DE102019115306A1 - Manufacturing method for an optical coupling element for use in a vehicle - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für ein, für eine Verwendung in einem Fahrzeug vorgesehenes, optisches Einkoppelelement, wobei das Einkoppelelement ausgestaltet ist zum Einkoppeln von Laserlicht aus zumindest einer Faser in zumindest einen Wellenleiter, wobei das Herstellungsverfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: Bereitstellen zumindest einer Faser, zumindest eines Wellenleiters und eines Trägersubstrats (100); Befestigen der zumindest einen Faser und des zumindest einen Wellenleiters auf einer Oberfläche des Trägersubstrats (200); Aufbringen eines Polymerzwischenstücks in den Zwischenraum auf der Oberfläche des Trägersubstrats (300); und Strukturieren, mittels eines Lasers, eines 3D-Wellenleiters in das Polymerzwischenstück (400).Auch betrifft die vorliegende Erfindung ein optisches Einkoppelelement hergestellt durch Schritte des Herstellungsverfahrens. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit dem Einkoppelelement. Zudem betrifft die Erfindung einen Laserscanner mit dem Einkoppelelement. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, Schritte des Herstellungsverfahrens auszuführen. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Datenträgersignal, das das Computerprogramm überträgt. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein computerlesbares Medium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, Schritte des Herstellungsverfahrens auszuführen.The present invention relates to a production method for an optical coupling-in element intended for use in a vehicle, the coupling-in element being designed to couple laser light from at least one fiber into at least one waveguide, the production method having the following process steps: providing at least one fiber, at least one waveguide and a carrier substrate (100); Attaching the at least one fiber and the at least one waveguide to a surface of the carrier substrate (200); Depositing a polymer spacer in the space on the surface of the carrier substrate (300); and structuring, by means of a laser, a 3D waveguide in the polymer intermediate piece (400). The present invention also relates to an optical coupling element produced by steps of the production method. The present invention also relates to a vehicle with the coupling element. The invention also relates to a laser scanner with the coupling element. Furthermore, the present invention relates to a computer program comprising instructions which, when the computer program is executed by a computer, cause the computer to execute steps of the manufacturing method. The present invention also relates to a data carrier signal which the computer program transmits. The present invention also relates to a computer-readable medium, comprising instructions which, when executed by a computer, cause the computer to carry out steps of the manufacturing method.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für ein, für eine Verwendung in einem Fahrzeug vorgesehenes, optisches Einkoppelelement, wobei das Einkoppelelement ausgestaltet ist zum Einkoppeln von Laserlicht aus zumindest einer Faser in zumindest einen Wellenleiter. Das Einkoppelelement kann beispielsweise zum Einkoppeln von Licht in einen Laserscanner verwendet werden, welcher im Fahrzeug zum Detektieren von Eigenschaften der Umgebung des Fahrzeugs verwendet wird.The present invention relates to a production method for an optical coupling-in element provided for use in a vehicle, the coupling-in element being designed to couple laser light from at least one fiber into at least one waveguide. The coupling element can be used, for example, to couple light into a laser scanner, which is used in the vehicle to detect properties of the surroundings of the vehicle.

Auch betrifft die vorliegende Erfindung ein optisches Einkoppelelement erzeugt durch Schritte des Herstellungsverfahrens.The present invention also relates to an optical coupling element produced by steps of the production method.

Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit dem optischen Einkoppelelement, sowie einen Laserscanner mit dem optischen Einkoppelelement.The present invention also relates to a vehicle with the optical coupling-in element and a laser scanner with the optical coupling-in element.

Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, Schritte des Herstellungsverfahrens auszuführen.Furthermore, the present invention relates to a computer program comprising instructions which, when the computer program is executed by a computer, cause the computer to execute steps of the manufacturing method.

Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Datenträgersignal, das das Computerprogramm überträgt.The present invention also relates to a data carrier signal which the computer program transmits.

Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein computerlesbares Medium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, Schritte des Herstellungsverfahrens auszuführen.The present invention also relates to a computer-readable medium, comprising instructions which, when executed by a computer, cause the computer to carry out steps of the manufacturing method.

In der DE 10 2016 118 539 A1 ist ein Taper als Einkoppelelement zum Einkoppeln von Laserlicht in einen Wellenleiter als Ablenkeinheit für einen Laserscanner offenbart. Das Einkoppelelement wird verwendet für ein System aus einer Abtasteinheit für eine optische Sendeeinrichtung einer optischen Detektionsvorrichtung. Die Abtasteinheit umfasst wenigstens eine Strahlbeeinflussungseinrichtung zur Ablenkung wenigstens eines in einen Einlass der Abtasteinheit eingestrahlten Lichtstrahls und wenigstens einen Koppler zum Einleiten des wenigstens einen Lichtstrahls in die wenigstens eine Strahlbeeinflussungseinrichtung. Der wenigstens eine Koppler weist wenigstens eine Strahlverjüngungseinrichtung zur Verjüngung eines Querschnitts des wenigstens einen Lichtstrahls auf oder besteht daraus.In the DE 10 2016 118 539 A1 discloses a taper as a coupling element for coupling laser light into a waveguide as a deflection unit for a laser scanner. The coupling element is used for a system comprising a scanning unit for an optical transmission device of an optical detection device. The scanning unit comprises at least one beam influencing device for deflecting at least one light beam radiated into an inlet of the scanning unit and at least one coupler for introducing the at least one light beam into the at least one beam influencing device. The at least one coupler has or consists of at least one beam tapering device for tapering a cross section of the at least one light beam.

Bei dem Taper als Einkoppelelement des Standes der Technik ist beim Einbringen des Tapers in das optische Gesamtsystem eine Ausrichtung von optischen Komponenten erforderlich, was den Herstellungsprozess erschwert.In the case of the taper as a coupling element of the prior art, when the taper is introduced into the overall optical system, optical components have to be aligned, which complicates the manufacturing process.

Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Herstellungsverfahren für ein optisches Einkoppelelement zur Verwendung in einem Fahrzeug, ein verbessertes optisches Einkoppelelement, ein Fahrzeug mit einem solchen, verbesserten Einkoppelelement, ein entsprechend verbessertes Computerprogramm, ein entsprechend verbessertes Datenträgersignal und ein entsprechend verbessertes computerlesbares Medium anzugeben. Insbesondere soll das Herstellungsverfahren für das optische Einkoppelelement zur Verwendung in dem Fahrzeug einfacher sein.Based on the above-mentioned prior art, the invention is based on the object of providing an improved manufacturing method for an optical coupling element for use in a vehicle, an improved optical coupling element, a vehicle with such an improved coupling element, a correspondingly improved computer program, a corresponding specify improved data carrier signal and a correspondingly improved computer-readable medium. In particular, the production method for the optical coupling element for use in the vehicle should be simpler.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved according to the invention by the features of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Erfindungsgemäß ist somit ein Herstellungsverfahren für ein, für eine Verwendung in einem Fahrzeug vorgesehenes, optisches Einkoppelelement angegeben, wobei das Einkoppelelement ausgestaltet ist zum Einkoppeln von Laserlicht aus zumindest einer Faser in zumindest einen Wellenleiter, wobei das Herstellungsverfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: Bereitstellen zumindest einer Faser, zumindest eines Wellenleiters und eines Trägersubstrats; Befestigen der zumindest einen Faser und des zumindest einen Wellenleiters auf einer Oberfläche des Trägersubstrats unter Bildung eines Zwischenraums zwischen zumindest einem Faserausgang der zumindest einen Faser und zumindest einem Wellenleiter-Eingang des zumindest einen Wellenleiters; Aufbringen eines Polymerzwischenstücks in den Zwischenraum auf der Oberfläche des Trägersubstrats derart, dass das Polymerzwischenstück in einem direkten Kontakt mit dem zumindest einen Faserausgang und dem zumindest einen Wellenleiter-Eingang ist; und Strukturieren, mittels eines Lasers, eines 3D-Wellenleiters in das Polymerzwischenstück, wobei sich der 3D-Wellenleiter von dem zumindest einen Faserausgang bis zu dem zumindest einen Wellenleiter-Eingang erstreckt und den zumindest einen Faserausgang mit dem zumindest einen Wellenleiter-Eingang verbindet.According to the invention, a production method for an optical coupling-in element intended for use in a vehicle is thus specified, the coupling-in element being designed to couple laser light from at least one fiber into at least one waveguide, the production method comprising the following method steps: providing at least one fiber, at least one waveguide and a carrier substrate; Fixing the at least one fiber and the at least one waveguide on a surface of the carrier substrate with the formation of a gap between at least one fiber output of the at least one fiber and at least one waveguide input of the at least one waveguide; Applying a polymer spacer into the space on the surface of the carrier substrate such that the polymer spacer is in direct contact with the at least one fiber output and the at least one waveguide input; and structuring, by means of a laser, a 3D waveguide in the polymer intermediate piece, the 3D waveguide extending from the at least one fiber output to the at least one waveguide input and connecting the at least one fiber output to the at least one waveguide input.

Erfindungsgemäß ist außerdem ein optisches Einkoppelelement, z. B. für einen Laserscanner, in einem Fahrzeug, aufweisend Eigenschaften erzeugt durch zuvor beschriebene oder nachfolgend als vorteilhaft genannte Herstellungsverfahrensschritte, angegeben.According to the invention is also an optical coupling element, for. B. for a laser scanner, in a vehicle, having properties generated by manufacturing method steps described above or mentioned below as advantageous.

Weiter ist erfindungsgemäß ein Fahrzeug mit dem optischen Einkoppelelement angegeben. Vorzugsweise ist das Fahrzeug ein Ego-Fahrzeug eines Fahrers.A vehicle with the optical coupling element is also specified according to the invention. The vehicle is preferably a driver's ego vehicle.

Zudem ist erfindungsgemäß ein Laserscanner mit dem optischen Einkoppelelement angegeben.In addition, a laser scanner with the optical coupling element is specified according to the invention.

Weiter ist erfindungsgemäß ein Computerprogramm angegeben, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, Schritte des Herstellungsverfahrens auszuführen. Ein Computerprogramm ist eine Sammlung von Anweisungen zum Ausführen einer bestimmten Aufgabe, die dafür konzipiert ist, eine bestimmte Klasse von Problemen zu lösen. Die Anweisungen eines Programms sind dafür konzipiert, durch einen Computer ausgeführt zu werden, wobei es erforderlich ist, dass ein Computer Programme ausführen kann, damit es funktioniert.Furthermore, according to the invention, a computer program is specified, comprising commands which, when the computer program is executed by a computer, cause the computer to carry out steps of the manufacturing method. A computer program is a collection of instructions for performing a particular task, designed to solve a particular class of problems. A program's instructions are designed to be carried out by a computer and it requires a computer to be able to run programs in order for it to function.

Weiter ist erfindungsgemäß ein Datenträgersignal angegeben, das das Computerprogramm überträgt.According to the invention, a data carrier signal is also specified, which the computer program transmits.

Weiter ist erfindungsgemäß ein computerlesbares Medium angegeben, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, Schritte des Herstellungsverfahrens auszuführen.Furthermore, according to the invention, a computer-readable medium is specified, comprising instructions which, when executed by a computer, cause the computer to execute steps of the manufacturing method.

Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es also, ein Einkoppelelement zum Einkoppeln von Laserlicht in einen Wellenleiter, z. B. als Ablenkeinheit für einen Laserscanner, herzustellen. Hierbei wird insbesondere Laserlicht aus einer Faser mittels des Einkoppelelements in den Wellenleiter eingekoppelt. Bei dem Verfahren werden Faser und Wellenleiter auf einem gemeinsamen Trägersubstrat angeordnet. Zwischen Faser und Wellenleiter wird ein entsprechendes Polymer auf dem Trägersubstrat aufgetragen, wobei das Polymer in direktem Kontakt mit dem Faserausgang und dem Wellenleiter-Eingang ist. Anschließend wird mittels eines Lasers der 3D-Wellenleiter in das Polymer geschrieben.The basic idea of the present invention is therefore to provide a coupling element for coupling laser light into a waveguide, e.g. B. as a deflection unit for a laser scanner. In particular, laser light from a fiber is coupled into the waveguide by means of the coupling element. In the process, fibers and waveguides are arranged on a common carrier substrate. A corresponding polymer is applied to the carrier substrate between the fiber and the waveguide, the polymer being in direct contact with the fiber outlet and the waveguide inlet. The 3D waveguide is then written into the polymer using a laser.

3D-Wellenleiter sind in einem, z. B. bei einer Wellenlänge in einem Bereich von 750 nm bis 850nm, transparenten Material eingebrachte Strukturen, welche durch eine lokale Erhitzung und eine damit einhergehende, lokale Veränderung des Brechungsindexes in dem transparenten Material erzeugt werden. Beispielsweise können 3D-Wellenleiter durch Fokussierung von in Femtosekunden gepulster Laserstrahlung in ein Volumen der transparenten Materialien eingebracht werden. Hierbei wird die Energie der Laserstrahlung durch nichtlineare Prozesse in einem kleinen Volumen innerhalb des Strahlfokus absorbiert. Dadurch wird ein auf eine Größenordnung von einigen Kubikmikrometern begrenztes Volumen des transparenten Materials kurzzeitig stark erhitzt und das Material wird lokal aufgeschmolzen. Nach dem Erstarren kann ein Bereich mit einem, gegenüber dem umgebenden Material, erhöhtem Brechungsindex resultieren. Wird der Fokus der Laserstrahlung im Volumen des transparenten Materials bewegt, so werden dreidimensionale Strukturen mit dem erhöhten Brechungsindex erzeugt, welche als Lichtleiter wirken. Diese Lichtleiter sind 3D-Wellenleiter.3D waveguides are in one, e.g. B. at a wavelength in a range from 750 nm to 850 nm, transparent material introduced structures which are generated by local heating and an associated local change in the refractive index in the transparent material. For example, 3D waveguides can be introduced into a volume of the transparent materials by focusing laser radiation that is pulsed in femtoseconds. The energy of the laser radiation is absorbed by non-linear processes in a small volume within the beam focus. As a result, a volume of the transparent material limited to an order of magnitude of a few cubic micrometers is briefly heated strongly and the material is melted locally. After solidification, an area with a higher refractive index than the surrounding material can result. If the focus of the laser radiation is moved in the volume of the transparent material, three-dimensional structures with the increased refractive index are generated, which act as light guides. These light guides are 3D waveguides.

Bei dem 3D-Wellenleiter handelt es sich beispielsweise um einen monomodalen Wellenleiter aus Polymer, d. h. einen Singlemode-Polymerwellenleiter. Um einen Singlemode-Polymerwellenleiter mit ausreichendem Brechungsindexkontrast herstellen zu können, wird beispielsweise ein Polymer der nachgehend beschriebenen Art durch ein dreidimensionales direktes Laserschreiben (DLW) lokal gehärtet und anschließend ein Gastmonomer mit niedrigerem Index in eine ungehärtete Photopolymermatrix diffundiert. Für das zuvor beschriebene Fertigungskonzept wird z. B. ein Photopolymer auf Epoxidbasis verwendet. Seine Hauptkomponente ist ein Oligomer auf Basis eines Bisphenol-A Diglycidylethers. Neben einem Fotoinitiator enthält das Photopolymer auch ein γ-Butyrolacton (GBL)-Lösungsmittel, das die Bildung fehlerfreier Schichten bei einem gleichförmigen Verteilen des Polymerfilms auf dem Trägersubstrat, z. B. durch Spin-Coating, ermöglicht. Der Polymerfilm ist bei 780 nm hochtransparent, aber empfindlich gegenüber 365 nm Licht. Die UV-Härtung bei 365 nm Wellenlänge senkt den Brechungsindex des ungehärteten Films um 0,003. Um einen ausreichenden Indexkontrast für Lichtwellenleiter zu erhalten, wird eine externe Diffusion eines aliphatischen Gastmonomers verwendet, was zu einem Abfall des Brechungsindex um 0,016 führt. Diese Reduktion ist auf den niedrigeren Index des Gastmonomers (z. B. in einem Wertebereich von 1.45) im Vergleich zum Trägeroligomer (z. B. in einem Wertbereich von 1.59) zurückzuführen. Weiterhin verändert sich der Index des ausgehärteten Films nach dem Diffusionsprozess des Gastmonomers kaum. Mit anderen Worten, das gasförmige Monomer diffundiert kaum in den polymerisierten, vernetzten Film. Das Konzept dieses Unterschieds in der Indexkontrastgenerierung im ungehärteten und ausgehärteten Film ist eine beispielhafte Möglichkeit für die Herstellung von 3D vergrabenen Wellenleitern mittels Mehrfachphotonenlithographie, auch Multiphotonenlithographie genannt.The 3D waveguide is, for example, a monomodal waveguide made of polymer, i. H. a singlemode polymer waveguide. In order to be able to produce a singlemode polymer waveguide with sufficient refractive index contrast, for example a polymer of the type described below is locally hardened by three-dimensional direct laser writing (DLW) and then a guest monomer with a lower index is diffused into an uncured photopolymer matrix. For the manufacturing concept described above, z. B. used an epoxy-based photopolymer. Its main component is an oligomer based on a bisphenol-A diglycidyl ether. In addition to a photoinitiator, the photopolymer also contains a γ-butyrolactone (GBL) solvent, which enables the formation of defect-free layers with a uniform distribution of the polymer film on the carrier substrate, e.g. B. by spin coating, made possible. The polymer film is highly transparent at 780 nm, but sensitive to 365 nm light. UV curing at 365 nm wavelength lowers the refractive index of the uncured film by 0.003. In order to obtain sufficient index contrast for optical waveguides, external diffusion of an aliphatic guest monomer is used, which leads to a drop in the refractive index of 0.016. This reduction is due to the lower index of the guest monomer (e.g. in a value range of 1.45) compared to the carrier oligomer (e.g. in a value range of 1.59). Furthermore, the index of the cured film hardly changes after the diffusion process of the guest monomer. In other words, the gaseous monomer hardly diffuses into the polymerized crosslinked film. The concept of this difference in index contrast generation in the uncured and cured film is an exemplary possibility for the production of 3D buried waveguides by means of multiple photon lithography, also known as multiphoton lithography.

Die Multiphotonenlithographie wird auch bezeichnet als direkte Laserlithographie oder direktes Laserschreiben. Ähnlich wie bei der Standard-Photolithographie wird die Strukturierung durch die Beleuchtung von negativ- oder positivtönigen Photofilmen mit Licht einer genau definierten Wellenlänge erreicht.Multiphoton lithography is also known as direct laser lithography or direct laser writing. Similar to standard photolithography, structuring is achieved by illuminating negative or positive photographic films with light of a precisely defined wavelength.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass kein optisches System erforderlich ist. Des Weiteren ist keine Ausrichtung von optischen Komponenten erforderlich, da die Positionen der Faser und des Wellenleiters, z. B. als Teil eines Ein-Chip-Systems (System on a Chip (SoC)), während der Herstellung des optischen Einkoppelelements erfasst werden. Den Herstellungsprozess auf einem SoC nennt man auch einen In-Situ-Prozess. Des Weiteren ist das Herstellungsverfahren leicht zu industrialisieren. Die Koppelstruktur des optischen Einkoppelelements kann flexibel gestaltet werden. Beispielsweise kann die Struktur als ein Hohlleiter, ein Verteiler, oder ein Kegel ausgebildet werden. Zuletzt wird die Struktur dreidimensional mit voller Freiformfähigkeit geschrieben und kann beliebig an die Positionierung, Ausrichtung und Ausgestaltung des Faserausgangs und des Wellenleiter-Eingangs angepasst werden.The invention has the advantage that no optical system is required. Furthermore is no alignment of optical components required as the positions of the fiber and waveguide, e.g. B. as part of a one-chip system (System on a Chip (SoC)), can be detected during the manufacture of the optical coupling element. The manufacturing process on a SoC is also called an in-situ process. Furthermore, the manufacturing process is easy to industrialize. The coupling structure of the optical coupling element can be designed flexibly. For example, the structure can be designed as a waveguide, a distributor, or a cone. Finally, the structure is written three-dimensionally with full free-form capability and can be adapted as required to the positioning, alignment and design of the fiber output and the waveguide input.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die zumindest eine Faser Teil eines Faserlasers ist, wobei zumindest eine Lichtaustrittsfläche des Faserlasers auf der Oberfläche des Trägersubstrats unter Bildung des Zwischenraums zwischen dem Faserlaser und zumindest einem Wellenleiter-Eingang angeordnet wird. Ein Faserlaser ist ein Festkörperlaser. Der Faserlaser umfasst beispielsweise einen dotierten Kern einer Glasfaser als aktives Medium. Faserlaser werden z. B. optisch gepumpt, indem parallel zum Faserkern in den Fasermantel oder in den Faserkern Strahlung von Diodenlasern eingekoppelt wird. Beispielsweise wird bei der Dotierung für den laseraktiven Faserkern Erbium, Ytterbium und Neodym verwendet. Faserlaser verfügen über elektrisch-optische Wirkungsgrade bis über 30 %, eine Strahlqualität mit M2 < 1,1 beim Singlemode-Faserlaseraufbau bzw. M2 < 1,2 bei Doppelmantelfasern, hohe Lebensdauern, welche länger als 20.000 h sein können und einen kompakten, wartungsfreien und unempfindlichen Aufbau. Faserlaser können im Pulsbetrieb bis in den Femtosekunden-Bereich betrieben werden.According to an advantageous embodiment of the invention it is provided that the at least one fiber is part of a fiber laser, at least one light exit surface of the fiber laser being arranged on the surface of the carrier substrate forming the space between the fiber laser and at least one waveguide entrance. A fiber laser is a solid-state laser. The fiber laser includes, for example, a doped core of a glass fiber as the active medium. Fiber lasers are z. B. optically pumped by radiation from diode lasers being coupled into the fiber cladding or into the fiber core parallel to the fiber core. For example, erbium, ytterbium and neodymium are used for doping the laser-active fiber core. Fiber lasers have electrical-optical efficiencies of up to 30%, a beam quality with M 2 <1.1 for the single-mode fiber laser structure or M 2 <1.2 for double-clad fibers, long lifetimes that can be longer than 20,000 h and a compact, maintenance-free and insensitive construction. Fiber lasers can be operated in pulse mode down to the femtosecond range.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wellenleiter Teil eines Ein-Chip-Systems (SoC) ist, wobei das SoC auf der Oberfläche des Trägersubstrats unter Bildung des Zwischenraums zwischen dem zumindest einen Faserausgang der zumindest einen Faser und zumindest einer Lichteintrittsfläche des SoC angeordnet wird. Ein Ein-Chip-System ist ein System, bei dem alle oder ein Teil der Funktionen eines programmierbaren elektronischen Systems auf einem Chip integriert sind. Die vorgenannte vorteilhafte Ausführungsform ermöglicht einen kompakten Aufbau und erleichtert zudem die Montage.According to an advantageous embodiment of the invention it is provided that the waveguide is part of a one-chip system (SoC), the SoC on the surface of the carrier substrate forming the space between the at least one fiber exit of the at least one fiber and at least one light entry surface of the SoC is arranged. A one-chip system is a system in which all or some of the functions of a programmable electronic system are integrated on one chip. The aforementioned advantageous embodiment enables a compact design and also facilitates assembly.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zum Aufbringen des Polymerzwischenstücks auf das Trägersubstrat folgende Schritte durchgeführt werden: Aufbringen eines monolithischen Polymerfilms auf das Trägersubstrat; gleichmäßiges Verteilen des Polymerfilms auf dem Trägersubstrat; und Verfestigen des Polymerfilms, insbesondere für zumindest eine Stunde, beim Aufliegen des Trägersubstrats auf einer Heizplatte. Bei den vorbeschriebenen Schritten können übliche Fabrikationssysteme zum Aufbringen und Verfestigen von Polymerfilmen benutzt werden, was somit eine kostengünstige Herstellung ermöglicht.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the following steps are carried out to apply the polymer spacer to the carrier substrate: applying a monolithic polymer film to the carrier substrate; uniform distribution of the polymer film on the carrier substrate; and solidifying the polymer film, in particular for at least one hour, when the carrier substrate is placed on a heating plate. In the steps described above, customary fabrication systems for applying and solidifying polymer films can be used, which thus enables inexpensive production.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zum Strukturieren des 3D-Wellenleiters folgende Schritte durchgeführt werden: Strukturieren einer Kerntrajektorie in dem Polymerzwischenstück unter Verwendung von 3D-Laserlithographie mit Multiphotonenabsorption; zum zumindest teilweisen Aushärten des Polymerzwischenstücks, Backen bei 60 °C für 10 Minuten; Behandeln des Polymerzwischenstücks, in einer Kammer, derart, dass eine externe Diffusion eines gasförmigen Monomers in einem ungehärteten Teil des Polymerzwischenstücks erfolgt; UV-Exposition des Polymerzwischenstücks mit einer Strahlung mit einer Wellenlänge von 365 nm; und hartes Backen derart, dass eine Stabilisierung einer Gesamtheit aus dem Polymerzwischenstück und dem Trägersubstrat erfolgt. In anderen Worten sind die vorbeschriebenen Herstellungsschritte Teil eines Rapid-Prototyping-Prozesses, bei welchem die Herstellungsschritte durch einen Computer programmiert und somit reproduziert werden können.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the following steps are carried out for structuring the 3D waveguide: structuring of a core trajectory in the polymer intermediate piece using 3D laser lithography with multiphoton absorption; for at least partially curing the polymer spacer, baking at 60 ° C for 10 minutes; Treating the polymer spacer in a chamber such that external diffusion of a gaseous monomer occurs in an uncured portion of the polymer spacer; UV exposure of the polymer spacer to radiation having a wavelength of 365 nm; and hard baking such that an assembly of the polymer spacer and the carrier substrate is stabilized. In other words, the manufacturing steps described above are part of a rapid prototyping process, in which the manufacturing steps can be programmed by a computer and thus reproduced.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Einkoppelelement als eine Ablenkeinheit für einen Laserscanner ausgestaltet ist. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Laserscanner ein LiDAR-Scanner ist. LiDAR (light detection and ranging), auch Ladar (laser detection and ranging), ist eine dem Radar verwandte Methode zur optischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung sowie zur Fernmessung atmosphärischer Parameter. LiDAR-Systeme senden Laserimpulse aus und detektieren das zurückgestreute Licht. Aus der Lichtlaufzeit der Signale wird die Entfernung zum Ort der Streuung berechnet.According to an advantageous embodiment of the invention it is provided that the coupling element is designed as a deflection unit for a laser scanner. According to an advantageous embodiment of the invention it is provided that the laser scanner is a LiDAR scanner. LiDAR (light detection and ranging), also Ladar (laser detection and ranging), is a radar-related method for optical distance and speed measurement as well as for remote measurement of atmospheric parameters. LiDAR systems send out laser pulses and detect the backscattered light. The distance to the point of scattering is calculated from the light transit time of the signals.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der 3D-Wellenleiter als ein Splitter und/oder als ein Taper ausgebildet wird. Ein Splitter, auch Strahlteiler genannt, ist ein optisches Bauelement, das einen einzelnen Lichtstrahl in zwei Teilstrahlen trennt. Ein Taper ist ein optisches Bauteil, das zwei Lichtwellenleiter mit unterschiedlichen Radien miteinander verbindet. Die Leistungsübertragung eines Tapers zwischen Wellenleitern gleicher numerischer Apertur (NA) in Richtung des geringeren Radius erfolgt derart, dass Licht eines Wellenleiters eines großen Kernquerschnitts aus dem Wellenleiter kleinerem Querschnitts entfernt wird, welches nicht in dem Wellenleiter kleineren Querschnitts Platz findet. Das gilt auch bei kegelförmigen Tapern. Aus einem dünneren Wellenleiter kann dagegen alles Licht in einen dickeren Wellenleiter gleicher NA übertreten.According to an advantageous embodiment of the invention it is provided that the 3D waveguide is designed as a splitter and / or as a taper. A splitter, also called a beam splitter, is an optical component that separates a single light beam into two partial beams. A taper is an optical component that connects two optical fibers with different radii. The power transmission of a taper between waveguides of the same numerical aperture (NA) in the direction of the smaller radius takes place in such a way that light of a waveguide with a large core cross-section is released from the waveguide with a smaller cross-section is removed, which does not find space in the waveguide of smaller cross section. This also applies to conical tapers. On the other hand, all light from a thinner waveguide can pass into a thicker waveguide of the same NA.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der 3D-Wellenleiter zumindest als eines von folgenden Elementen ausgebildet wird und/oder folgende Elemente umfasst: ein Wellenleiter-Array; eine Fächer-Ein- und Auskopplung, welche insbesondere mit drei oder vier Kanälen ausgestaltet ist; und/oder ein optischer Router. In anderen Worten ist eine beliebige Anpassung des 3D-Wellenleiters an die optischen Anschlüsse der Faser und des Wellenleiters möglich.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the 3D waveguide is formed at least as one of the following elements and / or comprises the following elements: a waveguide array; a fan coupling and decoupling, which is designed in particular with three or four channels; and / or an optical router. In other words, any adaptation of the 3D waveguide to the optical connections of the fiber and the waveguide is possible.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Material des Polymerzwischenstücks ein Harz oder ein Photopolymer ist. Bei dem Photopolymer kann es sich um ein solches der vorbeschriebenen Art handeln. Die vorbenannten Arten des Polymers eignen sich besonders für eine Herstellung eines 3D-Wellenleiters.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the material of the polymer intermediate piece is a resin or a photopolymer. The photopolymer can be of the type described above. The aforementioned types of polymer are particularly suitable for producing a 3D waveguide.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert. Die dargestellten Merkmale können sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen. Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele sind übertragbar von einem Ausführungsbeispiel auf ein anderes.The invention is explained in more detail below with reference to the attached drawing using preferred embodiments. The features shown can represent an aspect of the invention both individually and in combination. Features of various exemplary embodiments can be transferred from one exemplary embodiment to another.

Es zeigt

  • 1 Ein Flussdiagramm gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens,
  • 2 eine schematische Draufsicht auf ein Einkoppelelement in einem ersten Stadium des Herstellungsverfahrens,
  • 3 eine schematische Draufsicht auf ein Einkoppelelement in einem zweiten Stadium des Herstellungsverfahrens und
  • 4 eine schematische Draufsicht auf ein Einkoppelelement in einem dritten Stadium des Herstellungsverfahrens.
It shows
  • 1 A flow chart according to an embodiment of the production method according to the invention,
  • 2 a schematic plan view of a coupling element in a first stage of the manufacturing process,
  • 3 a schematic plan view of a coupling element in a second stage of the manufacturing process and
  • 4th a schematic plan view of a coupling element in a third stage of the manufacturing process.

Die 1 zeigt ein Flussdiagramm gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für ein optisches Einkoppelelement 1 (siehe 4 für eine mögliche Ausführungsform eines Einkoppelelements 1, welches in dieser Figur schematisch dargestellt ist) zur Verwendung in einem Fahrzeug. Das Einkoppelelement 1 ist ausgestaltet zum Einkoppeln von Laserlicht aus zumindest einer Faser 2 in zumindest einen Wellenleiter 3.The 1 shows a flow chart according to an embodiment of the production method according to the invention for an optical coupling element 1 (please refer 4th for a possible embodiment of a coupling element 1 , which is shown schematically in this figure) for use in a vehicle. The coupling element 1 is designed to couple laser light from at least one fiber 2 in at least one waveguide 3 .

Das Herstellungsverfahren weist folgende Herstellungsverfahrensschritte auf: Zunächst erfolgt in einem Schritt „100“ das Bereitstellen zumindest einer Faser 2, zumindest eines Wellenleiters 3 und eines Trägersubstrats 4 (siehe auch 2, in welcher Faser 2 und Wellenleiter 3 bereits auf dem Trägersubstrat 4 angeordnet sind).The manufacturing process has the following manufacturing process steps: First, in one step, " 100 “Providing at least one fiber 2 , at least one waveguide 3 and a carrier substrate 4th (see also 2 in what fiber 2 and waveguides 3 already on the carrier substrate 4th are arranged).

Anschließend erfolgt in einem Schritt „200“ das Befestigen der zumindest einen Faser 2 und des zumindest einen Wellenleiters 3 auf einer Oberfläche des Trägersubstrats 4 unter Bildung eines Zwischenraums zwischen zumindest einem Faserausgang 2a der zumindest einen Faser 2 und zumindest einem Wellenleiter-Eingang 3a des zumindest einen Wellenleiters 3.Then in one step " 200 “Attaching the at least one fiber 2 and the at least one waveguide 3 on a surface of the carrier substrate 4th forming a space between at least one fiber exit 2a of at least one fiber 2 and at least one waveguide input 3a of the at least one waveguide 3 .

Dann erfolgt in einem Schritt „300“ das Aufbringen eines Polymerzwischenstücks 5 in den Zwischenraum auf der Oberfläche des Trägersubstrats 4 derart, dass das Polymerzwischenstück 5 in einem direkten Kontakt mit dem zumindest einen Faserausgang 2a und dem zumindest einen Wellenleiter-Eingang 3a ist (siehe auch 3).Then in one step " 300 “The application of a polymer spacer 5 into the space on the surface of the carrier substrate 4th such that the polymer spacer 5 in direct contact with the at least one fiber exit 2a and the at least one waveguide input 3a is (see also 3 ).

Zuletzt erfolgt in einem Schritt „400“ das Strukturieren, mittels eines Lasers, eines 3D-Wellenleiters 6 in das Polymerzwischenstück 5, wobei sich der 3D-Wellenleiter 6 von dem zumindest einen Faserausgang 2a bis zu dem zumindest einen Wellenleiter-Eingang 3a erstreckt und den zumindest einen Faserausgang 2a mit dem zumindest einen Wellenleiter-Eingang 3a verbindet (siehe auch 4).Finally, in one step " 400 “The structuring, by means of a laser, of a 3D waveguide 6 in the polymer spacer 5 , wherein the 3D waveguide 6 extends from the at least one fiber output 2a up to the at least one waveguide input 3a extends and the at least one fiber output 2a with the at least one waveguide input 3a connects (see also 4th ).

Insbesondere ist bei dem Herstellungsverfahren vorgesehen, dass die zumindest eine Faser 2 Teil eines (nicht dargestellten) Faserlasers ist, wobei der Faserlaser auf der Oberfläche des Trägersubstrats 4 unter Bildung des Zwischenraums zwischen dem Faserlaser und zumindest einem Wellenleiter-Eingang 3a anzuordnen wäre.In particular, it is provided in the production method that the at least one fiber 2 Part of a (not shown) fiber laser, the fiber laser on the surface of the carrier substrate 4th with the formation of the gap between the fiber laser and at least one waveguide input 3a to be arranged.

Bei der Ausführungsform des Einkoppelelements 1 der 4 ist der Wellenleiter 3 Teil eines Ein-Chip-Systems (SoC), wobei das SoC 7 auf der Oberfläche des Trägersubstrats 4 unter Bildung des Zwischenraums zwischen zumindest einem Faserausgang 2a und dem SoC 7 angeordnet wird (siehe 2 und 3). Hierbei wird in dem Ausführungsbeispiel der 2 bis 4 der Zwischenraum zwischen einem einzigen Faserausgang 2a der Faser 2 und einer einzigen Lichteintrittsfläche des SoC 7 gebildet.In the embodiment of the coupling element 1 the 4th is the waveguide 3 Part of a one-chip system (SoC), with the SoC 7 on the surface of the carrier substrate 4th forming the space between at least one fiber exit 2a and the SoC 7 (see 2 and 3 ). Here is in the embodiment of 2 to 4th the space between a single fiber exit 2a the fiber 2 and a single light entry surface of the SoC 7 is formed.

Weiterhin ist vorgesehen, dass zum Aufbringen des Polymerzwischenstücks 5 auf das Trägersubstrat 4 im Schritt „300“ folgende Schritte durchgeführt werden: Gemäß einem Schritt „310“ erfolgt ein Aufbringen eines monolithischen Polymerfilms auf das Trägersubstrat 4. Gemäß einem Schritt „320“ erfolgt ein gleichmäßiges Verteilen des Polymerfilms auf dem Trägersubstrat 4. Gemäß einem Schritt „330“ erfolgt ein Verfestigen des Polymerfilms für zumindest eine Stunde beim Aufliegen des Trägersubstrats 4 auf einer Heizplatte.It is also provided that for applying the polymer spacer 5 onto the carrier substrate 4th in step " 300 "The following steps are carried out: According to a step" 310 “A monolithic polymer film is applied to the carrier substrate 4th . According to a step "320" the polymer film is evenly distributed on the carrier substrate 4th . According to one step " 330 “The polymer film solidifies for at least one hour when the carrier substrate is in place 4th on a hot plate.

Zum Strukturieren des 3D-Wellenleiters 6 im Schritt „400“ werden zudem folgende Schritte durchgeführt: Gemäß einem Schritt „410“ erfolgt ein Strukturieren einer Kerntrajektorie in dem Polymerzwischenstück 5 unter Verwendung von 3D-Laserlithographie mit Multiphotonenabsorption. Gemäß einem Schritt „420“ erfolgt ein, zum zumindest teilweisen Aushärten des Polymerzwischenstücks 5, Backen bei 60 °C für 10 Minuten. Gemäß einem Schritt „430“ erfolgt ein Behandeln des Polymerzwischenstücks 5, in einer Kammer, derart, dass eine externe Diffusion eines gasförmigen Monomers in einem ungehärteten Teil des Polymerzwischenstücks 5 erfolgt. Gemäß einem Schritt „440“ erfolgt ein UV-Exposition des Polymerzwischenstücks 5 mit einer Strahlung mit einer Wellenlänge von 365 nm. Gemäß einem Schritt „450“ erfolgt ein hartes Backen derart, dass eine Stabilisierung einer Gesamtheit aus dem Polymerzwischenstück 5 und dem Trägersubstrat 4 erfolgt.To structure the 3D waveguide 6 in the step " 400 "The following steps are also carried out: According to a step" 410 “A core trajectory is structured in the intermediate polymer piece 5 using 3D laser lithography with multiphoton absorption. According to one step " 420 “Takes place to at least partially harden the polymer spacer 5 , Bake at 60 ° C for 10 minutes. According to one step " 430 “The polymer spacer is treated 5 , in a chamber such that there is external diffusion of a gaseous monomer in an uncured portion of the polymer spacer 5 he follows. According to one step " 440 “UV exposure of the polymer spacer takes place 5 with radiation with a wavelength of 365 nm. According to a step " 450 “A hard baking takes place in such a way that a stabilization of an assembly from the polymer spacer 5 and the carrier substrate 4th he follows.

Nachfolgend wird das zuvor beschriebene Herstellungsverfahren im Einzelnen erneut erläutert.The production method described above is explained again in detail below.

Zum Strukturieren des 3D-Wellenleiters 6 wird eine Multiphotonen-Lithographie-Technik verwendet. Eine beispielsweise Lithographie-Technik der vorgenannten Art ist die Zwei-Photonen-Lithographie. Diese ist eine Rapid-Prototyping-Technik, die die Herstellung von Submikron-3D-Strukturen in Photofilmen, z. B. einem Photopolymer, ermöglicht. Bei der Zwei-Photonen-Lithographie werden z. B. Erbium-dotierte Faserlaser verwendet, welche ultrakurze Impulse von 100 Femtosekunden bei 780 nm Wellenlänge mit einer Wiederholrate von 80 MHz emittieren. Ein akustooptischer Modulator (AOM) wird verwendet, um die optische Leistung auf maximal 70 mW zu steuern. Der Laserstrahl wird aufgeweitet, bevor er in ein Objektiv und eine Detektoranordnung aufgeteilt wird. Erstere ist ein Objektiv mit einer 63-fachen Vergrößerung und einer numerischen Apertur von 0,75. Letzteres erkennt Probenschnittstellen und korrigiert seine Neigungswinkel über die Intensität des reflektierten Lichts. Ein piezoelektrischer 3D-Scanningtisch treibt die Probe an und verfolgt die vom Computer vorgegebenen Koordinaten.A multiphoton lithography technique is used to structure the 3D waveguide 6. One example of a lithography technique of the aforementioned type is two-photon lithography. This is a rapid prototyping technique that enables the production of submicron 3D structures in photographic films, e.g. B. a photopolymer, allows. In the two-photon lithography z. B. erbium-doped fiber lasers are used, which emit ultra-short pulses of 100 femtoseconds at 780 nm wavelength with a repetition rate of 80 MHz. An acousto-optic modulator (AOM) is used to control the optical power to a maximum of 70 mW. The laser beam is expanded before it is split into an objective and a detector arrangement. The former is an objective with a 63x magnification and a numerical aperture of 0.75. The latter recognizes sample interfaces and corrects its angle of inclination via the intensity of the reflected light. A piezoelectric 3D scanning table drives the sample and tracks the coordinates given by the computer.

Die Tiefe des Laserfokus im Inneren des Films wird unter Berücksichtigung der Aberrationskorrektur und Beugung an der Luft/Lackoberfläche berechnet, was mittels dem Fachmann bekannter Berechnungsmethoden, insbesondere unter Verwendung des Snellius-Gesetzes, erfolgt.The depth of the laser focus inside the film is calculated taking into account the aberration correction and diffraction at the air / lacquer surface, which is done by means of calculation methods known to the person skilled in the art, in particular using Snellius's law.

Der Herstellungsprozess des 3D-Wellenleiters umfasst beispielsweise folgende Schritte: Gießen, dreidimensionales direktes Laserschreiben, Wärmebehandlung, externe Monomerdiffusion und Flut-UV-Belastung mit hartem Backen.The manufacturing process of the 3D waveguide includes, for example, the following steps: casting, three-dimensional direct laser writing, heat treatment, external monomer diffusion and flood UV exposure with hard baking.

Nach der Spin-Beschichtung auf einem 2-Zoll-Siliziumwafer wird das gelartige Polymer auf einer Heizplatte für mehrere Stunden verfestigt. Der Film haftet auf Siliziumwafern ohne Haftvermittler. Anschließend werden Zeit und Temperatur für einen Soft-Bake-Schritt derart gewählt, dass die Lösungsmittelkonzentration gesteuert und eine klebfreie Oberfläche zur Verfügung gestellt wird. Anschließend erfolgt eine Zwei-Photonen-Lithographie nach einer programmierten Trajektorie und initiiert die Vernetzung zur Bildung des Hohlleiterkerns. Ein Backen bei 60°C für 10 min nach dem Belichten beschleunigt die Vernetzung in einem freiliegenden Volumen des Films. Die Schreibgeschwindigkeit variiert von 0,1 bis 1 mm/s, und die Intensität des Eingangslasers liegt zwischen 5 und 40 mW, was zu unterschiedlichen Dosen für den Vernetzungsprozess führt. Anschließend erfolgt eine externe Diffusion eines gasförmigen niederindizierten Monomers in die ungehärtete Umhüllung in einer geschlossenen Kammer bei Raumtemperatur. Die Diffusionszeit variiert von 96 bis 168 h für Diffusionstiefen im Bereich von 40-70 Mikrometer. Die UV-Flut-Exposition bei 365 nm vernetzt das diffundierte Monomer und Wirtsoligomer mittels Single-Photonen-Absorption. Schließlich härtet das harte Backen der Probe bei 140°C für 10 min die Umhüllung vollständig aus und stabilisiert die eingebetteten Hohlleiter. Die Einarbeitung des Gastmonomers (z. B. mit einem Brechungsindex von nD 1.445) in die Wirtsoligomer- (mit einem Brechungsindex von nD 1.59) Matrix reduziert den Brechungsindex der Umhüllung, was einen erhöhten Indexkontrast zwischen Kern und Umhüllung für die Lichtführung ergibt.After spin coating on a 2 inch silicon wafer, the gel-like polymer is solidified on a hot plate for several hours. The film adheres to silicon wafers without an adhesion promoter. The time and temperature for a soft-bake step are then selected in such a way that the solvent concentration is controlled and a tack-free surface is made available. Then a two-photon lithography takes place according to a programmed trajectory and initiates the cross-linking to form the waveguide core. Baking at 60 ° C for 10 minutes after exposure accelerates crosslinking in an exposed volume of the film. The writing speed varies from 0.1 to 1 mm / s, and the intensity of the input laser is between 5 and 40 mW, resulting in different doses for the crosslinking process. This is followed by external diffusion of a gaseous low-index monomer into the uncured coating in a closed chamber at room temperature. The diffusion time varies from 96 to 168 hours for diffusion depths in the range of 40-70 micrometers. The UV flood exposure at 365 nm crosslinks the diffused monomer and host oligomer by means of single photon absorption. Finally, the hard baking of the sample at 140 ° C for 10 minutes hardens the coating completely and stabilizes the embedded waveguide. The incorporation of the guest monomer (e.g. with a refractive index of nD 1.445) into the host oligomer (with a refractive index of nD 1.59) matrix reduces the refractive index of the cladding, which results in an increased index contrast between core and cladding for light guidance.

Dieses Herstellungsverfahren weist gegenüber anderen Hohlleiterherstellungsverfahren verschiedene Vorteile auf. Es wird nur eine Schicht eines einzelnen Materials benötigt. Mehrschichtige Hohlleiter können in einem einzigen Schreibschritt ohne Stapel- oder Ausrichtungsaufwand beschriftet werden. Schließlich beinhaltet diese Rapid-Prototyping-Technik keine Masken, keinen Kontakt mehr oder nasschemische Prozessschritte wie das Nassätzen.This manufacturing process has various advantages over other waveguide manufacturing processes. Only one layer of a single material is required. Multi-layer waveguides can be labeled in a single writing step without stacking or alignment effort. After all, this rapid prototyping technique does not contain any masks, no more contact or wet chemical process steps such as wet etching.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
EinkoppelelementCoupling element
22
Faserfiber
2a2a
FaserausgangFiber output
33
WellenleiterWaveguide
3a3a
Wellenleiter-EingangWaveguide input
44th
TrägersubstratCarrier substrate
55
PolymerzwischenstückPolymer spacer
66th
3D-Wellenleiter3D waveguide
77th
Ein-Chip-System One chip system
100100
Bereitstellen zumindest einer Faser, zumindest eines Wellenleiters und eines TrägersubstratsProviding at least one fiber, at least one waveguide and a carrier substrate
200200
Befestigen der zumindest einen Faser und des zumindest einen Wellenleiters auf einer Oberfläche des TrägersubstratsSecuring the at least one fiber and the at least one waveguide on a surface of the carrier substrate
300300
Aufbringen eines Polymerzwischenstücks in den Zwischenraum auf der Oberfläche des TrägersubstratsApplying a polymer spacer in the space on the surface of the carrier substrate
310310
Aufbringen eines monolithischen Polymerfilms auf das TrägersubstratApplication of a monolithic polymer film to the carrier substrate
320320
Gleichmäßiges Verteilen des Polymerfilms auf dem TrägersubstratUniform distribution of the polymer film on the carrier substrate
330330
Verfestigen des Polymerfilms für zumindest eine Stunde beim Aufliegen des Trägersubstrats auf einer HeizplatteSolidifying the polymer film for at least one hour when the carrier substrate is placed on a hot plate
400400
Strukturieren, mittels eines Lasers, eines 3D-Wellenleiters in das PolymerzwischenstückStructuring, by means of a laser, a 3D waveguide in the polymer intermediate piece
410410
Strukturieren einer Kerntrajektorie in dem Polymerzwischenstück unter Verwendung von 3D-Laserlithographie mit MultiphotonenabsorptionStructuring a core trajectory in the polymer interface using 3-D laser lithography with multiphoton absorption
420420
zum zumindest teilweisen Aushärten des Polymerzwischenstücks, Backen bei 60 °C für 10 Minutenfor at least partially curing the polymer spacer, baking at 60 ° C for 10 minutes
430430
Behandeln des Polymerzwischenstücks in einer KammerTreating the polymer spacer in a chamber
440440
UV-Exposition des Polymerzwischenstücks mit einer Strahlung mit einer Wellenlänge von 365 nmUV exposure of the polymer spacer to radiation having a wavelength of 365 nm
450450
hartes Backenhard baking

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102016118539 A1 [0007]DE 102016118539 A1 [0007]

Claims (15)

Herstellungsverfahren für ein, für eine Verwendung in einem Fahrzeug vorgesehenes, optisches Einkoppelelement (1), wobei das Einkoppelelement (1) ausgestaltet ist zum Einkoppeln von Laserlicht aus zumindest einer Faser (2) in zumindest einen Wellenleiter (3), wobei das Herstellungsverfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: - Bereitstellen zumindest einer Faser (2), zumindest eines Wellenleiters (3) und eines Trägersubstrats (4) (100); - Befestigen der zumindest einen Faser (2) und des zumindest einen Wellenleiters (3) auf einer Oberfläche des Trägersubstrats (4) unter Bildung eines Zwischenraums zwischen zumindest einem Faserausgang (2a) der zumindest einen Faser (2) und zumindest einem Wellenleiter-Eingang (3a) des zumindest einen Wellenleiters (3) (200); - Aufbringen eines Polymerzwischenstücks (5) in den Zwischenraum auf der Oberfläche des Trägersubstrats (4) derart, dass das Polymerzwischenstück (5) in einem direkten Kontakt mit dem zumindest einen Faserausgang (2a) und dem zumindest einen Wellenleiter-Eingang (3a) ist (300); und - Strukturieren, mittels eines Lasers, eines 3D-Wellenleiters (6) in das Polymerzwischenstück (5), wobei sich der 3D-Wellenleiter (6) von dem zumindest einen Faserausgang (2a) bis zu dem zumindest einen Wellenleiter-Eingang (3a) erstreckt und den zumindest einen Faserausgang (2a) mit dem zumindest einen Wellenleiter-Eingang (3a) verbindet (400).Production method for an optical coupling element (1) intended for use in a vehicle, the coupling element (1) being designed to couple laser light from at least one fiber (2) into at least one waveguide (3), the production method having the following method steps having: - Providing at least one fiber (2), at least one waveguide (3) and a carrier substrate (4) (100); - Fastening the at least one fiber (2) and the at least one waveguide (3) on a surface of the carrier substrate (4) with the formation of a space between at least one fiber output (2a) of the at least one fiber (2) and at least one waveguide input ( 3a) of the at least one waveguide (3) (200); - Application of a polymer intermediate piece (5) in the space on the surface of the carrier substrate (4) such that the polymer intermediate piece (5) is in direct contact with the at least one fiber output (2a) and the at least one waveguide input (3a) ( 300); and - Structuring, by means of a laser, a 3D waveguide (6) into the polymer intermediate piece (5), the 3D waveguide (6) extending from the at least one fiber output (2a) to the at least one waveguide input (3a) and the at least one fiber output (2a) connects (400) to the at least one waveguide input (3a). Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Faser (2) Teil eines Faserlasers ist, wobei der Faserlaser auf der Oberfläche des Trägersubstrats (4) unter Bildung des Zwischenraums zwischen zumindest einer Lichtaustrittsfläche des Faserlasers und dem zumindest einem Wellenleiter-Eingang (3a) angeordnet wird.Manufacturing process according to Claim 1 , wherein the at least one fiber (2) is part of a fiber laser, the fiber laser being arranged on the surface of the carrier substrate (4) forming the space between at least one light exit surface of the fiber laser and the at least one waveguide input (3a). Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Wellenleiter (3) Teil eines Ein-Chip-Systems, SoC, (7) ist, wobei das SoC (7) auf der Oberfläche des Trägersubstrats (4) unter Bildung des Zwischenraums zwischen zumindest einen Faserausgang (2a) und zumindest einer Lichteintrittsfläche des SoC (7) angeordnet wird.Manufacturing process according to Claim 1 or 2 , wherein the waveguide (3) is part of a one-chip system, SoC, (7), the SoC (7) on the surface of the carrier substrate (4) forming the space between at least one fiber output (2a) and at least one Light entry surface of the SoC (7) is arranged. Herstellungsverfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, wobei zum Aufbringen des Polymerzwischenstücks (5) auf das Trägersubstrat (4) (300) folgende Schritte durchgeführt werden: - Aufbringen eines monolithischen Polymerfilms auf das Trägersubstrat (4) (310); - gleichmäßiges Verteilen des Polymerfilms auf dem Trägersubstrat (4) (320); und - Verfestigen des Polymerfilms, insbesondere für zumindest eine Stunde, beim Aufliegen des Trägersubstrats (4) auf einer Heizplatte (330).Manufacturing method according to at least one of the preceding claims, wherein the following steps are carried out to apply the polymer intermediate piece (5) to the carrier substrate (4) (300): - Application of a monolithic polymer film to the carrier substrate (4) (310); - Uniform distribution of the polymer film on the carrier substrate (4) (320); and - Solidification of the polymer film, in particular for at least one hour, when the carrier substrate (4) is placed on a heating plate (330). Herstellungsverfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, wobei zum Strukturieren des 3D-Wellenleiters (6) (400) folgende Schritte durchgeführt werden: - Strukturieren einer Kerntrajektorie in dem Polymerzwischenstück (5) unter Verwendung von 3D-Laserlithographie mit Multiphotonenabsorption (410); - zum zumindest teilweisen Aushärten des Polymerzwischenstücks (5), Backen bei 60 °C für 10 Minuten (420); - Behandeln des Polymerzwischenstücks (5), in einer Kammer, (430) derart, dass eine externe Diffusion eines gasförmigen Monomers in einem ungehärteten Teil des Polymerzwischenstücks (5) erfolgt; - UV-Exposition des Polymerzwischenstücks (5) mit einer Strahlung mit einer Wellenlänge von 365 nm (440); und - hartes Backen (450) derart, dass eine Stabilisierung einer Gesamtheit aus dem Polymerzwischenstück (5) und dem Trägersubstrat (4) erfolgt.Manufacturing method according to at least one of the preceding claims, wherein the following steps are carried out for structuring the 3D waveguide (6) (400): - structuring a core trajectory in the polymer intermediate piece (5) using 3D laser lithography with multiphoton absorption (410); - for at least partial curing of the polymer intermediate piece (5), baking at 60 ° C. for 10 minutes (420); - treating the polymer intermediate piece (5) in a chamber (430) in such a way that an external diffusion of a gaseous monomer takes place in an uncured part of the polymer intermediate piece (5); - UV exposure of the polymer intermediate piece (5) to radiation with a wavelength of 365 nm (440); and - hard baking (450) in such a way that an assembly consisting of the polymer intermediate piece (5) and the carrier substrate (4) is stabilized. Herstellungsverfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, wobei das Einkoppelelement (1) als eine Ablenkeinheit für einen Laserscanner ausgestaltet wird.Manufacturing method according to at least one of the preceding claims, wherein the coupling element (1) is designed as a deflection unit for a laser scanner. Herstellungsverfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der 3D-Wellenleiter (6) als ein Splitter und/oder als ein Taper ausgebildet wird.Manufacturing method according to at least one of the preceding claims, wherein the 3D waveguide (6) is designed as a splitter and / or as a taper. Herstellungsverfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der 3D-Wellenleiter (6) zumindest als eines von folgenden Elementen ausgebildet ist und/oder folgende Elemente umfasst: ein Wellenleiter-Array; eine Fächer-Ein- und Auskopplung, welche insbesondere mit drei oder vier Kanälen ausgestaltet ist; und/oder ein optischer Router.Manufacturing method according to at least one of the preceding claims, wherein the 3D waveguide (6) is designed as at least one of the following elements and / or comprises the following elements: a waveguide array; a fan coupling and decoupling, which is designed in particular with three or four channels; and / or an optical router. Herstellungsverfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, wobei das Material des Polymerzwischenstücks (5) ein Harz oder ein Photopolymer ist.Manufacturing method according to at least one of the preceding claims, wherein the material of the polymer intermediate piece (5) is a resin or a photopolymer. Optisches Einkoppelelement (1) für einen Laserscanner in einem Fahrzeug, aufweisend Eigenschaften erzeugt durch Verfahrensschritte nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche.Optical coupling element (1) for a laser scanner in a vehicle, having properties generated by method steps according to at least one of the preceding claims. Fahrzeug aufweisend einen Laserscanner mit einem optischen Einkoppelelement (1) nach dem vorgenannten Anspruch.Vehicle having a laser scanner with an optical coupling element (1) according to the preceding claim. Laserscanner mit dem, für eine Verwendung in einem Fahrzeug vorgesehenen, optischen Einkoppelement (1) nach Anspruch 10.Laser scanner with the optical coupling element (1) provided for use in a vehicle Claim 10 . Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, ein Herstellungsverfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche auszuführen.Computer program, comprising instructions that are used in the execution of the computer program cause a computer to execute a manufacturing method according to at least one of the preceding claims. Datenträgersignal, das das Computerprogramm nach dem vorgenannten Anspruch überträgt.Data carrier signal which the computer program according to the preceding claim transmits. Computerlesbares Medium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, ein Herstellungsverfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche auszuführen.Computer-readable medium comprising instructions which, when executed by a computer, cause the computer to carry out a manufacturing method according to at least one of the preceding claims.
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