一种无封装管帽耦合效率测试装置及方法

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种无封装管帽耦合效率测试装置及方法。

背景技术

TO管帽是一种重要的光器件，广泛应用于各类光模块中，TO管帽中的透镜作为光收发的窗口元件，起到准直、耦合等作用，耦合效率是其最重要的光学性能。在以往的测试方法中都是以封装成TO-CAN的形式测试相关耦合效率，封装完毕后不可拆卸，且相关位置固定，不利于找到透镜前焦、后焦和耦合效率的相关关系。为此，我们提出一种无封装管帽耦合效率测试装置及方法。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种无封装管帽耦合效率测试装置及方法，测试性能不伤TO管帽，可测出多组不同高度下的透镜相关性能参数，便于分析实际产品与设计之间的差异，解决了现有技术不利于找到透镜前焦、后焦和耦合效率的相关关系的问题。

本发明提供如下技术方案：一种无封装管帽耦合效率测试方法，包括设置在基座上的上夹具、中夹具、下夹具；

所述上夹具用于固定光纤，所述中夹具用于固定TO管帽，所述下夹具用于给激光器组件供电并固定；

所述光纤、TO管帽和激光器组件位于同一轴线上；

所述上夹具上设置有用于调节光纤相对基座竖直上下运动的调节机构一；

所述中夹具上设置有用于调节TO管帽相对基座竖直上下运动和水平前后左右运动的调节机构二；

所述下夹具上设置有用于调节激光器组件相对基座竖直上下运动和水平运动，以及调节激光器组件倾角的调节机构三。

优选的，所述上夹具还包括上滑台和光纤夹头，所述光纤夹头安装在上滑台上，且光纤夹头固定有单模光纤，所述上滑台通过上下运动调节光纤的上下位置。

优选的，所述上夹具还包括上夹具支架，所述上夹具支架用于调节上滑台相对基座的竖直位置。

优选的，所述中夹具从上至下依次包括TO管帽夹爪、夹爪升降滑台、手动滑台三、手动滑台四，所述TO管帽夹爪、夹爪升降滑台、手动滑台三、手动滑台四均安装在基座上；

所述TO管帽夹爪用于固定TO管帽，所述夹爪升降滑台用于调节夹爪的竖直方向位置，所述手动滑台三用于调节其上的部件水平前后运动，所述手动滑台四用于调节其上部件水平左右运动。

优选的，所述下夹具从上至下依次包括下加电模块、俯仰滑台一、俯仰滑台二、手动滑台一、手动滑台二，所述下加电模块、俯仰滑台一、俯仰滑台二、手动滑台一、手动滑台二均安装在基座上；

所述下加电模块用于给激光器组件供电并固定，所述俯仰滑台一和俯仰滑台二的俯仰调节方向垂直，用于调节激光器组件的倾角，所述手动滑台一用于调节其上部件水平前后运动，所述手动滑台二用于调节其上部件水平左右运动。

一种无封装管帽耦合效率测试方法，包括如下步骤：

S1、将激光器组件用下加电模块固定并通电；

S2、将待测TO管帽置于TO管帽夹爪夹持固定，调节夹爪升降滑台，使TO管帽与激光器组件接触；

S3、调节俯仰滑台一和俯仰滑台二控制激光器组件俯仰角度，使TO管帽与激光器组件紧密贴合，之后稍向上提，使TO管帽和激光器组件间留有空隙；

S4、将单模光纤置于光纤夹头固定，调节上滑台和上夹具支架使光纤位置位于TO管帽上方一段距离；

S5、分别调节手动滑台一、手动滑台二、手动滑台三、手动滑台四的相对位置，保持激光器组件、单模光纤、TO管帽保持同轴；

S6、将单模光纤尾部连接光功率计，观察光功率计显示功率值，调节手动滑台一、手动滑台二至显示光功率最高；

S7、调节手动滑台三、手动滑台四的位置至显示光功率最大；

S8、调节上滑台的竖直位置至光功率显示最高；

S9、重复步骤S6-S8，直至显示光功率达到最高且通过调节夹具位置没有更高功率；

S10、记录此时的单模光纤与TO管帽的距离，进而计算TO管帽焦距，记录此时激光器组件和TO管帽的距离，进而计算TO管帽贴片高度；

S11、记录此时的光功率值P；将上夹具支架抬高，保持其他部件不动，将光功率计换上积分球罩住TO管帽，记录此时的功率值P0；再将TO管帽夹爪通过夹爪升降滑台先抬高再通过手动滑台三、手动滑台四水平移出，将积分功率计积分球罩住激光器组件，记录此时的功率值P1；

S12、计算P/P0，此比值为该TO管帽的耦合效率；计算P0/P1，此比值为该TO管帽的透镜透过率。

优选的，所述步骤S3中，TO管帽设计贴片高度低于光芯片实际贴片高度，TO管帽与激光器组件的间隙为光芯片贴片处与底座距离，与设计贴片距离的差值。

优选的，所述步骤S4中，光纤底部与中夹具处TO管帽顶部的距离为设计TO管帽的前焦距离。

本发明提供了一种无封装管帽耦合效率测试装置及方法，根据实际封装TO-CAN的结构，通过六轴运动调节芯片的水平位置，光纤竖直位置，以及TO管帽的水平位置和竖直位置模拟出封装后的TO-CAN结构，得到TO管帽的效率、焦距等光学性能。测试性能不伤TO管帽，可测出多组不同高度下的透镜相关性能参数，便于分析实际产品与设计之间的差异；成本低，结构简单，占用空间小，装置大小仅为40cm×30cm×34cm；操作简单，使用方便，拿到TO管帽后可直接测试，不需要进行封装TO-CAN的工序。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明俯视图一；

图3为本发明图2中A-A剖面图；

图4为本发明俯视图二；

图5为本发明图4中B-B剖面图；

图6为本发明图5中J的局部放大图。

图中：1、上夹具支架；2、上滑台；3、TO管帽夹爪；4、下加电模块；5、俯仰滑台一；6、俯仰滑台二；7、手动滑台一；8、手动滑台二；9、夹爪升降滑台；10、手动滑台三；11、手动滑台四；12、基座；13、光纤夹头；14、单模光纤；15、TO管帽；16、激光器组件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种技术方案：一种无封装管帽耦合效率测试装置，包括上夹具，中夹具，下夹具。

如图6所示，上夹具包括上夹具支架1、上滑台2、光纤夹头13，光纤夹头13主要用于固定光纤，通过上滑台2的上下运动可在一定范围内调节光纤的上下位置，通过调节上夹具支架1可以在更大范围内调节上滑台2的竖直位置。

如图4和5所示，中夹具包括TO管帽夹爪3、夹爪升降滑台9、手动滑台三10、手动滑台四11组成，其中TO管帽夹爪3固定TO管帽15，所述TO管帽夹爪3、夹爪升降滑台9、手动滑台三10、手动滑台四11从上到下依次安装在基座12上，夹爪升降滑台9可在一定范围内调节夹爪的竖直方向位置，手动滑台三10可调节其上的部件水平前后运动，手动滑台四11可调节其上部件水平左右运动。

如图2和3所示，下夹具包括下加电模块4、俯仰滑台一5、俯仰滑台二6、手动滑台一7、手动滑台二8，下加电模块4、俯仰滑台一5、俯仰滑台二6、手动滑台一7、手动滑台二8从上至下依次安装在基座12上，下加电模块4用于给激光器组件16供电并固定，俯仰滑台一5和俯仰滑台二6可调节激光器组件16的倾斜角起到调平作用，手动滑台一7调节其上部件水平前后运动，手动滑台二8用于调节其上部件水平左右运动。

下夹具、中夹具和上夹具同轴布置，作为初始位置。

进一步地，各治具的材质为塑料和不锈钢中的任意一种。

一种采用以上所述的无封装TO管帽15耦合效率测试方法，包括以下步骤：

1)将激光器组件16用下加电模块4固定并通电；

2)将待测TO管帽15置于TO管帽夹爪3夹持固定，调节夹爪升降滑台9，使TO管帽15与激光器组件16接触；

3)调节俯仰滑台一5和俯仰滑台二6控制激光器组件16俯仰角度，使TO管帽15与激光器组件16紧密贴合，之后稍向上提；

4)将单模光纤14置于光纤夹头13固定，调节上滑台2和上夹具支架1使光纤位置位于TO管帽15上方一段距离；

5)分别调节手动滑台一7、手动滑台二8、手动滑台三10、手动滑台四11的相对位置，保持激光器组件16、单模光纤14、TO管帽15保持同轴；

6)将单模光纤14尾部连接光功率计，观察光功率计显示功率值，调节手动滑台一7、手动滑台二8至显示光功率最高；

7)调节手动滑台三10、手动滑台四11的位置至显示光功率最大；

8)调节上滑台2的竖直位置至光功率显示最高；

9)重复步骤6-步骤8，直至显示光功率达到最高且通过调节夹具位置没有更高功率；

10)记录此时的单模光纤14与TO管帽15的距离，记录此时激光器组件16和TO管帽15的距离；

11)记录此时的光功率值P；将上夹具支架1抬高，保持其他部件不动，将光功率计换上积分球罩住TO管帽15，记录此时的功率值P0；再将TO管帽夹爪3通过夹爪升降滑台9先抬高再通过手动滑台三10、手动滑台四11水平移出，将积分功率计积分球罩住激光器组件16，记录此时的功率值P1。

12)计算P/P0，此比值为该TO管帽15的耦合效率；计算P0/P1，此比值为该TO管帽15的透镜透过率。

本发明的实验例一中，TO管帽15为TO56 7.5焦非球管帽，管帽高度3.97mm(不包括底部焊料)。光纤为0°单模光纤14，激光器组件16采用TO564pin底座，贴2.5G 1270nm光芯片，贴片高度为1.42mm；测试过程中，光芯片电流控制在Ith+20mA，

1、依次将管帽、单模光纤14、激光器组件16调节至同轴位置，光功率计显示功率217uw；

2、调节下夹具滑台至光功率最大，最大光功率479uw；

3、调节中夹具的水平及竖直方向，直至找到最大光功率，此时的最大光功率为1840uw；

4、调节上夹具的高度至光功率最大，此时最大光功率为2172uw；

5、重复步骤2，找到此时最大功率2784uw；

6、重复步骤3，找到此时最大功率4175uw；

7、重复步骤4，找到此时最大功率4715uw；

8、继续重复步骤2，找到此时的最大功率为4898uw；

9、重复步骤3，找到此时的最大功率为5140uw；

10、重复步骤4，找到此时的最大功率为5174uw；

11、再进行步骤2，光功率最大值为5188uw；

12、此时光功率变化已趋于稳定，不再重复步骤2～4，记录此时的功率值5188uw；

13、此时激光器组件16底部与TO管帽15距离为0.09mm，TO管帽15顶端与3.52mm；

14、抬高上夹具，将积分功率机积分球罩住TO管帽15透镜处，测得积分功率9742uw；

15、再移开TO管帽15，测试光芯片出光积分功率9856uw；

16、计算得出耦合效率为53.25％，计算得出TO管帽15透过率为98.84％；

17、而此时的TO管帽15焦距为3.97mm+3.52mm得出焦距7.49mm与标称焦距接近，而贴片高度为1.42mm-0.09mm-0.05mm(封焊焊料高度)，得出此时TO管帽15贴片高度1.28mm。

以上实例较符合测试预期，若是测试值与预期相差甚远则可固定上中夹具距离用于固定焦距测试出此时的耦合效率和贴片高度；或者固定中下夹具来模拟固定芯片贴片高度测试出此时的耦合效率和贴片距离。

本发明，根据实际封装TO-CAN的结构，通过六轴运动调节芯片的水平位置，光纤竖直位置，以及TO管帽15的水平位置和竖直位置模拟出封装后的TO-CAN结构，得到TO管帽15的效率、焦距等光学性能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。