28145字硕士毕业论文同轴光电器件激光焊接软件的误差及焊接工艺分析

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：28145字

论点：误差,激光,光电子

论文概述：

分析了 LD与SMF五轴对准平台的误差源,阐述了多体系统理论中各种运动的特点,以及齐次坐标变换原理,重点分析了 LD与SMF对准系统位姿模型,建立了其运动位置误差和姿态误差模型,进行了 Y向运动

论文正文：

第一章导言

本课题针对以TOSA为代表的同轴光电器件的激光闪光封装，旨在实现器件的自动封装、快速、高性能和低成本。基于TOSA组件的结构和封装工艺，设计了一种适用于同轴光电器件封装的激光闪光装置，并对激光二极管和SMF对准平台的运动误差进行了灵敏度分析。研究了激光闪光参数对闪光连接质量的影响。进行了激光岸线连接试验，获得了不同激光传输参数下闪蒸断裂张力和闪点截面溶解池的特征尺寸。本文的研究是自动封装关键技术的突破，为激光键合参数的选择提供了理论依据和技术指导。首先，介绍了超导型TOSA模块的结构，分析了半导体激光器和SMF的对准特性。基于SC型TOSA模块的封装工艺，提出同轴光电器件激光摇摆连接设备的设计思路。然后，分析了直线干联平台的结构，构建了直线干联平台和SMF干联平台。然后重点设计了同轴光电器件激光燃烧连接设备，并设计了干式连接单元平台。可以实现激光二极管与SMF的五维精密对准和激光二极管与SMF的固定连接。最后，设计了同轴光电器件激光焊接设备的对准和摆动单元控制系统、气动控制主电路和上下夹具气动电路，实现了激光二极管和SMF器件的夹紧和卸载。整套设备结构简单、设计合理、易于控制、小型化，成功实现了同轴型光电器件的自动封装。(1)各运动平台的运动精度对位置误差影响很大，必须严格控制。当平台之间没有轴间姿态误差时，三条线误差在一个方向上几乎相等地反映出来，而它们在一个方向上稍微增加或减少，但是必须注意，它们同时在其他敏感方向上引起误差。(2)当运动平台之间没有轴间姿态误差时，由三个角度误差引起的位置误差都反映在垂直方向上，主要反映在误差敏感方向上。相反，三个角度误差同时引起三个方向上的位置误差，并且与前者相比误差略微增加或减少。(3)由于轴间姿态误差的影响，没有误差的敏感方向最初产生误差，并且与轴间没有姿态误差时的位置误差相比，位置误差略微增大或减小。它的尺寸比平台本身的精度小两个数量级，但它会在其他误差敏感的方向上引起误差，因此仍然需要控制。相反，如果错误发生在不敏感的方向，它可以被放松。(4)当运动平台之间没有轴间姿态误差时，每个角度误差相等或略有增加，以反映在某个方向上，同时也会在其他方向上引起非常小的姿态误差。相反，α和α对姿态误差的分布趋势是挂钩的。

论文的具体安排如下:第一章:绪论，介绍了课题来源，总结了光电子器件及其在光纤通信系统中的作用、发展趋势和封装技术现状，阐述了同轴光电子器件的封装过程及其关键封装技术，分析了多自由度系统误差建模与分析的研究现状，重点介绍了同轴光电子器件激光干燥设备和技术的研究现状，并指出了论文的主要研究内容和章节安排。第二章:同轴光电器件激光摇摆连接设备的设计，介绍了超导TOSA模块的结构，分析了半导体激光器和SMF的对准特性，提出了同轴光电器件封装设备的设计思路，分析了亲和对准和摇摆连接封装平台的结构，构建了半导体激光器和SMF的亲和对准和烟雾连接平台，重点介绍了同轴光电器件激光连接及其控制系统的设计。第三章:耦合对准平台误差建模与分析，分析了激光二极管和SMF五轴耦合对准平台误差产生的原因，阐述了多体系统理论中各种运动的特点和齐次坐标变换原理，重点研究了激光二极管和SMF对准系统的姿态模型，建立了其运动误差模型，并对各单元进行了误差敏感分析，为运动误差补偿、提高运动平台加工精度和系统装配精度提供了理论依据和技术指导。第三章:同轴光电器件的激光传输和连接技术研究。总结了激光传输和连接的特点和主要参数。基于有限元方法，建立了超导TOSA模块激光传输和连接的有限元模型。进行瞬态热分析。着重分析了激光传输和连接参数对卷烟连接质量的影响规律。基于正交试验方法，分析了各激光传输和连接参数对卷烟连接质量的影响程度。进行了激光干法焊接试验，获得了不同激光透射参数下燃烧点截面的断裂拉力、熔池深度和宽度，并与有限元结果进行了比较。第五章:全文总结和研究展望，以及相应的全文总结和后续研究工作展望。

第三章联轴器对中平台23的误差建模与分析

3.1错误原因分析……23

3.2激光二极管和SMF对准系统误差建模……24

3.2.1对准系统25的姿态模型

3.2.2运动误差模型29

3.3误差灵敏度分析30

第四章同轴光电器件激光焊接工艺研究

4.1激光焊接的特点和主要参数概述

4.1.1激光焊接的特点……31

4.1.激光焊接的两个主要参数……32

4.2同轴光电器件激光焊接的数值模拟……34

4.2.1焊接过程有限元模型的简化……34

4.2.2焊接温度场的有限元分析34

4.2.3基于有限元35的激光焊接数值模拟

4.2.4温度场分布41

4.3激光焊接参数对焊接质量的影响

4.3.1激光焊接参数对焊接质量的影响……44

4.3.2激光焊接参数的正交试验分析53

4.4同轴光电器件的激光焊接试验57

结论

1.激光焊接是一个高度非线性的过程。激光焊接的数值模拟是在一定的假设条件下进行的，其中材料性能参数对有限元结果影响很大。本文选取的材料性能数据主要基于以前的实验结果，材料对激光的吸收率设定为恒定值。热源模型的选择对有限元结果也有很大影响。从焊点截面的测试结果可以看出，热源模型在深度方向的变化需要进一步研究。热源模型的研究与开发更符合钕钇铝石榴石激光器，可以使模拟结果更加准确。材料的表面质量对焊接质量有很大影响。由于加工条件有限，测试组件的表面质量低于实际光电器件的精度。因此，提高组件的加工精度可以获得更符合实际情况的机械性能。2.激光二极管与SMF对准过程中平台间的非严格正交性，在光学通道尺寸位置调整过程中会造成相互耦合干涉，对准平台也会受到各种误差源的影响，从而增加对准的难度。基于多体系统理论和齐次坐标变换，建立了对准系统的运动误差模型，并对各单元进行了误差灵敏度分析，为补偿运动误差、提高平台加工精度和系统装配精度提供了理论依据和技术指导。结果表明:(1)各平台的运动精度对位置误差影响很大，必须严格控制。当平台之间没有轴间姿态误差时，三条线误差在一个方向上几乎相等地反映出来，而它们在一个方向上稍微增加或减少，但是必须注意，它们同时在其他敏感方向上引起误差。(2)当运动平台之间没有轴间姿态误差时，由三个角度误差引起的位置误差都反映在垂直方向上，主要反映在误差敏感方向上。相反，三个角度误差同时引起三个方向上的位置误差，并且与前者相比误差略微增加或减少。(3)由于轴之间姿态误差的影响，没有误差的敏感方向最初产生误差，并且与轴之间没有姿态误差时的位置误差相比，位置误差略微增加或减少。它的尺寸比平台本身的精度小两个数量级，但它会在其他误差敏感的方向上引起误差，因此仍然需要控制。相反，如果错误发生在不敏感的方向，它可以被放松。

参考

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