用于激光二极管的自动焦距测量装置的制作方法

本申请涉及一种用于激光二极管(LD)的自动焦距测量装置，属于光器件测试领域。
背景技术：
：目前，采用TO(TransistorOutline，晶体管外形)封装的LD(LaserDiode激光二极管)简称TO-LD，由于封装过程中，物理偏差以及TO球透镜差异，会引起焦距偏差和出射光存在空间偏向角。在光通信领域中，测量有源光器件的LD焦距和偏向角，是测试分析有源光器件重要的手段。现有生产过程中，并不能实时提供每颗TO-LD准确的光束焦距参数。只能通过手动耦合装置测量已经组装完成的TO-LD，测量参数包括该TO-LD参考的焦距范围。手动焦距耦合测量包括以下步骤：首先对TO-LD接入特定电流，之后通过手动耦合台寻找单模光纤在LD发光方向上不同距离处耦合到的最大光强，从而确定TO-LD的焦距。手动耦合测量方法测试效率低、测量精度差、人员操作繁琐，而且无法快速、高效的测试出焦距与偏向角超限的LD，影响后续封装工序的生产效率，提高生产成本。技术实现要素：根据本申请的一个方面，提供了一种用于激光二极管的自动焦距测量装置，该装置实现了对TO-LD或LD的焦距和空间偏向角的自动准确测量。所述用于激光二极管的自动焦距测量装置，其特征在于，测量模块，用于测量待测激光二极管耦合进入耦合部件中的光功率；运动耦合机构，用于移动所述耦合部件；上位机，用于控制所述耦合部件移动以测量任一Z轴坐标下，X-Y平面内所述耦合部件与所述待测激光二极管的最大耦合光功率值，根据测量结果及所述耦合部件的位置坐标获得所述待测激光二极管的焦距和/或空间偏向角；所述上位机分别与所述测量模块和所述运动耦合机构电连接。本发明提供的装置通过上位机输入控制指令，实现自动控制运动耦合机构对导通的待测LD进行测量。对于测量得到的数据，可以返回上位机进行处理，也可以通过外接计算装置进行处理，从而得出待测LD的焦距等参数。本文中，以LD发光方向为Z轴，垂直于Z轴的平面为X轴与Y轴围成的平面。可选地，所述耦合部件包括耦合光纤或光电探测器；所述耦合光纤可以为单模光纤或多模光纤；光电探测器可以为具有空间滤波功能的光电探测器。优选地，所述测量模块为多功能数字源表，用于向所述待测激光二极管供电。可选地，所述用于激光二极管的自动焦距测量装置包括选通电路模块，用于根据所述上位机控制指令，控制各所述待测激光二极管的电路导通或关闭，所述选通电路模块与所述上位机控制连接，并与所述待测激光二极管电路连接。通过该模块，可以实现对多个LD批量测量，避免同时通电的能源浪费。可选地，所述运动耦合机构包括：第一移动机构、限位机构和耦合机构，所述耦合机构安装于所述第一移动机构上，并随所述第一移动机构移动；所述待测激光二极管固定安装于所述限位机构中；所述耦合部件安装于所述耦合机构上；所述耦合机构带动所述耦合部件移动，并与所述待测激光二极管耦合。第一移动机构用于实现耦合部件相对待测LD进行三维运动，包括X、Z、Y三维移动，便于根据测量需要调整耦合部件相对待测LD的位置，方便测量的进行。可选地，所述限位机构包括：底座和上定位板，所述底座上开设至少一个LD插座安装孔，所述待测激光二极管安装于所述LD插座安装孔内，所述上定位板上正对所述LD插座安装孔开设至少一个LD定位孔；所述待测激光二极管被所述底座和所述上定位板夹紧固定后，所述待测激光二极管的测量端至少容纳于所述LD定位孔中。安装后的待测LD的测量端，可伸出LD定位孔也可以不伸出，仅需能保证完成测量即可。可选地，所述限位机构包括：LD插座和插座回弹构件，所述插座回弹构件套设于所述LD插座外，并压缩容纳于所述LD插座与所述底座之间；所述待测激光二极管安装于所述LD插座中；优选地，所述底座的顶面两端分设定位柱，所述上定位板上正对所述定位柱开设定位孔，所述定位柱插入所述定位孔内限制所述上定位板沿其水平方向的运动。可选地，所述限位机构包括：底座支架和高度限制机构，所述底座支架分设于所述底座的两相对端；所述高度限制机构分别安装于所述底座的两相对端上，所述高度限制机构夹持并控制所述上定位板沿所述上定位板的纵向移动。可选地，所述高度限制机构为空压转角缸和/或卡扣。可选地，所述耦合机构包括：支架，所述支架朝向所述限位机构安装于所述第一移动机构上，所述支架上开设耦合部件安装孔。可选地，所述卡扣包括：卡扣头、卡扣座、卡扣轴和卡扣弹簧，所述卡扣轴沿所述卡扣座横向贯穿所述卡扣座和所述卡扣头；所述卡扣头安装于所述卡扣座内，并绕所述卡扣轴转动；所述卡扣弹簧压缩并容纳于所述卡扣头与所述卡扣座之间，所述卡扣弹簧推动所述卡扣头绕所述卡扣轴转动；所述卡扣头的一侧抵接于所述上定位板一端。所述卡扣座内侧设有限制所述卡扣头转动范围的结构；此限位结构可以为台阶面。根据本申请的又一个方面，提供了一种用于如上述装置的测量方法，包括以下步骤：a)固定并导通待测激光二极管，移动耦合部件至所述待测激光二极管出光侧；b)移动所述耦合部件，测量任一Z轴坐标下，X-Y平面内所述耦合部件与所述待测激光二极管的最大耦合光功率值及所述耦合部件的位置坐标；c)更新Z轴坐标重复步骤b)直至达到测试终止条件，得到所述待测激光二极管的焦距和/或空间偏向角。本申请能产生的有益效果包括：1)本申请所提供的用于激光二极管的自动焦距测量装置，实现对LD更精确的空间定位，避免人工手动测量LD焦距时，每次均需重新定位LD空间位置。2)本申请所提供的用于激光二极管的自动焦距测量装置，该装置可同时实现对多颗LD焦距的批量精确测量，操作简单，操作人员只需进行上、下物料，操作上位机即可完成测试，输出结果。减少对操作人员技能熟练度的依赖，提高了测试的准确性和测试效率。3)本申请所提供的用于激光二极管的自动焦距测量装置，采用该装置的焦距测试精度误差为±20微米，单颗测试时间小于30s，测量效率得到了极大的提高，且可以实现对多颗LD的批量连续测量。附图说明图1为本申请一种实施方式中用于激光二极管的自动焦距测量装置结构示意图；图2为本申请一种实施方式中运动耦合机构立体结构示意图；图3为本申请又一种实施方式中运动耦合机构立体结构示意图；图4为本申请一种实施方式中LD限位机构爆炸效果示意图；图5为本申请一种实施方式中卡扣爆炸效果示意图。部件和附图标记列表：部件名称附图标记部件名称附图标记三维电动位移机构100X轴向定位块110光纤支架2X轴向滑块120耦合光纤3Y轴向滑块130空压转角缸4Z轴向定位块140上定位板5Z轴向滑块150底座6LD插座安装孔610底座支架7探测器支架210LD定位孔8光电探测器220LD9卡扣230LD插座10卡扣头15插座弹簧11卡扣座16定位柱12卡扣轴17定位孔13卡扣弹簧18底板14具体实施方式下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。参见图1，本发明提供的用于激光二极管的自动焦距测量装置，包括：运动耦合机构、运动控制器(框图里的运动控制器，可通过电脑控制三维电动位移机构100运动)、选通电路模块、多功能数字源表和上位机。上位机装有自动焦距耦合控制程序，通过有线或无线电连接方式分别与运动控制器、选通电路模块、多功能数字源表建立通信，用于传输数据、控制指令。上位机通过向运动控制器发送运动指令，控制运动耦合机构，带动耦合光纤3在待测激光二极管附近进行空间位置变换。本文中，电连接的传输对象为信号、数据、控制指令、电流电压等。上位机还用于向多功能数字源表发送输出电流控制指令，给待测激光二极管提供指定工作电流。上位机还用于向电路选通电路模块发送选通指令，接通待测激光二极管的供电电路，实现对待测激光二极管逐个通电测量。上位机还用于向多功能数字源表发送测量指令，读取多功能数字源表测得的待测激光二极管的光功率，根据测量得到的光功率空间分布情况，计算得出各待测激光二极管的焦距。多功能数字源表向选通电路模块供电。根据控制指令，选通电路模块向待测激光二极管进行恒流供电。选通电路模块具有多个输出通道，每个通道可连接一个LD，根据接收到的上位机指令实施对每个通道的通断控制。LD一般要求恒流供电。可选地，所述多功能数字源表具有内置光电探测器，可直接连接光纤，用于测量耦合进光纤的光的强度。所述多功能数字源表还具有外置接线柱，通过连接外部光电探测器220，其前端放置有针孔，替代了光纤的空间限位作用，测量透过针孔耦合到光电探测器220上的光的强度。所述多功能数字源表与上位机通信，通过上位机指令配置输出电流或电压的数值，并向上位机传输测量到的电流、电压或光功率等各项数据。所述运动控制器可与上位机通信，根据上位机运动指令控制三维运动机构进行运动，并可选地，通过控制气动电磁阀的通断实现对空压转角缸4运动状况的控制。参见图2～3，所述运动耦合机构包括三维电动位移机构100、耦合机构和限位机构。所述三维电动位移机构100能带动耦合光纤3进行三维运动。运动方向包括X、Y、Z三个轴，可以实现水平方向上的二维运动和高度方向上升降运动。耦合机构，一般包括耦合光纤3和光纤支架2，也可以包括带空间滤波的光电探测器220和探测器支架210，随着耦合机构的移动，耦合光纤3耦合所在空间位置微小区域的光线。所用为耦合光纤3时，参见图2，耦合光纤3直径小于20微米，安装在光纤支架2上，(连接方式有FC接头，SMA接头，或直接是插芯等)，耦合光纤3一端与LD发出的光进行耦合，另一端与多功能数字源表内置光电探测器220连接。从而实现对耦合进光纤光功率的测量。参见图3，所述带空间滤波器的光电探测器220是指光入射端具有微孔的光电探测器220，微孔直径小于20微米；耦合角度小于15度，即光线与轴线夹角小于15度才能通过微孔照射到光电探测器220。光电探测器220与多功能数字源表通过导线连接。限位机构，用于安装固定待测激光二极管，精确限定其在空间中的位置。各待测激光二极管的正负极通过导线分别与多功能数字源表(多功能电流源表)连通。所述限位机构，限位机构用于插放LD，并将LD压紧在上定位板5上，以精密定位LD的空间位置。所述限位机构可根据需要设置一个或多个LD工位，多个工位可呈直线分布或二维阵列分布。参见图4，所述限位机构包括上定位板5、底座6、底座6支架、LD插座10、插座弹簧11、高度限位装置。底座6两端分别安装底座6支架。底座6固定连接于底座6支架中部。底座6上沿其纵向贯通底座6设置多个LD插座安装孔610。高度限位装置分别安装于底座6支架上，用于控制上定位板5的纵向高度。例如可以为空压转角缸4或卡扣230。定位柱12安装于底座6支架的顶面上，垂直底座6支架向上，用于与上定位板5上的定位孔13配合，限制上定位板5在其水平方向的运动。上定位板5上正对LD插座安装孔610开设可以容纳LD伸出的LD定位孔8。为了更好的固定LD，还设有LD插座10、插座弹簧11。所述底座6支架上设有定位柱12，所述上定位板5设有定位孔13，所述定位柱12和定位孔13数量相同且一般大于等于2；两者配合限定了上定位板5在水平面上的位置。所述上定位板5还设有多个LD定位孔8，LD定位孔8可限定每颗LD在水平面上的位置。所述高度限位装置一般为卡扣230或空压转角缸4，用于限定上定位板5的高度位置。使用时，当装好待测激光二极管后，盖上上定位板5，并用上定位板5把LD插座10压下一定距离，然后由高度限位装置锁定上定位板5位置。这种状态下，LD插座10向上的弹力会将LD压紧在上定位板5上，可以精确确定LD的高度并保证其朝向的竖直度。所述限位机构还设有导线，将LD正负极引出，用于连接外部电源。根据本申请的又一个方面，提供了一种用于如上述装置的测量方法，包括以下步骤：a)固定并导通待测激光二极管，移动耦合部件至所述待测激光二极管出光侧；b)移动所述耦合部件，测量任一Z轴坐标下，X-Y平面内所述耦合部件与所述待测激光二极管的最大耦合光功率值及所述耦合部件的位置坐标；c)更新Z轴坐标重复步骤b)直至达到测试终止条件，得到所述待测激光二极管的焦距和/或空间偏向角。采用该方法仅需测量耦合进入耦合部件的光功率，即可获得待测LD的光功率分布，从而能高效的测量得出待测LD的焦距等参数。测试终止条件为完成对所需扫描Z轴坐标数据测量。得到多组Z轴坐标与最大光功率一一对应的数据组，根据所得数据组测试数据，按现有方法获得所述待测激光二极管的光功率空间分布，根据所述光功率空间分布获得待测激光二极管的焦距和空间偏向角。用于激光二极管的自动焦距测量装置的工作过程如下：在任一Z轴高度下，耦合部件沿X-Y平面水平移动，直至达到该Z轴高度下X-Y平面最大耦合光功率处，停止移动并记录该位置下的光功率值及位置坐标；然后，更新耦合部件所处Z轴高度，重复水平移动耦合部件，获取在此Z轴高度下X-Y平面上最大耦合光功率的位置及具体的光功率值；重复上述过程，获取一系列最大耦合光功率的位置坐标及其对应光功率值。通过分析位置坐标中的Z轴信息对应的光功率值，计算得到待测LD的焦距；分析不同高度的最大耦合光功率的位置信息可确定实际光轴方向，即LD的空间偏向角。实施例1本实施例中，装置如图1～2所示，用于激光二极管的自动焦距测量装置，包括上位机、运动控制器、选通电路模块、多功能数字源表、单位电动位移机构、限位机构和耦合机构。上位机中安装控制所需程序。上位机分别与运动控制器、选通电路模块和多功能数字源表控制连接。运动控制器与运动耦合机构控制连接。选通电路模块向待测激光二极管输出电流，导通各待测激光二极管。多功能数字源表用于给LD提供恒流工作电流，并测量耦合进耦合光纤3的光功率。运动耦合机构包括用于带动耦合光纤3移动的三维电动位移机构100和用于对待测激光二极管定位的限位机构。三维电动位移机构100上安装用于固定耦合光纤3的耦合机构，本实施例中，耦合机构包括耦合光纤3和光纤支架2。在其他实施例中，耦合机构也可以包括带空间滤波的光电探测器220和探测器支架210。多功能数字源表与上位机数据连接，将测量得到耦合光纤3在不同位置耦合到的功率，传输至上位机，计算得到光功率值空间分布。参见图2，运动耦合机构包括：X轴向定位块110、X轴向滑块120、Y轴向滑块130、Z轴向定位块140和Z轴向滑块150。X轴向滑块120沿X轴方向在X轴向定位块110上滑动。Z轴向定位块140沿Z轴方向在Z轴向滑块150上滑动。Y轴向滑块130沿Y轴方向在X轴向滑块120顶面上滑动X轴向滑块120。X轴向滑块120、Y轴向滑块130和Z轴向滑块150通过上述滑动实现耦合光纤3在X-Y-Z轴上的三维位置移动。Z轴向滑块150的外侧面上设置第三支架，用于固定耦合光纤3，并带动耦合光纤3移动。X轴向定位块110安装于底板14上。参见图2和4，限位机构包括底座6、空压转角缸4和上定位板5。空压转角缸4分别安装于底座6的两端。底座6的两端分别安装底座支架7，空压转角缸4安装于底座支架7上。底座6顶面设置多个LD插座安装孔610。底座6顶面的两端对称设置用于固定上定位板5位置的定位柱12。在本实施例中，定位柱12垂直底座6朝向上。上定位板5两端分别开设与定位柱12配合的定位孔13。上定位板5上在两端定位孔13之间，开设多个LD定位孔8，用于固定LD9的一端，便于与耦合光纤3耦合。为了固定LD9，还设有LD插座10和插座弹簧11。插座弹簧11套设于LD插座10外壁上，LD9插入LD插座10内，并固定。组装时，先将LD插入LD插座10内并固定。再将插座弹簧11套设于LD插座10上，并压缩插座弹簧11后，将上定位板5盖下。上定位板5的两端分别与设置于底座6两端的空压转角缸4相连接。上定位板5随空压转角缸4的控制上下移动，同时由于插座弹簧11的存在，能使LD始终抵接于上定位板5上。测量过程如下：1、初始化：打开上位机上的自动焦距测试程序，点击“连接设备”按键，使上位机与运动控制器、多功能数字源表，选通电路模块建立通信，并初始化设备；1.1回复运动：运动控制器初始化会控制三维电动位移机构运动到物理零点位置，控制空压转角缸回到初始状态；1.2多功能数字源表初始化为指定电流的横流输出模式；1.3选通电路模块初始化为所有输出为断开模式。2、复位：然后点击“复位”按键，运动耦合机构回到复位状态；运动控制器执行复位命令，控制三维电动位移机构运动到指定空间位置；3、安装待测激光二极管：将待测激光二极管插入上定位板的LD插座上，然后将上定位板定位孔套在底座的定位柱上，此时上定位板的LD定位孔会套在各待测激光二极管上；4、LD定位：点击“测试”按键，首先，运动控制器控制空压转角缸执行旋转下压动作，将上定位板下压到第二支架上；此时插座弹簧被压缩，产生的弹力将LD压紧在上定位板上；5、移动耦合光纤进行测量：三维电动位移机构将耦合光纤移动到第一颗待测激光二极管正上方指定高度的位置；选通电路模块将第一路输出设置为导通状态，使第一颗待测激光二极管接通电路，处于发光状态。接着控制三维电动位移机构运动，控制安装于第三支架上的耦合光纤沿运动控制器纵向运动，改变耦合光纤的空间位置。耦合光纤每改变一次位置后，多功能数字源表都执行一次功率测量，测量完成后，再进行下一次空间位置改变。获取耦合光纤处于不同空间位置时的光功率值，根据不同空间位置的光功率值分布情况，计算出该待测激光二极管的焦距；将不同高度处的最大光功率值所在的空间位置坐标拟合成一条空间直线，直线与Z轴的夹角即为LD的空间偏向角。完成第一颗LD测试后，上位机控制耦合光纤移动到下一颗LD正上方指定高度，选通电路模块将第一路输出设置为断开状态，第二路输出设置为导通状态，为第二颗待测激光二极管供电，并重复步骤5，得到第二颗待测激光二极管的光功率值分布情况，并计算出焦距。后续LD定位孔处的待测激光二极管，依次重复前面的测试操作分别进行测试，从而完成所有工位LD的测试。执行完所有测试后，程序自动将测试耦合机构回到复位状态，等待执行下一次测试操作。实施例2本实施例中，装置如图1～2所示，用于激光二极管的自动焦距测量装置，与实施例1的区别在于：第三支架替换为光电探测器支架。光电探测器支架上安装的带空间滤波的光电探测器。空压转角缸4替换为卡扣230。参见图5，卡扣230安装于底座上。卡扣230包括：卡扣头15、卡扣座16、卡扣轴17和卡扣弹簧18。卡扣头15的一侧卡接于卡扣座16上，卡扣头15与卡扣座16的相接处沿卡扣横向贯穿卡扣座16插设卡扣轴17。卡扣头15绕卡扣轴17转动。卡扣弹簧18的两端分别抵接于卡扣头15、卡扣座16上，并受卡扣头15的挤压，压缩于卡扣座16的安装孔内。卡扣头15靠近上部的外端面抵接于上定位板的两端。测量过程与实施例1的区别在于：卡扣弹簧18挤压卡扣头15，卡扣头15绕卡扣轴17转动，并挤压上定位板，从而固定上定位板。三维电动位移机构带动安装于其上的光电探测器，逐一对固定的待测激光二极管进行测量。每次测量时待测激光二极管均处于导通电流状态，不断移动带空间滤波的光电探测器的空间位置，并测量透过微孔入射到光电探测器上的光的强度，即微孔所在空间位置处的光功率。测量过程与实施例1相同。本实施例中使用外置探测器可以直接将空间某位置的光照射到探测器上，探测器前设置有微孔(PinHole)，用于限定某空间微小位置的光入射到探测器上。将测量得到的数据上传上位机后，计算得出各待测激光二极管的光功率值沿Z轴分布情况，从而分析计算出焦距。根据所得不同Z轴高度处最强光功率值的空间分布，将其空间位置坐标拟合成一条直线，计算直线与Z轴的夹角即得到各待测激光二极管的空间偏向角。实施例1～2中偏向角和焦距的计算按现有方法进行。以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。当前第1页1 2 3