地心科技FAP系列高速高精度六轴一体式精密运动平台，因为其出色的运动重复性，最小步进能力，在光纤耦合设备中完美应对高速螺旋轨迹找光难题，在硅光耦合设备中被广泛使用。

01 光模块耦合技术

光通信是以光信号为载体，以光纤作为传输介质，实现信息传递的系统。光通信网络建设的本质驱动是快速且持续增长的数据流量需求。随着数据流量不断增长，传统承载网的数据传输和带宽压力不断增加，骨干网传输速率将从100G不断向200G/400G/800G等更高速率升级。

硅基光电子技术将硅中的光学和电子功能融合在一起，为数据传输和处理带来了革命性的变化。屹立于现代技术的最前沿，实现了高速、高带宽通信，这对生成式人工智能、云计算和数据驱动型经济非常重要。硅光子技术将高速光模块的关键光子元件和功能集成到硅衬底中，可以使用标准的商业晶圆制造厂制造。

光模块在发送侧将电信号转换为光信号，并在接收侧将光信号转换为电信号。我们可以通过跟踪进出设备的光来突出光模块的关键光学组件。为了接收光，必须有一个到硅片的耦合接口，它可以通过光栅耦合器垂直穿过芯片顶部，或者通过边缘耦合的硅片侧面。波导引导光通过芯片，基于硅的光电探测器检测光并将信号转换到电域，由设备的电子部分解释。

在发射端，激光产生的光被引导到芯片中，然后需要将光调制到携带信息的信号连接器中。光最终耦合出芯片并进入光纤。从那里它可以通过标准接口进入光模块外部的光纤线缆。

多模光纤中芯的直径只有50微米左右，大约只有人的头发丝粗细的一半，而单模光纤芯的直径只有10微米左右。将单模或者多模光纤耦合连接到硅光子器件，以及多模光纤到单模光纤的耦合，受光纤纤芯半径限制，以及对准误差、平台振动、热效应等因素的影响，耦合进光纤的光功率损耗极大。当前主流的硅光模块方案主要包括单模硅光（DR/FR）方案和相干硅光方案。而硅光耦合的关键环节在于双FA（Tx/Rx）耦合、双Lens耦合以及LD与Pic之间的耦合，这些过程对精度要求极高。要实现极高的耦合效率，是极具挑战的任务。

02 光纤耦合扫描找光的关键点

在光纤耦合过程中，由于每次初始状态聚焦光斑的位置都可能存在差异，并不能够按照固定的方式，有效地进行耦合；因此当其偏离光纤的位置较大时，为了将光斑定位至单模光纤附近，通常需要采用螺旋扫描算法驱动聚焦光斑在较大范围内进行搜索，以确定初始耦合位置。螺旋扫描扫描方式如下图所示：

具体的螺旋扫描过程为：高精度直线位移台配合视觉定位系统确定光芯片的初始位置。设定螺旋扫描的步长，通过高精度运动台使得光斑依次移动，同时对耦合进单模光纤内的功率进行探测；为了减小扫描步数，当耦合效率第一次满足阈值条件时，以此位置为中心再次开始光栅螺旋扫描，并记录扫描过程中所有满足阈值条件的位置；经过一定步数的扫描后，根据这些标记点计算得到平均位置，驱动聚焦光斑移动至该位置，即初始耦合位置。

在螺旋找到的初始点位附近，再次进行单轴循光动作(精找光)，扫描系统的各轴均执行完成后返回光强最大点位分析精找光数据，从而确定找光流程准确完成。目前常用的几种优化运动控制算法包括SPGD算法、模拟退火算法(SA)和遗传算法(GA)等。

高精度多轴精密驱动控制技术是光纤耦合设备的关键技术点之一。光芯片到透镜(Lens)和透镜到光纤的耦合需要高精度的对准，在找光对准过程中需要运动台一边以极小的步进距离执行扫描，同时又需要以极高的同步性记录光功率计输出的每个点位的功率输出；再次，常用的循光轨迹如几何中心， 螺旋， 二分法等几种方法，在粗找光之后要再次进行精细找光过程，所以要求运动系统有足够高的运动重复定位精度以及稳态误差。

03 “地心科技”解决方案

地心科技产品在光纤耦合技术领域有多年的的应用经验。FAP系列光纤对准平台是专门应用于此领域的标准产品，适合小行程，多至6自由度耦合。FAP系列运动平台提供3~6个轴的灵活的串联运动组合形式，直线轴最小步进可达5nm，配置了工业标准能量计的模拟输入接口，兼顾高精度与高效率。

FAP系列平台为六自由度串行堆叠紧凑结构，具备非常优秀的动态性能和定位精度，空载截止频率最大可达100Hz以上。FAP系列平台能够实现低至5 nm的最小步进，速度高达400 mm/s，配以功率计能量模拟量输入控制与寻光算法、合适的轴数、行程配置以及工装夹具设计，可很好地满足下一代硅光封装耦合对准的需求。

04 测试效果

除了经典的6自由度一体式运动平台，在大行程的耦合场景中，我们还可以提供ART130-XYZ系列三维平台。配合ART130-20G系列侧角摆台和RSML100小尺寸高精度转台可以组成Theta/Tip/Tilt三轴转台。3轴直线台与3轴转台可以组成最多6轴系统，满足不同类型的光纤耦合应用。