一种激光器柔性耦合装置的制作方法

本实用新型涉及光纤激光耦合领域，具体是一种激光器柔性耦合装置。

背景技术：

激光器是当前光通信整机系统中最基础、最核心的器件，其优劣直接影响到光波导传输和光调制的质量，以及后续的信号收集处理能力。半导体激光器是目前应用最为广泛的激光光源发射器，其中军用通讯激光器多为蝶形封装结构，主要由激光二极管、透镜、光纤、陶瓷基板、tec热电制冷器、金属外壳构成，制造过程中最核心的问题是器件贴装和光纤耦合精度如何保证。

光纤耦合分为两大类，有源和无源耦合。有源即在激光器工作的情况下进行光纤的实时对准，需要快速准确地将接收端(光纤)耦合到发射端(半导体激光器芯片)出射光场的功率最大点；另一类是无源对准，即在激光器不工作的情况下，封装时只通过激光器的对准标记以及限定光纤位置的v形槽来完成对准耦合。

在耦合效率要求较高的情况下通常采用有源耦合，有源耦合分为人工定位和机器自动定位，人工定位需要经验丰富的操作员在精密位移滑台上操作，效率极低且成品率不高，一般不采用。机器自动定位需要将xyz和roll轴的对准平台串联在一起，设备安装复杂，各轴间存在不同自由度的交叉耦合影响，对准平台的旋转中心与光纤末端不重合会导致角度调整带来线性方向新的偏差，需要多次微调寻找出可能的光功率最大点，且对装夹的重复定位要求高。而且耦合对准后的激光二极管的功能部分需要保持与光纤纤芯的位置关系，行业内多采用紫外固化胶或者激光点焊的方式固定，胶水在服役过程中容易受热膨胀老化，激光点焊需要设计专用定制夹具，不同的光纤结构需要制造相应的夹具才能实现，适应性较差，且焊接不均匀性导致的焊后偏移问题一直是行业内的难点。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种激光器柔性耦合装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种激光器柔性耦合装置，包括激光二极管、电机、计算机以及穿过激光器管壳侧壁并设置在上压头群与下压头群之间的光纤，所述光纤与激光器管壳接触处具有供激光熔焊的镀金层，所述激光二极管发射的光束进入到所述光纤中，所述光纤收集光信号并发送到计算机；所述上压头群包括多个通过电机控制伸缩长度的柔性压柱，所述柔性压柱的底端与所述下压头群的上端构成限位光纤的凹槽；所述柔性压柱上设有力反馈器，所述力反馈器及电机均与计算机连接。

作为本实用新型的改进方案，所述柔性压柱底端具有与光纤接触的表面光洁的弹性介质。

作为本实用新型的改进方案，所述下压头群包括与柔性压柱底端一一对应的多个支撑柱，所述支撑柱的端部为弹性触头或具有滚珠的刚性触头。

作为本实用新型的改进方案，所述凹槽为v型槽。

作为本实用新型的改进方案，所述激光器管壳的内底面上从下到上依次固定有tec热电制冷器、热沉底座以及ain薄膜基板，所述激光二极管固定在所述ain薄膜基板上。

作为本实用新型的改进方案，所述激光二极管发射的光束依次经过准直透镜和聚焦透镜后，汇聚成一束进入到所述光纤内。

有益效果：本实用新型通过多点柔性压柱实现光纤的位置多换，多自由度的耦合实现光纤与出光功能器件激光二极管的高精密耦合，可以实现高精密的角度调节，避免单一的夹持位置影响耦合功率的输出峰值，提高了激光器光纤对位的精度和效率，通过采用激光熔焊的填充工艺替代传统点焊和紫外固化胶固定的方式，避免了焊后偏移和粘接强度不高的问题，改善了光纤固定底座的稳定性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的结构俯视图；

图3为本实用新型的光纤与下压头群连接的示意图。

图中：1-激光二极管；2-ain薄膜基板；3-热沉底座；4-tec热电制冷器；5-激光器管壳；6-准直透镜；7-聚焦透镜；8-电机；9-上压头群；10-焊料；11-镀金层；12-下压头群；13-光纤。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1-2，一种激光器柔性耦合装置，包括激光二极管1、电机8、计算机以及穿过激光器管壳5侧壁并设置在上压头群9与下压头群12之间的光纤13，光纤13与激光器管壳5接触处具有供激光熔焊的镀金层11，激光二极管1发射的光束进入到光纤13中，光纤13收集光信号并发送到计算机；上压头群9包括多个通过电机8控制伸缩长度的柔性压柱，柔性压柱的底端与下压头群12的上端构成限位光纤13的凹槽；柔性压柱上设有力反馈器，计算机结合光信号以及力反馈器的检测信号，通过电机8控制各柔性压柱的伸缩长度。

激光二极管1输出的高斯光束通过准直透镜6和聚焦透镜7形成汇聚光束，计算机通电机8控制上压头群9中各柔性压柱的高度差变化，使上压头群9以同样的速度进给移动到移动到一定的高度，配合下压头群12中的支撑柱形成固定的上下间距，形成大范围搜索范围，使得光束进入到光纤13中。光纤13收集的光信号经过计算机处理后，作为加载给电机8的动作命令的依据，电机8再控制各柔性压柱以不同的速度进给，各柔性压柱与各支撑柱形成不同的间距，光纤13在此间距中微调位置，在此过程中光纤13的六维及角度方向均可调。

当计算机根据接收的光信号计算耦合功率达到峰值时，光纤13被上压头群9与下压头群12形成的凹槽固定，该凹槽优选为v型槽，再采用焊接方式焊接焊料10，优选采用非接触式的激光钎焊系统对光纤13与激光器管壳5接触部分的镀金层11焊接，完成耦合固定的过程。

具体地，光纤耦合操作步骤为：

1)光纤放置：将光纤13插入待耦合的激光器管壳5中，如图3所示，光纤13每次的放置位置由下支撑柱的定位槽固定，光纤13的输出端接入计算机，上压头群9通过电机8控制下行至接触光纤13。

2)粗耦：电机8控制实现上压头群9、下压头群12间距的变化，间距面形成凹槽，对光纤三维方向的位置实现控制，形成大范围搜索空间使光束进入到光纤13，电机8控制上压头群9的同步进给速度可为10-15mm/s。优选地，上压头群9、下压头群12贴合光纤进行移动时，压紧力可为50n。

3)细耦：根据光纤捕捉的光信号，计算机计算出位移信号，通过电机8控制各柔性压柱的伸缩量，使上压头群9形成瞬间偏转面，修正光纤偏转角度方向的偏差。优选地，上压头群9控制光纤进行角度变换时，力反馈器的力矩反馈可为5-10n/m。

4)固定：待耦合出光功率达到峰值时，采用非接触式的激光钎焊系统进行自动填丝和激光熔化，焊料包覆在镀金光纤上，焊接完成后灌入硅橡胶进行填充，使得激光器管壳5整体外表面平整。优选地，激光钎焊系统的出光功率可为25w，焊接完成后需进行x射线检查。

优选地，柔性压柱底端具有与光纤13接触的表面光洁的弹性介质。下压头群12中支撑柱的端部为弹性触头或具有滚珠的刚性触头，便于与光纤13接触且不损伤光纤。

优选地，激光器管壳5的内底面上从下到上依次固定有tec热电制冷器4、热沉底座3以及ain薄膜基板2，激光二极管1固定在ain薄膜基板2上。

本实用新型通过多点柔性压柱实现光纤的位置多换，多自由度的耦合实现光纤与出光功能器件激光二极管的高精密耦合，可以实现高精密的角度调节，避免单一的夹持位置影响耦合功率的输出峰值，提高了激光器光纤对位的精度和效率，通过采用激光熔焊的填充工艺替代传统点焊和紫外固化胶固定的方式，避免了焊后偏移和粘接强度不高的问题，改善了光纤固定底座的稳定性。

虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“包括”、“包含”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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。