一种集成光子芯片与阵列光纤自动对准的机械装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种集成光子芯片与阵列光纤自动对准的机械装置，在底板（１００）上设有中间运动平台（２００），在所述的底板（１００）上设有以所述的中间运动平台（２００）左右对称分布的两台六维高精度运动平台。本发明专利技术设有六维高精度的运动平台和其紧凑、合理的结构布局，可有效应用于要求高精度对准的各种平面波导的对准和封装，并且可方便扩展ＩＲ－ＣＣＤ、机器视觉、点胶装置、ＵＶ固化装置等外设设备，且操作简单，运动范围大，精度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可适用于集成光子芯片与阵列光纤自动对准的机 械装置，具体地说是适用于集成光子器件如光分路器、光纤准直器、阵 列波导光栅等的六维高精度对准和封装的机械装置。
技术介绍
集成光子器件具有结构紧凑、体积小、抗干扰能力强、性能一致性 好、稳定可靠、便于自动化批量生产等突出优势，近年来广泛应用于光 通信干线网以及接入网的光纤到户技术中。集成光子器件的封装是利用 亚微米精度运动平台将集成光子芯片与阵列光纤进行对准耦合并固定， 实现器件的高性能。目前国际上评价封装质量的先进技术指标是光损耗低于0. 15dB，这就要求集成光子芯片与阵列光纤间的模场分布尽可能匹 配，另一方面要求集成光子芯片光通道与光纤的光轴对准精度控制在 0. l"m以下。因此耦合与封装成为制约阵列波导器件发展的一个瓶颈， 而且封装成本占器件总成本的70% 90%，封装时间占总生产时间的50% 以上，所以一个稳定且快速的封装方式将会使产品更具优势。本质上，封装的重点在于使发射光耦合到光纤或光从光纤进入接收 波导的光功率损耗更小。因此，在光学元件的封装及对准方面，主要是 克服光信号的传输损耗如光纤的插入损耗及反射损耗等，和对准时由于 径向偏移、角度偏移、波导端面分离、波导芯径不同及凸面的端面造成 的损耗。对于插入损耗和反射损耗可以通过相应的光纤信号检测装置进 行检测和补偿，对于波导芯径和端面凸面也可以用相应的波导制造技术 和精密切割仪器来克服，而剩下的径向偏移、角度偏移和波导端面分离 则必须通过六维高精度的对准机械装置的轴向平移和绕轴旋转来完成 对准。可以说六维高精度的对准机械装置对整个光学器件封装的性能的 提高至关重要。据上所述，对于一个六维高精度多通用的对准机械装置，其基本要 求有以下三个方面①要有精密、方便、多通用的夹具来夹持不同型号 的集成光子芯片。②要有多轴高精度的对准。③隔震。对于①和③而言， 基本上高精度且方便通用的夹具和有效的隔震技术己经成熟；对于②来 说又可以分为以下几个要求l)高精度的位置传感。2)较好的传动和 制动性能。3)轴向位移和角度位移。4)易于控制和精确的定位功能。 5)整体机械装置的组合要求和扩展性能。高精度对准实际是通过机械 装置的六轴运动来完成的，即在轴向位移上X、 Y、 Z轴向的位移运动， 在角度位移上Tx、 Ty、 Tz绕轴的旋转运动。但是六维运动平台中不同自由度运动间的非严格正交特性，使得光通道对准过程中的逐维位置调 整相互耦合干扰，增大了实现多光路同时高精度对准与耦合的困难，这 就需要整体机械装置的优化布局与组合。除此之外，对准机械装置还要预留相应的扩展外设设备的空间，比如增加IR-CCD、机器视觉、点胶装 置等，以方便进行集成光子芯片模场检测、精确对准和封装。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种对准高精度高、使用方便、 多通用且扩展外设设备空间大的集成光子芯片与阵列光纤自动对准的 机械装置。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的集成光子芯片与阵列光纤自 动对准的机械装置，在底板上设有中间运动平台，在所述的底板上设有 以所述的中间运动平台左右对称分布的两台六维高精度运动平台，所述 的中间运动平台是在固立台上设有固定台，在所述的固定台上转动设有 绕Y轴旋转动平台，在所述的固定台上安装有通过第三高品质弹性联轴 节与所述的绕Y轴旋转动平台传动连接的第二步进电机，在所述的绕Y 轴旋转动平台上设有转接台，在所述的转接台上方布置有所述的高精密 通用的集成光子芯片夹具和真空吸附口，每台六维高精度运动平台的结 构是在所述的底板上设有X轴轴向运动平台，所述的X轴轴向运动平台 的动平台与Z轴轴向运动平台的固定台连接，在所述的Z轴轴向运动平 台的动平台上设有连接体，所述的连接体与Y轴轴向运动平台的固定台 连接，所述的Y轴轴向运动平台的驱动电机尾部向下，所述的Y轴轴向 运动平台的动平台与绕Y轴旋转Ty运动平台的固定台连接，在所述的 绕Y轴旋转Ty运动平台的动平台上设有转接板，所述的转接板与绕X 轴旋转Tx运动平台的固定台连接，所述的绕X轴旋转Tx运动平台的动 平台与绕Z轴旋转Tz运动平台的固定台连接，在所述的绕Z轴旋转Tz 运动平台的动平台上设有Z轴轴向微动平台，在所述的Z轴轴向微动平 台上设有连接板和夹具，所述的高精密通用的波导夹具设在所述的夹具 上与所述的集成光子芯片夹具对应。对于六维高精度运动平台，从下至上布局依次是X轴轴向运动平台、 Z轴轴向运动平台、Y轴轴向运动平台、绕Y轴旋转Ty运动平台、绕X 轴旋转Tx运动平台、绕Z轴旋转Tz运动平台，其中Y轴轴向运动平台 的驱动电机尾部向下，通过连接体与Z轴轴向运动平台连接；绕Y轴旋 转Ty运动平台与绕X轴旋转Tx运动平台则通过转接板连接，这种布局 可方便整个平台扩展IR-CCD，机器视觉，点胶装置等外设设备。六维高精度运动平台考虑到抗倾覆力矩安全系数尺，为保证整体平 台的稳定和在精度上的要求，六维高精度运动平台有重心设在X轴轴向 运动平台和Z轴轴向运动平台的交点上。所述的X轴轴向运动平台、Z轴轴向运动平台和Y轴轴向运动平台 的结构是在第一固定台上设有线性滑块导轨，所述的线性滑块导轨两端 设有零位开关和限位开关，在所述的线性滑块导轨上滑动设有第一动平 台，交流伺服电机通过安装台安装在所述的第一固定台上并通过高品质 弹性联轴节连接有高精密滚珠螺杆，所述的高精密滚珠螺杆通过滑块与所述的第一动平台连接，在所述的第一固定台上设有RS232接口，在所 述的第一动平台上设有光栅尺。采用交流伺服电机驱动与光栅尺实现闭 环控制，RS232接口，双边重复精度达到士O. lu m，光栅尺的理论分辨 率达到10nm，并且电机和滚珠螺杆通过高品质弹性联轴节连接；所述的绕Y轴旋转Ty运动平台、绕X轴旋转Tx运动平台和绕Z轴 旋转Tz运动平台的结构是在第二固定台上滑动设有第二动平台，第一 步进电机安装在所述的第二固定台上并通过第二高品质弹性联轴节连 接有蜗杆，在所述的第二动平台上设有与所述的蜗杆啮合的蜗轮，在所 述的第一步进电机上设有RS232接口。其高精密旋转轴系和精密研配的 蜗轮蜗杆结构，具有限位功能，初始零位功能，采用第一步进电机实现 开环控制，RS232接口，步进电机的理论分辨率为0.0001。，双边重复精度 达到± 0.001°。所述的Z轴轴向微动平台采用压电陶瓷进行驱动，运动精度达到纳 米级。所说的中间运动平台包含的绕Y轴旋转平台，其分别包括高精密旋 转轴系、精密轴承导轨和精密研配的蜗轮蜗杆结构，采用第二步进电机 实现开环控制，RS232接口，第二步进电机的理论分辨率为0.0001。，双边重复精度达到士o.oor，并且第二步进电机和滚珠螺杆通过第三高品质弹性联轴节连接。综上所述，本专利技术是一种对准高精度高、使用方便、多通用且扩展 外设设备空间大的集成光子芯片与阵列光纤自动对准的机械装置。附图说明图1是本专利技术的结构示意图； 图2是本专利技术的中间运动平台的结构示意图； 图3是轴向运动平台的结构示意图； 图4是绕轴旋转平台的结构示意图； 图5是两阵列波导存在径向偏移的原理简图； 图6是两阵列波导存在角度偏移的原理简图； 图7是两波导存在波导端面分离的原理简图。 具体实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成光子芯片与阵列光纤自动对准的机械装置，包括集成光子芯片夹具（５０３）和波导夹具，其特征是：在底板（１００）上设有中间运动平台（２００），在所述的底板（１００）上设有以所述的中间运动平台（２００）左右对称分布的两台六维高精度运动平台，所述的中间运动平台（２００）是在固立台（２０２）上设有固定台（２０１３），在所述的固定台（２０１３）上转动设有绕Ｙ轴旋转动平台（２０１４），在所述的固定台（２０１３）上安装有通过第三高品质弹性联轴节（２０１２）与所述的绕Ｙ轴旋转动平台（２０１４）传动连接的第二步进电机（２０１１），在所述的绕Ｙ轴旋转动平台（２０１４）上设有转接台（２０３），在所述的转接台（２０３）上方布置有所述的高精密通用的集成光子芯片夹具（５０３）和真空吸附口（５０３１），每台六维高精度运动平台的结构是在所述的底板（１００）上设有Ｘ轴轴向运动平台，所述的Ｘ轴轴向运动平台的动平台与Ｚ轴轴向运动平台的固定台连接，在所述的Ｚ轴轴向运动平台的动平台上设有连接体，所述的连接体与Ｙ轴轴向运动平台的固定台连接，所述的Ｙ轴轴向运动平台的驱动电机尾部向下，所述的Ｙ轴轴向运动平台的动平台与绕Ｙ轴旋转Ｔｙ运动平台的固定台连接，在所述的绕Ｙ轴旋转Ｔｙ运动平台的动平台上设有转接板，所述的转接板与绕Ｘ轴旋转Ｔｘ运动平台的固定台连接，所述的绕Ｘ轴旋转Ｔｘ运动平台的动平台与绕Ｚ轴旋转Ｔｚ运动平台的固定台连接，在所述的绕Ｚ轴旋转Ｔｚ运动平台的动平台上设有Ｚ轴轴向微动平台，在所述的Ｚ轴轴向微动平台上设有连接板和夹具，所述的高精密通用的波导夹具设在所述的夹具上与所述的集成光子芯片夹具（５０３）对应。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：段吉安，郑煜，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]