使波导与元件耦合的方法和装置制造方法及图纸

用于无线电通讯的光学元件必须在生产和安装上具有高度的准确性，这是因为，在安装时对元件（如光学芯片）必须同时从光学、电学、机械学和热学的角度进行联接。为了在使用表面发射或表面探测元件时获得直角的几何条件，并减小光程和获得光纤的准确定位，在光导芯（１６）和光学芯片的活性表面（１０）之间安置了一个斜度为４５°的反射面，并且通过削切光纤（１９）并把光纤安装到一个Ｖ型凹槽中以及借助平展的覆盖装置（２０）将光纤固定凹槽内，使光导芯被放置在离反射面更近的地方。上述解决办法一般涉及几何性质的问题，但与早期已知的技术相比，对于所谓的光学显微结构中元件的安装来说，在空间要求、信号传输性能以及生产成本上却能提供许多好处。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使波导与光发射或光探测元件耦合的方法和装置，例如使光纤与光学芯片耦合。现有技术的描述用于无线电通讯的光学元件价格昂贵。生产一种光学元件的成本中有相当一部分可归因于建立在光学芯片(光发射或光探测元件)与光纤(波导)之间的耦合。在“元件对准”的标准上设有相当高的机械要求，这方面所要求的精度在1/1000mm的数量级。改进的安装方法和元件由特殊合金制成的高精度机械结构要满足这种要求，必然会影响成本。用小型硅片做微机械衬底载体可简化生产。硅具有许多优点，这些优点对于生产作为对准用的微机械结构具有独特的可能性。对载体可以采取并联加工方式，以此可以在一块硅片上得到多个“载体芯片”，这可以导致低的生产成本。硅还具有高效的电性能和热性能，这在实现光学芯片的功能安装上是必需的。最后，对于如电极刻板和电学耦合等的硅工艺也有着丰富的经验。为了解决光学芯片波导对准的问题，在使用合适的几何结构方面已提出了大量的思想和建议。这些思想和建议中有许多利用硅中的所谓V型凹槽把光纤定位在要求的位置上。非均匀腐蚀能提供相当好的V型凹槽的尺度控制，其中V形各壁所对的角由硅中的晶面限定。对于硅，获得一个正好具有α=arcsin2/3≅54.7]]>的壁角是可能的，此处指的是与法向矢量有关的晶轴。这个角也可以在凹槽末端获得。通过对凹槽末端进行金属化，可以使来自V型凹槽内光纤中的光向上反射到光探测器上。相反地，来自光发射元件的光也可以被导入到光纤中。安装光学芯片本身就是一门艺术，因为需要同时从光学、电学、机械学以及热学的角度对芯片进行联接。可以用几种方法来实现对准。最常用的一种方法是借助焊料的自对准，借助机械反压或支撑表面的被动对准，或采用楔入或放置的方法。第一种方法利用的是金属焊料中表现出来的表面张力。借助光学芯片和载体上两个界限分明、相互邻近且可浸润焊料的表面，熔融润焊料中的表面张力可以把光学芯片带到载体上所要求的位置。随着温度的降低，焊料固化并把光学芯片固定在其正确的位置上。第二种方法的原理是，借助载体上的微机械反压或各支撑表面把光学芯片定位在要求的位置上。这些表面的生成来源是，把二氧化硅淀积在载体上，然后对其进行刻板以形成一个安装光学芯片的角落。对角落相对于波导的位置和与其几何外形有关的光学芯片的活性表面进行良好地控制能获得另人满意的对准。后面的这种方法在载体和光学芯片上使用了对准标记。这些对准标记能使元件以相当高的准确度定向在同一个坐标系中。为了对元件进行后面的装配，要求有一个高级的机械处理，此处理过程能使元件在同一坐标系中以预定的方式运动。三种方法要求有微米范围内的安装准确度。在此文献中，对与这些方法有关的一些细节将不予讨论，但它们的存在是以下描述的思想适用性的前提条件。专利技术概要为了在使用表面发射或表面探测元件时获得直角几何条件，并减少光程和获得光纤的准确定位，在光导芯和光学芯片的活性表面之间设置了一个斜度为45°的反射面。通过对光纤进行削切，使光导芯离反射面更近，同时也使它适合安装在V型凹槽和平盖之间以获得光纤的准确定位。上面提到的解决办法基本上与几何性质有关，但与早期已知的技术相比，在空间、信号传输性能以及生产成本上却提供了很大好处，与通常所说的光学显微结构技术相似。附图简述附图说明图1A说明的是一个按照已知技术具有V型凹槽结构的光纤硅载体的俯视图。图1B说明的是一个按照已知技术置于凹槽内的光纤硅载体和光学芯片的俯视图。图1C是一个按照已知技术具有一个光导芯并被置于V型凹槽内的光纤的截面图。图1D是光纤和光学芯片按照图1B联接时的侧视图。图2A是一个按照本专利技术连接光纤时硅载体的侧视图，含有一个覆盖装置，一个凹槽和一个具有活性表面的光学芯片。图2B是一个按照本专利技术的D型光纤的截面图，D型光纤位于覆盖装置和凹槽之间。图2C是一个按照本专利技术光纤硅载体的俯视图，给出了一个覆盖装置，一个凹槽和一个光学芯片。优选实施方案的描述图1A-1D说明了按照早期已知技术光学芯片的耦合。载体材料2可以是硅，它具有V型凹槽3；见图1A。凹槽内放有一个光纤4，同时光学芯片1被放在光纤自由端的上方。见图1B。当从其截面图看时，置于V型凹槽3内的光纤4有一部分露在凹槽和载体材料之外；见图1C。如图1D所示，经载体材料上的镜子5反射之后，光的方向大约改变了110°。因此，为获得芯片/探测器1的准确定位，必须将这一事实考虑进去。而另一方面，这对于光发射元件是不够的。其原因是，例如，光纤的数值孔径(受光角)将不允许过于倾斜的入射角耦合到单模的光纤中。因此以45°镜为基础的直角几何条件较为理想。获得这种镜的方法是，用“斜着切开”的硅体取代“典型”的硅。在实际中，通常所说的这种芯片的获得方法是，把一个硅体倾斜着锯开，更确切地说是以9.7°的倾斜角锯开。如果做得非常准确，原先以54.7°倾斜的镜子将倾斜为45°(54.7-9.7)。另一个特点在图1D中也很明显，即光导芯6与活性探测表面之间的光波长相当长，这对于耦合效率具有不利的影响。造成这种情况的部分原因是，光纤的下部8与镜子的壁接触，造成光首先要被传送到镜面，另一部分原因是，为了到达探测器，光必须接着经过一段相当于光纤6半径长度的路程。通过减小距离的第一部分可以缩短光纤9与光学芯片11上活性表面10之间的距离，方法是将具有“垂直”壁14的载体材料13上的镜子12“切断”；见图2A。这利用锯开的方法很容易就能实现。也可以利用分离微电子芯片时使用的同样的技术将镜子12的下部完全切去，其中垂直壁14可以从凹槽的底部15开始，当接近光纤9上的光纤芯16下方时立即终止。光纤芯与镜子上的反射点17之间的距离可以限制在大约10微米。垂直壁14也可以作为光纤的一个支撑面并借此使光纤的安装变得更为方便。通过使用一个外直径比一般直径小的光纤可以减小距离的第二部分，即使直径小于125微米。由于还必须要能对光纤进行处理，所以外直径或尺度可以不小于60～80微米。这样，芯线16与活性表面11之间的整个波长将处在略长于70～90微米的范围内。为了进一步减小上述距离，光纤9已被削成通常所说的D型光纤的形式；见图2B。原则上，尽管具有D型截面，D型光纤仍是一个典型的单模光纤，其芯线16紧靠着最初圆形光纤的一个平面18。获得这种特殊光纤形状的方法是，在离芯线适当的距离处将构成最初光纤材料的雏形，即“玻璃棒”，沿着光纤的长度锯开。安装光纤时光纤仍保持着原先形状的性能。这样做可以使生产出的光纤其平直的一侧到芯线中心的距离很短，小于10微米。将D型光纤安装到V型凹槽9内，并使D型光纤平直的一侧18面朝上，通过这种方法可以使光纤到光学芯片的总距离保持在20微米以下。图1A-D中存在着一个不明显的问题，即当把光纤放到V型凹槽内时，在光纤与凹槽内壁保持接合上会遇到麻烦。光纤通常被粘接到V型凹槽内。而粘接剂有使光纤抬离其位置的趋势，这对于要求的安装精度会产生不利的影响。因此，在粘接过程中，用一个辅助装置来定位光纤较为理想。这样一种辅助装置可以具有覆盖装置或帽20的形式，被固定在载体材料(如硅载体材料13)的上方，结果V型凹槽19和覆盖装置20共同形成了一个具有三角形毛细管21的空间，光纤恰好本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，用于使波导与光发射或光探测元件耦合，例如用于使光纤与光学芯片作短光程的耦合，其特点在于，在波导和元件之间安置了一个反射面，同时削切波导，以提供Ｄ型光纤，从而在波导与上述元件耦合时波导芯线将位于离元件活性表面相当近的地方。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：L贝克林，Y贝克伦德，H埃尔德斯蒂格，S林德格伦，O斯泰杰，
申请(专利权)人：艾利森电话股份有限公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]