專利名稱：波導(dǎo)芯片和pd陣列耦合的對(duì)準(zhǔn)裝置及利用其對(duì)準(zhǔn)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是ー種光通信領(lǐng)域光學(xué)傳輸介質(zhì)和半導(dǎo)體光電子器件的混合集成方法，特別涉及的是光波導(dǎo)芯片和光探測(cè)器件之間的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)裝置以及對(duì)準(zhǔn)方法，本發(fā)明屬于通信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光通信技術(shù)日益發(fā)展，其傳輸速率也在不斷提高。目前，40G技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，40G技術(shù)未來的發(fā)展方向是逐步降低設(shè)備成本。接下來幾年，100G技術(shù)將逐步代替40G技術(shù)成為主流的高速新傳輸商用技木。速率在不斷提升，但通信系統(tǒng)的本質(zhì)沒有變，光通信系統(tǒng)由數(shù)據(jù)源、光發(fā)送端、光學(xué)信道和光接收端組成，其中需要使用光學(xué)發(fā)射器、光學(xué)傳輸 介質(zhì)和光學(xué)接收器。LD (Laser Diode,激光二極管)或 VCSEL (Vertical Cavity SurfaceEmitting Laser,垂直表面發(fā)射激光器)主要被用作光學(xué)發(fā)射器，光纖、PLC (PlanarLightwave Circuit，平面光波電路)器件主要被用作光學(xué)傳輸介質(zhì)，半導(dǎo)體光電子器件，例如F1D (Photo-Diode,光電ニ極管)主要被用作光電接收器。在光學(xué)接收機(jī)中，光信號(hào)經(jīng)過波導(dǎo)芯片進(jìn)入ro中實(shí)現(xiàn)光到電的轉(zhuǎn)換，光信號(hào)從波導(dǎo)芯片ro的耦合技術(shù)是光學(xué)接收機(jī)中一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。高速光通信的發(fā)展越來越迅速，其中ー個(gè)很重要的特點(diǎn)是器件集成度提高，光子集成技術(shù)將更廣泛的應(yīng)用在系統(tǒng)中。100G光通信中采用PM-QPSK調(diào)制，PM-QPSK是ー種偏振的復(fù)用及相位的調(diào)制，其接收機(jī)的電速率達(dá)25Gbps。因?yàn)楣馓綔y(cè)器的帶寬與半導(dǎo)體材料內(nèi)載流子穿越時(shí)間和信號(hào)處理電路響應(yīng)時(shí)間有關(guān)，所以與低速ro相比高速ro光電探測(cè)器具有更小的穿越時(shí)間，其光敏面也更小。例如，HAMAMATSU公司的速率為500Mbps的PD，其光敏面大小為O. 3mm ;速率為IGbps的PD，光敏面大小約為O. 2mm ;某公司25Gbps的PD，其光敏面大小為24um。波導(dǎo)芯片與ro對(duì)準(zhǔn)目前有以下常用方案
采用傳統(tǒng)機(jī)械標(biāo)識(shí)的無源對(duì)準(zhǔn)方案，通過機(jī)械標(biāo)識(shí)，標(biāo)明ro及波導(dǎo)預(yù)先設(shè)計(jì)的位置，通過貼片分別把ro和波導(dǎo)粘接到標(biāo)識(shí)位置，機(jī)械標(biāo)識(shí)容易達(dá)到O. Imm的精度，滿足低速ro的耦合對(duì)準(zhǔn)的精度要求。而對(duì)于高速ro來說，其光敏面僅24um，其對(duì)準(zhǔn)精度需要達(dá)10um，機(jī)械標(biāo)識(shí)精度已經(jīng)不能滿足高速ro的準(zhǔn)精度要求。監(jiān)控光電流的有源對(duì)準(zhǔn)方式，即給波導(dǎo)芯片輸入紅外光，并且讓光探測(cè)器處于運(yùn)行狀態(tài)，反復(fù)、仔細(xì)調(diào)整波導(dǎo)的位置，使光探測(cè)器輸出光電流達(dá)到最大值，此時(shí)耦合效率最高。有源對(duì)準(zhǔn)方式通過皮安表監(jiān)控光電流，光電流最大吋，耦合效率最高，這種方案是耦合對(duì)準(zhǔn)的ー種常用方案。但是對(duì)于100G的接收機(jī)來說，這種對(duì)準(zhǔn)方式有以下弊病1)100G接收機(jī)中采用的四個(gè)ー組的ro陣列，采用有源對(duì)準(zhǔn)時(shí)需要同時(shí)監(jiān)控四路電信號(hào)，而耦合對(duì)準(zhǔn)時(shí)有6個(gè)維度需要調(diào)節(jié)，6維調(diào)節(jié)保證光電流同時(shí)到達(dá)最大值就不是一件容易的事。2)有源對(duì)準(zhǔn)時(shí)需要監(jiān)控光電流，監(jiān)控光電流就必須從ro上面鍍金焊盤引出額外的金線供皮安表探測(cè)，而對(duì)于高頻電路來說，這種額外引出測(cè)試線的方法將破壞其高頻特性，至其速率達(dá)不到要求的25Gbps。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足，提供了一種波導(dǎo)芯片和ro陣列耦合的對(duì)準(zhǔn)裝置以及利用其對(duì)準(zhǔn)的方法，特別是針對(duì)波導(dǎo)芯片和高速ro陣列耦合的主動(dòng)光學(xué)對(duì)準(zhǔn)，把原本現(xiàn)有技術(shù)采用的電流的測(cè)量轉(zhuǎn)換為光學(xué)圖像位置的監(jiān)控，從而避免了測(cè)量PD電流時(shí)額外打線而破壞模塊電路的高頻特性。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是
一種波導(dǎo)芯片和ro陣列耦合的對(duì)準(zhǔn)裝置，所述的對(duì)準(zhǔn)裝置包括有紅外(XD監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、六維微調(diào)架、夾持單元、波導(dǎo)支撐架、模塊支架、待耦合對(duì)準(zhǔn)模塊、待耦合對(duì)準(zhǔn)模塊的封裝外 盒、基板；所述的紅外CXD監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由紅外(XD、三維微調(diào)架，紅外CXD支架和監(jiān)視器、照明光源和LED光源組成；其響應(yīng)譜線涵蓋可見光和近紅外光波段；所述的待耦合對(duì)準(zhǔn)模塊包括波導(dǎo)芯片和H)陣列，其被封裝在封裝外盒內(nèi)；所述的夾持單元設(shè)置在六維微調(diào)架上，且其上固定有波導(dǎo)支撐架；所述的六維微調(diào)架旁設(shè)置有模塊支架，模塊支架上固定有待耦合對(duì)準(zhǔn)模塊的封裝外盒，封裝外盒底部固定設(shè)置有基板，基板上設(shè)置有ro陣列，PD陣列的光敏面向上；所述的波導(dǎo)芯片固定在波導(dǎo)支撐架上，其輸出光斑垂直向下，其位置位于ro陣列的上方；所述的紅外(XD傾斜放置對(duì)準(zhǔn)ro陣列。所述的六維微調(diào)架通過驅(qū)動(dòng)模塊與電腦連接，由電腦控制其6維方向的移動(dòng)。所述ro陣列采用高速ro陣列，所述高速ro陣列的速率大于lOGbps。所述紅外(XD101的圖像總放大率為100X，圖像分辨率達(dá)2um ;所述六維微調(diào)架103的細(xì)調(diào)精度為lum。所述的波導(dǎo)芯片上粘接有一直角棱鏡，直角棱鏡中的另一直角面上設(shè)置有透鏡陣列，通過透鏡陣列的光斑陣列投射到ro陣列的光敏面上。所述波導(dǎo)芯片輸出端面具有ー個(gè)45度角斜面。ー種利用波導(dǎo)芯片和ro陣列耦合的對(duì)準(zhǔn)裝置對(duì)波導(dǎo)芯片和ro陣列耦合進(jìn)行學(xué)對(duì)準(zhǔn)的方法，步驟I:把ro陣列光敏面向上固定在待耦合對(duì)準(zhǔn)模塊的封裝盒底部設(shè)置的基板上，待耦合對(duì)準(zhǔn)模塊的封裝盒固定在模塊支架上面，打開LED光源，調(diào)節(jié)紅外CCD支架上面的三維微調(diào)架的手輪，使ro陣列108清晰成像在監(jiān)視器的正中間；步驟2 :將照明光源采用一個(gè)透鏡光纖與850nm紅光光源連接，當(dāng)看到透鏡光纖末端發(fā)射的紅光光斑時(shí)，調(diào)節(jié)照明光源使紅光光斑落到ro陣列上；步驟3 :斷開850nm紅光光源，換上ASE光源，再次微調(diào)紅外CXD的三維微調(diào)架的X軸向手輪，重新對(duì)焦，使H)陣列在ASE光源照明下面重新清晰成像在監(jiān)視器上面，監(jiān)視器上面可以看到ASE光源照明下的H)陣列的光敏面；步驟4 :在波導(dǎo)芯片背面點(diǎn)上熱固化膠，把波導(dǎo)芯片粘接在波導(dǎo)支撐架上，使其輸出光斑垂直向下，放入烘箱加熱固化；步驟5 :待熱固化膠固化后，用夾持單元夾住波導(dǎo)支撐架，連同波導(dǎo)芯片一起固定到六維微調(diào)架上，并把波導(dǎo)芯片另外一端耦合的尾纖也連接上ー個(gè)ASE光源；步驟6 :當(dāng)監(jiān)視器上面可以看到ASE光源經(jīng)過波導(dǎo)芯片反射后的光斑陣列且監(jiān)視器上面同時(shí)可以看到ASE光源照明下的H)陣列的光敏面以及ASE光源經(jīng)過波導(dǎo)芯片反射后的光斑陣列吋，自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)六維微調(diào)架，使光斑陣列與ro陣列的光敏面重合，調(diào)節(jié)完成后，點(diǎn)膠固化。
所述步驟6中，自動(dòng)調(diào)節(jié)六維微調(diào)架以使光斑陣列與ro陣列的光敏面重合的分步驟為a.六維微調(diào)架通過驅(qū)動(dòng)模塊與電腦連接；b.紅外CCD通過數(shù)據(jù)采集卡與電腦連接，通過編程采集數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)容，讀取紅外CCD的灰度圖像；c.找出圖像中光斑陣列位置及ro光敏面陣列的像素位置，計(jì)算光斑陣列的斜率KI與ro光敏面陣列的斜率K2，當(dāng)KIデK2吋，電腦通過驅(qū)動(dòng)模塊控制六維微調(diào)架的調(diào)整沿Z軸旋轉(zhuǎn)的維度，在調(diào)節(jié)六維微調(diào)架的同時(shí)，不斷計(jì)算光斑陣列的斜率Kl的值，直至K1=K2 ；d.計(jì)算光斑陣列與光敏面陣列在X軸方向的像素差Λ X和在在Y軸方向的像素差Λ Y，當(dāng)ΛΧデO和ΛΥデO時(shí)，電腦通過驅(qū)動(dòng)模塊分別控制微調(diào)架X軸和Y軸進(jìn)行調(diào)節(jié)的同時(shí)不斷計(jì)算ΛΧ和ΛΥ的值，直至AX=O和AY=O0本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)具體如下
1、本發(fā)明方法具有波導(dǎo)芯片和ro陣列耦合對(duì)準(zhǔn)簡單，操作快捷，對(duì)準(zhǔn)精度高的優(yōu)點(diǎn)；
2、本發(fā)明的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)過程中不需要實(shí)時(shí)測(cè)量ro的電流，把原本現(xiàn)有技術(shù)采用的電流測(cè)量轉(zhuǎn)換為光學(xué)圖像位置的監(jiān)控，從而避免了測(cè)量ro電流時(shí)額外打線而破壞模塊的高頻·特性；
3、本發(fā)明利用圖像處理圖形識(shí)別算法可以實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)芯片和高速ro陣列耦合的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)，自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)方案可以減少對(duì)準(zhǔn)時(shí)間，提高對(duì)準(zhǔn)效率及保證對(duì)準(zhǔn)重復(fù)性，減小了操作人員的操作要求，保證產(chǎn)品一致性。


圖I.本發(fā)明波導(dǎo)芯片及ro陣列耦合的對(duì)準(zhǔn)裝置示意 圖2.本發(fā)明對(duì)準(zhǔn)裝置中波導(dǎo)芯片及ro陣列對(duì)準(zhǔn)細(xì)節(jié)示意 圖3.本發(fā)明中監(jiān)視器同時(shí)監(jiān)測(cè)的光斑陣列及ro陣列光敏面示意 圖4a.本發(fā)明第一種波導(dǎo)反射結(jié)構(gòu)示意 圖4b.本發(fā)明第二種波導(dǎo)反射結(jié)構(gòu)示意 其中
101.紅外CCD ;102.夾持單元；
103.六維微調(diào)架；104.模塊支架；
105.照明光源；106.紅外CCD支架；
107.三維微調(diào)架；108. ro陣列；
109.波導(dǎo)芯片；110.光斑陣列；
111.待耦合對(duì)準(zhǔn)模塊的封裝外盒；112.光敏面；
113. 45度反射面；114.基板；
115.波導(dǎo)支撐架；116.直角棱鏡；
117.透鏡陣列；118.監(jiān)視器；
119. LED 光源；
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明，如圖I、圖2所示，本發(fā)明這種針對(duì)波導(dǎo)芯片和高速ro陣列耦合的主動(dòng)光學(xué)對(duì)準(zhǔn)裝置，包括一套紅外CCD監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其響應(yīng)譜線涵蓋可見光和近紅外光波段，紅外(XD (Charge Coupled Device,電荷藕合器件)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由紅外(XD101、三維微調(diào)架107，紅外CXD支架106和監(jiān)視器118組成，紅外CXD監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用來觀察ro陣列光敏面和波導(dǎo)芯片輸出光斑的位置，此時(shí)紅外(XD101需要傾斜放置對(duì)準(zhǔn)ro陣列108 ; —個(gè)六維微調(diào)架103上設(shè)置有夾持單元102，夾持單元102固定有波導(dǎo)支撐架115 ；六維微調(diào)架103旁設(shè)置有模塊支架104，本發(fā)明的待耦合對(duì)準(zhǔn)模塊包括波導(dǎo)芯片109和ro陣列108，模塊支架104上固定待耦合對(duì)準(zhǔn)模塊的封裝外盒111，待耦合對(duì)準(zhǔn)模塊的封裝外盒111底部固定設(shè)置有ー個(gè)用來粘貼ro陣列的基板114，基板114上設(shè)置有ro陣列108，PD陣列108其位置和基板114位置相對(duì)固定，ro陣列108的光敏面向上；將波導(dǎo)芯片109固定在波導(dǎo)支撐架115上，使其輸出光斑垂直向下。波導(dǎo)芯片109其位置固定在ro陣列108的上方，用夾持單元102固定住波導(dǎo)支撐架115使其同六維微調(diào)架103相固定，保證波導(dǎo)芯片位置的可調(diào)節(jié)性。六維微調(diào)架103和波導(dǎo)支撐架115用來調(diào)節(jié)和固定波導(dǎo)芯片109的位置，使波導(dǎo)芯片109和ro陣列108可以相對(duì)移動(dòng)，使通過波導(dǎo)芯片的輸出光斑的位置和ro陣列光敏面位置重合。如圖4a所示波導(dǎo)芯片109本體輸出端面具有ー個(gè)45度角斜面，或者如圖4b所示中波導(dǎo)芯片109輸出端面為直面，在該直面粘貼了ー個(gè)45度角的直角反射棱鏡116，通過波導(dǎo)芯片109的光線依次通過直角反射棱鏡116的直角面、斜面，這 樣可以使經(jīng)過圖4a和圖4b兩種結(jié)構(gòu)中的斜面發(fā)生全反射的光線產(chǎn)生90度的偏轉(zhuǎn)，并投射到H)陣列108的光敏面上。本發(fā)明光學(xué)對(duì)準(zhǔn)裝置還包括一個(gè)照明光源105和LED (LightEmitting Diode，發(fā)光二極管)光源119，照明光源105主要是用于提供紅外照明。本發(fā)明中的ASE (Amplified Spontaneous Emission放大自發(fā)福射)光也是屬于紅外光。LED光源119為紅外(XD101的對(duì)準(zhǔn)提供可見光照明，用來調(diào)整紅外(XD101位置，使紅外CXD能正好照到ro陣列108上，本發(fā)明ro陣列一般采用高速ro陣列，高速ro陣列的速率大于lOGbps。本發(fā)明波導(dǎo)芯片和ro陣列耦合的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)方法包括的如下步驟
步驟I:把ro陣列108光敏面向上固定在待耦合對(duì)準(zhǔn)模塊的封裝盒底部設(shè)置的基板上，待耦合對(duì)準(zhǔn)模塊的封裝盒固定在模塊支架104上面，打開LED光源119，調(diào)節(jié)紅外CCD支架106上面的三維微調(diào)架107的手輪，使H)陣列108清晰成像在監(jiān)視器118的正中間。步驟2 :照明光源105采用ー個(gè)透鏡光纖，它光纖端焊接有連接頭，連接頭通過法蘭盤與850nm紅光光源連接,打開850nm紅光光源時(shí),可以看到透鏡光纖末端發(fā)射的紅光光斑，調(diào)節(jié)照明光源105使紅光光斑落到ro陣列108上；本步驟中的照明光源的用處是把ro陣列照亮，使波導(dǎo)芯片和ro陣列對(duì)準(zhǔn)時(shí)可以看清ro陣列的光敏面。步驟3 :斷開850nm紅光光源，換上ASE光源，此時(shí)監(jiān)視器118上的H)陣列108成像模糊，再次微調(diào)紅外(XD101的三維微調(diào)架107的X軸向手輪，重新對(duì)焦，使ro陣列108在ASE光源照明下面重新清晰成像在監(jiān)視器118上面，此時(shí)監(jiān)視器118上面可以看到ASE光源照明下的ro陣列108的光敏面112。步驟4:在波導(dǎo)芯片109背面點(diǎn)上熱固化膠，把波導(dǎo)芯片109粘接在波導(dǎo)支撐架115上,使其輸出光斑垂直向下,放入烘箱加熱固化。步驟5 :待膠固化后，用夾持單元102夾住波導(dǎo)支撐架115，連同波導(dǎo)芯片109—起固定到六維微調(diào)架103上，并把波導(dǎo)芯片109另外一端耦合的尾纖也連接上ー個(gè)ASE光源。步驟6 :連接上ASE光源后，在監(jiān)視器118上面可以看到ASE光源經(jīng)過波導(dǎo)芯片109反射后的光斑陣列110 ;此時(shí)監(jiān)視器118上面同時(shí)可以看到ASE光源照明下的H)陣列108的光敏面112以及ASE光源經(jīng)過波導(dǎo)芯片反射后的光斑陣列110 ;調(diào)節(jié)六維微調(diào)架手輪103，使光斑陣列110與ro陣列108的光敏面112重合，調(diào)節(jié)完成后，點(diǎn)膠固化，即實(shí)現(xiàn)了波導(dǎo)芯片109與ro陣列108的耦合。經(jīng)過以上步驟就能夠?qū)崿F(xiàn)波導(dǎo)芯片109與H)陣列108的耦合，這種耦合方式精度高，速度快，不需要實(shí)時(shí)測(cè)量ro陣列108的電流大小來判斷耦合效率，不會(huì)破壞同高速ro陣列108相連接的鍍金焊盤與TIA (Transimpedance Amplifer,跨阻放大器)之間的金線鍵合連接，避免了破壞電路的高頻特性。本發(fā)明中的對(duì)準(zhǔn)步驟中，需要說明的是
紅外(XD101的響應(yīng)譜線涵蓋可見光和近紅外光波段，所以即可對(duì)的LED光照明高速H)陣列108成像，也可對(duì)ASE光照明下高速H)陣列108成像。由于紅外(XD101中的物鏡對(duì)不同光的折射率不一樣，對(duì)應(yīng)焦距也不一樣，所以由LED光源照明換成ASE光源照明時(shí)需要重新對(duì)焦。 在步驟3中照明光源先使用紅光對(duì)準(zhǔn)后再接上ASE光源照明是因?yàn)锳SE光人眼不可見，紅外CCD的視場(chǎng)很小，很難捕捉到照明光源末端發(fā)射的ASE光斑，所以先用850nm紅光照到H)陣列上面進(jìn)行定位后，再換成ASE光源進(jìn)行照明。在步驟5中用ASE光作為光源是因?yàn)楦咚貶)陣列的工作波長在紅外波段，ASE光源波長處于ro陣列波長響應(yīng)波段內(nèi)，所以耦合對(duì)準(zhǔn)后能夠保證高速ro陣列的正常工作。在步驟6中波導(dǎo)芯片109與H)陣列108的間距由波導(dǎo)支撐架115高度決定。采用打磨的エ藝可以精確控制波導(dǎo)支撐架115的高度，保證了波導(dǎo)芯片109同高速ro陣列108對(duì)準(zhǔn)的精度。六位微調(diào)架103精度達(dá)到lum，保證了波導(dǎo)芯片109與高速H)陣列108的高精度對(duì)準(zhǔn)。該步驟的手動(dòng)對(duì)準(zhǔn)方案還可以設(shè)計(jì)為自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)方案，自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)方案設(shè)計(jì)如下
用自動(dòng)六維微調(diào)架代替手動(dòng)六維微調(diào)架103，通過驅(qū)動(dòng)模塊與電腦連接，由電腦控制其6維方向的移動(dòng)；
紅外CCDlOl通過數(shù)據(jù)采集卡與電腦連接，通過編程采集數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)容，讀取紅外(XD101的灰度圖像；
通過軟件的圖像處理，找出圖像中光斑陣列110位置及ro陣列光敏面112的位置，這些位置可以由像素表示，計(jì)算光斑陣列110的斜率Kl與ro光敏面112陣列的斜率K2，當(dāng)KlデK2吋，電腦通過驅(qū)動(dòng)模塊控制六維微調(diào)架的調(diào)整沿Z軸旋轉(zhuǎn)的維度，如圖I所示，調(diào)節(jié)六維微調(diào)架的同時(shí)，不斷計(jì)算光斑陣列110的斜率Kl的值，直至K1=K2后，斜率調(diào)節(jié)完成；計(jì)算光斑陣列110與光敏面112陣列的在X軸方向的像素差ΛX，如圖3，當(dāng)ΛΧデO吋，電腦通過驅(qū)動(dòng)模塊控制自動(dòng)微調(diào)架X軸進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)同時(shí)不斷計(jì)算ΛΧ的值，直至AX=O ；同上調(diào)節(jié)Λ Y=O。自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)完成。Λ X指他們?cè)赬軸上的像素差，Δ Y指他們?cè)赮軸上的像素差，因?yàn)閳D像采集后圖像由像素點(diǎn)陣構(gòu)成，他們之間的位置差可以用像素的差值表示。此發(fā)明技術(shù)方案中，利用光學(xué)主動(dòng)對(duì)準(zhǔn)方案進(jìn)行波導(dǎo)芯片109與ro陣列108的耦合。在ASE光源的照明下面，ro陣列108的光敏面112清晰成像在監(jiān)視器118上，將波導(dǎo)芯片109連接上ASE光源后，監(jiān)視器118上面可以看到經(jīng)過波導(dǎo)芯片109反射的ASE光的光斑陣列110，調(diào)節(jié)六維微調(diào)架103手輪，把光斑陣列110與光敏面112進(jìn)行耦合對(duì)準(zhǔn)，對(duì)準(zhǔn)過程中不需要實(shí)時(shí)測(cè)量ro陣列的電流，把原本現(xiàn)有技術(shù)采用電流的測(cè)量轉(zhuǎn)換為光學(xué)圖像位置的監(jiān)控。避免了測(cè)量高速ro陣列的ro電流時(shí)額外打線而破壞電路的高頻特性。本發(fā)明專利利用光學(xué)主動(dòng)對(duì)準(zhǔn)方式實(shí)現(xiàn)陣列波導(dǎo)芯片109與ro陣列108的高精度對(duì)準(zhǔn)，上述步驟6中手動(dòng)調(diào)節(jié)微調(diào)架對(duì)準(zhǔn)可以設(shè)計(jì)成自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)的方案，自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)方案的使用減少對(duì)準(zhǔn)時(shí)間，提高對(duì)準(zhǔn)效率及保證對(duì)準(zhǔn)重重復(fù)性，減小了操作人員的操作要求，保證
產(chǎn)品一致性。紅外(XD101成像系統(tǒng)和六維微調(diào)架103的精度決定了該方案的耦合精度。成像系統(tǒng)中，圖像總放大率為100X，圖像分辨率達(dá)2um ;六維微調(diào)架103的細(xì)調(diào)精度為lum，高精度的微調(diào)架和高分辨率的圖像保證的高精度的對(duì)準(zhǔn)。照明光源的使用保證高速H)陣列的光敏面112與經(jīng)過波導(dǎo)芯片109反射后的光斑同時(shí)清晰成像在監(jiān)視器118上，是本發(fā)明中的波導(dǎo)芯片和高速ro陣列手動(dòng)對(duì)準(zhǔn)以及自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。選擇ASE光作為照明及對(duì)準(zhǔn)光源是因?yàn)樵摯詈蠈?duì)準(zhǔn)模塊的工作波長為 1525 1565nm，ASE光源波長正好覆蓋該波段，保證模塊換上工作波長的光源時(shí)直接能夠
正常工作。本發(fā)明這種波導(dǎo)芯片和光電接收器耦合耦合方案適用于多種波導(dǎo)反射結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的耦合對(duì)準(zhǔn)，例如反射結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4b。該方案中直角棱鏡116—直角面與波導(dǎo)芯片109粘接在一起，光信號(hào)通過波導(dǎo)芯片109入射至直角棱鏡116中，經(jīng)直角棱鏡116的斜面反射后方向變化90度并從另外一直角面射出，光線射出的直角面設(shè)置有透鏡陣列117，光信號(hào)通過透鏡陣列117后重新匯聚成ー組光斑陣列，通過透鏡陣列117的光斑陣列投射到H)陣列108的光敏面。這種結(jié)構(gòu)也能夠?qū)崿F(xiàn)光信號(hào)的90度反射，用本發(fā)明專利也可以實(shí)現(xiàn)光信號(hào)經(jīng)過具有該反射結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)反射后與高速ro的耦合對(duì)準(zhǔn)。本發(fā)明提供的波導(dǎo)芯片與ro陣列耦合的主動(dòng)光學(xué)對(duì)準(zhǔn)方案，不僅適用于接收機(jī)的混合集成，同樣適用于其他類型產(chǎn)品的光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的耦合，特別涉及波導(dǎo)芯片或光纖與面型光電芯片的耦合，都在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種波導(dǎo)芯片和ro陣列耦合的對(duì)準(zhǔn)裝置，其特征在于 所述的對(duì)準(zhǔn)裝置包括有紅外C⑶監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、六維微調(diào)架(103)、夾持單元(102)、波導(dǎo)支撐架(115)、模塊支架(104)、待耦合對(duì)準(zhǔn)模塊、待耦合對(duì)準(zhǔn)模塊的封裝外盒(111)、基板(114)； 所述的紅外CXD監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由紅外CXD (101)、三維微調(diào)架(107)，紅外CXD支架(106)和監(jiān)視器(118)、照明光源(105)和LED光源(119)組成；其響應(yīng)譜線涵蓋可見光和近紅外光波段； 所述的待耦合對(duì)準(zhǔn)模塊包括波導(dǎo)芯片(109)和H)陣列(108)，其被封裝在封裝外盒(111)內(nèi)； 所述的夾持単元(102)設(shè)置在六維微調(diào)架(103)上，且其上固定有波導(dǎo)支撐架(115);所述的六維微調(diào)架(103)旁設(shè)置有模塊支架(104)，模塊支架(104)上固定有待耦合對(duì)準(zhǔn)模塊的封裝外盒(111)，封裝外盒(111)底部固定設(shè)置有基板(114)，基板(114)上設(shè)置有PD陣列(108) ,PD陣列(108)的光敏面向上； 所述的波導(dǎo)芯片(109)固定在波導(dǎo)支撐架(115)上，其輸出光斑垂直向下，其位置位于PD陣列(108)的上方； 所述的紅外CXD (101)傾斜放置對(duì)準(zhǔn)H)陣列(108)。
2.如權(quán)利要求I所述的ー種波導(dǎo)芯片和ro陣列耦合的對(duì)準(zhǔn)裝置，其特征在于 所述的六維微調(diào)架(103)通過驅(qū)動(dòng)模塊與電腦連接，由電腦控制其6維方向的移 動(dòng)。
3.如權(quán)利要求I所述的ー種波導(dǎo)芯片和ro陣列耦合的對(duì)準(zhǔn)裝置，其特征在于 所述ro陣列采用高速ro陣列，所述高速ro陣列的速率大于lOGbps。
4.如權(quán)利要求I或2或3所述的ー種波導(dǎo)芯片和ro陣列耦合的對(duì)準(zhǔn)裝置，其特征在于 所述紅外(XD101的圖像總放大率為100X，圖像分辨率達(dá)2um ;所述六維微調(diào)架103的細(xì)調(diào)精度為lum。
5.如權(quán)利要求I或2或3所述的ー種波導(dǎo)芯片和H)陣列耦合的對(duì)準(zhǔn)裝置，其特征在于 所述的波導(dǎo)芯片(109)上粘接有一直角棱鏡(116)，直角棱鏡(116)中的另一直角面上設(shè)置有透鏡陣列(117)，通過透鏡陣列(117)的光斑陣列投射到H)陣列(108)的光敏面上。
6.如權(quán)利要求I或2或3所述的ー種波導(dǎo)芯片和H)陣列耦合的對(duì)準(zhǔn)裝置，其特征在于 所述波導(dǎo)芯片(109)輸出端面具有ー個(gè)45度角斜面。
7.ー種利用權(quán)利要求I或2或3所述裝置對(duì)波導(dǎo)芯片和H)陣列進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)的方法，其特征在于包括有如下步驟 步驟I:把ro陣列(108)光敏面向上固定在待耦合對(duì)準(zhǔn)模塊的封裝盒底部設(shè)置的基板上，待耦合對(duì)準(zhǔn)模塊的封裝盒固定在模塊支架(104)上面，打開LED光源(119)，調(diào)節(jié)紅外CXD支架(106)上面的三維微調(diào)架(107)的手輪，使H)陣列108清晰成像在監(jiān)視器(118)的正中間； 步驟2 :將照明光源(105)采用ー個(gè)透鏡光纖與850nm紅光光源連接，當(dāng)看到透鏡光纖末端發(fā)射的紅光光斑時(shí)，調(diào)節(jié)照明光源(105)使紅光光斑落到ro陣列(108)上； 步驟3 :斷開850nm紅 光光源，換上ASE光源，再次微調(diào)紅外CXD (101)的三維微調(diào)架(107)的X軸向手輪，重新對(duì)焦，使H)陣列(108)在ASE光源照明下面重新清晰成像在監(jiān)視器(118)上面， 監(jiān)視器(118)上面可以看到ASE光源照明下的H)陣列(108)的光敏面(112); 步驟4 :在波導(dǎo)芯片(109)背面點(diǎn)上熱固化膠，把波導(dǎo)芯片(109)粘接在波導(dǎo)支撐架(115)上,使其輸出光斑垂直向下,放入烘箱加熱固化； 步驟5 :待熱固化膠固化后，用夾持單元(102)夾住波導(dǎo)支撐架(115)，連同波導(dǎo)芯片(109)—起固定到六維微調(diào)架(103)上，并把波導(dǎo)芯片(109)另外一端耦合的尾纖也連接上ー個(gè)ASE光源； 步驟6 :當(dāng)監(jiān)視器(118)上面可以看到ASE光源經(jīng)過波導(dǎo)芯片(109)反射后的光斑陣列(110)且監(jiān)視器(118)上面同時(shí)可以看到ASE光源照明下的H)陣列(108)的光敏面(112)以及ASE光源經(jīng)過波導(dǎo)芯片反射后的光斑陣列(110)吋，自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)六維微調(diào)架(103)，使光斑陣列(110)與H)陣列(108)的光敏面(112)重合，調(diào)節(jié)完成后，點(diǎn)膠固化。
8.如權(quán)利要求7所述的對(duì)波導(dǎo)芯片和ro陣列耦合進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)的方法，其特征在于 所述步驟6中，自動(dòng)調(diào)節(jié)六維微調(diào)架(103)以使光斑陣列(110)與ro陣列(108)的光敏面(112)重合的分步驟為 a.六維微調(diào)架(103)通過驅(qū)動(dòng)模塊與電腦連接； b.紅外CCD(101)通過數(shù)據(jù)采集卡與電腦連接，通過編程采集數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)容，讀取紅外CXD (101)的灰度圖像； c.找出圖像中光斑陣列(no)位置及ro光敏面(112)陣列的像素位置，計(jì)算光斑陣列(110)的斜率Kl與ro光敏面(112)陣列的斜率K2，當(dāng)KlデK2吋，電腦通過驅(qū)動(dòng)模塊控制六維微調(diào)架的調(diào)整沿Z軸旋轉(zhuǎn)的維度，在調(diào)節(jié)六維微調(diào)架的同時(shí)，不斷計(jì)算光斑陣列(110)的斜率Kl的值，直至K1=K2 ； d.計(jì)算光斑陣列(I10)與光敏面(I 12)陣列在X軸方向的像素差ΛX和在在Y軸方向的像素差Λ Y，當(dāng)ΛΧデO和ΛΥデO吋，電腦通過驅(qū)動(dòng)模塊分別控制微調(diào)架X軸和Y軸進(jìn)行調(diào)節(jié)的同時(shí)不斷計(jì)算ΛΧ和Λ Y的值，直至Λ X=O和ΛΥ=0。
全文摘要
本發(fā)明提供一種波導(dǎo)芯片和PD陣列耦合的對(duì)準(zhǔn)方法，采用紅外光源照明，使PD陣列通過紅外CCD在監(jiān)視器中清楚成像，然后調(diào)節(jié)微調(diào)架控制波導(dǎo)芯片與PD陣列高度和水平位置，使經(jīng)波導(dǎo)芯片反射的光斑垂直打在PD光敏面上，從而達(dá)到高效耦合；或者通過驅(qū)動(dòng)模塊和電腦相連自動(dòng)調(diào)整六維微調(diào)架，電腦通過數(shù)據(jù)采集卡采集紅外CCD圖像信息，自動(dòng)控制軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理并得出經(jīng)波導(dǎo)芯片反射后的光斑陣列和PD光敏面陣列的斜率及位置差，自動(dòng)控制軟件控制六維微調(diào)架的調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)的軸向使光斑陣列與PD光敏面陣列重合；本發(fā)明同時(shí)還提供了一種波導(dǎo)芯片和高速PD陣列耦合的對(duì)準(zhǔn)裝置，采用本發(fā)明可以減少波導(dǎo)芯片和PD陣列對(duì)準(zhǔn)時(shí)間，提高對(duì)準(zhǔn)效率及重復(fù)性，從而保證產(chǎn)品一致性。
文檔編號(hào)G02B6/43GK102866471SQ20121037176
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者石川, 梁雪瑞, 陳征, 江雄, 趙小博, 汪靈杰 申請(qǐng)人:武漢光迅科技股份有限公司