一彈簧18的下端連接，第一彈簧18 的上端與靜塊13的第一凸耳相連，第一千分尺測微頭17的法蘭穿過第一凸耳及第一彈簧 18固接在靜塊13上。動端11-3和靜塊13貼合面上可設置有凹槽，其內具有若干滾珠，用 以保證動端11-3的外弧面緊密貼合靜塊13的第一圓弧凹面轉動；同樣的，圓弧狀動塊12 的上端與第二彈簧10的下端連接，第二彈簧10的上端與靜端11-1伸出的第二凸耳相連， 第二千分尺測微頭19的法蘭穿過第二凸耳及第二彈簧10固接在靜端11-1上，圓弧狀動塊 12的側面及下面和靜端11-1的貼合處也可設置凹槽，內有滾珠，用以保證圓弧狀動塊12的 外弧面緊密貼合靜端11-1的第二圓弧凹面轉動。當旋轉第一千分尺測微頭17使第一彈簧 18壓縮，則將推動動端11-3沿靜塊13的第一圓弧凹面向下滑動，反之，旋轉第一千分尺測 微頭17使第一彈簧18拉伸，則將推動動端11-3沿靜塊13的第一圓弧凹面向上滑動。圓 弧狀動塊12的外弧面貼合靜端11-1的第二圓弧凹面轉動方法類似，不做詳細描述。
[0030] 平臺14的一端與圓弧狀動塊12的內弧面固定，平臺14與上述兩條圓心軸a、b所 確定的平面平行，且平臺14上標記有a、b中線c在平臺14上的正投影直線c' ；
[0031] 波導芯片1置于平臺14上，多光纖槽支座5置于五維耦合調節臺2上，其表面具 有若干與波導芯片1的波導分支平行的光纖槽，光纖槽內置有光纖，相鄰光纖槽的間距與 相鄰波導分支的間距相等，位于多光纖槽支座5兩邊緣的第一光纖6和第二光纖7分別與 第一功率計8和第二功率計9連接，五維耦合調節臺2用于調節多光纖槽支座5的坐標。
[0032] 上述方案中，所述的平臺14上還可以固定有第三千分尺測微頭15,第三千分尺測 微頭15連接推桿16,推桿16設于平臺14上并垂直于直線c'，用于調節波導芯片1在平臺 14上的坐標。如圖5~圖6所示，將波導芯片1放置在平臺14上靠近推桿的一端，調節第 三千分尺測微頭15,推桿16推動波導芯片1沿推桿方向平行移動，直到顯微鏡下觀察到波 導分支3、4的中線恰好與軸a、軸b的中線c對齊重合。
[0033] 如圖1所示，波導輸出端包含多個分支，其中要調節實現與光纖對準耦合的是波 導的兩邊緣分支3、4,兩分支中線做特殊標記，對于對稱Y波導，兩分支中線即為Y前端波 導，光纖6、7為保偏光纖。本發明的裝置可使得兩邊緣分支與兩保偏光纖實現精確對準。
[0034] 下面通過兩個具體實例來說明本發明實現多波導與光纖尾纖陣列精確對準的方 法。
[0035] 實施例1
[0036] 兩波導分支3、4間距離為400 μπι，控制靜塊、動塊上圓弧凹面的曲率半徑，使得兩 旋轉軸a、b間距離為2mm，進行如下操作：
[0037] a、調整波導芯片1在平臺14上的坐標，使波導芯片1上位于邊緣的兩條波導分支 3、4的中線d與平臺14上標記的c'對準；
[0038] b、利用五維耦合調節臺調整多光纖槽