本发明涉及光纤与波分复用器芯片耦合结构，尤其涉及一种光纤耦合结构及其光纤和芯片焊接方法。
背景技术：
1、多模干涉仪型、阵列波导光栅型、马赫曾德尔干涉仪型等波分复用器件是光纤通信网络中不可或缺的部分。在射频光子系统中，sub15ghz黄金频谱下高能效高功率宽带无线系统的应用需求在未来将会快速增长。突破高功率高效率模拟射频前传网络和光电探测器直驱天线的微波光子核心器件的相关技术将变得尤其重要。高输入光功率要求光芯片与光纤之间形成稳定连接，而高效率则要求光芯片和光纤高效耦合降低损耗。常规的光芯片与光纤耦合使用固化剂固定。如“ranno,l.,et al.(2022)."integrated photonicspackaging:challenges and opportunities."acs photonics 9(11):3467-3485.”中所介绍，该方法在高功率输入下连接光纤与器件的固化剂稳定性变差，影响耦合质量，导致输入损耗增大，严重者将损坏光芯片使之无法正常工作。多数对光纤耦合的研究集中在激光器与光纤耦合上，例如公告号为cn108879318a、发明名称为“一种半导体激光器封装结构及其焊接方法”的专利申请中所公开的方案。又如文献“yi-cheng,h.,et al.(2005)."a novelfiber alignment shift measurement and correction technique in laser-weldedlaser module packaging."journal of lightwave technology 23(2):486-494.”中介绍的自由光出射封装的激光器。由于激光器的工作特性，光芯片和光纤只需要单端面耦合，相比需要耦合输入和输出两端面的波分复用器耦合难度较低。另一方面，由于器件的微型化导致耦合难度加大，精准光纤与波分复用器等无源光芯片输入/输出耦合技术能够降低光器件插入损耗。虽然有如公布号为cn103323919a、发明名称为“使光学部件与光纤精准地对准的光学组件”的专利申请所提方案可以使光组件和光纤精确对准，但其工序复杂而且耦合要求特殊装置完成，操作难度大。因此需要一种针对波分复用器件并且结构简单操作简易的新型芯片和光纤耦合方法。
技术实现思路
1、本发明的目的在于，基于实际需求，提供一种高功率输入应用场景下低损耗、耦合稳定、耦合精度高的光纤与波分复用器芯片的耦合结构及其耦合方法。
2、一方面，本发明公开了一种光纤耦合结构，该结构包括金属座、光纤固定器、光纤套筒、芯片底座、波分复用器芯片、光纤和光纤阵列；
3、其中，光纤固定器与芯片底座置于金属座上表面，光纤固定器与芯片底座均呈类几字型，并分别通过光纤固定器底部与芯片底座底部固定于金属座上表面，光纤固定器高度大于芯片底座高度，芯片底座上方设置有波分复用器芯片；
4、光纤与光纤套筒同轴设置，且光纤套筒内径不小于光纤外径，光纤套筒穿过光纤固定器以与波分复用器芯片相对，且位于光纤固定器内的光纤套筒与光纤固定器固定连接；
5、波分复用器芯片的芯片输入端与固定于芯片底座上的光纤阵列相连，波分复用器芯片的芯片输出端与穿过光纤固定器的光纤套筒中的光纤相连。
6、进一步的，芯片底座上表面尺寸大于波分复用器芯片的芯片尺寸，波分复用器芯片的芯片输出端面与芯片底座上表面边缘平齐，波分复用器芯片两侧与芯片底座上表面两边缘距离相等。
7、进一步的，还可以将光纤和光纤阵列与波分复用器芯片的连接对换，光纤固定器的开口正对波分复用器芯片的芯片输入端面，波分复用器芯片的芯片输入端用于与穿过光纤固定器的光纤相连，波分复用器芯片的芯片输出端用于与光纤阵列相连。
8、进一步的，芯片底座上表面的长度大于芯片长度5～7mm。
9、进一步的，光纤固定器高度大于芯片底座高度4～5mm。
10、进一步的，金属座、光纤固定器、光纤套筒和芯片底座的材料均采用伐合金。
11、进一步的，芯片底座的侧面和/或侧面位于金属座上表面的延伸面均开设有窗口，以用于增加调整焊焊点，增加调整焊调整维度。
12、进一步的，芯片底座的侧面呈类几字型，几字型侧面的左右两侧分别设置两组焊接固定点，以将芯片底座焊接于金属座上表面。
13、另一方面，本发明还公开了一种用于本发明的光纤耦合结构的光纤和芯片焊接方法，其包括如下步骤：
14、a)将波分复用器芯片贴装于芯片底座；
15、b)修剪光纤接头，以使光纤接头不超过光纤包层的限定长度，该限定长度为1～5mm；
16、c)采用固化剂永久性连接光纤与光纤套筒；
17、d)将光纤固定器的通过激光焊接至金属座固定；
18、e)使用夹具将芯片底座抵住光纤固定器，使用精密调节器将光纤套筒穿过光纤固定器，使用显微镜观察光纤和波分复用器芯片输出端的横向距离，调整芯片底座位置，当光纤光轴与芯片输出波导对齐后，下压贴装在芯片底座的波分复用器芯片将其临时固定；
19、f)将光纤另一端连接激光器，将近红外成像显微镜放置于波分复用器芯片输入端面；
20、g)打开激光，通过近红外成像显微镜观察输出状况，调整光纤套筒位置，当波分复用器芯片的出射通道显示光斑时，使用两束对称激光焊接光纤套筒与光纤固定器，实现光纤套筒与光纤固定器的永久连接；
21、h)释放对波分复用器芯片的压力，通过观察近红外成像显微镜输出调整芯片底座，当近红外显微成像显示出射通道光斑时，下压临时固定的波分复用器芯片；
22、i)将光纤阵列一路接入光功率计，使用精密调节器夹紧光纤阵列，当输出光功率最大时，将光纤阵列与波分复用器芯片固定；
23、j)使用两束对称激光将芯片底座激光焊接至金属座上，释放对波分复用器芯片的压力。
24、进一步的，若出现掉光现象，则使用调整焊调整芯片底座以找到最佳耦合位置。
25、由于波分复用器为无源光器件，光波可以双向传播，因此本发明的光纤和芯片焊接方法同样适用于光纤作为输入端、光纤阵列作为输出端的波分解复用器与光纤耦合。
26、进一步的，步骤d)中，将光纤固定器的通过激光焊接至金属座固定时，在同一时刻，对光纤固定器底部两边同时点焊，以保证光纤固定器垂直于光纤轴向的方向无偏移，固定完前面一对焊接点后固定后面一对。
27、进一步，步骤g)中，通过激光焊接将光纤套筒固定焊接至光纤固定器时，在同一时刻，对光纤固定器开口两边同时点焊，以保证光纤固定器垂直于光纤轴向的方向无偏移，固定完前面一对焊接点后固定后面一对。
28、当波分复用器芯片的出射通道显示光斑时，使用两束对称激光焊接光纤套筒与光纤固定器，实现光纤套筒与光纤固定器的永久连接；
29、本发明提供的技术方案至少带来如下有益效果：
30、本技术的光纤耦合结构相对于现有的耦合结构，在固定光纤固定器后先通过调整芯片底座横向位置，实现水平方向上的粗对准，然后通过调整光纤套筒在光纤固定器的高度，实现光纤与芯片的精对准。由于光纤套筒在激光焊接冷却后形成热变形和偏移，会导致耦合效率下降，在光纤部分固定后，需要通过再次调整芯片底座，实现额外维度的调整，本发明提供的光纤和芯片焊接方法使得得到的光纤耦合结构在光纤固定后只需调整光纤阵列便能完成芯片与光纤阵列的高效对接。相比光纤固定器，芯片底座尺寸更大，在激光焊接后芯片的偏移较小，使用对称激光焊接的方式，结合耦合结构对芯片底座的限制，能够有效防止底座焊接过程产生移位。另外，在芯片底座以及光纤套筒激光焊接后均能使用调整焊二次调整由于形变造成的偏移，能够实现比单独通过激光焊接输入光纤更高精度的调整。
1.一种光纤耦合结构，包括金属座、光纤固定器、光纤套筒、芯片底座、波分复用器芯片、光纤和光纤阵列，其特征在于，光纤固定器与芯片底座置于金属座上表面，光纤固定器与芯片底座均呈类几字型，并分别通过光纤固定器底部与芯片底座底部固定于金属座上表面，光纤固定器高度大于芯片底座高度，芯片底座上方设置有波分复用器芯片；
2.如权利要求1所述的一种光纤耦合结构，其特征在于，芯片底座上表面尺寸大于波分复用器芯片的芯片尺寸，波分复用器芯片的芯片输出端面与芯片底座上表面边缘平齐，波分复用器芯片两侧与芯片底座上表面两边缘距离相等。
3.如权利要求1所述的一种光纤耦合结构，其特征在于，将光纤和光纤阵列与波分复用器芯片的连接对换，光纤固定器的开口正对波分复用器芯片的芯片输入端面，波分复用器芯片的芯片输入端用于与穿过光纤固定器的光纤相连，波分复用器芯片的芯片输出端用于与光纤阵列相连。
4.如权利要求1所述的一种光纤耦合结构，其特征在于，芯片底座上表面的长度大于芯片长度5～7mm。
5.如权利要求1所述的一种光纤耦合结构，其特征在于，光纤固定器高度大于芯片底座高度4～5mm。
6.如权利要求1所述的一种光纤耦合结构，其特征在于，金属座、光纤固定器、光纤套筒和芯片底座的材料均采用伐合金。
7.如权利要求1所述的一种光纤耦合结构，其特征在于，芯片底座的侧面和/或侧面位于金属座上表面的延伸面均开设有窗口。
8.如权利要求1所述的一种光纤耦合结构，其特征在于，光纤固定器的开口两端分别设置一对焊接固定点，以焊接位于光纤固定器内的光纤套筒。
9.如权利要求1所述的一种光纤耦合结构，其特征在于，芯片底座的侧面呈类几字型，几字型侧面的左右两侧分别设置一个焊接固定点，以将芯片底座焊接于金属座上表面。
10.一种用于权利要求1至9任一项的光纤耦合结构的光纤和芯片焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
