本申請(qǐng)(1)要求于2014年5月15日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No.61/994089的優(yōu)先權(quán)，(2)是于2015年4月23日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)No.14/695008的部分繼續(xù)申請(qǐng)，該美國(guó)專利申請(qǐng)是于2013年4月11日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)No.13/861273的部分繼續(xù)申請(qǐng)，其(a)要求于2012年4月11日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No.61/623027的優(yōu)先權(quán)；(b)要求于2012年9月10日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No.61/699125的優(yōu)先權(quán)；(c)是于2013年3月5日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)No.13/786448的部分繼續(xù)申請(qǐng)，該美國(guó)專利申請(qǐng)要求于2012年3月5日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No.61/606885的優(yōu)先權(quán)。這些申請(qǐng)通過(guò)引用并入本文。下面列出的所有出版物作為引用并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及將光耦合進(jìn)和耦合出光子集成電路(PIC)，更具體地涉及光纖到PIC的光學(xué)連接。

背景技術(shù)：

光子集成電路(PIC)或集成光學(xué)電路是將多個(gè)(至少兩個(gè))光子功能集成起來(lái)的裝置，由此類似于電子集成電路。兩者之間的主要區(qū)別在于，光子集成電路提供了施加到光學(xué)波長(zhǎng)(一般在可見(jiàn)光譜中或近紅外850nm-1650nm)上的信息信號(hào)的功能性。

PIC用于電信、儀表和信號(hào)處理領(lǐng)域中的各種應(yīng)用。PIC通常使用光波導(dǎo)來(lái)實(shí)施和/或互連各自上部件，比如波導(dǎo)、光開(kāi)關(guān)、耦合器、路由器、分裂器、多路復(fù)用器/多路信號(hào)分離器、調(diào)制器、放大器、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器、光電(O/E)和電光(E/O)信號(hào)轉(zhuǎn)換器(例如光電二極管、激光器)等。PIC中的波導(dǎo)一般是片上實(shí)心導(dǎo)光器，其借助波導(dǎo)芯層和包層之間的折射率對(duì)比來(lái)引導(dǎo)光。

對(duì)于正確操作，PIC通常需要有效地在外部光纖和片上波導(dǎo)中的一個(gè)或多個(gè)之間耦合光。有兩個(gè)基本的但是不同的方法來(lái)將光從光纖耦合到PIC。

在第一方法中，光纖耦合到PIC的邊緣。這要求從晶片切掉模子，并在與光纖連接之前拋光邊緣。因此，PIC不能在晶片上測(cè)試，并且必須在確定PIC是好的或壞的之前進(jìn)行封裝。這增加了PIC的生產(chǎn)成本，并需要光纖和波導(dǎo)的拋光端之間嚴(yán)格的對(duì)準(zhǔn)公差。

在第二方法中，來(lái)自光纖的光使用衍射光柵耦合器耦合進(jìn)/出PIC。在該情況下，光纖正交于PIC的平坦表面抵靠耦合(butt-coupled)，光正交于平坦表面離開(kāi)/進(jìn)入PIC。如圖1所示，在現(xiàn)有技術(shù)中，纖維1抵靠耦合到硅PIC 3表面上的光柵耦合器2。這意味著可以在切割之前使用探針測(cè)試PIC，探針合并了電子和纖維光學(xué)探針頭。這可減少PIC的封裝成本。

然而，使用光柵耦合器的現(xiàn)有技術(shù)具有至少兩個(gè)主要缺點(diǎn)。第一個(gè)是光纖一般終止于石英纖維陣列(光學(xué)透明)。石英纖維陣列將光纖的線性陣列定位在標(biāo)準(zhǔn)間距上(例如250微米)，但是公差一般大于1微米，這對(duì)于單模應(yīng)用是不理想的。額外地，石英纖維陣列制造起來(lái)昂貴，這是因?yàn)樗鼈円话惴旁贑NC機(jī)床上，因此，隨著增加的生產(chǎn)體積，沒(méi)有成本節(jié)省。最后，石英纖維陣列和光纖的彎曲半徑增加了封裝的PIC的高度。(圖1中的現(xiàn)有技術(shù)光學(xué)耦合器可以與圖2示意性示出的創(chuàng)造性理念的光學(xué)耦合進(jìn)行比較。)

另外，大多數(shù)光柵耦合器設(shè)計(jì)成與傾斜的拋光光纖(即，端面位于不垂直于纖維軸線的平面上)一起工作。這給采用傾斜的拋光光纖添加了另一復(fù)雜度，傾斜的拋光光纖具有特定傾斜端面，其生產(chǎn)匹配光柵耦合器的設(shè)計(jì)角度的模場(chǎng)。

需要一種改進(jìn)的方法來(lái)將光纖光學(xué)耦合進(jìn)/出PIC，其以減少的成本提高公差、可制造性、易用性、功能性和可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明通過(guò)提供一種新穎的方法來(lái)在光纖和光子集成電路(PIC)的光柵耦合器之間進(jìn)行光學(xué)耦合而克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明，提供了反射鏡來(lái)將光轉(zhuǎn)向光纖/轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)自光纖的光，以允許光纖的軸線與PIC的表面成小角度或平行于PIC的表面取向，并下降到接近PIC的表面。因此，光纖和耦合器光柵之間的光連接器可以是低調(diào)的(low-profile)，并且裝配進(jìn)較小的收發(fā)器封裝件中。

在本發(fā)明的另一方面中，反射鏡構(gòu)造成再成形光以產(chǎn)生匹配光纖輸入/輸出和目標(biāo)光柵耦合器的設(shè)計(jì)角度的模場(chǎng)。在一個(gè)實(shí)施例中，反射鏡構(gòu)造成再成形平坦拋光光纖(即端面在垂直于纖維軸線的平面中)的光輸入/輸出以產(chǎn)生類似于傾斜拋光光纖的模場(chǎng)的模場(chǎng)，以匹配現(xiàn)有光柵耦合器的設(shè)計(jì)角度，現(xiàn)有光柵耦合器設(shè)計(jì)成與傾斜拋光光纖一起工作。

反射鏡和光連接器中的光纖對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)可以通過(guò)精確壓印一體地/同時(shí)形成，這允許以大體積或小體積經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)連接器部件，同時(shí)提高公差、可制造性、易用性、功能性和可靠性。

附圖說(shuō)明

為了全面理解本發(fā)明的屬性和優(yōu)點(diǎn)以及優(yōu)選實(shí)施例，結(jié)合附圖參考下面的詳細(xì)描述。在附圖中，相同的參考標(biāo)號(hào)表示附圖中的相同或類似的零件。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)纖維到光柵耦合器連接的示意圖。

圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的纖維到光柵耦合器連接的創(chuàng)造性理念的示意性剖視圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光具座的延長(zhǎng)部分的放大透視圖。

圖4是纖維對(duì)準(zhǔn)溝槽沿光纖的縱軸的剖視圖。

圖5是圖4的透視剖視圖。

圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的在光纖和PIC上的光柵耦合器之間的光的反射的剖視圖。

具體實(shí)施方式

下面參考附圖關(guān)于各實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明。盡管在實(shí)施本發(fā)明的目的的最佳實(shí)施方式方面描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)明白，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，考慮到這些教導(dǎo)，可以完成變型例。

本發(fā)明提供了一種新穎方法來(lái)在光纖和光子集成電路(PIC)的光柵耦合器之間耦合光。根據(jù)本發(fā)明，提供了反射鏡來(lái)將光轉(zhuǎn)向光纖/轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)自光纖的光，以允許光纖的軸線與PIC的表面成小角度或平行于PIC的表面取向，并下降到接近PIC的表面。因此，光纖和耦合器光柵之間的光連接器可以是低輪廓(low-profile)的，并且裝配進(jìn)較小的收發(fā)器封裝件中。

圖2示意性示出本發(fā)明的創(chuàng)造性理念。圖2示意性示出光耦合/連接裝置10中的微光具座11(MOB)的剖視圖。光纖24支撐在光具座11上，其軸線基本上平行于光柵耦合器2和硅PIC 3的平面。圖2示出支撐光纖24的終止端部的光具座11，光纖處于裸露形式，暴露包層，不具有光纖纜線(圖6所示23)的保護(hù)緩沖層和護(hù)套層。光具座11包括溝槽25形式的光纖對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)和聚焦微反射鏡12形式的結(jié)構(gòu)化反射表面。溝槽25沿預(yù)期設(shè)計(jì)光學(xué)路徑6(圖2示意性示出光路的形狀)相對(duì)于反射鏡12定位和對(duì)準(zhǔn)光纖24。光纖24的端面115的邊緣的一部分抵在肩部5上，肩部設(shè)置在溝槽25的末端處，充當(dāng)止動(dòng)件來(lái)相對(duì)于反射鏡12限定端面115的位置。溝槽25和肩部5相對(duì)于結(jié)構(gòu)化反射表面12精確地定位和對(duì)準(zhǔn)光纖24，端面115位于距反射鏡12預(yù)定距離處。

反射鏡12具有結(jié)構(gòu)化反射表面，其構(gòu)造成相對(duì)于反射鏡12轉(zhuǎn)動(dòng)光纖24的輸入/輸出，以在光纖和光柵耦合器2之間耦合光。在所示實(shí)施例中，光纖24是單模(SM)平坦拋光的。光纖24的端面115位于基本上垂直于其縱軸的平面中。

將與圖2所示結(jié)構(gòu)與圖1所示現(xiàn)有技術(shù)纖維到光柵耦合器連接進(jìn)行比較，顯然，創(chuàng)造性纖維到光柵連接產(chǎn)生了總體明顯更低的輪廓。創(chuàng)造性連接器提供了關(guān)于PIC放置光具座的簡(jiǎn)單方式，如下面討論的圖6的實(shí)施例所示。

在本發(fā)明的另一方面中，反射鏡/結(jié)構(gòu)化反射表面和光連接器中的光纖對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)可通過(guò)精確地壓印原材料(例如金屬坯或條)而一體地/同時(shí)形成，這允許以大體積或小體積經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)連接器部件，同時(shí)提高公差、可制造性、易用性、功能性和可靠性。通過(guò)在相同的單個(gè)最終壓印操作中同時(shí)形成結(jié)構(gòu)反射表面和光纖對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，可以在最終壓印步驟中維持要求在相同工件/零件上對(duì)準(zhǔn)的所有特征的尺寸關(guān)系。代替利用沖床的單次沖擊以在光具座上形成所有特征的沖壓操作，可設(shè)想的是，可以實(shí)施多次沖擊以在光具座上逐步預(yù)形成某些特征，利用最終沖擊同時(shí)限定光具座上的各結(jié)構(gòu)化特征的最終尺寸、幾何形狀和/或光潔度，包括需要保證(在保證方面有重要作用)相應(yīng)部件/結(jié)構(gòu)沿設(shè)計(jì)光學(xué)路徑的恰當(dāng)對(duì)準(zhǔn)的反射鏡、光纖對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)/溝槽等。

本發(fā)明的受讓人nanoPrecision Products,Inc.開(kāi)發(fā)了各種擁有的光學(xué)耦合/連接裝置，具有與光學(xué)數(shù)據(jù)傳輸一起使用的光具座。更確切地，本發(fā)明涉及將光纖耦合到PIC中的光柵耦合器，同時(shí)采用壓印光具座的類似理念，包括在較早光學(xué)耦合裝置中實(shí)施的壓印的反射鏡。

例如，US2013/0322818A1公開(kāi)了一種具有用于發(fā)送光學(xué)數(shù)據(jù)信號(hào)的壓印結(jié)構(gòu)化表面的光學(xué)耦合裝置，尤其是一種用于發(fā)送光學(xué)信號(hào)的光學(xué)耦合裝置，包括基底；限定在基底上的結(jié)構(gòu)化表面，其中，結(jié)構(gòu)化表面具有再成形和/或反射入射光的表面輪廓；以及限定在基底上的對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，構(gòu)造有表面特征以便于與結(jié)構(gòu)化表面對(duì)準(zhǔn)地將光學(xué)部件定位在基底上，以允許光沿結(jié)構(gòu)化表面和光學(xué)部件之間的限定路徑傳輸，其中，結(jié)構(gòu)化表面和對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)通過(guò)壓印基底的可鍛材料一體地限定在基底上。

US2013/0294732A1還公開(kāi)了一種具有集成光學(xué)元件的密封光纖對(duì)準(zhǔn)組件，尤其是一種包括套圈部分的密封光纖對(duì)準(zhǔn)組件，套圈部分具有接收光纖的端部的多個(gè)溝槽，其中，溝槽相對(duì)于套圈部分限定出端部的位置和方位。該組件包括用于將光纖的輸入/輸出耦合至光電模塊中的光電裝置的集成光學(xué)元件。光學(xué)元件可以是結(jié)構(gòu)化反射表面的形式。光纖的末端位于結(jié)構(gòu)化反射表面的限定距離處，并與結(jié)構(gòu)化反射表面對(duì)準(zhǔn)。結(jié)構(gòu)化反射表面和纖維對(duì)準(zhǔn)溝槽可以通過(guò)壓印形成。

美國(guó)專利申請(qǐng)No.14/695,008還公開(kāi)了一種光學(xué)通信模塊中使用的發(fā)送光學(xué)信號(hào)的光學(xué)耦合裝置，尤其是一種在基底上限定結(jié)構(gòu)化表面和限定在基底上的對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的光學(xué)耦合裝置，結(jié)構(gòu)化表面具有再成形和/或反射入射光的表面輪廓，對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)構(gòu)造有表面特征以便于與結(jié)構(gòu)化表面光學(xué)對(duì)準(zhǔn)地將光學(xué)部件定位在基底上，以允許光沿結(jié)構(gòu)化表面和光學(xué)部件之間的限定路徑傳輸。結(jié)構(gòu)化表面和對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)通過(guò)壓印基底的可鍛材料一體地限定在基底上。對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)便于以與結(jié)構(gòu)化表面的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)被動(dòng)對(duì)準(zhǔn)基底上的光學(xué)部件，以允許光沿結(jié)構(gòu)化表面和光學(xué)部件之間的限定路徑傳輸。結(jié)構(gòu)化表面具有反射和/或再成形入射光的反射表面輪廓。

美國(guó)專利No.7,343,770公開(kāi)了一種新穎的精密壓印系統(tǒng)，用于制造小公差零件。這種創(chuàng)造性壓印系統(tǒng)可在各種壓印過(guò)程中實(shí)施，以生產(chǎn)上述nanoPrecision專利文件中公開(kāi)的裝置，并可類似地實(shí)施以生產(chǎn)本文公開(kāi)的結(jié)構(gòu)。這些壓印過(guò)程涉及壓印松散材料(例如金屬坯或原材料)以在緊(即小)公差下形成最終表面特征，包括與其它限定表面特征精確對(duì)準(zhǔn)的具有期望幾何形狀的反射表面。

圖3至6示出光連接器110形式的光學(xué)耦合裝置的實(shí)施例，其采用圖2所示創(chuàng)造性理念。光連接器110包括套圈140和蓋142形式的光具座。套圈142具有延伸超出蓋142的相鄰端的部分70。套圈142具有纖維對(duì)準(zhǔn)溝槽134，其延伸超出蓋的邊緣到延伸部70。每個(gè)溝槽134終止于結(jié)構(gòu)化反射表面113，結(jié)構(gòu)化反射表面位于蓋142的相鄰邊緣之外。每個(gè)光纖124在溝槽134中延伸以超出蓋142的邊緣，以更靠近結(jié)構(gòu)化反射表面113。為了簡(jiǎn)化，圖3示出光連接器110的局部視圖，延伸部70放大。圖6示出總體光連接器110。

圖4是沿光纖24的縱軸截取的剖視圖。圖5是沿光纖24的縱軸截取的透視剖面圖。在所示實(shí)施例中，纖維對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)是敞開(kāi)溝槽134形式的，其完全接收光纖24的裸露端部，使得光纖24的末端位于結(jié)構(gòu)化反射表面113的限定距離處，并與結(jié)構(gòu)化反射表面對(duì)準(zhǔn)。敞開(kāi)溝槽134包括大致U形橫截面，其貼合地接收裸露光纖24。結(jié)構(gòu)化反射表面113的位置和方位相對(duì)于纖維對(duì)準(zhǔn)溝槽134固定。在所示實(shí)施例中，溝槽134和結(jié)構(gòu)化反射表面113限定在相同(例如整體的)套圈140上。溝槽134具有限定出光纖24的端面115和結(jié)構(gòu)化反射表面113之間的空間的部分124。在所示實(shí)施例中，該部分124具有與溝槽134的剩余部分類似的寬度，但是比溝槽的剩余部分更淺的底部。該部分124限定出肩部127，肩部提供止動(dòng)件，光纖24的端面115的邊緣的一部分抵在止動(dòng)件上。相應(yīng)地，沿光軸的距離限定在端面115和結(jié)構(gòu)化反射表面113之間。在所示實(shí)施例中，光纖完全接收在溝槽134中，光纖24的外表面與套圈140的頂表面139平齊。光在PIC3和光纖24之間沿光學(xué)路徑100轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖6是示出相對(duì)于PIC 3上的光柵耦合器2構(gòu)造光連接器110的一個(gè)實(shí)施例的剖視圖。光連接器110經(jīng)由開(kāi)口121附接在光電模塊112的殼體114的基底116中，延伸部分70位于模塊殼體114內(nèi)。結(jié)構(gòu)化反射表面113與PIC 3上的光柵耦合器2光學(xué)對(duì)準(zhǔn)。圖6示出光在光纖24和光柵耦合器2之間在延伸部70處經(jīng)由結(jié)構(gòu)化反射表面113的反射，結(jié)構(gòu)化反射表面是凹反射表面。

光連接器110可被認(rèn)為充當(dāng)具有內(nèi)置光學(xué)器件和用于光纖帶的對(duì)準(zhǔn)套圈的密封引線(feedthrough)，從而消除了分離的光學(xué)元件與光電模塊112的PIC 3上的光柵耦合器2光學(xué)耦合的需求。

結(jié)構(gòu)化反射表面113和對(duì)準(zhǔn)溝槽134可以通過(guò)精確地壓印由可鍛金屬材料制成的光具座(即套圈140)而一體地形成。結(jié)構(gòu)化反射表面的設(shè)計(jì)和壓印可涉及與上述在nanoPrecision的較早專利文件中公開(kāi)的那些類似的考慮因素，并還修改為提供光纖和PIC上的光柵耦合器之間的期望光學(xué)耦合。例如，美國(guó)專利No.7343770公開(kāi)了精確壓印工藝和設(shè)備，該專利共同受讓給本發(fā)明的受讓人。該專利通過(guò)引用并入本文。其中公開(kāi)的工藝和壓印設(shè)備可適于精確壓印本發(fā)明的套圈140和/或蓋142的特征(包括結(jié)構(gòu)化反射表面和光纖對(duì)準(zhǔn)溝槽)。壓印工藝和系統(tǒng)可生產(chǎn)具有小于(優(yōu)于)1000nm公差的零件。

光連接器110的外表面可以高公差維持，用于使用對(duì)準(zhǔn)套筒對(duì)準(zhǔn)。在上述實(shí)施例中，不需要對(duì)準(zhǔn)銷來(lái)將套圈對(duì)準(zhǔn)至殼體114。相應(yīng)地，為了壓印套圈部分(套圈和蓋)，這包括壓印套圈部分的整個(gè)本體(包括形成溝槽)、匹配套圈部分的表面與和套筒(或在圖6的情況下與殼體114的開(kāi)口)接觸的外表面套筒接觸的外表面。這維持了溝槽134和光連接器110的外部對(duì)準(zhǔn)表面之間所需的尺寸關(guān)系，便于例如在不依靠對(duì)準(zhǔn)銷的情況下對(duì)準(zhǔn)。

在所述上述實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)化反射表面113可構(gòu)造成平坦的、凹的或凸的或者組合以構(gòu)成復(fù)合反射表面。在一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)化反射表面具有平滑(具有類似于拋光光潔度的光潔度)的反射鏡表面。代替地，其可以是反射的紋理表面(textured surface)。結(jié)構(gòu)化反射表面可具有均勻的表面特性或變化的表面特性，比如在表面上變化的平滑度和/或紋理，或者各平滑區(qū)域和紋理表面的組合，以構(gòu)成結(jié)構(gòu)化反射表面。結(jié)構(gòu)化反射表面可具有對(duì)應(yīng)于下列等同光學(xué)元件中的至少一個(gè)的表面輪廓和/或光學(xué)特性：反射鏡、聚焦透鏡、發(fā)散透鏡、衍射光柵或它們的組合。結(jié)構(gòu)反射表面可具有限定出對(duì)應(yīng)于不同等同光學(xué)元件的多于一個(gè)區(qū)域(例如由發(fā)散的環(huán)形區(qū)域圍繞聚焦的中心區(qū)域)的復(fù)合輪廓。在一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)化反射表面限定在不會(huì)使光透過(guò)表面的不透明材料上。

根據(jù)本發(fā)明的光連接器110克服了現(xiàn)有技術(shù)的許多缺陷，這提供了在環(huán)境條件下的精確對(duì)準(zhǔn)、高可靠性，并可以低成本制造。創(chuàng)造性連接器組件可構(gòu)造成支撐單個(gè)或多個(gè)纖維，用于光學(xué)對(duì)準(zhǔn)和/或密封引線(可包括一體光學(xué)元件)。

在本發(fā)明的另一方面中，反射鏡12的結(jié)構(gòu)化反射表面和結(jié)構(gòu)化反射表面113構(gòu)造成再成形光以產(chǎn)生匹配光纖輸入/輸出和目標(biāo)光柵耦合器的設(shè)計(jì)角度的模場(chǎng)。在一個(gè)實(shí)施例中，反射鏡12/結(jié)構(gòu)反射表面113構(gòu)造成再成形具有平坦拋光端(即端面在垂直于光纖軸線的平面中)的光纖的光輸入/輸出，以產(chǎn)生類似于傾斜拋光抵靠耦合光纖的模場(chǎng)，以匹配現(xiàn)有光柵耦合器(設(shè)計(jì)用于與傾斜拋光抵靠耦合光纖一起使用)的設(shè)計(jì)角度。該向后兼容方法不需要開(kāi)發(fā)新的光柵耦合器。

下面是采用壓印反射鏡來(lái)耦合到PIC(例如硅PIC或SiPIC)的光柵的創(chuàng)造性理念的其它設(shè)計(jì)考慮和特征。反射鏡可以壓印為專用于應(yīng)用的金屬片、金屬箔、體塊金屬。各種可鍛金屬、利用工具鋼或碳化鎢工具可壓印物可構(gòu)成反射鏡的本體，包括任意300或400系列不銹鋼、Kovar、任意沉淀或溶解硬化金屬的任意組分以及Ag、Al、Au、Cu的任意合金。在1310nm之上的長(zhǎng)波長(zhǎng)處，鋁是高度反射(>98％)的并通過(guò)壓印經(jīng)濟(jì)地成形。包括反射鏡的金屬一部分的反射表面可以是上述提及的金屬中的任一、高度反射金屬的任意涂層(通過(guò)濺射、蒸發(fā)或電鍍工藝施加)。

為了提供光功率，反射鏡表面可具有下列(單獨(dú)地或組合地)任一的表面幾何曲率功能：橢圓或雙曲圓錐焦點(diǎn)、具有各種數(shù)量的偶數(shù)和奇數(shù)非球面項(xiàng)的環(huán)形非球面、具有各種數(shù)量的偶數(shù)或奇異(off)項(xiàng)的X-Y非球面曲線以及由這些功能涵蓋的更簡(jiǎn)單表面的各種類族。表面還可以是自由形式表面，沿任意平面或矢量不具有對(duì)稱性。

纖維對(duì)準(zhǔn)溝槽相對(duì)于反射鏡以高精度形成。反射鏡可以設(shè)計(jì)成對(duì)于各種類型的源以及寬帶源操作，各種類型的源包括多模(MM)和單模(SM)纖維(MM和SM VCSEL在各波長(zhǎng)下的)。反射鏡可設(shè)計(jì)成在各種透射介質(zhì)中操作，包括空氣、玻璃、折射率匹配環(huán)氧樹(shù)脂、塑料和上述的組合。

反射鏡的焦距范圍可以從50至50000微米。

反射鏡的F數(shù)(焦距與通光孔徑之比)可以是任意物理可獲得的值。

下面是SM纖維至SiPIC耦合的優(yōu)選實(shí)施例：

a.反射鏡以厚度為0.5至10mm的片狀金屬壓印。

b.對(duì)于在1310、1490nm、1550nm波長(zhǎng)下的SM纖維耦合，對(duì)于反射表面，選擇的材料是鋁。

c.為了提供光功率，反射鏡表面是橢圓的(圓錐焦點(diǎn))。

d.反射鏡表面的焦距介于300微米和2000微米之間。

e.反射鏡的最大通光孔徑小于100微米至500微米。

f.反射鏡設(shè)計(jì)用于在空氣或折射率匹配環(huán)氧樹(shù)脂中操作。

g.相對(duì)于光柵耦合器法線的操作角為+/-20度。

h.操作位于空氣或折射率匹配環(huán)氧樹(shù)脂中。

i.反射鏡再現(xiàn)從以設(shè)計(jì)角度傾斜的平坦拋光纖維離開(kāi)的場(chǎng)。

j.反射鏡涂覆有高反射率涂層(金、介質(zhì)反射體等)以改進(jìn)反射鏡材料的固有反射率。

連接的光學(xué)性能取決于壓印光學(xué)器件的質(zhì)量(形式和表面光潔度)以及纖維-反射鏡-光柵耦合器的位置和方位。保持反射光學(xué)器件的本體應(yīng)當(dāng)由具有接近匹配PIC材料的膨脹系數(shù)(CTE)的材料制成。例如，Kovar接近匹配硅。該CTE匹配最小化光學(xué)路徑中的熱誘導(dǎo)失準(zhǔn)以及由熱膨脹引起的熱機(jī)械應(yīng)力。

如果壓印的反射鏡表面過(guò)于粗糙，則光被散射。散射光的一些可在周圍反彈，并終止于連接進(jìn)相鄰纖維中，這會(huì)導(dǎo)致串?dāng)_。根據(jù)本發(fā)明，在壓印操作期間在沖床和模子之間對(duì)可鍛材料(例如鋁、銀、銅或金)的壓縮對(duì)高反射的反射鏡質(zhì)量表面產(chǎn)生高接觸壓力。對(duì)壓印反射鏡的最初實(shí)驗(yàn)表明高耦合效率為約89％(0.5db)或更高。

本發(fā)明的商業(yè)使用包括將光纖連接到PIC以用于數(shù)據(jù)通信。在該應(yīng)用中，PIC可以是收發(fā)器，其將數(shù)字電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字光信號(hào)。另一可能應(yīng)用可以在光開(kāi)關(guān)內(nèi)，光開(kāi)關(guān)在多個(gè)端口之間發(fā)送數(shù)字光信號(hào)。其它應(yīng)用可以是使用光進(jìn)行換能的傳感器(例如電光MEMS加速計(jì))。另一應(yīng)用可以是用于生物分子檢測(cè)或氣體分子檢測(cè)的光感測(cè)。

盡管上述實(shí)施例參考經(jīng)由單個(gè)反射鏡連接到單個(gè)光柵耦合器的單個(gè)光纖(圖2)，但是通過(guò)采用本發(fā)明的理念，可以實(shí)施經(jīng)由反射鏡的1D陣列(圖3)連接到光柵耦合器的1D陣列的光纖的1D陣列，經(jīng)由反射鏡的2D陣列連接到光柵耦合器的2D陣列的光纖的2D陣列。另外，除了上面討論的光學(xué)路徑，通過(guò)構(gòu)造具有不同反射幾何形狀的結(jié)構(gòu)化反射表面來(lái)產(chǎn)生具有不同形狀的光學(xué)路徑。

盡管參考優(yōu)選實(shí)施例示出和描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神、范圍和教導(dǎo)的情況下，可以進(jìn)行各種形式和細(xì)節(jié)的改變。相應(yīng)地，公開(kāi)的發(fā)明僅考慮為示例性的，其范圍僅由權(quán)利要求書(shū)中指定的限定。