联合微机械和光学器件阵列制造技术

一个单元（６００）由电子集成电路（６０４）、ＭＥＭＳ装置（６０８）以及有源光学装置（６０２）组成，该有源光学装置与电子集成电路电耦合并位于电子集成电路和ＭＥＭＳ之间。将ＭＥＭＳ装置电耦合到电子集成电路并定位，根据在电子集成电路控制下的ＭＥＭＳ装置中的元件相对于有源光学器件的位置影响光的状态。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微机械，且尤其涉及与如激光器或光电探测器等的光学器件联合使用的微机械。相关申请的交互引用本专利技术根据美国专利法119(e)(1)要求对2002年3月19日提交的美国临时专利申请序号为60/366,040的优先权。
技术介绍
微型电子机械设备(MEMS)由微小的用电驱动很小结构的″微机械″组成。在光学领域，MEMS被极其广泛地用于进行制造使用一系列微反射镜来控制从一个光纤到另一个光纤的光线的光学交叉连接器的尝试。图1和图2显示了一个现有技术的MEMS光学交叉连接器100。一组光纤102、104、106、108以成直线的方式排列，这样离开其中一个光纤108的光线将穿过气隙110并进入与第一个光纤108排成一直线的另一个光纤104。同样，从不同的光纤106离开的光线将进入与其排成一直线的不同的光纤102。还设置一个可移进和移出气隙110的MEMS微镜片112。微镜片112进出气隙110的移动将影响离开一个光纤进入气隙110的光线将射向何处，且这样就可以用于依靠微镜片112的位置来控制离开一个光纤的光线进入不同的光纤。例如，当微镜片112不在气隙110中时，即，在图1所示的位置上时，光线直线穿越气隙110。然而，当微镜片112移入气隙110中时，如图2所示，光线将被控制射向相邻的光纤。换句话说，当微镜片112在图1所示的位置时，离开其中一个光纤106的光线将越过它直接进入光纤102。反之，微镜片112在图2所示的位置时，离开同一个光纤106的光线将被控制射向不同的光纤104。但是目前，即便这种微机械光学交叉连接器仍然存在，它们的使用也是有限的，而且它们只是被配置成孤立的元件。这样，技术上就需要可以更简单地与有源光学器件相结合使用的更加多功能的MEMS装置。
技术实现思路
我们提出了多种MEMS装置及其配置，这些MEMS装置及其配置能以这样的方式将电子有源光学器件和以微机械为基础的无源光学器件微机械结合在一起，使MEMS装置及其配置功能更齐全并与有源光学装置更紧密的耦合。本文描述的优点及特征是可从典型的实施例中获得的众多优点和特征中的一部分，并且只被提出用于帮助理解本专利技术。应该理解它们不应被认为如权利要求所限定的那样是对本专利技术的限制，或对于权利要求的等效物的限制。例如，这些优点中的一些优点相互对立，因为它们不能同时在一个实施例中出现。同样，一些优点可应用在本专利技术的一个方面，却不能应用在其他方面。这样，特征和优点的概括不应该被认为在确定等价中是决定性的。本专利技术的其他特征和优点将在下面的说明中，以及通过附图以及权利要求而更加明显。附图说明图1是在一个位置上具有其镜片的现有技术的一种MEMS光学交叉连接器；图2是在另一个位置上具有其镜片的现有技术的一种MEMS光学交叉连接器；图3是根据本专利技术的原理的一个变型单元的简化的典型实例；图4A显示了一个来自图3实例的在中立位置上的单独装置；图4B显示了沿y轴移动后的图4A的透镜；图4C是透镜沿x轴移动后的图4A的装置；图5是一个适合于与本专利技术的各种实施相关联使用的倾斜的MEMS微镜片；图6是根据本专利技术的原理的另一个变型单元的简化的典型实例；图7A显示了一个来自图6实例的在一个微镜片608位置上的装置；图7B显示了绕其轴枢轴旋转到一个位置后的图7A的微镜片608；图7C是微镜片608绕其轴旋转到另一个位置后的图7A的装置；图8A是根据本专利技术的原理与单个有源装置一起使用的一种无源装置的另一个实例；图8B显示在一个位置上的图8A的装置； 图8C显示在另一个位置上的图8A的装置；图9A是根据本专利技术的原理用于与单个有源装置一起使用的一种无源装置的另一个实例；图9B显示在一个位置上的图9A的装置；图9C显示在另一个位置上的图9A的装置；图10以简化的概观显示制作根据本专利技术的阵列的过程；图11是实施本专利技术的原理的以平面可移动透镜为基础的单元的剖面侧视图；图12显示MEMS透镜与IC1104形成一体后的图11的最终单元；图13是同样可以与图11的有源光学器件和IC形成一体的绕枢轴旋转的MEMS微反射镜的剖面侧视图；图14显示MEMS微反射镜与IC形成一体后的图13的最终单元；图15显示根据本专利技术的原理可以与有源光学器件形成一体的MEMS装置的又一个实例；以及图16显示根据本专利技术的原理可以与有源光学器件形成一体的MEMS装置的又一个实例。具体实施例方式本专利技术涉及在形成一体的光子学装置(激光器、检测器、和/或调节器)阵列的顶部上的阵列微机械(可移动透镜和反射镜)的集成，光子学装置本身通常在顶部与电子芯片紧密地形成一体。有两种主要的光学器件的分类有源的和无源的。有源光学器件是通过使用外部电源和材料来改变光状态的装置。有源光学装置的实例是激光器、检测器和调节器。无源光学装置是没有外部能量来改变光状态，而是使用光和装置自身的材料的相互作用来影响光状态的改变的装置。无源光学器件的实例是透镜、反射镜和波导管。虽然无源光学器件不使用能量来改变光状态，但通过移动相关的无源光学元件，可以改变光与其相互作用的方式。例如，如果通过倾斜移动反射镜，那么光与反射镜相互作用产生的效果将是不同的，因为它可以在不同角度被反射。如果反射镜是可变形的，将反射镜从平整的平面变换成曲面可以引起光与反射镜相互作用的方式的改变。同样，光与特定透镜的相互作用也将是不同的，这依赖于光照射到透镜上的位置。结果，通过制造在其中无源装置可移动的无源光学MEMS装置，并将这些装置与有源光学器件紧密形成一体，可以获得高度多功能且有益的结果。根据本专利技术，取决于具体的实施，可以使无源光学装置这样移动在基本上垂直于有源光学器件发射出/接收到光的方向的平面上移动，以相对于有源光学装置发射出/接收到光的方向倾斜的方式移动，沿有源光学装置发射出/接收到光的方向移动，或它们的一些组合。图3是根据本专利技术的原理的一个变型单元300的简化的典型实例。在该实例中，单元300由多个有源光学装置302组成，在本案例中这些有源光学器件为激光器，激光器与电子集成电路(IC)芯片304形成一体而形成光电子芯片。一个透镜308阵列位于有源光学装置302的上面。每个透镜308可单独移动，在本案例中为在x-y平面上(即基本上垂直于激光器发射方向的平面)移动。通过沿x轴、y轴或两个轴移动透镜，来自激光器的光束可以被″控制″。这可使来自一个单独激光器的光耦合到两个或更多不同的光纤上。图4A显示了一个来自图3实例的在中立位置上的单独装置；在该位置上，发射出的光线沿z轴前进。图4B显示了沿y轴移动到一个位置后的图4A的透镜，这样激光器发射出的光沿y-z平面被控制。图4C是透镜沿x轴移动到一个位置后的图4A的装置，这样激光器发射出的光沿x-z平面被控制。当然，通过使用x和y两个方向上的移动组合，可以控制光束朝向图4B和图4C方向之间的不同的位置。同样，负x和负y方向上的移动将产生类似的结果。图5是一个适合于与本专利技术的各种实施相关联使用的倾斜MEMS微镜片500；该微镜片500在微镜片500的对角上有两个销502(尽管矩形、椭圆形、圆形等可以被用于不同的实施，在本实例中微反射镜形状为正方形)。微镜片500的一个部分504含有电荷(或者磁荷)以便例如来自一个充电的或静电充电板，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单元，其特征在于，包括：电子集成电路；ＭＥＭＳ装置；以及有源光学器件，该有源光学器件电耦合到电子集成电路并位于电子集成电路和ＭＥＭＳ装置之间；将ＭＥＭＳ装置电耦合到电子集成电路并相对于有源光学器件定位，根 据在电子集成电路控制下的ＭＥＭＳ装置中的元件的位置影响光的状态。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：约翰特雷泽，
申请(专利权)人：美莎诺普有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]