光學(xué)中介件的制作方法
【專利摘要】一種光學(xué)中介件包括：（a）具有平面表面的基板；（b）限定在所述平面表面中并且從所述基板的邊緣延伸到終端的至少一個(gè)槽，所述槽具有側(cè)壁和位于所述終端處且垂直于側(cè)壁的第一刻面，所述刻面具有相對(duì)于所述平面表面的第一角度，所述第一角度為大約45度；和（c）所述第一刻面上的反射性涂層。
【專利說(shuō)明】光學(xué)中介件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]在此的主題總體涉及光纖基板，更具體地，涉及具有光學(xué)耦合和對(duì)準(zhǔn)(align)特征的中介件(interposer)。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖用于各種廣泛應(yīng)用中。由于光學(xué)傳輸系統(tǒng)可利用的高可靠性和大帶寬度，光纖作為用于傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(包括聲音、英特網(wǎng)和IP視頻數(shù)據(jù))的媒質(zhì)的使用，正變得日益普遍。這些系統(tǒng)的基礎(chǔ)是用于傳輸和/或接收光學(xué)信號(hào)的光學(xué)子組件。
[0003]光學(xué)子組件通常包括中介件。如在此所使用的，中介件用作對(duì)于光學(xué)的、光電的、和電部件的基板，并且所述中介件提供互連以光學(xué)地和/或電氣地互連所述光學(xué)的/光電的/電部件。例如，通常的中介件可包括基板，例如硅基板，具有形成在其中的、用于固定光纖的一個(gè)或多個(gè)槽。通過(guò)濕蝕刻基板，傳統(tǒng)槽形成呈“V”形狀，從而包括沿它的長(zhǎng)度固持所述光纖的兩個(gè)側(cè)壁以及用作反射鏡器件的端面。該傳統(tǒng)V形槽具有特定的俯仰角(pitch)α，其為該V形槽的壁與該V形槽被蝕刻所處的參考表面或頂部之間的角度。由于硅的晶體結(jié)構(gòu)，所述端面和所述側(cè)壁的每一個(gè)通常形成呈與所述參考表面成54.7度的精確角度。
[0004]在操作過(guò)程中，傳統(tǒng)中介件V形槽的端面被金屬化，使得它可用作反射鏡體、以在所述光學(xué)的/光電的部件與所述光纖之間反射光。例如，在發(fā)射器的情況下，光電光源發(fā)出錐狀光束到所述V形槽端面反射鏡上。所述V形槽端面反射鏡反射經(jīng)過(guò)固持在所述V形槽中的光纖的端部的光。如以上討論的，所述V形槽端面的表面是與參考表面成精確54.7度的角度。如此，光被反射離開(kāi)所述槽端面反射鏡而通過(guò)光纖，其中與所述參考表面并且也與固持在所述V形槽中的光纖的縱向軸線成近似-9.3度。因此，當(dāng)前器件，其利用所述槽的端面反射鏡以發(fā)射光經(jīng)過(guò)光纖的端部，致使大量所述光被反射偏離所述光纖的軸線，從而導(dǎo)致非最佳的信號(hào)傳輸性能。
[0005]因此， 申請(qǐng)人:意識(shí)到:需要所述光學(xué)的/光電的部件與所述光纖或光學(xué)平面波導(dǎo)之間的改進(jìn)的光學(xué)耦合。另外， 申請(qǐng)人:意識(shí)到:此光學(xué)耦合應(yīng)可通過(guò)被動(dòng)式對(duì)準(zhǔn)而不是主動(dòng)式對(duì)準(zhǔn)而實(shí)現(xiàn)，以幫助所述子組件的經(jīng)濟(jì)化生產(chǎn)。為此， 申請(qǐng)人:近期提交了一份新的專利申請(qǐng)(美國(guó)申請(qǐng)?zhí)?2/510，954，通過(guò)引用結(jié)合于此)，其公開(kāi)了用于光學(xué)耦合的多刻面式(mult1-faceted)光纖端面反射鏡。具體地，所述光纖端面反射鏡的刻面(facet),包括了54.7度刻面以機(jī)械接觸所述V形槽的端面，以將所述光纖端面反射鏡沿縱向軸線精確地定位在所述V形槽中以及在所述光電器件的發(fā)射孔徑(emission aperture)下方。另外，另一個(gè)刻面是45度刻面，以幫助所述光纖的光軸與所述光電器件的光軸之間的最佳光學(xué)耦合。還公開(kāi)了用于增強(qiáng)性能的額外刻面。這些刻面的每一個(gè)然后將涂覆以金屬以用作反射性鏡表面。
[0006]雖然此開(kāi)發(fā)改進(jìn)了所述子組件的光學(xué)性能并幫助被動(dòng)式對(duì)準(zhǔn)，但它也要求對(duì)所述光纖端面在許多不同刻面上涂覆以金屬的/反射性涂層。 申請(qǐng)人:發(fā)現(xiàn)了一種額外需要，即避免所述在光纖端面上沉積反射性涂層的要求，因?yàn)檫@種沉積過(guò)程趨于困難且昂貴、并且可能在大量應(yīng)用中是時(shí)間上不允許的。
[0007]因此，需要一種簡(jiǎn)化的機(jī)構(gòu)用于制備光學(xué)組件，所述光學(xué)組件具有對(duì)光纖或光學(xué)平面波導(dǎo)的良好光學(xué)耦合、并且通過(guò)被動(dòng)式對(duì)準(zhǔn)執(zhí)行此光學(xué)耦合。除其它之外，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了此需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供一種用作基板的中介件，所述基板用于固定光學(xué)的和/或光電的部件、同時(shí)提供一種可構(gòu)造的反射性表面用于將光學(xué)部件與光纖或與光學(xué)平面波導(dǎo)光學(xué)耦合。具體地， 申請(qǐng)人:意識(shí)到:干蝕刻技術(shù)可用于構(gòu)造一種帶有干蝕刻的刻面的槽，所述干蝕刻的刻面比傳統(tǒng)的濕蝕刻的54.7度刻面更好地適合于將所述光學(xué)部件和光纖/平面波導(dǎo)光學(xué)耦合。例如，在所述光纖/平面波導(dǎo)的光軸與所述光學(xué)部件的光軸大致成直角的實(shí)施例中，在所述基板中干蝕刻45度刻面。此刻面然后涂覆以反射性材料以用作反射性表面/光學(xué)稱合反射鏡。
[0009]在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)將所述光纖/平面波導(dǎo)端面構(gòu)造成使得對(duì)應(yīng)的配合刻面具有與在所述槽的終端(terminal end)處的反射性刻面大致相同的角度，來(lái)減小所述反射性表面與所述光纖/平面波導(dǎo)端面之間的空氣隙。以此方式，當(dāng)所述光纖/平面波導(dǎo)設(shè)置在所述中介件槽中時(shí)，所述基板的刻面與光纖/平面波導(dǎo)端面彼此機(jī)械接觸?？蓪?duì)所述中介件光學(xué)耦合反射鏡和光纖/平面波導(dǎo)端面增添額外的接觸式或非接觸式刻面，以改善光學(xué)耦合。
[0010]在一個(gè)實(shí)施例中，所述中介件還具有幫助被動(dòng)式對(duì)準(zhǔn)的特征。例如，如以上提到的，所述槽具有一個(gè)或多個(gè)刻面以接收所述光纖/平面波導(dǎo)端面。此構(gòu)造使所述光纖/平面波導(dǎo)能夠在所述槽中被向前推動(dòng)，并且當(dāng)對(duì)應(yīng)的刻面接觸時(shí)，所述光纖/平面波導(dǎo)精確地定位在所述中介件上。另外，所述中介件可設(shè)置有基準(zhǔn)(fiducial)，例如，比如接觸墊、視覺(jué)標(biāo)記或凸部，以相對(duì)于所述光纖/平面波導(dǎo)槽的位置將所述光學(xué)部件配準(zhǔn)(register)在它的頂部平面表面上。
[0011]在又一個(gè)實(shí)施例中，所述中介件提供所述光學(xué)部件和有關(guān)驅(qū)動(dòng)/接收電路之間的電互連，以將所述子組件與更高一級(jí)的源/接收部件進(jìn)行接口。
[0012]鑒于上述情況，本發(fā)明的一個(gè)方面是一種中介件，其包括:用于將所述光纖/平面波導(dǎo)與光學(xué)部件光學(xué)耦合的可構(gòu)造的反射性表面。在一個(gè)實(shí)施例中，所述中介件包括:(a)具有頂部平面表面的基板；(b)至少一個(gè)槽(103)，其限定在所述頂部平面表面中并且從所述基板的邊緣延伸到終端，所述槽具有:側(cè)壁和位于終端處的垂直于側(cè)壁的第一刻面，所述刻面具有相對(duì)于所述頂部平面表面的第一角度，所述第一角度為大約45度jP(c)在所述第一刻面上的反射性涂層。
[0013]本發(fā)明的另一個(gè)方面是一種子組件，其包括:與光學(xué)部件集成的所述中介件，和光學(xué)導(dǎo)管(conduit)例如光纖/平面波導(dǎo)。在一個(gè)實(shí)施例中，所述子組件包括:(a)—種光學(xué)中介件，其包括:至少(i)具有頂部平面表面的基板；(ii)至少一個(gè)槽，其限定在所述頂部平面表面中并且從所述基板的邊緣延伸到終端，所述槽具有側(cè)壁和位于終端處且垂直于所述側(cè)壁的第一刻面，所述刻面具有相對(duì)于所述頂部平面表面的45°的第一角度jP(iii)在所述第一刻面上的反射性涂層；(b)設(shè)置在具有光軸和端面的所述槽中的光纖/平面波導(dǎo)；和((3)具有垂直于所述頂部平面表面的光軸的光學(xué)部件，所述光學(xué)器件設(shè)置在所述頂部平面表面上、在所述終端處、使得它的光軸準(zhǔn)確地設(shè)置在所述第一刻面上方，使得所述光學(xué)部件與所述光纖/平面波導(dǎo)的芯高效地光學(xué)耦合。在一個(gè)實(shí)施例中，所述光纖/平面波導(dǎo)具有第一配合刻面，所述第一配合刻面大致具有相對(duì)于它的光軸的大致相同的第一角度，使得所述第一配合刻面和所述第一刻面彼此物理接觸。在一個(gè)實(shí)施例中，所述光纖/平面波導(dǎo)的端面抵靠終端處的另一個(gè)刻面、以配準(zhǔn)所述光纖/平面波導(dǎo)的軸向位置。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]現(xiàn)在將參考附圖以示例的方式描述本發(fā)明，在附圖中:
[0015]圖1示出本發(fā)明的具有U形槽的基板的示意圖。
[0016]圖2示出本發(fā)明的U形槽的終端(terminal end)的截面的圖像。
[0017]圖3示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，示出用于接收光電器件和相關(guān)電氣線路的接觸墊圖案和多階梯式V形槽。
[0018]圖4示出完整的光電中介件，示出連接到光纖/平面波導(dǎo)的陣列的光電器件和相關(guān)電氣線路。
[0019]圖5示出一種光纖的示意性側(cè)視圖，該光纖具有用于就位在本發(fā)明的中介件中的異形化(profiled)端面。
[0020]圖6示出圖1的中介件，其中光纖設(shè)置在所述槽的每一個(gè)中。
[0021]圖7示出圖4所示中介件的截面圖，其中平面波導(dǎo)設(shè)置在所述槽中。
[0022]圖8示出中介件沿槽的截面，其中所述槽的終端具有額外的刻面。
[0023]圖9和圖10示出圖8的中介件的基板，該基板中設(shè)置了非異形化光纖。
[0024]圖11示出本發(fā)明的中介件的另一個(gè)實(shí)施例，其中所述槽具有與圖8相似的額外刻面。
【具體實(shí)施方式】
[0025]參考圖1，示出本發(fā)明的光學(xué)中介件100的一個(gè)實(shí)施例。光學(xué)中介件100包括具有頂部平面表面102的基板101和至少一個(gè)槽103，所述槽103限定在所述頂部平面表面中并且從所述基板的邊緣106延伸到終端107。槽103具有側(cè)壁104和位于終端處的第一刻面105，第一刻面大致垂直于側(cè)壁。所述第一刻面構(gòu)造在相對(duì)于所述頂部平面表面成第一角度α處。反射性涂層(未示出)沉積在第一刻面105上。下面更詳細(xì)地描述這些元件的每一個(gè)和替代實(shí)施例。
[0026]所述中介件的主要功能是提供基板或主干(backbone)以支撐和固定光學(xué)導(dǎo)管、光學(xué)部件和用于支撐電氣線路。如在此所使用的，光學(xué)導(dǎo)管是指:用于幫助光學(xué)信號(hào)沿一定方向的傳播的任何已知媒質(zhì)。普通的光學(xué)導(dǎo)管包括例如光纖和平面波導(dǎo)。為了支撐所述光學(xué)導(dǎo)管，所述基板應(yīng)包括剛性材料，所述剛性材料可被蝕刻或加工以限定所述槽，并且是熱穩(wěn)定的且適合于被加熱到回流焊應(yīng)用中的典型溫度。適合的材料的示例包括:具有晶體形式的元素材料、聚合材料、玻璃、陶瓷(即，金屬或半金屬的氧化物、氮化物、碳化物、硼化物和硅化物及其組合)、石英、和金屬。
[0027]光纖/平面波導(dǎo)設(shè)置在每一個(gè)槽103中。例如，參考圖6，中介件600示出為具有限定在基板602的頂表面中的多個(gè)槽601。光纖603設(shè)置在各槽中，使得光纖的端面606與槽601的終端的第一刻面605處于物理接觸。(圖6也示出如下述用于電連接和對(duì)準(zhǔn)所述光學(xué)部件的接觸墊604。)參考圖5，光纖500具有:光軸501 ;芯502 ;和帶有在相對(duì)于光軸501大致成第一角度α處的至少第一配合刻面504的端面503，使得當(dāng)光纖如圖6所示地設(shè)置在槽中時(shí)，所述第一配合刻面和所述終端的第一刻面彼此物理接觸。
[0028]在一個(gè)實(shí)施例中，所述槽的平行側(cè)壁將光纖保持在位。(雖然在此描述和示出單條光纖的應(yīng)用，但是應(yīng)理解，本發(fā)明不限于單條光纖的應(yīng)用，而可應(yīng)用到光纖陣列和光纖帶、以及應(yīng)用到平面波導(dǎo)陣列和平面波導(dǎo)帶。)所述側(cè)壁可以是傳統(tǒng)的V形槽的壁，或它們可垂直于所述頂部平面表面使得它們形成更多的U形槽。如以上所提及的，濕蝕刻可用于形成V形槽，而干蝕刻如以上討論的可用于形成任何側(cè)壁構(gòu)造，因?yàn)槲g刻過(guò)程不依賴于所述基板的晶體結(jié)構(gòu)。
[0029]在一個(gè)實(shí)施例中，所述側(cè)壁配置成固定已剝拆的光纖。例如，參考圖3，中介件300示出為具有階梯式V形槽303。同圖1中的中介件100—樣，中介件300包括具有頂部平面表面302的基板301和在其中確定的多個(gè)階梯式槽303。各槽包括側(cè)壁304和垂直于側(cè)壁304的終端307。終端包括如上述的第一刻面305。然而，不同于圖1所示的實(shí)施例，該槽是V形槽303，其是階梯式的并且具有寬部309和窄部308。寬部309配置成接收光纖和它的緩沖涂層兩者，而窄部308配置成只接收裸光纖。如本領(lǐng)域已知的，所述緩沖涂層可從光纖上剝除，從而只留下芯和包覆層，其稱為“裸光纖”。
[0030]光纖可以以各種已知的方式固定到所述槽。例如，光纖可金屬化和焊接到位或它可粘接到位。在一個(gè)實(shí)施例中，UV固化的光學(xué)透明粘接劑用于將光纖/平面波導(dǎo)固定在所述槽中。這種方法可以是優(yōu)選的以減少菲涅爾損失(Fresnel loss)，因?yàn)樗龉鈱W(xué)部件、所述槽的終端與光纖/平面波導(dǎo)的端面之間的任何間隙將填充以該光學(xué)透明的粘接劑。
[0031]所述光學(xué)部件可以是光學(xué)耦合到光纖/平面波導(dǎo)的任何已知的部件。所述光學(xué)部件可以是:例如，Ca)無(wú)源(passive)部件，其不將光能轉(zhuǎn)換成另一種形式、并且其不改變狀態(tài)(例如，光纖、透反射鏡、增/減濾光器、陣列式波導(dǎo)光柵((arrayed wave guidegratings, AffGs) )、GRIN透反射鏡、分路器/率禹合器(splitter/coupler)、平面波導(dǎo)、或衰減器(attenuator) ) ； (b)有源(active)器件,其在光能和電能之間轉(zhuǎn)換(例如，激光器，比如垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)、雙通道型、平面埋置異質(zhì)型(planar buriedheterostructure,DC-PBH)、埋置新月型(buried crescent,BC)、分布式反饋型(DFB)、分布式布拉格反射器型(distributed bragg reflector, DBR);發(fā)光二極管(LED),例如表面發(fā)光型 LED (SLED),邊緣發(fā)光型 LED (ELED),超福射發(fā)光二極管(super luminescent diode,SLD);和光電二極管(photodiodes)，例如P-本征-N型(PIN)和雪崩光電二極管(avalanchephotodiode, APD));或(c)混合器件,其不將光能轉(zhuǎn)換成另一種形式,但其響應(yīng)于控制信號(hào)而改變狀態(tài)(例如，開(kāi)關(guān)、調(diào)制器，衰減器，和可調(diào)諧濾光器)。還應(yīng)當(dāng)理解的是，所述光學(xué)部件可以是單個(gè)的分立器件，或者它可被組裝或集成為器件陣列。
[0032]所述光學(xué)部件具有光到/從所述光學(xué)部件傳播所沿循的至少一個(gè)光軸。因?yàn)樗龉鈱W(xué)部件設(shè)置在光纖/平面波導(dǎo)正上方，并且借助于在所述中介件中限定的反射性表面而與所述光纖/平面波導(dǎo)光學(xué)耦合，所以一般而言，盡管并非必須的，所述光軸大致垂直于所述平面表面。應(yīng)理解，所述光學(xué)部件不限于單條光軸。例如，在圖4所示的實(shí)施例中，所述光學(xué)部件是VCSEL陣列或PIN陣列，其中所述光學(xué)部件具有多條光軸。
[0033]在一個(gè)實(shí)施例中，所述中介件不僅用于支撐光纖/平面波導(dǎo)和光學(xué)部件，而且用于與它們高效地光學(xué)耦合。為此，本發(fā)明的顯著特征是:帶有第一刻面105的槽103，其具體地配置成幫助所述光學(xué)部件與所述光纖/平面波導(dǎo)之間的光學(xué)耦合。 申請(qǐng)人:意識(shí)到:干蝕刻技術(shù)可用于具體地構(gòu)造所述槽的終端，以提供最佳的第一角度α。干蝕刻是指:通常使用掩模的圖案、通過(guò)將材料暴露于離子(通常是等離子的反應(yīng)性氣體，例如碳氟化合物、氧、氯、三氯化硼；有時(shí)添加有氮、氬、氦和其它氣體)的轟擊從而將所述材料去除將所述材料的部分從被暴露表面擊出。不同于典型的濕蝕刻，干蝕刻通常方向性地或各向異性地刻蝕，并且因此不依賴于所述基板的晶體結(jié)構(gòu)。
[0034]因?yàn)楦晌g刻不受底下的基板的晶體結(jié)構(gòu)限制或控制(不像傳統(tǒng)的硅的濕蝕刻，其將大體導(dǎo)致一種具有如以上提到的54.7度的壁斜度的V形槽)，干蝕刻可用于在各種廣泛的基板材料中產(chǎn)生任何期望角度的壁斜度。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，第一刻面105構(gòu)造有最佳的角度以得到所述光學(xué)部件與所述光纖/平面波導(dǎo)的芯之間的高效的光學(xué)耦合。一般而言，雖非必要地，如果所述光纖/平面波導(dǎo)的光軸與所述光學(xué)部件的光軸成直角，則此角度將大約為45度的角度。
[0035]至少所述第一刻面經(jīng)過(guò)處理以使它具有反射性。例如，它可涂覆以金屬或如本領(lǐng)域已知的其它反射性材料。適合的反射性材料包括，例如，金、銀、鋁和電介質(zhì)。利用已知的技術(shù)，包括蒸發(fā)、濺射和氣相沉積，所述材料可沉積在所述刻面上。
[0036]可將額外刻面增添到所述槽，用以改善光學(xué)耦合和/或用以改善被動(dòng)式對(duì)準(zhǔn)。例如，參考圖2，示出U形槽的截面的圖像?；?01限定出具有相對(duì)于平面型頂表面204大致成45度角度的第一刻面202的終端。此圖像也示出:相對(duì)于該頂部平面表面成更陡峭的(即更大的)角度的第二刻面203。盡管并非必須的，但是第二刻面203可以是在一定情形下優(yōu)選的，以提供所述光纖/平面波導(dǎo)在所述槽中的增強(qiáng)的定位。具體地，因?yàn)榈诙堂?03的角度大于第一刻面202的角度，所以它將傾向于用作機(jī)械止動(dòng)件，以比第一刻面更有效地防止光纖/平面波導(dǎo)的向前的軸向運(yùn)動(dòng)，這是因?yàn)樵谒c光纖/平面波導(dǎo)的對(duì)應(yīng)的配合刻面之間的減小的向上的楔入力(wedging force)。
[0037]其它刻面可增添到所述槽的終端，以進(jìn)一步增強(qiáng)光學(xué)耦合。例如，如美國(guó)申請(qǐng)?zhí)?2/510，954就光纖端面上的反射性刻面所描述的，角度上逐漸(例如，按5°的增量)遠(yuǎn)離所述第一刻面的刻面，傾向于通過(guò)聚焦發(fā)散光而增強(qiáng)光學(xué)耦合。根據(jù)此公開(kāi)，所述終端刻面和所述槽的其它實(shí)施例也是可能的。
[0038]參考圖8，示出中介件800的另一個(gè)實(shí)施例，其中，在基板801中限定出U形槽802，該U形槽具有由多個(gè)成角度的面所限定的終端。在此實(shí)施例中，該終端在所述U形槽之前被蝕刻在該基板中。此實(shí)施例的終端經(jīng)過(guò)掩模形成為方形，然后從該方形的各邊蝕刻四個(gè)側(cè)壁(見(jiàn)圖9所示的俯視圖)。各邊相對(duì)于基板801的頂表面成45°角度地蝕刻。所述邊之一為所示的第一刻面803。在所述終端被蝕刻之后，蝕刻U形槽。在此實(shí)施例中，所述U形槽比所述終端更深，從而限定出第二刻面804。
[0039]雖然在圖8的實(shí)施例中使用了方形來(lái)限定所述終端，但是應(yīng)理解，其它形狀也是可能的，包括具有多于四邊的多邊形。具有多條邊的多邊形，特別是鄰近或靠近所述第一刻面的邊的集中，可能是期望的，以便提供額外刻面用以如上述地對(duì)光進(jìn)行聚焦。即，角度上逐漸遠(yuǎn)離所述第一刻面的刻面，傾向于通過(guò)更有效地對(duì)光進(jìn)行聚焦從而改善光學(xué)耦合。
[0040]參考圖11,示出圖1所示U形槽的另一個(gè)實(shí)施例。具體地，圖11所示中介件1100包括U形槽1101，所述U形槽1101具有有著相對(duì)于頂表面1104成45°角度的第一刻面1103的終端1102，如在以上討論的前述實(shí)施例中所公開(kāi)的。然而，如同圖8所示實(shí)施例，此實(shí)施例限定第二刻面1105，如相對(duì)于圖8所示第二刻面所討論的，第二刻面可用作對(duì)于光纖/平面波導(dǎo)的止動(dòng)件以增強(qiáng)它在槽1101中的軸向定位/對(duì)準(zhǔn)。
[0041]為增強(qiáng)光學(xué)耦合的有效性，可優(yōu)選的是，在一定應(yīng)用中減小在所述光學(xué)部件、所述槽的刻面和光纖/平面波導(dǎo)端面之間的空氣隙。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，光纖/平面波導(dǎo)端面配置成具有與所述槽的終端相同的輪廓。為此，光纖/平面波導(dǎo)端面具有配置成當(dāng)該光纖/平面波導(dǎo)設(shè)置在所述槽中且被推抵所述槽的終端時(shí)接觸該第一刻面的至少第一配合刻面。具體地，參考圖5，示出本發(fā)明的光纖的截面的示意圖。光纖500包括:光軸501和芯502。第一配合刻面503限定在該光纖的端面上。第一配合刻面503的至少一部分由該光纖的芯502限定。
[0042]如以上提及的，可能期望的是，在一定應(yīng)用中將光纖的端面進(jìn)一步異形化以實(shí)現(xiàn)附加的光學(xué)性能和/或被動(dòng)式對(duì)準(zhǔn)。例如，光纖500包括第二配合刻面504，其所在角度大于第一配合刻面503所在角度。這種構(gòu)造可優(yōu)選用于被動(dòng)式地定位光纖，因?yàn)樵摴饫w朝向所述槽的終端的任何向前運(yùn)動(dòng)將傾向于導(dǎo)致:因所述槽的第二刻面與光纖504的第二配合刻面之間楔入作用而引起的向上力較小。另外，可優(yōu)選的是，進(jìn)一步增強(qiáng)帶有第三配合刻面505的光學(xué)端面，所述第三配合刻面505所在角度大于第一配合刻面503所在角度。另外，側(cè)刻面可增添到光纖端面，位于第一配合刻面的任一側(cè)，以增強(qiáng)光學(xué)耦合。(見(jiàn)例如美國(guó)申請(qǐng)?zhí)?2/510，954，其通過(guò)引用結(jié)合于此。)在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于光纖端面具有多刻面的情況，所述槽的終端被異形化以具有對(duì)應(yīng)的刻面，使得光纖的端面由所述槽的終端接收而具有最小的空氣隙。
[0043]雖然光纖/平面波導(dǎo)的第一配合面和終端的第一刻面之間的物理接觸可能是期望的，但是這并非必要的，并且在某些應(yīng)用中，可能期望一些空間以提高可制造性。例如，參考圖9和圖10，示出本發(fā)明的中介件的替代實(shí)施例。具體地，此實(shí)施例中的中介件900包括有著非異形化端面902的光纖。更具體地，參考圖10，光纖901設(shè)置在槽802中(應(yīng)注意，中介件900具有與圖8所公開(kāi)的相同的基板和槽)，使得該非異形化的光纖端面902抵靠第二刻面804以將該光纖軸向?qū)?zhǔn)在中介件900中。以此方式，光纖901的芯經(jīng)由第一刻面803而光學(xué)耦合到設(shè)置在終端(為簡(jiǎn)化而未示出)上方的光學(xué)部件，其中所述第一刻面803如上所述地覆蓋有金屬性的表面。此實(shí)施例提供比圖5所公開(kāi)的異形化光纖端部更好的一些優(yōu)點(diǎn)。特別地，垂直于光軸的端面相對(duì)容易制造、并且可利用標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械劈開(kāi)或激光劈開(kāi)技術(shù)制備。
[0044]除由于所述非異形化的光纖端面902而改善的可制造性、以及由于第二刻面804抵靠光纖端面902而獲得的良好軸向?qū)?zhǔn)之外，圖9和圖10實(shí)施例，因?yàn)榈谝豢堂娴南虏勘徊?02截掉，所以還具有在光纖芯903與第一刻面803之間的光路相對(duì)短的優(yōu)點(diǎn)。即，通過(guò)蝕刻掉第一刻面803的下部，該光纖的芯可更接近于反射性表面，這減少了光擴(kuò)散并且因此改善光學(xué)耦合。因此，圖8、圖9和圖10所示終端和槽的構(gòu)造，不僅產(chǎn)生用于光纖在所述槽中的軸向配準(zhǔn)的第二刻面，而且也縮短了所述第一刻面、從而容許光纖的芯更接近于反射性表面。
[0045]盡管如此，應(yīng)理解，因?yàn)樵诜钱愋位嗣?02與第一刻面803之間存在空氣隙，所以光學(xué)性能可能仍然受某程度的損害。然而，此間隙可填充以光學(xué)透明凝膠(gel)/粘接劑或類似物質(zhì)，以改善或增強(qiáng)設(shè)置在槽802的終端上方的光學(xué)部件(未示出)與光纖901之間的光學(xué)f禹合。
[0046]本發(fā)明的中介件還包括用于將光纖/平面波導(dǎo)和所述光學(xué)部件進(jìn)行被動(dòng)對(duì)準(zhǔn)的特征。與光學(xué)組件的制造有關(guān)的主要技術(shù)挑戰(zhàn)之一，是部件光學(xué)對(duì)準(zhǔn)，特別是對(duì)于提供更高集成水平的系統(tǒng)而言。這尤其可適用于自由空間、互連光學(xué)系統(tǒng)中，其中，分立的光學(xué)部件，例如有源器件(例如半導(dǎo)體激光器)、無(wú)源器件(例如濾光器)、和/或微光機(jī)電系統(tǒng)(例如可調(diào)諧濾光器和開(kāi)關(guān))集成在共同的安裝系統(tǒng)上，以將通常在亞10微米量級(jí)的公差降低到亞微米范圍。
[0047]有大體兩種用于對(duì)準(zhǔn)光學(xué)部件的對(duì)準(zhǔn)方法一主動(dòng)式和被動(dòng)式。在被動(dòng)式對(duì)準(zhǔn)中，配準(zhǔn)(registration)或?qū)?zhǔn)(alignment)特征通常是直接地制造在部件上以及在部件所將安裝到的平臺(tái)上。所述部件然后利用該對(duì)準(zhǔn)特征而定位在所述平臺(tái)上且固接(affix)在位。在主動(dòng)式對(duì)準(zhǔn)中，所述光學(xué)部件布置在平臺(tái)上，但所述光學(xué)部件在被固接至所述平臺(tái)之前，光學(xué)信號(hào)經(jīng)由所述部件而傳輸，同時(shí)所述部件被操控以提供最佳的光學(xué)性能。一旦最佳性能得以實(shí)現(xiàn)，所述部件就被固接到所述平臺(tái)。雖然主動(dòng)式對(duì)準(zhǔn)傾向于比被動(dòng)式對(duì)準(zhǔn)更精確，但是被動(dòng)式對(duì)準(zhǔn)幫助高速的、高容量的自動(dòng)化制造，因此是優(yōu)選的。然而，傾向于極度困難的是，在全部三軸上利用被動(dòng)式對(duì)準(zhǔn)進(jìn)行光學(xué)對(duì)準(zhǔn)，特別是如果要求異常良好的對(duì)準(zhǔn)時(shí)。盡管如此，如果被動(dòng)式對(duì)準(zhǔn)可用于實(shí)現(xiàn)沿兩軸或甚至一軸的可接受的對(duì)準(zhǔn)，使得主動(dòng)式對(duì)準(zhǔn)僅對(duì)剩余的軸是必要的或用于精細(xì)調(diào)節(jié)，則可實(shí)現(xiàn)制造時(shí)間和成本上的顯著縮減。
[0048]本發(fā)明的中介件可具有若干特征以幫助光學(xué)部件和/或光纖/平面波導(dǎo)的被動(dòng)式對(duì)準(zhǔn)。例如，如以上已提及的，為了幫助光纖/平面波導(dǎo)在中介件中的被動(dòng)式對(duì)準(zhǔn)，所述槽的終端被異形化以接收光纖/平面波導(dǎo)的端面。這使光纖/平面波導(dǎo)能夠被推入中介件中，直到它的端部碰抵所述槽的終端。因?yàn)樗鼋K端被異形化以接收光纖/平面波導(dǎo)的端面，所以光纖/平面波導(dǎo)端面沿一個(gè)或多個(gè)配合刻面抵靠所述終端而就位，由此確保精確的定位。為了進(jìn)一步增強(qiáng)此對(duì)準(zhǔn)，在一個(gè)實(shí)施例中，所述終端的至少第二刻面具有相對(duì)于所述頂部平面表面相對(duì)陡峭的角度，以便當(dāng)光纖/平面波導(dǎo)被向上推入所述槽的終端時(shí)減小該光纖/平面波導(dǎo)上的向上的楔入力。為此，該第二刻面大于45度，如圖2所示。用于限制因所述第一刻面抵靠所述槽的配合第一刻面的楔入作用引起的光纖/平面波導(dǎo)的向上運(yùn)動(dòng)的另外一種方法，是將第一光學(xué)部件定位在所述槽的終端的緊靠正上方，使得光纖/平面波導(dǎo)的頂部與所述光學(xué)部件的底部之間的間隙是緊密的，由此限制光纖/平面波導(dǎo)在所述槽中向上運(yùn)動(dòng)以及軸向運(yùn)動(dòng)的量。
[0049]在一個(gè)實(shí)施例中，所述中介件還具有基準(zhǔn)以幫助所述光學(xué)部件的被動(dòng)式對(duì)準(zhǔn)，使得它的各光軸與所述槽的相應(yīng)第一刻面對(duì)準(zhǔn)?；鶞?zhǔn)可以是:提供用于所述光學(xué)部件的被動(dòng)式對(duì)準(zhǔn)的任何結(jié)構(gòu)或標(biāo)記。各種基準(zhǔn)都可采用。在一個(gè)實(shí)施例中，采用接觸墊圖案，其在回流操作過(guò)程中被動(dòng)式對(duì)準(zhǔn)所述光學(xué)部件。具體地，所述光學(xué)部件在它的底部設(shè)置有一定的接觸墊圖案，所述中介件在它的頂部平面表面具有相同的圖案。所述光學(xué)部件然后利用已知的拾取和放置技術(shù)布置在所述墊上，粗略對(duì)準(zhǔn)。然后在所述組件進(jìn)行回流焊時(shí)得以實(shí)現(xiàn)所述中介件和光學(xué)部件之間的對(duì)準(zhǔn)，使得接觸墊的表面張力致使所述光學(xué)部件的圖案對(duì)準(zhǔn)于所述中介件上的圖案上方，由此將所述光學(xué)部件相對(duì)于所述中介件的槽精確地定位。這類機(jī)構(gòu)是熟知的，并且已經(jīng)公開(kāi)，例如在美國(guó)專利號(hào)7，511，258中公開(kāi)，該申請(qǐng)通過(guò)引用結(jié)合于此。
[0050]在另一個(gè)實(shí)施例中，不是接觸墊或除接觸墊另外，使用所述中介件上的其它基準(zhǔn)來(lái)幫助被動(dòng)式對(duì)準(zhǔn)。例如，所述基準(zhǔn)可以是從提供配準(zhǔn)表面的平面表面突出的物理結(jié)構(gòu)，所述光學(xué)部件的邊緣可接觸抵靠所述配準(zhǔn)表面以便正確地定位在所述中介件中?；蛘?，所述基準(zhǔn)可以是標(biāo)記，其用以實(shí)現(xiàn):利用商業(yè)可獲得的、超高精度的管芯接合機(jī)進(jìn)行所述光學(xué)部件在所述中介件上的視覺(jué)對(duì)準(zhǔn)，所述晶片機(jī)接合例如為Suss MicroTec機(jī)(見(jiàn)例如美國(guó)專利號(hào) 7，511，258)。
[0051]另外，可采用基準(zhǔn)和接觸墊的組合。例如，所述墊可用于將所述光學(xué)部件拉至與所述中介件的隆起基準(zhǔn)接觸。根據(jù)本公開(kāi)，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員，其它對(duì)準(zhǔn)技術(shù)將是明顯的。
[0052]所述中介件還可具有:(電氣的/光學(xué)的)線路，其用于提供為支撐所述光學(xué)部件而必要的互連。例如，參考圖4和圖7，中介件400示出為包括具有頂部平面表面402的基板401和一系列的槽403。光學(xué)部件420 (在此例中是PIN光電二極管或VCSEL的陣列)設(shè)置在所述槽的終端上方，與墊310 (如圖3所示)對(duì)準(zhǔn)，并且與光纖404光學(xué)耦合。光學(xué)部件420所需的集成電路430設(shè)置成靠近光學(xué)部件420并且也與墊311對(duì)準(zhǔn)(見(jiàn)圖3)。墊310和311以電氣跡線(為簡(jiǎn)化而未示出)互連。另外，其它跡線(再次地，為簡(jiǎn)化而未示出)將集成電路430電連接到沿中介件400的周邊的穿過(guò)基板401的過(guò)孔440。所述過(guò)孔使所述中介件與更高一級(jí)的柔性電路或印刷電路板702經(jīng)由接觸墊701進(jìn)行電氣接口。這是已知的技術(shù)。
[0053]因此，本發(fā)明的中介件可具有:用于將光學(xué)部件光學(xué)耦合到光纖/平面波導(dǎo)的一個(gè)或多個(gè)特征；用于提供光學(xué)部件和/或光纖/平面波導(dǎo)的被動(dòng)式對(duì)準(zhǔn)的特征；和電氣的/光學(xué)的互連，其用于互連所述光學(xué)部件與所需的電路，并且用于使所述中介件與更高一級(jí)的柔性電路或印刷電路板進(jìn)行接口。
[0054]本發(fā)明的中介件還適合于經(jīng)濟(jì)的和高度可重復(fù)的制造。特別是，大多數(shù)的(如果不是全部的)關(guān)鍵對(duì)準(zhǔn)關(guān)系可在晶片級(jí)限定，常常在少數(shù)的或甚至單一的光刻步驟中限定。具體地，用于保持光纖/平面波導(dǎo)的所述槽和用于電連接以及提供光學(xué)部件的被動(dòng)式對(duì)準(zhǔn)的接觸墊的位置，可在單個(gè)掩模步驟中限定。另外，在一個(gè)實(shí)施例中，各種部件之間的光學(xué)的/電氣的互連，可在單個(gè)掩模步驟中限定。例如，把用于所述光學(xué)部件的墊與用于電氣驅(qū)動(dòng)器電路的墊進(jìn)行互連的各種跡線，以及在所述驅(qū)動(dòng)器電路與穿過(guò)基板的過(guò)孔之間的跡線，可在單個(gè)掩模步驟中限定。在一個(gè)實(shí)施例中，甚至所述中介件的邊緣在同一掩模步驟中限定。換句話說(shuō)，如圖3所示中介件的各邊緣320是在晶片中被蝕刻的槽的一半。所述晶片在各槽的底部簡(jiǎn)單地分開(kāi)，以形成具有精確受控邊緣的中介件。以此方式，從所述中介件的邊緣320到關(guān)鍵特征例如槽303的距離，可精確受控，常常在單個(gè)步驟中，由此通過(guò)利用這些精確受控的邊緣來(lái)消除誤差的產(chǎn)生并且簡(jiǎn)化與所述中介件的組裝制造。
[0055]所述蝕刻也可在晶片級(jí)執(zhí)行。在一個(gè)實(shí)施例中，所述槽、終端刻面、和所述中介件的邊緣，都在晶片級(jí)限定和蝕刻。通過(guò)在同一光刻程序中蝕刻這些特征，可實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步經(jīng)濟(jì)化。雖然可采用單個(gè)蝕刻程序，但是在一些情形中，兩次或更多個(gè)蝕刻程序可能是有益的。即，所述中介件的刻面要求干蝕刻以實(shí)現(xiàn)期望的斜度，然而，所述中介件的側(cè)壁和所述槽的邊緣可利用濕蝕刻或干蝕刻技術(shù)進(jìn)行蝕刻。因此，如果干蝕刻不如濕蝕刻經(jīng)濟(jì)時(shí)(例如，花費(fèi)更長(zhǎng)時(shí)間和/或更昂貴)，則可優(yōu)選的是，利用干蝕刻來(lái)蝕刻終端刻面，而利用濕蝕刻來(lái)蝕刻中介件和槽側(cè)壁/邊緣。
[0056]由以上描述顯然的是，本發(fā)明的中介件組件提供顯著的勝于傳統(tǒng)的光電模塊構(gòu)造的優(yōu)點(diǎn)，例如更低的成本、制造的簡(jiǎn)化、以及提高可與之實(shí)現(xiàn)光學(xué)耦合的配合部件的類型多樣化。所述中介件組件的其它優(yōu)點(diǎn)也在預(yù)期中。
【權(quán)利要求】
1.一種光學(xué)中介件(100)包括: 具有頂部平面表面(102)的基板(101): 至少一個(gè)槽(103)，其限定在所述頂部平面表面中并且從所述基板的邊緣(106)延伸到終端(107)，所述槽具有:側(cè)壁(104)和位于所述終端處且垂直于側(cè)壁的第一刻面(105)，所述刻面具有相對(duì)于所述頂部平面表面的第一角度(α )，所述第一角度為大約45度；和在所述第一刻面(105)上的反射性涂層。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)中介件，其中，所述基板(101)是玻璃。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)中介件，其中，所述基板(101)是硅。
4.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)中介件，其中，所述槽(103)具有位于所述終端(107)處并具有不同于所述第一角度的第二角度的第二刻面(203或1105)。
5.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)中介件，其中，所述槽(103)具有:不垂直于所述側(cè)壁(104)的終端面刻面。
6.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)中介件，進(jìn)一步包括用于相對(duì)于所述第一刻面(105)被動(dòng)地對(duì)準(zhǔn)光學(xué)部件的基準(zhǔn)。
7.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)中介件，其中，所述基準(zhǔn)包括:靠近所述終端(107)且相對(duì)于所述第一刻面(105)精確定位的第一接觸墊圖案。
8.如權(quán)利要求7所述的光學(xué)中介件，進(jìn)一步包括:用于接收集成電路以與所述光學(xué)部件進(jìn)行接口的第二接觸墊圖案、和連接所述第一和第二接觸墊圖案的一系列跡線。
9.一種子組件，包括: 光學(xué)中介件(100)，包括至少: 具有頂部平面表面(102)的基板(101)； 至少一個(gè)槽(103)，其限定在所述頂部平面表面中并且從所述基板的邊緣(106)延伸到終端(107)，所述槽具有:側(cè)壁(104)和位于所述終端處并垂直于所述側(cè)壁的的第一刻面(105)，所述刻面具有相對(duì)于所述平面表面的第一角度(α)； 位于所述第一刻面(105)上的反射性涂層； 設(shè)置在所述槽中的光學(xué)導(dǎo)管(603)，所述光學(xué)導(dǎo)管具有:光軸(501)和有著至少第一配合刻面(504)的端面(503)，所述至少第一配合刻面(504)大致具有相對(duì)于所述光軸的所述第一角度(α )，使得所述第一配合刻面(504)和所述第一刻面(105)彼此接觸；和 具有垂直于所述頂部平面表面(102)的光軸的光學(xué)部件(420)，所述光學(xué)器件設(shè)置在所述頂部平面表面上，位于所述終端處，使得它的光軸設(shè)置在所述第一刻面上方，從而所述光學(xué)部件與所述光學(xué)導(dǎo)管(603)的所述芯光學(xué)耦合。
10.如權(quán)利要求9所述的子組件，其中，所述終端(107)包括:相對(duì)于所述頂部平面表面成不同于所述第一角度的第二角度的第二刻面(203)，其中所述端面包括:相對(duì)于所述光軸成大致所述第二角度的第二配合刻面(504)，使得所述第二配合刻面接觸所述第二刻面。
【文檔編號(hào)】G02B6/42GK103443675SQ201280014048
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2012年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2011年1月25日
【發(fā)明者】T.P.伯溫, R.D.米勒, 小羅伯特.N.菲爾 申請(qǐng)人:泰科電子公司