制造垂直光耦合结构的过程制造技术

本发明专利技术涉及用于制造在第一光学或光电元件(2)和第二光学或光电元件(3)之间的垂直光耦合结构(1)的方法。所述垂直耦合结构(1)通过以下步骤生成：步骤(i)，将主层(A)沉积到包括第二光学或光电元件的基板(25)上，和步骤(ii)，对所述主层刻蚀和/或物理化学蚀刻。生成定位为面对和接触位于所述基板中的第二光学元件的每个垂直光耦合结构。单片主层包括基本上截锥形状的耦合部件(12)，所述耦合部件由具有比空气的折射率大的折射率的材料组成。所述耦合部件每个都具有用于接触第一光学或光电元件的发射或接收表面(21)的第一横向端表面(121)，以及接触第二光学或光电元件的发射或接收表面(31)的第二横向端表面(122)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在光学或光电元件之间的光耦合结构的领域。本专利技术特别地应用于共同地和无源地将光纤矩阵连接到具有垂直面照明的小尺寸的快速光电探测器的矩阵，或连接到具有通过表面发射的垂直空腔(即，垂直腔面发射激光器或VCSEL)的小尺寸的快速激光二极管的矩阵。
技术介绍
耦合装置已知用于在发射光纤束和另一接收光纤束之间传输光信号，或有源或无源的一个或多个光学或光电元件，诸如连接器、发光或激光二极管等。为了减少在输入或输出光纤时由于光学错位、背向反射或其他光学几何效应的信号损失，耦合装置必须提供光纤轴线的精确对准并避免在光纤的芯体和外部介质之间的折光率的不连续性。光纤和VCSEL(垂直腔面发射激光器)的耦合对于单模光纤通常需要对准到最近的微米以及对于多模光纤通常需要对准到最近的几微米。此外，出于明显的实际原因必须尽可能多地减少耦合装置的体积，以遵守光电装置的不断小型化的要求。存在用于使用两个定位机构对准光纤和激光发射器的已知有源技术。激光发射器生成被有源地定向到光纤内的光束，光纤也被有源地定向。这两个定向机构具有使激光和光纤对准以获得最大输出的功能。当获得对准时，光纤通过焊接或粘合附接到激光发射器。该有源对准技术导致所获得元件的高成本。此外，例如具有球透镜的现有技术耦合系统引起了在三个部件中对准的问题，即发射元件、接收元件和镜头本身。然后是与六个自由度的对准。也提出了无源对准技术。例如，T.Ouchi的文献“使用在厚光刻胶中图案化的引导孔使VCSEL直接耦合到塑料光纤(DirectCouplingofVCSELstoPlasticOpticalFibersUsingGuideHolesPatternedinaThickPhotoresist)”描述了一种使通过背面发射的VCSEL和光纤耦合的过程，所述过程包括在该VCSEL的基板中形成引导孔。在承载该装置的基板中钻出引导孔并且光纤滑入到这些孔内。引导孔能够逐渐变细以改进光纤的引导。然而，尽管该技术引导光纤，但它仅通过直接接触提供光耦合，所谓的“对接耦合”。其同样也不聚焦光束并且不允许小尺寸或从光纤发散的VCSEL或VCSEL有效地耦合到其芯体具有减小尺寸的一个光纤，诸如单模光纤，或有效地耦合到具有比其更小尺寸的光电探测器的光纤。文献[GB1409793，EP1722258，US20080123198，WO2011/002508A2]关于由彼此附接的机械部件组成的光耦合结构。这些文献提出了在激光器具有大尺寸的状况下，(例如往往大于50μm的尺寸)的光电探测器和激光器的无源耦合。对于文献[GB1409793，EP1722258，US20080123198]，这涉及生成光纤与单个发射器或接收器装置的耦合，对于专利[WO2011/002508A2]，甚至涉及生成光纤与以量化、有限的数目(1、2、4，通常小于16)的一组光发射器或接收器装置的耦合。所有上述文件均未提出一种共同的解决方案，其允许生成用于使光纤的矩阵N耦合到光学装置、源或探测器的矩阵N的结构。因此需要一种简单的耦合装置，其能够共同地生成，很容易适应很小厚度，并且能够聚焦光束和改进耦合度，而不需要有源对准。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是可以以简单和廉价的方式(即共同地和无源地)使两个光学和光电元件耦合，诸如VCSEL激光和光纤。在本专利技术的背景下实现了这一目的，由于在两个光学或光电元件之间的垂直光耦合结构，所述耦合结构的特征在于，它包括整体截锥形状的耦合部件，所述耦合部件由具有比环境介质(通常空气)的折射率大的折射率的材料组成，所述耦合部件具有用于接触第一光学或光电元件的发射或接收表面的第一横向表面以及用于接触第二光学或光电元件的发射或接收表面的第二横向表面。本专利技术能够耦合光纤，特别地单模或多模光纤。假定用单模光纤的耦合所获得的低输出，本专利技术对于这类光纤特别地适用和有利。通过单独地或以其技术上可能组合的任一种采取的以下特征有利地完成本专利技术：—所述耦合部件的材料具有在1.2和4.2之间的折射率；—所述耦合部件的材料具有在所述两个光学或光电元件的发射或接收表面的折射率之间的折射率；—所述耦合部件的材料是聚合物；—所述耦合部件的材料是光敏树脂；—所述耦合部件的材料由SU-8、苯并环丁烯、聚对二甲苯、聚甲基丙烯酸乙酯或硅制成；—所述垂直光耦合结构进一步包括支撑部件，该支撑部件适用于承载在接收所述光学元件中的一个的基板上，从而相对于所述光学元件的发射或接收表面将所述耦合部件保持在耦合位置；—所述支撑部件包括适用于承载在基板上的框架，以及将所述耦合部件连接到所述框架并从所述耦合部件径向地延伸的悬臂；—所述悬臂具有三角形截面，该三角形的一个顶点被定向在所述耦合部件的截锥面的一侧上；—所述支撑部件进一步包括用于保持光纤的结构，所述结构在其中心具有适用于接收所述光纤的一端的筒形壳体；—所述垂直光耦合结构进一步包括在所述光纤保持结构和所述支撑之间的分离层；—所述耦合部件为具有圆形或矩形截面的截锥形状。—在接收待耦合的光学和光电元件的矩阵的所述基板上共同制造的单一步骤中，所述耦合部件及其支撑部件作为矩阵生成。本专利技术涉及一种用于制造如上所述的垂直光耦合结构的方法，例如通过对接收所述光学元件中的一个的基板进行刻蚀、光刻蚀和/或物理化学蚀刻而制造。这因此生成了共同和无源的耦合。换句话说，本专利技术涉及一种用于制造在第一光学或光电元件和第二光学或光电元件之间的垂直光耦合结构的方法，能够生成被称为矩阵的一体的共用耦合装置，所述垂直耦合结构通过以下步骤生成：—在步骤(i)中通过将主层沉积或传输到包括第二光学或光电元件的基板上，—在步骤(ii)中通过对所述主层刻蚀和/或物理化学蚀刻，生成定位为面对和接触位于所述基板中的第二光学元件的每个垂直光耦合结构，所述单片主层包括整体截锥形状的耦合部件，所述耦合部件由具有比空气的折射率大的折射率的材料组成；所述耦合部件每个都具有用于接触第一光学或光电元件的发射或接收表面的第一横向端表面，以及接触第二光学或光电元件的发射或接收表面的第二横向表面。术语“主层”被理解为一种诸如树脂的能够变形的层，或诸如硅片的固体层，其被传输到所述基板上并被蚀刻。这一主层沉积在整个基板上，并且不被容纳在任一种的任何模具中。术语“沉积”同样地涉及将可延展层沉积到所述基板上并且将安装例如由硅制成的固体晶片设备的等效物传输到所述基板上。由光刻蚀进行所述主层的刻蚀和/或物理化学蚀刻的步骤。所述主层的刻蚀和/或物理化学蚀刻的步骤对于每个垂直光耦合结构能够生成支撑部件，所述支撑部件配备有适用于承载在所述基板上的悬置框架，以及将所述耦合部件连接到所述框架的悬臂。第二层B沉积到所述主层上，该第二层可以通过刻蚀和/或物理化学蚀刻生成用于在筒形壳体中接收第一光学或光电元件的保持结构。所述主层是光敏树脂或非光敏树脂。所述主层由硅制成。压印光刻蚀和/或纳米压印光刻蚀技术用于生成所述垂直耦合结构。所述主层由反应离子蚀刻和/或深反应离子蚀刻技术加工。在所述壳体上挖空所述基板以将各种第二光学或光电元件与所述基板的上表面齐平地布置在这些壳体中；所述第二光学或光电元件(3)通过金属迹线彼此连接。所述第一和第二光学或光电元件具有小于20μm的尺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造在第一光学或光电元件(2)和第二光学或光电元件(3)之间的垂直光耦合结构(1)的方法，能够生成一体的共用耦合装置，所述垂直耦合结构(1)通过以下步骤生成：—在步骤(i)中通过将主层(A)沉积到包括第二光学或光电元件(3)的基板(35)上，—在步骤(ii)中对所述主层进行刻蚀和/或物理化学蚀刻，生成定位为面对和接触位于所述基板(35)中的第二光学元件(3)的每个垂直光耦合结构(1)，在实施步骤(ii)后，所述单片主层包括整体截锥形状的耦合部件(12)，所述耦合部件由具有比空气的折射率大的折射率的材料组成；所述耦合部件(12)每个都具有设计为接触第一光学或光电元件(2)的发射或接收表面(21)的第一横向端表面(121)，以及接触第二光学或光电元件(3)的发射或接收表面(31)的第二横向端表面(122)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.07 FR 14509621.一种制造在第一光学或光电元件(2)和第二光学或光电元件(3)之间的垂直光耦合结构(1)的方法，能够生成一体的共用耦合装置，所述垂直耦合结构(1)通过以下步骤生成：—在步骤(i)中通过将主层(A)沉积到包括第二光学或光电元件(3)的基板(35)上，—在步骤(ii)中对所述主层进行刻蚀和/或物理化学蚀刻，生成定位为面对和接触位于所述基板(35)中的第二光学元件(3)的每个垂直光耦合结构(1)，在实施步骤(ii)后，所述单片主层包括整体截锥形状的耦合部件(12)，所述耦合部件由具有比空气的折射率大的折射率的材料组成；所述耦合部件(12)每个都具有设计为接触第一光学或光电元件(2)的发射或接收表面(21)的第一横向端表面(121)，以及接触第二光学或光电元件(3)的发射或接收表面(31)的第二横向端表面(122)。2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，通过光刻蚀完成所述步骤(ii)。3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(ii)导致获得了用于每个垂直光耦合结构(1)的支撑部件(15)，所述支撑部件配备有适用于承载在所述基板(35)上的悬置框架(151)，以及将所述耦合部件(12)连接到所述框架(151)的悬臂(152)。4.根据权利要求1到3之一所述的制造方法，其特征在于，在步骤(iii)中，第二层(B)沉积到所述主层(A)上，该第二层(B)能够在步骤(vi)中通过刻蚀和/或物理化学蚀刻生成设计为在筒形壳体(17)中接收第一光学或光电元件(2)的保持结构(18)。5.根据权利要求1到4之一所述的制造方法，其特征在于，所述主层为光敏树脂或非光敏树脂。6.根据权利要求1到4之一所述的制造方法，其特征在于，所述主层由硅制成。7.根据权利要求4或5所述的制造方法，其特征在于，压印光刻蚀和/或纳米压印光刻蚀技术用于生成所述垂直耦合结构(1)。8.根据权利要求1到6之一所述的制造方法，其特征在于，所述主层由反应离子蚀刻和/或深反应离子蚀刻技术加工。9.根据权利要求1到8之一所述的制造方法，其特征在于，在所述壳体处挖空所述基板以将各种第二光学或光电元件(3)与所述基板的上表面齐平地布置在这些壳体中；所述第二光学或光电元件(3)通过金属迹线彼此连接。10.根据权利要求1到9之一所述的制造方法，其特征在于，所述第一和第二光学或光电元件(2、3)具有小于20μm的尺寸。11.通过由权利要求1到10之一所限定的方法获得在两个光学或光电元件(2、3)之间的垂直光耦合结构(1)。12.根据权利要求11所述的垂直光耦合结构(1)，其中，所述耦合部件(12)的材料具有在1.2和4.2之间的折射率。13.根据权利要求11或12所...

【专利技术属性】
技术研发人员：珍吕克·波莱克斯，卡洛斯·阿罗约维亚纳，
申请(专利权)人：法国国立工艺学院，巴黎商会与工业区巴黎高等电子与电工技术工程师学校，
类型：发明
国别省市：法国;FR