一种用于光波导器件和光纤阵列自动对准的方法技术

本发明专利技术提供一种用于光波导器件和光纤阵列自动对准的方法，包括粗对准、精对准、各个通道能量的均衡，其精对准采用混合型自动对准算法，包括先用设置较大扫描范围和较大步长，用数值绘图式对准算法初步寻找Ｋ通道的能量相对最大值的位置，然后设置较小扫描范围和步长，用主动反馈式对准算法进一步找到的Ｋ通道的能量最大值（可能是能量的次最大峰值）位置，再设置较小扫描范围和步长用数值绘图式对准算法找到的Ｋ通道的最后能量绝对最大值的位置，再用旋转法找到Ｊ通道的能量最大值的快速对准方法。对准过程采用角度补偿扫描技术防止阵列光纤和波导器件碰撞，对准后计算机判断两个通道的能量值之差是否最小或为设定值来调整各个通道能量的均衡。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，用于光波导器件的耦合封装中，将波导器件上的各导光通道(即波导)和光纤阵列中的光纤一一对准的方法。
技术介绍
平面光波导器件正在快速进入光通信市场，但其难度较大的封装工作成为限制其发展的瓶颈。平面光波导器件的封装涉及光纤阵列和波导器件的六维精密对准，难度较大，目前国内外的器件厂商一般都采取手工耦合封装的做法。手工耦合波导器件有速度慢，对准的精度差，重复性差，人为因素多，不能规模化生产等缺点，使平面光波导器件在市场上缺乏竞争力。因此，平面光波导器件自动化耦合封装系统是非常有市场前景的，它会使封装出的波导产品具有更好的重复性，更高的质量和大的产量，使光波导器件在市场上更加具有竞争力。具体来讲，光波导器件的耦合封装是指将波导器件上的各导光通路(也即波导)和光纤阵列中的光纤一一对准，然后再用环氧胶将其粘接在一起的技术，其中波导器件和光纤阵列的精确对准是该项技术的关键。图1、2和图3是一般波导器件的示意图，图4、5和图6是光纤阵列的示意图。从图中可以看出，波导器件(输出端)中的波导在同一个平面上，且相互间距为D微米，波导本身的尺寸一般只有几个微米，而光纤阵列输出端的各光纤也在同一平面内，相互间距也为D微米，光纤纤芯的尺寸为8～9微米，因此，要想让波导器件输出端的各个波导和光纤阵列输出端的各光纤一一平行对准，对准误差必须非常的小，因此难度是很大的，所需时间也很长。专利申请99801271对准光纤阵列的方法给出了最新技术，但无论是对准精度和扫描过程均存在一些技术问题。特别是高速准确对准仍然是一个重大课题。
技术实现思路
本专利技术的目的是结合利用各种方法特点，研制一种对准速度快、误差小、各个通道能量均衡的光波导器件和光纤阵列自动对准的方法。本专利技术的自动对准方法包括粗对准、精对准、各个通道能量的均衡，其精对准采用混合型自动对准算法，包括先用设置较大扫描范围和步长绘出X、Y方向的三维能量分布图，计算机找到K通道的能量最大值(能量相对最大值)的位置，然后设置较小扫描范围和较小步长，比较每一步能量的变化，用主动反馈对准算法进一步找到K通道的能量最大值(可能是能量的次最大峰值)位置，再设置较小扫描范围和较小步长，用三维能量绘图式对准算法找到K通道的最后能量最大值(能量的绝对最大值)位置，然后用沿Z轴旋转法找到J通道的能量最大值位置。所述的光波导器件和光纤阵列自动对准的方法，其精对准过程具体步骤包括(1)首先设定一个适当的扫描范围60～200微米，计算机指挥微调架沿X，Y方向按步移动，步长设定为3～5微米，每移动一步，计算机就采集功率计上的功率值P，当扫描完成后，计算机就会将记录下的功率值沿X和Y方向绘出三维能量分布图，然后找出K通道能量相对最大值PK的位置，并指挥微调架带动光纤阵列移动到该位置，再以此位置为中心重复上述过程，直到找出K通道能量最大值PK的位置，(2)在(1)的基础上，设定扫描范围20～60微米，移动步长0.1～0.5微米，计算机控制光纤阵列沿Z轴移动到很靠近波导器件的位置，然后光纤阵列沿X和Y方向扫描，光纤阵列从起始点开始按步长移动，每移动一步，计算机就读取功率计上的波导器件第K通道的能量值，并比较该值Pnow和上一步移动完成后的能量值Plast，如果Pnow大于Plast，则光纤阵列继续按原来方向移动，否则运动方向顺时针旋转180度继续移动；同样继续采集并比较Pnow和Plast的值，如果Pnow大于Plast，则光纤阵列继续按原来方向移动，否则运动方向顺时针旋转90度继续移动，如果Pnow大于Plast，则光纤阵列继续按原来方向移动，否则运动方向顺时针旋转180度继续移动，直到找到能量最大值PK的位置为止，这就是主动反馈方式对准算法，(3)在(2)的基础上，设定扫描范围5～10微米，移动步长0.1～0.5微米，计算机指挥微调架同时沿X，Y方向按步移动，每移动一步，计算机就采集功率计上的功率值PK，当扫描完成后，计算机就会将记录下的功率值沿X和Y方向绘出三维能量分布图，然后找出K通道能量最大值的位置，并指挥微调架带动光纤阵列移动到该位置，再以此位置为中心重复上述过程，直到找出K通道能量最大值PK的位置，(4)完成(1)、(2)、(3)后，计算机控制微调架2开始沿Z轴转动，使波导器件的输出波导J和光纤阵列的输出光纤J对准，这样功率计上的第J个通道读数值为PJ，计算机通过采集功率计上的功率值PJ并将其做为反馈信息来指挥微调架2转动，直到找到PJ为最大值的位置，因为转动轴不一定在光纤阵列的中心，所以微调架2转动时，光纤阵列的第K通道可能会偏离最佳位置，使PK值变小，因此微调架2转动时也需要同时沿X和Y方向移动，继续保持光纤阵列第K通道的最佳位置。所述的光波导器件和光纤阵列自动对准的方法，其精对准过程采用了角度补偿，当阵列光纤在设定范围内按设定步长沿X和Y方向进行扫描时，每当Y值增加ΔY时，阵列光纤就沿背离波导器件的方向沿Z轴移动ΔZ＝ΔY·ctgθ，其中θ为波导器件左、右端面的倾斜角，当Y值减小ΔY时，阵列光纤就沿靠近波导器件的方向沿Z轴移动ΔZ＝ΔY·ctgθ。所述的光波导器件和光纤阵列自动对准的方法，其波导器件端面和光纤阵列端面平行的实现方法是计算机控制电荷耦合器件CCD1和CCD2移动到波导器件的输入端，通过计算机的显示器可观察到光纤阵列1和波导器件输入端的上表面和侧面，通过图象处理的办法判断光纤阵列1的端面和波导器件输入端的端面之间的夹角，与设定值比较，调节光纤阵列1，使其端面和波导器件的输入端面平行，对波导器件的输出端采用同样的方法。所述的光波导器件和光纤阵列自动对准的方法，其波导输入端的粗对准是通过电荷耦合器件CCD1观察波导输入端和光纤阵列1的上表面放大了的图象，通过CCD2观察波导输入端和光纤阵列1的侧面放大了的图象，利用这些图象信息读出坐标值与设定值比较，计算机控制微调架1运动来实现波导器件的输入端和光纤阵列1的粗对准，再将光纤阵列2移开，通过CCD3利用计算机的显示器来观察透过波导器件的光斑，当光斑变为最亮时，就认为波导输入端的粗对准完成。波导输出端的粗对准是在波导输入端的粗对准完成后，通过电荷耦合器件CCD1观察波导输出端和光纤阵列2的上表面放大了的图象，通过CCD2观察波导输出端和光纤阵列2的侧面放大了的图象，利用这些图象信息读出坐标值与设定值比较，计算机控制微调架2运动来实现波导器件的输出端和光纤阵列2的对准，当功率计上显示该通道有部分光能量时，就认为波导输出端的粗对准完成。所述的光波导器件和光纤阵列自动对准的方法，在精对准后调整各个通道能量的均衡，计算机控制微调架2沿X和Y方向扫描，与此同时，计算机判断第K通道的能量值和另一指定J通道的能量值之差或判断所有通道中的最大能量值和最小值之差是否最小或为设定值，如果是，就结束微调架2的扫描运动，否则继续扫描，直到满足上述条件为止。其中J与K是的距离越远越好，一般J是前N/2个通道中的任意一个指定通道，K是后N/2个通道中的任意一个指定通道。所述的光纤阵列运动时的轨迹函数表达式为 其中 n的取值从1到N， 这里L为扫描范围，a为扫描步长，或表达式为y＝y0+kx 其中 mT＜x＜(m+1)T， y0和T为设定常数。或函数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于光波导器件和光纤阵列自动对准的方法，包括粗对准、精对准、各个通道能量的均衡，其特征是精对准采用混合型自动对准算法，包括先用设置较大扫描范围和步长绘出Ｘ、Ｙ方向的三维能量分布图，自动对准算法初步找到的Ｋ通道的能量相对最大值位置，然后设置较小扫描范围和较小步长，比较每一步能量变化，用主动反馈方式对准算法进一步找到的Ｋ通道的能量最大值位置，再设置较小扫描范围和较小步长，用三维能量绘图式对准算法找到的Ｋ通道的最后能量绝对最大值位置，然后用沿Ｚ轴旋转法找到Ｊ通道的能量最大值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马卫东，杨涛，许远忠，
申请(专利权)人：武汉光迅科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]