多通道多透镜波分复用装置及其治具和应用方法与流程

本发明涉及一种多通道多透镜波分复用装置及其治具和应用方法。

背景技术：

随着光通信网络向超高频、超高速和超大容量发展，高速率光模块已经成为光模块市场的发展热点。而100G光模块已成为市场的主流趋势，它采用LAN-WAM或CWDM等四路波分复用技术，单通道速率为25Gbps或28Gbps。波分复用技术(wavelength-division multiplexing，简称WDM)，可将两种或多种不同波长的光载波信号在发射端由复用器/合波器汇合在一起，并耦合到同一根光纤中进行传输；在接收端由解复用器/分波器将各个不同波长的光载波信号分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。波分复用技术大大提高了光纤通信的容量，成为建设大容量传输网络的最好方式。

现有技术中，光波分复用一般应用波分复用器和解复用器(也称合波器和分波器)分别置于光纤两端，实现不同光波的耦合于分离。所述两个器件主要的类型为熔融拉锥型、光栅型、介质模型以及平面型，且所述两个器件的工作原理基本相同。常规的波分复用器/解复用器主要包括平面光波导芯片(Plannar Lightwave Circuit,PLC)、基座、透镜和激光器芯片。然而，现有技术中的光波分复用器/解复用器主要使用单透镜，其存在耦合容差小，和因此造成工艺控制要求高、产品良率和生产效率低的问题。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种耦合容差大，制造工艺难度低，产品良率和生产效率高的多通道多透镜波分复用装置。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多通道多透镜波分复用装置，包括平面光波导芯片、基座、N个激光器芯片以及N组透镜组，每组所述透镜组中包括n个透镜，其中n≥2，所述平面光波导芯片固定在所述基座前端位置，每个所述激光器芯片固定在所述基座后端位置，每组透镜组对应一个激光器芯片，每组透镜组设置在所对应的激光器芯片与平面光波导芯片之间。

进一步的：所述平面光波导芯片中设置有N个光通道，每个所述光通道对应一组透镜组设置，每个所述光通道与对应的透镜组及该透镜组对应的激光器芯片实现光轴对准。

本发明还提供了一种应用于多通道多透镜波分复用装置的治具，包括用于抓持和移动所述透镜安装位置的多透镜抓持装置以及透镜耦合装置，所述多透镜抓持装置根据透镜耦合装置来移动透镜的位置，所述多透镜抓持装置包括可同时抓取n个透镜的抓持结构，所述抓持结构同时抓取n个透镜时，n个透镜相互之间平行。

进一步的：所述治具还包括单透镜抓持装置，所述单透镜抓持装置具有每次仅能抓取一个透镜的抓持结构。

进一步的：所述多透镜抓持装置和/或单透镜抓持装置采用真空吸附的方式或机械夹持的方式抓取透镜。

进一步的：所述透镜耦合装置与多透镜抓持装置和/或单透镜抓持装置之间通过支杆连接。

本发明又提供了一种应用于多通道多透镜波分复用装置的治具的应用方法，其中多通道多透镜波分复用装置包括包括平面光波导芯片、基座、N个激光器芯片以及N组透镜组，每组所述透镜组中包括n个透镜，其中n≥2，所述应用方法包括以下步骤：

S1、将平面光波导芯片和激光器芯片按照光波分复用装置设计固定到基座的相应位置；

S2：通过多透镜抓持装置同时抓取每组透镜组的全部透镜；

S3：根据透镜耦合装置调节透镜位置使其符合光波分复装置设计，将每组内的透镜粘接在所述基座上。

进一步的：当所述多通道多透镜波分复用装置的治具设有单透镜抓持装置和多透镜抓持装置时，所述S3具体包括如下步骤：

S31：根据透镜耦合装置调节透镜位置使其符合光波分复装置设计，将每组透镜组中通过多透镜抓持装置将n-1透镜粘接在所述基座上；

S32：根据透镜耦合装置调节透镜位置使其符合光波分复装置设计，通过单透镜抓持装置将剩余的最后一个透镜粘接在所述基座上。

进一步的：所述S3中，每组内的n个透镜分成n次单独粘接至所述基座上；其中，每个所述透镜的安装方式为：按照光波分复用装置设计并根据透镜耦合装置调节使其获得最大输出光功率达到最大值后将其粘接在所述基座上。

进一步的：所述S3中，当透镜组中的一个透镜安装在所述基座前，其他通过多透镜抓持装置同时抓持的透镜首先通过粘接的方式固定在透镜抓持装置的相应位置上；当完成安装该透镜并需要安装下一个透镜时，将下一个需要安装的透镜先从多透镜抓持装置上取下，然后再抓取以进行安装。

本发明的有益效果在于：本发明的多通道多透镜波分复用装置通过在激光器芯片与平面光波导芯片之间设置多组透镜组，且每组透镜组具有n个透镜(n≥2)，从而相对现有技术来说，该多通道多透镜波分复用装置具有耦合容差大的优点，另外，由于其具有较大的耦合容差，故相对现有技术来说，其制造工艺难度低，产品良率和生产效率高。

而通过采用本发明的治具，由于该治具包括可同时抓取n个透镜的多透镜抓持装置，从而找到适用于多透镜的安装装置，使多个透镜安装时，其安装不受耦合空间的限制。通过采用本发明的应用方法完成多透镜的安装，安装时不受耦合空间的限制。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明一实施例所示的多通道多透镜波分复用装置的俯视图；

图2a、2b分别为单透镜的耦合损耗--透镜位移图和双透镜耦合损耗--透镜位移图；

图3为本发明一实施例所示的多通道多透镜波分复用装置及应用于多通道多透镜波分复用装置的治具的正视图；

图4为本发明一实施例所示的多通道多透镜波分复用装置及应用于多通道多透镜波分复用装置的治具使用状态图；

图5为本发明另一实施例所示的多通道多透镜波分复用装置及应用于多通道多透镜波分复用装置的治具的使用状态图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

请参见图1，本发明一实施例所示的多通道多透镜波分复用装置包括平面光波导芯片1、基座2、N个激光器芯片5以及N组透镜组，每组透镜组中包括n个透镜，其中n≥2，本实施例以N＝4，n＝2为例进行说明，在本实施例中，每组中的两个透镜分别命名为第一透镜3和第二透镜4，其中第一透镜3相对第二透镜4靠近激光器芯片5设置，第一透镜3和第二透镜4平行设置。所述平面光波导芯片1固定在所述基座2前端位置，以图1为基准视角，图1中基座2水平方向上的左侧为前端，右侧为后端。每组透镜组对应一个激光器芯片5，每组透镜组设置在所对应的激光器芯片5与平面光波导芯片1之间，本实施例中，四组透镜组上下并列设置(以图1的视角为描述方向)。本实施例中，所述平面光波导芯片1中设置有四个光通道10，每个所述光通道10对应一个激光器芯片5、一个第一透镜3和一个第二透镜4，且每个所述光通道10与相对应的激光器芯片5、第一透镜3和第二透镜4实现光轴对准。请结合图2a、2b，通过图2a、2b可看出，本发明的多通道多透镜波分复用装置的耦合容差通过使用双透镜耦合技术从原来单透镜装置的约0.5μm增加到15μm，使得透镜在固定过程中的允许位移量得到了大大增加。

请结合图3，一种应用于多通道多透镜波分复用装置的治具包括用于抓持和移动所述透镜安装位置的多透镜抓持装置6、透镜耦合装置9及连接透镜耦合装置9和多透镜抓持装置6的支杆7。所述多透镜抓持装置6根据透镜耦合装置9来移动透镜的位置。所述多透镜抓持装置6包括可同时抓取第一透镜3、第二透镜4的抓持结构，所述抓持结构同时抓取第一透镜3、第二透镜4时，第一透镜3、第二透镜4相互之间平行。所述支杆7通过透镜耦合装置6来控制多透镜抓持装置6的移动位置以最终调整第一透镜3、第二透镜4的位置。在本实施例中，所述多透镜抓持装置采用真空吸附的方式来抓取第一透镜3和第二透镜4，该多透镜抓持装置6上端与真空吸管8连接以实现真空吸附。诚然，该多透镜抓持装置还可以采用机械夹持的方式抓取透镜。所述多透镜抓持装置的底部设置有容设部分透镜的凹槽(未标号)，通过该凹槽可以定位透镜的位置，该凹槽的数量与每组透镜组含有的总透镜的数量相同。

在具体使用时，之所以不采用两个单透镜抓持装置，主要是因为耦合空间距离限制，其没有足够的空间放置两个装置进行移动耦合，而通过采用多透镜抓持装置6则可规避耦合空间限制的问题。本实施例中每组透镜组包括的透镜数量为两个(第一透镜3和第二透镜4)，但在其他实施方式中，该透镜数量可以根据具体情况增加，透镜实际数量可以大于或等于2，而对应的，多透镜抓持装置6的抓持结构也发生变化。

请参见图4并结合图3，上述应用于多通道多透镜波分复用装置的治具的应用方法大致包括如下步骤：

S1、将平面光波导芯片1和激光器芯片5按照光波分复用装置设计固定到基座2的相应位置；

S2：通过多透镜抓持装置6同时抓取每组透镜组的全部透镜；

S3：根据透镜耦合装置9调节透镜位置使其符合光波分复装置设计，将每组内的透镜粘接在所述基座2上。在本步骤中，每组内的n个透镜可分成n次单独粘接至所述基座2上；其中，每个所述透镜的安装方式可以为：按照光波分复用装置设计并根据透镜耦合装置9调节使其获得最大输出光功率达到最大值后将其粘接在所述基座2上。为了保证在安装其中一个透镜时，多透镜抓持装置6上的其他透镜不会脱落，其可通过采用如此方式实现：当透镜组中的一个透镜安装在所述基座2前，其他通过多透镜抓持装置6同时抓持的透镜首先通过粘接的方式固定在多透镜抓持装置6的相应位置上；当完成安装该透镜并需要安装下一个透镜时，将下一个需要安装的透镜先从多透镜抓持装置6上取下，然后再抓取以进行安装。

在本实施例中，每个透镜组中的透镜数量为两个(第一透镜3和第二透镜4)，下面以两个透镜(第一透镜3和第二透镜4)为例将该应用方法对每个透镜组的安装方式进行详细说明。首先通过真空吸管8吸出多透镜抓持装置6中空气，从而将第一透镜3和第二透镜4吸附于多透镜抓持装置6上，此时，将第二透镜4通过粘接的方式固定在多透镜抓持装置6上；再利用手动或电脑程序调节透镜耦合装置9通过支杆7控制多透镜抓持装置6来移动第一透镜3和第二透镜4的位置，使第一透镜3、第二透镜4移至平面光波导芯片1和激光器芯片5之间，直至该多通道多透镜波分复用装置输出光功率最大；然后通过胶粘或焊接的方式将第一透镜3固定于基座2上，至此第一透镜3安装完成；当安装第二透镜4时，先将第二透镜4从多透镜抓持装置6上取下，然后多透镜抓持装置6通过真空吸附的方式抓取第二透镜4，进而利用手动或电脑程序调节透镜耦合装置9通过支杆7控制多透镜抓持装置6来移动第二透镜4的位置，使装置输出光功率最大，最后在通过胶粘或焊接奖第二透镜4固定于基座2上。本实施例中，该第一透镜3和第二透镜4分两次安装完成，在其他实施方式中，当移动确定好第一透镜3、第二透镜4位置后，可以同时将第一透镜3、第二透镜4固定在基座2上。但是，与将第一透镜3、第二透镜4同时调好位置并同时将第一透镜3、第二透镜4固定在基座2上相比，将第一透镜3、第二透镜4分两次位移固定至基座2上的优点在于：由于在安装第一透镜3的时候可能会出现安装偏移的问题，若分两次安装，则可以在安装第二透镜4时，对第二透镜4的位置进行微调，弥补第一透镜3安装时的位置偏差，以降低最终的偏差值。

请参见图5，本实施例所示的应用于多通道多透镜波分复用装置的治具的结构与上述应用于多通道多透镜波分复用装置的治具的结构相似，区别在于：本实施例中，该应用于多通道多透镜波分复用装置的治具还包括单透镜抓持装置11，该单透镜抓持装置11具有每次仅能抓取一个透镜的抓持结构，该单透镜抓持装置11同样采用真空吸附的方式抓取透镜，当然，在其他实施方式中，该单透镜抓持装置11也可以采用机械夹持的方式抓取透镜。该单透镜抓持装置11通过支杆7与透镜耦合装置9连接。所述单透镜抓持装置11的底部同样设置有容设部分透镜的凹槽。

请结合图5，该应用于多通道多透镜波分复用装置的治具的应用方法与前述的应用方法基本相似，区别在于仅在于S3，以多通道多透镜波分复用装置仅设有第一透镜3和第二透镜4为例，其S3的步骤具体如下：

S31：根据透镜耦合装置9调节每组中的第一透镜3、第二透镜4位置使其符合光波分复装置设计，每组透镜组中通过多透镜抓持装置6将第一透镜3粘接在所述基座2上；

S32：根据透镜耦合装置9调节第二透镜4的位置使其符合光波分复装置设计，通过单透镜抓持装置11将该第二透镜4粘接在所述基座2上。

通过将最后一个透镜(本实施例中为第二透镜4)该用单透镜抓持装置11抓持，从而可以防止在安装第二透镜4的过程中，透镜抓持装置碰撞到原本已经装好的第一透镜3，而损坏第一透镜3及使第一透镜3发生位置，更重要的是，采用单透镜抓持装置11可以避免第一透镜3对第二透镜4安装时的空间干扰。

综上所述：本发明的多通道多透镜波分复用装置通过在激光器芯片与平面光波导芯片之间设置多组透镜组，且每组透镜组具有n个透镜(n≥2)，从而相对现有技术来说，该多通道多透镜波分复用装置具有耦合容差大的优点，另外，由于其具有较大的耦合容差，故相对现有技术来说，其制造工艺难度低，产品良率和生产效率高。而通过采用本发明的治具，由于该治具包括可同时抓取n个透镜的多透镜抓持装置，从而找到适用于多透镜的安装装置，使多个透镜安装时，其安装不受耦合空间的限制。通过采用本发明的应用方法完成多透镜的安装，安装时不受耦合空间的限制。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。