本发明属于集成光子学领域，具体涉及一种实现片上集成波导激光聚焦加工的对准加工装置。
背景技术：
1、光子芯片中常常使用片上微纳集成波导来传导各种光信号。在集成光子学领域，可以通过在片上集成波导中加工各种微纳结构，来增加波导的调制能力，形成芯片上新的集成光学器件。而这种微纳结构可以通过聚焦激光直写加工的方式获得。加工波导前最重要的步骤就是对准待刻写的集成波导。现有直写加工的对准技术多数集中在加工表面找平或加工表面跟踪，而针对微米级的片上或材料内部的波导识别与对准加工的方法较少。本发明利用光学对焦与图像识别等技术，使用高精度多维位移装置进行补偿对准，实现了亚微米级精度的波导对准加工。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种实现片上集成波导激光聚焦加工的对准加工方法及其装置，使用该技术可以实现对片上波导结构的识别与对准，并在该类型波导结构中实现激光聚焦加工。
2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、一种实现片上集成波导激光聚焦加工的对准加工装置，包括含有x方向位移轴，y方向位移轴和z方向位移轴的位移台，含有θx旋转轴、θy旋转轴和θz旋转轴的转台，物镜，二向色镜和相机，转台θx方向以x方向为旋转轴旋转，θy方向以y方向为旋转轴旋转，θz方向以z方向为旋转轴旋转，转台用于放置芯片，转台底部安装有位移台，转台上方设有物镜、二向色镜和相机，物镜光轴与位移台z轴移动方向相同，相机的成像光与加工光共轴，相机的安装位置、方向与位移台的相对空间关系固定，相机成像视场的方向、角度与位移台位移轴的平移方向、角度的相对关系确定。
4、一种实现片上集成波导激光聚焦加工的对准加工方法，使用上述对准加工装置，包括如下步骤：
5、(1)将芯片放置在转台上，调整位移台直至相机清晰对焦到芯片上的波导，并且沿着θz方向旋转使波导指向方向与x-z平面平行，停止位移台的移动；
6、(2)根据芯片俯仰角度使转台沿θy方向旋转，使波导指向方向与物镜加工焦平面平行；
7、(3)根据芯片偏摆角度使转台沿θx方向旋转，使波导所在平面与物镜加工焦平面平行；
8、(4)位移台z轴移动直至相机清晰对焦到芯片上的波导表面，位移台z轴移动特定量，对准波导加工要求的深度位置；
9、(5)位移台x轴和y轴分别平移运动，对准波导加工的起始位置，准备加工。
10、优选的，步骤(1)中具体步骤包括：
11、1.1位移台移动使芯片上的波导处于成像视野当中；
12、1.2位移台z轴移动，移动同时相机通过对波导结构表面成像的清晰度判断是否在z方向对焦于波导表面，对焦到位后停止位移台z轴移动；
13、1.3相机通过拍照识别波导与位移台x轴方向之间的夹角，根据识别夹角旋转转台θz轴，使波导指向方向与x-z平面平行，完成波导加工方向调整。
14、优选的，步骤(2)中具体步骤包括：
15、2.1位移台沿x方向移动，使相机成像波导前端，记录位移台x方向位置x1，再沿着z方向移动直至相机清晰对焦至波导表面，记录当前对焦高度z1；
16、2.2位移台沿x方向反向移动，使相机成像波导后端，记录位移台x方向位置x2，再沿着z方向移动直至相机清晰对焦至波导表面，记录当前对焦高度z2；
17、2.3根据两次z向对焦高度差△zx＝z2-z1和波导前后两端x向位移位置差△x＝x2-x1，计算的芯片俯仰角度旋转转台θy轴补偿角，使波导方向与物镜加工焦面平行，完成芯片θy方向的俯仰调整。
18、优选的，步骤2.3中，芯片俯仰角度的计算方式为
19、优选的，步骤(3)中具体步骤包括：
20、3.1位移台沿y向移动，使相机对芯片基板一侧边缘成像，记录位移台y方向位置y1，再沿着z方向移动直至相机清晰对焦至芯片表面，记录当前对焦高度z3；
21、3.2位移台沿y向移动，使相机对芯片基板对侧边缘成像，记录位移台y方向位置y2，再沿着z方向移动直至相机清晰对焦至芯片表面，记录当前对焦高度z4；
22、3.3根据两次z向对焦高度差△zy＝z4-z3和两次y向位移位置差△y＝y2-y1，计算芯片偏摆角度旋转转台θx轴补偿角，使波导所在平面和物镜加工焦面平行，完成芯片θx方向的偏摆调整。
23、优选的，步骤3.3中，芯片偏摆角度的计算方式为
24、优选的，步骤(4)中，特定量为加工要求位置距离波导表面的深度。
25、由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
26、使用本发明装置和方法可以对待加工的集成波导进行精确调平，并在三维空间中精确定位加工位置。有利于精确控制加工微纳结构与被加工波导的相对空间位置关系，提升微纳加工结构调制性能。
1.一种实现片上集成波导激光聚焦加工的对准加工装置，其特征在于：包括含有x方向位移轴，y方向位移轴和z方向位移轴的位移台，含有θx旋转轴、θy旋转轴和θz旋转轴的转台，物镜，二向色镜和相机，所述转台θx方向以x方向为旋转轴旋转，θy方向以y方向为旋转轴旋转，θz方向以z方向为旋转轴旋转，所述转台用于放置芯片，所述转台底部安装有所述位移台，所述转台上方设有所述物镜、所述二向色镜和所述相机，所述物镜光轴与所述位移台z轴移动方向相同，所述相机的成像光与加工光共轴，所述相机的安装位置、方向与所述位移台的相对空间关系固定，所述相机成像视场的方向、角度与所述位移台位移轴的平移方向、角度的相对关系确定。
2.一种实现片上集成波导激光聚焦加工的对准加工方法，使用如权利要求1所述对准加工装置，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述一种实现片上集成波导激光聚焦加工的对准加工方法，其特征在于：步骤(1)中具体步骤包括：
4.根据权利要求1所述一种实现片上集成波导激光聚焦加工的对准加工方法，其特征在于，步骤(2)中具体步骤包括：
5.根据权利要求2所述一种实现片上集成波导激光聚焦加工的对准加工方法，
6.根据权利要求1所述一种实现片上集成波导激光聚焦加工的对准加工方法，其特征在于，步骤(3)中具体步骤包括：
7.根据权利要求6所述一种实现片上集成波导激光聚焦加工的对准加工方法，其特征在于：步骤3.3中，芯片偏摆角度的计算方式为
8.根据权利要求2所述一种实现片上集成波导激光聚焦加工的对准加工方法，其特征在于：步骤(4)中，特定量为加工要求位置距离波导表面的深度。
