一种光发射次模块的耦光方法与流程

1.本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种光发射次模块的耦光方法。


背景技术：

2.随着光通讯行业的发展，需要传送的数据流量越来越大，对于光模块的传输速率要求也越来越高，同时对于光模块的光功率要求也越来越高，特别是对于长距离传输的光模块，要求激光器发出的光通过透镜耦合进光纤的光有很高的耦合效率。
3.一种典型单路光模块的光发射次模块的光路结构如图1所示，激光器1发出的光经准直透镜2准直后再经会聚透镜3会聚进光纤适配器5的光纤中，通常会聚透镜3和光纤适配器5之间还会放置光隔离器4。通常情况下，图1所示的光发射次模块的透镜的耦合步骤如下：s1、安装激光器1、光隔离器4和光纤适配器5；s2、给激光器1上电，将会聚透镜3在x轴方向位置固定在其光学中心到光纤适配器5左端面纤芯的距离为会聚透镜3的焦距f的位置处，再调整会聚透镜3在y轴和z轴方向的位置使耦合进光纤适配器5的光功率达到最大，然后固定会聚透镜3；s3、给激光器1上电，调整准直透镜2在x轴、y轴和z轴三个方向的位置使耦合进光纤适配器5的光功率达到最大，然后固定准直透镜2完成耦合。
4.然而，上述传统的耦合方式存在如下问题：
5.1、激光器1的贴装位置偏差、角度偏差会导致会聚透镜3耦合的位置跟设计的位置产生偏差，从而影响耦合效率。
6.2、光纤适配器5贴装的位置偏差会影响耦合效率。
7.3、通常为了降低光纤适配器5光纤端面的反射光对激光器1的影响，一般会将光纤适配器5入光一侧的陶瓷插芯端面研磨成带一定角度的斜面，如图2所示，通常斜面的角度α为4-8度；然而，此斜面角度设计也会导致会聚透镜3耦合时的实际位置跟设计位置出现偏差，从而导致最终耦合进光纤适配器5的光功率降低。


技术实现要素：

8.本发明的目的是提供一种光发射次模块的耦光方法，至少可以解决现有技术中存在的部分缺陷。
9.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
10.一种光发射次模块的耦光方法，包括如下步骤：
11.s1、安装固定激光器和光纤适配器；
12.s2、给激光器上电，调整会聚透镜在x轴、y轴、z轴三个方向的位置，使耦合进光纤适配器的光功率达到最大，记录此时会聚透镜的位置为p0(x0，y0，z0)；
13.s3、调整会聚透镜在x轴、z轴方向的位置至位置p1(x0+b，y0，z
0-c)，使会聚透镜在x轴方向位置到光纤适配器距离为会聚透镜的焦距f，会聚透镜的中心在z轴方向位置与光纤适配器的纤芯中心位于同一高度；将会聚透镜点胶固定在位置p1处。
14.进一步的，上述光发射次模块的耦光方法还包括步骤s4、将准直透镜放在激光器
与会聚透镜之间，给激光器上电，调整准直透镜在x轴、y轴、z轴三个方向的位置，使进入光纤适配器的光功率达到最大，给准直透镜点胶固定。
15.进一步的，所述步骤s2中会聚透镜位于位置p0时，所述激光器的出光点、会聚透镜的中心和光纤适配器的纤芯中心三点在一条直线上。
16.进一步的，所述步骤s3中会聚透镜由位置p0平移到位置p1的x轴方向平移距离b计算过程如下：利用会聚透镜焦距计算公式并结合激光器和光纤适配器之间x轴方向上的设计距离＝a+b+f，从而计算得出会聚透镜的x轴方向平移距离b；其中，f为会聚透镜的焦距，a为位置p0处时会聚透镜与激光器沿x轴方向的距离。
17.进一步的，所述步骤s3中会聚透镜由位置p0平移到位置p1的z轴方向平移距离其中，a为位置p0处时会聚透镜与激光器沿x轴方向的距离，b为会聚透镜由位置p0平移到位置p1的x轴方向平移距离，f为会聚透镜的焦距，β为会聚透镜在位置p1处使耦合到光纤适配器的光水平出射时的入射光线与x轴方向夹角。
18.进一步的，所述光纤适配器入光一侧端面为呈α倾斜角度的斜面，此时根据折射率公式n＝sin(α+β)/sinα计算出β；其中，n为光纤适配器的纤芯折射率。
19.进一步的，所述步骤s1中还包括在激光器和光纤适配器之间安装固定光隔离器，并且步骤s2中会聚透镜放在激光器与光隔离器之间。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果：
21.(1)本发明提供的这种光发射次模块的耦光方法在耦合汇聚透镜时，采用先找到耦合到光纤适配器光功率最大的点，然后通过这个光功率最大点会聚透镜的位置来确定会聚透镜的最终位置，由于耦合进光纤适配器光功率为最大时，此时会聚到光纤适配器的光斑尺寸跟光纤适配器的纤芯直径差不多大，定位精度非常高，因此定位会聚透镜的位置的精度也非常高，大大提升了会聚透镜的位置的定位精度，提升了产品的耦合效率。
22.(2)本发明提供的这种光发射次模块的耦光方法中耦合进适配器的光功率达到最大时，此时激光器的出光点、会聚透镜的中心和光纤适配器的纤芯中心三点在一条直线上，因此即使激光器和光纤适配器的位置贴装有小幅度的偏差，也能快速找到会聚透镜的位置，使得激光器的出光点、会聚透镜的中心和光纤适配器的纤芯中心三点在一条直线上，再根据此时会聚透镜的位置确定会聚透镜的最终位置，大大降低了激光器、光纤适配器贴装位置对耦合效率的影响，提升了产品光功率的耦合效率。
23.以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
24.图1是传统光发射次模块的光路结构示意图；
25.图2是光纤适配器的结构示意图；
26.图3是本发明光发射次模块的耦光方法的光路示意图；
27.图4是本发明中耦合到光纤适配器的光的最佳入射光路示意图。
28.附图标记说明：1、激光器；2、准直透镜；3、会聚透镜；4、光隔离器；5、光纤适配器。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
30.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。
31.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是抵触连接或一体地连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
32.如图3和图4所示，本实施例提供了一种光发射次模块的耦光方法，包括如下步骤：
33.s1、安装固定激光器1和光纤适配器5。
34.可选的，对于在光发射次模块的光路中设置光隔离器4时，在此步骤中，还需在激光器1和光纤适配器5之间安装固定光隔离器4，后续会聚透镜3耦合过程中，将会聚透镜3放在激光器1与光隔离器4之间进行耦合。
35.s2、给激光器1上电，调整会聚透镜3在x轴、y轴、z轴三个方向的位置，使耦合进光纤适配器5的光功率达到最大，记录此时会聚透镜3的位置为p0(x0，y0，z0)。
36.当耦合进光纤适配器5的光功率达到最大时，如图3所示，此时会聚透镜3的中心在激光器1的出光点和光纤适配器5的纤芯中心连线上，其实际偏差在1-2um范围内，此偏差对后续计算结果影响可忽略不计，因而可认为激光器1的出光口、会聚透镜3的中心和光纤适配器5的纤芯中心三点在一条直线上；因此即使激光器1和光纤适配器5的位置贴装有小幅度的偏差，也能快速找到会聚透镜3的p0位置，使得激光器1的出光口、会聚透镜3的中心和光纤适配器5的纤芯中心三点在一条直线上；后续再根据此时会聚透镜3的p0位置确定会聚透镜3的最终位置，就大大降低了激光器1、光纤适配器5贴装位置对耦合效率的影响，提升了产品光功率的耦合效率。
37.s3、调整会聚透镜3在x轴、z轴方向的位置至位置p1(x0+b，y0，z
0-c)，使会聚透镜3在x轴方向位置到光纤适配器5距离为会聚透镜3的焦距f，会聚透镜3的中心在z轴方向位置与光纤适配器5的纤芯中心位于同一高度；将会聚透镜3点胶固定在位置p1处。
38.可选的，本发明中通过光功率最大点会聚透镜3的位置p0来确定会聚透镜3的最终位置p1，通过计算会聚透镜3在x轴、z轴方向相对于会聚透镜3在位置p0处偏移距离b和c，即可确定会聚透镜3的最终耦合位置。
39.具体的，会聚透镜3由位置p0平移到位置p1的x轴方向平移距离b计算过程如下：利用会聚透镜3焦距计算公式并结合激光器1和光纤适配器5之间x轴方向上的设计距离l＝a+b+f，其中，f为会聚透镜3的焦距，a为位置p0处时会聚透镜3与激光器1沿x轴方向的距离。在上述两个计算式中，激光器1与光纤适配器5之间x轴方向上的设计距离l
以及会聚透镜3的焦距f为已知量，从而可计算得出会聚透镜3的x轴方向平移距离b。
40.会聚透镜3由位置p0平移到位置p1的z轴方向平移距离c计算过程如下：如图3所示，利用相似三角形可知计算得出其中，a为位置p0处时会聚透镜3与激光器1沿x轴方向的距离，b为会聚透镜3由位置p0平移到位置p1的x轴方向平移距离，f为会聚透镜3的焦距，β为会聚透镜3在位置p1处使耦合到光纤适配器5的光水平出射时的入射光线与x轴方向夹角。
41.进一步的，为了降低光纤适配器5光纤端面的反射光对激光器的影响，将所述光纤适配器5入光一侧端面设计为呈α倾斜角度的斜面，如图4所示，此时要保证耦合到光纤适配器5的光的最佳入射角，即要使入射光线在光纤适配器5的纤芯端面折射后的折射光线沿x轴方向，根据折射率公式n＝sin(θ+β)/sinγ，由于θ＝γ＝α，则n＝sin(α+β)/sinα，从而可计算得出β；其中，n为光纤适配器5的纤芯折射率。
42.本实施例中，由于耦合进光纤适配器5光功率为最大(即会聚透镜3位于位置p0处)时，此时会聚透镜3到光纤适配器5的光斑尺寸跟光纤适配器5的纤芯直径差不多大，定位精度非常高，而根据理论计算得到会聚透镜3的最终位置p1是以位置p0为基准点沿x轴、z轴方向平移b和c的距离，因此采用此方法定位的会聚透镜3的最终位置p1的精度也非常高，大大提升了会聚透镜3的位置的定位精度，提升了产品的耦合效率。
43.s4、将准直透镜2放在激光器1与会聚透镜3之间，给激光器1上电，调整准直透镜2在x轴、y轴、z轴三个方向的位置，使进入光纤适配器5的光功率达到最大，给准直透镜2点胶固定。
44.下面以具体实施例说明本发明的光发射次模块的耦光方法，设计已知激光器1与光纤适配器5之间x轴方向上的距离l＝22mm(即a+b+f＝22mm)，会聚透镜3的焦距f＝2mm，光纤适配器5入光一侧端面倾斜角α＝6度，光纤适配器5的纤芯折射率n＝1.448；由此光发射次模块的耦光过程如下：
45.首先，安装固定激光器1、光隔离器和光纤适配器5。
46.然后，给激光器1上电使激光器1发光，如图3所示，调整会聚透镜3在x轴、y轴、z轴三个方向的位置，使耦合进光纤适配器5的光功率达到最大，记录此时会聚透镜3的位置为p0(x0，y0，z0)，即图3中左边会聚透镜3(用虚线画出的会聚透镜)所在的位置。
47.根据理论计算，由于a+b+f＝22mm，f＝2mm，带入到中计算得出b＝0.22mm；由n＝1.448，α＝6度，带入n＝sin(α+β)/sinα中，计算得出β≈2.7度，进而根据计算得出c≈0.0094mm。
48.之后，将会聚透镜3以p0为基准点平移至位置p1(x0+0.22，y0，z
0-0.0094)，图3中右边会聚透镜3(用实现画出的会聚透镜)所在的位置，给会聚透镜点胶并uv和烘烤固定会聚透镜。
49.最后，给激光器1上电，调整准直透镜2在x轴、y轴、z轴三个方向的位置，使进入光纤适配器5的光功率达到最大，再给准直透镜2点胶并uv和烘烤固定准直透镜2。
50.以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡
是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种光发射次模块的耦光方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、安装固定激光器和光纤适配器；s2、给激光器上电，调整会聚透镜在x轴、y轴、z轴三个方向的位置，使耦合进光纤适配器的光功率达到最大，记录此时会聚透镜的位置为p0(x0，y0，z0)；s3、调整会聚透镜在x轴、z轴方向的位置至位置p1(x0+b，y0，z
0-c)，使会聚透镜在x轴方向位置到光纤适配器距离为会聚透镜的焦距f，会聚透镜的中心在z轴方向位置与光纤适配器的纤芯中心位于同一高度；将会聚透镜点胶固定在位置p1处。2.如权利要求1所述的光发射次模块的耦光方法，其特征在于，还包括步骤s4、将准直透镜放在激光器与会聚透镜之间，给激光器上电，调整准直透镜在x轴、y轴、z轴三个方向的位置，使进入光纤适配器的光功率达到最大，给准直透镜点胶固定。3.如权利要求1所述的光发射次模块的耦光方法，其特征在于，所述步骤s2中会聚透镜位于位置p0时，所述激光器的出光点、会聚透镜的中心和光纤适配器的纤芯中心三点在一条直线上。4.如权利要求1所述的光发射次模块的耦光方法，其特征在于，所述步骤s3中会聚透镜由位置p0平移到位置p1的x轴方向平移距离b计算过程如下：利用会聚透镜焦距计算公式并结合激光器和光纤适配器之间x轴方向上的设计距离＝a+b+f，从而计算得出会聚透镜的x轴方向平移距离b；其中，f为会聚透镜的焦距，a为位置p0处时会聚透镜与激光器沿x轴方向的距离。5.如权利要求1所述的光发射次模块的耦光方法，其特征在于，所述步骤s3中会聚透镜由位置p0平移到位置p1的z轴方向平移距离其中，a为位置p0处时会聚透镜与激光器沿x轴方向的距离，b为会聚透镜由位置p0平移到位置p1的x轴方向平移距离，f为会聚透镜的焦距，β为会聚透镜在位置p1处使耦合到光纤适配器的光水平出射时的入射光线与x轴方向夹角。6.如权利要求5所述的光发射次模块的耦光方法，其特征在于，所述光纤适配器入光一侧端面为呈α倾斜角度的斜面，此时根据折射率公式n＝sin(α+β)/sinα计算出β；其中，n为光纤适配器的纤芯折射率。7.如权利要求1所述的光发射次模块的耦光方法，其特征在于，所述步骤s1中还包括在激光器和光纤适配器之间安装固定光隔离器，并且步骤s2中会聚透镜放在激光器与光隔离器之间。

技术总结
本发明提供了一种光发射次模块的耦光方法，包括如下步骤：S1、安装固定激光器和光纤适配器；S2、给激光器上电，调整会聚透镜在X轴、Y轴、Z轴三个方向的位置，使耦合进光纤适配器的光功率达到最大，记录此时会聚透镜的位置为P0；S3、调整会聚透镜在X轴、Z轴方向的位置至位置P1，使会聚透镜在X轴方向位置到光纤适配器距离为会聚透镜的焦距F，会聚透镜的中心在Z轴方向位置与光纤适配器的纤芯中心位于同一高度；将会聚透镜点胶固定在位置P1处。该发明通过耦合到光纤适配器光功率最大点的会聚透镜位置P0来确定会聚透镜的最终位置P1，定位精度高，且大大降低了激光器和光纤适配器贴装位置对耦合效率的影响，提升了产品光功率的耦合效率。率。率。


技术研发人员：唐永正 吴候明
受保护的技术使用者：武汉英飞光创科技有限公司
技术研发日：2023.07.25
技术公布日：2023/10/11