半导体激光器与单模光纤对准平台运动误差分析

段吉安，赵文龙，郑 煜，唐 皓

(中南大学高性能复杂制造国家重点实验室，湖南长沙410083)

0 引言

同轴型光收发器件封装的主要工艺过程包括对准、焊接和焊后位移校正，半导体激光器(LD)与单模光纤(SMF)耦合对准是同轴型光收发器件封装的关键，其耦合效率的高低直接影响器件的性能，其对准时间的长短决定封装的成本.LD与SMF的对准需要五维调整，对准过程中不同维运动间存在非严格正交特性，使得光通道对准过程中逐维位置调节相互耦合干扰，从而使光路的高精度耦合对准十分困难.实际对准过程中，对准平台受多种误差源的影响，如加工误差、装配误差、运动误差和环境因素等，导致运动轨迹发生偏离，加大了耦合对准的难度，影响了器件封装质量［1］.

近年来，运用多体系统理论研究多自由度系统误差的方法得到了广泛的应用，尤其是在数控机床方面，大都基于多体系统理论进行空间误差建模［1-5］.笔者在构建的LD与SMF五维对准平台上，运用多体系统理论，得到了LD末端点运动误差模型，利用Monte Carlo方法，结合该运动误差模型，对运动误差进行了概率分析.此分析对运动误差补偿具有指导意义，并可为多自由度运动系统的误差建模提供理论参考.

1 LD与SMF对准平台

1.1 LD与SMF对准

由于LD模场是椭圆的，SMF模场是圆对称的，因此LD与SMF对准耦合时，只存在5个自由度的调整，故LD与SMF的对准误差包括：垂直于光轴的横向错位x和y、平行于光轴的纵向间隙z、以及角度偏差 α 和 β，如图1所……