具有對準補償的光器件制造技術

提出了一種光器件（１２０），其包括多個光學模塊（１２２，１２６）和對準補償模塊（１５２）。所述對準補償模塊（１５２）消除了所述光器件的殘余對準誤差。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及光學元件和由這些元件制作而成的光器件。更具體地，本專利技術涉及這些器件的對準補償。
技術介紹
為了提供高速的數據傳輸，光器件越來越多的用于各種各樣的工業和
，比如在光纖光通信設備中。在許多應用中，存在光器件的轉換和組合，而以前僅使用電子器件。光器件典型地由多個元件組成，必須對這些元件進行精確地組裝和對準，以便使該器件有效地操作和運行。示例的元件包括光纖、波導、激光器、調制器、檢測器、光柵、光放大器、透鏡、反射鏡、棱鏡、窗口等。以往，像那些用于光纖光通信、數據儲存和檢索、光探測等的光器件，幾乎沒有通用的封裝和組裝方法。由于在器件設計中的不一致，這就限制了自動化制造這些器件的自動化裝置的適用性。為了實現這些器件的大量自動化制造，每一個單獨生產線的零件都必須定制。相反，如印制電路板制造和半導體制造等工業，都已經發展成為擁有通用的設計規則和封裝方法。這使得同樣的一件自動化設備可以應用于多種設計。以印制電路板為例，可以由相同的一套基礎標準部件設計出其范圍從計算機的主板到移動電話的不同應用。這些標準部件包括印制電路板、集成電路芯片、分立電容器等。此外，同一個自動化設備，比如拾取放置機，能適用于每一個設計的組裝，因為它們使用的是通用的元件和設計規則。在光器件的自動化組裝中會發生更復雜的情況。由于光學元件精確的機械對準需求，組裝變得復雜。這增加了由于設計的不同而導致的問題。由于難以經濟地控制光學元件的諸多特性以精確容差的現實，導致了問題的發生。例如，這些屬性包括光纖芯區相對于包層的同心度、透鏡的光軸相對于外部機械尺寸的位置、透鏡的后焦點位置、薄膜干涉濾光器的光譜特征等。即使每一個光元件都精確地按照理論設計的位置進行機械安裝，由于上面所列的容差，仍然可能不能達到光器件的性能規范。為了認識高性能光器件的精確對準要求，設想對準兩根單模光纖的簡單例子。在這個例子中，為了保證從一根光纖到另外一根光纖的足夠的光耦合，下列的機械對準是必需的光纖之間相互的角度、光纖的面角、橫向對準(垂直于光傳播方向)和縱向間隔(平行于光傳播方向)。針對1.3μm到1.6μm波長范圍的、用于電信的典型單模光纖具有大約9微米的有效芯區直徑和125微米的外部包層尺寸。芯區到包層外徑的同心度的典型容差是1微米。如果兩個光纖的外部包層完全對準，并且它們之間不存在角度的失配和縱向間隔，芯區在橫向上仍然可能存在最多2微米的失配。這樣的失配將導致大約14％或0.65dB的理論耦合損耗。在許多應用中，這樣的損耗是不可接受的。需要提供一種能夠解決現有技術中的一些缺陷的光器件。
技術實現思路
在一個示例方案中，提出了一種光器件，其包括多個光學模塊和對準補償模塊。每個光學模塊包括光學元件，所述光學元件可操作地與相對基準底座耦合。配置所述相對基準與固定基準耦合。安裝在固定基準底座上的多個光學模塊形成了所述光器件。對準補償模塊消除了所述光器件的殘余對準誤差。附圖說明圖1是光纖光學多路解復用器的透視圖。圖2是圖1所示的光纖光學多路解復用器的光學示意圖。圖3是圖1所示的光纖光學多路解復用器的分解透視圖。圖4是側剖視圖，示出了光纖光學準直儀模塊。圖5是相對基準的底視圖，示出了光學模塊的配準特征(registration feature)。圖6是圖3所示的固定基準的放大頂視圖，示出了固定基準配準特征。圖7是光學濾光器模塊的側剖視圖。圖8是具有對準補償模塊的光纖光學多路解復用器的光學示意圖。圖9是示出了殘余對準誤差和具有無焦透鏡對的對準補償模塊的光學示意圖。圖10是示出了通過線性移位圖9所示的透鏡之一來消除對準誤差的光學示意圖。圖11是具有杠桿臂對準結構的對準補償模塊的透視圖。圖12是圖11所示的對準補償模塊的前平面圖。圖13是使用旋轉、遠焦透鏡對來消除對準誤差的對準補償模塊的光學示意圖。圖14A是示出了殘余對準誤差和具有無焦透鏡的對準補償模塊的光學示意圖。圖14B是示出了通過旋轉圖14A所示的透鏡來消除對準誤差的光學示意圖。圖15是在可調整的旋轉底座中，具有單透鏡的對準補償模塊的側剖視圖。圖16是具有對準補償模塊的光纖光學多路解復用器的透視圖。圖17是具有Risley楔形棱鏡的對準補償模塊的光學示意圖。圖18是具有用于消除對準誤差的單一傾斜光學窗口的激光發射器的光學示意圖。圖19是具有用于消除對準誤差的兩個傾斜光學窗口的激光發射器的光學示意圖。具體實施例方式本專利技術包括減少或者消除與現有技術相關的問題的許多方案。本專利技術提供了由標準化光學模塊中預先對準的光學模塊制造的光學器件。每個光學模塊能夠以亞微米量級的精度與配準特征進行對準。模塊上的配準特征能夠與襯底上匹配特征對準。這與將電子元件安裝到印制電路板中或安裝在印制電路板上相似。通過將預對準的光學模塊安裝到光學“電路板”和使用對準補償模塊，可以容易地制造光器件。光學模塊的預對準能夠補償元件之間的變化，實質上減少了元件的變化性。對準補償模塊的使用通過以對準補償模塊執行最終對準的較小額外復雜度，極大地緩和了光學模塊和襯底的容差。預對準光學模塊非常適合于器件的自動化生產。使用本領域中所公知的硅處理技術，能夠以硅制造這些模塊。然而，也可以使用任何合適的材料。優選的材料是那些使用在現有電子和光學器件中的材料。此外，本專利技術也可用于有源器件，如激光器、調制器、檢測器等。可以在不同的層上制作電導體來連接有源光元件。可以直接在模塊或固定基準底座上制造包括模擬和數字電路的電子電路。在一個方案中，本專利技術提供了由其中將光學元件安裝到光學元件底座上的至少兩個光學模塊形成的光器件。按照所需的位置和朝向，將光學元件底座固定在如基座板等相對基準底座上。相對基準底座與如襯底等固定基準底座相連，從而相對于固定基準底座，按照所需的位置和朝向保持光學元件。在這種一般的配置下，可以通過在固定它們的相對位置之前，相對于基準底座，調整光學元件底座，將光學元件預對準到所需的特定基準和方向。這可以用于提供一般元件的預對準以及補償光學元件之間的不同。下面的描述闡述了多個特定的例子，然而，在各個方案中，本專利技術并不局限于在此闡述的特定配置、元件或技術。一般而言，由包括各自的光學元件的兩個光學模塊來制造光器件。將元件安裝到光學元件底座上，對其進行定位和定向，從而實現光學元件相對于基座板(也被成為相對基準底座)的所需位置和方向。將基座板安裝到基準襯底上，以便實質上對準光學元件。襯底是固定基準底座的一個示例，并且可以使用具有合適形狀和配置的任何合適的固定基準底座。本專利技術的光學元件模塊可以預組裝和預對準到合適的基準，以便通過將組裝好的光學模塊簡單地安裝到基準襯底來制作最終的光器件。也可以采用對準補償模塊(下面討論)來輔助完成光器件的對準。例如，襯底可以是能夠被想象為光學“電路板”的平面襯底，能夠容納光學模塊以形成光學、光電或光機械器件。本專利技術提供預對準的光學模塊，這些光學模塊可以減少或消除元件變化性的影響。這是通過相對于基座板上的配準特征調整元件底座(夾具)來實現的。然后，元件和配準特征之間的關系就固定了。在基座板上設置精確的配準特征，以使其能夠被插入光學“電路板”中，以制作包括多個光學元件模塊的光器件。由于它們是標準化封裝、預對準的，并且能容易地安裝到基準襯底上的，光學模塊本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種光器件，包括：具有第一配準特征和第二配準特征的襯底；第一光學模塊，包括：　光學元件；相對基準底座，包括已配置為與襯底的第一配準特征對準的配準特征，按照相對于所述配準特征的預對準空間朝向支撐所述光學元件；　 　第二光學模塊，包括：光學元件；和相對基準底座，包括已配置為與襯底的第二配準特征對準的配準特征，按照相對于所述配準特征的預對準空間朝向支撐所述光學元件；并且設置所述第一和第二光學模塊，從而在二者之間傳輸光線；對準 補償模塊，配置為與所述光線相互作用，以提供與光線的最終對準，由此補償殘余對準誤差。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：史蒂文K凱斯，蒂莫西斯昆斯，米夏埃爾克尼普費爾，格雷戈里S莫里，
申請(專利權)人：賽博光學公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]