微机械对准的光学组合件的制作方法

专利名称：微机械对准的光学组合件的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及光纤通信，且更明确地说，涉及用于使激光源对准到光纤和其它类型的波导的光学封装技术。
背景技术：
在过去的几十年中，光纤通信已大体上代替了长距离上的电链路。在较近的过去， 光学链路正在较短的距离处用于将服务器连接到交换机且用于数据中心。在将来，预期随着数据速率增加且光学器件的成本降低，所述光学器件将扩散到计算机中，且机器内或处理器之间的连接将为光学的。光纤的挑战已在于封装和对准工艺比电布线难得多。优点是带宽较大且信号随距离的降级减少。以10(ib/s的数据速率，对于信号在光纤中行进IOOm到300m以上，通常需要单模光纤，其中典型的模式大小约为8微米。激光源通常具有仅几微米的模式大小。因此， 激光与光纤之间通过中间光学器件的对准通常必须具有非常高的精度，通常需要大约十分之一微米的公差。单模光纤的一大优点在于可同时耦合多个波长以获得经由单个光纤的并行链路。因此，可通过使用各10(ib/S的十个信道，经由单模光纤将100(ib/S信号发送数千米，每一路线在一不同波长下。作为替代方案，当距离约为IOOm或以下时，通常使用多模光纤和多模垂直腔激光器。在此情况下，光纤中的核心大小要大得多，约为50um，且公差可相当宽松。然而，作用范围是有限的，因为光纤的不同模式以不同速度行进，且同时发射多个波长变得更加困难。随着带宽要求增加，单模和多模光纤链路两者中的并行性增加。在单模系统中，可通过将波长添加到同一光纤来容易地获得并行信道。在多模系统中，通常添加额外光纤以形成光纤带。并行带光纤当然相当昂贵，且内部具有M根光纤的连接器制作起来较复杂， 即使它们使用具有较宽松的对准公差的多模光纤也是如此。产业中已对使单模系统中的对准公差宽松的不同技术进行了大量的工作。然而， 所述工作都不是非常有效，尤其是在多个来源耦合到同一光纤中的情况下。在这些情况下， 同一封装中发生多次单模对准。使公差稍微宽松的最简单的方式是制造具有较大光模的激光器。最常用的技术是在光模在其中扩展的激光器的输出处具有锥形截面。这使得激光模式大致具有与光纤或波导模式相同的大小，且对准公差从约十分之一微米增加到约一微米。此技术的缺点在于激光或半导体源的制造变得更加复杂，从而增加成本。激光的性能也有一些牺牲。另外，具有稍大的光模的激光器的作用也并不那么显著。一微米对准公差好于十分之一微米，然而，其仍经不起低成本封装技术的检验。另一技术是蚀刻激光器的小面，并添加无源硅石波导。所述激光器倒置接合到平面光波电路(PLC)，其内建有波导。激光源中的无源波导与PLC中的波导在有效指数上是匹配的，且具有轻微的斜度，理论上，所有的能量可从激光源转移到下面的单模波导中。这使裸片接合工艺中的公差放宽到约5um，从而允许使用某一标准封装和裸片接合设备。这种技术的问题在于激光器芯片变得非常复杂。必须蚀刻小面，且通过外延和平版印刷工艺，使无源波导对准到半导体波导。此些激光器是高度定制的，且激光波导与挨着其形成的无源波导之间存在不可避免的光学损失。具有有源而不是无源对准的MEMS也已用于对准激光器和波导。可用具有由控制环维持的对准的MEMS镜来执行对准。然而，在操作期间必须维持反馈环，从而要求封装外的高压控制电子设备在操作期间保持活动。已对用于开关和阵列对准的MEMS活动对准技术提出了一些建议。一些建议是具有移动波导(E·奥利埃(E.Ollier)的“基于移动波导的1\X8微机械开关 (1\ X 8Micromechanical Switches based on Moving Waveguides)，，, 2000 年 8 月在夏威夷的考爱岛举行的2000IEEE/LE0S国际光学MEMS会议的会刊，第39到40页)，一些建议具有扭转镜(MEMS光学开关(MEMS optical switches)，姚志伟(Tze-ffei Yeow)； 劳· K · L · E(Law, K. L. Ε.)；戈登堡· A(Goldenberg，Α.)，通信杂志，IEEE 第 39 卷、第 11 版，2001年11月，第158到163页)，且一些建议在χ-y台上具有透镜(用于微镜开关的 MEMS 封装(MEMS packaging for micro mirror switches)，黄龙孙(Long-Sun Huang)；李石胜(Shi-Sheng Lee)；莫塔麦迪· E ；吴· M · C ；金· C. -J.，电子组件和技术参考，1998年第48IEEE卷，1998年5月25日到观日发行，第592到597页)。然而，所有这些方法都是复杂的且难以(例如)应用于PLC。

发明内容
在一些方面中，本发明提供一种结构，其含有具有不同波长的多个激光器；平面光波电路，其可将不同波长组合到单个波导中；以及透镜集合，其位置可至少最初使用全部安装在次级贴装上的微机械构件来调整，其中-所述激光器和所述平面波导电路焊接到所述次级贴装上-透镜固持件是所述次级贴装的一体部分，且最初可调整。一种如上文所述的结构，其中所述透镜固持件位于杠杆上，从而缩小用于调整其位置的运动。一种如上文所述的结构，其中所述次级贴装含有可用集成加热器回流的预沉积焊料区，且其中所述焊料可锁定所述透镜相对于电构件的位置。如上文所述的结构，其中致动件形成于所述次级贴装上，作为所述次级贴装的一体部分，且其中所述致动件在无外部机械运动的情况下移动所述透镜，以优化耦合。在一些方面中，本发明提供一种结构，其具有至少一个透镜、一个输出波导和一微透镜，藉此所述微透镜可由机电构件移动，且在优化耦合之后锁定下来。在一些方面中，本发明提供一种结构，其由以下部分组成具有不同波长的多个激光器；平面光波电路，其可将不同波长组合到单个波导中；透镜集合，其用于准直和聚焦光束；以及微镜集合，其偏转可调整所述光束的位置，且将所述光束聚焦到波导中。如上文所述的结构，其中激光器安装在平面光波电路之上，且发射光束穿过微透镜到可调整微镜上。在本发明的一个方面中，本发明提供一种经微机械对准的光学组合件，其包括位于衬底上的第一波导；位于所述衬底上的第二波导；用于将所述第一波导的光聚焦到所述
8第二波导中的透镜；以及固持所述透镜的杠杆，所述杠杆具有至少一个相对于所述衬底固定的点，所述杠杆将所述透镜固持在一位置，使得所述杠杆的移动将产生所述透镜在至少不同于所述第一波导的光的光轴的方向上的缩小移动，所述杠杆可移动以便定位所述透镜以将所述第一波导的光聚焦到所述第二波导中。在本发明的一个方面中，本发明提供根据技术方案1所述的组合件，其进一步包括位于所述衬底上的多个另外的第一波导；位于所述衬底上的多个第二波导；多个另外的透镜，所述多个另外的透镜中的每一者用于将所述另外的第一波导中的对应一者的光聚焦到所述另外的第二波导中的对应一者中；以及多个另外的杠杆，所述另外的杠杆中的每一者固持所述多个另外的透镜中的对应一者，所述另外的杠杆中的每一者具有至少一个相对于所述衬底固定的点，所述另外的杠杆中的每一者将所述对应的另外透镜固持在一位置，使得所述另外的杠杆中的每一者的移动将产生所述对应透镜在至少不同于所述另外的第一波导中的所述对应一者的光的光轴的方向上的缩小移动。在本发明的一个方面中，本发明提供一种光学装置，其包括第一光学组件，其经配置以提供光；第二光学组件，其经配置以接收光；以及第三光学组件，其位于所述第一光学组件与所述第二光学组件之间的光径中，所述第三光学组件安装在臂上，所述臂具有沿大体上与由所述第一光学组件与所述第三光学组件之间的光径界定的轴平行的轴的长度。在本发明的一个方面中，本发明提供一种制作经对准光学组合件的方法，其包括 操纵固持透镜的杠杆来定位所述透镜，以将来自第一波导的光聚焦到第二波导中，所述第一波导和所述第二波导物理耦合到衬底，且所述杠杆具有相对于衬底固定在适当位置中的支点，所述杠杆缩小所述透镜在不同于所述光的光轴的方向上的移动。在本发明的一个方面中，本发明提供一种制作经对准光学组合件的方法，其包括 移动固持透镜的杠杆来定位所述透镜，以将来自第一波导的光聚焦到第二波导中，所述第一波导和所述第二波导物理耦合到衬底，其中所述杠杆具有相对于衬底而固定的支点，且所述杠杆具有大体上平行于所述光从所述第一波导到所述透镜的光径的长度；以及固定所述杠杆的位置，使得所述透镜将来自所述第一波导的光聚焦到所述第二波导中。在本发明的一个方面中，本发明提供一种经微机械对准的光学装置，其包括耦合到衬底的第一波导；耦合到所述衬底的第二波导；用于将来自所述第一波导的光聚焦到所述第二波导中的透镜，所述光具有大体上平行于所述衬底的平面基座的光轴；用于固持所述透镜的固持件，所述固持件物理耦合到所述衬底；至少一个电致动的致动件，其至少部分地耦合到所述固持件，所述致动件经配置以在不应用用于有效地固定所述固持件的位置的构件的情况下致使所述固持件在至少一个方向上移动；以及用于有效地固定固持件的位置的构件。在本发明的一个方面中，本发明提供一种使光学组合件对准的方法，其包括从物理耦合到衬底的第一波导提供光；将电信号提供给致动件来移动透镜，以将来自所述第一波导的光聚焦到第二波导中，所述透镜在固持件上物理耦合到第一衬底，所述致动件固定地物理耦合到所述固持件；确定所述透镜正将来自所述第一波导的光聚焦到所述第二波导中；以及固定所述固持件的位置。在本发明的一个方面中，本发明提供一种经对准光学装置，其包括输入波导，其物理耦合到衬底；输出波导，其物理耦合到所述衬底；透镜，其经配置以将来自所述输入波导的光聚焦到所述输出波导中；臂，其固持所述透镜，所述臂具有大体上平行于由从所述输入波导到所述输出波导的线性路径界定的轴的纵向长度，所述臂相对于所述衬底固定在适当位置中。在本发明的一个方面中，本发明提供一种经对准光学装置，其包括输入波导，其物理耦合到衬底；输出波导，其物理耦合到所述衬底；透镜，其经配置以将来自所述输入波导的光聚焦到所述输出波导中；臂，其固持所述透镜，所述臂具有大体上平行于由从所述输入波导到所述输出波导的线性路径界定的轴的纵向长度；以及用于相对于所述衬底固定所述臂的位置的构件。在本发明的一个方面中，本发明提供一种光学装置，其包括输入波导；输出波导；凸镜，其安装在固持件中，所述镜可在不应用有效地固定所述镜的位置的构件的情况下移动，以将来自所述输入波导的光反射到所述输出波导中；臂，其物理耦合到所述镜，所述臂具有远离所述镜的可移动自由端；以及用于有效地永久固定所述镜的位置的构件。在本发明的一个方面中，本发明提供一种光学装置，其包括多个输入波导，其物理耦合到衬底；多个输出波导，其物理耦合到所述衬底；多个透镜，其经配置以将来自所述输入波导中的对应一者的每一者的光聚焦到所述输出波导中的对应一者中，所述多个透镜安装在固持件中；多个臂，其物理耦合到所述固持件，所述另外的臂可在不应用用以相对于所述衬底有效地永久固定所述臂的位置的构件的情况下移动，以便致使来自所述输入波导中的所述对应一者的每一者的光聚焦到对应输出波导中的所述对应一者中；以及用于相对于所述衬底有效地永久固定所述臂的位置的构件。在审阅本发明后更全面地理解本发明的这些和其它方面。


图1说明使用可微调台上的球透镜耦合到具有4个输入波导的平面光波电路 (PLC)的4个激光器。图2A和图2B展示用于将各自在不同波导中的波长多路复用到单个波导中的绝缘体上硅PLC，以及针对PLC的一实例的透射率对波长的图表。图3是分布式反馈激光器的示意图。图4A示意性地展示通过I级杠杆引起的(例如)透镜的运动的缩小。图4B示意性地展示通过II级杠杆引起的(例如)透镜的运动的缩小。图4C说明把手/透镜固持件/弹簧组合件。图5是展示随用于250um和500um直径的球透镜的不同弹簧参数而变的谐振频率和应变的曲线图。图6展示在不同透镜直径下硅球透镜与常规非球面镜相比的耦合效率。图7展示耦合效率随IOOum和300um球透镜的横向未对准的实例变化。图8A和图8B展示硅光学试验板。在图8A中，展示原始绝缘体上硅横截面，且在图8B中，展示经充分处理的试验板。图9展示填充有透镜、PLC和激光二极管的图8的试验板。图IOA和图IOB展示预沉积有焊料且焊料熔化以将微杠杆臂锁定到对准位置中的装置的横截面。图IOA展示在对准和焊接之前的横截面，而图IOB展示程序完成之后的横
10截面。图11展示随把手的线性位移而变的到波导中的耦合功率的相依性。图12展示当此输出波导移位到不同位置时耦合到波导的功率，其说明通过致动 MEMS，功率可完全恢复。图13展示具有两个弹簧的杠杆结构。此结构纵向以及横向和垂直地放宽公差。如果压缩或拉伸把手，那么透镜与两个弹簧的刚性比率成比例地移动。图14展示用于对准微透镜的三轴台的实例。具有集成加热器的人字形件沿光轴推动透镜，双臂热致动件使透镜横向移动，而在臂下方的电容性焊盘使所述部分以静电方式上下移动。图15展示与4个微透镜的阵列或4个个别透镜一起使用的透镜固持件。图16A和图16B说明本发明的实施例，其中代替于具有四个集成波导的PLC而使用四根光纤，且说明光纤和固持所述光纤的凹槽的横截面。图17说明连接到对准杆的球面镜的单个分解图，以及组装有4个此类装置的阵列。图18A和图18B展示用于将激光二极管的发散光束重新聚焦回到PLC的输入波导中的曲面镜的侧视图(图18A)和俯视图(图18B)。图19展示球透镜与曲面镜的组合可如何用于将来自激光器的光耦合到PLC中。在此情况下，可将隔离物放置在两端之间。图20展示4个激光器、四个可调凹面镜和一薄膜滤光片组合的组合件，其用以将光束多路复用到单根光纤中。图21A和图21B展示以硅制成的可为此应用提供较高耦合效率的非球面透镜的尺寸。在插图中，将耦合损失展示为随定位误差而变。图22是根据本发明的方面的用于对准光学装置的工艺的流程图。
具体实施例方式本发明的方面使用与次级贴装成一体式的可调元件来移动光学器件以优化耦合。 一旦对准达到完美或可接受，就使用微加热器将零件永久地焊接到适当位置中。图1展示根据本发明的方面的激光器到PLC耦合部分。将整个组合件安装到硅试验板或平台10上，硅试验板或平台10已为混合集成而适当地准备。将PLC多路复用器20 安装在硅试验板上，PLC多路复用器20将许多波长组合到一个波导中。此装置可基于制造于绝缘体上硅(SOI)中的经蚀刻光栅，或可基于以硅上硅石(silica on silicon)技术制造的阵列波导光栅(AWG)。在任一情况下，芯片的一侧将存在多个(四个，如所说明)输入波导30，且另一侧存在单个波导用于输出。也有4个激光器60焊接到硅试验板10上。每一激光器优选具有一不同波长，其中所述波长与PLC的输入波导的波长匹配。来自每一激光器的发散光(通常在水平方向上具有20度的半值全宽度，且在垂直方向上具有30度的半值全宽度)由球透镜50重新聚焦到PLC 30的输入波导中。注意，球透镜50优选放置成相较于PLC更靠近激光器，以放大图像并使远场与PLC输入波导的较小自然发散(通常15度乘15度)匹配。每一球透镜50适应从硅试验板材料蚀刻出的固持件。此固持件最初能够自由地在所有三个维度中移动。此固持件的端部有把手90，其可在所有三个轴上操纵。固持件的另一端固定在硅试验板10中，且不可移动。在球透镜与固持件的固定端之间存在弹簧或挠曲物40，其由较薄的硅以Z字形结构制成，从而允许其微微拉伸和上下弯曲。当上下操纵把手90时，固持件上的透镜也上下移动。整个弹簧/透镜/固持件组合件是杠杆，其中将透镜放置成更加靠近枢转点。这引起机械缩小，使得把手的大运动引起透镜的较小运动。由于系统的光学对准通常在χ和y方向(上/下和左右)上是重要的，因此在两个轴上均存在缩小。然而，对于ζ或光轴维度，对准公差要宽松得多，且因此不需要缩小。在此情况下，弹簧40微微拉伸或压缩。把手85上存在较小的金属化焊盘，且固持件80的任一侧上存在两个较厚的焊料沉积。两个沉积焊料区之间存在借助于金属化87 (图IOA中展示)的电接触，使得在焊盘之间施加电流将引起局部发热，且焊料熔化并将把手锁定在适当位置。一旦已将激光器、PLC 和透镜加载到台上，就激活激光器，且调整固持件90，以最大化到PLC的光学耦合。以可接受的光学耦合，且优选最佳光学耦合，将电流施加到焊盘，且焊料流到用以将固持件锁定在适当位置中的位置。可通过确定PLC的光学输出来评估光学耦合，其可经执行以(例如) 使用光功率计或其它装置来测量光功率。在组合件的远端具有焊盘的重要优点是在焊料冷却下来时可能发生的任何机械运动被缩小，且系统将经历输出耦合的最小减少。通常，在焊料已流到用以将固持件锁定在适当位置中的位置，或已施加充足的加热以允许焊料如此流动之后，去除用以熔化焊料的电流。如所属领域的技术人员理解，焊料充当粘合剂。在各种实施例中，可使用其它粘合剂来将固持件锁定在适当位置中，或可使用激光焊或其它手段。一旦系统对准，就可将高速驱动器IC 70安装在组合件之上，但在一些实施例中， 在系统对准之前安装高速驱动器IC。此芯片将引线接合到激光器，且引线接合到硅试验板。 通过使驱动器IC 70与激光器60之间的距离保持较短，可维持良好的信号完整性，且有可能可避免使用50ohm匹配电阻器。硅试验板上还存在电互连95，其将低速和高速信号两者从芯片的外围带到驱动器 IC和激光器。PLC的输出未展示，但大概通过另一透镜和隔离物耦合到光纤。接着用盖盖在整个组合件上，以封闭地密封此结构。芯片98的外围周围的厚电介质防止盖罩使电线短路，且还在驱动器IC下使用，以允许杠杆臂有运动空间。图2A展示此PLC芯片，其在市场上可买到，且适合此集成。在200中展示芯片本身，且在图2B中展示光谱特性。如先前所述，存在4个输入波导30和单个输出波导210。图3展示将适合此应用的分布式反馈激光器(DFB)。DFB激光器通常是可买到的。 将激光器芯片制造在磷化铟αηΡ)衬底360上。光本身是在较高指数WhGaAsP波导核心 330中产生。将电流供应到顶部触点320，且除了穿过活性条带以外在各处均被中间层350 阻断。光由内建衍射光栅310来回反射，使得仅反馈和光激射单个波长。这些激光具有清洁的单模光谱，其波长由衍射光栅间距精确地确定。本发明中将使用四个此类激光器，优选各自具有适当的波长。如在图3中可见，DFB是边缘发射激光器。在本发明的方面中，透镜运动由透镜放置于其上的杠杆缩小。图4Α示意性地展示 I级杠杆。存在充当杠杆的支点的固定点410。透镜50安装在杠杆的一侧，且通过外部致动件或用位于杠杆另一侧(此处可存在把手90)上的集成致动件将运动赋予杠杆。如果透镜与支点之间的距离小于从把手到支点的距离，那么存在物理缩小。透镜50取来自源波导450的光，并将其聚焦到输出波导30中。在一个实施方案中，源波导由DFB激光器提供，且输出波导由PLC提供。所述透镜的优点在于其可有效地变换模式的大小，从而产生较佳的耦合效率。在图4A和4B中，将输入波导展示为小于输出波导，且因此透镜相较于输出波导更靠近输入波导以放大图像使其与模式匹配。当向上致动杠杆的固持件侧时(如在图中由箭头460所示)，杠杆向下移动(如在图中由箭头470所示)。此配置的优点在于透镜的运动由杠杆缩小，因此运动470比运动460小得多，且可获得较精确的对准。在I级杠杆中， 透镜的运动是在把手的运动的相对方向上。图4B展示同一概念，但是在II级杠杆中，其中将支点或固定点410放置于杠杆的与把手相对的端部，如是图1的装置的情况。在此情况下，运动460也缩小，但是在同一方向上。图4C展示对本发明有用的弹簧/固持件/把手组合件的实施例的细节。在概念上，当组合件的第一端410大体上固定在适当位置中时，图4C的实施例充当II级杠杆，其中组合件的第一端为锚定点或支点。此端是固定的，且连接到硅试验板。弹簧或挠曲物40 允许或增加组合件上下和左右弯曲以及拉伸的能力。透镜本身适应具有蚀刻环430的固持件区段420。优选的是，组合件具有长杠杆臂440，其大体上长于从锚点410到透镜固持件 420的距离。这允许透镜在固持件区段中的机械运动缩小。靠近杠杆另一侧的是金属化焊盘85，其将粘合到熔化的焊料，从而允许杠杆锁定到适当位置中。把手90位于与第一端相对的第二端，且可用于定位透镜或与优化透镜的位置的致动件配合。弹簧的设计应优选足够软，使得在x、y和ζ上获得充足的运动，而不会造成弹簧上的不当应变。类似地，弹簧应优选足够硬，使得组合件不会具有低谐振频率且不会对冲击和振动敏感。可通过将硅制作得较薄、较窄或将弹簧区段制作得较长来使弹簧较软。类似地， 可通过改变另一方向上的这些尺寸来使弹簧刚性较大。几乎所有质量均在球透镜中，且可通过知道弹簧常数和透镜的质量来计算组合件的谐振频率。类似地，可根据透镜从平衡位置的位移来计算硅上的应变。透镜的最大位移由激光器和PLC的裸片接合准确性决定。图 5展示针对250um直径和500um直径的球透镜的此计算的结果，假定透镜的最大位移是3微米，其可用半手动裸片接合器来实现。在y轴上，描绘组合件的谐振频率，且在χ轴上描绘硅中的最大相对应变。所述设计优选应具有将对外界冲击和振动不敏感的高谐振频率。通常，对于高于 800Hz的谐振频率，卓讯(Telcordia)标准没有问题。因此优选的是，设计点高于y轴上的此数目。在χ轴上，如果将硅的杨氏模量除以屈服应力，那么得出硅在严重损坏之前理论上可被拉伸4%。因此，在χ轴上，优选的是，弹簧应低于此相对应变值。如图5展示，弹簧的设计有相当大的自由度，其中所有点均无设计限制。随着透镜变小，设计裕量增加。还应优选设计球透镜以获得最佳耦合。最佳设计使激光器模式与PLC波导模式匹配。球透镜在低成本和易组装方面对此应用来说是理想的，然而，球透镜与玻璃非球面镜相比遭受增加的球面像差。图6展示，如果使用足够小的光学器件，那么代价相对较小。一般来说，像差可随着光学器件的尺寸减小而减少。图6中的χ轴是透镜的直径，而所计算的耦合效率展示于y轴上。对于常规的玻璃非球面镜，可设计透镜的表面以获得最佳耦合，其仅受模式的椭圆度(elipticity)失配(在此情况下高于90%)的限制。然而，由硅制造的球透镜具有较高的球面像差，且在Imm直径下仅具有35%的耦合效率。但随着光学器件的大小减小，球透镜和非球面镜的耦合效率变得类似。较小的球透镜的对准公差比较大光学器件稍严格，但在适当的限制内。图7展示针对100微米硅球透镜和300微米透镜的对准公差计算。如可在图7中看到，较小的光学器件具有较佳的耦合效率，但两者对于0. 5dB的功率降均具有约0. 15微米的类似公差。图8A和图8B涉及将平版印刷技术用于例如图1所示的装置的处理步骤。A中所示的最终成为光学试验板的开始材料是未加工的绝缘体上硅晶片，其可从各种商业来源获得。衬底830是η型硅，而在此实例中，存在一微米厚的二氧化硅层820和15微米厚的顶部P+型硅层810。弹簧和把手将从此顶部硅层建置。所述晶片经轻度氧化，且接着经金属化以形成高速迹线(％)。接着在晶片上形成相对较厚( 20um)的电介质层以覆盖所述高速迹线，其中盖罩密封到芯片上，且还为驱动器IC的安装形成底座(98)。接着蚀刻顶部硅晶片，在Si02层处停止，且在弹簧和把手周围形成空腔。接着用KOH溶液蚀刻氧化物下面的硅，以底切和释放弹簧和把手。注意，KOH 是选择性的，且将不蚀刻顶部P+掺杂层。最后的快速氧化物蚀刻清除掉机械组件下的任何剩余氧化物。最后，施加另一金属化层随后沉积焊料，以在杠杆臂上形成焊料结构和金属化物。可使用有角度的蒸发以允许金属化进入杠杆臂下的凹槽中。—旦光学试验板完成，就将四个激光二极管焊接到组合件中，机械公差约 <+/-5um。接着使用(例如)焊料或高温环氧树脂将球透镜固定到固持件。最后，通过输入波导的粗略对准来附接PLC，所得的结构如图9所示。图IOA和图IOB展示在焊接工艺(图10A)之前且在对准(图10B)之后的穿过金属化物周围的一个臂的横截面。以图IOA的配置中的焊料开始，有效地对准组合件。激活每一激光器，且调整杠杆臂端部上的把手以优化到PLC中的耦合。可通过使用外部光纤耦合功率计或积分球，或者通过安装在PLC本身上且监视波导中的光的板上光电检测器监视退出PLC的光功率，来获得对对准的反馈。一旦可接受，或优选最佳，就实现对准，电流在可移动臂的每一侧上的两个金属化焊盘之间传递。这导致焊料熔化且流动到空腔中并围绕所述臂，从而密封所述臂或将所述臂锁定在适当位置中，如图IOB所示。有各种其它方式来在已实现对准之后固定杠杆的位置。举例来说，不是电熔化焊料以锁定臂，而是可使用激光来加热焊料，其在此项技术中可称为激光焊。还可使用可热固化、用UV光来固化或组合的环氧树脂。不是在杠杆的两侧上具有焊料，而是可仅在一侧具有一个焊料球，且通过将杠杆推到熔化的焊料球中来对准零件。最后，可通过直接激光焊硅来将臂固定在适当位置中。在臂被锁定下来之后，附接驱动器IC，引线接合封装，使用标准方法将输出耦合光纤，且将盖上盖罩以密封所述封装。先前所论述的杠杆的使用在放宽对准公差中极其有用。曾建置了一种根据本发明的方面的设备，且相对于移动杠杆的端部测量了对准公差。图11展示实验结果。图的y轴是耦合到PLC的光功率，而χ轴展示杠杆的移动。各种曲线对应于不同轴上的运动。虚曲线1110展示在透镜本身在χ或y方向(以ζ轴为最佳轴)上移动的情况下耦合到波导中的功率。如图11中所示，耦合功率随线性运动而快速下降，且因此非常精确的对准优选是在光径之外。此曲线表示光纤对准中所需要的常规公差。然而，对于杠杆，对准公差大大放宽。曲线1120和1130展示在杠杆用于执行x(水平)和y (垂直)方向上的对准的情况下的耦合功率。如图中11所示，公差与原始曲线1110相比大大放宽。在此特定结构中，ζ方向上无缩小，且曲线1140展示耦合功率对透镜的纵向位移的敏感性。由于这因长焦深而相对宽松，因此无需使其扩大，且此曲线适用于常规的对准技术以及此处呈现的对准技术。在一些实施例中，使用具有宽松定位公差的标准工具将例如激光器和PLC等零件焊接到试验板上。一旦放下所述零件，就移动杠杆以对准光束，且将所述杠杆锁定在最佳位置处。图11 中所示的宽松公差暗示可粗略地移动杠杆，且当所述杠杆锁定时，较小的移位对耦合功率具有可忽略的影响。然而，基本公差甚至比图11所示的还大，因为可使用此技术来获得透镜的相当大的位移。移动透镜的能力暗示零件最初可以非常大的误差放置。图12展示从最佳位置水平移动输出波导的情况下测得的数据，类似于定位PLC时的误差，且扫描MEMS 以再优化所述对准。图的y轴是到输出波导中的相对耦合功率。可看到，输出波导位置可移动+/-12微米，且MEMS经再优化以补偿所述误差。如先前所提到，先前所述的杠杆可缩小水平(χ)和垂直(y)方向上的公差，但不缩小纵向(ζ)方向上的公差。这不是重要问题，因为纵向公差通常相对较大。然而，简单的修改也可允许ζ上的较宽松公差。这在图13中示意性地展示。所述部分非常类似于先前描述的部分，除了在透镜固持件420的另一侧添加额外的挠曲元件或弹簧1310。弹簧1310应优选抗弯曲，但在纵向方向上相当弱。当推入把手90时，弹簧1310和弹簧40两者均压缩。 如果两个弹簧具有相等的刚性，那么透镜固持件420将朝锚定点410移动把手90移动的距离的一半，且因此将存在因子为2的缩小。如果弹簧310比弹簧40弱9倍，那么缩小因子将为十倍。在一些实施例中，用于移动杠杆的致动件直接建置于包含杠杆本身的试验板上。 此项技术中众所周知有多种致动件，包含梳状致动件、热致动件和静电致动件。这些致动件可形成于透镜固持件周围，以在所有三个轴上移动杠杆，且接着用于在一些实施例中将杠杆锁定到适当的位置中，或将杠杆固持在适当位置，而使用粘合剂(例如焊料或环氧树脂) 将杠杆锁定到适当位置中。光学试验板接着可完全组装，且经历自动化校准工艺，其中使用芯片上致动件来对准且接着固定各种可调整组件。这将简化零件的制造。图14中展示具有内建致动件的部分的实例。在此情况下，透镜固持件420连接到人字形件1400。此人字形件具有形成于装置的表面上的绝缘金属化物，其在任一端包括引线接合焊盘1410且在表面1420上包括薄金属迹线。举例来说，透镜固持件可在人字形件的向其提供焊盘1416的两端耦合到或连接到试验板。所述薄金属迹线可由镍铬合金或另一材料形成，所述材料的电阻相对较大，且可以传递电流来加热。由于此金属化物与P+硅绝缘，因此其仅热连接到人字形件。随着电流传递，且人字形件变热，硅稍稍膨胀。此热膨胀由人字形件的几何形状放大，以使透镜固持件向图的左侧移动。由于人字形件由ρ+材料制成，因此其也是导电的且每一端具有两个额外的焊盘 1430。这些焊盘熔合到硅中，且在其间传递电流致使电流流入硅零件本身中。致动件具有在人字形件1440中的中心区段，其具有η型植入物且对从一个焊盘直接流经到下一焊盘的电流形成势垒。因此，电流从顶部焊盘穿过透镜固持件420、穿过厚杠杆臂440，且接着返回穿过薄杠杆臂1450，且沿人字形件到达下部接合焊盘。由于薄杠杆臂具有较高的电阻，因此薄杠杆臂升温且与厚杠杆臂相比稍稍膨胀。这导致两个臂在图中在箭头1460所示的方向上向上弯曲。
使透镜向下朝光学试验板移动(到图11上的页面中)的第三致动件是静电的。通过将负电压施加到放在致动件1470下方的焊盘，零件向下静电偏转，且在另一维度上调整透镜。实施例已展示，致动件端部处的较大“把手”90将提供较大的面积来产生较强的向下力。在图14的实例中，每一致动件在一个轴上移动，但仅在一个方向上。在此些情况下，如此项技术中众所周知，试验板的尺寸使得在运动范围的中途获得标称对准。以此方式，通过减小或增加到致动件的电流，可补偿两个方向上的误差。在致动件可倒转方向的情况下，在所述范围中途使零件偏置将是不必要的。一旦已通过使用上文描述的三个致动件优化透镜的位置，就可以与先前所述的相同方式将零件焊接或另外固定到适当位置中。一旦零件被焊下，就去除对致动件的电驱动， 且零件留在原地。当向后拉致动件时，将存在一些残余应力，但焊料应将零件牢固地固持在原地。或者，可能希望使致动件从透镜固持件断裂开，以消除焊料的任何变形和蠕变机会。 在图14中，到透镜固持件1480的窄连接是可用于断开的位置。或者，将用反力弹簧抵着致动件推动透镜固持件。电致动将把透镜固持件推开，且压缩反力弹簧。一旦零件被锁定下来，致动件就将缩回，但透镜固持件将留在原地。当通道的数目变大时，集成阵列可比使用个别组件简单。举例来说，单个激光器芯片可含有若干个激光器元件，其各自经设计以在不同波长下操作。类似地，可将微透镜阵列制造成具有元件之间的精确间距。因此，所有三个元件(激光器阵列、微透镜阵列和PLC输入波导阵列)均匹配。在此情况下，可在一个步骤中对准整个微透镜阵列。图15展示在一些实施例中既定用于在弹簧的自由端附近连接到试验板的单个透镜固持件，其具有用于单独透镜的位置。或者，经平版印刷界定的透镜阵列可安装在所述零件上。不是4个单独的把手和四个弹簧，而是仅存在两个把手1510、1520和两个弹簧1530、巧40，因为透镜之间的间距不需要调整。在此情况下，通过在一个方向或另一方向上推动两个把手，整个组合件一起移动。然而，也可通过在不同方向上推动把手来使结构倾斜。也存在不需要PLC或PLC已经光纤耦合在封装外部的应用。在这些例子中，光束直接耦合到多根光纤中。在一些实施例中，使用组成带的四根光纤，而不是PLC。图16展示此实施例。PLC已由四根光纤1610代替。硅试验板的一个优点是ν形凹槽或其它对准结构可制造在试验板中以将光纤引导到正确的位置。在此情况下，存在蚀刻在硅试验板1620中的浅ν形凹槽。对图的一侧的放大展示经各向异性蚀刻的ν形凹槽如何固持光纤。此些ν 形凹槽机构是此项技术中众所周知的。如果需要，可在光纤前放置隔离物，且例如每一光径中的用以准直且接着重新聚焦光束的双透镜等其它配置是可能的。到此为止的论述已集中于使用可移动微透镜或球透镜来优化对准。然而，可替代地使用曲面镜。可以静电方式移动曲面镜(类似于标准微镜)，或可通过缩小来手动旋转曲面镜，以操纵聚焦的光束并优化对准。如图17所示，曲面镜可冲压成型在销的端部。每一镜表面1710弯曲以反射并聚焦光束。将镜安装在可(例如从远离镜的一端)操纵的杆 1720上。将包含镜的销安装在固持件1730中，使得其可旋转以改变角度。可容易地制造此些镜的阵列1740，且可通过移动杠杆1750的端部来个别地调整每一销。注意通过在每一销的背部具有长杆1720，再次获得在早先几何形状中实现的相同缩小效应。可使用在对准之后将零件固定在适当位置中的类似方法。
图18中展示光学设计。激光器输出仅从曲面镜反射，且重新聚焦到PLC的输入波导上。激光器可安装在PLC之上。还可使用球透镜与曲面镜的组合。这可产生较高的耦合效率，且允许较多空间用于放置组件。举例来说，如图19中示意性地展示，可将表面安装的隔离物1910放置在球透镜与球面镜之间。如果隔离物1910具有足够大的孔径，那么隔离物1910可适应所有四个光束。在此情况下，球透镜50使来自激光二极管的光束准直，且曲面镜1510将光束重新聚焦到PLC上。如果PLC在适当方向上具有带角度小面1920，那么可改进耦合。图19的配置扩大了可用于其它组件的空间。举例来说，可使用薄膜滤光片，其允许一个波长穿过，同时反射其它波长，所述薄膜滤光片在此配置中可用于一起多路复用所有波长。这排除了对PLC的需要，且可直接耦合到输出波导。图20中展示此配置。四个激光二极管60发射由球透镜50准直的光束。这四个经准直的光束接着穿过三个薄膜滤光片 2010，其反射除直接从激光器轰击的波长之外的其它波长。所述光束接着相对于球面镜反射，且最终聚焦到光纤2020中。再次，可通过移动连接到凹面镜的杠杆来对准整个封装。为了简单起见，已大体上将光学器件描述为球形的，不管其是透镜还是反射镜。当然，如先前所述，非球面镜可具有较低的像差，且将产生较高的耦合效率。用于本申请案的非常便利的透镜是平凸硅透镜，其以平版印刷方式制造在晶片上。这些透镜是市场上可买到的，且通常通过在硅上回流光致抗蚀剂或聚合物接着进行干式蚀刻步骤来形成，所述干式蚀刻步骤将光致抗蚀剂的形状转印到硅。接着在透镜的前面和后面涂上抗反射物，并将其切成单块或阵列。有时，将这些透镜制造在绝缘体上硅晶片上，其接着释放以形成非常小的透镜。图21A展示此透镜，且图21B展示使用透镜从激光器到PLC的耦合的计算的图表。在一些实施例中，为优化来自如本文所论述的装置的输入波导的光到输出波导中的功率，首先在输出波导中检测一些光。如果χ和y位置未经优化，其中χ和y方向彼此且与ζ方向(其大体上沿光的光轴)正交，那么当光束充分聚焦时，光斑相当小，且可能难以检测输出波导中的任何耦合光。然而，如果(例如)输入波导与输出波导之间的透镜在纵向 (ζ)方向上远离最佳位置，那么所述光束非常不良地聚焦且较大，且因此在输出波导中可能将检测至少一些光。因此，在一些实施例中，首先将透镜沿光轴一路朝输出波导或一路朝源波导几乎移动到最大位置。接着，测量输出波导中的耦合功率，并将其记录为“Α”。接着在 χ方向上优化透镜，χ是垂直于光的方向的轴。可通过在正χ上将透镜移动较小的量、测量光，且接着在负方向上移动较小的量并测量光，来执行所述优化。如果在任一点处，耦合光功率大于中心点处的耦合光功率，那么此新点变为中心点，且过程重复。此循环继续，直到确定中心点具有最大耦合功率为止。接着以完全相同的方式在y上重复所述过程，y是垂直于光的传播的另一轴，且接着在ζ (纵向或传播方向)上重复所述过程。一旦所有三个轴均对准，就再次测量耦合功率，且将其与原始记录为A的值进行比较。如果功率已增加，那么整个过程重复。另一方面，如果x、y和ζ上的对准未导致进一步的功率增加，那么可确信具有最大功率，且过程接着通过将所述杠杆向下用环氧树脂粘合或焊接到衬底来锁定透镜。在一些应用中，可能不希望具有最大功率耦合，因为其可能导致调制功率高于目标规范。此外，有时，不能通过减小激光器电流来降低功率，因为其可能导致来自激光器的较慢响应。如果是这种情况，或即使不是这种情况，在优化之后，可使透镜在ζ方向上远离最佳位置而移动，以使输出波导耦合功率从最大量逐渐降低，直到功率达到所要值为止。
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图22是可用于优化从源波导耦合到输出的功率的控制环的实例的流程图。可使用电子耦合到用于确定光功率的电路且耦合到例如本文所述的光学装置的致动件的控制器或电路来执行图22的过程。在框221中，所述过程使透镜沿光轴(可将其视为ζ轴)移动到最靠近输出波导的位置，但在一些实施例中，所述过程使透镜沿光轴移动到最远离输出波导的位置，其中所述过程将x、y和ζ轴中的所得位置视为x、y和ζ中心点。在框2215中，所述过程确定耦合到输出波导的光功率的初始指示。在框2220中，所述过程使透镜在垂直于光轴的第一方向上移动较小距离到达一位置，其中所述第一方向被视为X轴，且在相对方向上移动到对应位置；且确定针对两个位置的耦合到输出波导的光功率的指示。在一些实施例中，沿X轴的较小距离可大约为0. 1微米，在一些实施例中为约0. 1微米，且在一些实施中为0. 1微米。在框2225中，过程确定任一测得功率是否大于耦合到输出波导的光功率的初始指示。如果任一测得功率大于耦合到输出波导的光功率的初始指示，那么在框2230中，过程将具有最大功率的位置设置为χ中心点，且过程返回到框2220。否则，过程继续进行到框2235。在框2235中，所述过程使透镜在垂直于光轴和χ轴的第二方向上移动较小距离到达一位置，其中所述第二方向被视为y轴，且在相对方向上移动到对应位置；且确定针对两个位置的耦合到输出波导的光功率的指示。在一些实施例中，沿y轴的较小距离如相对于 χ轴所论述。在框2240中，过程确定任一测得功率是否大于耦合到输出波导的光功率的初始指示。如果任一测得功率大于耦合到输出波导的光功率的初始指示，那么在框2245中， 过程将具有最大功率的位置设置为y中心点，且过程返回到框2235。否则，过程继续进行到框 2250。在框2250中，过程使透镜在ζ方向上移动较小距离到达一位置，且如果可能，在相对方向上移动到对应位置；且确定针对两个位置的耦合到输出波导的光功率的指示。在一些实施例中，沿ζ轴的较小距离是相对于χ轴所论述的较小距离的五倍。在框2255中，过程确定任一测得功率是否大于耦合到输出波导的光功率的初始指示。如果任一测得功率大于耦合到输出波导的光功率的初始指示，那么在框2260中，过程将具有最大功率的位置设置为ζ中心点，且过程返回到框2250。否则，过程继续进行到框2270。在框2265中，过程确定耦合到输出波导的光功率的指示，但应认识到，可使用来自框2250的测得功率。在框2270中，过程确定在框2270中确定的光功率是否(在一些实施例中)大于和(在其它实施例中)显著大于框2215中所确定的光功率。如果在框2270 中确定的光功率大于和显著大于框2215中所确定的光功率，那么过程将耦合到输出波导的光功率的初始指示设置为在框2265中确定的光功率，且过程返回到框2220。否则，过程 (在大多数实施例中)通过锁定固持透镜的臂或杠杆的位置来锁定透镜的位置，且此后返回。本发明的方面因此包含一种平台，其中使用微机械可调的光学组件来从一个或多个激光器或激光器阵列对准到平面光波电路或其它输出波导中。尽管已相对于各种实施例描述了本发明，但应认识到，本发明包含受此揭示内容支持的新颖且非明显的所附权利要求书。
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权利要求
1.一种经微机械对准的光学组合件，其包括 位于衬底上的第一波导；位于所述衬底上的第二波导；用于将所述第一波导的光聚焦到所述第二波导中的透镜；以及固持所述透镜的杠杆，所述杠杆具有至少一个相对于所述衬底固定的点，所述杠杆将所述透镜固持在一位置，使得所述杠杆的移动将产生所述透镜在至少不同于所述第一波导的光的光轴的方向上的缩小移动，所述杠杆可移动以便定位所述透镜以将所述第一波导的光聚焦到所述第二波导中。
2.根据权利要求1所述的组合件，其中所述第一波导的所述光是激光器的光。
3.根据权利要求2所述的组合件，其中所述第一波导至少是边缘发射激光器的一部分。
4.根据权利要求1所述的组合件，其中所述杠杆包含位于所述至少一个相对于所述衬底固定的点与所述透镜的所述位置之间的挠曲物。
5.根据权利要求1所述的组合件，其中所述杠杆大体上沿所述光轴延伸。
6.根据权利要求5所述的组合件，其中所述至少一个相对于所述衬底固定的点包括所述杠杆的第一端。
7.根据权利要求6所述的组合件，其中所述杠杆具有第二自由端，其中所述透镜定位成相较于所述杠杆的所述第二端更靠近所述杠杆的所述第一端。
8.根据权利要求6所述的组合件，其中所述杠杆的所述第一端位于所述第一波导与所述第二波导之间。
9.根据权利要求1所述的组合件，其中所述杠杆与所述衬底成一体式。
10.根据权利要求9所述的组合件，其中所述衬底包含硅材料。
11.根据权利要求5所述的组合件，其中所述杠杆包含另一挠曲物，其相较于所述透镜的所述位置更远离所述固定点。
12.根据权利要求7所述的组合件，其进一步包括在所述杠杆的一部分周围的粘合材料。
13.根据权利要求12所述的组合件，其中所述粘合材料定位成相较于所述杠杆的所述第一端更靠近所述杠杆的所述第二端。
14.根据权利要求1所述的组合件，其进一步包括 位于所述衬底上的多个另外的第一波导；位于所述衬底上的多个第二波导；多个另外的透镜，所述多个另外的透镜中的每一者用于将所述另外的第一波导中的对应一者的光聚焦到所述另外的第二波导中的对应一者中；以及多个另外的杠杆，所述另外的杠杆中的每一者固持所述多个另外的透镜中的对应一者，所述另外的杠杆中的每一者具有至少一个相对于所述衬底固定的点，所述另外的杠杆中的每一者将所述对应的另外透镜固持在一位置，使得所述另外的杠杆中的每一者的移动将产生所述对应透镜在至少不同于所述另外的第一波导中的所述对应一者的光的光轴的方向上的缩小移动。
15.一种光学装置，其包括第一光学组件，其经配置以提供光；第二光学组件，其经配置以接收光；以及第三光学组件，其位于所述第一光学组件与所述第二光学组件之间的光径中，所述第三光学组件安装在臂上，所述臂具有沿大体上与由所述第一光学组件与所述第三光学组件之间的光径界定的轴平行的轴的长度。
16.根据权利要求15所述的光学装置，其中所述第一光学组件位于所述第三光学组件的一侧上，所述第二光学组件位于所述第三光学组件的相对侧上，且所述臂形成支点在所述第三光学组件的所述相对侧上的杠杆。
17.根据权利要求15所述的光学装置，其中所述第一光学组件是激光器，且所述第三光学组件是透镜。
18.根据权利要求15所述的光学装置，其中所述第三光学组件是凸透镜。
19.根据权利要求18所述的光学装置，其中所述臂包含位于所述支点与所述第三光学组件之间的弹簧。
20.根据权利要求19所述的光学装置，其中所述臂包含位于所述第三光学组件与所述臂在所述第三光学组件的所述一侧上的端之间的另一弹簧。
21.一种制作经对准光学组合件的方法，其包括操纵固持透镜的杠杆来定位所述透镜，以将来自第一波导的光聚焦到第二波导中，所述第一波导和所述第二波导物理耦合到衬底，且所述杠杆具有相对于衬底固定在适当位置中的支点，所述杠杆缩小所述透镜在不同于所述光的光轴的方向上的移动。
22.根据权利要求21所述的方法，其进一步包括固定所述杠杆的位置。
23.根据权利要求22所述的方法，其中固定所述透镜的位置包括相对于所述衬底粘合所述杠杆的不同于在处于适当位置中的所述支点处的一部分。
24.根据权利要求23所述的方法，其中将所述杠杆粘合到所述衬底包括沿光的所述光轴在相较于所述透镜更远离所述第二波导的位置处将所述杠杆粘合到所述衬底。
25.根据权利要求23所述的方法，其中将所述杠杆焊接到所述衬底包括焊接所述杠杆的远离所述支点的一部分。
26.根据权利要求21所述的方法，其中所述杠杆和所述衬底由相同材料一体形成。
27.一种制作经对准光学组合件的方法，其包括移动固持透镜的杠杆来定位所述透镜，以将来自第一波导的光聚焦到第二波导中，所述第一波导和所述第二波导物理耦合到衬底，其中所述杠杆具有相对于所述衬底而固定的点，且所述杠杆具有大体上平行于所述光从所述第一波导到所述透镜的光轴的长度；以及固定所述杠杆的位置，使得所述透镜将来自所述第一波导的光聚焦到所述第二波导中。
28.一种经微机械对准的光学装置，其包括耦合到衬底的第一波导；耦合到所述衬底的第二波导；用于将来自所述第一波导的光聚焦到所述第二波导中的透镜，所述光具有大体上平行于所述衬底的平面基座的光轴；用于固持所述透镜的固持件，所述固持件物理耦合到所述衬底；至少一个电致动的致动件，其至少部分地耦合到所述固持件，所述致动件经配置以在不应用用于有效地固定所述固持件的位置的构件的情况下致使所述固持件在至少一个方向上移动；以及用于有效地固定固持件的位置的构件。
29.根据权利要求观所述的装置，其中所述固持件通过杠杆物理耦合到所述衬底。
30.根据权利要求四所述的装置，其中所述致动件通过所述杠杆至少部分地物理耦合到所述固持件。
31.根据权利要求观所述的装置，其中所述致动件是热装置。
32.根据权利要求31所述的装置，其中所述致动件是静电装置。
33.根据权利要求观所述的装置，其中所述用于有效地固定所述固持件的位置的构件包括粘合材料。
34.根据权利要求观所述的装置，其进一步包括物理耦合到所述固持件的弹簧，所述弹簧用于抵消由所述致动件引起的所述固持件的移动。
35.一种使光学组合件对准的方法，其包括 从物理耦合到衬底的第一波导提供光；将电信号提供给致动件来移动透镜，以将来自所述第一波导的光聚焦到第二波导中， 所述透镜在固持件上物理耦合到第一衬底，所述致动件固定地物理耦合到所述固持件； 确定所述透镜正将来自所述第一波导的光聚焦到所述第二波导中；以及固定所述固持件的位置。
36.根据权利要求35所述的方法，其中确定所述透镜正将来自所述第一波导的光聚焦到所述第二波导中包括确定所述透镜正将来自所述第一波导的光聚焦到所述第二波导中以便优化到所述第二波导的耦合光功率。
37.根据权利要求35所述的方法，其中确定所述透镜正将来自所述第一波导的光聚焦到所述第二波导中包括确定所述透镜正将来自所述第一波导的光聚焦到所述第二波导中以便获得所要的到所述第二波导的耦合光功率。
38.一种经对准光学装置，其包括 输入波导，其物理耦合到衬底； 输出波导，其物理耦合到所述衬底；透镜，其经配置以将来自所述输入波导的光聚焦到所述输出波导中； 臂，其固持所述透镜，所述臂具有大体上平行于由从所述输入波导到所述输出波导的线性路径界定的轴的纵向长度，所述臂相对于所述衬底固定在适当位置中。
39.根据权利要求38所述的装置，其中所述臂由所述衬底的材料一体形成，且所述臂具有物理耦合到所述衬底的第一端以及粘合到所述衬底的第二位置。
40.根据权利要求39所述的装置，其中进一步包括粘合材料，所述粘合材料将所述第二位置粘合到所述衬底。
41.根据权利要求39所述的装置，其中所述透镜由所述臂固持在相较于所述臂的远离所述第一端的一部分更靠近所述第一端的位置。
42.一种经对准光学装置，其包括 输入波导，其物理耦合到衬底；输出波导，其物理耦合到所述衬底；透镜，其经配置以将来自所述输入波导的光聚焦到所述输出波导中； 臂，其固持所述透镜，所述臂具有大体上平行于由从所述输入波导到所述输出波导的线性路径界定的轴的纵向长度；以及用于相对于所述衬底固定所述臂的位置的构件。
43.根据权利要求42所述的光学装置，其进一步包括 多个另外的输入波导，其物理耦合到所述衬底；多个另外的输出波导，其物理耦合到所述衬底；多个另外的透镜，其经配置以将来自所述另外的输入波导中的对应一者的每一者的光聚焦到所述另外的输出波导中的对应一者中；多个另外的臂，其各自固持所述多个另外的透镜中的对应一者，所述另外的臂中的每一者具有大体上平行于由所述另外的输入波导中的所述对应一者到所述另外的输出波导中的所述对应一者的线性路径界定的轴的纵向长度；以及用于相对于所述衬底固定所述另外的臂的位置的构件。
44.一种光学装置，其包括 输入波导；输出波导；凸镜，其安装在固持件中，所述镜可在不应用有效地固定所述镜的位置的构件的情况下移动，以将来自所述输入波导的光反射到所述输出波导中；臂，其物理耦合到所述镜，所述臂具有远离所述镜的可移动自由端；以及用于有效地永久固定所述镜的位置的构件。
45.根据权利要求44所述的装置，其进一步包括 多个另外的输入波导；多个另外的输出波导；多个另外的镜，其各自可移动地安装在多个另外的固持件中的对应一者中，所述镜中的每一者可移动以将来自所述另外的输入波导中的对应一者的光反射到所述另外的输出波导中的对应一者中；以及另外多个另外的臂，其各自物理耦合到所述多个另外的镜中的对应一者，所述另外多个另外的臂中的每一者具有远离所述多个另外的镜中的所述对应一者的自由端。
46.根据权利要求45所述的装置，其进一步包括用以使来自所述输入波导和所述多个另外的输入波导的光准直的透镜，所述透镜位于所述输入波导和所述另外的输入波导与所述镜和所述多个另外的镜之间的光径中。
47.根据权利要求46所述的装置，其进一步包括光学隔离物，所述光学隔离物位于所述透镜与所述镜和所述多个另外的镜之间的光径中。
48.根据权利要求45所述的装置，其进一步包括多个波长选择性滤光片，所述多个波长选择性滤光片位于所述输入波导和所述多个另外的输入波导与所述镜和所述多个另外的镜之间的光径中。
49.一种光学装置，其包括 多个输入波导，其物理耦合到衬底；多个输出波导，其物理耦合到所述衬底；多个透镜，其经配置以将来自所述输入波导中的对应一者的每一者的光聚焦到所述输出波导中的对应一者中，所述多个透镜安装在固持件中；多个臂，其物理耦合到所述固持件，所述另外的臂可在不应用用以相对于所述衬底有效地永久固定所述臂的位置的构件的情况下移动，以便致使来自所述输入波导中的所述对应一者的每一者的光聚焦到所述对应输出波导中的所述对应一者中；以及用于相对于所述衬底有效地永久固定所述臂的位置的构件。
50.根据权利要求49所述的装置，其中所述多个输入波导位于共用芯片上。
51.根据权利要求49所述的装置，其中所述多个透镜形成微透镜阵列。
全文摘要
一种光学组合件包含激光源的组合，所述激光源将辐射经透镜组合聚焦发射到光学波导中。所述光学波导和所述激光源永久附接到共用载体，而所述透镜中的至少一者附接到是所述载体的一体部分但最初能够自由移动的固持件。使用微机械技术来调整所述透镜和固持件的位置，且接着使用具有焊料的集成加热器将所述固持件永久地固定到适当位置中。
文档编号G02B6/32GK102308239SQ201080006268
公开日2012年1月4日 申请日期2010年2月1日 优先权日2009年1月30日
发明者巴蒂阿·佩泽什基, 约翰·希纽 申请人:凯亚光电