本发明专利技术公开了一种新的光纤准直器封装工艺，自聚焦透镜斜端面相位在装配前已经确定并处于固定位置，再使光纤插针在未插入不锈钢金属套筒前，利用ＣＣＤ成像系统，通过检测和调整光纤插针斜端面相位，已经基本保证了光纤插针与自聚焦透镜（ＧＲＩＮ）的两个斜端面的平行。然后，将插针在不锈钢套筒内作进给运动插入不锈钢套筒，以调节插针和自聚焦透镜在不锈钢金属套筒中的间隙，同时光纤插针作微旋转，用光学仪器对入射于光纤并由自聚焦透镜出射的光信号进行监控，便能很快地使斜面插针达到最佳位置，保证输出的光功率最大，以提高生产效率，保证产品制造质量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光通信元件的先进制造领域，它涉及一种光纤准直器封装新工艺。
技术介绍
光纤准直器是光源元器件的基础元件。光纤准直器的作用是将光纤中出射的发散光经准直器后变成平行光束或者将平行光束汇聚进入光纤中去，以提高光纤器件的耦合效率。光纤准直器在光通信器件中(如激光器、探测器、光隔离器、光环形器、光开关、光衰减器、光波分复用器等)有着广泛应用。随着光通信系统向大容量、高速率方向的迅速发展，对光纤准直器的产业化制造提出的技术要求也越来越高。而光纤准直器的封装效率与质量是制约其批量生产制造的“瓶颈”问题之一。光纤准直器(Collimator)是光纤通信系统和光纤传感系统中的基本光学器件，它由四分之一节距的自聚焦透镜(GRIN)和带有光纤的插针以及不锈钢金属套筒组成。自聚焦透镜和光纤、插针的材质均为SiO2。自聚焦透镜和插针各有与端面角度为γ的斜面(γ一般为8°)(如图1所示)。目前现有的光纤准直器的装配工艺一般为第一步，将自聚焦透镜固定地装在不透明的微小偏心不锈钢金属套筒内的一端。第二步，将带有光纤的斜面插针插入不锈钢金属套筒另一端，并作进给和旋转运动，以调节不锈钢金属套筒中光纤插针斜端面与自聚焦透镜斜端面的平行度和间隙，同时用光学仪器(如光功率计)对入射于光纤并由自聚焦透镜出射的光信号进行监控，当检测到的光传输特性最佳时(如输出的光功率达到最大时)，则认为斜面插针调整到了最佳位置。然后给插针涂覆固定胶，实现封装。封装过程中，要对准直器元件加热，以使粘胶固化。目前准直器制造急待解决的关键技术，是实现以最短的时间与最低的成本获得最低的稳定插入损耗。在影响准直器插入损耗的因素中，一般认为，光纤插针与自聚焦透镜两斜端面的平行度和间隙占主导地位，即它的装配工艺直接影响整个器件的性能参数。但在不透明的不锈钢金属套筒中调节光纤插针斜端面与自聚焦透镜斜端面的平行度有相当的难度。因此现有的光纤准直器封装工艺有待进一步改进。
技术实现思路
针对已有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种新的光纤准直器封装工艺，以提高生产效率，保证产品制造质量。本专利技术解决技术问题的技术方案如下一种新的光纤准直器封装工艺，其工艺步骤如下A、将自聚焦透镜固定装在不透明的不锈钢金属套筒内的一端；B、光纤插针水平放置在不锈钢金属套筒的另一端外侧，CCD成像系统与水平面垂直，CCD成像系统的物镜位于水平放置的光纤插针的下面或上面，则光纤插针的端面被放大成像于CCD的光敏面上；调节成像系统，便可由CCD得到光纤端面的投影图像，利用这个投影图像和原图像的关系，得到光纤插针的相位信息，并由此对光纤插针的旋转角度进行调节，使光纤插针的斜端面与自聚焦透镜的斜端面平行；C、然后保持插针水平方向插入不锈钢套筒，使光纤插针在不锈钢套筒内作进给运动，以调节插针和自聚焦透镜在不锈钢金属套筒中的间隙，同时光纤插针作微旋转，用光学仪器对入射于光纤并由自聚焦透镜出射的光信号进行监控，便能快速地使斜面插针达到最佳位置，输出的光功率达到最大；D、然后给插针涂覆固定胶，实现封装。光纤插针的斜端面及其投影如图2所示。在装配中，光纤插针放置水平面，CCD成像系统与水平面垂直，光纤插针放置在CCD成像系统的物镜(显微镜物镜)的下面(或上面)，则光纤插针的端面被放大成像于CCD的光敏面上。调节成像系统，便可由CCD得到清晰光纤端面的投影图像。利用这个投影图像和原图像的关系，得到光纤插针的相位信息，并由此对光纤插针进行旋转调节，使光纤插针的斜端面与自聚焦透镜的斜端面(GRIN)平行，为下一工步做好准备。由几何光学，原平面和实际的投影平面的面积有以下关系 其中，S为平面的面积，α为投影平面和原平面的夹角。由于CCD摄像机得到的图像就是光纤插针斜端面投影平面的图像，假设得到光纤插针斜端面投影的图像面积为S图像投影，成像系统的线放大倍率为β，则实际的投影面积为 设装配工作台平面为水平面。当显微镜和CCD摄相机垂直于装配工作台放置时，投影平面就是工作台平面即水平面。所以光纤插针斜端面和水平面的夹角α可由以下公式求出 所以有 假设光纤插针斜端面的法矢量位于XOZ平面内，如图3第一个图所示。并设水平面的单位法矢量为n→1=(1,0,0).]]>由于光纤插针端面被加工抛光成γ的斜面，在光纤插针斜端面绕Z轴线旋转的同时，法矢量也绕Z轴旋转，但法矢量的端点却始终在一圆上，如图3第一个图所示。当光纤绕轴线旋转θ角时，光纤端面和水平面的夹角可以由各自法矢量的夹角求得。图3第二个图为法矢量端点的运动图，假设法矢量OP的长度为单位长度l，则O’P的长度为sinγ，当光纤绕Z轴旋转θ角时，法矢量在Z轴投影OO’为cosγ，而在X轴、Y轴上的投影分别为-sinγcosθ和sinγsinθ，因此其法矢量为n→2=(-sinγcosθ,sinγsinθ,cosγ).]]>所以水平面法矢量和光纤端面法矢量的夹角α可以由以下公式求得，即cosα=|x1·x2+y1·y2+z1·z2|x12+y12+z12·x22+y22+z22---(5)]]>将水平面法矢量 和光纤端面法矢量 代入公式(5)得cosα＝|-sinγcosθ|＝sinγcosθ (6)联立公式(3)和公式(6)，最终可以得到光纤插针需要旋转的角度θ(逆时针方向) 其中光纤端面图像面积即S图像投影的算法为利用数字图像处理的方法计算光纤插针端面的投影面积。对用CCD采集到的包含光纤插针端面的数字图像，先用滤波算法去除噪声，然后根据光纤插针端面图像的颜色(或灰度)信息采用串行边界分割算法对图像进行处理，分割出目标，并通过扫描图像，计算出光纤端面目标在图像中所占的像素，即可精确地计算出光纤端面的图像面积。设通过图像处理计算出图像端面所占的像素为N1，而显示器平面的面积为S显示器面积，显示器的分辨率为N，则图像端面投影面积可用下式计算 本专利技术的光纤准直器封装工艺，由于自聚焦透镜(GRIN)斜端面相位在装配前已经确定并处于固定位置，并且方向矢量在XOZ平面内，再使光纤插针在未插入不锈钢金属套筒前，通过检测和调整光纤插针斜端面相位，已经基本保证了光纤插针与自聚焦透镜(GRIN)的两个斜端面的平行。然后，只要保持插针以正确姿态插入不锈钢套筒，并使光纤插针在不锈钢套筒内作进给运动，以调节插针和自聚焦透镜在不锈钢金属套筒中的间隙，同时光纤插针作微旋转，用光学仪器(如光功率计)对入射于光纤并由自聚焦透镜出射的光信号进行监控，便能很快地使斜面插针达到最佳位置，保证输出的光功率最大，以提高生产效率，保证产品制造质量。附图说明图1为光纤准直器结构的结构示意图；图2为光纤插针斜端面及投影的示意图；图3为光纤旋转θ角的法矢量示意图及法矢量端点的运动图；图4为光纤插针斜端面角度测试装置结构示意图。图中标号说明1-光纤插针 2-自聚焦镜头3-金属套筒 4-CCD成像系统 5本文档来自技高网...
【技术保护点】
种新的光纤准直器封装工艺，其工艺步骤如下：Ａ、自聚焦透镜固定装在不透明的不锈钢金属套筒内的一端；Ｂ、光纤插针水平放置在不锈钢金属套筒的另一端外侧，ＣＣＤ成像系统与水平面垂直，ＣＣＤ成像系统的物镜位于水平放置的光纤插针的下面或 上面，则光纤插针的端面被放大成像于ＣＣＤ的光敏面上；调节成像系统，便可由ＣＣＤ得到光纤端面的投影图像，利用这个投影图像和原图像的关系，得到光纤插针的相位信息，并由此对光纤插针的旋转角度进行调节，使光纤插针的斜端面与自聚焦透镜的斜端面平行； Ｃ、然后保持插针水平方向插入不锈钢套筒，使光纤插针在不锈钢套筒内作进给运动，以调节插针和自聚焦透镜在不锈钢金属套筒中的间隙，同时光纤插针作微旋转，用光学仪器对入射于光纤并由自聚焦透镜出射的光信号进行监控，便能快速地使斜面插针达到最佳位 置，输出的光功率达到最大；Ｄ、然后给插针涂覆固定胶，实现封装。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：裘建新，钟平，宓一鸣，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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