多芯光纤扇入扇出模块耦合及封装系统的制作方法

1.本实用新型涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种多芯光纤扇入扇出模块耦合及封装系统。


背景技术：

2.随着 5g、云计算、物联网技术的飞速发展，以及宽带网络接入用户数量和范围的不断扩展，互联网用户对通讯带宽的需求与日俱增。据统计，到2023 年，全球每年的光纤通信网络流量仍以 20%速度保持高速增长，而目前主流的单模光纤技术能达到的传输容量 100tb/s 已接近香农定理的传输极限。单模光纤容量危机已经开始凸显，研究一种能够从根本上解决带宽需求的新的复用方式已迫在眉睫。
3.以多芯光纤和少模光纤为基础的空分复用技术成为提升光纤通信系统容量的关键突破口。从光信号的本质出发，其物理复用维度包括五个方面，分别为时间、频率（波长）、偏振态、复振幅及空间。时间和频率(波长)复用在光纤通信发展初期就开始采用，目前己无太大的潜力可挖；依靠偏振复用只能再提高 1 倍的容量，也无进一步的改进余量可言；对于复振幅维度，受限于光纤通信系统的信噪比，不能无限制提高调制阶数，因而其最大频谱效率还是十分有限；唯有空间是光信号最后一个尚未充分挖掘和利用的维度。因此，空分复用技术被认为是解决单模光纤通信系统容量危机的一种有效方案。
4.现有的多芯光纤扇入扇出模块耦合及封装系统，耦合精度不高，且耦合效率较低，难以实现大规模量产，且一般采用紫外胶固化的方式，对温度比较敏感，长期使用易发生老化。


技术实现要素：

5.为解决现有技术存在的上述至少部分问题，本实用新型的目的在于提供一种多芯光纤扇入扇出模块耦合及封装系统。
6.本实用新型是这样实现的：
7.本实用新型提供一种多芯光纤扇入扇出模块耦合及封装系统，包括分体设置的对焦架和激光焊接台，所述对焦架包括旋转底座、水平二维调节机构、单芯光纤束夹具、升降调节机构、多芯光纤夹具、光源以及光功率计，所述水平二维调节机构位于所述旋转底座上，所述单芯光纤束夹具固定在所述水平二维调节机构上，所述升降调节机构支撑设置于所述旋转底座上且位于所述水平二维调节机构的正上方，所述多芯光纤夹具固定在所述升降调节机构上，所述光源用于与单芯光纤束的各单芯光纤的尾纤连接，所述光功率计用于连接多芯光纤；所述激光焊接台包括底板、焊接头固定架以及激光焊接头，所述焊接头固定架固定在所述底板上，所述激光焊接头位于所述焊接头固定架上。
8.进一步地，所述单芯光纤束夹具包括下夹具本体以及夹设于下夹具本体内用于固定单芯光纤束的下陶瓷芯，所述多芯光纤夹具包括上夹具本体以及夹设于上夹具本体内用于固定多芯光纤的上陶瓷芯，所述下陶瓷芯与所述上陶瓷芯相对设置，所述下陶瓷芯与所
述上陶瓷芯外部均具有不锈钢外壳。
9.进一步地，所述下夹具本体和所述上夹具本体均包括两个夹爪以及位于两个夹爪外的锁紧装置。
10.进一步地，所述水平二维调节机构包括前后调节装置、左右调节装置以及用于调节前后调节装置运动的前后调节旋钮和用于调节左右调节装置运动的左右调节旋钮。
11.进一步地，所述升降调节机构包括包括支撑设置于所述旋转底座上的至少两个支撑杆以及与所述支撑杆活动连接的活动板以及用于调节活动板上下运动的升降调节旋钮，所述多芯光纤夹具设于所述活动板上。
12.进一步地，所述升降调节机构的活动板上还设有用于调节所述单芯光纤束夹具旋转的旋转盘。
13.进一步地，所述焊接头固定架包括固定在底板上的升降座体以及固定在升降座体上的旋转座体，所述激光焊接头位于所述旋转座体上，所述升降座体上设有用于调节激光焊接头升降的升降旋钮，所述旋转座体上设有用于调节激光焊接头旋转角度的旋转旋钮。
14.进一步地，所述旋转座体上设有焊接头放置筒，所述激光焊接头放置在所述焊接头放置筒中。
15.进一步地，所述激光焊接台还包括ccd连接头以及ccd及显示器，所述ccd连接头通过旋转支架固定在所述旋转座体上，所述ccd连接头与所述ccd及显示器连接。
16.进一步地，所述激光焊接台包括两组所述焊接头固定架以及激光焊接头，所述对焦架位于两组所述焊接头固定架以及激光焊接头之间。
17.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
18.本实用新型提供的这种多芯光纤扇入扇出模块耦合及封装系统，采用激光焊接的方式取代现有的紫外胶固化的方式，可以有效避免胶水对于温度敏感及长期使用易老化的问题，并且可以用于各种极端环境，比如太空环境、潮湿环境等；由于对焦操作需要时间长，激光焊接需要时间较短，本实用新型的对焦架和激光焊接台采用分体式的结构，一个激光焊接台可以对应多个对焦架，组合方式灵活，有利于实际生产，这样有效的节约了设备成本，提高了生产效率，为产品量产打下坚实的基础；本实用新型的激光焊接台单独设置，可应用范围广，适用于需要激光焊接的各种应用场合。
附图说明
19.图1为本实用新型实施例提供的多芯光纤扇入扇出模块耦合及封装系统；
20.图2为本实用新型实施例提供的下陶瓷芯和上陶瓷芯的对接示意图。
21.附图标记说明：1-旋转底座、2-水平二维调节机构、3-前后调节旋钮、4-左右调节旋钮、5-单芯光纤束夹具、6-升降调节机构、7-支撑杆、8-固定板、9-活动板、10-多芯光纤夹具、11-旋转盘、12-升降调节旋钮、13-底板、14-升降座体、15-旋转座体、16-升降旋钮、17-ccd连接头、18-旋转支架、19-单芯光纤束、20-下陶瓷芯、21-多芯光纤、22-上陶瓷芯、23-不锈钢外壳。
具体实施方式
22.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
23.如图1所示，本实用新型实施例提供一种多芯光纤扇入扇出模块耦合及封装系统，包括分体设置的对焦架和激光焊接台，所述对焦架包括旋转底座1、水平二维调节机构2、单芯光纤束夹具5、升降调节机构6、多芯光纤夹具10、光源以及光功率计，所述水平二维调节机构2位于所述旋转底座1上，所述单芯光纤束夹具5固定在所述水平二维调节机构2上，所述升降调节机构6支撑设置于所述旋转底座1上且位于所述水平二维调节机构2的正上方，所述多芯光纤夹具10固定在所述升降调节机构上，所述光源用于与单芯光纤束的各单芯光纤的尾纤连接，所述光功率计用于连接多芯光纤；所述激光焊接台包括底板13、焊接头固定架以及激光焊接头，所述焊接头固定架固定在所述底板13上，所述激光焊接头位于所述焊接头固定架上。首先通过旋转底座1调整对焦架的角度至合适的位置，将单芯光纤束以及多芯光纤分别固定于单芯光纤束夹具5和多芯光纤夹具10中，调节升降调节机构6使得多芯光纤下降至靠近单芯光纤束，通过调整水平二维调节机构2使得多芯光纤与单芯光纤束之间耦合对准，然后使用激光焊接头对多芯光纤与单芯光纤束进行焊接。
24.细化上述实施例，如图2所示，所述多芯光纤夹具10包括下夹具本体以及夹设于下夹具本体内用于固定单芯光纤束19的下陶瓷芯20，所述单芯光纤束夹具5包括上夹具本体以及夹设于上夹具本体内用于固定多芯光纤21的上陶瓷芯22，所述下陶瓷芯20与所述上陶瓷芯22相对设置，所述下陶瓷芯20与所述上陶瓷芯22外部均具有不锈钢外壳23。焊接时，对上陶瓷芯22和下陶瓷芯20外的不锈钢外壳23进行焊接操作，即将单芯光纤束19与多芯光纤21连接固定。优选地，所述不锈钢外壳23靠近端面的部位表面呈凹凸状，由于焊接时需要熔化一部分的不锈钢外壳23，不锈钢外壳23表面呈凹凸状更容易熔解，从而可以减小激光焊接装置的功率。固定单芯光纤束19以及多芯光纤20时首先将其放置于对应的陶瓷芯中，然后再夹设于对应的夹具中。所述下夹具本体和所述上夹具本体均包括两个夹爪以及位于两个夹爪外的锁紧装置，下陶瓷芯20和上陶瓷芯22分别夹设于下夹具本体和上夹具本体的两个夹爪之间，通过锁紧装置将两个夹爪锁紧以将下陶瓷芯20和上陶瓷芯夹紧固定。
25.进一步地，所述水平二维调节机构2包括前后调节装置、左右调节装置以及用于调节前后调节装置运动的前后调节旋钮3和用于调节左右调节装置运动的左右调节旋钮4，通过前后调节旋钮3、左右调节旋钮4调节单芯光纤束夹具5前后及左右运动进而带动单芯光纤束前后及左右运动，实现单芯光纤束与多芯光纤的耦合对准。所述旋转座体15上还设有用于调节旋转座体15旋转的旋转调节旋钮，通过旋转调节旋钮调节旋转座体15的角度。
26.进一步地，所述升降调节机构6包括支撑设置于所述旋转底座1上的至少两个支撑杆7以及位于支撑杆7顶部与支撑杆7固定连接的固定板8和位于固定板8下方与支撑杆7活动连接的活动板9，还包括用于调节活动板9上下运动的升降调节旋钮12，所述多芯光纤夹具10设于所述活动板9上，通过升降调节旋钮12调节活动板9上下运动进而带动单芯光纤束夹具5上下运动。优选地，所述升降调节机构的活动板9上还设有用于调节所述单芯光纤束夹具5旋转的旋转盘11，用于手动调节多芯光纤与单芯光纤束的旋转对准。
27.上述前后调节装置、左右调节装置以及升降调节机构6的实现方式可以是气缸、螺纹微调架或者弹簧压缩调节装置等，本实施例对此不作限定。
28.进一步地，所述焊接头固定架包括固定在底板13上的升降座体14以及固定在升降座体14上的旋转座体15，所述激光焊接头位于所述旋转座体15上，所述升降座体14上设有用于调节激光焊接头升降的升降旋钮16，所述旋转座体15上设有用于调节激光焊接头旋转角度的旋转旋钮，通过升降旋钮16和旋转旋钮调节激光焊接头的升降以及旋转角度，以实现对单芯光纤束的各单芯光纤与多芯光纤的各纤芯精确焊接。细化地，所述旋转座体上设有焊接头放置筒，所述激光焊接头放置在所述焊接头放置筒中，方便对激光焊接头进行更换。优选地，所述激光焊接台还包括ccd连接头17以及ccd及显示器，所述ccd连接头17通过旋转支架17固定在所述旋转座体上，所述ccd连接头17与所述ccd及显示器连接，通过ccd及显示器方便观察激光焊接时上陶瓷芯和下陶瓷芯20的位置。
29.本优选实施例中，所述激光焊接台包括两组所述焊接头固定架以及激光焊接头，所述对焦架位于两组所述焊接头固定架以及激光焊接头之间，可以进一步提高焊接的效率。
30.本实施例的多芯光纤扇入扇出模块耦合及封装系统的使用方法如下：
31.首先把多芯光纤21放置于上陶瓷芯22中，并置于多芯光纤夹具10中，单芯光纤束放置于下陶瓷芯20中，并放置于单芯光纤束夹具5中，调整对焦架升降调节旋钮12，使上下陶瓷芯靠近。
32.将单芯光纤束19的各单芯光纤的尾纤与光源相连，多芯光纤21与光功率计相连，然后可以调整对焦架的旋转调节旋钮，该旋钮可以使对焦架360度旋转，通过调整旋转调节旋钮，将对焦架调整到合适的角度，方便对焦操作。通过调节左右调节旋钮4和前后调节旋钮3，调整单芯光纤束19的位置，通过观察光功率计的变化，实现空间耦合，当整体光功率达到最大并保持稳定且所有的单芯光纤对应的光功率都满足要求，此时证明已经完全对准达到最佳耦合状态。判断各单芯光纤对应的光功率是否满足要求具体可以将单芯光纤束19的其中一根单芯光纤的尾纤与光源相连，多芯光纤21与光功率计相连，通过观察光功率计的功率来判断该单芯光纤对应的功率是否满足要求，该单芯光纤检测完成后，再换单芯光纤束19的其他单芯光纤继续检测，直至每根单芯光纤对应的光功率都满足要求。
33.完成对焦后，将对焦架放置到激光焊接台上，此时不需要重新调整，可以直接开始焊接。焊接时，首先将激光焊接头放置于放置筒中，然后通过ccd连接头17连接 ccd及显示器，通过显示器看到上陶瓷芯和下陶瓷芯，调整激光焊接的升降旋钮16的旋转旋钮，以及对焦架上的旋转调节旋钮，使焊接点对准上陶瓷芯和下陶瓷芯连接处，然后对上陶瓷芯22和下陶瓷芯20外的不锈钢外壳23进行焊接操作，将单芯光纤束与多芯光纤连接固定，多芯光纤扇入扇出模块制作完成。
34.经测试，使用本实施例的多芯光纤扇入扇出模块耦合及封装系统制得的多芯光纤扇入扇出模块的纤芯的损耗均小于0.7db。
35.综上所述，本实用新型提供的这种多芯光纤扇入扇出模块耦合及封装系统，采用激光焊接的方式取代现有的紫外胶固化的方式，可以有效避免胶水对于温度敏感及长期使用易老化的问题，并且可以用于各种极端环境，比如太空环境、潮湿环境等；由于对焦操作需要时间长，激光焊接需要时间较短，本实用新型的对焦架和激光焊接台采用分体式的结构，一个激光焊接台可以对应多个对焦架，组合方式灵活，有利于实际生产，这样有效的节约了设备成本，提高了生产效率，为产品量产打下坚实的基础；本实用新型的激光焊接台单
独设置，可应用范围广，适用于需要激光焊接的各种应用场合。
36.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。