CN108873200A - 一种光器件的耦合***和光器件的耦合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于光器件封装技术领域，提供了一种用于光器件的耦合***和光器件的耦合方法，光器件的耦合***包括六轴耦合装置、三维移动装置、电流检测装置以及相机监控装置，六轴耦合装置用于带动PD阵列移动以与阵列波导光栅进行耦合，相机监控装置用于耦合过程中对PD阵列与阵列波导光栅之间的相对位置和相对距离进行监控。本发明通过设置相机监控装置对PD阵列与阵列波导光栅之间的相对位置和相对距离进行拍照监控，相比于操作者人眼观察的方式，避免了因PD阵列与阵列波导光栅之间距离过小时人工判断失误导致二者相撞的问题，防止PD阵列和阵列波导光栅被挤压损坏，在此基础上，提高了PD阵列与阵列波导光栅之间的耦合效率，并提高了封装良率。
Description
技术领域
本发明属于光器件的封装技术领域，特别涉及一种光器件的耦合***和光器件的耦合方法。
背景技术
目前，随着光学科技的迅速发展，高速光通信技术被应用于越来越多的领域。大容量光纤通信***具有巨大的发展潜力和研究价值。粗波分复用(CWDM)技术能较好的挖掘光纤的传输潜能进而逐渐受到重视。
阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating，AWG)是利用PLC(平面光波导)技术在芯片衬底上制作的器件，由输入波导、输入平面波导、阵列波导、输出平面波导和输出波导构成。当含有多个波长的光信号由输入波导进入输入平面波导，由于不存在光学的横向限制，光信号在输入平板波导内衍射，并在输入平板波导的末端耦合进入各条阵列波导，由于相邻的阵列波导存在长度差，到达输出平面波导时不同的光信号产生相位差，最后聚焦在不同的输出波导中。AWG具有小的波长间隔、大的信道数、高的分辨率和易于集成等优点。
光器件中，一束囊括4个波长的光源入射到阵列波导光栅，阵列波导光栅把一束光中的四个波段分调为独立的四个波长的光，再分别从四个窗***出，出射波导口被研磨成45°，出射光翻转90°，朝下射出。出射光为高斯光源，呈椭圆光斑，四路光上均有载波信号，使用光电探测阵列(Photo-Diode Array,PD Array,PD阵列)来接收光信号，转换为光电流，完成光信号至电信号的转换。
现有技术中，在阵列波导光栅与PD阵列耦合的过程中，把阵列波导光栅左右夹持住，保持固定状态，PD阵列被贴伏在PCBA板上，通过手动三维耦合平台对PCBA板进行夹持。PD阵列与PCBA板的金手指进行金线键合，PCBA板与电流检测装置连接，可以对入射光进行相应的光电实时监控。
存在的问题为：一、PD阵列和阵列波导光栅耦合到最佳时，PD阵列和阵列波导光栅的相对位置会无限靠近，手动耦合的过程用人眼对PD阵列和阵列波导光栅的相对位置进行监控，很容易造成二者相撞。二、阵列波导光栅是使用玻璃基材制作，其出光波导口会存在切割不平整的问题，PD阵列和阵列波导光栅之间可能会存在角度，在耦合过程无法及时调整到平行状态，会出现耦合效率低的问题。三、在此基础上，基于手动三维耦合平台，耦合封装的效率也较低。四、手动耦合对AWG进行夹持，压装力度不可控，容易对AWG造成压裂或者崩边。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光器件的耦合***，旨在解决现有的耦合***对PD阵列和阵列波导光栅的耦合效率低以及容易对PD阵列和阵列波导光栅造成损坏的技术问题。
本发明是这样实现的，一种光器件的耦合***，包括六轴耦合装置、三维移动装置、电流检测装置以及相机监控装置；
所述六轴耦合装置包括六轴移动平台以及用于夹持PCBA板的PCBA夹具，所述PCBA板用于电性连接PD阵列；所述六轴移动平台带动所述PCBA夹具沿第一方向、第二方向和第三方向平移以及关于所述第一方向、第二方向和第三方向旋转；
所述三维移动装置包括三维移动平台、用于固定阵列波导光栅的AWG固定组件以及用于夹持光纤的尾端的尾纤夹持组件；所述尾纤夹持组件带动所述光纤移动以与所述阵列波导光栅保持平齐；所述三维移动平台带动所述阵列波导光栅沿所述第一方向、第二方向和第三方向平移；
所述电流检测装置与所述PCBA板电性连接，用于检测所述PD阵列产生的光电流；
所述相机监控装置用于对所述PD阵列与所述阵列波导光栅之间的相对位置和相对距离进行监控；
所述第一方向和第二方向位于水平面内且相互垂直，所述第三方向垂直于所述水平面。
所述相机监控装置包括第一CCD相机、第二CCD相机和第三CCD相机，所述第一CCD相机、第二CCD相机和第三CCD相机两两垂直，分别用于从所述第一方向、第二方向和第三方向上对所述PD阵列与所述阵列波导光栅之间的相对位置和相对距离进行监控。
所述光器件的耦合***还包括控制装置，所述控制装置连接至所述六轴移动平台并控制所述PCBA夹具沿第一方向、第二方向和第三方向平移；所述控制装置控制所述PCBA夹具在所述第一方向和第二方向上均按照至少两个不同的步进距离依次移动。
所述AWG固定组件包括吸附头、与所述吸附头连接的气体管路以及与所述气体管路连接的气泵源，所述吸附头用于吸附固定所述阵列波导光栅。
本发明的另一目的在于提供一种光器件的耦合方法，基于上述所说的光器件的耦合***，包括：
步骤S1：将所述PD阵列键合于所述PCBA板上，并将所述PCBA板固定于所述PCBA夹具上；将所述电流检测装置与所述PCBA板连接；
步骤S2：将所述阵列波导光栅固定于所述AWG固定组件上，并调节所述尾纤夹持组件使所述光纤与所述阵列波导光栅保持平齐；
步骤S3：调节所述三维移动装置使所述阵列波导光栅移动至PD阵列的正上方，并使所述阵列波导光栅的出光波导口与所述PD阵列对准；
步骤S4：通过所述相机监控装置对所述阵列波导光栅与PD阵列之间的相对位置和相对距离进行监控，根据相机监控装置所监测到的阵列波导光栅与PD阵列之间的相对位置和相对距离以及电流检测装置所检测到的光电流，调节所述六轴耦合装置带动所述PD阵列沿第一方向、第二方向和第三方向平移，以及关于第一方向、第一方向和第三方向旋转，直至光电流在第一方向、第一方向和第三方向上均达到最大；
步骤S5：在所述阵列波导光栅的下基板两侧与所述PCBA板之间点胶，并对所述胶进行固化，得到所述光器件。
所述步骤S4包括：
步骤S41：沿所述第一方向和第二方向按照第一步进距离移动所述PD阵列，同时通过所述相机监控装置对所述阵列波导光栅与PD阵列之间的相对位置和相对距离进行监控，直至产生光电流且第一光电流在所述第一方向和第二方向上均达到最大；
沿所述第一方向和第二方向按照第二步进距离移动所述PD阵列，同时通过所述相机监控装置对所述阵列波导光栅与PD阵列之间的相对位置和相对距离进行监控，直至所述光电流在所述第一方向和第二方向上均达到最大；
所述第一步进距离大于所述第二步进距离；
步骤S42：调节所述六轴移动平台使所述PD阵列关于所述第一方向和第二方向旋转，直至所述光电流达到最大；
步骤S43：沿所述第三方向移动所述PD阵列，同时通过所述相机监控装置对所述阵列波导光栅与PD阵列之间的相对位置和相对距离进行监控，直至所述阵列波导光栅与PD阵列在所述第三方向的垂直距离Dz达到第一极限距离；
步骤S44：沿所述第一方向和第二方向移动所述PD阵列，同时调节所述PD阵列关于第一方向、第二方向和第三方向旋转，直至所述光电流在所述第一方向和第二方向上均达到最大。
所述光器件的耦合***还包括控制装置，所述控制装置控制所述六轴耦合装置，所述步骤S4中通过所述控制装置对所述PD阵列沿所述第一方向、第二方向和第三方向的移动进行控制。
所述步骤S4还包括步骤S45：沿所述第三方向按照所述第二步进距离移动所述PD阵列，同时通过所述相机监控装置对阵列波导光栅与PD阵列之间的相对位置和相对距离进行监控，直至所述光电流达到最大；所述第三步进距离大于所述第二步进距离且小于所述第一步进距离。
所述步骤S41中还包括：沿所述第一方向和第二方向按照第二步进距离移动所述PD阵列，同时通过所述相机监控装置对所述阵列波导光栅与PD阵列之间的相对位置和相对距离进行监控，直至所述光电流在所述第一方向、第二方向和第三方向上均达到最大。
所述第一步进距离为100微米，所述第二步进距离为5微米，所述第三步进距离为20微米。
本发明提供的光器件的耦合***相对于现有技术的有益效果在于：通过设置相机监控装置对PD阵列与阵列波导光栅之间的相对位置和相对距离进行监控，相机监控装置能够对PD阵列与阵列波导光栅的耦合过程进行拍照，并将照片予以放大显示，或通过分析模块自动计算出PD阵列与阵列波导光栅之间的相对距离，操作者结合PD阵列光电流的大小来控制PD阵列的移动方向和距离；相比于操作者人眼观察的方式，避免了因PD阵列与阵列波导光栅之间距离过小时人工判断失误导致二者相撞的问题，防止PD阵列和阵列波导光栅被挤压损坏，在此基础上，提高了PD阵列与阵列波导光栅之间的耦合效率，并提高了封装良率。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的光器件的耦合***的整体结构示意图；
图2是图1中虚线圆圈内的六轴移动平台的放大图；
图3是本发明第一实施例提供的光器件的耦合***中PD阵列与阵列波导光栅的耦合示意图；
图4是本发明第一实施例提供的光器件的耦合***中PD阵列与阵列波导光栅的出光波导口的耦合示意图；
图5是本发明第一实施例提供的光器件的耦合***的吸附头的结构示意图；
图6是本发明第一实施例提供的光器件的耦合***中尾纤夹持组件的结构示意图；
图7是本发明第一实施例提供的光器件的耦合***的模块示意图；
图8是本发明第二实施例提供的光器件的耦合方法的流程图；
图9是本发明第二实施例提供的光器件的耦合方法中寻找最大光电流的路径示意图。
图中标记的含义为：
光器件的耦合***100；
六轴耦合装置1，六轴移动平台10，X平移轴101，Y平移轴102，Z平移轴103，X旋转轴104，Y旋转轴105，Z旋转轴106，PCBA夹具11；
三维移动装置2，三维移动平台21，AWG固定组件22，吸附头221，凹槽2210，可移动式挡片2211，尾纤夹持组件23，夹持夹头231，尾纤适配器232；
电流检测装置3；
相机监控装置4，第一CCD相机41，第二CCD相机42，第三CCD相机43；
控制装置5，存储模块51，移动控制器52，电机53；
UV光组件6，UV灯61，支架62；
PCBA板71，PD阵列72；
光纤8；
阵列波导光栅9，下基板90，出光波导口91。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
为了说明本发明所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。
请参阅图1、图3和图7，本发明提供一种光器件的耦合***100，用于PD阵列72与阵列波导光栅9之间的耦合，以达到具有最佳耦合效果的光器件。该光器件的耦合***100包括六轴耦合装置1、三维移动装置2、电流检测装置3以及相机监控装置4。
六轴耦合装置1包括六轴移动平台10以及用于夹持PCBA板71的PCBA夹具11，PCBA夹具11上设有定位孔(图未示)，用于PCBA板71与PCBA夹具11之间的定位连接，PCBA板71上设有金手指(图未示)，用于电性连接PD阵列72；六轴移动平台10带动PCBA具11连同PCBA板71和PD阵列72沿第一方向、第一方向和第三方向平移以及关于第一方向、第一方向和第三方向旋转，实现六个方向上的调整。
三维移动装置2包括三维移动平台21、用于固定阵列波导光栅9的AWG固定组件22以及尾纤夹持组件23；阵列波导光栅9的后方连接一用于输入光信号的光纤，该光纤8的尾端被该尾纤夹持组件23夹持，且尾纤夹持组件23带动光纤8沿垂直于光纤8延伸方向的方向移动以与阵列波导光栅9保持平齐；三维移动平台21带动AWG固定组件22和尾纤夹持组件23一同移动，从而带动阵列波导光栅9沿第一方向、第一方向和第三方向平移。
电流检测装置3与PCBA板71电性连接，用于检测PD阵列72因接受来自阵列波导光栅9的光信号而产生的光电流，该光电流在光器件的封装过程中可以反映PD阵列72与阵列波导光栅9之间的耦合位置，以进一步根据该光电流进行耦合位置的调整。
相机监控装置4用于对PD阵列72与阵列波导光栅9之间的相对位置进行监控，具体如对PD阵列72与阵列波导光栅9耦合过程中拍照，并将照片在显示装置上予以放大显示，还可以通过分析模块自动计算出PD阵列72与阵列波导光栅9之间的相对距离，以方便操作者对PD阵列72与阵列波导光栅9之间的相对位置的观察和判断。
第一方向、第一方向和第三方向之间为两两垂直。在本实施例中，定义第一方向和第二方向分别为水平面内相互垂直的X方向和Y方向，定义第三方向为竖直平面内的Z方向，X方向为光纤8的延伸方向，X正方向为从光纤8的尾端至阵列波导光栅9的方向。
本发明提供的光器件的耦合***100相对于现有技术的进步在于：
由于设置了相机监控装置4用于耦合过程中PD阵列72与阵列波导光栅9之间的相对位置进行监控，相机监控装置4能够对PD阵列72与阵列波导光栅9的耦合过程的相对位置和相对距离进行拍照和放大，还可通过分析模块给出PD阵列72与阵列波导光栅9之间的相对距离的数值结果，相比于操作者人眼观察的方式，能够避免因PD阵列72与阵列波导光栅9之间距离过小时人眼判断失误导致二者相撞的风险，防止PD阵列72和阵列波导光栅9被挤压损坏，在此基础上，提高了PD阵列72与阵列波导光栅9之间的耦合效率，并提高了封装良率。
具体地，请参见图1，六轴移动平台10包括X平移轴101、Y平移轴102、Z平移轴103、X旋转轴104、Y旋转轴105以及Z旋转轴106，分别能够带动PCBA夹具11沿X方向、Y方向和Z方向平移以及关于X方向、Y方向和Z方向旋转。
如图4所示，阵列波导光栅9包括一下基板90，出光波导口91设于阵列波导光栅9的下端面并位于下基板90的一侧。若阵列波导光栅9本身存在缺陷，如崩边、倾斜等，当阵列波导光栅9的下基板90与PD阵列72平行时，出光波导口91与PD阵列72不一定平行，从阵列波导光栅9的出光波导口91出射的光信号无法准确反射至PD阵列72的光接收通道，此时，电流检测装置3检测不到光电流或者光电流很小。通过X旋转轴104、Y旋转轴105以及Z旋转轴106，可以调节出光波导口91与PD阵列72之间的角度，以此保证PD阵列72和阵列波导光栅9之间的有效耦合。
请参阅图1，本实施例中，相机监控装置4包括第一CCD相机41、第二CCD相机42和第三CCD相机43，其中第一CCD相机41位于AWG固定组件22的上方，从Z方向对PD阵列72和阵列波导光栅9进行拍照，能够从Z方向监控PD阵列72和阵列波导光栅9的前端边缘之间的距离Dx，第二CCD相机42和第三CCD相机43位于水平面内并垂直设置，第二CCD相机42用于从Y方向监控PD阵列72和阵列波导光栅9的前端边缘之间的距离Dx，第三CCD相机43用于从X方向监控PD阵列72和阵列波导光栅9的之间的垂直距离Dz。
需要说明的是，PD阵列72和阵列波导光栅9的前端边缘之间的距离Dx决定了PD阵列72和阵列波导光栅9之间是否能够进行有效耦合，因此，本发明采用第一CCD41相机和第二CCD相机42分别从Z方向和Y方向同时监控。对于PD阵列72和阵列波导光栅9在Y方向上的距离Dy，考虑到实际上PD阵列72的尺寸小于阵列波导光栅9的出光波导口91的尺寸，当PD阵列72与阵列波导光栅9耦合时，该距离Dy的数量级远大于Dx的数量级，测量意义和参考意义相对较小，并且实际耦合过程中能够通过参考光电流的变化来对PD阵列72在Y方向上进行移动，因此，本发明中不再对Dy进行检测。
第一CCD相机41、第二CCD相机42和CCD相机43均对PD阵列72和阵列波导光栅9进行拍照，将图像传送至显示器上予以放大显示，或通过分析模块自动计算出图像上PD阵列72与阵列波导光栅9之间的相对距离，提供给操作者参考，参考该图像、计算结果以及PD阵列产生的光电流大小，操作者可控制PD阵列72分别在X、Y、Z方向上移动。
电流检测装置3也与PCBA板71的金手指电性连接。对于CWDM4的阵列波导光栅9，光纤8内同时传输四个波长的光，经阵列波导光栅9的出光波导口91后分为四个波长的光，PD阵列72上对应该四个波长的光设有四个光接收通道，当相应波长的光射入光接收通道后，会产生一光电流，四个光接收通道内共产生四个光电流。本发明的电流检测装置3连接至第一光接收通道和第四光接收通道，分别检测第一光电流和第二光电流。当第一光电流达到较佳值后，继续微调PD阵列72的位置，可同时使第一光电流和第二光电流同时达到最大值，此时，可认为第一至第四光接收通道内均产生最大光电流，即PD阵列72和阵列波导光栅9处于该距离产生的光耦合效果最佳。对于CWDM2的阵列波导光栅9，PD阵列72对应设有两个光接收通道，产生两个光电流，电流检测装置3同时检测该两个光电流。
请参阅图3，本发明的光器件的耦合***100还包括UV光组件6，包括UV灯61以及将支撑该UV灯61的支架62，该支架62进一步可移动和可转动，用于使UV灯61对准耦合至最佳位置的PD阵列72和阵列波导光栅9并提供UV光，使PD阵列72和阵列波导光栅9之间的胶固化。
请参阅图4和图5，本实施例中，AWG固定组件22包括吸附头221、与吸附头221连接的气体管路(图未示)以及与气体管路连接的气泵源(图未示)。吸附头221具有与气体管路连通的凹槽2210，用于吸附阵列波导光栅9，且该凹槽2210的宽度可调。具体地，凹槽2210的两侧设有可移动式挡片2211，当调节气泵源使吸附头221将阵列波导光栅9吸附后，可移动式挡片2211相向移动并夹持在阵列波导光栅9的两侧，从而适配不同尺寸的阵列波导光栅9。现有技术中阵列波导光栅9的宽度例如有1.3mm、1.6mm和2.3mm，凹槽2210的两测与阵列波导光栅9还需分别保留保护宽度0.1mm-0.2mm以免在吸附过程中凹槽2210物理接触到阵列波导光栅9从而造成损坏，则凹槽2210的宽度可调范围为1.5mm至3mm。本发明采用吸附方式对阵列波导光栅9进行固定，相比于现有技术中的手动夹持方式，吸附力度可控，避免对阵列波导光栅9造成损坏。
请参阅图6，尾纤夹持组件23包括夹持夹头231及尾纤适配器232，尾纤适配器232将光纤8的尾端加紧，夹持夹头231能够沿着垂直于光纤8延伸方向的方向移动，从而带动尾纤适配器232及光纤8沿Y方向移动，以使该光纤8与阵列波导光栅9保持平齐，有利于光纤8内的光信号向阵列波导光栅9内的传输。
进一步地，如图7所示，本发明实施例提供的光器件的耦合***100中还包括控制装置5，控制装置5与相机监控装置4、电流检测装置3和六轴耦合装置1均连接，控制装置5根据相机监控装置4和电流检测装置3来控制六轴耦合装置1，进而控制PD阵列72在X、Y、Z方向上的移动，还可进一步控制控制PD阵列72关于X、Y、Z方向的旋转。
具体来说，控制装置5包括存储模块51、移动控制器52以及与六轴耦合装置1连接的电机53，该存储模块51内预设PD阵列72和阵列波导光栅9在Z方向上距离的阈值，为D'z，该阈值D'z用于防止PD阵列72和阵列波导光栅9发生撞击而损坏，相机监控装置4计算出PD阵列72与阵列波导光栅9在X轴和Z方向上的距离Dx和Dz后，将该Dx和Dz输入控制装置5，电流检测装置3将检测到的第一光电流I1和第二光电流I2的数值输入控制装置5，控制装置5的移动控制器52读取该Dx和Dz的数值以及第一光电流I1和第二光电流I2的大小，并与存储模块51之间进行数据交换，以判断Dz是否大于D'z，进而判断是否能够继续缩小Dx和Dz的数值，若能，则给出一移动指令至电机53，电机53接收移动指令后进行相应的操作，如控制六轴耦合装置1的X平移轴101，将PD阵列72向X正方向移动以减小Dx，移动控制器52再继续读取Dx和Dz的数值缩小后第一光电流的数值，并根据第一光电流的数值的变化再一次判断是否继续缩小Dx和Dz的数值或者需要反向移动PD阵列72以使将Dx和Dz的数值返回至上一步的数值，如此循环，直至PD阵列72和阵列波导光栅9第一光电流和第二光电流均达到最大且在Z方向上距离Dz大于或等于D'z。
移动控制器52对电机53的移动指令采用输入电平脉冲的方式，通过输入不同数量或周期的电平脉冲，可以实现移动不同的距离。
本发明第二实施例提供一种光器件的耦合方法，基于上述第一实施例所说的光器件的耦合***100，用于PD阵列72与阵列波导光栅9之间的耦合。如图8所示，具体包括：
步骤S1：将PD阵列72与PCBA板71的金手指连接，将PCBA板71固定于PCBA夹具11上；将电流检测装置3与PCBA板71的金手指连接。
步骤S2：将阵列波导光栅9固定于AWG固定组件22上，并调节尾纤夹持组件23使光纤8与阵列波导光栅9保持平齐。
步骤S3：调节三维移动装置2使阵列波导光栅9移动至PD阵列72的正上方，并使阵列波导光栅9的出光波导口91与PD阵列72对准。
步骤S4：通过相机监控装置4对阵列波导光栅9与PD阵列72之间的相对位置和相对距离进行监控，并根据相机监控装置4所监测到的阵列波导光栅9与PD阵列72之间的相对位置和相对距离以及电流检测装置3所检测到的光电流，调节六轴耦合装置1以带动PD阵列72沿第一方向、第二方向和第三方向平移以及关于第一方向、第一方向和第三方向旋转，直至光电流在第一方向、第一方向和第三方向上均达到最大。
步骤S5：在阵列波导光栅9的下基板90两侧与PCBA板71之间进行点胶，并通过UV光组件6对该胶照射UV光进行固化，得到光器件；释放吸附头221和尾纤夹持组件23，将该光器件从PCBA夹具11上取下即可。
具体地，步骤S4中对六轴耦合装置1的调节采用控制装置5进行。控制装置5分别控制六轴耦合装置1的X平移轴101、Y平移轴102和Z平移轴103，以及X旋转轴104、Y旋转轴105和Z旋转轴106，使PD阵列72分别沿X、Y、Z方向平移和关于X、Y、Z方向旋转。
控制装置5包括存储模块51、移动控制器52以及与六轴耦合装置1连接的电机53，该存储模块51内预设PD阵列72和阵列波导光栅9在Z方向上距离的阈值，为D'z，该阈值D'z用于防止PD阵列72和阵列波导光栅9发生撞击而损坏，相机监控装置4计算出PD阵列72与阵列波导光栅9在X轴和Z方向上的距离Dx和Dz后，将该Dx和Dz输入控制装置5，电流检测装置3将检测到的第一光电流I1和第二光电流I2的数值输入控制装置5，控制装置5的移动控制器52读取该Dx和Dz的数值以及第一光电流I1和第二光电流I2的大小，并与存储模块51之间进行数据交换，以判断Dz是否大于D'z，进而判断是否能够继续缩小Dx和Dz的数值，并给出一移动指令至电机53，电机53接收移动指令后进行相应的操作，如控制六轴耦合装置1的X平移轴101，将PD阵列72向X轴正方向移动以减小Dx，移动控制器52再继续读取Dx和Dz的数值缩小后第一光电流的数值，并根据第一光电流的数值的变化再一次判断是否继续缩小Dx和Dz的数值或者反向移动PD阵列72以将Dx和Dz的数值返回至上一步的数值，如此循环，直至PD阵列72和阵列波导光栅9第一光电流和第二光电流均达到最大且在Z方向上距离Dz大于或等于D'z，如图9所示。
进一步地，本实施例中，控制装置5对PD阵列72在X、Y方向上的移动控制均包括至少两个不相等的步进距离，即PD阵列72在X、Y方向上的移动均按照由粗调至微调进行。
下面，结合一具体的耦合方法来描述本发明的光器件的耦合方法的步骤S4。具体地，步骤S4包括：
步骤S41：控制装置5按照100μm的步进距离调节六轴移动平台10的X平移轴101，同时通过相机监控装置4对阵列波导光栅9与PD阵列72之间的相对位置和相对距离进行监控，直至产生光电流且第一光电流在X方向上达到最大；控制装置5按照100μm的步进距离移动Y平移轴102，同时通过相机监控装置4对阵列波导光栅9与PD阵列72之间的相对位置和相对距离进行监控，直至Y第一光电流在Y方向上达到最大；
在该过程中，相机监控装置4将所监测到的PD阵列72与阵列波导光栅9在X轴和Z方向上的距离Dx和Dz输入控制装置5，电流检测装置3将第一光电流的数值输入控制装置5，控制装置5驱动X平移轴101移动100μm后，第一光电流的数值会发生变化，若第一光电流为增大，则继续驱动X平移轴101移动100μm，若第一光电流减小，则驱动X平移轴101反向移动100μm使PD阵列72返回100μm，即始终按照第一光电流增大的方向驱动X平移轴101，直至第一光电流达到最大后，电机53即停止，参见图9。作为一种实现方案，控制装置5驱动X平移轴101的移动可以通过对电机53输入电平脉冲实现。如，移动控制器52的一个电平脉冲可以驱动0.5μm，要实现正向移动100μm，则移动控制器52对电机53输入200个正电平脉冲即可。
然后，控制装置5按照20μm的步进距离调节X平移轴101，同时通过相机监控装置4对阵列波导光栅9与PD阵列72之间的相对位置和相对距离进行监控，直至第一光电流在X方向上达到最大；控制装置5按照20μm的步进距离调节Y平移轴102，同时通过相机监控装置4对阵列波导光栅9与PD阵列72之间的相对位置和相对距离进行监控，直至第一光电流在Y方向上达到最大；
再然后，还通过控制装置5按照5μm的步进距离调节X平移轴101，同时通过相机监控装置4对阵列波导光栅9与PD阵列72之间的相对位置和相对距离进行监控，直至第一光电流在X方向上达到最大；通过控制装置5按照5μm的步进距离调节Y平移轴102，同时通过相机监控装置4对阵列波导光栅9与PD阵列72之间的相对位置和相对距离进行监控，直至第一光电流在Y方向上达到最大。
该步骤S41为控制装置5对PD阵列72在X、Y、Z方向上的粗调-微调过程。
步骤S42：调节六轴耦合装置1的X旋转轴104和Y旋转轴105，使PD阵列72关于X旋转轴104和Y旋转轴105旋转以使从阵列波导光栅9的出光波导口91出射的光垂直入射至PD阵列72上，直至第一光电流达到最大。该步骤S42为对PD阵列72与阵列波导光栅9的出光波导口91之间的角度的调节。相机监控装置4仅监控阵列波导光栅9的下基板90与PD阵列72是否平行，若阵列波导光栅9本身存在缺陷，如崩边、倾斜等，无法判断出光波导口91与PD阵列72是否平行时，也能通过步骤S42进行角度调节，解决光耦合的问题，提高阵列波导光栅9的使用良率。
步骤S43：通过控制装置5调节Z平移轴103，同时通过相机监控装置4对阵列波导光栅9与PD阵列72之间的相对位置和相对距离进行监控，直至阵列波导光栅9与PD阵列72之间的垂直距离Dz达到第一极限距离，该第一极限距离为20微米。
该步骤S43中，控制装置5的存储模块51内还预设有第一极限距离D0，相机监控装置4将所监测到的阵列波导光栅9与PD阵列72在Z方向上的距离Dz输入移动控制器52，当在Z方向的移动过程中Dz接近或等于20μm后，停止对Z平移轴的驱动。
步骤S44：控制装置5按照5μm的步进距离调节X平移轴101和Y平移轴102，并调节六轴耦合装置1的X旋转轴104、Y旋转轴105和Z旋转轴106，同时通过相机监控装置4对阵列波导光栅9与PD阵列72之间的相对位置和相对距离进行监控，直至第一光电流和第二光电流均达到最大。
该步骤S44同时选定第一光电流和第二光电流为参考，通过对X平移轴101、Y平移轴102、X旋转轴104、Y旋转轴105和Z旋转轴106的微调，实现四个光通道均接收到最大电流。
步骤S45：通过控制装置5按照5μm的步进距离移动Z平移轴103，同时通过相机监控装置4对阵列波导光栅9与PD阵列72之间的相对位置和相对距离进行监控，直至第一光电流和第二光电流达到最大。该步骤S45为对Z平移轴103的进一步微调。
经以上步骤S41至步骤S45，PD阵列72与阵列波导光栅9之间在Z方向上的最小距离为10μm，最小夹角为1°。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光器件的耦合***，其特征在于，包括六轴耦合装置、三维移动装置、电流检测装置以及相机监控装置；
所述六轴耦合装置包括六轴移动平台以及用于夹持PCBA板的PCBA夹具，所述PCBA板用于电性连接PD阵列；所述六轴移动平台带动所述PCBA夹具沿第一方向、第二方向和第三方向平移以及关于所述第一方向、第二方向和第三方向旋转；
所述三维移动装置包括三维移动平台、用于固定阵列波导光栅的AWG固定组件以及用于夹持光纤的尾端的尾纤夹持组件；所述尾纤夹持组件带动所述光纤移动以与所述阵列波导光栅保持平齐；所述三维移动平台带动所述阵列波导光栅沿所述第一方向、第二方向和第三方向平移；
所述电流检测装置与所述PCBA板电性连接，用于检测所述PD阵列产生的光电流；
所述相机监控装置用于对所述PD阵列与所述阵列波导光栅之间的相对位置和相对距离进行监控；
所述第一方向和第二方向位于水平面内且相互垂直，所述第三方向垂直于所述水平面。
2.如权利要求1所述的光器件的耦合***，其特征在于，所述相机监控装置包括第一CCD相机、第二CCD相机和第三CCD相机，所述第一CCD相机、第二CCD相机和第三CCD相机两两垂直，分别用于从所述第一方向、第二方向和第三方向上对所述PD阵列与所述阵列波导光栅之间的相对位置和相对距离进行监控。
3.如权利要求1所述的光器件的耦合***，其特征在于，所述光器件的耦合***还包括控制装置，所述控制装置连接至所述六轴移动平台并控制所述PCBA夹具沿第一方向、第二方向和第三方向平移；所述控制装置控制所述PCBA夹具在所述第一方向和第二方向上均按照至少两个不同的步进距离依次移动。
4.如权利要求1所述的光器件的耦合***，其特征在于，所述AWG固定组件包括吸附头、与所述吸附头连接的气体管路以及与所述气体管路连接的气泵源，所述吸附头用于吸附固定所述阵列波导光栅。
5.一种光器件的耦合方法，基于权利要求1所述的光器件的耦合***，其特征在于，包括：
步骤S1：将所述PD阵列键合于所述PCBA板上，并将所述PCBA板固定于所述PCBA夹具上；将所述电流检测装置与所述PCBA板连接；
步骤S2：将所述阵列波导光栅固定于所述AWG固定组件上，并调节所述尾纤夹持组件使所述光纤与所述阵列波导光栅保持平齐；
步骤S3：调节所述三维移动装置使所述阵列波导光栅移动至PD阵列的正上方，并使所述阵列波导光栅的出光波导口与所述PD阵列对准；
步骤S4：通过所述相机监控装置对所述阵列波导光栅与PD阵列之间的相对位置和相对距离进行监控，根据相机监控装置所监测到的阵列波导光栅与PD阵列之间的相对位置和相对距离以及电流检测装置所检测到的光电流，调节所述六轴耦合装置带动所述PD阵列沿第一方向、第二方向和第三方向平移，以及关于第一方向、第一方向和第三方向旋转，直至光电流在第一方向、第一方向和第三方向上均达到最大；
步骤S5：在所述阵列波导光栅的下基板两侧与所述PCBA板之间点胶，并对所述胶进行固化，得到所述光器件。
6.如权利要求5所述的光器件的耦合方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
步骤S41：沿所述第一方向和第二方向按照第一步进距离移动所述PD阵列，同时通过所述相机监控装置对所述阵列波导光栅与PD阵列之间的相对位置和相对距离进行监控，直至产生光电流且所述光电流在所述第一方向和第二方向上均达到最大；
沿所述第一方向和第二方向按照第二步进距离移动所述PD阵列，同时通过所述相机监控装置对所述阵列波导光栅与PD阵列之间的相对位置和相对距离进行监控，直至所述光电流在所述第一方向和第二方向上均达到最大；
所述第一步进距离大于所述第二步进距离；
步骤S42：调节所述六轴移动平台使所述PD阵列关于所述第一方向和第二方向旋转，直至所述光电流达到最大；
步骤S43：沿所述第三方向移动所述PD阵列，同时通过所述相机监控装置对所述阵列波导光栅与PD阵列之间的相对位置和相对距离进行监控，直至所述阵列波导光栅与PD阵列在所述第三方向的垂直距离Dz达到第一极限距离；
步骤S44：沿所述第一方向和第二方向移动所述PD阵列，同时调节所述PD阵列关于第一方向、第二方向和第三方向旋转，直至所述光电流在所述第一方向和第二方向上均达到最大。
7.如权利要求5所述的光器件的耦合方法，其特征在于，所述光器件的耦合***还包括控制装置，所述控制装置连接并控制所述六轴移动平台，所述步骤S4中通过所述控制装置对所述PD阵列沿所述第一方向、第二方向和第三方向的移动进行控制。
8.如权利要求6所述的光器件的耦合方法，其特征在于，所述步骤S4还包括步骤S45：沿所述第三方向按照所述第二步进距离移动所述PD阵列，同时通过所述相机监控装置对阵列波导光栅与PD阵列之间的相对位置和相对距离进行监控，直至所述光电流达到最大。
9.如权利要求5所述的光器件的耦合方法，其特征在于，所述步骤S41中还包括：沿所述第一方向和第二方向按照第三步进距离移动所述PD阵列，同时通过所述相机监控装置对所述阵列波导光栅与PD阵列之间的相对位置和相对距离进行监控，直至所述光电流在所述第一方向、第二方向和第三方向上均达到最大；所述第三步进距离大于所述第二步进距离且小于所述第一步进距离。
10.如权利要求9所述的光器件的耦合方法，其特征在于，所述第一步进距离为100微米，所述第二步进距离为5微米，所述第三步进距离为20微米。
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