具有衍射光學(xué)元件的光學(xué)組件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及一種光學(xué)接口，并且更特別地涉及一種光彎折的光學(xué)組件，該光學(xué)組件與衍射光學(xué)元件組合以在光導(dǎo)管和波導(dǎo)之間耦合光。
【背景技術(shù)】
[0002]由于光學(xué)傳輸系統(tǒng)可用的大帶寬和高可靠性，光纖用作數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(包括聲音、網(wǎng)絡(luò)和IP視頻數(shù)據(jù))的傳輸媒介的用途變得越來越普遍。這些系統(tǒng)的基礎(chǔ)是用于發(fā)送和/或接收光學(xué)信號(hào)的光學(xué)子組件。
[0003]通用的光學(xué)子組件包括集成有光學(xué)部件的內(nèi)插件，諸如光電器件或光電集成電路。如這里所使用的，內(nèi)插件用作光學(xué)、光電和電氣部件的基底，并且提供互連以光學(xué)地和/或電氣地互連光學(xué)/光電/電氣部件。典型的內(nèi)插件可包括基底，該基底包括例如硅，所述硅在其中形成有一個(gè)或多個(gè)溝槽以用于精確地保持光纖。傳統(tǒng)的溝槽通過對(duì)基底濕式蝕刻而形成為“V”形，以包括沿光纖長(zhǎng)度保持該光纖的兩個(gè)側(cè)壁。對(duì)晶體材料(諸如硅)進(jìn)行濕式蝕刻使得形成沿著材料的晶面的可預(yù)期的和非常精確的蝕刻。例如，硅具有54.7°的晶面，從而，濕式蝕刻溝槽的側(cè)壁和端部刻面相對(duì)于參考表面形成精確的54.7°的角度。
[0004]傳統(tǒng)內(nèi)插件V形溝槽的端部刻面可被金屬化，使得其可以用作反射鏡，以在光學(xué)/光電部件和保持在V形溝槽中的光線之間反射光。光電光源，例如已經(jīng)被倒裝芯片安裝在內(nèi)插件上的，將錐形光束發(fā)射到V形溝槽端部刻面反射鏡上。V形溝槽端部刻面反射鏡通過保持在V形溝槽中的光纖的端部反射光。
[0005]如上所討論的，濕式蝕刻的V形溝槽的端部刻面的表面相對(duì)于參考表面成精確的54.7°的角度。這樣，光以相對(duì)于參考表面并且也相對(duì)于保持在V形溝槽中的光纖的縱向軸線成-19.4°的角度通過光纖而反射離開溝槽端部刻面反射鏡。因此，使用V形溝槽的端部刻面反射鏡以通過光纖端部而發(fā)出光的當(dāng)前裝置導(dǎo)致大量光遠(yuǎn)離光纖的軸線被反射，從而導(dǎo)致非最優(yōu)的信號(hào)傳輸性能。
[0006]申請(qǐng)人意識(shí)到存在在光學(xué)部件和光纖導(dǎo)管之間的改善的光學(xué)耦合的需求。特別地，申請(qǐng)人認(rèn)識(shí)到對(duì)于可使用大產(chǎn)量的、經(jīng)濟(jì)的制造方法而準(zhǔn)備的內(nèi)插件的需求。本發(fā)明滿足了該需求以及其它需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]下文中給出了對(duì)本發(fā)明的簡(jiǎn)要總結(jié)，以提供本發(fā)明的一些方面的基本理解。本發(fā)明通過使用衍射光學(xué)元件(DOE)提供了一種高度可制造的光學(xué)組件，該光學(xué)組件用于隨著光被內(nèi)插件的刻面反射而在波導(dǎo)和光學(xué)導(dǎo)管之間耦合光。DOE耦合器是高度可配置的并且能夠重新成形光并且將光聚焦在不同的光學(xué)媒介上。在這里，特別重要的是DOE重新成形和聚焦具有長(zhǎng)方形或橢圓形光斑形狀的光的能力，具有長(zhǎng)方形或橢圓形光斑形狀的光可能是由以非垂直角度彎折的光而導(dǎo)致的。聚焦并耦合以非垂直角度反射的光的能力是有益的，因?yàn)檫@允許了內(nèi)插件形成有不必須相對(duì)于光傳播軸線成45°角度的反射刻面。因此，不同于通過在內(nèi)插件的基底中機(jī)加工出45°的角度而形成內(nèi)插件中的光彎折刻面，光彎折刻面可替代地沿著通過濕式蝕刻形成的基底的晶面角度而形成。濕式蝕刻有助于內(nèi)插件的大產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)且非常精確的制造。
[0008]因此，本發(fā)明的一個(gè)方面是包括DOE耦合器的光學(xué)組件。在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)組件包括:(a)晶體基底，具有頂部平坦表面和晶面角度；(b)至少一個(gè)溝槽，該溝槽限定在頂部平坦表面中，并且具有從基底的邊緣延伸到終端的側(cè)壁，該溝槽具有在終端處的第一刻面，該第一刻面具有相對(duì)于頂部平坦表面的第一角度，該第一刻面是反射性的；(C)光學(xué)導(dǎo)管，具有光學(xué)軸線和與第一刻面光學(xué)地耦合的端面；(d)波導(dǎo)，以及(e)衍射光學(xué)元件(DOE)，其設(shè)置在第一刻面上方，并構(gòu)造為隨著光被第一刻面反射而在波導(dǎo)和光學(xué)導(dǎo)管之間親合光。
[0009]本發(fā)明的另一個(gè)方面是一種用在上述的光學(xué)組件中的光學(xué)部件。在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)部件包括:(a)衍射光學(xué)元件(DOE) ;(b)至少一個(gè)光學(xué)波導(dǎo)，其具有光學(xué)地耦合到DOE的絕熱過渡部，其中DOE構(gòu)造為經(jīng)由內(nèi)插件的反射鏡刻面將擴(kuò)展的波導(dǎo)成像到光學(xué)導(dǎo)管端面上，該光學(xué)導(dǎo)管端面匹配光纖模式尺寸和數(shù)值孔徑特征。
[0010]本發(fā)明的又一個(gè)方面是一種用于與上述的光學(xué)部件組合使用的內(nèi)插件。在一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)插件包括:(a)晶體基底，具有頂部平坦表面和晶面角度；(b)至少一個(gè)溝槽，該溝槽限定在頂部平坦表面中，并且具有從基底的邊緣延伸到終端的側(cè)壁，該溝槽具有在終端處的第一刻面，該第一刻面具有相對(duì)于頂部平坦表面的第一角度，該第一刻面是反射性的，該溝槽構(gòu)造為接收光學(xué)導(dǎo)管，該光學(xué)導(dǎo)管具有光軸和與第一刻面光學(xué)地耦合的端面；以及(C)結(jié)合墊，其構(gòu)造為精確地匹配構(gòu)造在光學(xué)部件上的結(jié)合墊，以將DOE在第一刻面上精確地定位在光學(xué)部件上。
【附圖說明】
[0011]本發(fā)明將參考附圖以示例的方式描述如下:
[0012]圖1示出了本發(fā)明的子組件中的內(nèi)插件的特寫截面圖。
[0013]圖2示出了示于圖1的內(nèi)插件的正視圖。
[0014]圖3示出了使用示于圖1的內(nèi)插件的子組件的截面圖。
[0015]圖4示出了圖1所示的內(nèi)插件的基底的頂部平坦表面上的柱構(gòu)造的一個(gè)實(shí)施例。
[0016]圖5示出了圖1所示的內(nèi)插件的光學(xué)部件的底部表面上的柱構(gòu)造的一個(gè)實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0017]參考圖1和2，示出了本發(fā)明的子組件100的一個(gè)實(shí)施例。子組件100包括內(nèi)插件150，該內(nèi)插件包括晶體基底101，該晶體基底具有頂部平坦表面1la和晶面角度α。至少一個(gè)溝槽102限定在頂部平坦表面1la中。溝槽102具有側(cè)壁104，該側(cè)壁從基底的邊緣315(見圖3)延伸到終端103。溝槽在終端103處具有第一刻面105。第一刻面具有相對(duì)于頂部平坦表面的第一角度。第一刻面105是反射性的，并且在一個(gè)實(shí)施例中，具有反射涂層105a以成為鏡面。光學(xué)導(dǎo)管110設(shè)置在溝槽102中，該光學(xué)導(dǎo)管110具有光學(xué)軸線111和與第一刻面105光學(xué)地耦合的端面112。子組件還包括設(shè)置在基底101上方的波導(dǎo)131。衍射光學(xué)元件(DOE)設(shè)置在第一刻面105上方，并構(gòu)造為隨著光被第一刻面反射而在波導(dǎo)和光學(xué)導(dǎo)管之間耦合光。所選替代實(shí)施例和這些元件的每一個(gè)在下文中更詳細(xì)地描述。
[0018]內(nèi)插件的主要功能是提供基底或主干，以支撐、對(duì)齊和固定光纖、光學(xué)部件和相關(guān)聯(lián)的電路。為此，內(nèi)插件應(yīng)當(dāng)包括剛性材料，該剛性材料可被蝕刻或機(jī)加工以限定溝槽，并且該剛性材料是熱穩(wěn)定的且適合于被加熱到回流焊應(yīng)用中典型的溫度。
[0019]為了有助于制造，在一個(gè)實(shí)施例中，基底包括具有晶面角度的晶體材料。這種材料已知為沿著晶面角度濕式蝕刻，從而形成可預(yù)期且高度精確的溝槽。濕式蝕刻也可在晶片極上實(shí)施，從而在單個(gè)同時(shí)操作中限定基底中的所有的溝槽和刻面。在一個(gè)實(shí)施例中，在該操作中甚至限定了單個(gè)內(nèi)插件的側(cè)面。適當(dāng)?shù)木w材料的一個(gè)示例是硅。
[0020]在一個(gè)實(shí)施例中，溝槽的平行側(cè)壁104將光線導(dǎo)管保持在位。雖然這里示出了單光纖應(yīng)用，但是應(yīng)當(dāng)意識(shí)到本發(fā)明并不限于單光纖應(yīng)用，并且可被用于光纖陣列、帶狀光學(xué)和平面波導(dǎo)。另外，在一個(gè)實(shí)施例中，基底限定多個(gè)溝槽。雖然非必須，但是在該實(shí)施例中，溝槽優(yōu)選地為平行的。其中，平行的溝槽有助于共同的第一刻面(下文中描述)。
[0021]側(cè)壁可以是傳統(tǒng)V形溝槽的壁，或者側(cè)壁可垂直于頂部平坦表面從而形成更像是U形溝槽。濕式或干式蝕刻或機(jī)加工可被用于形成溝槽，雖然濕式蝕刻通常是優(yōu)選的(盡管不是必須的)，因?yàn)闈袷轿g刻有利于可制造性，如上文中所述。
[0022]本發(fā)明的一個(gè)重要方面是在終端103處的第一刻面105。在一個(gè)實(shí)施例中，由于濕式蝕刻的原因，第一刻面105處于由基底的晶面而決定的角度α。例如，在硅基底中，傳統(tǒng)的濕式蝕刻將形成具有坡度為54.7°的壁的V形溝槽，如上文所述并且如圖1所示。除了低成本，大產(chǎn)量可制造性之外，濕式蝕刻相比于