CN106233177B - 形成光纤耦合装置的方法和光纤耦合装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了形成光纤耦合装置的方法，所述光纤耦合装置包括基板，所述基板具有基板表面以及至少一个光电和/或光子元件，并进一步包括可光学透射的至少一个光纤耦合对准结构。所述方法包括：a)将可聚合材料涂覆至基板表面，b)使用3D刻蚀方法，选择性聚合所述可聚合材料的区域，以便将所述可聚合材料的所述区域转化成聚合物材料，由此形成至少一个光纤耦合对准结构，c)对所述基板和所述聚合物材料进行清洁，以便除去其余未聚合的可聚合材料，由此使所述光纤耦合装置的所述至少一个光纤耦合对准结构暴露。

Description

形成光纤耦合装置的方法和光纤耦合装置

优先权申请

本申请要求2014年3月5日提交的欧洲专利申请序列号14157912.8的优先权益，所述申请的内容是本申请的基础并以全文引用方式并入本文。

背景

本申请涉及形成光纤耦合装置的方法。本申请进一步涉及光纤耦合装置。光纤耦合装置包括基板，所述基板具有基板表面以及至少一个光电和/或光子元件。在基板表面和/或至少一个光电和/或光子元件上，布置可光学透射的至少一个光纤耦合对准结构。

在本申请中，术语“光纤耦合装置”并不一定包括光纤或光纤末端件。实际上，“光纤耦合装置”，无论在本申请中任何地方提及，都应指示充分准备以允许安装光纤末端件的装置或布置。一般来说，光纤安装可直接在制造装置或布置之后或在稍后的时间点进行，这取决于光纤耦合装置的特定结构。

用于借助于具有可见或红外线区域中的波长的电磁辐射来传输信号的光纤必须相对于芯片或其他基板的光电或光子元件来耦合，即正确地安装于精确对准位置中，以便确保在光纤与芯片或其他基板之间以足够高的耦合效率来进行正确信号传输。对于每个光纤，即，对于它的两个末端或末端件来说，需要在将连接的相应光电或光子元件诸如光学发送器、接收器或收发器处或附近的正确对准。在光电而非光子元件的情况下，元件可为例如光检测或光发射光电元件，诸如VCSEL、激光二极管、光电二极管、光电检测器或用于发射或检测电磁辐射的任何其他元件。

光电基板、光子基板和光子集成基板(PIC；光子集成芯片)分别包括一或多个光电元件或光子元件。光电基板可例如为(或包括布置在安装基板上的)半导体芯片(例如由硅、磷化铟或任何其他二元、三元或四元半导体材料制成和/或包括这些和其他材料的多个层)、玻璃基板、石英基板、陶瓷基板或合成基板。这类光电和/或光子基板(以下在不进一步区分的情况下共同称为“芯片”)可由额外安装基板，诸如印制电路板(PCB)来支撑。在下文中，在本文中以下提及“基板”时，可大体上涉及一或多个芯片的任何布置，不论在它下方是否具有安装基板。

为了将光纤的末端件耦合至光电子或光子元件，需要一或多个光纤耦合对准结构。在最简单的情况下，当光纤末端件借助于光可透射胶水微滴胶合至光电元件时，需要光纤末端件精确地对准至光电元件的有源区域，这通常涉及到一定努力以及对光纤末端件位置的一些监测和调整。

常规地，预成形结构诸如收缩保护罩部分或通过注入模制来模制的预成形部分用作光纤耦合对准结构。这些模制部分必须以相对于芯片或基板的光电或光子元件的的正确对准来安装。模制光纤耦合对准结构在相应基板上的任何不精确的定位会使光学耦合效率降级(可主动地测量为经由所制成的芯片-光纤连接来实际传输的光强度的百分比)。因此，模制光纤耦合对准结构在基板上的不精确定位降低在光纤组装期间光纤与模制耦合结构本身之间的任何位置不匹配的容限。即使“光纤耦合对准结构(或“FCAS”，如随后在说明书中为了简洁所提及)和其轮廓(诸如光纤支撑表面，例如沟槽)非常精确成形，仍然必须将光纤末端件胶合至其上。虽然光纤安装可通过利用无源、自对准光纤耦合来进行而不需要主动地测量实际传输的光强度的量，但是FCAS与基板之间的任何未对准使得为了将光纤安装至FCAS所保留的容限缩小。

许多基板，诸如包括安装在其上的至少一个芯片的安装基板，在其顶部主要表面上包括光电或光子元件，由此产生将发射或检测的光的传播方向，所述传播方向大致上垂直于有源区域或芯片主要表面或至少在与有源区域或主要表面的法线方向相距小于±45°、诸如小于±20°的角范围内。然而，当光纤大致上平行于其主要表面来接近芯片时，需要反射镜面表面或其他结构元件或部分以使对最佳耦合效率的要求与光纤连接基板的较小垂直延伸部分一致。例如，具有相对于主要表面约45°(±5°)的定向的镜面表面经常提供于光纤耦合对准结构FCAS处或外部。如果这类额外反射元件在光纤末端件与基板之间不正确地对准，那么信号传输会进一步降级。即使光纤耦合对准结构例如以FCAS的倾斜外表面部分形式集成于FCAS中，FCAS与基板之间的任何不匹配导致反射光束，在从光纤进入后，在横向和垂直方向上偏移，由此不太完全地耦合至芯片或基板的光电或光子元件。

需要提供形成光纤耦合装置的方法和光纤耦合装置，所述方法和装置可确保以改进的对准并以甚至更小的制造努力和成本来更精确地安装光纤。

概述

具体实施方式中公开的实施方式包括如权利要求1和24所述的形成光纤耦合装置的方法并进一步包括如权利要求31所述的光纤耦合装置。所述方法可进一步根据在本申请中描述的步骤的任何组合执行，并且所述光纤耦合装置可进一步通过在本文总描述或在本领域中已知的一或多个特征表征。

附图简述

示例性实施方式在本文中针对附图公开。

图1示出光纤耦合装置的示例性实施方式；

图2至5示出形成光纤耦合装置的方法的示例性实施方式的方法步骤；

图6至8示出光纤耦合装置的替代示例性实施方式；

图9示出在晶片级基础上的光纤耦合对准结构的制造的实施方式；

图10示出直接在单一芯片上制造光纤耦合对准结构的实施方式；

图11示出使用三维激光打印技术来制造光纤耦合对准结构的示例性设备；

图12示出光纤耦合装置上的顶视图，其明确示出了多个光电或光子元件，诸如图1的光纤耦合装置或图5至10的光纤耦合装置；

图13示出示意性横截面侧视图，其示出了图1或图5至10或图12的光电或光子元件的实际单独位置；

图14示出局部放大的顶视图，其示意性地示出了根据一个实施方式的与图1、图5至10或图12的相应光电或光子元件相关联的反射表面的实际单独偏移位置；

图15示出示意性侧视图，其示出了根据另一实施方式的在垂直、即法线方向上的反射表面的补偿位置偏移；

图16示出具有反射表面的补偿定向偏移的光纤耦合装置的另一实施方式；

图17示出光纤耦合装置的另一实施方式，其光纤耦合对准结构包括光纤支撑区域的位置和/或定向偏移；

图18示出关于将形成的光发射光纤耦合装置的反射表面的形状的实施方式的横截面图；

图19示出图18的实施方式的透视图；

图20示出关于光接收光纤耦合装置的反射表面的形状的示例性实施方式；以及

图21示意性地示出用于在制造期间执行光纤耦合对准结构的实时监测的视觉系统的示例性实施方式。

详细说明

一般来说，在包括附图的整个申请中，使用相同参考符号。此外，在附图中描绘的任何比例和尺寸仅是示例性的，而不一定按比例来绘制，因此可变化。

在本申请中，无论在任何地方提及光纤，这涵盖指定用于传输可见光的光纤以及传输其他电磁辐射，尤其红外线或UV的光纤。此外，在本申请中涉及的光纤或光学纤维可包括由玻璃或任何其他材料制成的光纤。

最后，光纤，无论在本申请中任何地方提及，可为具有涂层和/或覆层的光纤；并且光纤的外部圆周表面可为未涂布光纤的外部圆周表面；尤其未涂布和/或割开的光纤末端件的外周长，或分别胶合至光纤耦合装置的光纤覆层或光纤涂层的外部圆周表面。

图1示出光纤耦合装置1的示例性实施方式。光纤耦合装置1包括具有至少一个光电或光子元件50的基板15并且进一步包括光纤耦合对准结构5。因此，光纤耦合装置包括在一或多个光电或光子芯片10上提供的一或多个光电或光子元件50。优选地，参照本申请的附图来论述的光纤耦合装置包括多个光电或光子芯片，其中的每者包括耦合或将耦合至相应光纤的相应光电或光子元件。光纤30的末端件安装或可安装至每个光纤耦合对准结构5(FCAS)；光纤耦合对准结构5被设计成使得和/或安装至基板15，使得在将光纤30附接至光纤耦合对准结构5后，获得具有较高耦合效率的光纤30相对于光电或光子元件50的无源自对准。例如，光纤耦合对准结构5的耦合表面和/或光纤耦合表面可成形以便与光纤末端表面(沿着光纤的轴线方向来界定光纤的末端)和/或光纤的圆周表面共形，从而使得光纤能够在预定、自对准位置和/或定向中与其胶合。

如以上所表达，术语“光纤耦合装置”1不一定包括光纤30或其末端件；实际上它表示充分准备以允许光纤在较高耦合效率下自对准安装的部件，即使光纤30仍然需要在较晚时间点安装至所述装置也是如此。为了在语言上获得与没有光纤30的光纤耦合装置1的区别，包括至少一个光纤30的安装光纤末端件的“连接”或“完成”光纤耦合装置可以被称为“光纤耦合布置”。至少一个光纤30的至少一个末端件可使用胶水或任何其他粘着剂来安装至光纤耦合装置1的光纤耦合对准结构5，并且尤其可安装至图1指示的光纤支撑区域7。在下文中，如上所述，为了简洁，光纤耦合对准结构5主要被称为“FCAS”。

如图1描绘，基板15可包括安装基板20和例如在本申请中提到的任何种类的一或多个芯片10。基板15可包括至少一个光电或光子元件50。一或多个光电或光子元件50可提供于基板15的一个芯片或多个芯片10上。基板15可任选地进一步包括安装基板20，其可为例如印刷电路板。一或多个芯片10可为各自包括集成电路的微电子芯片，尤其电子电路和/或作为集成电路的微电子电路。集成电路可包括一或多个电子和/或光子元件50。这类元件50可布置于主要表面上，例如在上部顶部表面上，如在图1中的元件50正是这种情况。图1或任何其他附图的实施方式或本申请的其他实施方式的一或多个芯片10可由半导体材料或半导体材料层形成和/或包括所述材料或层。

一或多个芯片10(或其中一些)还可为一或多个光子芯片；并且在一或多个芯片之中和/或之上的信号传输使用光传播而非电流来实施。此外，构成或形成基板15的一部分的每个芯片10可进一步为组合光电和光子芯片，即光子集成芯片(PIC)。如果需要，至少一个芯片1同时包括(微电子或电子)集成电路和用于光子信号传输的至少一个集成光子芯片区域。在以下，为了简明，“光电和/或光子芯片”10经常称作“芯片”10并且“光电或光子元件”50经常仅称为“元件”50。

基板15可为具有用于承载至少一个FCAS 5的足够大尺寸的一个单一芯片10。或者，基板15可包括多个芯片10。除了一或多个芯片10之外，基板15可代表或可除了一或多个芯片之外任选地进一步包括支撑一或多个芯片10的安装基板20。如果单一芯片10构成整个基板15，它可沿着横向方向x、y延伸超过光纤耦合对准结构5或FCAS的横向延伸部分，诸如沿着正和负x和y方向，以便支撑并包围整个FCAS 5。

不管基板15的特定实例，基板15包括至少一个光电和/或光子元件50。如所示，至少一个元件50可提供于芯片10的主要表面上。然而，芯片10或基板15可包括多个光电或光子元件50，诸如光学发射器、接收器或收发器，或光电发射器或接收器。构成或形成基板15的一部分的每个芯片10可进一步包括结合起来组装在一块晶粒上的光电元件50以及光子元件50。应进一步了解一或多个芯片10不一定包括复杂集成电路。实际上，一或多个元件50可构成相应芯片10的主要装置；在此情况下芯片10只充当在其上容纳并操作至少一个光电和/或光子元件50的足够大小的小块晶粒或基板材料。芯片10的横向尺寸可例如在50μm与10mm之间的范围内，诸如在0.1mm与1mm之间的范围内。然而，一或多个芯片10可具有诸如小得多的其他合适尺寸。FCAS的沿着x和/或y方向的横向尺寸可在10μm与10mm之间，诸如0.1mm与1mm之间的范围内。FCAS可沿着一个或两个横向方向x和/或y延伸超过芯片10的横向延伸部分。因此在以上数值指示芯片10和FCAS5的可想像延伸部分的示例性范围的情况下，FCAS 5的横向延伸部分根据需要来选择并且可大于芯片10的延伸部分。

此外，FCAS 5的横向延伸部分可选择为大于以上给出的数值，并且其横向延伸部分可超过1mm或甚至10mm；因此，FCAS 5另外覆盖安装基板20的主要表面的横向围绕和/或邻接芯片10的至少一部分。此外，应注意FCAS 5的垂直高度也选择为大于芯片10的厚度或高度。FCAS可进一步覆盖并围绕布置在安装基板上的多个芯片10。或者，多个FCAS 5可以提供于安装基板上，其中的每者覆盖至少一个芯片。

元件50可为光电元件50，诸如VCSEL(垂直腔面发射激光器)、光电二极管、激光二极管、光电探测器或能够发射或检测电磁辐射的其他装置。其可构成形成芯片10或基板的主要表面10a(图2)的一部分的有源区域。主要表面上的元件50的横向延伸部分，即有源区域的延伸部分，可在0.1μm与100μm之间的范围内，诸如在1μm与40μm之间的范围内。芯片10和/或元件50的横向延伸部分的这些和以上数字可涉及横向方向x和y中的一个或两个。在图1中，元件50通过芯片10的上表面(主要表面)的升高部分来视觉化。然而，实际上不需要存在这种升高；并且在大多数以下附图中不特别指示光电或光子元件50。

在图1和下图中示出的基板的特定实例中，基板15包括安装基板20和在它顶部的一个芯片10或多个芯片10(可光电芯片、光子芯片或光子集成芯片)。为了简明，在以下只提及光电芯片，应理解同样涉及光子芯片或光子集成芯片，虽然未明确提到。

(光电)芯片可包括以上先前提到的种类的辐射检测或辐射发射元件50和任选地集成电路。然而，附加于或代替微电子、集成电路，所述一或多个元件50可为主要特征，即芯片的主要部件；因而限定操作芯片功能并且不需要任何集成电路来操作一或多个元件50。因此，芯片可仅包括一个光电部件(VCSEL、光电二极管等；参见上述)或一组或多个光电部件。因此，芯片10可被设计来支撑和操作至少一个光电、光子或光子集成装置或装置。虽然在图1和下图中描绘特定类型的基板，应注意任何其他种类或布置的一或多个芯片10、安装基板20和/或元件50可构成附图中的基板15。

再次参考图1，除了具有至少一个光电和/或光子元件50的基板15之外，光纤耦合装置1进一步包括布置在其上的光纤耦合对准结构5或“FCAS”。具体来说，FCAS 5直接布置在基板15的基板表面上并且覆盖基板主要表面的至少一个表面部分。根据本申请，“FCAS”或光纤耦合对准结构5直接抵靠或邻接基板表面，即直接接触基板15的基板表面或基板材料，并且在其之间没有任何其他材料诸如胶水或粘着剂等(无胶连接)。FCAS 5由聚合物，尤其激光固化聚合物制成，其例如可为通过使可聚合材料诸如抗蚀剂材料聚合来获得的聚合物。因此，FCAS 5的聚合物材料4与由FCAS 5覆盖的基板15的所有表面部分直接接触。在图1中，安装基板20的主要表面20a的表面部分以及芯片10的上部主要表面和至少两个侧壁直接接触并且由此直接抵靠和邻接FCAS 5的聚合物材料4。因此，聚合物材料4形成固体材料块，其包括直接接触并且由此邻接基板15(无胶连接)的支撑界面表面6。邻接基板15或基板表面16的支撑界面表面6的位置在图2中明确指示为FCAS 5的划阴影线的最底下的区域。

图2和图3和图4同样示出在制造光纤耦合装置1期间的中间产物，并且中间产物仍然包括将直接紧靠接触基板表面16来形成的最终聚合物材料的前体可聚合材料2。最终光纤耦合装置1的FCAS 5的支撑界面表面6(如在图4至8中在固化聚合物材料4的底部由参考符号“6”来示出)布置在与图2至4的前体可聚合材料2相同的位置，具体来说在基板主要表面10a和/或20a上方的相同高度或距离处。然而，所制造光纤耦合装置1的最终界面表面6可为由图2至4中的前体可聚合材料2跨越的界面表面的一部分或部分界面表面并且因此可布置于所述界面表面的横向延伸部分和/或外部轮廓中；因为转化成聚合物材料4可选择性执行，即只在基板的整个基板主要表面的一部分中。

在图1的示出实例中，支撑界面表面6包括安装基板20的主要表面20a的大部分、背朝安装基板20的芯片10的上部主要表面10a并且进一步包括芯片10的两个相反侧壁10b。由于在图1的最终光纤耦合装置1中，FCAS 5的聚合物材料4形成与基板15；10；20的基板表面16直接相邻并且与其直接接触的支撑界面表面6，因此FCAS 5和基板15结合起来作为一个整体部分形成光纤耦合装置1，而没有FCAS 5的外部形状与基板表面15之间的正确位置(横向和/或垂直)调整的内在问题。具体来说，FCAS 5的暴露外部轮廓处于相对于芯片10或基板15上的至少一个光电或光子元件50的对准位置中。

FCAS 5相对于元件50的此光学对准位置包括其中可安装至少一个光纤30的光纤支撑区域7相对于元件50的对准位置。因此，一旦光纤安装至光纤耦合装置1，本申请的光纤耦合装置1内在地确保较高耦合效率，并且对于自对准光纤安装或甚至对于有源光纤安装允许大得多的容限，因为没有光纤支撑区域7与光电或光子元件50之间的位置偏移或不匹配发生。

光纤耦合装置1的FCAS 5包括暴露于环境大气或空气的外部轮廓或形状；除了直接接触基板的支撑界面表面6之外，并且，在光纤安装后，还除了借助于薄层胶水或另一粘着剂连接至至少一个光纤30的末端件的光纤支撑区域7之外。

FCAS 5包括一或多个光纤支撑区域7。至少一个光纤支撑区域7可包括可形成为U形或Y形沟槽(在垂直于绘图平面的yz平面中)的光纤支撑表面7b(参见图4、5、7和8)，并且沿着预定光纤末端件的轴线方向“a”的方向“x”的主要延伸部分(在图1和6中明确示出)胶合至所述光纤支撑表面中和/或至其上。光纤支撑区域7可进一步包括耦合表面7A(参见图4至8，例如)，其朝向光纤末端件的轴向末端的光纤末端表面。当光纤安装至沟槽时，电磁辐射R(图1)诸如可见光的光束B在FCAS块的聚合物材料4中在耦合表面7A与光电或光子元件50之间传播。同样地，多个相应光束可在一或多个FCAS块的聚合物材料4中，在多个光纤末端件与芯片10或基板15的多个光电或光子元件50之间传播。任何光纤30的光纤末端件可非常紧密地胶合并且由此安装至光纤支撑区域7，例如通过将其抵靠着沟槽中的胶水材料的薄膜和/或抵靠着耦合表面7A来挤压。由于仅胶水或粘着剂的薄层提供于光纤轮廓与FCAS5的光纤支撑区域7的轮廓之间并且因为光纤支撑区域7相对于在FCAS 5下方的相应元件50光学对准，因此确保高耦合效率。

但是，甚至在光纤末端件在光纤支撑区域7处的定位不理想的情况下，仍然获得光纤末端件与元件50之间的相对高质量连接，因为FCAS 5的外部轮廓(包括界定光纤支撑区域7的轮廓)已经处于相对于元件50的光学对准位置中。这主要归因于以下情况：在FCAS 5的底部，聚合物材料4直接邻接芯片10的基板表面，而没有通常由于必须借助于中间粘着剂材料层将FCAS 5连接至基板所导致的任何未对准。因此在常规光纤耦合装置中，FCAS 5的聚合物材料4不直接在基板表面上生长，而是替代地首先单独地作为额外部分来成形并且然后胶合至基板16，因而在FCAS 5的底部界面表面下方需要额外材料层。这类常规结构(将胶水安置在通常预成形FCAS结构的底部表面下方)显著减少为了获得足够高质量光纤耦合所保留的容限或位置公差，即使严密监测组装也是如此。然而，本申请的光纤耦合装置1的FCAS 5不具有其相对于光电或光子元件50的理想位置的任何显著横向或垂直偏移，因为FCAS 5和基板15结合起来形成整体部分，而在其之间没有任何额外胶水层。特别相对于具有模制、尤其注入模制FCAS 5的常规光纤耦合装置来说，这称得上是一个改进，所述FCAS大小不同并且由于在注入模制之后冷却时尺寸收缩和/或几何变形而具有不精确的尺寸，并且另外必须尽可能最好地定位于将施加至基板表面的额外粘着剂材料层上。

在常规光纤耦合装置中，用于正确定位并且由此有利于足够高耦合效率的工艺窗口由于需要安装或设计反射表面而进一步缩小，所述反射表面用于将光束B在光电或光子元件50与光纤末端件或光纤耦合表面之间行进的路径上的主要传播方向偏转约90°角。这归因于以下情况：安装在芯片的主要表面10a上的元件50通常在大致上垂直于芯片的主要表面10a的方向上发射或接收光。因此，在图1和2中，辐射R的光束B，在芯片10附近，在对应于法线方向“n”或垂直方向z的方向上传播，或偏离此方向小于45°，诸如小于20°的角度。另一方面，在光纤的末端件耦合至芯片10或基板的元件50时，整个光纤耦合装置1(包括光纤末端件)的高度不应不合理地高。因此，为了形成相当扁平装置，光纤末端件通常平行于基板15、芯片10和/或安装基板20的主要表面来安装。因此，光纤末端件附近的光传播需要大致上平行于主要表面，而元件50附近的光传播需要大致上垂直于主要表面。因此，需要用于将光束传播方向以大约90°从垂直偏转至水平或从水平偏转至垂直的其他构件。通常，用于低成本光学连接的发送器或接收器在晶片级过程中产生，因此将传输或接收的光的光轴垂直于芯片的主要表面。芯片在安装时其第二、相反主要表面在印刷电路板或安装基板上。最后，芯片的上部主要表面的电气接触衬垫(未示出)例如通过细导线接合来连接至安装基板。为了避免光纤耦合装置的不合理高度，光纤应在连接光纤末端件处平行于安装基板20或印刷电路板的主要表面20a延伸；因此需要以约45°角定向的光学镜面。此反射表面至少在芯片10平行于安装基板定向时是必需的。

因此，光纤30与至少一个光电或光子元件50之间的光学耦合效率另外取决于为光纤耦合装置1另外所需的反射表面8(图1)的位置和定向。

通常，可提供额外部分诸如镜面或涂层。但是甚至在光纤耦合对准结构5的外部轮廓或形状包括并构成反射表面8时，光传播路径进一步受到由于注入模制和随后胶合至基板所导致的反射表面8的任何变形和/或错位的影响，所述变形和/或错位造成光纤支撑区域7相对于基板15的元件50的任何进一步位置不匹配。根据图1和本申请的其他实施方式，甚至反射表面8形成包括基板15和FCAS 5的整体结构的一部分，因而确保反射表面8和光纤支撑区域7相对于元件50的在横向和垂直方向上的正确定位。因此，沿着每个光电元件50与光纤支撑区域7的相应耦合表面7a之间的整个光路径，不可能发生妨害耦合效率的这类不利影响。

反射表面8是暴露至环境大气或空气的暴露第一聚合物表面部分5a；它被设计成用于在FCAS 5内部传播的光束在元件50与光纤支撑区域7之间的内反射。将反射表面8定位、定向和/或成形以便在FCAS 5内部传播的光束B偏转约90°角，例如45°与135°之间，诸如75°与115°之间的角度。在图1的示例性实施方式中，FCAS 5的外部轮廓或形状的第一表面部分5a形成为圆柱形、球形或非球形表面的一部分。具体地说，将镜面或反射表面8成形以将光束在两个方向上聚焦，由此将辐射R的光束B在元件50与光纤支撑区域7之间准直。使用本申请的光纤耦合装置1，甚至在FCAS 5的反射表面8处，不会在FCAS 5内发生从理想偏转光路径的偏离或偏移。

在所有这些益处下，没必要像有时通常所需要的那样，通过获得代表将最大化的耦合效率的反馈信息诸如接收器信号或光纤中的光强度或功率来主动地测量耦合效率。此外，整个光纤耦合装置1的整体形成的单块结构确保光纤末端件最终胶合至光纤支撑区域7的很宽容限。具体来说，整体形成部分包括基板15以及FCAS 5的支撑界面表面6、反射表面8和光纤支撑区域7。因此，使用具有关于光纤30的最终位置的极宽松容限条件的无源对准来确保快速且极为廉价的光纤耦合。

图2至图5示出形成图1的光纤耦合装置1或本申请的任何其他实施方式的光纤耦合装置的示例性方法的步骤。如同图1，图2示出沿着方向x和z的横截面图。首先，例如通过将至少一个芯片10安装在安装基板20上来提供基板15。如在图1中，芯片10在安装时其主要表面10a平行于安装基板20的主要表面20a，但是背朝它。具体来说，将用于接触至少一个光电或光子元件50并且提供于芯片10的上部主要表面10a上的电气触点(未示出)连接至安装基板20。在提供此种或另一基板15(如以上详细地论述)的情况下，所述方法包括将可聚合材料2施加至基板15的基板表面的至少一部分的步骤。在图2中，由此用可聚合材料2覆盖的表面部分17包括至少一个芯片10的主要表面10a、至少一个芯片10的侧壁10b(全部侧壁或其中至少两个)和安装基板20的主要表面20a的延伸超过芯片10的横向延伸部分的一部分。在此阶段，可聚合材料2直接邻接并覆盖基板表面16，其包括稍后将在其上导致固化成聚合物的基板表面部分17。在图2中，在基板表面16上，与其直接接触的可聚合材料2指示为可聚合材料2的最底下的划阴影线的区域；在此划阴影线的区域的底部，在使可聚合材料2聚合后形成支撑界面表面6。顺便说一下，取决于所述方法如何执行，可聚合材料2可仅覆盖安装基板20的主要表面20a的部分17或可甚至延伸超过并且部分覆盖安装基板20的侧壁20b。

可聚合材料可尤其为抗蚀剂材料。一些示例性可聚合材料是硫族化物玻璃诸如AS₂S₃、IP抗蚀剂例如基于丙烯酸酯的抗蚀剂、有机改性陶瓷(ORMOCER)和一般来说，倾向于在借助于照明，尤其借助于激光辐射，例如借助于红外线激光辐射来供应能量时进行聚合的正或负抗蚀剂。具体来说，能够激光诱导聚合，并且由此固化的任何材料适合于本申请的方法。

根据图3，执行部分地、选择性地使可聚合材料2聚合成聚合物材料4的步骤。对于此方法步骤，可采用任何3D或三维刻蚀技术以便在可聚合材料2的体积内形成三维成形聚合物结构，即FCAS 5。由于在此方法步骤中采用3D刻蚀技术，光纤耦合对准结构5从聚合物材料4中以一定形状来成形是可行的，所述形状被设计成不仅在两个横向方向x、y上而且沿着第三尺寸或垂直方向z，由此使得能够在可聚合材料2内产生固化区域的精确制造轮廓，其最终构成将形成的FCAS 5的外部形状。此外，因为从一开始可聚合材料2直接覆盖基板表面15，尤其芯片10和安装基板20的主要表面10a和20a(图2)，所以FCAS 5可直接在基板表面上起始来生长，从而内在地使其在与基板直接接触的状态下形成，并且因此不存在与芯片的光电或光子元件50的任何未对准。这确保FCAS 5，尤其其光纤支撑区域7和其反射表面8关于元件50的位置的最终位置不会发生偏离。

为了使可聚合材料2聚合并且由此固化成聚合物材料4，可采用任何3D刻蚀技术。其中，可采用激光诱导聚合诸如3D激光打印(3D激光扫描)，或3D全息刻蚀(尤其动态无掩模的3D全息刻蚀；DMHL)。图3示出使用借助于激光光束40的3D激光打印的实施方式，所述激光光束通过准直仪透镜41来准直至焦点区域，其中激光强度足够高以使可聚合材料2局部聚合并且由此转化成固体聚合物4。产生激光光束的激光器可尤其为红外线激光器。根据本申请利用的3D刻蚀技术可使用双光子聚合来执行，从而将其中聚合实际上发生的区域限制于聚集激光光束40的焦点区域。因此，只在焦点区域中激光强度足够高以提供每次两个光子可用于将单体组合成聚合物的充分可能性，而在焦点区域外部在统计上只可利用一个光子，因而未能提供触发聚合的足够能量。

如图3指示，控制激光光束40以便将其焦点区域在可聚合材料2的整个体积内移动，由此留下固体聚合物材料4的径迹，其累积以最终形成FCAS 5。例如，根据图3，激光焦点首先在最底下的区域中、在芯片10和/或安装基板20的基板表面16处或在其上方附近移动，由此首先形成直接粘附至基板表面16的光纤支撑区域6，例如通过在将形成的FCAS 5的覆盖区内沿着横向延伸部分x、y来扫描。其后，激光扫描可在更远离安装基板的基板表面的位置或平面中持续或重复。控制激光以使得激光焦点区域的径迹在将由聚合物4形成的FCAS5的整个全部体积中移动。具体来说，聚合区域的外部轮廓可根据激光焦点区域沿着FCAS 5的所需预定外表面或在其紧邻范围内的移动来成形；此径迹移动参照芯片10的至少一个光电或光子元件50的位置来调整。使可聚合材料局部固化的步骤之前或期间检测到的芯片10或其元件50从所需位置的任何位置偏移可立即通过调整激光焦点区域贯穿可聚合材料的三维体积的路径或径迹来补偿。例如，如果观察到芯片10沿着正横向x方向偏移，那么可控制激光光束的整个径迹以便也沿着正方向x移位并且由此偏移，由此补偿实际、初始或当前芯片位置的偏移。由此FCAS 5的外部轮廓，尤其反射表面8和光纤支撑区域7在其形成期间安置于相对于基板或芯片的光电元件50的位置的预定理想位置中。

图4示出3D刻蚀的结果，其中固化聚合物材料4的区域构成图1示出的FCAS 5的体积以及由此形状。虽然仍然埋置于周围、液体可聚合材料2中，FCAS 5已经包括所有最终表面部分诸如反射表面8和光纤耦合区域7，其均与光电或光子元件50的位置的光学对准。光纤耦合区域7具体可包括耦合表面7A(辐射在穿过光纤30的末端之前或之后穿过所述耦合表面)以及光纤支撑表面7b，其成形为沟槽或另外设计以至少部分地环绕并且由此接收光纤30的外部圆周纤维表面或其覆层或涂层。两个表面7a、7b处于相对于基板和其元件50的调整位置中，并且反射表面8同样如此。由于激光焦点区域以及由此FCAS 5的外部形状的径迹或移动受控制并且如果有必要，在其形成期间原位实时进行调整，因此从聚合步骤的一开始，任何未对准得到抑制和/或补偿。因此，FCAS 5通过用激光(例如使用脉冲激光器，诸如例如脉冲红外线激光器)直接写入印刷电路板和/或芯片10来逐个立体像素地建造。与用于半导体制造中的二维刻蚀技术相比，在此采用的三维刻蚀技术是非接触的并且由此在将成形的FCAS 5另外沿着垂直方向z或远离基板的设计方面给予极大自由度。亚微米分辨率范围内的很高精确度容易通过在此采用的3D刻蚀来获得。同时，3D激光蚀刻写入速度上的巨大进展(当前大约5米/秒或甚至更高)有助于直接在基板15上快速建立FCAS 5。此外，激光扫描对于将定制的聚合物结构的外部轮廓是极其灵活的，因为任何任意外部或内部表面可通过适当地引导激光光束焦点至可聚合材料2来成形。例如，由此可设计光学部件的复杂形状如弯曲镜面(诸如反射镜面8或甚至其他凸或凹透镜表面)。由于写入速度增加，大规模生产变得可承受。替代如图3描绘的3D激光扫描，全息刻蚀或其他3D刻蚀技术可代替采用。

如从图5中显而易见，在完成3D刻蚀并且由此产生充当FCAS 5的固化聚合物结构之后，留待实际工作者完成的全部工作是清理基板15和由固体聚合物材料4形成的FCAS 5以除去任何其余未聚合材料2，从而暴露光纤耦合装置1的预成型FCAS 5。在这种情况下，暴露意味着露出FCAS 5，尤其使FCAS 5从未聚合可聚合材料中露出。当然，在这种情况下，“暴露”即“露出”与在常规刻蚀过程中使用的术语“曝光”无关，其中形成与层接触的掩模，然后蚀刻“曝光”，即经受光以便使掩模图案化。在当前情况下，“暴露”也与在常规刻蚀情况下的任何类型的“暴露”于蚀刻剂无关，其中掩模已经图案化并且其下方的层，经由图案化掩模中的开口，“暴露”于蚀刻剂。替代地，如上所述，在本申请的权利要求中，尤其在独立权利要求1和24中，“暴露”意味着“露出”，即将聚合FCAS结构5从其周围的未聚合材料中释放。因此，在聚合材料露出时，FCAS结构5暴露于环境空气。所制造光纤耦合装置1的暴露FCAS 5包括支撑界面表面6，其直接邻接基板表面16；20a；10a；10b(参见图2)或至少其表面部分17。因为不再需要将FCAS 5安装至基板15上的步骤，所以保证FCAS 5与基板15之间的光学对准。如进一步从图5中显而易见，FCAS 5包括限定支撑界面表面6的边缘19以及沿着边缘19邻接支撑界面表面6的侧壁9。尤其在FCAS 5的整个覆盖区在基板15的横向延伸部分内时，FCAS 5的侧壁9相对于安装基板20的侧壁20b偏移。因此，基板充当整个光纤耦合对准结构5的支撑表面；在这些实施方式中，FCAS 5的侧壁9和支撑FCAS 5的基板20的侧壁20b可彼此偏移而非彼此齐平。

作为最终步骤，如从图1中显而易见，光纤30的末端件可胶合至光纤支撑区域7。此最终安装步骤(由于光纤支撑表面7与光纤圆周表面的共形性所导致的自对准)获益于已经通过FCAS轮廓，尤其其光纤支撑区域7、反射表面8和支撑界面表面6相对于基板的高度精确定位来获得的极大容限。因此，在安装光纤30时，获得高光学耦合效率。

另一益处是在完成制造光纤耦合装置1本身(包括FCAS 5)之后，安装光纤末端件的步骤可延期至任何较晚时间点。因此，光纤耦合装置1可早在最终用户将光纤安装至光纤耦合装置之前制造、存储并分配。并且在最终用户安装光纤时，在不需要进一步特殊对准措施的情况下获得高耦合效率。

图6至8示出可利用3D刻蚀来获得的光纤耦合装置的替代示例性实施方式。根据图6，反射表面8是平面或扁平而非弯曲的；其中均匀倾斜角为约45°或至少在40°与50°之间。在这里，FCAS 5不包括充当用于准直光束的透镜的弯曲表面。然而，替代地光纤30的末端件31可在其朝向耦合表面7a的轴向末端处弯曲以获得准直效应。

例如，光纤末端件31的轴向末端表面可球状地或非球状地形成。在图6中，轴向光纤末端表面与光纤支撑区域7的耦合表面7a之间的距离示出为大于实际选择的距离。FCAS5可被设计来使得在光纤末端表面至少以其中心末端表面区域来直接接触耦合表面7a时或在其之间留下将用胶水或粘着剂材料填充的预定最小间隙或距离时获得最大耦合效率。

图7示出FCAS 5包括弯曲表面的另一实施方式。然而，在图7中，将耦合表面7a，即与用作反射表面8的第一表面部分5a不同的另一第二表面部分5b弯曲以便形成透镜11或透镜表面。遍及图1、4至7和8，应了解在垂直于方向x的平面中，形成光纤支撑区域7的光纤支撑表面7b以便以自对准方式接收光纤30的外部圆周表面或其覆层(或甚至其涂层)，并且除了胶水或粘着剂的薄层的厚度之外，几乎不留下余地。光纤支撑表面7b可为例如沟槽，诸如U-沟槽或V-沟槽。采用3D激光打印或另一3D刻蚀技术允许从可聚合材料2中精确成形诸如透镜表面和其他复杂弯曲表面，诸如图5的反射表面8或图7的耦合表面7a。

图8示出使用3D刻蚀来形成并且包括朝向空腔12的内部侧壁的聚合物结构5的另一实施方式。根据图8，由聚合物4形成的FCAS 5在可布置于安装基板20上的芯片10上方桥接。然而，聚合物材料5既不接触也不符合芯片10的形状或表面。替代地，聚合物材料4形成内部侧壁9a以及芯片10上方的透镜表面11；这些表面限定空腔12或桥接区域13。在第二横向方向y中，桥接区域13可在一或两侧敞开，由此使得能够将未聚合材料2从在FCAS 5与安装基板20之间封闭的空腔12移除。桥接区域13或空腔12的高度大于安装基板20上的芯片10的厚度。

在空腔12或桥接区域13的顶板处形成的透镜表面11(第三表面部分5c)形成在芯片10的元件50与光纤耦合装置1的耦合表面7a之间传播的电磁辐射的路径内的准直透镜。当然，空腔12和/或桥接区域13可与任何附图或本申请的其他实施方式的FCAS 5的其他特征组合。由于图8示出的空腔12，FCAS 5的支撑界面表面6只包括安装基板20或印刷电路板21的基板表面16的表面部分17，而不邻接芯片10或其光电或光子元件50的任何表面部分。因此甚至限定空腔12或桥接区域13的内部表面9a、11可容易地成形以实现类似于图8的实施方式，这归因于通过3D刻蚀来形成的几何形状的适应性。

在本申请中呈现的光纤耦合装置1的所有实施方式可通过如权利要求定义的制造方法来形成，尤其使用如图2至5示出的激光扫描。或者，可采用不同于3D激光打印的任何其他3D刻蚀技术，例如全息刻蚀。虽然这些方法就其本身而论是已知的，但是采用这类方法来在基板上形成光纤耦合对准结构迄今为止是未知的。

3D刻蚀技术可同样地适用于不包括安装基板的基板。具体来说，FCAS 5可借助于3D刻蚀只在光电、光子或光子集成芯片10上生长。因此，一或多个光纤耦合对准结构15可形成于单一芯片10或任何其他单块基板上。

如图9示出，芯片或基板还可为晶片60，例如尚未通过切割来切单的半导体晶片。因此，晶片60的表面可用作在光电或光子元件50的二维阵列或图案上生长许多光纤耦合对准结构5的播种平面。因此，本申请的方法可以晶片级来执行，其中晶片包括矩形晶片区域的二维阵列，所述晶片区域各自用于代表将形成的相应光纤耦合装置1的芯片的相应芯片表面积。因此，多个光纤耦合对准结构5可形成于一个单一晶片上。在光纤耦合对准结构5在晶片表面区域上生长之后，将晶片60切单，即切割成多个芯片10，其各自包括与其芯片表面10a直接接触的聚合物材料4的至少一个相应FCAS 5。在切割后，获得多个光纤耦合装置1，其各自准备以高耦合效率来安装相应光纤30。

如图10示出，代替以晶片级或在包括安装基板20的组合基板上产生，替代地一或多个切割或另外预成形光电、光子或光子集成芯片10可用作在它或它们上面生长FCAS结构5的基板15。在此情况下，光纤耦合对准结构5通过适当3D刻蚀技术直接在相应芯片10的主要表面10a上生长。虽然根据图10，一个较大FCAS 5覆盖单独芯片的主要表面10a的大部分，但是替代地各自与芯片10的主要表面10a的横向延伸部分相比尺寸较小的多个这类结构5可同时或相继地在同一相应芯片10上形成。芯片10的大小和FCAS结构5的大小和横向尺寸可适当地鉴于芯片10上的光电或光子元件50的总数和布置来选择。在图10中，光纤末端件31的轴向光纤末端表面和外部圆周表面分别用32和33来指示。如进一步从图10中显而易见，在光纤支撑区域7(包括耦合表面7a和光纤支撑表面7b)与光纤末端件31(包括光纤末端表面32和圆周表面33)之间存在间隙或距离，所述间隙或距离用粘着剂(未展示)，诸如用共形粘着剂层来填充。因此，存在将光纤支撑表面7连接至光纤末端件31的胶水层或其他粘着剂层。因此FCAS 5的聚合物材料4的表面7a、7b不与光纤表面32、33直接接触，而是在距这些光纤表面32、33的较小但是有限距离处布置。另一方面，在FCAS 5的底部，在支撑界面表面6与基板15之间没有胶水层或其他粘着剂层。图11示意性地示出用于3D激光打印以形成光纤耦合对准结构的示例性设备。基板15或多个基板(诸如芯片、安装基板或其他种类的基板布置)布置于可移动台42上，其沿着方向x、y的横向位置可通过横向扫描致动器驱动器43来控制。基板15用可聚合材料2覆盖。可聚合材料层2可夹在基板15与其顶部的玻璃板(未展示)之间，从而确保限定激光焦点移动的垂直范围的可聚合材料的均匀厚度。由激光源39产生的激光光束40通过准直仪透镜41，诸如显微镜物镜来准直。在图11中，准直仪透镜41与基板15之间的垂直距离被夸大；实际上准直仪透镜41紧密地布置于基板15上的可聚合材料层2上方。准直仪透镜41强有力地准直激光光束40的直径，从而获得受限制的焦点区域，其中激光强度超过足以可能触发双光子聚合所需要的阈强度值。此焦点区域定位于可聚合材料层2内的某一垂直位置z处。激光光束可尤其为红外线激光束。

设备包括用于控制激光光束40的焦点区域的垂直位置的焦深致动器单元37。除了用于升高和降低准直仪透镜41的单元之外，焦深致动器单元37可包括在3D激光打印期间实现激光焦点垂直位置的实时调整的两个镜面38。另外，致动或控制可移动台42或基板支撑物的横向移动以提供激光焦点区域的瞬时横向x和/或y位置和相对于基板15上的可聚合材料层2的实时调整。

为了直接在激光打印过程期间观察基板表面，使用经由半透明镜面34精确地沿着激光光束40的方向来观察的数字摄像机35。在可聚合或另外感光材料的体积内，在双光子吸收后，在暂时穿过激光的焦点区域的可聚合材料2的空间区域中发生局部聚合。脉冲激光器是有效的并且通常加以使用。可控制所施加的超短激光脉冲的能量和数目以调整其中发生双光子吸收以及由此聚合的焦点区域的大小。激光光束的脉冲持续时间可例如低于100飞秒，并且脉冲频率可为大约45MHz。100nm或甚至更小的扫描分辨率可使用3D刻蚀来实现。激光的波长通常在红外线波长范围内，例如在800纳米与100微米之间的范围内。

在3D刻蚀期间平台42的定位可例如使用压电扫描致动器驱动构件来实现。可使用为固体或液体的正型光阻剂以及负型光阻剂。在扫描可聚合材料并且由此建立构成相应FCAS 5的一或多个三维聚合物结构之后，将未聚合材料从基板15上冲刷掉。

由于在3D激光打印(3D激光扫描)期间，焦点区域的位置沿着可聚合材料2的抗蚀剂层的三维体积行进，并且焦点区域的垂直位置另外在可聚合材料层2的厚度范围内受控制，因此可形成具有一定形状的三维聚合物结构，所述形状的横向尺寸沿着聚合物结构的高度以预定方式变化。因此，与需要掩模并且从上方经由图案化掩模来蚀刻的二维刻蚀技术相比，可容易地形成更多种类的结构。通过如在图11中，沿着激光光束的方向，使用数字摄像机35诸如CCD或CMOS摄像机经由半透明镜面34来观察基板表面，FCAS 5可在其生长期间实时监测并且由此相对于基板上的元件50来可靠地定位。由于同一光学视觉系统(即光学元件诸如镜面38、焦深致动器单元37和准直仪透镜41)用于引导激光焦点区域的径迹以及在摄像机35的显示器或连接至摄像机35的显示器上观察聚合结构和基板表面，因此在甚至观察方向、观察路径和/或所观察基板表面相对于激光光束路径的位置之间的观察相关偏移得以消除。

因此，光纤耦合对准结构5，尤其其反射体、透镜、其他成形轮廓和用于光纤的任何对准特征可以小于100nm的亚微米范围内的高精度来成形并定位。因此，激光焦点在抗蚀剂层内部的逐个立体像素的高精度移动通过逐步或渐增局部聚合来产生整个光纤耦合对准结构5。通过采用3D激光打印或另一三维刻蚀技术，本申请使得模制光学部分或任何其他结构件显得过时。此外，这些三维刻蚀技术是非接触的，尤其因为其不需要在基板上形成任何掩模，并且可借助于视觉系统基于视觉控制来可靠地控制。因此，可采用无掩模的3D刻蚀来使可聚合材料选择性地聚合。此外，3D刻蚀图案化期间的快速、廉价和实时校正由于使用视觉控制系统而实现。借助于视觉控制系统，将聚合的区域的位置和形状可在曝光之前或甚至在曝光期间作为实时控制来控制。

采用其他3D刻蚀技术，可同样获得上述优势。例如，可采用全息刻蚀，尤其用于成形具有微米和纳米范围内的尺寸的3D结构的动态无掩模的全息刻蚀(DMHL)。全息刻蚀的另一益处是整个FCAS 5或多个光纤耦接元件结构5可同时形成，因为在将可聚合抗蚀剂层2曝露于激光图案时，整个三维全息图案同时产生。因此，全息刻蚀的另一优势是缩减在制造期间的时间消耗，因为全息刻蚀不依赖任何有限写入速度，因为没有沿着所有三个维度移动的激光焦点。然而，不论所采用的特定3D刻蚀技术，在使可聚合材料2曝光之后，可任选地执行显影步骤(取决于所选择的特定抗蚀剂材料)以完成聚合的内部过程且/或使聚合物材料硬化。在移除任何未聚合材料2后，所有光纤耦合对准结构完成。

由于采用3D刻蚀技术诸如3D激光打印/扫描或3D全息刻蚀，例如，来形成FCAS 5，FCAS 5不仅本身是整体部分(即构成聚合物整体的单块聚合物结构)而且还与基板一起形成构成光纤耦合装置的单块整体部分，其未由任何气隙或粘着剂材料层所间断；FCAS 5的聚合物材料4共形于并且直接邻接基板15的基板表面16的基板材料。具体来说，聚合物材料与基板材料之间的此接触表面或界面表面不含任何气隙、粘着剂或其他材料或层。替代地，聚合物材料直接固定至基板材料，其为芯片的大块材料或芯片和安装基板的大块材料。从基板表面，聚合物材料4块延伸直至光纤支撑区域7，在其之间没有用空气或任何粘着剂或其他材料层填充的任何间隙。因此，光纤支撑区域7布置在相对于芯片的光电或光子元件50的位置的光学对准位置中。

由于将3D刻蚀技术用于形成光纤安装装置的方法，由此形成的FCAS 5的整体结构可甚至包括包括一或多个突出部分的形状，诸如在图7中垂直定向的横向突出、凸透镜11或例如图8中的桥接于芯片和空腔12上的FCAS 5的聚合物桥。具体来说，FCAS 5的轮廓或外表面可包括表面部分，所述表面部分布置于距基板的一定距离处，但是同时，以相对于基板表面的法线方向超过90°的角度来定向(并且由此在倾斜定向中朝向基板表面)。此外，除了所产生的激光光束或全息激光图案之外，不需要其他额外构件以形成FCAS 5的轮廓，由此使得制造方法不太昂贵。FCAS 5可由任何激光固化聚合物来形成，例如通过使可聚合抗蚀剂材料聚合并且由此固化。

最后，在制造光纤安装装置之后的任何稍后时间点，光纤末端件可最后安装，例如通过将其胶合至光纤耦合对准结构5。由于光纤耦合对准结构5的外部形状内在地处于相对于基板的光电或光子元件50的最优位置，因此以足够容限来保障高耦合效率，甚至在最后由最终用户安装光纤末端件之前也是如此。图12示出光纤耦合装置1的示意顶视图，其包括至少一个光电或光子元件，诸如图1的光纤耦合装置或图5至10中的一个的光纤耦合装置。图12示出的光纤耦合装置1包括多个光电或光子元件50；50a、50b、50c、50d。因此，多个光电或光子芯片100a、100b、100c、100d布置于基板表面上，即在安装基板20的主要表面20a上。在图12和以下附图的实例中，光纤耦合装置1包括多个，例如，四个光电或光子元件50；50a、50b、50c、50d，即基板20上的多个四个光电或光子芯片100a、100b、100c、100d。芯片由光纤耦合对准结构(FCAS)封闭并包围并且由此光学耦合或指定耦合至四个相应对应的光纤30(图1或图10)。光电或光子元件50i或芯片100i中的每者与四个光纤30i中的相应一个相关联；其中“i”指示多个元件、芯片或光纤中的相应编号；因此，“i”表示a、b、c或d。

光纤耦合对准结构5或FCAS包括多个四个反射表面80或80i；即在图12中以顶视图示出的80a、80b、80c、80d，所述顶视图来自于相对于安装基板20的基板表面20a的平面的垂直或法线方向。此外，多个四个光纤支撑区域70；70a、70b、70c、70d沿着第一横向方向x提供FCAS的一个横向末端处或附近。每个光纤支撑区域70a、…、70d被设计来接收将安装至光纤耦合装置1的光纤30a、…、30d中的相应一个。光纤支撑区域可包括例如作为相应光纤支撑表面7b(参见图5至10)的V-沟槽或U-沟槽并且可进一步包括耦合表面7a，光在相应光电或光子元件50i与相关联光纤30i之间传播时穿过所述耦合表面。

一般来说，诸如图12描绘的光纤耦合装置1至少沿着方向x和z具有构成光纤耦合装置1的结构部分的相同，即均匀的位置和定向。沿着第二横向方向y，相应光电或光子元件50i的位置、相关联反射表面80i的位置、相关联光纤支撑区域70i的位置以及最后，将耦合至相应光电或光子元件50i或芯片100i的相关联光纤30i的位置预期彼此对准，并且通常在相同结构部分之间具有沿着方向y的均匀间距。此外，在如图12描绘的光纤耦合装置1中，第一或最上面的光纤支撑区域70a、第一光纤30a和第一反射表面80a预期具有与第一光电或光子元件50a或芯片100a相同的y-位置。

然而，实际上，由于亚亳米，即微米范围内的较小尺寸，因此尽管需要获得光电或光子元件50a、...、50d与光纤30a、...、30d之间的较高光传输百分比牵涉到的严格位置要求，但是仍然可能发生光电或光子元件50a、...、50d的较小未对准。根据本申请，基板20上的芯片100i的这些未对准通过单独反射表面80i和/或光纤支撑区域70i的补偿偏移来补偿，从而补偿光传输性能劣化，否则所述劣化在如图12示出的常规光纤耦合装置中发生。具体地说，根据本申请，单独光电或光子芯片100i的实际位置和/或定向相对于标准化默认位置的无意偏差通过反射表面和/或光纤支撑区域80i；70i的单独偏移来补偿。与图12示出的常规设计比较，其中所有反射表面和所有光纤支撑区域位于同一个位置(当然除了沿着第二横向方向y的间距)和定向，未对准的好得多的补偿和光学耦合效率的增加通过本申请的以下实施方式的示例性实施方式和其组合来获得。

图12另外示出控制芯片54，其中可提供控制电路以便操作并电气接入光电或光子元件50i，即光电或光子芯片10；100i，其借助于接合线55来连接至控制芯片54。虽然在图1和5至10中，为了更清楚地说明光传输路径，已经省去控制芯片和接合线，但是另外在实施方式中其仍然存在，并且优选地，由FCAS结构5的聚合物材料封闭并包围，如图12示出。

包括控制电路的控制芯片54可安装于安装基板20的主要表面20a上，如同光电或光子芯片10；100i一样。或者，布置于安装基板20中且/或可在基板20的主要表面20a处接入的子电路可用作控制电路。因此，接合线55可将光电或光子芯片100i(其中i＝a、b、c、d)与支撑基板的主要表面20或，替代地，与安置在安装基板上的控制芯片54的主要表面连接。此外，可提供用于所有多个光电或光子芯片10；100i的一个单一控制芯片和/或控制电路。

图13示出图12示出的多个光电或光子芯片100i的单独光电或光子芯片100a的实际位置的放大、横截面图。为了清楚说明，在图13中只示出这些芯片100i中的一个芯片的位置。在基板表面，诸如支撑基板20的主要表面20a上，可提供支撑结构22以支撑相应单独芯片100i的后侧或后表面。支撑结构22可，例如，包括焊接结构，诸如焊接球或接合结构，例如接合球。优选地，支撑结构22只用来将相应光电或光子芯片100i机械固定至基板20，而芯片100i的电气接触和接入由接合线55或安装至相反表面的其他种类的电气连接器来提供，所述相反表面即相应芯片100i的主要表面10a；背朝基板20的主要表面10a。在主要表面10a中和/或在其上，安置相应光电或光子芯片100i的光电或光子元件50i；因此，其有源区域提供于主要表面10a处。虽然在图12和13和后续附图中，光电或光子元件50i，即有源区域，被描绘得非常小以便非常清楚地图形化指示其精确中心位置，但是在实际上光电或光子元件50i和其有源区域的横向延伸部分可大得多并且可覆盖相应芯片100i的主要表面的超过80百分比。

通常，如上参照图12所述，光纤耦合对准结构5或FCAS被设计成具有反射表面8；80和光纤支撑区域7，70的标准化、均匀位置(至少沿着方向x和z)和定向，这是基于以下假设：所有光电或光子元件50i安装在其预定默认位置或至少充分接近于其预定默认位置。在图13中，预定默认位置以90指示并且示出为虚线。对于芯片100i中的每者来说，此默认位置90只随着y坐标变化，使得沿着y方向，相应芯片100i的中心位置与相关联光纤30i(或其将耦合至光纤耦合对准结构的末端部分)的中心位置对准并且还与相关联反射表面80i和相关联光纤支撑区域70i的y-位置对准。此外，常规设计进一步基于以下假设：单独芯片100i的定向对于所有芯片来说是均匀的并且与由安装基板20的基板表面20a预定的法线方向z和两个横向方向x、y充分对准。因此，在常规设计中，反射表面和/或光纤支撑区域同样地布置于标准化、均匀位置和定向中。

然而，如图13示出，示例性单独光电或光子芯片100i，例如第一芯片100a的实际位置可能包括位置未对准，诸如沿着相对于基板10的基板表面20a的法线方向z的垂直未对准“Maz”(或对于相应芯片100i，总体上称为“Miz”或简称为“i”而不是“a”)。因此，单独芯片100i可安装于与默认位置相比的稍微较高或较低位置。此外，与预定默认位置90相比，可例如存在沿着第一横向方向x的横向未对准“Mix”，或对于第一芯片100a来说为“Max”。此外，可存在相对于预定默认位置90的第二横向未对准“Miy”。因此，相应芯片100i上的光电或光子元件50；50i可相对于其默认位置未对准。除了光电或光子元件50i或芯片100i的这些未对准之外，也可发生定向未对准。例如，芯片100i的主要表面10a和尤其其有源区域或光电/光子元件50i的法线方向n可相对于支撑基板20的主要表面20的预定正确法线方向或垂直方向z稍微倾斜或定向错误。因此，相应单独芯片100i的实际位置可包括围绕主要方向x、y、z或其中一些方向的定向错误“Miα”、“Miβ”和/或“Miγ”；诸如对于第一芯片100a来说为Maα、Maβ和/或Maγ。

然而，在如图13示出的光电或光子芯片10；100i的实际位置相对于其均匀默认位置90的任何未对准的情况下，存在传输性能，尤其在一个或一些芯片100i与其相关联光纤30i之间实际传输的光的百分比劣化的风险。为了最大限度地减少这类传输损失，通常通过将均匀成形的FCAS结构5安置于相对于多个(例如四个)光电或光子芯片100i的相对最优位置来在一定程度上改进光纤耦合装置，在FCAS的最优位置处，四个光电或光子芯片100i中的每者的耦合效率至少是可接受的。因此常规设计只允许将光纤耦合对准结构5的位置相对于对所有光电或光子芯片100i的位置取平均值的默认或平均位置进行调整。在这类常规设计中，没有单独地补偿单独光电或光子芯片100i的未对准的方法。因此，至少对于常规光纤耦合装置的一些多个光电或光子芯片100i，必须容受可实现传输性能的一定程度的减少，因为对于同时提供于安装基板上的多个四个或另一数目的未对准芯片100i来说，常规、均匀设计光纤耦合对准结构FCAS或5没有办法来同时以最优水平防止所有芯片至光纤系统的传输性能劣化。

然而，通过本申请示出的光纤耦合装置的实施方式，单独校正变得可能。根据本申请的实施方式，单独补偿变得可行，从而允许单独优化四个芯片至光纤系统中的每者的耦合效率。

图14示出具有光纤耦合对准结构FCAS或5的光纤耦合装置1的示例性实施方式，所述光纤耦合对准结构具有沿着平行于安装基板的基板表面的第一横向方向x的单独反射表面8；80的位置偏移。图14只示出反射表面80a、80b、80c、80d安置于其中的光纤耦合对准结构5的部分或区域，其代表背朝安装基板并且平面或弯曲的FCAS的顶部表面的部分表面。反射表面80a、80b、80c、80d可具有围绕它们的限定这些表面的边缘，并且其通常具有大于并且包围下方的相应芯片100i的横向尺寸的横向尺寸。在反射表面80a、80b、80c、80d或80i(其中i＝a、b、c、d)下方，承载光电或光子元件50i的光电或光子芯片100i在图14中示出；其布置于基板表面上，如已经在图1和5至10以及图12中示出。在图12的常规设计中，所有相关联反射表面80a、80b、80c、80d的横向位置是相同的；因此它对于所有反射表面80a、80b、80c、80d来说为相同的并且例如沿着方向x，对应于表示均匀x-位置的默认位置POx(在图14底部以虚线示出)。通常，保持均匀反射表面位置，不论相关联芯片100i安置于其在图13示出的默认位置90附近的精确和紧密程度如何。

在图14示出的实施方式中，反射表面80i的实际位置对于单独反射表面80i、80a、80b、80c和80d中的每者来说单独变化。由此，相应光电或光子芯片100i的单独未对准得以补偿。具体地说，为了补偿诸如图13指示的未对准，可提供补偿偏移，诸如反射表面80i的位置偏移。本文以下论述的至少一些偏移可甚至在使用常规技术，诸如冲压或包覆模制时来实现。此外，在例如采用3D刻蚀诸如激光扫描或全息术的情况下，更广泛种类的单独计算补偿偏移诸如参照图14至20解释的补偿偏移变得可行。为此目的，将转化成聚合物材料的可聚合材料的区域或部分的三维形状经过计算和设计以使得与单独光电和/或光子元件相关联的相应反射表面和/或光纤支撑区域布置于其单独计算偏移位置和/或偏移定向和/或在形状上具有其预定偏移，所述偏移可为界定反射表面的形状的参数的参数相关偏移(进一步参见以下)。现在参照图14至20描述的这些种类的偏移还可彼此组合。

在图14的实例中，对于与下方的相应光电和/或光子芯片100i相关联的相应反射表面80i，提出单独补偿位置偏移CPix(其中i＝a、b、c、d)。如从图14中显而易见，第一反射表面80a相对于默认x-位置P0x、沿着正方向x来移位位置偏移距CP1x。对于第二反射表面80b，存在沿着负x方向的负偏移CP2x。同样地，第三反射表面80c在位置上沿着负x方向偏移较小量(CP3x)，而第四反射表面80d沿着正x方向偏移大于第一反射表面80a的偏移距的偏移距CP4x。这些偏移通过设计光纤耦合对准结构FCAS或5的形状来实现以使得每个反射表面80i定位于其单独移位偏移位置，从而补偿或至少有助于补偿芯片100i的未对准，诸如以上参照图13所解释的未对准。顺便说一下，在图14至20中，为了在附图中更清楚地说明，位置、旋转和参数相关偏移以夸大大小来示出。

图15示出另一实施方式，其可单独地或与其它实施方式，例如图14和/或图16至20中的任何一个图的实施方式组合来实现。根据图15，对于反射表面80i，实现沿着基板表面20a的法线方向n(图5)或z的垂直补偿偏移CPiz。举例来说，第一和第四反射表面80a和80d的补偿位置偏移CP1z和CP4z可为负的，即沿着朝向基板表面20a的负z方向，而在此实例中，第二和第三反射表面80b、80c的垂直偏移CP2z和CP3z可为正的。如在图14中，图15中的位置偏移可单独选择。因此，对于反射表面80a至80d中的每者来说，量和方向(正或负z方向)可单独选择。单独垂直偏移CPiz同样地补偿或有助于补偿下方的芯片100i或100a、…、100d的未对准。

替代地或与图14和/或15组合，也沿着第二横向方向y，相应位置偏移CPiy，即CP1y、CP2y、CP3y和CP4y可相对于由相应芯片100i的默认位置定义的相应参考位置P1y、P2y、P3y和P4y(未示出)来实现。因此，沿着y方向的反射表面80i的间距和/或宽度不再需要均匀地选择。

可例如对于FCAS的每个反射表面80a、80b、80c、80d来计算并单独实现位置偏移Cpix、CPiy和/或CPiz以便补偿将耦合至芯片100i的光纤末端部分31的不同长度或距离。例如，如果单独光纤30i相对较短，相关联反射表面100i的位置可沿着负z方向来降低补偿偏移距CPiz，诸如如图15示出的CP4z。同样地或另外，对于相应反射表面80i，可实现如图14示出的沿着正x方向的补偿横向偏移CPiz。当然，沿着方向x和z的两个偏移可加以组合。可对于下方的相应芯片100i的补偿位置和/或定向偏移施加进一步偏移。

图16示出一个实施方式，其中对于相应反射表面80i；80a、80d来实现定向，即旋转偏移或倾斜，例如围绕第二横向方向y以相应倾斜角或旋转角β的旋转偏移或倾斜角。这类倾斜角可例如代表单独反射镜面，即反射表面80i，围绕其中心点或另一参考点，尤其围绕具有与最初对于下方相应光电和/或光子元件50i定义的默认xy-位置相同xy-位置的中心点的倾斜角。在图16的实例中，第一和第四反射表面80a，80d与默认定向D0相比，围绕y方向在逆时针方向中补偿旋转相应角度β(即补偿定向偏移‘CO1β’和‘CO4β’)，而第二和第三反射表面80b，80c的旋转偏移‘CO2β’和‘CO3β’在图16的实例中是顺时针方向的。

同样地，虽然图16中未展示，但是可对于反射表面80i；80a，80d或其中一些来实现围绕x方向的补偿定向偏移，即反射表面旋转COiα；COaα、…、COdα(未展示)和/或围绕z方向的定向偏移COiγ；CO1γ，COdγ(未展示)。另外，这些或一些这些定向反射表面偏移可与参照图14和/或15提及的位置偏移组合。

图17示出另一实例，其中实现光纤耦合区域70i；70a、...、70d(图12)的单独补偿偏移而非反射表面80i的偏移。在图17的实例中，示出相应光纤耦合区域70i的尤其沿着方向x和z的位置偏移CPi’，即CPix’和/或CPiz’。因此，在最终耦合至光纤耦合装置1时的单独光纤末端部分的位置可在xz-平面中是不同的并且可彼此不同且/或不同于如通常对于所有四个光纤耦合部分所采用的默认位置。在图17中，例如，可实现沿着x方向的横向位置偏移CPix’和/或沿着z方向的CPiz’(以及当然，沿着y方向的CPiy，但是未展示)，由此达到多个光纤支撑区域70i或70a、…、70d中的相应一个的相应耦合表面7a和/或光纤支撑表面7b的相应位置的单独移位位置。同样地，另外或替代地可实现单独光纤支撑区域70i的定向偏移。例如，相应光纤30i的单独光纤支撑表面70i，即U-沟槽或V-沟槽，可具有围绕y-方向的在倾斜角β'下的旋转偏移COiβ'。虽然对于所有三个旋转轴未展示，但是可实现围绕任何轴的相应旋转偏移COiα’，COiβ’，COiγ’。当然，如在图16中，旋转角度可对于反射表面80i和/或光纤支撑区域70i中的每者来单独选择。

另外对于光纤支撑区域70i或70a、…、70d，光纤支撑区域的位置和定向偏移可彼此组合。此外，其可与诸如参照图14至16来描述的反射表面80i的位置和/或定向偏移组合。可选择这些偏移的任何组合。例如，反射表面80i的垂直偏移CPiz与光纤支撑区域70i的垂直和/或横向位置偏移CPiz’,CPix’可组合。作为进一步实例，反射表面80i的定向偏移COiβ与光纤耦合区域70i的位置和/或定向偏移COiβ’(围绕y方向)，CPiz’，CPix’可组合。

顺便说一下，虽然未明确提到，当然一个光纤耦合对准结构5或FCAS可足够用于封闭安装基板20上的所有多个光电或光子芯片100i。或者，可形成多个或分离FCAS结构5，其各自封闭一个或一些这些芯片。然而，优选地所有，尤其所有四个芯片由同一个FCAS结构来封闭并耦合，如在整个本申请中示出。

虽然图14至17示出反射表面和/或光纤支撑区域的位置和旋转偏移，但是至少对于反射表面存在可感知的其他补偿偏移。具体地说，关于定义单独反射表面的形状和/或轮廓的参数值的参数偏移可加以定义和偏移，由此与均匀默认形状或另一参考形状相比，改变相应反射表面80i的形状。如下所述的这些参数相关偏移或变形可进一步与以上论述的位置和/或旋转偏移组合。通过变化单独反射表面的形状的这些参数化偏移，与反射表面的默认或参考形状相比，反射表面可例如更宽、更窄成形或另外变形。例如，参数诸如定义反射表面形状的多项式系数的值可偏移，即与初始默认值相比加以改变，从而达到每个相应单独反射表面80i的单独调整反射表面形状。

反射表面可例如根据数学定义每个单独反射表面的精确形状或轮廓的多项式方程来成形。补偿芯片未对准的补偿偏移可为例如每个相应反射表面的变形。这类变形可为由在相应反射表面的多项式方程中出现的参数值或由这些参数值或其中一个或一些参数值的偏移来定义的变形。例如，特定多项式系数或参数的移位可将相应多项式反射表面80i改变成沿着特定方向更窄或更宽，沿着特定方向或在特定截面线上具有更大或更小曲率半径，在特定方向上或在特定截面平面中倾斜或另外变形。此外，可存在多个参数，其值加以选择或偏移以使得将某种程度的像散、锥形变形(尤其沿着两个方向的双锥变形)或其他种类的变形或扭曲赋予相应反射表面80i。

作为代表单独调整反射表面80i的这些多项式表面的实例，例如，可使用查涅克表面和尤其双锥查涅克表面。

图18至20示出一些示例性实施方式，其中多项式表面，例如查涅克透镜表面用作光纤耦合装置的反射表面80i。图18示出截面侧视图，其中双锥查涅克反射表面80i的形状由网格结构来指示，除了xz-平面中的曲率之外，所述网格结构指示沿着垂直于绘图平面的第二横向方向y的形状。

为了说明双锥表面轮廓，网格图案的代表双锥查涅克表面的区域描绘为大于实际用于光纤耦合对准结构5的反射表面的区域；实际用于反射表面的部分区域以80i指示；在图中，只出于说明目的，此线移位至左侧以便与过度地设定尺寸的说明性网格图案更清楚地区别。

在图18中，光纤30或其末端部分31例如安装在基板表面20a上方，即FCAS结构5的底部表面上方620μm的垂直距离处。芯片100i的光电或光子元件50i的垂直位置例如在基板表面上方150μm。如由多项式常数或系数定义的反射表面的形状可沿着相应查涅克表面80i沿着至少两个截面平面或方向是不同的。如从图18示出的侧视图中显而易见，反射表面80i可倾斜和/或移位任何移位矢量和/或一组倾斜角。此外，每个反射表面可单独变形或扭曲，即参数化偏移。

根据展示作为反射表面中的一个的查涅克表面80i的图18的示例性实施方式，似乎在截面xz-平面中存在锥形分量而非恒定半径，由此使多项式反射表面与常规、球形表面相比变形。总体上除了查涅克表面之外的任何种类非球面反射表面可同样地用于使反射表面80i成形。

关于移位和/或倾斜偏移，图18示出反射表面围绕其中心点的倾斜以及相对于查涅克反射表面的中心点相对于从芯片100i发射并且反射至光纤30的末端部分31的光束29的中心区域的移位。沿着方向x和y(或两个不同倾斜参考方向)，存在两个不同曲率半径和锥形常数，尤其在中心点，而且在其中光束的中心线反射的反射表面的点处。此外，多个例如六个查涅克参数或查涅克多项式系数可对于反射表面80a至80d中的每者来单独定义；至少这些多个查涅克参数是非零的。

图19示出从xy-平面中的倾斜方向观察的图18的FCAS结构5的透视图。在图19中，在三维空间中，尤其在垂直于图18的xz-平面的方向上的反射表面80i的形状得以更清楚地描绘。此外，示出倾斜坐标系统，其坐标方向x’、y’、z’平行于倾斜和/或移位反射表面的主要方向。尤其，在倾斜定向中，整个查涅克表面朝向正x方向，但是负z方向。此查涅克表面的表面区域的一部分用作代表FCAS结构5的上侧的相应反射表面80i的部分表面，如图18示出。图18和19的实施方式已经对于光发射光电或光子元件100i，尤其VSCEL加以优化。

一般来说，在测量单独芯片的未对准之后，优化过程可开始于所有芯片100i的初始均匀、未变形形状的反射表面。在第一优化步骤中，一或多个表面参数，诸如多项式常数，可偏移，即改变，从而获得与相应芯片100i相关联的反射表面的第一变化。然后可对于每个反射表面来计算耦合效率，即由于反射表面形状的相应变化所导致的传输光的比率或百分比，并且可与由于初始、均匀预先选择形状所导致的可实现耦合效率比较。其后，可定义基于相同和/或其他参数(尤其表面参数诸如多项式系数)的不同数值或偏移的反射表面形状的第二变化，从而获得相应反射表面80i的单独形状的第二变化。然后计算可通过反射表面的此第二变化获得的耦合效率。参数或系数的值和/或其与最初预定数值的偏移可细化并定制直到在计算中达到每个反射镜面的最大可实现量的耦合效率为止。由于每个芯片的芯片未对准是不同的，对于反射表面80i的中的每者来说，定义相应反射表面的最优形状的一组参数或系数也是不同的。然而，形状由此加以定义的每个反射表面理想地补偿下方的相关联芯片100i的特定未对准。例如，在具有100μm覆层直径和80μm核心直径的VSDN光纤(极短程网络光纤)的情况下，可实现每个芯片100i的高达约99.77％的耦合效率。重复执行的变化，即用于优化反射镜面80i的形状的计算的数目可取决于例如由于所需要的耦合效率的最小值而已经获得的耦合效率程度百分比来选择。顺便说一下，最优反射表面形状的重复计算可对于每个反射表面单独执行。同样地，位置和/或旋转偏移，即位移和/或倾斜，可同样地通过反复和重复地预定反射表面和/或光纤耦合区域的偏移表面的位置和/或旋转偏移值和/或相应变化来优化，所述偏移值和/或相应变化是计算和比较耦合效率的基础。此外，在每个重复步骤中，可预定和/或优化组合位置、旋转和/或变形偏移。

虽然图18和图19示出反射表面的形状已经针对多个光发射光电元件来优化的示例性实施方式，但是图20示出光电元件芯片100i是光电二极管的另一实施方式。光束29的光离开光纤30的末端部分31，由参数优化反射表面80i反射，然后由相应芯片100i的相应光电元件50i或光电二极管接收。另外，反射表面80i可选择为例如查涅克透镜表面或其他种类的多项式或非球面表面。将反射表面80i的多项式系数或其他参数(诸如位移或倾斜)改变、反复优化并且最终选定以使得获得相应光电二极管的最大可实现百分比的相应光束接收。通过单独调整定义相应反射表面80i的位置、定向、变形和总体形状的系数，每个芯片100i的未对准得以补偿。如果查涅克表面用于反射表面，诸如图18至20的反射表面，那么可实现示例性变形尤其散焦、像散、锥形或双锥曲率和/或彗形像差。

包括如在上文中参照图1至20描述的单独调整反射表面80i和/或光纤支撑区域70i的FCAS结构5的非常精确制造可通过实时监测聚合过程来获得，尤其在采用3D刻蚀方法，诸如3D激光扫描或动态全息刻蚀时。两种方法是非接触式和无掩模式，并且允许直接控制成形FCAS结构5的聚合过程的发展。尤其在采用3D激光扫描时，原位监测FCAS结构5的逐步聚合是可能的，在此过程中实际上已转化，即已聚合的聚合物区域的任何偏差可能会发生偏差，尤其会扩大超过基于补偿单独偏移的计算所产生的最优最终、外部形状。只要经由视觉系统观察到任何偏差，即从正确FCAS形状的非期望的移位，激光焦点区域和/或其参考位置相对于预定参考点、元件50i或装置或刻蚀工具的任何其他部件的进一步径迹可立即加以校正。因此，与反射表面和/或光纤支撑区域的以前计算最终、外表面形状相比的形状的任何衍变偏差可几乎没有时间延迟地检测，由此使得能够立即校正激光光束，尤其其焦点区域的当前位置。

为了清楚，应当注意，在一方面，存在以前参照图1至20和尤其图12至20来论述的单独偏移；这些偏移出于补偿单独光电或光子芯片相对于支撑基板的所测量未对准的目的来有意地实现。因此，反射表面和/或光纤支撑区域的位置、旋转和/或参数相关偏移是有意定义的所需偏移；并且每个反射表面或光纤耦合区域应该根据其单独计算的偏移或一组偏移来定位。另一方面，与上述所需和有意提供的偏移相反，可存在无意的非期望的调整不当，诸如所测量的芯片未对准本身，以及制造过程的制造容差，诸如刻蚀工具的调整不当。以下参照图21描述的视觉系统可用于检测、测量和由此原位补偿或甚至消除这些非期望的未对准和/或调整不当。例如，可存在单独芯片100i关于支撑基板的支撑表面20a的未对准。此外，可存在用于触发聚合的制造工具的调整不当，诸如如参照图3或11提及的3D激光扫描系统。测量和补偿不利的未对准有助于精确制作FCAS结构5的所计算形状，包括其有意偏移上方部分表面，尤其与由聚合材料封闭的相应光电或光子芯片100i相关联的反射表面80i和/或光纤支撑区域70i。

图21示出使得能够精确雕刻或成形反射表面和/或光纤支撑区域的视觉系统36的示例性实施方式，例如，尤其在采用3D刻蚀技术诸如3D激光扫描时。除了图11的摄像机35之外，视觉系统36可包括视觉系统控制单元46和用于显示基板表面和/或覆盖它的可聚合和/或聚合材料的实时图像的显示器45。在图21的实例中，显示器45在其上方部分中示出实时图像44，所述图像允许原位监测基板表面上的可聚合材料以及当然，观察布置在其上面的光电或光子芯片100i。例如，可监测一个多个芯片100i安装于其中的基板表面的一部分。基板表面20a和/或芯片的顶部表面可包括用于尤其在两个横向方向上调整视觉系统36和/或激光光束40(图11)的参考结构52；参考结构52可在一个或两个方向上定义参考点。在显示器45的上方窗口44中，显示芯片100i和/或其光电或光子元件50i的实时图像以便原位监测FCAS形成过程。显示的实时图像44可叠加有也在窗口44中可见的激光焦点标记54，从而标记激光光束的焦点区域的当前横向和/或垂直位置，由于双光子聚合，聚合将在所述焦点区域中选择性地发生或已经发生。激光焦点标记54可随着时间的推移与激光光束行程或径迹一致地在显示窗口44中自动地移动。

在显示器45的下方部分或窗口中，可示出参考图像49，诸如计算机图像或图形图像，其允许检测、测量和/或补偿芯片相对于基板，激光相对于芯片、基板或在基板上或在上方窗口或另一第二窗口或部分显示器内的任何其他参考点的对准或未对准。

例如，在另一窗口诸如显示器45的下方部分图像中，微米尺度或另一位置比例可显示为参考图像49。另外，可显示默认位置标记48，其用于识别激光光束，或光电或光子元件或所监测光纤耦合装置1的任何其他部分，沿着至少一个方向x，优选地沿着两个横向方向和/或沿着垂直于基板表面20a的垂直方向的默认位置。实时图像44和参考图像49优选地在激光扫描过程之前和/或期间同时在显示器45中显示。顺便说一下，两个图像44、49可以重叠视图显示于单一窗口或窗口区域中。此外，如上所述，实时图像44可叠加有可移动标记，诸如激光焦点标记54或实际位置标记47。实际位置标记47可例如至少在两个横向位置中移动并且可例如与芯片100i上的光电或光子元件50i的中心对准。位置标记47可例如手动地对准以便命中元件50i在实时图像44中的位置。然后，视觉系统控制单元46自动地将此实际位置与由参考图像49中的默认位置标记48识别的默认位置对准。或者，控制单元可计算元件50i的位置(或在实时图像44中显示的任何其他参考位置或参考元件，诸如例如参考结构52)与由默认位置标记48识别的默认位置之间的距离、移位或对准矢量。在计算和/或引导激光光束越过可聚合材料的体积时，考虑对准矢量，从而确保激光扫描系统内在的任何非期望的调整不当和/或单独表面区域(尤其单独反射表面80i和光纤支撑区域70i)的所计算位置或有意偏移的其他偏差或未对准得到补偿，从而使周围液体可聚合材料中的部分体积的固化聚合物材料根据需要形状来精确地成形。除了以上论述的示例性实施方式之外，可存在用于监测FCAS结构5的生长的视觉系统的多个其他实施方式。

尤其3D刻蚀技术将得益于基板表面的原位监测。因此，可设计与基于芯片的所测量未对准来执行的计算结果精确一致的反射表面和/或光纤耦合区域的相对较小偏移。用于确定设计FCAS结构5的部分表面的位置、旋转和/或系数相关偏移的计算可在激光扫描过程之前和/或期间执行。

然而，将视觉系统用于使反射表面和/或光纤耦合区域的单独偏移成形不仅可在采用3D激光扫描或总体上3D刻蚀技术的情况下利用。此外，甚至常规聚合技术诸如冲压或模制，尤其包覆模制，可受益于视觉监测。例如，代替3D刻蚀，可使用冲压或包覆模制过程，其中定义部分表面的形状的模型或模具定位于基板上方。例如，多个例如四个反射表面模具或模型可定位于相对于在所有四个芯片100i上方预定的均匀位置(例如，在相同x-和z坐标下并且具有沿着y-坐标的恒定间距)的单独偏移位置处。虽然每个模具具有不能随着变形偏移而改变的相同形状，但是至少位置偏移，即沿着任意方向的移位，以及旋转偏移，诸如围绕任何方向的倾斜，可通过重新定位相应模具，尤其相应芯片100i的反射表面的模具来实现。使用具有单独可移动并且由此单独偏移模具的多模具压模或模型，可通过在聚合之前和/或期间在可聚合材料顶部按压此压模来形成定制FCAS结构5。当压模在其最终位置中时，聚合可例如通过UV-辐射来触发，从而使可聚合材料变成聚合物材料，由此使具有单独偏移反射表面和/或光纤支撑区域的FCAS结构5硬化和成形。通过采用包覆模制，FCAS结构5由此形成于压模或模具与支撑基板之间。因此，甚至形成FCAS结构5的常规技术可用于实现单独补偿偏移。

通过测量芯片未对准并且计算用于补偿这类未对准的单独偏移，可改进任何FCAS结构5，由此到达具有增加耦合效率的光纤耦合装置1。具体地说，独立权利要求1和24或从属权利要求的任何方法可用于制造改进光纤耦合装置。

借助于在本申请中描述的方法，提供包括基板的光纤耦合装置，所述基板具有基板表面以及至少一个光电和/或光子元件，并且所述装置进一步包括布置于基板的基板表面上并且光学透射的至少一个光纤耦合对准结构。至少一个光纤耦合对准结构由聚合物材料制成并且包括支撑界面表面，在此处聚合物材料与基板的基板表面直接接触；光纤支撑区域，其支撑或适于支撑处于光学耦合至基板的对准位置中的至少一个光纤；和/或用于反射在光纤与基板之间传播光的反射表面。基板和光纤耦合装置的光纤耦合对准结构形成整体部分，其在光纤耦合对准结构的聚合物材料与基板的基板表面之间没有粘着剂或任何其他材料。基板是包括至少一个光电或光子元件的光电或光子芯片。基板还可包括安装基板和布置于安装基板上的至少一个光电或光子芯片，其中至少一个光电或光子芯片包括至少一个光电或光子元件。光纤耦合对准结构的聚合物材料可共形于并直接邻接芯片的主要表面、芯片的至少两个侧壁和安装基板的主要表面的至少一部分，在其之间没有任何间隙或层。例如，光纤耦合对准结构的聚合物材料可共形于安装基板的主要表面的至少一个部分并且可桥接于至少一个芯片上方而不接触芯片。光纤耦合装置可进一步包括由光纤支撑区域支撑的至少一个光纤，并且其轴线方向相对于基板的主要表面的法线方向倾斜超过45°。具体地说，如权利要求31至33中任一项所述的光纤耦合装置可包括本文以上论述的特征的任何组合。

Claims (14)

1.一种形成光纤耦合装置的方法，

所述光纤耦合装置包括基板，所述基板包括基板表面以及至少一个光电和/或光子元件，并进一步包括可光学透射的至少一个光纤耦合对准结构，

其中所述方法至少包括：

a)将可聚合材料施加至所述基板的所述基板表面，

b)使用通过执行3D激光扫描而进行的3D刻蚀方法，选择性聚合所述可聚合材料的区域，以便将所述可聚合材料的所述区域转化成聚合物材料，从而形成布置在所述基板的所述基板表面上的至少一个光纤耦合对准结构，所述光纤耦合对准结构包括：

支撑界面表面，在所述支撑界面表面处，所述聚合物材料与所述基板的所述基板表面直接接触，

光纤支撑区域，所述光纤支撑区域适于支撑处于光学耦合至所述基板的对准位置中的至少一个光纤，以及

反射表面，所述反射表面用于反射在光纤与所述基板之间传播的光，其中所述3D激光扫描包括：

相对于激光光束的焦点区域、部分地制造的聚合物结构或用于在所述基板上开始聚合的预定参考位置来测量所述光电和/或光子元件的实时位置，以及

其中所测量实时位置从所述光电和/或光子元件的预定默认位置的任何偏移通过在选择性聚合之前和/或期间，将所述激光光束、所述激光光束的焦点区域和/或所述基板的所述位置移位来补偿，以及

c)对所述基板和所述聚合物材料进行清洁，以便除去剩余未聚合的可聚合材料，从而将所述光纤耦合装置的所述至少一个光纤耦合对准结构暴露。

2.如权利要求1所述的方法，其中执行3D激光扫描包括将激光光束聚焦和/或以其他方式控制，使得双光子聚合仅在所述激光光束的焦点区域中发生，从而将能发生聚合的范围限于所聚焦的激光光束的所述焦点区域的所述位置和/或延伸部分。

3.如权利要求1所述的方法，其中执行3D激光扫描包括：

在横向于激光光束方向的两个横向方向(x,y)上移动所述基板；以及

通过改变所述激光光束的焦距，沿垂直于所述基板的所述基板表面的第三方向(z)移动所述激光光束的焦点区域。

4.如权利要求1所述的方法，其中将所述可聚合材料的所述区域选择性聚合并由此将所述可聚合材料的所述区域转化成所述聚合物材料的步骤b)通过执行3D全息刻蚀进行。

5.如权利要求4所述的方法，其中将所述可聚合材料的所述区域选择性聚合并由此将所述可聚合材料的所述区域转化成所述聚合物材料的步骤b)通过执行3D动态无掩模式全息刻蚀进行。

6.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述至少一个光电或光子元件被设计成在相对于所述基板的主要表面的法线方向(n)倾斜小于45°的传播方向上发射和/或接收光；并且

其中将所述光纤耦合对准结构成形以使得所述光纤支撑区域适于支撑至少一个光纤，其中所述至少一个光纤的轴线方向(a)相对于所述基板的所述主要表面的所述法线方向(n)倾斜超过45°。

7.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括：

d)在执行步骤a)至c)之后，将至少一个光纤安装至所述至少一个光纤耦合对准结构的所述光纤支撑区域。

8.一种光纤耦合装置，所述光纤耦合装置包括：

基板，所述基板包括基板表面以及至少一个光电和/或光子元件以及

至少一个光纤耦合对准结构，所述光纤耦合对准结构布置在所述基板的所述基板表面上并且是光学透射的，

其中所述至少一个光纤耦合对准结构是由聚合物材料制成并且包括：

支撑界面表面，在所述支撑界面表面处，所述聚合物材料与所述基板的所述基板表面直接接触；

光纤支撑区域，所述光纤支撑区域支撑或适于支撑处于光学耦合至所述基板的对准位置中的至少一个光纤，和

反射表面，所述反射表面用于反射在光纤与所述基板之间传播的光。

9.如权利要求8所述的光纤耦合装置，其中所述基板和所述光纤耦合装置的所述光纤耦合对准结构形成整体结构，在所述光纤耦合对准结构的所述聚合物材料和所述基板的所述基板表面之间没有粘着剂或任何其他材料。

10.如权利要求8或9所述的光纤耦合装置，其中所述基板是包括至少一个光电或光子元件的光电或光子芯片。

11.如权利要求8或9所述的光纤耦合装置，其中所述基板包括安装基板和布置于所述安装基板上的至少一个光电或光子芯片，其中所述至少一个光电或光子芯片包括所述至少一个光电或光子元件。

12.如权利要求11所述的光纤耦合装置，其中所述光纤耦合对准结构的所述聚合物材料共形于并直接邻接所述芯片的主要表面、所述芯片的至少两个侧壁以及所述安装基板的主要表面的至少一部分，在其之间没有任何间隙或层。

13.如权利要求11所述的光纤耦合装置，其中所述光纤耦合对准结构的所述聚合物材料共形于所述安装基板的主要表面的至少一个部分并且可桥接于所述至少一个芯片上方而不接触所述芯片。

14.如权利要求8所述的光纤耦合装置，所述光纤耦合装置进一步包括由所述光纤支撑区域支撑的至少一个光纤，并且所述至少一个光纤的轴线方向(a)相对于所述基板的主要表面的法线方向(n)倾斜超过45°。