一种蝶形半导体激光器自动耦合封装方法技术

本发明专利技术公开了一种蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，涉及电子器件自动耦合封装领域。该自动耦合封装方法，包括配件上机、耦合对准、焊接等步骤，实施该方法的自动耦合封装设备，包括立柱、横梁、以及设置在底座上的光纤夹具、透镜夹具机构、下夹具装置、物料盘机构、以及激光功率计等部件，所述光纤夹具、透镜夹具机构、以及光纤自动调角焊接装置均能够进行位置调整以实现蝶形半导体激光器的准确耦合封装。本发明专利技术的自动耦合封装方法自动化程度高，封装效率高；其使用的耦合封装设备，结构设计合理，可自动完成后续从耦合对准到封装的全部工序，与传统手动的生产线相比，具有操作简单方便、生产成本低、产品质量稳定等优点。

An Automatic Coupled Packaging Method for Butterfly Semiconductor Laser

【技术实现步骤摘要】
一种蝶形半导体激光器自动耦合封装方法
本专利技术涉及自动化耦合封装
，具体涉及一种蝶形半导体激光器自动耦合封装方法。
技术介绍
随着光纤通信和光纤传感技术的发展，光电子器件的制备成为了光信息技术进步的关键。在光通信产品中，光电子器件如蝶形半导体激光器的需求量随着发展越来越大。蝶形半导体激光器是光纤通信行业最常用的长距离传输光信号放大装置，但是蝶形半导体激光器的封装成本一直居高不下，昂贵的封装成本、过低的封装效率与日益增长的需求量之间的巨大矛盾，极大地限制了光电子器件行业的发展速度。光电子器件封装行业最大的瓶颈在于封装成本，而制约成本的关键原因就是封装的自动化程度。在自动化过程中，需要重点考虑光纤耦合(光纤对准)技术和尾纤固定技术。光纤耦合过程中，其对准方式大多数是由人工根据激光器输出功率的大小来判断光纤是否对准，并利用调节平台进行微调。尾纤固定一般采用激光焊接方式，也需要极其精确地焊接，否则将影响成品合格率。目前国内的很多公司器件生产基本上还是手工操作，部分产品可以实现半自动化，但是光纤耦合还是需要熟练的技工在显微镜的辅助下手动完成，既费时又不能保证成品率。国外的一些光通信行业的大企业拥有一些先进的自动化封装设备，能够实现激光器与光纤的自动耦合和半自动封装。借助于这些封装设备，其生产效率比手工或半自动化生产方式有显著提高。然而，这些成套设备价格昂贵，需要较高的资金投入，并且这些封装设备采用的封装工艺也有很多需要改善的地方，比如光纤耦合的精度不足等。因此，如何解决现有技术中存在的光纤耦合精度不高、封装成本居高不下、产品合格率低等问题，是当前蝶形半导体激光器发展中的重中之重。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种自动化程度高、耦合效率高、生产成本低、制得产品质量稳定的蝶形半导体激光器自动耦合封装方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，包括如下步骤：S1、在物料盘机构上的料盘内装上透镜，将激光器管壳放置在下夹具装置上并夹紧，通过上电板对蝶形半导体激光器上电；S2、将光纤放置在光纤夹具的光纤尾端夹具上；同时，激光器功率计移动到指定位置，激光功率计上的探头与蝶形半导体激光器的光纤入口同轴，对蝶形半导体激光器通过透镜射出的光进行光功率检测；S3、透镜夹具移动至物料盘机构的位置吸取透镜，并做相应的位置调整；吸取之后的透镜夹具回到耦合的初始位置，所述耦合的初始位置是通过电脑设定的放置位置、或为保存的前一个部件光耦合的放置位置；此时透镜在放置位置上，但并没有脱离透镜夹具，通过激光功率计的探头进行检测，同时对透镜进行6个自由度的调节，待探头检测到的光功率最大时调节完成，结束调节，电脑记录下透镜的坐标位置以备后用；透镜夹具带着透镜退出激光器管壳，激光功率计回到激光功率计的初始位置；S4、通过电脑对光纤尾端夹具的位置自动调节，使光纤尾端夹具和光纤金属套管端夹具中光纤的圆心与蝶形半导体激光器的光纤入口同轴，并且使光纤金属套管端夹具位于激光器管壳内部，将光纤定位槽上方的上盖打开，将光纤从光纤入口推入蝶形半导体激光器，并使光纤金属套管移动到光纤金属套管端夹具的吸附位置，关闭上盖；通过光纤自动调角焊接装置中的视觉相机观测光纤的端面投影是否为直线，若不是直线，则利用角度调整机构进行粗调；光纤金属套管端夹具开始吸附金属套管；再通过电脑控制对光纤夹具的位置自动调节，当蝶形半导体激光器的射光在光纤内的光功率达到最大值时结束调节；S5、透镜夹具带动透镜回到步骤S3中电脑记录下的透镜的坐标位置，电脑控制光纤夹具和透镜夹具机构同时调节，使蝶形半导体激光器的射光穿过透镜，进入光纤的光功率为最大值，此时光纤自动调角焊接装置对光纤金属套管和透镜进行分别焊接，焊接的位置通过光纤自动调角焊接装置的焊点相机实时监测；焊接完成之后，光纤夹具和透镜夹具松开，光纤尾端夹具的上盖打开，将光纤取出之后，光纤夹具和透镜夹具退回到各自的初始位置；S6、下夹具装置上的蝶形半导体激光器封装完成，取下蝶形半导体激光器，更换新的激光器管壳，准备下一次封装。上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，优选的，所述步骤S2中，通过底部导轨气缸和Z轴导轨气缸带动激光功率计移动。上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，优选的，所述步骤S2中，先将光纤夹具通过底部滑轨滑动到靠近操作人员的一端后，操作人员再将光纤放置在光纤尾端夹具上；在步骤S4中，先将光纤夹具通过底部滑轨退回到光纤夹具的初始位置，然后再通过电脑对光纤尾端夹具的位置自动调节。上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，优选的，所述步骤S3中，吸取透镜时，透镜夹具通过底部设置的透镜夹具机构的滑轨移动至物料盘机构的位置吸取透镜；对透镜进行自由度调节时是由电脑控制透镜夹具而进行自动调节。上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，优选的，所述步骤S3中，激光功率计通过底部导轨气缸回到激光功率计的初始位置。上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，优选的，步骤S4中进行的粗调的方式具体为：抽出光纤尾端夹具，手动旋转一定角度之后再插入夹具定位座内，并通过手拧螺丝拧紧；所述对光纤夹具的位置自动调节是通过对X轴运动平台、Y轴运动平台、Z轴运动平台的调节和自动旋转平台的微调而进行的。上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，优选的，步骤S5中进行调节后使得进入光纤的光功率为最大值时的调节精度比步骤S4中光功率为最大值时的调节精度更高；步骤S5中，焊接的位置能够通过光纤自动调角焊接装置的各个运动平台调节，同时，各个运动平台的调节能使光纤自动调角焊接装置适应不同类型不同焊接位置的需求。上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，优选的，所述步骤S5中，焊接完成之后，光纤夹具和透镜夹具松开是通过停止吸气而实现的。为实施上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，本专利技术还提供了一种蝶形半导体激光器自动耦合封装设备，包括立柱、横梁、以及设置在底座上的光纤夹具、透镜夹具机构、下夹具装置、物料盘机构、以及激光功率计，在所述横梁上设置有光纤自动调角焊接装置，所述光纤夹具、透镜夹具机构相对设置，在所述光纤夹具与透镜夹具机构之间设置所述下夹具装置，在所述下夹具装置一侧设置所述物料盘机构以方便所述透镜夹具机构获取所述物料盘机构上的透镜；所述光纤夹具、透镜夹具机构、以及光纤自动调角焊接装置均能够进行位置调整以实现蝶形半导体激光器的准确耦合封装。上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装设备，优选的，所述激光功率计设置于所述光纤夹具一侧；所述激光功率计安装在具有Z轴导轨气缸和底部导轨气缸的支架上，所述激光功率计上的探头朝着所述下夹具装置方向，所述激光功率计能够通过Z轴导轨气缸和底部导轨气缸进行位置调整。更优选的，所述激光功率计为光热型激光功率计。上述的蝶形半导体激光器自动耦合封装设备，优选的，所述光纤夹具包括光纤夹具位置调整装置和夹具模块，所述夹具模块通过L型转接板安装在光纤夹具位置调整装置上，所述夹具模块包括夹具安装支架、夹具定位座、角度调整机构、光纤尾端夹具以及悬挂设置在光纤尾端夹具前方的光纤金属套管端夹具，所述夹具安装支架固定在L型转接板上并开设有通孔，所述光纤尾端夹具穿过所述通孔而固定在夹具安装支架上；在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，包括如下步骤：S1、在物料盘机构上的料盘内装上透镜，将激光器管壳放置在下夹具装置上并夹紧，通过上电板对蝶形半导体激光器上电；S2、将光纤放置在光纤夹具的光纤尾端夹具上；同时，激光器功率计移动到指定位置，激光功率计上的探头与蝶形半导体激光器的光纤入口同轴，对蝶形半导体激光器通过透镜射出的光进行光功率检测；S3、透镜夹具移动至物料盘机构的位置吸取透镜，并做相应的位置调整；吸取之后的透镜夹具回到耦合的初始位置，所述耦合的初始位置是通过电脑设定的放置位置、或为保存的前一个部件光耦合的放置位置；此时透镜在放置位置上，但并没有脱离透镜夹具，通过激光功率计的探头进行检测，同时对透镜进行6个自由度的调节，待探头检测到的光功率最大时调节完成，结束调节，电脑记录下透镜的坐标位置以备后用；透镜夹具带着透镜退出激光器管壳，激光功率计回到激光功率计的初始位置；S4、通过电脑对光纤尾端夹具的位置自动调节，使光纤尾端夹具和光纤金属套管端夹具中光纤的圆心与蝶形半导体激光器的光纤入口同轴，并且使光纤金属套管端夹具位于激光器管壳内部，将光纤定位槽上方的上盖打开，将光纤从光纤入口推入蝶形半导体激光器，并使光纤金属套管移动到光纤金属套管端夹具的吸附位置，关闭上盖；通过光纤自动调角焊接装置中的视觉相机观测光纤的端面投影是否为直线，若不是直线，则利用角度调整机构进行粗调；光纤金属套管端夹具开始吸附金属套管；再通过电脑控制对光纤夹具的位置自动调节，当蝶形半导体激光器的射光在光纤内的光功率达到最大值时结束调节；S5、透镜夹具带动透镜回到步骤S3中电脑记录下的透镜的坐标位置，电脑控制光纤夹具和透镜夹具机构同时调节，使蝶形半导体激光器的射光穿过透镜，进入光纤的光功率为最大值，此时光纤自动调角焊接装置对光纤金属套管和透镜进行分别焊接，焊接的位置通过光纤自动调角焊接装置的焊点相机实时监测；焊接完成之后，光纤夹具和透镜夹具松开，光纤尾端夹具的上盖打开，将光纤取出之后，光纤夹具和透镜夹具退回到各自的初始位置；S6、下夹具装置上的蝶形半导体激光器封装完成，取下蝶形半导体激光器，更换新的激光器管壳，准备下一次封装。...

【技术特征摘要】
1.一种蝶形半导体激光器自动耦合封装方法，包括如下步骤：S1、在物料盘机构上的料盘内装上透镜，将激光器管壳放置在下夹具装置上并夹紧，通过上电板对蝶形半导体激光器上电；S2、将光纤放置在光纤夹具的光纤尾端夹具上；同时，激光器功率计移动到指定位置，激光功率计上的探头与蝶形半导体激光器的光纤入口同轴，对蝶形半导体激光器通过透镜射出的光进行光功率检测；S3、透镜夹具移动至物料盘机构的位置吸取透镜，并做相应的位置调整；吸取之后的透镜夹具回到耦合的初始位置，所述耦合的初始位置是通过电脑设定的放置位置、或为保存的前一个部件光耦合的放置位置；此时透镜在放置位置上，但并没有脱离透镜夹具，通过激光功率计的探头进行检测，同时对透镜进行6个自由度的调节，待探头检测到的光功率最大时调节完成，结束调节，电脑记录下透镜的坐标位置以备后用；透镜夹具带着透镜退出激光器管壳，激光功率计回到激光功率计的初始位置；S4、通过电脑对光纤尾端夹具的位置自动调节，使光纤尾端夹具和光纤金属套管端夹具中光纤的圆心与蝶形半导体激光器的光纤入口同轴，并且使光纤金属套管端夹具位于激光器管壳内部，将光纤定位槽上方的上盖打开，将光纤从光纤入口推入蝶形半导体激光器，并使光纤金属套管移动到光纤金属套管端夹具的吸附位置，关闭上盖；通过光纤自动调角焊接装置中的视觉相机观测光纤的端面投影是否为直线，若不是直线，则利用角度调整机构进行粗调；光纤金属套管端夹具开始吸附金属套管；再通过电脑控制对光纤夹具的位置自动调节，当蝶形半导体激光器的射光在光纤内的光功率达到最大值时结束调节；S5、透镜夹具带动透镜回到步骤S3中电脑记录下的透镜的坐标位置，电脑控制光纤夹具和透镜夹具机构同时调节，使蝶形半导体激光器的射光穿过透镜，进入光纤的光功率为最大值，此时光纤自动调角焊接装置对光纤金属套管和透镜进行分别焊接，焊接的位置通过光纤自动调角焊接装置的焊点相机实时监测；焊接完成之后，光纤夹具和透镜夹具松开，光纤尾端夹具的上盖打开，将光纤取出之后，...

【专利技术属性】
技术研发人员：段吉安，唐佳，彭晋文，周海波，徐聪，卢胜强，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43