CN106461882B - 形成光纤耦合装置的方法和光纤耦合装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供形成光纤耦合装置的方法，所述光纤耦合装置包括衬底，所述衬底具有衬底表面和至少一个光电和/或光子元件，并且进一步包括光学透射的至少一个光纤耦合对准结构。一种方法包括：a)将可聚合材料施加至所述衬底表面，b)使用3D刻蚀方法来使所述可聚合材料的区域选择性聚合以便将所述可聚合材料的所述区域转化成聚合物材料，从而形成至少一个光纤耦合对准结构，以及c)清洁所述衬底和所述聚合物材料以除去剩余未聚合的可聚合材料，从而暴露所述光纤耦合装置的所述至少一个光纤耦合对准结构。

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。光纤耦合装置包括衬底，所述衬底具有衬底表面和至少一个光电和/或光子元件。在衬底表面和/或至少一个光电和/或光子元件上，布置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”不一定包括光纤或光纤出口端。实际上，“光纤耦合装置”，无论在本申请中任何地方提及，应指示充分准备以允许安装光纤出口端的装置或布置。总体上，光纤安装可直接在制造装置或布置之后或在稍后时间点进行，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衬底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衬底之间以足够高耦合效率来进行正确的信号传输。对于每个光纤，即对于它的两个末端或出口端来说，需要在将要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。

光电衬底、光子衬底和光子集成衬底(PIC；光子集成芯片)分别包括一个或多个光电元件或光子元件。光电衬底可例如为(或包括布置在安装衬底上的)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)、玻璃衬底、石英衬底、陶瓷衬底或合成衬底。这类光电和/或光子衬底(以下在不进一步区分的情况下共同称为“芯片”)可由额外安装衬底，诸如印制电路板(PCB)来支撑。在下文中，在本文中以下提及“衬底”时，可总体上涉及一个或多个芯片的任何布置，不论它在下方是否具有安装衬底。

为了将光纤的出口端耦合至光电子或光子元件，需要一个或多个光纤耦合对准结构。在最简单的情况下，当光纤出口端借助于光透射胶水微滴来胶合至光电元件时，需要光纤出口端精确对准至光电元件的有源区域，这通常涉及努力和光纤出口端的位置的一些监测和调整。

通常，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衬底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衬底上的任何不精确定位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衬底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)非常精确地成形，仍然必须将光纤出口端胶合至其上。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与衬底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。

许多衬底，诸如包括安装在其上的至少一个芯片的安装衬底，在其顶部主要表面上包括光电或光子元件，由此产生将要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从有源区域或主要表面的法线方向小于±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便使最佳耦合效率的要求与光纤连接衬底的较小垂直延伸部分相一致。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出口端与衬底之间不正确地对准，那么信号传输进一步降级。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与衬底之间的任何不匹配导致反射光束，在从光纤进入之后，在横向以及垂直方向上偏移，由此不太完全地耦合至芯片或衬底的光电或光子元件。

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且以甚至更小制造努力和成本来更精确地安装光纤。

概述

在详细说明中公开的实施方案包括如权利要求1和24所述的用于形成光纤耦合装置的方法并且进一步包括如权利要求31所述的光纤耦合装置。方法可进一步根据在本申请中描述的步骤的任何组合来执行，并且光纤耦合装置可进一步通过本文描述或在本领域中已知的一个或多个特征来表征。

附图简述

示例性实施方案在本文中相对于附图来公开。

图1示出光纤耦合装置的示例性实施方案；

图2至5示出形成光纤耦合装置的方法的示例性实施方案的方法步骤；

图6至8示出光纤耦合装置的替代示例性实施方案；

图9示出制造圆片级的光纤耦合对准结构的实施方案；

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案；

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、横截面侧视图，其示出图1或图5至10或12的光电或光子元件的实际、个别位置；

图14示出放大、部分顶视图，其示意性地展示根据一个实施方案的与图1、5至10或12的相应光电或光子元件相关联的反射表面的实际、个别偏移位置；

图15示出示意侧视图，其示出根据另一个实施方案的在垂直，即在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个实施方案；

图17示出光纤耦合装置的另一个实施方案，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示出关于将要形成的光发射光纤耦合装置的反射表面的形状的实施方案的横截面视图；

图19示出图18的实施方案的透视图；

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案；

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案；

图22示出包括至少一个聚光器的光纤耦合装置的第一实施方案；

图23示出包括至少一个聚光器的光纤耦合装置的第二实施方案；

图24示出图23的部分视图，其具有围绕有源区域的扩展截面图；

图25示出包括至少一个聚光器的光纤耦合装置的第三实施方案；以及

图26示出包括至少一个聚光器的光纤耦合装置的第四实施方案，所述聚光器以其主要延伸部分垂直于衬底表面来定向。

详细说明

总体上，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仅是示例性的并且并非按比例的，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/或割开的光纤出口端的外周长，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的示例性实施方案。光纤耦合装置1包括具有至少一个光电或光子元件50的衬底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个或多个光电或光子芯片10上提供的一个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，其中的每一个包括耦合或将要耦合至相应光纤的相应光电或光子元件。光纤30的出口端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/或安装至衬底15以使得，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义、自对准位置和/或定向中与其胶合。

如以上表达，术语“光纤耦合装置”1不一定包括光纤30或其出口端；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的安装光纤出口端的“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的至少一个出口端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，衬底15可包括安装衬底20和例如在本申请中提到的任何种类的一个或多个芯片10。衬底15可包括至少一个光电或光子元件50。一个或多个光电或光子元件50可提供于衬底15的一个芯片或多个芯片10上。衬底15可任选地进一步包括安装衬底20，其可为例如印刷电路板。一个或多个芯片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。集成电路可包括一个或多个电子和/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案或本申请的其他实施方案的一个或多个芯片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。

一个或多个芯片10(或其中一些)还可为一个或多个光子芯片；并且在一个或多个芯片之中和/或之上的信号传输使用光传播而非电流来实施。此外，构成或形成衬底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。

衬底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，衬底15可包括多个芯片10。除了一个或多个芯片10以外，衬底15可代表或可除了一个或多个芯片以外任选地进一步包括支撑一个或多个芯片10的安装衬底20。如果单一芯片10构成整个衬底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。

不管衬底15的特定实例，衬底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或衬底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。构成或形成衬底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。应进一步了解一个或多个芯片10不一定包括复杂集成电路。实际上，一个或多个元件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衬底材料。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，一个或多个芯片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FCAS 5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另外覆盖安装衬底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衬底上的多个芯片10。或者，多个FCAS 5可以提供于安装衬底上，其中的每一个覆盖至少一个芯片。

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或衬底的主要表面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和下图中示出的衬底的特定实例中，衬底15包括安装衬底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，所述一个或多个元件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个或多个元件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衬底，应注意任何其他种类或布置的一个或多个芯片10、安装衬底20和/或元件50可构成图中的衬底15。

再次参看图1，除了具有至少一个光电和/或光子元件50的衬底15以外，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直接布置在衬底15的衬底表面上并且覆盖衬底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直接抵靠或邻接衬底表面，即直接接触衬底15的衬底表面或衬底材料，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覆盖的衬底15的所有表面部分直接接触。在图1中，安装衬底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衬底15(无胶连接)的支撑接口表面6。邻接衬底15或衬底表面16的支撑接口表面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要直接紧靠接触衬底表面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的支撑接口表面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，具体来说在衬底主要表面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的最终接口表面6可为由图2至4中的前体可聚合材料2跨越的接口表面的一部分或部分接口表面并且因此可布置于所述接口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，即只在衬底的整个衬底主要表面的一部分中。

在图1的示出实例中，支撑接口表面6包括安装衬底20的主要表面20a的大部分、背朝安装衬底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形成与衬底15；10；20的衬底表面16直接相邻并且与其直接接触的支撑接口表面6，因此FCAS 5和衬底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的外部形状与衬底表面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或衬底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；除了直接接触衬底的支撑接口表面6以外，并且，在光纤安装后，还除了借助于薄层胶水或另一种粘着剂连接至至少一个光纤30的出口端的光纤支撑区域7以外。

FCAS 5包括一个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)，并且沿着预定义光纤出口端的轴线方向“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)，其朝向光纤出口端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个或多个FCAS块的聚合物材料4中，在多个光纤出口端与芯片10或衬底15的多个光电或光子元件50之间传播。任何光纤30的光纤出口端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FCAS 5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。

但是甚至在光纤出口端在光纤支撑区域7处的定位不理想的情况下，仍然获得光纤出口端与元件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的衬底表面，而没有通常由于必须借助于中间粘着剂材料层将FCAS 5连接至衬底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不直接在衬底表面上生长，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衬底16，因而在FCAS 5的底部接口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和衬底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要施加至衬底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与光纤出口端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，在光纤的出口端耦合至芯片10或衬底的元件50时，整个光纤耦合装置1(包括光纤出口端)的高度不应不合理地高。因此，为了形成相当扁平装置，光纤出口端通常平行于衬底15、芯片10和/或安装衬底20的主要表面来安装。因此，光纤出口端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圆片级过程中产生，因此将要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衬底上。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衬底。为了避免光纤耦合装置的不合理高度，光纤应在连接光纤出口端处平行于安装衬底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平行于安装衬底定向时是必需的。

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衬底所导致的反射表面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相对于衬底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案，甚至反射表面8形成包括衬底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的示例性实施方案中，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，通过获得代表将要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出口端最终胶合至光纤支撑区域7的很宽容限。具体来说，整体形成部分包括衬底15以及FCAS 5的支撑接口表面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和极廉价光纤耦合。

图2至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案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的横截面视图。首先，例如通过将至少一个芯片10安装在安装衬底20上来提供衬底15。如在图1中，芯片10在安装时其主要表面10a平行于安装衬底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)连接至安装衬底20。在提供此种或另一种衬底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施加至衬底15的衬底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)和安装衬底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直接邻接并覆盖衬底表面16，其包括稍后将在其上导致固化成聚合物的衬底表面部分17。在图2中，在衬底表面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聚合后形成支撑接口表面6。顺便说一下，取决于所述方法如何执行，可聚合材料2可仅覆盖安装衬底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衬底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)和总体上，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，其最终构成将要形成的FCAS 5的外部形状。此外，因为从一开始可聚合材料2直接覆盖衬底表面15，尤其芯片10和安装衬底20的主要表面10a和20a(图2)，所以FCAS 5可直接在衬底表面上起始来生长，从而内在地使其在与衬底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激光打印的实施方案，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/或安装衬底20的衬底表面16处或在其上方附近移动，由此首先形成直接粘附至衬底表面16的光纤支撑区域6，例如通过在将要形成的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衬底的衬底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要由聚合物4形成的FCAS 5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的所需预定义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衬底或芯片的光电元件50的位置的预定义理想位置中。

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处于相对于衬底和其元件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要成形的FCAS 5另外沿着垂直方向z或远离衬底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)有助于直接在衬底15上快速建立FCAS 5。此外，激光扫描对于将要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中显然，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衬底15和由固体聚合物材料4形成的FCAS 5以除去任何剩余未聚合材料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包括支撑接口表面6，其直接邻接衬底表面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安装至衬底15上的步骤，所以保证FCAS 5与衬底15之间的光学对准。如进一步从图5中显然，FCAS 5包括限定支撑接口表面6的边缘19以及沿着边缘19邻接支撑接口表面6的侧壁9。尤其在FCAS 5的整个覆盖区在衬底15的横向延伸部分内时，FCAS 5的侧壁9相对于安装衬底20的侧壁20b偏移。因此，衬底充当整个光纤耦合对准结构5的支撑表面；在这些实施方案中，FCAS 5的侧壁9和支撑FCAS 5的衬底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中显然，光纤30的出口端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和支撑接口表面6相对于衬底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。

另一个益处是在完成制造光纤耦合装置1本身(包括FCAS 5)之后，安装光纤出口端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案。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的出口端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，光纤出口端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要用胶水或粘着剂材料填充的预定义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个实施方案。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不同的另一个第二表面部分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以外，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激光打印或另一种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腔穴12的内部侧壁的聚合物结构5的另一个实施方案。根据图8，由聚合物4形成的FCAS 5在可布置于安装衬底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；这些表面限定腔穴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与安装衬底20之间封闭的腔穴12移除。桥接区域13或腔穴12的高度大于安装衬底20上的芯片10的厚度。

在腔穴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，腔穴12和/或桥接区域13可与任何附图或本申请的其他实施方案的FCAS 5的其他特征组合。由于图8示出的腔穴12，FCAS 5的支撑接口表面6只包括安装衬底20或印刷电路板21的衬底表面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。因此甚至限定腔穴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的实施方案，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的所有实施方案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衬底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衬底的衬底。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，一个或多个光纤耦合对准结构15可形成于单一芯片10或任何其他单块衬底上。

如图9示出，芯片或衬底还可为圆片60，例如尚未通过切割来切单的半导体圆片。因此，圆片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，本申请的方法可以圆片级来执行，其中圆片包括矩形圆片区域的二维阵列，所述圆片区域各自用于代表将要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可形成于一个单一圆片上。在光纤耦合对准结构5在圆片表面区域上生长之后，将圆片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，代替以圆片级或在包括安装衬底20的组合衬底上产生，替代地一个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的衬底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覆盖个别芯片的主要表面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，光纤出口端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中显然，在光纤支撑区域7(包括耦合表面7a和光纤支撑表面7b)与光纤出口端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连接至光纤出口端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，在支撑接口表面6与衬底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。衬底15或多个衬底(诸如芯片、安装衬底或其他种类的衬底布置)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。衬底15用可聚合材料2覆盖。可聚合材料层2可夹在衬底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与衬底15之间的垂直距离被夸示；实际上准直仪透镜41紧密地布置于衬底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的单元以外，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或衬底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位置和相对于衬底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衬底表面，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的一个或多个三维聚合物结构之后，将未聚合材料从衬底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义方式变化。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来观察衬底表面，FCAS 5可在其生长期间实时监测并且由此相对于衬底上的元件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衬底表面，因此在甚至观察方向、观察路径和/或所观察衬底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激光打印或另一种三维刻蚀技术，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衬底上形成任何掩模，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，将要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)。全息刻蚀的另一个益处是整个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，全息刻蚀的另一个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)而且还与衬底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衬底15的衬底表面16的衬底材料。具体来说，聚合物材料与衬底材料之间的此接触表面或接口表面不含任何气隙、粘着剂或其他材料或层。替代地，聚合物材料直接固定至衬底材料，其为芯片的大块材料或芯片和安装衬底的大块材料。从衬底表面，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个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中的桥接于芯片和腔穴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衬底的一定距离处，但是同时，以相对于衬底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衬底表面)。此外，除了所产生的激光光束或全息激光图案以外，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，光纤出口端可最后安装，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衬底的光电或光子元件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出口端之前也是如此。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布置于衬底表面上，即在安装衬底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，即衬底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中的每一个与四个光纤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衬底20的衬底表面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被设计来接收将要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。

总体上，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，将要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，衬底20上的芯片100i的这些未对准通过个别反射表面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，个别光电或光子芯片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的个别偏移来补偿。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案的示例性实施方案和其组合来获得。

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，但是另外在实施方案中其仍然存在，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可安装于安装衬底20的主要表面20a上，如同光电或光子芯片10；100i一样。或者，布置于安装衬底20中且/或可在衬底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)与支撑衬底的主要表面20或，替代地，与安置在安装衬底上的控制芯片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的个别光电或光子芯片100a的实际位置的放大、横截面视图。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。在衬底表面，诸如支撑衬底20的主要表面20a上，可提供支撑结构22以支撑相应个别芯片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机械固定至衬底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；背朝衬底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，其基于以下假设：所有光电或光子元件50i安装在其预定义默认位置或至少充分接近于其预定义默认位置。在图13中，预定义默认位置以90指示并且示出为虚线。对于芯片100i中的每一个来说，此默认位置90只随着y坐标变化以使得，沿着y方向，相应芯片100i的中心位置与相关联光纤30i(或其将要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：个别芯片100i的定向对于所有芯片来说是均匀的并且与由安装衬底20的衬底表面20a预定义的法线方向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、个别光电或光子芯片100i，例如第一芯片100a的实际位置可能包括位置未对准，诸如沿着相对于衬底10的衬底表面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，个别芯片100i可安装于与默认位置相比的稍微较高或较低位置。此外，与预定义默认位置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，可存在相对于预定义默认位置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的这些未对准以外，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可相对于支撑衬底20的主要表面20的预定义正确法线方向或垂直方向z稍微倾斜或定向错误。因此，相应个别芯片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中的每一个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，没有单独地补偿个别光电或光子芯片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衬底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案，个别校正变得可能。根据本申请的实施方案，个别补偿变得可行，从而允许个别地优化四个芯片至光纤系统中的每一个的耦合效率。

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的示例性实施方案，所述光纤耦合对准结构具有沿着平行于安装衬底的衬底表面的第一横向方向x的个别反射表面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，其代表背朝安装衬底并且平面或弯曲的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；其布置于衬底表面上，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示出的实施方案中，反射表面80i的实际位置对于个别反射表面80i、80a、80b、80c和80d中的每一个来说个别地变化。由此，相应光电或光子芯片100i的个别未对准得以补偿。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，更广泛种类的个别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，将要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个别光电和/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个别计算偏移位置和/或偏移定向和/或在形状上具有其预定义偏移，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，提出个别补偿位置偏移CPix(其中i＝a、b、c、d)。如从图14中显然，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定位于其个别移位偏移位置，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示大小来示出。

图15示出另一个实施方案，其可单独地或与其它实施方案，例如图14和/或图16至20中的任何一个图的实施方案组合来实现。根据图15，对于反射表面80i，实现沿着衬底表面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，即沿着朝向衬底表面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中的位置偏移可个别地选择。因此，对于反射表面80a至80d中的每一个来说，量和方向(正或负z方向)可个别地选择。个别垂直偏移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来计算并个别地实现位置偏移Cpix、CPiy和/或CPiz以便补偿将要耦合至芯片100i的光纤末端部分31的不同长度或距离。例如，如果个别光纤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示出一个实施方案，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个别反射镜面，即反射表面80i，围绕其中心点或另一个参考点，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示出另一个实例，其中实现光纤耦合区域70i；70a、...、70d(图12)的个别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时的个别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的相应位置的个别移位位置。同样地，另外或替代地可实现个别光纤支撑区域70i的定向偏移。例如，相应光纤30i的个别光纤支撑表面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中的每一个来个别地选择。

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衬底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，关于定义个别反射表面的形状和/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种参考形状相比，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。通过变化个别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，从而达到每个相应个别反射表面80i的个别调整反射表面形状。

反射表面可例如根据数学定义每个个别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。

作为代表个别调整反射表面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案，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-平面中的曲率以外，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例如安装在衬底表面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的垂直位置例如在衬底表面上方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示出的侧视图中显然，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，每个反射表面可个别地变形或扭曲，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的示例性实施方案，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以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中的每一个来个别地定义；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的实施方案已经对于光发射光电或光子元件100i，尤其VSCEL加以优化。

总体上，在测量个别芯片的未对准之后，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，一个或多个表面参数，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的个别形状的第二变化。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/或其与最初预定义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的中的每一个来说，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个别地执行。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义反射表面和/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，可预定义和/或优化组合位置、旋转和/或变形偏移。

虽然图18和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案，但是图20示出光电元件芯片100i是光电二极管的另一个实施方案。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。通过个别地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/或彗差。

包括如在上文中参照图1至20描述的个别调整反射表面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。两种方法是非接触的和无掩模的并且允许直接控制成形FCAS结构5的聚合过程的进展。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、个别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形状的非所要移位，激光焦点区域和/或其参考位置相对于预定义参考点、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来论述的个别偏移；这些偏移出于补偿个别光电或光子芯片相对于支撑衬底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个别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，可存在无意的非所要调整不当，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所要未对准和/或调整不当。例如，可存在个别芯片100i关于支撑衬底的支撑表面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的示例性实施方案，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以外，视觉系统36可包括视觉系统控制单元46和用于显示衬底表面和/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衬底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安装于其中的衬底表面的一部分。衬底表面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/或补偿芯片相对于衬底，激光相对于芯片、衬底或在衬底上或在上方窗口或另一个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，在另一个窗口诸如显示器45的下方部分图像中，微米尺度或另一种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/或沿着垂直于衬底表面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所要调整不当和/或个别表面区域(尤其个别反射表面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案以外，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案。

尤其3D刻蚀技术将得益于衬底表面的原位监测。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/或光纤耦合区域的个别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衬底上方。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上方预定义的均匀位置(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)的个别偏移位置处。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。使用具有个别可移动并且由此个别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，由此使具有个别偏移反射表面和/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衬底之间。因此，甚至形成FCAS结构5的常规技术可用于实现个别补偿偏移。

通过测量芯片未对准并且计算用于补偿这类未对准的个别偏移，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。

此外，可由此制造改进光纤耦合装置的各种实施方案。例如，除了图1和5至10以及12至20以外，图22示出光纤耦合装置的另一个实施方案，其中聚光器55而非光学投射反射表面形成为FCAS结构5的部分表面。根据图22，形成具有多个，例如四个光电和/或光子元件50i或50a至50d的光纤耦合装置1。在图22中，元件50i可例如在安装时其侧表面位于衬底20的衬底表面20a处。因此，包括光电或光子元件50i的每个相应芯片100i的主要表面朝向光纤30的末端部分31。另外，如同在图1至20中，聚合物结构通过使可聚合材料选择性聚合来成形(图2至4)。然而，为了补偿个别元件50i或芯片100i的最终未对准在此处将要个别地调整或偏移的表面是聚光器55的圆锥形或另外渐窄圆周表面；其必须根据光电和/或光子元件50i的潜在未对准来非常精确地成形。圆周表面充当使离开光纤末端部分31并且接近光电或光子元件50i的光束直径变窄的引导表面56。与光学元件诸如透镜或反射表面相比，聚光器55或其引导表面56不光学投射光束。然而，它将光束在其从光纤30至元件50i的有源区域的路径上加以引导并且由此聚焦或集中。如在图8中，在采用诸如3D刻蚀的技术后，成形FCAS结构5可桥接光纤耦合区域70i与光电芯片100i之间的衬底表面20a的某些区域。具体地说，在图22中，每个聚光器55和其引导表面56(应该呈圆锥形或至少随着与元件50i的距离减少而变窄或会聚)可与衬底表面20a间隔开。然而，在芯片100i的主要表面上，由聚合物材料形成的聚光器55与光电或光子元件50i直接接触。在朝向光纤30的相反末端上，聚光器55可接触光纤末端表面32或，替代地，可通过较窄气隙或胶水层来与它分离。除此以外，光纤支撑区域70i，如在以前附图中，至少包括光纤支撑表面，其包括例如V-或U-沟槽。

借助于在本申请中描述的方法，提供包括衬底的光纤耦合装置，所述衬底具有衬底表面和至少一个光电和/或光子元件，并且所述装置进一步包括布置于衬底的衬底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接口表面，在此处聚合物材料与衬底的衬底表面直接接触；光纤支撑区域，其支撑或适于支撑处于光学耦合至衬底的对准位置中的至少一个光纤；和/或用于反射在光纤与衬底之间传播光的反射表面。衬底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衬底的衬底表面之间没有粘着剂或任何其他材料。衬底是包括至少一个光电或光子元件的光电或光子芯片。衬底还可包括安装衬底和布置于安装衬底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衬底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衬底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衬底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。

迄今为止，每当反射表面在以上说明书中相对于附图来提及时，用于改变光束的总体传播方向的反射表面在附图中描绘。然而，如在权利要求中呈现的方法和光纤耦合装置同样涵盖其中反射表面用于使相应光束的直径，即横截面变窄，优选地不改变其总体传播方向的实施方案。另外在此情况下，在FCAS结构5的外表面的内侧上发生全内反射。具体地说，光学非成像聚光器55可在光纤30与光电和/或光子元件50之间的传播路径中使用，尤其用于使由光纤出口端31发射的光束在进入可为光接收元件诸如光电二极管的元件50之前变窄。虽然聚光器55的圆周表面的直径随着与光电二极管或元件50距离减小而减少，但是光束的主要传播方向不改变，因为聚光器旋转对称并且大致上笔直。接近聚光器的圆周表面的光线由于全内反射而朝向接触光电二极管或元件的聚光器的末端表面反射。由于聚光器的此末端表面的直径小于聚光器的相反末端，因此聚光器允许由光纤出口端31发射的光束相对于光电二极管或其他种类光电或光子元件50或50i的有源区域的精确对准。

光纤耦合对准结构5(FCAS)可包括一个聚光器55或多个聚光器。一个或多个聚光器因而由聚合物材料4形成并且由环境空气或大气包围。每个聚光器的圆周表面充当使相应光束的直径和/或横截面变窄的引导表面。

图23至26示出由本申请的方法制造并且包括代表反射表面的至少一个聚光器的光纤耦合装置的一些示例性实施方案。

虽然在上文中的聚光器被视为反射表面，一些技术人员的替代解释可能不将聚光器视为反射表面，因为光束的传播方向总体上并未由此而改变并且因为存在不需要接近聚光器的圆周表面的中心射线。然而，在这类情况下，光纤耦合装置将被认为不具有其光纤耦合对准结构的反射表面。因此，这种理解将对应于其中不存在反射表面或其中反射表面是任选特征的实施方案；这些实施方案也由权利要求涵盖。

然而，根据在本申请中优选并采用的理解，聚光器的圆周表面代表反射表面，尤其适合于使光束的直径和/或横截面变窄的种类的反射表面，虽然总体上不改变辐射束的总体传播方向。因此，此理解在下文论述的其他实施方案的描述中采用。

图23示出连接至光电或光子元件50(在只有一个元件的情况下)或50i(在多个光电或光子元件的情况下)的聚光器55的横截面视图。虽然聚光器55的变窄末端与有源区域，即与光电或光子元件50；50i的表面接触，但是聚光器55的相反、更宽末端连接或至少朝向光纤出口端31或光纤30的光纤末端表面32。聚光器55的朝向或甚至连接光纤末端表面32的较宽末端表面在此称为“入射表面”57，因为在聚光器的大多数应用中，光电元件50；50i将为用于接收并检测经由聚光器来自光纤出口端32的光的光电二极管。聚光器55的朝向并接触光电二极管或元件50；50i的相反、较小末端表面在此称为“出射表面”或“发射表面”58，因为光束在进入光电二极管之前经由此表面58离开聚光器。在入射表面57与发射表面57之间，聚光器55的圆周表面形成引导表面56，其如图23示出是径向对称并且可描述为函数f(x)或f(z)，所述函数描述取决于在轴向坐标上的位置的聚光器半径，所述轴向坐标是x或z，取决于聚光器的选定轴向定向。在图22和23中，聚光器以其沿着平行于衬底20的衬底表面20a的第一横向方向x的轴线方向来延伸。在这些实施方案中，芯片10；100i定位以使得其主要表面和其有源区域表面朝向聚光器并且与其接触。

本申请允许从与光纤耦合装置的光电元件50，即光电二极管精确对准的聚合物材料来形成一个或多个聚光器。因此，制造聚光器并且将其与光电二极管和光电和/或光子芯片正确对准来安装的安装程序可受益于本文以上描述的所有方法，尤其利用3D刻蚀的高度精确聚合和优选地例如借助于3D激光扫描的双光子聚合。采用这些技术和以上论述且/或由权利要求涵盖的那些技术允许显著增加聚光器至光电二极管组件的可重现性和可行性，因为可在此借助于3D刻蚀、3D激光扫描和/或2光子聚合来实现的精确度允许聚光器55的发射表面58正确地对准安装至设定尺寸比常规光纤耦合装置中的有源区域表面区域小得多的有源区域表面区域。

例如，光电元件(其在以下优选地为光电检测器或光电二极管)的有源区域的横向延伸或直径优选地在20与50μm之间，即小于50μm。常规方法不可能在不显著降级或至少危害光学耦合效率的情况下将聚光器可靠地连接至这些较小有源区域表面，因为聚光器55的发射表面58与有源区域之间的最少量的横向偏移将在聚光器55的较窄末端处切断光束横截面的显著部分。此外，如果凝胶、流体或另一种粘着剂提供于聚光器55与光电元件50之间并且用作折射率匹配材料以便桥接在它们之间的气隙，通常引导表面56的变窄末端的至少一部分也会与折射率匹配材料接触，从而破坏全内反射。

然而，借助于如在此提出的选择性聚合(尤其利用3D刻蚀、3D激光扫描和/或双光子聚合)来形成与光电元件的有源区域直接接触并精确对准的聚光器将为制造能够将光纤出口端31连接至光电二极管的光纤耦合装置铺平道路，所述光电二极管可在25Gb/s的光学信号数据率下操作且/或具有小于50μm，例如在25与40μm之间的有源区域横向延伸部分。由此，能够接收和检测较高数据率的光学信号的高速光电二极管变得可在光纤耦合装置上操作，由此导致更快响应时间。

借助于本申请的方法，可使用具有直径小于光纤核心的有源区域的光电检测器并且在没有光强度的显著损失的情况下经由聚光器来耦合至光纤出口端。具体地说，具有50与80μm之间的核心直径的用于高速通信链路的多模光纤可连接至直径小得多的有源区域。

在图23中，有源区域和聚光器的尺寸可例如如在上文中描述。除了发射表面58具有20与50，优选地25与40μm之间的直径以外，入射表面57可例如具有50与200μm之间的直径，取决于光纤出口端的尺寸和它与其连接或至少光学耦合的方式。在图23中，例如，聚光器55的入射表面57可与光纤出口端31的光纤末端表面32，即与光纤30的末端直接接触。

然而，可在其之间提供其他材料或结构，诸如，例如，折射率匹配材料诸如粘着剂，或甚至由光束桥接的气隙。在相反末端，即在较小发射表面58处，聚光器55的安装更加关键得多，如上文或以下进一步参照图24论述。

在两个轴向末端表面57，58之间，聚光器55的长度可在0.3与3.0mm之间，例如350μm与450μm之间。关于入射表面57，其直径可为80μm或稍微更大，尤其在使用具有80μm核心直径和约100μm覆层直径的光纤时。优选地，聚光器的入射表面57的直径选择为具有大于光纤核心的直径，但是小于包括围绕核心的覆层的光纤的直径的直径。尤其具有80μm或更小的核心直径并且具有0.29或更小的数值孔径的多模光纤可经由聚光器来耦合至光电二极管或光电检测器。用于形成聚光器55(由FCAS结构5形成)的聚合物优选地具有1.6与1.7之间，例如1.64+/-0.01的反射率。相应地选择特定种类的可聚合材料2和/或聚合物材料4。包括至少一个聚光器的光纤耦合装置1中的操作波长可为例如约850nm，例如在700与1000nm之间的范围内。然而，通常，其他范围的波长可用于光学耦合。

在图23中，充当用于使光束直径变窄的引导表面56的聚光器55的圆周表面的特定形状仅示意性地指示。总体上，引导表面56的半径和/或直径随着与光电二极管或元件50；50i的距离减少而减小。

图22至26示出的引导表面56的横截面形状可为例如抛物线、圆锥形、双曲线或其之间的形状，并且引导表面56的形状在接近光电二极管的较小直径与接近光纤出口端的较大直径之间变化。引导表面56不仅在方位方向上，而且在沿着聚光器的轴向长度的轴线方向上是凸起的。优选地，在图23示出的横截面平面上，即在围绕任何径向方向上的曲率，随着与光电二极管或光电检测器的距离减少而递增。

通过本申请的方法，可制造例如显著减少尺寸的复合抛物线聚光器并且通过选择性聚合来原位耦合至光电和/或光子元件。因此，与可通过倾向于畸变、低焦深、透镜至光电二极管距离的低容差、有限数值孔径和其他不利影响的透镜的任何使用来获得的耦合效率相比，通过本申请实现的精确制造实现更高耦合效率。通常，在使用透镜的情况下，甚至几微米的透镜至光电二极管距离的偏差导致显著散焦并且由此导致信号完整性的损失。相比之下，与透镜相比，长成像光学聚光器55使电磁辐射光束集中，即变窄至更小区域或光束直径。此外，归因于在本申请中利用的方法，从其制造一开始，聚光器可在与光电二极管或其他种类光电元件50的有源区域表面直接接触下来制造，由此避免聚光器55与光电二极管之间的事后对准的任何需要。

图23进一步示出包括光电二极管或光电检测器的光电芯片10；100i。芯片安装在安装衬底20的主要表面20a上。在图23中，芯片在安装时其侧表面与安装衬底20的主要表面20a，即衬底表面接触。因此，芯片朝向第一横向方向x。聚光器55的轴线方向也对应于第一横向方向x(或其相反方向)。因此，在此实施方案中，光纤耦合安装结构5(FCAS)代表聚光器55。

FCAS 5可进一步包括额外结构，例如用于安装光纤出口端31的结构，由于机械稳定性和坚稳性，所述光纤出口端优选地不应唯一地经由聚光器来单独安装至有源区域表面。然而，这些额外结构不一定唯一地需要由FCAS 5形成。替代地，可另外制造用于支撑与光电芯片10和/或衬底表面20a正确对准的光纤出口端31的另一个第二FCAS。

然而，至少聚光器55经由通过选择性聚合来获得的聚合物材料形成，由此构成FCAS 5或其至少一部分或区域。尤其入射表面57与发射表面58之间的狭长聚合物部分借助于选择性聚合(优选地通过采用3D刻蚀、3D激光扫描和/或2光子聚合)来形成以便提供聚光器55在光纤出口端31与元件50或光电二极管的有源区域之间的正确对准，从而确保最大耦合效率。因此，虽然在图23中，聚光器55在其引导表面56周围的外界以环境空气或大气来填充，但是在聚合物制造期间，此外部体积以选择性转化成聚合物材料4的可聚合材料2来填充，所述材料将经历聚合以使聚合物构成聚光器55。因此，由引导表面56封闭的体积是在采用本申请方法期间发生选择性聚合的区域，而在引导表面56外部，将不可聚合材料2冲刷掉以便暴露光透射或辐射透射材料的聚合物聚光器。因此，甚至比光纤核心更细的微小和脆性结构诸如微米尺度聚光器55可产生并且可靠地连接至有源区域光电二极管、光电检测器或具有直径小于50μm的有源区域表面的其他光电和/或光子元件50。尤其关于聚光器的较高长宽比，本申请的方法使得将聚光器55变窄至光纤的核心直径(约18μm)的一半或甚至三分之一变得可实行。

图24示出图23的安装装置的部分视图；在图24中，示出聚光器55与芯片10之间的连接并且部分地呈扩展视图。在图22至26中的任何一个中，代替只使用一个光电芯片10，可使用多个芯片100i，在此情况下提供多个芯片100i并且，例如，在垂直于绘图平面的方向(第二横向方向y)上彼此邻近安置。因此，代替只示出一个聚光器55，替代地，可提供多个聚光器55i，虽然未明确示出。随后，为了便于解释，说明书只涉及一个单一芯片10和一个单一聚光器55。

如以上进一步论述，将聚光器55的锥形末端(即发射表面58)正确对准并整齐安装至光电元件50(或总体上50i)诸如光电二极管或光电检测器的有源区域是极其重要的。由于任何气隙将增加发射表面58处的全内反射的可能性，这将是致命的，因此通过在将聚光器安装在有源区域表面上之前或期间施加折射率匹配材料来提供折射率匹配材料是可想得到的。然而，由于在聚光器表面58处的横向横截面较小，这种安装技术很可能将引导表面56的锥形较窄末端用折射率匹配材料覆盖，从而同样地破坏光束聚集并且在此处，即在引导表面56的最靠近发射表面58的区域中消除全内反射。

替代地，根据本申请，FCAS 5或聚光器55通过在与光电元件(尤其光电二极管或光电检测器)的有源区域的表面直接接触下选择性聚合来形成。因此，不需要提供折射率匹配材料或其他种类的桥接材料。此外，自动地获得正确对准，因为在芯片10顶部进行选择性聚合之前和/或期间，芯片10的主要表面上的有源区域的位置可原位监测。因此，具有20与40之间，例如25至30μm的直径的聚光器55的变窄尖端或末端部分可自动正确地对准至有源区域表面。具体地说，先前参照图11和21描述的光学视觉系统例如可用于视觉控制和对准控制。在任何情况下，可形成与光电和/或光子芯片10或100i的最外层表面直接接触，即与光电和/或光子元件50或50i的最外层表面，尤其其光电二极管或光电检测器直接接触的FCAS5或聚光器55。

最外层表面是在执行选择性聚合步骤时暴露于可聚合材料2的芯片10或元件50的表面。在选择性聚合之前，不需要施加其他覆盖层或中间层。然而，芯片10或光电元件50本身可包括覆盖层59，如在图24的扩展部分视图中示出，诸如由折射率匹配材料制成的折射率匹配层。然而，根据本申请，这类覆盖层59不在执行选择性聚合或将可聚合材料施加至衬底、芯片和/或元件50的表面时施加。替代地，任选地在其有源区域的表面上包括覆盖层59的芯片10；100i首先提供，因此，在将要执行施加可聚合材料和选择性聚合的步骤时，覆盖层形成芯片的一部分。因此，可存在形成覆盖层59的凝胶、粘着剂、流体或其他种类的折射率匹配材料。然而，甚至在将可聚合材料2安置于在其上之前并且在执行选择性聚合之前，这类任选覆盖层59已经形成为衬底、芯片和/或元件50的组成部分。因此，在施加可聚合材料和随后选择性聚合之前和期间，不需要操作其他流体、凝胶、粘着剂或更多数量的折射率匹配材料。

因此，使用本申请的方法，不存在聚光器的引导表面56的接近于光电二极管的任何区域会被一定数量的折射率匹配材料或覆盖层59覆盖的风险。因此，不会发生预防接近于聚光器的输出端表面58的光线在引导表面56的最窄部分处经历全内反射的任何风险。

根据本申请，在本申请的情况下，形成具有与衬底表面和/或与至少一个光电和/或光子元件“直接接触”的聚合物材料的支撑接口表面的任何光纤耦合对准结构5；FCAS(借助于使用3D刻蚀的选择性聚合)意味着不需要将额外材料(诸如更多数量或层的折射率匹配材料)提供于衬底和/或芯片的最外层表面上。

然而，如果任选覆盖层59先前已经在芯片表面上形成，如以上解释，并且如果它是折射率匹配层，那么下方的有源区域可，例如，具有高于2.0的折射率，而通过选择性聚合形成的聚合物可具有低于1.7，例如1.64的折射率；这些折射率是可在例如可见光或红外线范围内的操作波长下的折射率值。

图25示出替代实施方案，其中FCAS 5不仅包括聚光器55或多个聚光器55i(在图23和24中未示出)而且包括至少另一光学元件，其至少总体上能够产生光学图像。然而，与聚光器组合，实际上不需要形成光学图像。替代地，可提供光学元件诸如透镜或透镜表面以便在聚光器55前面的一定距离处使光束，即辐射束预先聚焦或变窄。因此，聚光器55不需要具有暴露于环境空气或大气或替代地光纤末端表面32的入射表面57。替代地，光学元件诸如透镜61或至少透镜表面62可提供于聚光器55与光纤出口端32之间。具体地说，透镜61或透镜表面62还可形成FCAS 5的表面的一部分并且因此可在光纤耦合对准结构FCAS通过选择性聚合来形成时产生。优选地，透镜和聚光器由相同聚合物材料制成。根据一个实施方案，它们是一个整体式元件，诸如聚合物块的一部分。透镜优选地在直径或横截面上比电缆核心和/或光纤覆层更宽。因此，离开电缆核心的发散光束可预先聚焦并且由此在一定程度上变窄以确保全部光束实际上进入聚光器55。透镜61与聚光器55之间的空间可通过适当距离的气隙来桥接。或者，如图25描绘，透镜或透镜表面62与聚光器55之间的此距离还可用聚合物材料填充，由此在透镜表面62与聚光器55之间提供加宽聚合物结构64或桥接区域63。优选地，形成整体式FACS聚合物块，其外表面至少包括聚光器的引导表面56、透镜表面62以及界定加宽聚合物结构64的其他表面区域。

因此，FCAS不一定需要包括用于支撑光纤的光纤耦合表面。替代地，光纤出口端可通过在与FCAS 5的一定距离处提供的另一个结构来支撑。然而，优选地FCAS 5包括至少一个支撑接口表面，在此处，聚合物材料直接与安装衬底20的衬底表面20a直接接触。例如，加宽聚合物结构64可包括基座或安装区域，所述基座或安装区域连接至安装衬底的衬底表面20a和/或布置在安装衬底上的接近聚光器与透镜表面之间的聚合物区域的安装结构。无论选择确保安装衬底20与聚合物结构之间的稳固安装连接的设计为何，在任何情况下加宽聚合物结构64可用作将聚光器55和/或透镜62(或透镜表面62)稳定地锚固至安装衬底20的构件；不论它是直接或间接的(即经由中间安装结构，诸如基座、柱子或其他种类的支撑物)。

很明显本申请的附图不一定按比例绘制；尺寸和比例可取决于实行的相应实施方案而变化。举例来说，聚光器55可具有1.9mm的长度，加宽聚合物结构64(充当中间桥接区域63)可具有1.0mm的长度并且透镜或透镜表面62与光纤的光纤末端表面32之间的距离可为0.6mm。因此，可存在例如0.6mm的气隙。有源区域可具有25至50μm的直径，而聚光器55在由其发射表面58代表的其变窄末端处可具有20与45nm之间的直径。透镜表面62可为非球面。

图26示出包括至少一个聚光器55的光纤耦合装置1的替代实施方案。在此实施方案中，聚光器55的轴线方向是垂直于安装衬底20和光电芯片10；100i的主要表面的垂直方向z。在这里，芯片10平行于安装衬底20来定向。因此，将要由芯片10的光电检测器、光电二极管或其他种类光电或光子元件50；50i接收的光或辐射在穿过聚光器55时基本上垂直地，即沿着衬底表面20a的法线方向z传播。

与其较窄发射表面58相对，布置加宽聚合物结构64，其除了聚光器55以外包括另一个反射表面，即用于获得90°转向的反射镜面8；80i。

其出口端31平行于安装表面20a延伸的光纤30借助于光纤支撑结构65来安装至所述安装表面，除了聚光器55和加宽聚合物结构64以外，所述光纤支撑结构形成FCAS 5的一部分。光纤支撑结构包括光纤支撑区域7；70i。加宽聚合物结构64包括桥接聚光器55的位置x与光纤支撑结构65的位置x之间的横向距离的中间桥接区域63。聚光器55、光纤支撑结构65和将其彼此连接的中间桥接区域63优选地形成整块聚合物，其通过选择性聚合使用3D刻蚀以本文以上参考图22至25引述的各种方法相关实施方案来形成。以约45°定向的反射镜面将从光纤末端表面32出射的辐射朝向光电二极管或光电检测器50；50i的有源区域表面从横向路径反射至垂直路径。如在以前附图中，根据技术人员的选择，仅单一光电元件50、聚光器55、反射镜面8和光纤出口端31可安装在光纤耦合装置1上。或者，其中多个(50i；55i，80i，70i，31i)可提供于同一光纤耦合装置1上。在后一种情况中，可提供多个或仅一个单一中间桥接区域63用于所有聚光器，以形成多个或仅一个组合加宽聚合物结构64。

图22至26中的聚光器55i和/或反射镜面80i的形状、位置和/或定向可优化以便补偿光电芯片、其有源区域和/或光纤出口端的任何未对准。由于在聚光器55与光纤支撑结构65之间桥接的横向气隙布置在低于桥接区域63的高度下，因此确保引导表面56内部的全内反射并且不被向下延伸至安装衬底20的主要表面20a的光纤支撑结构65破坏。

图22至26的光纤耦合装置可例如包括仅一个聚光器或多个例如两个或四个聚光器。在图22至26的描述中未明确提及的所有其他特征或制造细节可与参照图1至20和21所解释同样或类似地来选择。在此范围内，再次参考这些附图。

Claims (48)

1.一种形成光纤耦合装置的方法，

所述光纤耦合装置包括衬底，所述衬底具有衬底表面和至少一个光电和/或光子元件，并且进一步包括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衬底表面和/或所述至少一个光电和/或光子元件，

b)通过借助于能够在执行3D刻蚀期间实时校正的视觉系统来视觉监测将要聚合的区域的位置和/或形状，使用3D刻蚀方法来使所述可聚合材料的区域选择性聚合以便将所述可聚合材料的所述区域转化成聚合物材料，从而形成至少一个光纤耦合对准结构，所述光纤耦合对准结构包括以下中的至少一个：

-支撑接口表面，在此表面处所述聚合物材料与所述衬底表面和/或所述至少一个光电和/或光子元件直接接触，

-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衬底和/或所述至少一个光电和/或光子元件的对准位置中的至少一个光纤，和/或

-至少一个反射表面，所述反射表面用于反射在至少一个光纤与所述衬底的所述至少一个光电和/或光子元件之间传播的光，以及

c)清洁所述衬底和所述聚合物材料以除去剩余未聚合的可聚合材料，从而暴露所述光纤耦合装置的所述至少一个光纤耦合对准结构。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述可聚合材料的所述区域的选择性聚合使用非接触的3D刻蚀方法来执行。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述可聚合材料的所述区域的选择性聚合使用无掩模的3D刻蚀方法来执行。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中将所述可聚合材料的所述区域选择性聚合并且由此转化成所述聚合物材料的步骤b)通过执行3D激光扫描来进行。

5.如权利要求4所述的方法，其中执行3D激光扫描包括将激光光束聚焦和/或以其他方式控制以使得双光子聚合仅在所述激光光束的焦点区域中发生，从而将发生聚合的区域限制于所聚焦激光光束的所述焦点区域的所述位置和/或延伸部分。

6.如权利要求4所述的方法，其中执行3D激光扫描包括：

在横贯激光光束方向的两个横向方向上移动所述衬底；以及

通过改变所述激光光束的焦距，沿着垂直于所述衬底的所述衬底表面的第三方向来移动所述激光光束的焦点区域。

7.如权利要求4所述的方法，其中执行3D激光扫描包括：

相对于激光光束的焦点区域的位置、部分制造聚合物结构的位置和/或用于在所述衬底上开始聚合的预定义参考位置来测量所述光电和/或光子元件的实时位置，

其中所测量实时位置从所述光电和/或光子元件的预定义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、其焦点区域和/或所述衬底的位置进行移位来补偿。

8.如权利要求1至3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衬底的主要表面的法线方向倾斜小于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，其轴线方向相对于所述衬底的所述主要表面的法线方向倾斜超过45°。

9.如权利要求1至3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。

10.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中使用包括耦合至多个光纤的多个光电和/或光子元件的光纤耦合装置并且其中形成光纤耦合对准结构，所述光纤耦合对准结构包括：

多个光纤支撑区域，每个光纤支撑区域用于支撑光学耦合至所述多个光电和/或光子元件中的一个的一个光纤，以及

多个反射表面，每个反射表面适于反射在一个相应光纤与所述多个光电和/或光子元件中的一个之间传播的光。

11.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述光纤耦合对准结构与所述至少一个光电和/或光子元件直接接触。

12.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述方法包括：在所述可聚合材料的所述区域的选择性聚合之前和/或期间，确定每个光电和/或光子元件或每个光电和/或光子芯片相对于所述衬底表面或默认位置的位置和/或定向未对准。

13.如权利要求12所述的方法，其中确定所述位置和/或定向未对准包括：对于每个光电和/或光子元件或芯片，测量其实际位置和/或定向或所述实际位置和/或定向从相对于所述衬底表面的相应默认位置和/或定向的偏差。

14.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述方法包括对于每个相应光电和/或光子元件或芯片，个别地计算所述光纤耦合对准结构的至少一个表面部分的个别补偿偏移。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述个别补偿偏移包括所述光纤耦合对准结构的所述至少一个表面部分的位置偏移和/或旋转偏移。

16.如权利要求14所述的方法，其中所述个别补偿偏移包括与所述相应光电和/或光子元件或芯片相关联的相应反射表面的位置偏移和/或旋转偏移。

17.如权利要求14所述的方法，其中所述个别补偿偏移包括与所述光电和/或光子元件或芯片相关联的相应光纤支撑区域的位置偏移和/或旋转偏移。

18.如权利要求14所述的方法，其中所述个别补偿偏移包括确定与所述光电和/或光子元件相关联的相应反射表面的形状的至少一个参数值和/或参数偏移。

19.如权利要求18所述的方法，其中所述至少一个参数值或参数偏移包括确定与所述光电和/或光子元件相关联的所述相应反射表面的形状的至少一个多项式系数的值或偏移。

20.如权利要求10所述的方法，其中执行步骤b)中的选择性聚合以使得对于所述多个光电和/或光子元件中的每一个来说，由此形成的所述光纤耦合对准结构包括个别调整反射表面和/或个别调整光纤支撑区域，从而个别地补偿每个相应光电和/或光子元件或芯片的未对准。

21.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述衬底包括四个光电和/或光子元件并且其中一个单一光纤耦合对准结构形成于所述衬底上，所述光纤耦合对准结构包括四个反射表面和四个光纤耦合区域用于将四个光纤耦合至四个光电和/或光子元件。

22.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述至少一个光纤耦合对准结构包括：

支撑接口表面，所述支撑接口表面与所述衬底表面和/或所述至少一个光电和/或光子元件直接接触，以及

至少一个反射表面，所述反射表面用于反射在至少一个光纤与所述衬底的所述至少一个光电和/或光子元件之间传播的光。

23.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述至少一个光纤耦合对准结构进一步包括至少一个光纤支撑区域，所述光纤支撑区域适于接触和/或支撑处于相对于所述衬底的对准位置中的至少一个光纤。

24.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述至少一个光纤耦合对准结构包括：

与所述衬底表面直接接触的支撑接口表面，

光纤支撑区域，所述光纤支撑区域适于支撑处于相对于所述衬底表面的对准位置中的至少一个光纤，以及

至少一个反射表面，所述反射表面用于反射在至少一个光纤与所述衬底的所述至少一个光电和/或光子元件之间传播的光。

25.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述至少一个光纤耦合对准结构包括：

与所述至少一个光电和/或光子元件直接接触的支撑接口表面，

光纤支撑区域，所述光纤支撑区域适于接触和/或支撑处于光学耦合至所述至少一个光电和/或光子元件的对准位置中的至少一个光纤，以及

至少一个反射表面，所述反射表面用于反射在至少一个光纤与所述衬底的所述至少一个光电和/或光子元件之间传播的光。

26.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述至少一个反射表面被设计来改变光束的传播方向60°与120°之间的角度。

27.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述至少一个反射表面被设计来使光束的直径和/或横截面变窄而不改变所述光束的总体传播方向。

28.一种形成光纤耦合装置的方法，

所述光纤耦合装置包括衬底，所述衬底具有衬底表面和多个光电和/或光子元件，并且进一步包括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衬底表面和/或所述多个光电和/或光子元件，

b)通过借助于能够在执行3D刻蚀期间实时校正的视觉系统来视觉监测将要聚合的区域的位置和/或形状，使所述可聚合材料的区域选择性聚合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：

-支撑接口表面，在此表面处所述聚合物材料与所述衬底表面和/或所述多个光电和/或光子元件直接接触，

-多个光纤支撑区域，所述光纤支撑区域各自适于支撑处于相对于所述多个光电和/或光子元件中的相应一个的对准位置中的一个相应光纤，以及

c)清洁所述衬底和所述聚合物材料以除去剩余未聚合的可聚合材料，从而暴露所述光纤耦合装置的所述至少一个光纤耦合对准结构。

29.如权利要求28所述的方法，其中将所述至少一个光纤耦合对准结构形成和/或成形以便包括多个聚光器，所述聚光器用于传输和/或聚焦在光纤与所述多个光电和/或光子元件之间传播的光。

30.如权利要求29所述的方法，其中所述聚光器包括反射表面，所述反射表面被设计来减小接近所述光电和/或光子元件的光束的直径和/或横截面。

31.如权利要求29所述的方法，其中所述聚光器包括圆周反射表面，其直径和/或横向横截面随着与所述光电和/或光子元件的距离增加而增加。

32.如权利要求28所述的方法，其中将所述至少一个光纤耦合对准结构形成和/或成形以便包括多个光学元件，所述光学元件被设计来将在光纤与所述多个光电和/或光子元件之间传播的光束聚焦并且由此光学成像。

33.如权利要求28所述的方法，其中所述至少一个光纤耦合对准结构被设计来将离开光纤的出口端并且接近所述光电和/或光子元件的光束重定向和/或变窄。

34.如权利要求28所述的方法，其中选择性聚合包括包覆模制。

35.一种光纤耦合装置，其包括：

衬底，所述衬底包括衬底表面和至少一个光电和/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衬底的所述衬底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由聚合物材料制成并且包括：

支撑接口表面，在此表面处，所述聚合物材料与所述衬底表面和/或所述至少一个光电和/或光子元件直接接触且/或处于相对于所述衬底表面和/或所述元件的对准位置中，

至少一个光纤支撑区域，所述光纤支撑区域支撑或适于支撑处于光学耦合至所述衬底和/或所述至少一个光电和/或光子元件的对准位置中的至少一个光纤，和/或

至少一个反射表面，所述反射表面用于反射在至少一个光纤与所述至少一个光电和/或光子元件之间传播的光，所述至少一个反射表面包括用于补偿所述至少一个光电和/或光子元件的位置的位置偏移和旋转偏移中的至少一者。

36.如权利要求35所述的光纤耦合装置，其中所述光纤耦合装置包括多个光电和/或光子元件和多个光纤支撑区域。

37.如权利要求35所述的光纤耦合装置，其中所述光纤耦合装置包括多个反射表面，其用于反射在多个光纤与多个光电和/或光子元件之间传播的光，所述多个反射表面具有多个位置偏移和/或旋转偏移。

38.如权利要求35至37中任一项所述的光纤耦合装置，其中所述至少一个光纤耦合对准结构至少包括

多个支撑接口表面，在此表面处所述聚合物材料与所述光电和/或光子元件中的相应一个的有源区域表面区域直接接触且/或处于相对于所述有源区域表面区域的对准位置中，以及

多个反射表面，所述反射表面各自被设计来将离开光纤的出口端并且接近所述光电和/或光子元件中的一个的有源区域表面区域的光束加以反射和/或聚集，其中所述多个反射表面具有多个位置偏移和/或旋转偏移。

39.一种形成光纤耦合装置的方法，

所述光纤耦合装置包括安装衬底，所述安装衬底具有衬底表面并且承载至少一个光电和/或光子芯片，所述光纤耦合装置进一步包括光学透射的光纤耦合对准结构，

其中所述方法至少包括：

a)将可聚合材料施加至所述衬底表面和所述至少一个光电和/或光子芯片，

b)使用3D刻蚀方法，使所述可聚合材料的区域选择性聚合以便将所述可聚合材料的所述区域转化成聚合物材料，从而形成光纤耦合对准结构，所述光纤耦合对准结构包括：

-至少一个第一支撑接口表面，在此表面处所述聚合物材料与所述至少一个光电和/或光子芯片直接接触，

-至少一个第二支撑接口表面，在此表面处所述聚合物材料与所述安装衬底的所述衬底表面直接接触，

c)在所述可聚合材料的所述区域的选择性聚合之前和/或期间，确定每个光电和/或光子芯片的每个光电和/或光子元件相对于所述衬底表面或默认位置的位置和/或定向未对准，

d)清洁所述衬底和所述聚合物材料以除去剩余未聚合的可聚合材料，从而暴露所述光纤耦合装置的所述至少一个光纤耦合对准结构。

40.如权利要求39所述的方法，其中所述光纤耦合对准结构进一步包括至少一个光纤支撑区域，所述光纤支撑区域用于支撑处于相对于所述至少一个光电和/或光子芯片中的相应一个的对准位置中的相应光纤。

41.如权利要求39所述的方法，其中所述光纤耦合对准结构进一步包括至少一个聚合物材料聚光器，所述聚光器布置和/或桥接在所述至少一个第一支撑接口表面与所述至少一个第二支撑接口表面之间。

42.如权利要求39至41中任一项所述的方法，其中所述光纤耦合对准结构进一步包括至少一个聚光器，所述聚光器接触至少一个光电和/或光子芯片。

43.一种光纤耦合装置，其包括：

安装衬底，所述安装衬底包括衬底表面；至少一个光电和/或光子芯片，所述光电和/或光子芯片安装至所述安装衬底并且包括光电和/或光子元件；以及

由聚合物材料制成的至少一个光学透射光纤耦合对准结构，其中所述光纤耦合对准结构包括：

第一支撑接口表面，在此表面处所述聚合物材料与所述至少一个光电和/或光子元件直接接触，以及以下中的至少一个

第二支撑接口表面，在此表面处所述聚合物材料与所述安装衬底直接接触，以及

至少一个光纤支撑区域，所述光纤支撑区域支撑或适于支撑处于光学耦合至所述至少一个光电和/或光子芯片的对准位置中的至少一个光纤，所述至少一个光纤支撑区域包括用于补偿所述至少一个光电和/或光子元件的位置的位置偏移和旋转偏移中的至少一者。

44.如权利要求43所述的光纤耦合装置，其进一步包括使光束的光传播方向偏转60°与120°之间的角度的至少一个反射表面，所述至少一个反射表面安置在所述至少一个光电和/或光子元件与至少一个光纤之间延伸的光路中。

45.如权利要求44所述的光纤耦合装置，其进一步包括具有变窄引导表面的至少一个聚光器，所述聚光器在所述光路中安置于所述至少一个反射表面与所述至少一个光电和/或光子元件之间。

46.一种形成光纤耦合装置的方法，

所述光纤耦合装置包括安装衬底、至少一个光电和/或光子芯片和透射电磁辐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安装衬底和至少一个光电和/或光子芯片，

b)借助于3D刻蚀，通过选择性地使所述可聚合材料局部聚合，从而使所述可聚合材料的区域转化成聚合物材料来形成至少一个光纤耦合对准结构，其中所述光纤耦合对准结构至少包括：

-至少一个聚光器，所述聚光器包括接触在所述至少一个光电和/或光子芯片上提供的光电和/或光子元件的聚合物材料表面，以及以下中的至少一个

-接触所述安装衬底的聚合物材料的支撑接口表面，以及

-光纤支撑区域，所述光纤支撑区域适于支撑处于相对于所述至少一个聚光器和/或所述至少一个光电和/或光子元件的对准位置中的光纤，其中所述至少一个聚光器呈圆锥形，使得所述至少一个聚光器随着与所述至少一个光电和/或光子芯片的距离减少而变窄，以及

c)清洁所述衬底、所述至少一个光电和/或光子芯片和所述聚合物材料以除去剩余未聚合的可聚合材料，从而暴露所述至少一个光纤耦合对准结构。

47.一种光纤耦合装置，其包括：

安装衬底、至少一个光电和/或光子芯片和直接接触所述安装衬底和/或所述至少一个光电和/或光子芯片的光学透射光纤耦合对准结构，

其中所述光纤耦合对准结构由光学透射材料制成并且包括：

至少一个聚光器，所述聚光器包括接触所述至少一个光电和/或光子芯片的聚合物材料的第一接触表面，其中所述至少一个聚光器呈圆锥形，使得所述至少一个聚光器随着与所述至少一个光电和/或光子芯片的距离减少而变窄，以及以下中的至少一个

接触所述安装衬底的聚合物材料的支撑接口表面，以及

光纤支撑区域，所述光纤支撑区域被设计来支撑处于相对于所述至少一个聚光器和/或所述至少一个光电和/或光子芯片的对准位置中的光纤。

48.如权利要求47所述的光纤耦合装置，其进一步包括使光路方向偏转的至少一个反射表面，所述至少一个反射表面沿着所述光路安置在所述至少一个聚光器与至少一个光纤之间。