[发明专利]单镜头多角度高倍率光子芯片耦合封装装置

说明书

一、技术领域

本发明属于光电子学和集成光学技术领域，涉及一种用于工业现场、实验室等场合的光子芯片耦合封装装置，具体地说是一种基于单镜头多角度高倍率机器视觉技术实现微米、亚微米以及纳米尺度的光子芯片与光纤耦合、对准、封装目的的光子芯片耦合封装系统。

二、技术背景

随着光子芯片技术逐渐走向成熟，封装技术必然得到充分重视，对光子芯片与光纤对准耦合的要求也越来越高。普通单模光纤的芯径约为8微米，光子芯片波导宽度因材料而异，基于III-V族半导体材料的光子芯片波导宽度为几微米量级，基于SOI(绝缘体上的硅)材料的光子芯片波导宽度为亚微米量级。实现光子芯片和光纤之间的精确对准和高效耦合，需要纳米级六维微调技术(纵向、横向、垂直、偏摆、俯仰、旋转)和千倍量级的高倍率多角度观察系统，获得高清晰的光子芯片平面光路和波导端面的图像。

在目前光子芯片与光纤耦合、对准、封装中多用到显微镜通过人眼来观察或通过摄像机电子设备来成像观察。一般放大倍率在300倍以内，如日本骏河(Suruga)公司推出的手动和自动耦合封装系统的水平和垂直观察单元镜头放大倍数为46～291倍。成像系统分为两路观察，使得系统架构复杂、庞大、成本提高，而且不能得到对象其它角度的全方位图像，不利于精确地耦合对准。本发明提出单镜头可回旋实现多角度成像观察的最大放大倍率达到1125倍的机器视觉装置、光纤-芯片耦合调节装置、光纤-芯片固化装置组成的光子芯片耦合封装系统。

三、发明内容

本发明提供一种能够提高成像质量的小型化单镜头多角度高倍率光子芯片耦合封装装置。

本发明采用如下技术方案：

一种单镜头多角度高倍率光子芯片耦合封装装置，由耦合调节装置、机器视觉装置和光纤-芯片固化装置构成，机器视觉装置由一个镜头相机组件及多角度固定回旋装置组成，镜头相机组件设在多角度固定回旋装置上，所述的镜头相机组件由单只光学放大倍率为3.5X～22.5X的高倍率镜头和一个高灵敏度CMOS相机组成且高倍率镜头安装在CMOS相机上。

本发明提出的基于单镜头多角度高倍率机器视觉技术的光子芯片耦合封装系统包括三大功能模块：耦合调节装置、机器视觉装置和光纤-芯片固化装置。耦合调节装置由六维精密微调架、V型槽、芯片平台、三维精密微调架组成，六维精密微调架线性精度0.5微米、角精度27.8”。机器视觉装置由光学放大倍率为3.5X～22.5X的高倍率镜头和高灵敏度CMOS相机组成镜头相机组件，通过CMOS芯片成像在显示器上的总放大倍率为175X～1125X，可在自行设计的固定回旋装置下实现180°旋转、从垂直俯视到水平侧视近90°任意角度实现对亚微米和纳米级波导光路的观察，图像不抖动。光纤-芯片固化装置为采用UV-LED光源的紫外胶固化装置。基于单镜头多角度高倍率机器视觉技术的光子芯片耦合封装系统相对于业界产品紧凑、小型化，机柜尺寸为650(长)×650(宽)×1540(高)mm³。

与现有技术相比，本发明的优点是：六维精密微调架线性位移精度和角位移精度高，且重复精度、稳定性、运动过程中各个角度的偏摆程度及其一致性好。

本发明主要特色是单只高倍镜头多角度视频观察技术，基于此技术的机器视觉装置主要包括镜头相机组件和多角度固定回旋装置。

镜头数量由传统的两只简化为单只，系统体积大大缩小、成本大大降低。而业界普遍的成像系统分为两路观察，使得系统架构复杂、庞大、成本提高。例如日本骏河(Suruga)公司推出的自动耦合封装系统价位在百万元人民币上下。

镜头的成像倍率提高到1125倍，可获得更好的成像质量，保证了封装效果的可靠性。且在高倍率条件下，实现图像实时采集和处理、不抖动。而业界普遍的300倍放大倍率，只能实现对玻璃基或石英基光子芯片光路的观察，不能实现对微米或亚微米量级的InP基或SOI基光子芯片光路的观察。

通过多角度固定回旋装置可以实现镜头角度的任意变化，从而对光纤阵列(Fiber Array，FA)和PLC芯片的对准情况进行多角度全方位的观察。而业界普遍的成像系统不能得到除垂直俯视和水平侧视以外的对象其它角度的全方位信息，不利于指导FA和PLC芯片精确的耦合对准。

光纤-芯片固化装置采用UV-LED，相对于通用的Hg灯光源体积小、功耗小、无热损伤；出射光导管为特殊透镜紫外液芯光纤，除了具有传统液芯光纤的所有优点外，由于特殊透镜的使用使得聚光光斑更小、结构更为紧凑。