从一个
光模块到另一个
光模块,将电信号转化为光信号,在光纤里传递,这个过程中,发送光的,是光模块的激光器,传递光的,是连接模块的光纤。
光纤极小,所以需要将光耦合到光纤纤芯中,负责这个工作的,就是透镜。
不同的透镜决定它们性能的就是主要材质,玻璃、PEI塑料、硅是最常见的三种材料,其中玻璃是最佳材料,但是相较其他两项要贵,硅是最近发展的最好的材料,是COB、Box封装模块的流行 款式,而PEI塑料,性价比最高。
从光路结构(透镜个数)上看,发射端需用到准直、聚焦两个透镜,接收端只需用准直透镜。
部分厂家会在加入光路调整块,或者在接收端增加聚焦透镜,提升产品性能。TO Can封装使用的是球透镜,一个透镜实现准直和聚焦两个功能。
透镜的设计是门很深的学问,优秀的透镜设计可以为耦合工序带来便利。
透镜耦合由于行业的规模较小(主要原因)和高精度限制,完全的自动化还未实现。透镜耦合大概分为上料、预耦合、点胶、胶水固化、下料共5个步骤。
上料就是将透镜安装到耦合设备透镜holder上,透镜holder有吸嘴式和两侧夹持式两种。
预耦合时,透镜holder带动透镜找到最佳耦合位置。基本上都是按xyz三个自由度移动,有的是看最大光功率点,有的是看光斑形状,基本都在几分钟内找到位置。透镜设计优秀,这一步可以节约时间。
点胶前,透镜holder会先将透镜移开,让出点胶位置,一般基底上点UV胶,然后将透镜再放置到最佳耦合位置上。耦合工序对胶量控制要求比较严格,主要是因为接下来的胶水固化过程中,透镜的位置可能会发生移动。有些厂家的产品方案是通过胶水的厚度,来调节透镜高度方向的大小,这类方案对胶水固化中的位移尤为敏感。
胶水固化,就是对准胶水照紫外UV光,有些厂家是会分多次不同强度照射,称为预固化、完全固化,目的还是为了尽量减小胶水固化中的透镜跑位。至于能不能提前预计出透镜跑位量,在耦合时直接补偿进去呢?这个我不知道,纯属瞎猜的。由于UV胶粘接力有限,对于体型硕大的透镜,在UV胶固化后,会再补些黑胶增强粘接力。
有源耦合和无源耦合这两个耦合方式的区别其实很明显,耦合过程中对激光器或者PD加电的,叫做有源耦合,反之就时无源耦合。
有源耦合是
光通信行业的主流,优势是有反馈,无论是光功率还是PD的响应电流,在耦合过程中,都能实时地告诉你产品的感受,位置对不对,尺寸合不合适,让你不懵逼。
无源耦合的优势是耦合设备简单,成本低,难点是在只凭借尺寸信息和标记点来找准位置,要不然直接怼下去,容易把透镜弄坏了。
如何评价透镜耦合的可靠性?从外观上,主要是关注透镜四周的溢胶情况,透镜底部胶水不能有空洞。
透镜耦合可以认为是一种特殊的贴片,那就能进行剪切力测试。
其他方面,我觉得也没有特别的要求了,毕竟透镜这种无源器件的可靠性是远远高于光模块要求的。如果透镜没粘牢固,在光模块使用过程中掉下来了,那我建议可以先给负责该产品的胶水工程师来个N+1。