[發(fā)明專利]單鏡頭多角度高倍率光子芯片耦合封裝裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910233743.2
• 申請(qǐng)日: 2009-10-23
• 公開（公告）號(hào): CN101697024A
• 公開（公告）日: 2010-04-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫小菡;劉旭;蔣衛(wèi)鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B6/24
• 分類號(hào): G02B6/24
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 黃雪蘭

一、技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電子學(xué)和集成光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、實(shí)驗(yàn)室等場(chǎng)合的光子芯片耦合封裝裝置，具體地說(shuō)是一種基于單鏡頭多角度高倍率機(jī)器視覺技術(shù)實(shí)現(xiàn)微米、亞微米以及納米尺度的光子芯片與光纖耦合、對(duì)準(zhǔn)、封裝目的的光子芯片耦合封裝系統(tǒng)。

二、技術(shù)背景

隨著光子芯片技術(shù)逐漸走向成熟，封裝技術(shù)必然得到充分重視，對(duì)光子芯片與光纖對(duì)準(zhǔn)耦合的要求也越來(lái)越高。普通單模光纖的芯徑約為8微米，光子芯片波導(dǎo)寬度因材料而異，基于III-V族半導(dǎo)體材料的光子芯片波導(dǎo)寬度為幾微米量級(jí)，基于SOI(絕緣體上的硅)材料的光子芯片波導(dǎo)寬度為亞微米量級(jí)。實(shí)現(xiàn)光子芯片和光纖之間的精確對(duì)準(zhǔn)和高效耦合，需要納米級(jí)六維微調(diào)技術(shù)(縱向、橫向、垂直、偏擺、俯仰、旋轉(zhuǎn))和千倍量級(jí)的高倍率多角度觀察系統(tǒng)，獲得高清晰的光子芯片平面光路和波導(dǎo)端面的圖像。

在目前光子芯片與光纖耦合、對(duì)準(zhǔn)、封裝中多用到顯微鏡通過(guò)人眼來(lái)觀察或通過(guò)攝像機(jī)電子設(shè)備來(lái)成像觀察。一般放大倍率在300倍以內(nèi)，如日本駿河(Suruga)公司推出的手動(dòng)和自動(dòng)耦合封裝系統(tǒng)的水平和垂直觀察單元鏡頭放大倍數(shù)為46～291倍。成像系統(tǒng)分為兩路觀察，使得系統(tǒng)架構(gòu)復(fù)雜、龐大、成本提高，而且不能得到對(duì)象其它角度的全方位圖像，不利于精確地耦合對(duì)準(zhǔn)。本發(fā)明提出單鏡頭可回旋實(shí)現(xiàn)多角度成像觀察的最大放大倍率達(dá)到1125倍的機(jī)器視覺裝置、光纖-芯片耦合調(diào)節(jié)裝置、光纖-芯片固化裝置組成的光子芯片耦合封裝系統(tǒng)。

三、發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種能夠提高成像質(zhì)量的小型化單鏡頭多角度高倍率光子芯片耦合封裝裝置。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種單鏡頭多角度高倍率光子芯片耦合封裝裝置，由耦合調(diào)節(jié)裝置、機(jī)器視覺裝置和光纖-芯片固化裝置構(gòu)成，機(jī)器視覺裝置由一個(gè)鏡頭相機(jī)組件及多角度固定回旋裝置組成，鏡頭相機(jī)組件設(shè)在多角度固定回旋裝置上，所述的鏡頭相機(jī)組件由單只光學(xué)放大倍率為3.5X～22.5X的高倍率鏡頭和一個(gè)高靈敏度CMOS相機(jī)組成且高倍率鏡頭安裝在CMOS相機(jī)上。

本發(fā)明提出的基于單鏡頭多角度高倍率機(jī)器視覺技術(shù)的光子芯片耦合封裝系統(tǒng)包括三大功能模塊：耦合調(diào)節(jié)裝置、機(jī)器視覺裝置和光纖-芯片固化裝置。耦合調(diào)節(jié)裝置由六維精密微調(diào)架、V型槽、芯片平臺(tái)、三維精密微調(diào)架組成，六維精密微調(diào)架線性精度0.5微米、角精度27.8”。機(jī)器視覺裝置由光學(xué)放大倍率為3.5X～22.5X的高倍率鏡頭和高靈敏度CMOS相機(jī)組成鏡頭相機(jī)組件，通過(guò)CMOS芯片成像在顯示器上的總放大倍率為175X～1125X，可在自行設(shè)計(jì)的固定回旋裝置下實(shí)現(xiàn)180°旋轉(zhuǎn)、從垂直俯視到水平側(cè)視近90°任意角度實(shí)現(xiàn)對(duì)亞微米和納米級(jí)波導(dǎo)光路的觀察，圖像不抖動(dòng)。光纖-芯片固化裝置為采用UV-LED光源的紫外膠固化裝置。基于單鏡頭多角度高倍率機(jī)器視覺技術(shù)的光子芯片耦合封裝系統(tǒng)相對(duì)于業(yè)界產(chǎn)品緊湊、小型化，機(jī)柜尺寸為650(長(zhǎng))×650(寬)×1540(高)mm³。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：六維精密微調(diào)架線性位移精度和角位移精度高，且重復(fù)精度、穩(wěn)定性、運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各個(gè)角度的偏擺程度及其一致性好。

本發(fā)明主要特色是單只高倍鏡頭多角度視頻觀察技術(shù)，基于此技術(shù)的機(jī)器視覺裝置主要包括鏡頭相機(jī)組件和多角度固定回旋裝置。

鏡頭數(shù)量由傳統(tǒng)的兩只簡(jiǎn)化為單只，系統(tǒng)體積大大縮小、成本大大降低。而業(yè)界普遍的成像系統(tǒng)分為兩路觀察，使得系統(tǒng)架構(gòu)復(fù)雜、龐大、成本提高。例如日本駿河(Suruga)公司推出的自動(dòng)耦合封裝系統(tǒng)價(jià)位在百萬(wàn)元人民幣上下。

鏡頭的成像倍率提高到1125倍，可獲得更好的成像質(zhì)量，保證了封裝效果的可靠性。且在高倍率條件下，實(shí)現(xiàn)圖像實(shí)時(shí)采集和處理、不抖動(dòng)。而業(yè)界普遍的300倍放大倍率，只能實(shí)現(xiàn)對(duì)玻璃基或石英基光子芯片光路的觀察，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)微米或亞微米量級(jí)的InP基或SOI基光子芯片光路的觀察。

通過(guò)多角度固定回旋裝置可以實(shí)現(xiàn)鏡頭角度的任意變化，從而對(duì)光纖陣列(Fiber?Array，F(xiàn)A)和PLC芯片的對(duì)準(zhǔn)情況進(jìn)行多角度全方位的觀察。而業(yè)界普遍的成像系統(tǒng)不能得到除垂直俯視和水平側(cè)視以外的對(duì)象其它角度的全方位信息，不利于指導(dǎo)FA和PLC芯片精確的耦合對(duì)準(zhǔn)。

光纖-芯片固化裝置采用UV-LED，相對(duì)于通用的Hg燈光源體積小、功耗小、無(wú)熱損傷；出射光導(dǎo)管為特殊透鏡紫外液芯光纖，除了具有傳統(tǒng)液芯光纖的所有優(yōu)點(diǎn)外，由于特殊透鏡的使用使得聚光光斑更小、結(jié)構(gòu)更為緊湊。