光模块透镜耦合系统

技术领域

本发明涉及光模块技术领域，特别涉及一种光模块透镜耦合系统。

背景技术

将VCSEL或PD这类光芯片和光学透镜中心精确对准的这个过程称之为耦合，这个加工过程需要达到微米级的超高物理精度。目前常用的方式是给相应的光芯片通电使其进入工作状态，然后连接光电信号检测仪器，通过耦合过程中的信号强度变化来判断对准程度。

但是上述这种间接检测的耦合方式因为需要连接光、电线缆以驱动芯片和探测信号，所以设备的通用型极差，工作过程也相对复杂，设备效率较低。同时，由于采用信号检测的方式，其加工精度受检测仪器的测量精度、采样率等影响，无法轻易实现更高的加工精度。

发明内容

本发明实施例提供一种光模块透镜耦合系统，无需连接任何线缆，设备通用性极高，使用成本低，同时耦合过程的显微可视化，操作简单，加工精度极高，耦合效率高。

一方面，本发明实施例提供了一种光模块透镜耦合系统，包括：

透镜结构，用于对光学透镜进行升降调节；

芯片结构，设于所述透镜结构的下方，并用于对光芯片进行位移调节；

棱镜结构，包括设于光学透镜与光芯片正中间、且用于反射光学透镜与光芯片之间成像光路的棱镜组件，及与所述棱镜组件连接、且对所述棱镜组件进行位移调节的棱镜调节装置；以及，

显微结构，用于设于光学透镜与光芯片之间成像光路的反射方向上，并对光学透镜与光芯片进行对焦成像观测；

其中，当显微结构观测到光学透镜与光芯片成像重合，透镜结构调节光学透镜下降至光芯片表面。

一些实施例中，所述棱镜组件包括呈正方体结构的分光棱镜装置，设于所述分光棱镜装置的一个面上、且垂直于光学透镜与光芯片的全反射平面镜，及以所述全反射平面镜与所述分光棱镜装置之间的45°夹角截面为轴面延伸设置的半反半透膜。

一些实施例中，所述分光棱镜装置为45°棱镜或45°分光镜。

一些实施例中，所述显微结构包括三维调焦平台及设于所述三维调焦平台上的电子显微镜，所述电子显微镜正对于光学透镜与光芯片之间成像光路的反射方向上。

一些实施例中，所述芯片结构包括六轴调节平台及设于所述六轴调节平台上的PCB板夹持装置，所述PCB板夹持装置用于夹持光芯片。

一些实施例中，所述透镜结构包括透镜支撑架，突出设于所述透镜支撑架上、且沿所述透镜支撑架竖向设置的竖向滑轨，滑动设于所述竖向滑轨上的透镜升降台，设于所述透镜升降台上、且一端抵紧于所述竖向滑轨的第一锁紧螺栓，及与所述透镜升降台连接的透镜夹持装置，所述透镜夹持装置用于夹持光学透镜。

一些实施例中，所述棱镜调节装置包括用于对所述棱镜组件进行横向移动的棱镜平移结构，与所述棱镜平移结构连接、且用于对所述棱镜组件进行升降调节的棱镜升降结构，及与所述棱镜升降结构连接的棱镜夹持装置，所述棱镜夹持装置用于夹持棱镜组件。

一些实施例中，所述棱镜平移结构包括底座，突出设于所述底座上、且沿所述底座横向设置的横向滑轨，滑动设于所述横向滑轨上的棱镜平移台，设于所述棱镜平移台上、且一端抵紧于所述横向滑轨的第二锁紧螺栓。

一些实施例中，所述棱镜升降结构包括设于所述棱镜平移台上的棱镜支撑架，一端插设于所述棱镜支撑架上的竖向凹槽中的升降架，及插设于所述棱镜支撑架上的竖向凹槽中、且与所述升降架的一端连接的蝶形螺栓，所述蝶形螺栓的蝶形部件抵紧于所述棱镜支撑架，所述升降架的另一端与所述棱镜夹持装置连接。

一些实施例中，还包括底板，所述透镜结构、所述芯片结构、所述棱镜结构及所述显微结构均设于所述底板上。

本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：当光芯片与光学透镜进行耦合的过程中，透镜结构对光学透镜不做升降调节，棱镜调节装置对棱镜组件不做位移调节，将光学透镜上的定位点作为固定参照点，通过芯片结构于对光芯片进行位移调节，使光芯片定位点与光学透镜定位点重合，这个时候在显微结构观察到二者定位点的成像会完全重合。然后保持透镜结构和芯片结构的位置不动，只通过棱镜调节装置将棱镜组件平移走，此时光芯片定位点与光学透镜定位点依然处于对准状态。最后通过透镜结构对光学透镜进行下降调节，使光学透镜与光芯片耦合，这样最终就将光学透镜与光芯片精确对位组装。

因此本发明采用无电耦合工艺，不用连接任何线缆，设备通用性极高，使用成本低。同时耦合过程的显微可视化，操作简单，加工精度极高，耦合效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例的棱镜组件耦合光路的原理示意图；

图3为本发明实施例光模块透镜耦合系统的操作流程示意图。

图中：100、透镜结构；110、透镜支撑架；120、竖向滑轨；130、透镜升降台；140、第一锁紧螺栓；150、透镜夹持装；200、芯片结构；210、六轴调节平台及；220、PCB板夹持装置；300、棱镜结构；311、分光棱镜装置；312、全反射平面镜；313、半反半透膜；321、底座；322、横向滑轨；323、棱镜平移台；324、第二锁紧螺栓；325、棱镜支撑架；326、升降架；327、蝶形螺栓；328、棱镜夹持装置；400、显微结构；410、三维调焦平台；420、电子显微镜；500、底板；600、光学透镜；700、光芯片。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。

参见图1所示，本发明实施例提供了一种光模块透镜耦合系统，包括：透镜结构100、芯片结构200、棱镜结构300及显微结构400；透镜结构100用于对光学透镜进行升降调节；芯片结构200设于所述透镜结构100的下方，并用于对光芯片700进行位移调节；棱镜结构300包括设于光学透镜600与光芯片700正中间、且用于反射光学透镜与光芯片之间成像光路的棱镜组件，及与所述棱镜组件连接、且对所述棱镜组件进行位移调节的棱镜调节装置；以及，显微结构400用于设于光学透镜600与光芯片700之间成像光路的反射方向上，并对光学透镜与光芯片进行对焦成像观测；其中，当显微结构400观测到光学透镜与光芯片成像重合，透镜结构100调节光学透镜下降至光芯片表面。

具体地，在本实施例中，当光芯片700与光学透镜600进行耦合的过程中，透镜结构100对光学透镜不做升降调节，棱镜调节装置对棱镜组件不做位移调节，将光学透镜上的定位点作为固定参照点，通过芯片结构200于对光芯片进行位移调节，使光芯片定位点与光学透镜定位点重合，这个时候在显微结构400观察到二者定位点的成像会完全重合。然后保持透镜结构100和芯片结构200的位置不动，只通过棱镜调节装置将棱镜组件平移走，此时光芯片定位点与光学透镜定位点依然处于对准状态。最后通过透镜结构100对光学透镜进行下降调节，使光学透镜与光芯片耦合，这样最终就将光学透镜与光芯片精确对位组装。

因此本发明采用无电耦合工艺，不用连接任何线缆，设备通用性极高，使用成本低。同时耦合过程的显微可视化，操作简单，加工精度极高，耦合效率高。

同时参见图2所示，所述棱镜组件包括呈正方体结构的分光棱镜装置311，设于所述分光棱镜装置311的一个面上、且垂直于光学透镜与光芯片的全反射平面镜312，及以所述全反射平面镜312与所述分光棱镜装置311之间的45°夹角截面为轴面延伸设置的半反半透膜313。

可选的，所述分光棱镜装置311为45°棱镜或45°分光镜。

具体地，在本实施例中，光学透镜在棱镜组件的正上方，光芯片在棱镜组件的正下方，光学透镜的光路通过45°棱镜(45°分光镜)进入至半反半透膜313，再通过半反半透膜313反射至显微结构400中；光芯片光路通过45°棱镜(45°分光镜)进入至半反半透膜313，然后通过半反半透膜313反射至全反射平面镜312中，最后通过全反射平面镜312反射至显微结构400中，因此可以通过全反射平面镜312反射方向上的显微结构400观测光学透镜与光芯片的成像重合。

同时通过利用光学成像进行检测，光学透镜与光芯片的成像误差仅受棱镜组件内部半反半透膜313的厚度影响，而这个厚度一般只有几个纳米，其影响可忽略不计，实时可靠。

可选的，所述显微结构400包括三维调焦平台410及设于所述三维调焦平台410上的电子显微镜420，所述电子显微镜420正对于光学透镜与光芯片之间成像光路的反射方向上。

具体地，在本实施例中，电子显微镜420可放大成像，提供监测画面；三维调焦平台410提供3个方向的精密调整功能，以便准确对准光学透镜与光芯片之间的成像光路，实现对焦成像。

可选的，所述芯片结构200包括六轴调节平台及210设于所述六轴调节平台上的PCB板夹持装置220，所述PCB板夹持装置220用于夹持光芯片。

具体地，在本实施例中，PCB板夹持装置220用于夹持、固定PCB板并保证PCB板的水平度和装入方向，PCB板上安装有光学芯片。

六轴调节平台可提供六个方向(XYRθ1θ1)的精密调整功能，以实现PCB板载光芯片和光学透镜定位点的精确对位。一般来说，PCB板载面定位点就是板载光学芯片，光学透镜定位点就是透镜上的光学中心，耦合的目的就是将上述两者定位点精确对准确保光信号传输通道畅通。

当光芯片与光学透镜进行耦合的过程中，透镜结构100对光学透镜不做升降调节，棱镜调节装置对棱镜组件不做位移调节，将光学透镜上的定位点(光学中心)作为固定参照点，此时通过六轴调节平台的多个维度位移调节功能以对光芯片进行位移调节，使PCB板上的光芯片定位点与光学透镜定位点重合，所以对准贴合过程也只要保透镜结构100的下降路径和PCB板面垂直，就能保证足够的耦合精度。

可选的，所述透镜结构100包括透镜支撑架110，突出设于所述透镜支撑架110上、且沿所述透镜支撑架110竖向设置的竖向滑轨120，滑动设于所述竖向滑轨120上的透镜升降台130，设于所述透镜升降台130上、且一端抵紧于所述竖向滑轨120的第一锁紧螺栓140，及与所述透镜升降台130连接的透镜夹持装150置，所述透镜夹持装150置用于夹持光学透镜。

具体地，在本实施例中，透镜夹持装150置用于夹持、固定光学透镜并保证光学透镜的水平度和装入方向；竖向滑轨120与透镜升降台130实现光学透镜升降动作，并保证透镜升降轨迹与PCB板面垂直。

在透镜结构100对光学透镜进行下降调节的过程中，拧松第一锁紧螺栓140使透镜升降台130能在竖向滑轨120下降滑动，从而使光学透镜与光芯片耦合。

可选的，所述棱镜调节装置包括用于对所述棱镜组件进行横向移动的棱镜平移结构，与所述棱镜平移结构连接、且用于对所述棱镜组件进行升降调节的棱镜升降结构及与所述棱镜升降结构连接的棱镜夹持装置328，所述棱镜夹持装置328用于夹持棱镜组件。

可选的，所述棱镜平移结构包括底座321，突出设于所述底座321上、且沿所述底座321横向设置的横向滑轨322，滑动设于所述横向滑轨322上的棱镜平移台323，设于所述棱镜平移台323上、且一端抵紧于所述横向滑轨322的第二锁紧螺栓324。

可选的，所述棱镜升降结构包括设于所述棱镜平移台323上的棱镜支撑架325，一端插设于所述棱镜支撑架325上的竖向凹槽中的升降架326，及插设于所述棱镜支撑架325上的竖向凹槽中、且与所述升降架326的一端连接的蝶形螺栓327，所述蝶形螺栓327的蝶形部件抵紧于所述棱镜支撑架325，所述升降架326的另一端与所述棱镜夹持装置328连接。

具体地，在本实施例中，棱镜组件调整PCB板载光芯片和光学透镜的成像光路，实现上下方料件的影像叠加；棱镜组件可以改变成像光路，方便在侧向同时观察到光芯片和光学透镜的光学成像。棱镜夹持装置328可夹持棱镜组件。棱镜升降结构可支撑棱镜并提供高度调节功能。棱镜平移结构可实现棱镜水平方向精密位移。通过棱镜升降结构与棱镜平移结构提供的两个维度的微调功能，以实现棱镜法线方向微调。

可选的，还包括底板500，所述透镜结构100、所述芯片结构200、所述棱镜结构300及所述显微结构400均设于所述底板500上。

同时参见图3所示，本发明实施例提供的一种光模块透镜耦合系统，操作步骤如下：当光芯片与光学透镜进行耦合的过程中，装夹光学透镜和光芯片后进行耦合观测时，透镜结构100对光学透镜不做升降调节，棱镜调节装置对棱镜组件不做位移调节，将光学透镜上的定位点作为固定参照点，通过六轴调节平台的多个维度位移调节功能以对光芯片进行位移调节，使PCB板上的光芯片定位点与光学透镜定位点重合，这个时候在显微结构400观察到二者定位点的成像会完全重合。然后保持透镜结构100和芯片结构200的位置不动，只通过棱镜调节装置将棱镜组件平移走，此时光芯片定位点与光学透镜定位点依然处于对准状态。最后通过透镜结构100对光学透镜进行下降调节，拧松第一锁紧螺栓140使透镜升降台130能在竖向滑轨120下降滑动，从而使光学透镜与光芯片耦合，这样最终就将光学透镜与光芯片精确对位组装。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序；而且术语“包括”、或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。