光纤有源器件自动激光焊接装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光纤有源器件自动激光焊接装置，它包括工作台、控制单元、激光焊接机构和精密对接机构，激光焊接机构和精密对接机构都安装于工作台上；该精密对接机构包括光纤位置调整机构和光源器件位置调整机构，光纤位置调整机构包括三个依次相互垂直叠放的一维平移台，光纤器件夹具固定于平移台上；光源器件位置调整机构包括二维的角度倾斜台和两个正交放置结构完全相同的微动平台，微动平台安装于角度倾斜台的上方；控制单元包括主控计算机和光功率计，并通过电缆分别与其他机构相连。本发明专利技术具有结构简单、控制简单、成本低廉、大行程与高分辨率相结合等优点，能实现光纤有源器件封装的自动对准和焊接封装操作，从而提高器件封装的成品率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及到光纤器件的亚微米制造理论与关键
，特指一种光纤有源器件自动激光焊接装置。
技术介绍
现有技术中，光纤有源器件包括光源(LD、LED)、探测器、光放大器、光源—光纤耦合器、光源—探测耦合器等各类光电子器件的组件与模块。光纤有源器件是光纤应用系统的核心，不仅影响系统的性能，还对整个系统的成本有极大的影响。如何将光从光源耦合进光纤，获得高的耦合效率，是光纤有源器件封装的关键问题。核心技术是实现亚微米对准和焊接。目前光纤有源器件封装中的对准大都是通过手工完成的。首先在显微镜的帮助下初步对准光源器件和单模光纤，使单模光纤获得一定量的初始耦合功率，然后通过监测耦合进单模光纤的光功率，手动调整光源器件与单模光纤的相对位置实现精密对准，最后用激光焊接固定封装组件。由于手工操作，因此特别依赖于操作技工的熟练程度，同时也具有速度慢、产量低、成品率低、器件性能一致性差、产品成本和价格高等缺点，目前军事和民用领域对高性能、低成本的光纤有源器件需求越来越大，因此需要研制自动激光焊接装置，以完成亚微米尺度上的自动对准和焊接封装，而在这其中，最关键技术就在于高运动分辨率的对准机构。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种具有结构简单、控制简单、成本低廉、大行程与高分辨率相结合等优点，能实现光纤有源器件封装的自动对准和焊接封装操作，从而提高器件封装的成品率的光纤有源器件自动激光焊接装置。为了解决上述技术问题，本专利技术提出的解决方案为一种光纤有源器件自动激光焊接装置，其特征在于它包括工作台、控制单元、激光焊接机构和精密对接机构，激光焊接机构和精密对接机构都安装于工作台上；该精密对接机构包括光纤位置调整机构和光源器件位置调整机构，所述光纤位置调整机构包括三个结构完全相同的X轴平移台、Y轴平移台和Z轴平移台以及光纤器件夹具，Y轴平移台、X轴平移台和Z轴平移台依次相互垂直叠放，光纤器件夹具固定于Z轴平移台上；所述光源器件位置调整机构包括一个二维的角度倾斜台和两个正交放置结构完全相同的X向微动平台和Y向微动平台，X向微动平台和Y向微动平台安装于二维的角度倾斜台的上方；控制单元包括主控计算机和光功率计，主控计算机通过电缆分别与光纤位置调整机构和光源器件位置调整机构相连。所述X向微动平台和Y向微动平台采用相同结构的微动平台，该微动平台包括步进电机、连接螺杆、压缩弹簧、微动平台主体、柔性铰链、平面轴承和微位移输出单元；连接螺杆的一端固定于步进电机的输出轴上，另一端通过轴与微动平台主体相连；轴的前端套上压缩弹簧，该压缩弹簧的另一端套在平面轴承上，该压缩弹簧穿设于微动平台主体上开设的限位槽内，平面轴承通过平面轴承定位孔与微位移输出单元连接；微位移输出单元通过四个柔性铰链与微动平台主体相连，四个相邻的柔性铰链构成平行四边形。所述角度倾斜台包括倾斜台底座、第一角度倾斜板、第二角度倾斜板、倾斜工作台、第一步进电机、第二步进电机、第一压缩弹簧、第二压缩弹簧和钢球，倾斜台底座安装于工作台上，第一角度倾斜板和第二角度倾斜板依次叠放于倾斜台底座的上方，倾斜工作台固定于第二角度倾斜板的上方，且第一角度倾斜板与第二角度倾斜板以及第一角度倾斜板与倾斜台底座之间均设有钢球；第一步进电机通过第一步进电机固定件固定于倾斜台底座的一侧上，第一步进电机的输出轴与设置于第一角度倾斜板一侧上的第一压缩弹簧相连；第二步进电机通过第二步进电机固定件固定于倾斜工作台的上方，第二步进电机的输出轴与设置于倾斜工作台上的第二压缩弹簧相连。所述X轴平移台、Y轴平移台和Z轴平移台采用相同的一维运动平移台，该一维运动平移台包括步进电机固定件、步进电机、联轴器、螺纹丝杠、平移台本体、滚珠导轨以及平移台工作面，步进电机通过步进电机固定件安装于平移台本体的一侧，螺纹丝杠位于平移台本体中部镂空部，螺纹丝杠的一端通过联轴器与步进电机的输出轴相连，平移台工作面安装于螺纹丝杠上且与平移台本体保持面接触连接，于平移台工作面和平移台本体的接触面上设有滚珠导轨。所述激光焊接机构包括固体激光器、分光器、三根相同的传输光纤、三个完全相同的聚焦镜以及聚焦镜调整机构，三个聚焦镜通过聚焦镜调整机构均布于工作台上，每两个聚焦镜之间呈120°的夹角，每个聚焦镜通过传输光纤依次与固体激光器、分光器以及控制单元相连。所述光纤夹具包括主夹头、副夹头、连接轴和弹簧，该光纤夹具通过光纤夹具支架固定于Z轴平移台上，主夹头和副夹头通过连接轴铰接，并于主夹头和副夹头之间设有一弹簧。与现有技术相比，本专利技术的优点在于1、本专利技术的光纤有源器件自动激光焊接装置中精密对接机构的机械本体采用模块化设计，通过积木式组合实现多自由度的位置调整，其适应性强、灵活性大根据器件与光纤对准时不同方向的对准精度的不同要求，运动系统采用粗调节和精调节结合的方式，既能满足大行程的要求，又能达到高精度的要求；2、本专利技术的光纤有源器件自动激光焊接装置中光纤位置调整机构使用三个丝杠驱动，滚珠导轨传动的一维精密平移台组合成X方向、Y方向以及Z方向三个自由度的运动，进行光纤与器件在这三个方向上的对准，实现X方向和Y方向粗对准的位置调整以及Z方向的对准位置调整；3、本专利技术的光纤有源器件自动激光焊接装置的光源器件位置调整机构使用了一个二维角度倾斜台，从而可以调整光源器件与光纤的平行度，尽量消除它们之间的角度偏差。由于器件与光纤的最佳耦合受垂直于光轴的横向错位影响最大，因此横向对准需要更高运动分辨率的运动平台。器件位置调整机构中包括两个自行设计的微动平台，实现X方向和Y方向的精密对准；4、本专利技术的光纤有源器件自动激光焊接装置所设计的微动平台通过步进电机驱动，利用柔性铰链的弹性变形实现高运动分辨率的微位移，由于采用平行四边形的柔性铰链结构，避免了在X、Y的垂直方向上产生交叉耦合位移，保证了输出位移的直线性；5、本专利技术的光纤有源器件自动激光焊接装置所有运动平台都由步进电机驱动，控制简单，系统成本低。通过运动平台的上述组合，实现器件与光纤在X、Y、Z、θX、θY五个自由度上的对准。综上所述，本专利技术的光纤有源器件自动激光焊接装置结构简单、成本低、控制方便、自动化程度高，微动平台运动分辨率高，无爬行和间隙，不存在不同运动方向的交叉耦合，可实现高分辨率的对准操作，提高了器件封装的成品率；其中精密对接机构也可以用于微细加工、微电子装配等需要微定位和微操作的场合，而且可以采取不同的组合方式。附图说明图1是本专利技术光纤有源器件自动激光焊接装置的主视示意图；图2是本专利技术光纤有源器件自动激光焊接装置的俯视示意图；图3是本专利技术精密对接机构中光纤位置调整机构主视示意图；图4是本专利技术精密对接机构中光纤位置调整机构俯视示意图；图5是本专利技术光纤位置调整机构中Y轴向平移台的主视示意图；图6是本专利技术光纤位置调整机构中Y轴向平移台的俯视示意图；图7是本专利技术光源器件位置调整机构的主视示意图；图8是本专利技术光源器件位置调整机构的俯视示意图； 图9是本专利技术光源器件位置调整机构中微动平台的主视示意图；图10是图9中A-A的剖视示意图；图11是光源器件位置调整机构中二维角度倾斜台的主视示意图；图12是光源器件位置调整机构中二维角度倾斜台的俯视示意图；图13是本专利技术中光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤有源器件自动激光焊接装置，其特征在于：它包括工作台（１）、控制单元、激光焊接机构和精密对接机构，激光焊接机构和精密对接机构都安装于工作台（１）上；该精密对接机构包括光纤位置调整机构（３）和光源器件位置调整机构（２），所述光纤位置调整机构（３）包括三个结构完全相同的Ｘ轴平移台（３２）、Ｙ轴平移台（３３）和Ｚ轴平移台（３４）以及光纤器件夹具（５），Ｙ轴平移台（３３）、Ｘ轴平移台（３２）和Ｚ轴平移台（３４）依次相互垂直叠放，光纤器件夹具（５）固定于Ｚ轴平移台（３４）上；所述光源器件位置调整机构（２）包括一个二维的角度倾斜台（２１）和两个正交放置结构完全相同的Ｘ向微动平台（２２）和Ｙ向微动平台（２３），Ｘ向微动平台（２２）和Ｙ向微动平台（２３）安装于二维的角度倾斜台（２１）的上方；控制单元包括主控计算机（７）和光功率计（６）并通过电缆分别与光纤位置调整机构（３）和光源器件位置调整机构（２）相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李圣怡，吴宇列，戴一帆，淳静，张爱成，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]