光学装置的制作方法

专利名称：光学装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学部件和由此种部件制成的光学装置。更具体地说，本发明涉及一种由包含光学、光-电或光—机械部件的多个光学组件形成的光学装置。
背景技术：
为了提供高速数据传送，光学装置(例如光纤通信设备)正越来越多地用于各种工业与技术领域。在许多以前只使用电装置的应用中，正在向光学装置过渡或是在其中添加入光学装置。光学装置一般都包括许多部件，这些部件必须经精确装配和对准，该装置才能有效工作和起作用。典型的部件包括光纤、波导、激光、调制器、探测器、光栅、光学放大器、透镜、反射镜、棱镜、光学窗口等。
过去，光学装置(例如那些用于光纤通信、数据存贮与检索、光学检查等领域的光学装置)的封装和装配方法不具通用性。由于装置设计的不一致，自动生产这些装置的自动设备的应用性就受到了限制。为了实现此种装置的大批量自动化生产，必须定制设计每条单独生产线的零件。
与之不同，像印刷电路线板制造和半导体制造这样的行业，不仅具有通用设计规则还具有通用封装手段。这就允许将自动设备的同一部分应用于多种设计。以印刷电路为例，从计算机主板到蜂窝电话的各种应用都可以由极相同的一套基本构件块设计出来。这些构件块包括印刷电路板、集成电路芯片、离散电容器等。此外，由于它们使用的是通用部件和设计规则，就可以使用相同自动装置装配这些设计的每个部件，例如抓放机械。
而光学装置的自动装配就复杂得多。这种装配复杂性是由光学部件的准确机械对准要求造成的。这增加了设计不同引起的困难。由光学部件多种特性而引起的这种问题，无法经济地控制到严格的公差范围内。这些属性包括光纤芯相对于包层的同心度；透镜的光轴相对于其外部机械尺寸的位置；透镜的后焦点位置；薄膜干涉滤波器的光谱特性等。在每个光学元件的机械安装中，即使每个元件都定位到其要求的理论设计位置，由于上面列出的公差，也可能无法满足光学装置规范。
为了说明高性能光学装置苛刻的对准要求，这里列举一个对准两个单模光纤的简单实例。在本例中，为了保证一条光纤到另一条光纤有足够藕合光线，要求的机械对准如下光纤之间的相对角度；光纤表面角度；横向对准(垂直于光的传播方向)；纵向间隔(平行于光的传播方向)。
电信中使用的典型单模光纤(波长范围1.3μm到1.6μm)的有效芯部直径大约为9微米，外部包层尺寸为125微米。芯部到包层外部直径的同心度的典型公差为1微米。如果两根光纤的外部包层正好对准且无角度误差或纵向间隙，光纤芯的轴线间仍然可能存在2微米的横向偏差。这种轴线不重合理论上要产生大约14％的耦合损耗，即0.65dB。这种损耗在许多应用中是不能接受的。所以，人们希望能提供一种可弥补原有技术不足的光学装置。

发明内容
一个方面，本发明提供了一种包括许多光学组件的光学装置。每个光学组件又包括可操作地结合到一个相对基准装配台的一个光学部件。相对基准装配台设置与固定基准装配台结合。多个装配在固定基准装配台上的光学组件形成了所述光学装置。


图1为根据本发明的一个典型实施例的光学装置透视图。
图2A为图1所示光学组件的分解透视图。
图2B为部件装配台的底视平面图。
图3为图1中光学组件的前视平面图。
图4为图1光学组件的底视平面图。
图5为如图1中固定基准装配台的顶视平面图。
图6为图4中沿直线6-6的光学组件的横断面图。
图7A为图1中相对基准装配台与固定基准装配台定位/配准或对准使用的定位件或对准件横断面图。
图7B为定位件或对准件的分解横断面视图。
图8A为显示本发明使用的连接材料或粘结材料的透视图。
图8B为图8A所示连接材料的侧面横断面图。
图8C为连接材料的放大视图。
图8D为显示了加热后材料变形情况的连接材料放大视图。
图9为显示本发明的光学组件透视图，它包含一个梯度指数(GRIN)透镜。
图10为图9中光学组件的前视平面图。
图11为显示本发明总体面貌的框图。
具体实施例方式
本发明具有减小或消除原有技术众多缺点的多种形式。本发明提供了一种由光学组件构成的光学装置，这些光学组件被预先对准为标准的光学组件或以标准的光学组件预先对准。每一个光学组件能够相对对准件达到亚微米的对准精度。组件上的对准件能够与基片上的匹配件对准。这近似于印刷电路板中或上某种电子部件的装配。通过在光学“电路板”中安装预先校准或对准的光学组件，可以容易地制造光学装置。光学组件的预先对准能够补偿部件之间的变化，这样本质上消除了部件变化带来的影响。这种经预先对准的光学组件很适合装置的自动制造。利用硅加工领域中的已有技术，可以用硅制成这些组件。然而，本发明可使用各种适合的材料。优选的材料为现有电子或光学部件所使用的材料。此外，本发明也能够与例如激光器、调制器、控测器等有源装置一起使用。为了与有源光学部件耦合或结合，可以将电导体装配或制造在各个层上。也可以在组件或固定基准装配台上直接装配或制造电路(包括模拟与数字电路)。
一方面，本发明提供了一种至少由两个光学组件形成的光学装置，光学组件中光学部件安装在光学部件装配台上。光学部件装配台被固定在相对基准装配台上，例如期望位置和方向的底部装配板。相对基准装配台被结合在固定基准装配台(例如基片)上，这样光学部件保持在相对于固定基准装配台的某一期望位置与方向。在这种总体配置中，在固定光学部件装配台与相对基准装配台的相对位置前，通过调整相对于基准装配台的光学部件装配台，就能够将光学部件预先对准到期望的空间基准或位置与方向上。这样，它就能够用于实现总体部件的预先对准，以及补偿光学部件间可能的变化。以下描述列出了许多具体实例；然而，在各种方式中，本发前并不局限于这里所列出的具体配置、部件或技术。
图1为光学装置10的透视图。为了图解本发明，光学装置10显示为简单的光纤到光纤的耦合器。然而，本发明可适用于更复杂或其它光学装置和其它类型的光学部件。
图1中，光学装置10由两个光学组件12A和12B构成，它们又分别包括在本具体实例中作为光纤的光学部件14A和14B。光纤被装配在各自的光学部件装配台16A和16B上，光学部件装配台16A和16B又经过定位与定向，以实现将光学部件14A和14B分别定位到相对于底部装配板18A和18B的某一期望位置与方向。下面详细地列出了这种结合的许多具体实例，然而，本发明的其它方式并不局限于这些实例。在图1中具体列出的实例说明中，底部装配板18A和18B包括大体平面的匹配板。底部装配板18A，18B是相对基准(或相对位置)装配台的一个实例。相对基准装配台可具有任何形状或结构。底部装配板18A和18B安装在基准基片20上，以便光学部件14A和14B实质上对准。基片20是固定基准或固定位置装配台的一个实例，但可以使用具有适当形状和结构的任何适合的固定基准装配台。
本发明的光学部件组件可预先安装和与某一适当的基准或基准件预先对准，这样就只需将装好的光学组件简单地装配到基准基片上而得到最终的光学装置。在图1的实例中，基准基片20显示为一个平面基片，可以把它当作一个容纳光学组件以形成光学、光-电或光-机械装置的光学“电路板”。
图2A为光学组件12的分解透视图。在图2A中所示的具体实例中，光学部件装配台或固定器16包括上部的部件装配台或固定器24和下面的部件装配台或固定器26。再次重申，其它的结构也在本发明的范畴之内。图2A举例说明了一种将光学部件装配台16耦合到底部装配板18上的典型安装技术。在本实例中，连接材料30放置在底部装配板18的上表面上。材料30优选具有至少两种状态。在一种状态中，材料30不干扰或接触装配台16。这样，光学部件装配台16就能够相对于底部装配板18最多具有6个定位自由度。在另一种状态中，这种连接材料连接装配台16与18，并固定两者之间的相对位置。在一个优选实施例中，材料30包括一种热或化学敏感(或激活)材料，例如焊料或其它连接材料。焊料可以具有任何类型，包括电渡焊料(platedsolder)、焊料预加工产品、焊料球、焊接涂料、焊料块等，也包括倒焊晶片电子封装中使用的各类焊料。然而，可以使用通过干燥、化学反应或其它方式活化或激活的材料(如粘合剂)，也可以使用其它附着或连接技术。优选地，在固定连接光学部件装配台16与底部装配板18之前，这些附着或连接技术允许在它们之间存在某种相对运动。在使用热活性或激活材料的实施例中，可以设置加热元件(详细内容参见图8B)以加热材料30。例如，在图2A中，设置的加热元件通过接触垫/接触点34供电触发。这可以利用电接触点34在其中施加电流实现。然而，也可使用其它加热技术。当然，也能够使用其它改变连接材料状态的技术，例如使用放射/辐射或化学固化成分。可以使用包括铜焊、焊接、定位焊、压焊或其它技术所使用的任何适合粘合成分。可以使用包括暴露于空气、加热、化学成份、热辐射(包括光和紫外线)等技术激活结合或连接。
图2B为光学部件装配台16和下部装配台26的底视平面图，显示了图2A中所示的设置与材料30匹配的焊盘40。焊盘40可包括，例如，下部装配台26上堆积或沉积的某种金属。在另一实施例中，焊盘40也包括整体加热元件，电接触垫/接触点设置用于给加热元件通电。对焊盘40和连接材料30一起加热可以缩短连接的时间。
图3为光学组件12的前视平面视图，显示了与底部装配板18相邻的光学部件装配台16。在如图3所示的排列中，材料30最初并没有与光学部件装配台16接触。正如下述的讨论，材料30被活化或激活后填充或固定在装配台16与装配台18之间的间隙32中。然而，在装配台16与18之间实际接触中，也可以使用其它类型的材料30；或者在结合或连接前，在间隙32中填加材料30。在一个优选实施例中，在将装配台16固定地附着或连接在装配台18前，任一部件可以在最多6个自由度中操纵(如图3所示，沿X轴、Y轴和垂直于图中平面的Z轴(图中未显示出)移动，以及沿这3个轴旋转)。对于某些光学部件，适当的对准可能并不需要所有这6个自由度，因而可以只提供少数几个自由度。图3也显示了典型的对准件50。在图3的典型实施例中，每个对准件或对准部分50都是设置与下面讨论的基准基片20匹配的一个突起。
图3也显示了下部部件装配台26中形成的部件对准件对准部分60，以及上部部件装配台24中的部件对准件对准部分62。一般地，可以使用任何定位或对准技术，本发明也不局限于本文说明的具体实例。在本典型实施例中，部件对准件60和62包括为容纳光学部件(例如光学部件14)而设置的V型凹槽。可以使用例如粘合剂或焊料，将光学元件14与光学部件装配台结合或连接。光学部件14优选地固定在部件装配台16上以保持相对于相对基准装配台18的对准件50的对准。
图4为光学组件12的底部平面视图，显示出底部装配板18以及光学部件装配台16的下部光学部件装配台26的一部分。底部装配台板18上的焊盘54能够与连接材料72结合或连接。图4为底视平面图，显示了光学部件装配台16的界面表面64。界面表面64是图3中所示的光学部件14的一个输入、输出或输入/输出表面。在一些实施例中，相邻光学组件的界面表面处于对接状态。在一些实施例中，要将某种折射率光学匹配材料填充入相邻界面表面之间的任何间隙中，以提供提高耦合程度并减小反射。例如，光学匹配材料可以为固体、凝胶体或液体形式。在一种典型实施例中，界面表面64是与垂直于光纤14的传播方向的一个平面成某种角度的平面。例如，角度为8度。可以优选光学部件14的成角度表面64，这是因为它减小了耦合的反射到光纤中的反射光的光量。如果两个光学组件很接近或对接接触，则相邻光学部件装配台应该具有一个连接角(complimentary angle)。在需要某一角度或专门界面处理或磨光的实施例中，可以使用适合的处理(例如，研磨或抛光处理、化学加工、机械加工等，或加成法/additive process)，对界面表面64进行整形或成形以实现期望的结构。例如，在光学部件14固定在光学部件装配台16中之后，表面64可以经抛光或研磨而得到期望的角度或表面处理。这种技术也能够保证光学部件的表面与界面表面64平齐。但是，在一些实施例中，可能期望光学部件14从界面表面64凹入或者突出。
图5是设置容纳图1中光学组件12A和12B的基准基片20的顶视平面图。对准件或对准部分70A与70B设置用于容纳各自的光学组件12A与12B上的对准件50。在本典型实施例中，零件或部分70精确地限定为凹陷，设置对准图3或4中所示的对准件50的突出部分。该典型实施例的具体结构如图7A所示。虚线部分为底部装配板18A和18B的放置位置。这种结构提供了运动型固定或对准技术的一个实例。在题为“两级运动装配”的美国专利(专利号为5,748,827)中，描述了一种典型的运动技术。本发明可以使用任何适合的固定或对准技术，但优选的是，对准技术应该准确并具有高可重复性。在本典型实施例中，提供了一种热活化材料72(如焊料)，它可以通过加热而将光学组件固定地附着或连接到基准基片上。在这种实施例中，接触垫或接触点74与用于加热材料72的加热器电相连。材料72优选对准图4中所示的焊盘54。例如，焊盘54可以是一种将与材料72稳固附着的材料。例如，焊盘54可以包括焊料会附着在其上的一种金属。用于提高附着力的焊盘可以具有多个层。例如，一层与连接材料结合，而另一层与装配台(例如装配台16、18或基片20) 结合或连接。在另一种方式中，底部装配板18底部的连接焊盘54也可以包括整体加热元件；可设置电接触垫片或接触点为这些加热元件供电。对焊盘和结合材料72一起加热可以缩短连接的时间。
图6为图4中直线6--6的光学组件12的横断面图，其中包括基片20。图中显示了装配结构，其中光学组件12结合或连接到基准基片20而部件固定器16结合或连接到底部装配板18。
图7A为显示V型槽对准件或对准部分70和突出对准件或对准部分50的放大横断面图；图7B为显示放大分解视图。可以通过调整V型凹槽70或突出50的壁的角度或宽度，控制底部装配板18与基准基片20之间的相对间隔。如果由适当定位的单晶硅制造的话，这一角度一般由此材料的晶体结构确定，但通过调整宽度以控制空隙大小。板18与基片20之间的结合或连接实际上发生在线接触点76上。
图8A为详细地显示连接材料30的透视图；图8B为显示下部部件装配台26与装配板18之间的连接材料30的横断面视图。连接材料30放置在与导体82电相连的加热元件80上。加热元件80可包括某种电阻元件，例如耐火金属或合金(如钽、铬或镍铬合金)，设置用于当通过导体82供应了足够的电流时熔化材料30。
图8B中所示的横断面视图显示了加热元件80附近的结构。图8B为薄膜层图，它并不用于测量，只为了显示特征，例如接触件或触点34与加热元件80离得远而与装配板18的边很近。如图所示，元件80通过电导体82与接触件34电相连。电绝缘层87可以选择定位在元件80与材料30之间以提高流经元件80的电流量。附加层(一层或多层)85可以沉积或淀积在绝缘体87上，以提高附着力，或提供期望的其它性能或质量。在金属淀积领域，这称为″欠隆起焊盘冶金″(UBM/under bumpmetallurgy)。也可以应用热(与/或电)隔离层89以减小热量传播到周围的部件。优选方式是，加热元件80设计在绝热状态中工作。当电流流经加热元件80而它开始变热时，热能流入连接材料30内部。同样，此结构优选地设置减小热量传入周围区域。这就能减少活化或激活连接材料所需的能量，减少加热和装配时间以及减小施加到周围材料的热应力大小。元件80可以具有任何适合的形状，包括直线的、双线的、曲折的等。焊料提供了一种能够快速结合(低小100mSec)的连接材料，并可以通过重新加热而″再加工″该结合。
可以根据期望的适当的物理属性选择多种材料。SiO2具有很好的热和电绝缘性并且易于加工。当然，也可以使用包括其它氧化物或有机薄膜在内的其它材料。电绝缘层87优选比较薄，并具有高导热性。氮化硅是一种典型材料。导体82可以是任何传导性材料，然而，优选材料包括易于沉积或淀积的材料，例如厚的耐熔或耐热金属、金或铝。焊盘54的材料可以是任何可附着连接材料30的合适材料。例如，金、镍、铂等。各个层的厚度的选择也应该有利减小加热元件的热负荷。焊垫40如图所示具有层40A和40B。层40A可以是一种适合与热绝缘层89结合的材料。例如，钛(Ti)(如果层89是SiO2)。层40B设置与连接材料30结合，可以是例如，金、镍、铂或其它材料。焊垫40可以由多层的钛、镍和金薄膜构成。钛可以用作一种附着到硅的附着层。其次，镍沉积或淀积在钛的上部，这样焊料将与镍形成坚固金属之间的结合。最后，金沉积在镍的上面以防止镍被腐蚀。根据焊料合金或其它方面的考虑，也可以使用其它的容纳焊垫冶金(receiver pad metallurgy)或UBM结构。焊垫也可以预先渡上一薄层焊料，在连接各部件前，以便由欠隆起焊盘冶金UBM形成金属间化合物。
如图8C所示，在一种实施例中，材料30包括形成一个大表面区域84和渐缩或锥形区域86的某种焊料。当材料30熔化时，表面张力导致液体材料从渐缩区域86流向大表面区域84，而如图8D所示导致大表面区域向上膨胀。这种结构具有优越性，这是因为它可以根据期望调节部件装配台16的方位(通过参照图3讨论的6个自由度)而不会受到连接材料30的干扰。当加热时，材料填加入两个部件之间的间隙，连接材料仅接触这两个表面。同样，对于底部装配板18与基准基片20的装配，在应用连接材料72或激活加热元件80前，板18可以稳当地在部件70中对准。这种焊料流技术在1999年4月6日发布的题为用于整体再分布通道导体的焊料隆起焊盘和结构(″SOLDERBUMPS AND STRUCTURES FOR INTEGRATED REDISTRIBUTION ROUTINGCONDUCTORS″)专利号5,892,179的美国专利中有相应描述。
正如上面提到的，也可以使用包括粘合剂和紫外固化技术在内的其它连接技术，本发明并不局限于焊接。然而，一种方式中，结合技术可以利用连接材料中发生的表面张力。注意焊料或粘合剂可以是电导体以提供光学装置多个层之间或相邻电路电接触或点触点。可以使用热传导材料帮助散热。在另一方式中，可使用两种连接材料，这两种连接材料可以相同或不同，可以同时使用也可以顺序使用。例如，在使用了这里讨论过的焊料后，第二种连接材料可以填加入间隙以增加稳定性。然而，应处理连接材料的收缩或其它形状变化以保持对准。在一些实施例中，可以使用任何适合的技术对表面进行粗糙处理或织构化处理，以提高连接材料的附着力。
部件14可以是任何类型的包括有源或无源元件的光学、光-电或光-机械元件。在上述实例中，光学元件14显示为一种光纤。为了显示另外一种典型光学组件12，在图9和图10中显示了一种包括GRIN透镜的光学元件90。图9为透视图，显示了固定在与底部装配板18相连的部件装配台16中的透镜90。图10为前视平面图。透镜90由对准槽60定位或对准。设置附加支持连接材料92以牢固将透镜90与部件装配台16结合或连接。附加支持连接材料92可以是粘合剂、焊料或其它连接材料。
图11为依照本发明的光学装置110的结构图。光学装置110包括结合在固定基准114上的光学组件112A和112B。图11以结构图的形式说明了本发明，但本发明并不局限于任何特定的物理实现方式。
光学组件112A和112B各自包括光学部件116A和116B(它们可以是光学、光-电(光电子)或光-机械()部件)，这两种部件分别固定到预先对准装配台118A和118B上。在装配到固定基准部件114前，每个光学部件116A和116B均由基准标准或参考标准120进行预先对准。
基准标准120显示为一个方框，这只是为了显示标准基准框架的概念，而它并不局限于某一种单一物理实现方式。对于不同类型的光学部件，标准120可以包括不同的物理实现方式。然而，一般而言，当根据基准标准120预先对准光学部件时，该光学部件的对准结果是当两个光学部件被放置到固定标准114中的预定位置时，它可以按照期望的方式与按同一标准基准框架已经对准好的另一个光学部件正确地进行光学相互作用。这种基准标准提供了一种基准框架，通过它，光学部件可以被预先对准，这样一旦装配在固定基准中，它们就能够以期望的方式进行光学相互作用。这种预先对准可以是使用任何对准技术的任何类型的对准。预先对准光学部件116A和116B以符合基准标准120的地点与/或时间，可以与光学组件112A和112B装配到固定基准114的地点与时间不同。
预先对准光学部件116A和116B以达到基准标准120的工作，是通过在预先对准装配台118A和118B中调整光学部件116A和116B实现的。在显示的实施例中，在将光学部件116A、116B装配到预先对准装配台118A、B之前，在预先对准处理中，光学部件116A、B可以具有6个自由度。然而，自由度的数目可以为1到6中的任一个。一旦完成了预先对准，光学部件116就可以使用任何适合的装配技术固定结合到各自的预装配台118A或118B。如果需要，在一个实施例中，光学部件可以在后面重新对准。
光学部件116A、116B在预先对准装配台118A、118B中预先对准之后，就将光学组件112A和112B装配到固定基准上。装配是在预定位置130A和130B上进行的。预定位置130A和130B的定位是已根据或相对基准标准120预先对准好的光学部件116A和116B或已预先对准到基准标准120的光学部件116A和116B，将能以一个光学部件可以与另一位光学部件进行光学相互作用的方式进行对准。预定位置130A和130B可包括固定基准114上的固定件或对准件。固定件或对准件130A和130B也可以预先对准，以便在光学组件116A、B被放置在预定位置130A、B时，它以与另一位光学部件进行适当相互作用的方式对准。
一方面，预先对准装配台结合件或连接件140A，140B用于将各自的光学部件结合到预先对准装配台118A，B上，以固定光学部件116A，B相对于基准标准120的对准。同样，固定的基准结合件或连接件142A，B用于将预先对准装配台118A，B结合到固定基准114上。在一种实例中，固定基准结合件包括装配台118A，B上的固定件或对准件，该固定件与固定基准114上的固定件匹配。
各种部件可以使用任何适合的技术或材料制成。在一个实施例中，可由各向异性腐蚀定向单晶硅(anisotropically etching orientedsingle-crystal silicon)形成不同定位结构的凹陷或凹槽。突出也可以由类似、辅助(complimentary)方式形成。这种结构会优选地消除或实质上减小在6个自由度中任意一个的运动。由此实现部件间亚微米的空间重复能力。例如，单晶硅的一个[100]方位可以形成这种特性，对准件相互之间可以定位在90度。可以使用任何适合的腐蚀或蚀刻或成型技术。一个常用的各向异性蚀刻技术使用KOH和掩模以确定期望特性。关于各种传导层、加热元件层以及绝缘层，可以使用任何适合的溅射、镀层、蒸发或其它制造技术。
上面讨论的本发明多个方式，提供了经预先对准的光学组件，这些光学组件可以减小或消除部件可变性的影响，在上例中它是通过相对于基片装配板上对准部件调整部件装配台(固定器)实现的。连接材料用于固定部件与对准件之间的关系。在底部装配板18上设置有精确固定或对准件，这样它就能插入光学“电路板”中以构成包括多个光学部件组件的装置。光学组件很适用于光学装置的自动装配，这是因为它们具有标准的封装、经过预先对准，可以轻易地装配到基准基片上。光学组件可以手工或自动放置到光学“电路板”中。优选地将特殊光学组件进行标准化以适合自动操作。此外，这种配置允许以“自顶而下”方式装配装置，其中光学组件向下移入光学“电路板”中，这样有利于自动处理。此外，由于不同组件由相似材料构成，由于热膨胀产生的变化将以相似的方式影响到所有组件，这样就可以保持光学“电路板”上相邻组件间的对准。
可以利用焊料连接的电传导性，以提供与组件上电气部件的电连接。焊料可以按任何顺序或组合，包括同时进行加热。可以设置焊料的加热位置与顺序，以减小或补偿部件中的变形(包括热变形)。焊料的另一优点在于可以重新加热焊料以便部件可以重新定位、移动、替换与/或修理。
概括地讲，本发明提供了一种包括许多光学组件的光学装置，其中消除了或明显减小了由部件的差异性引起的光学变化。这就实现了多个光学组件间的统一性，这种统一性特别适合于实现自动装配。一方面，本发明可以视为提供了光学部件与光学部件装配台之间三级对准。第一级对准在部件装配台(固定器)与光学部件之间实现，例如使用了图示的V型凹槽对准件或部分或其它技术。第二级对准在光学部件装配台与相对基准装配台的对准件或对准部分之间。这也消除或减小于由于部件的不同带来的对准变化。最后的对准出现在光学组件与基准基片之间。在另一种典型方式中，光学元件具有某种光学特性，这种光学特性在空间中至少相对于一维变化。通过相对于相对基准装配台的对准件固定光学部件装配台的位置，实现了光学部件与相对基准装配台上的基准件的对准，从而对准了光学特性。在一种方式中，也可以取消第一级对准，直接将光学元件与相对基准装配台的固定件对准而不使用装配台/固定器。
虽然本发明是参考优选实施进行描述的，但本领域中的技术工作人员将会意识到在不离开本发明的精神和范围的情况下，可以做一些形式与细节的变动。例如，可以根据具体要求更改焊料、加热器和固定装置的数量。可以改变软熔焊料的顺序以增强稳定性。例如，整个多组件装配可以安排在光学“电路板”上以构成复杂的光-电装配。光学部件可以是任何类型的有源或无源光学、光-电(光电子)或光-机械部件，并不局限于这里列出的具体实例。可以使用任何适合或期望的方式对光学部件进行对准和方位固定。这里列出的具体部件和实例是为了说明本发明的多种方式，不会限制本发明的范围。其它的元件、形状、部件、结构等也在本发明的范畴之内。任何提供期望数量的约束的适合对准技术也在本发明的范畴之内。优选方式是，对准技术可以高度重复，并在所有6个自由度中准确定位。任何适合的材料都可以用于不同的部件。在一种具体方式中，相对基准装配台和其它部件可以由单晶体材料(例如，硅)形成。在另一种方式中，这些部件可以由包括半导体或陶瓷在内的任何电气材料制成。根据特殊的实现要求，可使用的其它可加工材料包括，如钢、铝、金属合金等。利用“抓放”机器或任何合适或期望的方式，某种装配好的光学组件可以用于制造光学装置。在这种实施例中，部件装配台边缘上的倒角或斜角可以方便装配台的机械夹具。相似地，可以使用任何期望的技术制成本发明的各种部件。本领域中，焊接技术已众所周知，但可以选择任何适合结合技术以达到期望的特性。焊接可以在防止或消除焊料氧化的某一环境中进行。光学部件可以直接结合到没有单独部件装配台的相对基准装配台上。根据使用情况，“光”不一定就是可见光。此外，光学部件可以是任何类型的有源或无源元件的光、光-电(光电子)或光-机械元件。虽然在示例光学装置中只显示了两个组件，但在装置中可以使用任何数量的组件。可以使用任何适合的技术预先对准光学组件。在某一可供选择的实例中，在将光学组件或相对基准装配台装配到光学“电路板”后，对准可以在原地执行。
权利要求
1.一种光学装置，包括一个具有第一对准件和第二对准件的基片；第一光学组件，包括一个光学部件；一个相对基准装配台，它包括设置与基片的第一对准件对准的一个对准件，光学部件，所述光学部件保持在相对于该对准件的某一预先对准的空间方位；及第二光学组件，包括一个光学部件；以及一个相对基准装配台，它包括设置与基片的第二对准件对准的一个对准件，光学部件，所述光学部件保持在相对该对准件的某一预先对准的方位。
2.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于包括设置用于固定地结合到光学部件的光学部件装配台。
3.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于包括连接材料，所述连接材料设置用于相对于相对基准装配台固定地连接光学部件。
4.根据权利要求1中所述的光学装置，其中第一与第二光学组件利用连接材料与基片连接。
5.根据权利要求4所述的光学装置，其中连接材料包括焊料。
6.根据权利要求4所述的光学装置，其中连接材料为热激活材料。
7.根据权利要求4中所述的光学装置，其中基片包括设置用于加热连接材料的加热器元件。
8.根据权利要求7所述的光学装置，其中加热器元件包括一个电阻元件。
9.根据权利要求7所述的光学装置，其特征在于包括基片上与加热器元件电连接的接触垫片。
10.根据权利要求4所述的光学装置，其中连接材料利用辐射活化。
11.根据权利要求1所述的光学装置，其中至少一个光学元件具有相对于至少一维变化的一种光学特性；且其中该光学特性相对于各自相对基准装配台的对准件限定的基准对准。
12.根据权利要求11所述的光学装置，其中光学组件的光学部件彼此对准。
13.根据权利要求1所述的光学装置，其中基片对准件经定位实现第一与第二光学组件之间的对准。
14.根据权利要求1所述的光学装置，其中相对基准装配台的对准件具有突起。
15.根据权利要求14所述的光学装置，其中基片的第一与第二对准件包含设置与突起配合的凹陷。
16.根据权利要求1所述的光学装置，其中对准件提供一个充分运动的装配台。
17.根据权利要求1所述的光学装置，其中基片包含硅。
18.根据权利要求1所述的光学装置，其中相对基准装配台包含硅。
19.根据权利要求1所述的光学装置，其中基片包含一种半导体。
20.根据权利要求1所述的光学装置，其中基片包含一种陶瓷。
21.根据权利要求1所述的光学装置，其中光学装置包括一种光纤与光纤的耦合器。
22.根据权利要求3所述的光学装置，其中连接材料包括焊料。
23.根据权利要求3所述的光学装置，其中连接材料保持光学部件装配台与各自的相对基准装配台之间的某一固定空间方位。
24.根据权利要求3所述的光学装置，其中连接材料具有第一状态，在该状态光学部件的位置可以调整；以及第二状态，在该位置光学部件的位置被固定。
25.根据权利要求1所述的光学装置，其中相对基准装配台实质上是平面的。
26.根据权利要求4所述的光学装置，其特征在于包括相对基准装配台与基片之间的结合垫，设置粘附连接材料。
27.根据权利要求2所述的光学装置，其中光学部件装配台包括设置用于对准各自光学部件的对准件。
28.根据权利要求2所述的光学装置，其中光学部件装配台包括一个界面表面，而光学部件与各自的界面表面平齐。
29.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于包括至少一个附加的光学组件。
30.一种光学装置，包括一个具有第一和第二对准件的基片；第一光学组件，包括一个光学部件；一个相对基准装配台，它具有一个设置与基片的第一对准件对准的对准件；光学部件与相对基准装配台的对准件之间的一个固定的相对空间方位；第二光学组件，包括一个光学部件；一个设置与基片的第二对准件对准的相对基准装配台；和光学部件与相对参考装配台的对准件之间的一个固定的相对空间方位。
31.根据权利要求30所述的光学装置，其特征在于包括设置固定连接到光学部件的光学部件装配台。
32.根据权利要求31所述的光学装置，其特征在于包括设置将光学部件固定地连接到相对基准装配台的一种连接材料。
33.根据权利要求30中所述的光学装置，其中第一与第二光学组件利用连接材料与基片连接。
34.根据权利要求33所述的光学装置，其中连接材料包括焊料。
35.根据权利要求33所述的光学装置，其中连接材料为热激活材料。
36.根据权利要求33中所述的光学装置，其中基片包括设置用于加热连接材料的一种加热器元件。
37.根据权利要求36所述的光学装置，其中加热器元件包括一种电阻元件。
38.根据权利要求36所述的光学装置，其特征在于包括在基片上与加热器元件电连接的接触垫片。
39.根据权利要求33所述的光学装置，其中连接材料利用辐射活化。
40.根据权利要求30所述的光学装置，其中至少一个光学元件具有相对于至少一维变化的光学特性；且其中此光学特性相对于各自相对基准装配台的对准件限定的基准对准。
41.根据权利要求40所述的光学装置，其中光学组件的光学部件彼此对准。
42.根据权利要求30所述的光学装置，其中相对基准装配台的对准件具有突起。
43.根据权利要求42所述的光学装置，其中基片的第一与第二对准件包含设置与突起配合的凹陷。
44.根据权利要求30所述的光学装置，其中对准件提供一个充分运动的装配台。
45.根据权利要求30所述的光学装置，其中基片包含硅。
46.根据权利要求30所述的光学装置，其中相对基准装配台包含硅。
47.根据权利要求30所述的光学装置，其中基片包含半导体。
48.根据权利要求30所述的光学装置，其中基片包含陶瓷。
49.根据权利要求30所述的光学装置，其中光学装置包括一种光纤与光纤的耦合器。
50.根据权利要求32所述的光学装置，其中连接材料包括焊料。
51.根据权利要求32所述的光学装置，其中连接材料在光学部件装配台与各自的相对基准装配台之间设置间隙。
52.根据权利要求32所述的光学装置，其中连接材料具有第一状态，在第一状态光学部件的位置可以调整，以及第二状态，在第二状态光学部件的位置固定。
53.根据权利要求30所述的光学装置，其中相对基准装配台实质上为平面的。
54.根据权利要求32所述的光学装置，其特征在于包括相对基准装配台与基片之间的一种结合垫，设置粘附连接材料。
55.根据权利要求31所述的光学装置，其中光学部件装配台包括设置对准各自光学部件的对准件。
56.根据权利要求30所述的光学装置，其中光学部件装配台包括界面表面，而光学部件与各自的界面表面平齐。
57.根据权利要求30所述的光学装置，其中基片对准件经定位实现第一与第二光学组件之间的对准。
58.根据权利要求30所述的光学装置，其特征在于包括至少一个另外的光学组件。
59.一种光学装置，包括一个具有第一对准件和第二对准件的基片；第一光学组件，包括一个光学部件；一个相对基准装配台，它包括一设置与基片的第一对准件对准的对准件，这些对准件提供一个充分运动的装配台；且第二光学组件，包括一个光学部件；以及一个相对基准装配台，它包括一设置与基片的第二对准件对准的对准件，这些对准件提供一个充分运动的装配台。
60.根据权利要求59所述的光学装置，其特征在于包括设置固定地结合到光学部件的光学部件装配台。
61.根据权利要求60所述的光学装置，其特征在于包括设置将光学部件固定地连接到相对基准装配台的一种连接材料。
62.根据权利要求59中所述的光学装置，其中第一与第二光学组件利用连接材料与基片连接。
63.根据权利要求62所述的光学装置，其中连接材料包括焊料。
64.根据权利要求62所述的光学装置，其中连接材料为热激活材料。
65.根据权利要求62中所述的光学装置，其中基片包括设置用于加热连接材料的加热器元件。
66.根据权利要求65所述的光学装置，其中加热器元件包括电阻元件。
67.根据权利要求65所述的光学装置，其特征在于包括基片上与加热器元件电连接的接触垫片。
68.根据权利要求59所述的光学装置，其中光学组件的光学部件彼此对准。
69.根据权利要求59所述的光学装置，其中相对基准装配台的对准件具有突起。
70.根据权利要求69所述的光学装置，其中基片的第一与第二对准件包含设置与突起配合的凹陷。
71.根据权利要求59所述的光学装置，其特征在于包括至少一个另外的光学组件。
72.一种光学装置，包括一个固定基准；第一光学组件，它具有相对于基准标准预先对准的第一光学部件，第一光学组件装配在固定基准上的第一预定位置；且第二光学组件，它具有相对于基准标准预先对准的第二光学部件，第二光学组件被装配在固定基准上的第二预定位置；其中第一与第二光学组件相对于基准标准以及第一与第二预定位置确定方位，以期望的方式进行光学相互作用。
73.一种光学装置，包括一个固定基准；第一光学组件包括第一光学部件；第一预先对准装配台；第一固定基准连接件，该连接件将预先对准装配台固定地连接到固定基准上的某一预定位置；第一预先对准装配台连接件，该连接件相对于固定基准连接件以预定的方位将第一光学部件固定地连接到第一预先对准装配台上；第二光学组件，包括第二光学部件；第二预先对准装配台；一个固定基准连接件，该连接件将预先对准装配台固定地连接到固定基准上的某一预定位置；第二预先对准装配台连接件该连接件相对于固定基准连接件以预定的方位将第二光学部件固定地连接到第二预先对准装配台上；其中第一与第二光学部件确定方位以期望的方式进行光学相互作用。
74.一种制造光学装置的方法，包括获得一个固定基准；获得第一预先对准的光学组件，它具有与某一基准标准预先对准的第一光学部件；获得第二预先对准的光学组件，它具有与基准标准预先对准的第二光学部件；以及将第一和第二光学组件固定地装配到固定基准上的预位置，其中由于经过预先对准，定位第一与第二光学装置，以期望的方式相互进行光学作用。
全文摘要
一种包含多个光学组件(12A，B)的光学装置(10)。每个光学组件(12A，B)均包括一个固定地结合到一个相对基准装配台(18A，B)的光学部件(14A，B)。相对基准装配台(18A，B)设置附着在一个基片(20)上。多个光学组件(12A，B)装配在基片(20)上以形成光学装置(10)。
文档编号G02B6/42GK1502054SQ02805259
公开日2004年6月2日 申请日期2002年2月20日 优先权日2001年2月20日
发明者史蒂文·K·凯斯, 格雷戈里·S·莫里, 蒂莫西·A·什昆尼斯, 帕特里克·J·加菲尔德, 约翰·T·麦克尔里思, 克雷格·D·奈顿, 卡里·A·楞次, 马克·L·威尔逊, A 什昆尼斯, D 奈顿, A 楞次, L 威尔逊, T 麦克尔里思, 克 J 加菲尔德, 史蒂文 K 凯斯, 里 S 莫里 申请人:赛博光学公司