CN109791261A - 用于光子系统的光纤-波导光学接口装置和具有透镜的耦合装置 - Google Patents

用于光子系统的光纤-波导光学接口装置和具有透镜的耦合装置 Download PDF

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Abstract

一种用于光子集成系统的光学接口装置包含插头和插座。所述插座可操作地布置于支撑波导的PIC上。所述插头可操作地支撑光纤。所述插座和插头被配置成可操作地接合以在所述光纤与所述波导之间建立光学通信。在所述插座上的突出部被配置成约束纵向运动，同时允许所述插座的侧向运动以调整其相对于所述PIC的位置以使对准优化。所述插头可包含隔片，所述隔片被定大小以配合于由所述突出部界定的凹口内以进一步有助于对准。所述插头亦可包含透镜以建立所述光纤与所述波导之间的所述光学通信。所述插座和插头可按类似于常规电连接器的方式接合和脱离。

Description

用于光子系统的光纤-波导光学接口装置和具有透镜的耦合 装置
本申请依据35 U.S.C.§120要求2016年8月30日提交的美国申请第15/251,342号的优先权权益，本案依赖于所述申请的内容且所述申请以引用方式全部并入本文中。
技术领域
本公开涉及集成光子学，且具体地涉及一种用于光子系统的光纤-波导光学接口装置和具有透镜的耦合装置。
背景技术
光子系统目前用于多种应用和装置中以使用光(光学)信号传达信息。光子系统通常包含光子集成电路(PIC)，其与电子集成电路的类似之处在于，其将多个部件集成到单个材料内，在所述单个材料处，这些部件只使用光或使用光与电的组合操作。典型的PIC具有电与光功能性的组合，且可包含光发射器(光源)和光接收器(光检测器)，以及用以产生并携带用于转换成光信号的电信号的电布线和类似部件，且反之亦然。
PIC包含一个或多个光波导，其按类似于金属线在电子集成电路中携带电的方式携带光。正如在电子集成电路的电线中行进的电携带电信号一样，在PIC的波导中行进的光携带光信号。
为了将光信号从PIC传输到远端装置，由PIC中的波导携带的光信号需要传送或“光学耦合”到连接到所述远端装置的对应的光纤。将来自平坦波导的光耦合到光纤是经由表面波状光栅或经由嵌入的全内反射镜通过PIC的表面，或经由接近性耦合或边缘耦合(还被称作“对接耦合”)从边缘达成。
当前边缘耦合技术涉及在光纤与波导之间形成永久结合。因此，存在对于改善的边缘耦合的未解决的需求。
发明内容
本公开的一方面是一种用于PIC组件的光学接口装置的耦合装置，所述耦合装置包含：主体，其具有前端、后端和下表面；在所述主体的所述前端处的至少一个对准特征；至少一个孔，其从所述后端伸展且穿过到所述前端或邻近所述前端端接，所述至少一个孔被定大小以容纳至少一个光纤；和至少一个透镜，其在所述前端处且可操作地与所述至少一个孔对准。
本公开的另一方面为一种光学接口装置，其包含以上描述的耦合装置，其中所述耦合装置界定第一耦合装置且在所述至少一个孔中可操作地支撑至少一个光纤；PIC组件，其具有支撑具有端面的至少一个波导的PIC且具有可操作地与所述PIC布置在一起且具有前端的第二耦合装置；且其中所述第一和第二耦合装置被配置成可操作地接合，使得由所述PIC支撑的所述至少一个波导与所述第一耦合装置的所述至少一个光纤通过在所述第一耦合装置的所述前端上的所述至少一个透镜光学通信。
另外的特征和优势在接下来的详述中阐述，且部分将对所属领域的技术人员从所述描述而易于显而易见，或通过实践如在书面描述和其权利要求书以及附图中描述的实施例来认识。应理解，前述大体描述和接下来的详述都只是示范性，并且并不希望提供综述或框架来理解权利要求书的本质和特性。
附图说明
包含附图以提供进一步理解，且所述附图被并入并构成本说明书的一部分。所述图式说明一个或多个实施例，并且与详述一起用以解释各种实施例的原理和操作。因而，本公开将从结合附图进行的以下详述而变得更被充分理解，在附图中：
图1是示例光子系统的立面图，所述光子系统包含PIC组件和具有呈插头的形式的第一耦合装置与呈插座的形式的第二耦合装置的光学接口装置；
图2A是图1的示例光子系统的部分分解图，其中插头与插座断开连接；
图2B是图1和图2A的光子系统的PIC组件的特写前立面图；
图3A是在图1、图2A和图2B中示出的光学接口装置的示例插头的立面图；
图3B是在图1、图2A和图2B中示出的光学接口装置的示例插头的前视图；
图3C是在图1和图2中示出的光学接口装置的示例插头的侧视图，且示出其中插头的套圈主体包含具有面向上的凸耳的整体形成的隔片的示例；
图3D类似于图3D，且示出形成为与插头的套圈主体分开的工件的隔片的示例；
图4A是类似于图2B的示例PIC组件的前立面图，且示出插座、PIC、插入物和印刷电路板的示例配置，其中插座相对于PIC的z运动受到突出部段约束；
图4B到图4D是示出插座突出部的三种不同示例配置的示例PIC组件的前视图；
图5是示例光学接口装置的部分分解侧视图，其示出其中插头和插座分别包含互补隔片的示例配置；
图6A是前视图，且图6B是添加到插座主体的前端的示例突出部的侧视图；
图7A类似于图6A，除了突出部的厚度大于插头隔片的厚度以便提供插头的光纤的端面与PIC的波导之间的选择间距；
图7B示出可操作地接合的图7A的插头和插座；
图7C类似于图7A且说示出其中插头的前端平的示例；
图7D类似于图7C，且示出其中插头的前端包含被配置成在插头的光纤与插座的波导之间光学耦合光的透镜的示例；
图7E类似于图7D，且示出其中插头的前端包含隔片的示例，所述隔片包含在插头的光纤与插座的波导之间光学耦合光的透镜；
图8A是示例光学接口装置的自顶而下部分分解图，示出突出部可补偿插座主体的前端的形状中的误差的方式；
图8B类似于图4A，且示出其中插座主体包含在下表面中的一个或多个凹口以有助于将插座紧固到下面的PIC的实施方式；
图9A是示例两部分插座连同示例两部分突出部的自顶而下部分分解图；
图9B是示出两部分插座和两部分突出部的示例PIC组件的前视图；
图9C类似于图9A，且示出两部分插座和一部分(整体)突出部的示例配置；
图10A和图10B是用以在隔片材料的薄片中形成示例U形突出部的模板的俯视图；且
图11是被配置用于与MTP类型的插头一起使用的示例突出部的前视图。
具体实施方式
现对本公开的各种实施方式进行详细参考，在附图中说明各种实施方式的示例。在可能时，贯穿图式使用相同或相似参考数字指相同或相似部分。图式未必按比例，并且所属领域的技术人员应认识到，已简化图式来说明本公开的关键方面。
如下阐述的权利要求书并入到此具体实施方式内且构成此具体实施方式的部分。
笛卡尔坐标是为了参考的原因而在所述图中的一些中示出，且并不希望关于方向或定向为限制性。
在以下描述中，纵向或轴向移动在z方向上，而侧向移动在x方向和/或y方向上。
光子系统和PIC组件
图1是示例光子系统6的立面图，而图2A是图1的光子系统的立面且部分分解图。图2B是光子系统6的插座部分的特写立面图。光子系统6包含PIC组件10。PIC组件10包含PIC20和可操作地支撑所述PIC的衬底60。在示例中，衬底60包含插入物70和印刷电路板80，在所述情况下，PIC20可操作地安装到插入物70，插入物70可操作地安装到PCB80。插入物70被配置成提供PIC20与PCB80之间的电连接。插入物70可由多种不同材料(包含玻璃或硅)制成。
光子系统6还包含光学接口装置100，所述光学接口装置100包含第一耦合装置200和第二耦合装置300，其中第一和第二耦合装置被配置成可操作地接合和脱离。第一耦合装置200按插头的形式示出于图2A中，而第二耦合装置300在图2A和2B中示出为呈可操作地布置于PIC20上的插座的形式。在其它实施例中，第一耦合装置200可呈插头的形式，且第二耦合装置300可呈插座的形式。在以下论述中，为了易于论述，第一耦合装置200被称作插头，而第二耦合装置300被称作插座。
在示例中，使用用于连接器的在所属领域中已知的许多锁存机构(未示出)中的任一个将插头200与插座300维持在可操作地接合的配置中，所述锁存机构例如在美国专利第6,565,262号和美国专利第7,377,699号和美国专利第5,254,014号中公开，所述专利被以引用的方式全部并入本文中。
现在在下文更详细地论述光子系统6和光学接口装置100的主要部件。
示例插头
图3A是插头200的立面图，图3B是插头200的前视图，且图3C是插头200的示例侧面图。插头200包含套圈主体(“套圈”)201，其具有前侧或前端202、后侧或后端204、上表面212和下表面214、中央部分216和相对边缘(侧)218。在示例中，套圈201是单片式。插头100可操作地支撑光纤232的阵列230，每一光纤232具有芯233a、包围芯的包层233b(见图3A中的特写插图)。每一光纤232具有端面234。在示例中，光纤232的阵列230伸展穿过单一细长孔228，如在图3A中所示出。在另一示例中，每一光纤232伸展穿过相应孔228，如在图3B中所示出。更通常地，套圈201包含一个或多个孔228。所述一个或多个孔形成于套圈201的中央部分226中，且驻留于x-z孔平面228P中。在每一光纤232伸展穿过相应孔228的示例中，所述孔中的每一个具有比光纤的直径稍大的圆形横截面形状。在示例中，光纤232的端面234实质上与前端202共平面。阵列230中的光纤232界定间距pF。示例光纤232具有80微米或125微米的直径。也可使用光纤232的其他直径。
插头200还包含至少一个对准特征240。在示例中，使用两个间隔开的对准特征240。在示例中，对准特征240邻近上表面212且在孔平面228上方驻留，如在图3A中所示出。在示例中，对准特征240呈对准销(以界定插头配置，如所示出)或对准孔(以界定插座配置)的形式。举例来说，以下论述参考具有呈对准销的形式的两个间隔开的对准特征240的实施方式，所述对准销驻留于x-z对准特征平面240P(见图3B)中。将对准特征平面240P与孔平面228P之间的y距离表示为DY1。如在图3A中所示出，插头200具有总高度尺寸h1、总长度尺寸l1和总宽度尺寸w1。
插头200的光纤232的阵列230被配置成当插头100可操作地耦合到PIC组件的插座300时光学耦合到由PIC组件10的PIC20支撑的波导阵列，如以下解释。因此，在示例中，光纤间距pF等于波导间距pW，且光纤232的数目等于PIC组件波导的数目。
图3C的侧视图示出其中套圈201包含突起或“隔片”250的示例，所述隔片250从邻近下表面214的前端202延伸且界定面向上的凸耳252。隔片250有助于机械接合，包含插头200相对于插座300的对准和间隔，如以下描述。隔片250具有如在相对于前端202的z方向上测量的厚度TP。隔片250与插头200相关联，其在下文被称作插头隔片250。
在示例中，插头隔片250可形成为单片式套圈201的部分，例如在图3C中示出。在另一示例中，插头隔片250可形成为添加到套圈201的前端202的一个或多个单独零件(即，一个或多个单独工件)，如在图3D中所说明。插头隔片不需要始终在套圈201的侧218之间延伸。
PIC组件
图4A是示例PIC组件10的前立面图，且图4B到图4D是PIC组件的两个不同示例配置的前视图。如上指出，PIC组件10包含PIC20，其具有前端22和后端24、相对的上表面25和下表面27和相对的侧28。PIC20可自硅、磷化铟或玻璃形成。
PIC20支撑在z方向上沿着PIC的中心部分纵向伸展的光学波导(“波导”)32的阵列30。每一波导32具有实质上在前端22处端接的端面34。在示例中，端面34在下表面27附近端接，如在图1中示出。在其它示例中，端面34在上表面25附近端接。通常，端面34端接于上表面25与下表面27之间的任何处。在示例中，波导32由玻璃制成。在另一示例中，波导32由硅制成。在示例中，波导32包括通道波长。还在示例中，波导32是单模式。波导32的阵列30具有前述波导间距pW。
PIC20亦可包含如所属领域中已知的未示出的其它部件，例如，激光、光检测器、金属布线、光学改向元件、电处理电路系统、光学处理电路系统、接触垫等。在示例中，PIC20主要从硅形成(即，基于硅)，且构成硅光子(SiP)装置。在另一示例中，PIC20主要从玻璃形成(即，基于玻璃)，且构成无源平坦光波电路。PIC20还可从所属领域中已知的其他半导体材料形成。PIC20可充当直接检测或相干检测收发器、分裂器、扇出、抽头耦合器、多路复用器/多路分离器、激光阵列等。
示例插座
如上指出，PIC组件10支撑相对于PIC20可操作地布置的插座300。在示例中，插座300具有靠近PIC材料(例如，在50％内，或在20％内，或在10％内)的热膨胀系数(CTE)，使得在高温操作期间在插座与PIC20之间存在极少移动或应力堆积。在示例中，可使用例如环氧树脂或类似结合粘合剂的合适紧固材料将插座300紧固到PIC20，如以下更详细地解释。
再次参看图4A到图4D，插座主体301具有前端302、后端304、上表面312和下表面314、中央部分316和相对侧或边缘318。在示例中，插座主体301可从模制聚合物或玻璃形成。参看以下介绍和论述的图8B，在示例中，插座300具有大体矩形主体301，其具有总宽度尺寸w2、总长度尺寸l2和总高度尺寸h2。
在示例中，插座300包含至少一个对准特征340。图4A示出包含在前端302中形成的两个对准特征340的示例。在示例中，对准特征340呈被配置成收纳插头200的两个对准销240的两个对准孔的形式。在例如图4B中示出的示例中，一个对准孔340为细长的以避免过于约束插座300与插头200在x方向上的配合，且允许归因于插头200与插座300之间的CTE失配的相对移动。如果插座300是从例如玻璃的非柔性材料制成，那么这个示例对准配置可特别有用。所述至少一个对准特征340也可相对于光纤阵列的对称轴偏移。这有益于减少归因于热膨胀的热移动，这是由于减小了距对称热移动轴的距离。在一种配置中，使圆形(非细长)对准孔340在PIC20的波导32的阵列30上居中，但其它配置是可能的。
在示例中，插座300在前端302处包含突出部320，在示例中，所述突出部320包含延伸超出下表面314的至少一个向下悬垂的突出部段321。在示例中，突出部320界定被配置成容纳插头200的隔片250的凹口322。在示例中，突出部320包含至少一个对准特征340，在示例中，其进一步可在突出部段321中。在图2A中示出的示例配置中，突出部320与单片式插座主体301整体形成(亦即，为所述主体的部分)，其中突出部段321向下悬垂以覆盖PIC20的前端22的至少一部分。在于图2B中最佳地看出的另一示例中，突出部320形成为单个、单独部分，如由图2B中的虚线DL示出。突出部320也可形成为两个单独部分，其各自界定单独的突出部段321，如以下关于图9A和图9B论述。在以下论述的示例中，突出部320具有由两个突出部段321和凹口322界定的U形。
在图4B中，突出部320被配置使得两个突出部段321延伸到在PIC20的上表面26中的对应的凹口26内，且可用以执行插座300关于下面的PIC的对准。突出部320可被配置成在PIC20的下表面314与上表面25之间形成凹口322。在图4C中，突出部段320被配置成延伸到衬底60内。在示例中，突出部段320被配置成延伸到衬底60的前表面上。在示例中，例如环氧树脂的紧固材料380的层可用以将插座主体301紧固到下面的PIC20。
图4D类似于图4B和图4C，且示出突出部320被形成使得凹口322呈被定大小以容纳插头200的隔片250的孔隙的形式的示例。
再次参看图4A，应注意，插座300相对于PIC20的z运动(即，轴向或纵向运动)受到在PIC的前端22前面且与前端22接触而延伸的突出部段321约束。此允许插座300的侧向(即，x及y)移动。在y方向上的侧向移动(即，垂直移动)允许插座300的主体301的下表面314与PIC顶表面25在y方向上间隔，其间隔量经选择以优化PIC20的至少一个波导32与插头20的至少一个光纤232之间在形成光学接口装置时的对准。可使用(例如)安置于PIC顶表面25与插座300的主体301的下表面314之间的紧固材料380来固定选择间距。
如上关于图3B所论述，对准特征平面240P与孔平面228P之间的y距离表示为DY1。距离DY1取决于波导32的位置，其取决于PIC的厚度th和波导在何处由PIC支撑，例如，在上表面25上，在下表面27上或在其间的某一处。由于需要单个插头200能够与不同插座300配合，因此在示例中，距离DY1可被设计为对于PIC20的任何配置所需要的最大值。
如上所解释，PIC20上的插座300的高度(即，y位置)可加以调整使得光纤232与波导32对准。在图4A、图4B和图4C的示例中，当光纤232与波导32对准时，插座300与PIC20之间的紧固材料380的层用以填充插座300的下表面314与PIC20的上表面25之间的间隙，并且将插座紧固到PIC20。
此处注意，当光纤232与波导32对准时，紧固材料380不需要界定插座300的下表面314与PIC20的上表面25之间的间隙的大小。在示例中，插座300与插头200接合且然后在x-y平面中调整以当突出部段320约束在z方向上的运动时对准波导32与光纤232。此对准调整创造间隙。不存在z移动，因为突出部段320限制z方向移动。z移动受到突出部329的限制是有利的，因为简化了与在x和y方向上的移动的光纤-波导对准。
另外的插座突出部和插头隔片配置
图5是示出其中突出部320界定面向下的凸耳352的示例配置的光学接口装置100的部分分解侧视图。突出部320以示例示出为添加到插座300的主体301的前端302的单独部分。插头200包含具有面向上的凸耳252的前述插头隔片250。突出部320的面向下的凸耳352被配置成当插头200与插座300可操作地接合时与插头隔片250的面向上的凸耳252进行接触。通过限制当插头与插座300接合时插头的移动，面向下的凸耳352连同突出部320的突出部段321一起辅助插头200的光纤232与PIC20的波导32的对准。它还允许在垂直方向(即，y方向)上移动插座300以使光纤232与波导32能够最优地对准。突出部320具有如在z方向上测量的厚度TR。突出部320可被视为插座隔片的对应部分，并且也可被称作“插座隔片”。
在突出部320为添加到插座主体301的单独部件的示例中，其可从熔融玻璃制造。图6A是前视图，且图6B是呈可附接到插座主体301的前端302的板的形式的示例突出部320的侧视图。图6A中的虚线DL示意性地说明突出部段321开始的情况，即，突出部320将延伸以覆盖PIC22的前端22的情况，如在图5中所示出。
突出部320可包含与在插座前端302中形成的一个或多个对准特征340对准的一个或多个孔354。孔354不需要具有与对准特征340精确相同的直径，并且在示例中，稍微更大以提供用于插座300的对准特征(例如，对准销)340的间空。
图7A和图7B类似于图5，且示出当插头200与插座300可操作地接合时，使用插头隔片250和突出部320界定在波导端面34与光纤端面134之间的具有间隙间距GS的间隙G。在示例中，这是通过使突出部320的厚度TR大于插头隔片250的厚度TP(即，TR>TP)来实现。
在示例中，间隙间距GS在0<GS<2.1mm的范围中。在另一示例中，间隙间距GS在0<GS<65微米或270微米<GS<2100微米的范围中。在另一示例中，间隙间距GS在于每一波导端面34与相对的光纤端面134之间传播的高斯光束的瑞利范围内(即，小于所述瑞利范围)。图7C类似于图7A，且说明其中插头200的套圈201的前端202平的示例，不存在插头隔片250，使得TP＝0。
为了避免物理接触和对波导端面34与光纤端面134的可能损坏，同时仍然允许直接的端面耦合，间隙G可具有最小间隙距离GS，例如，0<GS<65微米(例如，5微米)。对于相对小间隙间距GS，可将折射率匹配凝胶置放于间隙中以避免来自费涅反射的损耗。为了扩大在波导端面34与光纤端面134之间行进的(高斯)光束，且为了改善侧向不对准容差和对可阻碍在间隙G上透射的光束的其它微观碎片扬起灰尘的抵抗性，间隙间距GS可在较大范围端中，例如，270微米<GS<2100微米，或可小于前述瑞利范围。
图7D类似于图7C，且说明其中对于相对大间隙间距GS，插头200的前端202包括至少一个透镜60的示例，所述至少一个透镜60被配置成跨间隙G在插头200的至少一个光纤232与插座300的至少一个波导32之间光学耦合光。在示例中，一个或多个透镜60可为梯度折射率透镜、模制透镜等。在示例中，一个或多个透镜60可形成于套圈201的一部分中，且光纤32的端面在套圈主体内的孔228的一端处端接。在示例中，一个或多个透镜60可经形成以实质上与套圈201的前端202齐平。在示例中，一个或多个透镜60可在套圈形成过程期间(例如，在模制过程期间)形成为套圈的整体或单片式部分。所述一个或多个透镜60也可在前端202处添加到套圈201。在示例中，一个或多个透镜60可由与套圈201不同的材料制成。在示例中，一个或多个透镜60可由附接到套圈前端202的板或类似支撑部件(例如，插头隔片250)支撑，如在图7E中所示出。在示例中，一个或多个透镜60可由玻璃制成。
图8A是光学接口装置100的自顶而下部分分解图，说明突出部320用以增大对插座300与插头200的套圈201之间的小角度不对准的容差。在示例中，对准基准374可形成于主体301的上表面312上，用于如果插座由例如Ultem或玻璃的透明材料制成，那么执行插座300与下面的PIC20的对准。图1还示出在插头200和插座300上的示例对准基准374。对准基准374可使用多种已知技术(例如，光刻技术)形成，且可具有所属领域中已知的多种形状、大小和配置。
如果插座主体301的前端302具有相对于侧面318的轻微形状误差，那么突出部320可被布置以补偿这个形状误差。图8A中示出的形状误差创造角度不对准。套圈对准特征(例如，对准销)240可用作固定物以确保突出部320实质上平且平行于套圈前端202。在示例中，紧固材料380用以将突出部320紧固到插座主体301的前端302。在此示例中，紧固材料380可填充归因于形状误差在前端302与突出部320之间的任何间隙382。
图8A还示出插座主体301包括通孔388的示例，所述通孔388在z方向上伸展且接触上表面312和下表面314。通孔388可用以插入紧固材料380(例如，环氧树脂)以将插座300紧固到下面的PIC20。
图8B类似于图4A，且说明其中插座主体301包含在下表面314中的一个或多个插口390的实施方式。所述一个或多个插口390可充当用于当将插座300紧固到PIC20的上表面22时的紧固材料380的贮存器。在示例中，所述一个或多个插口390可呈如所示出的纵向凹槽的形式。也可使用用于一个或多个插口390的其它形状和定向。在其它实施方式中，使用标准微电子包装技术来将插座300紧固到PIC20。
图9A是示例插座300的自顶而下部分分解图，其中插座主体301由在z方向上细长的两个单独部分301A和301B构成。还示出的是使用两个单独突出部部分320A和320B形成的示例突出部320。在另一示例中，单独突出部部分320A和320B可分别与插座主体部分301A和301B整体形成。
图9B是利用图9A的示例两部分插座300和两个突出部部分320A和320B的示例PIC组件20的前视图。图9B还示出形成于两个突出部部分320A和320B上的对准基准374的示例。
插座300的两部分配置的一个益处是，其减少了插座与下面的PIC20之间的任何CTE不匹配的不利效应。因为插座主体301的两个部分301A和301B分开来紧固到PIC20，所以所述两个部分与PIC之间的CTE不匹配的不利效应减小了，这是因为驻留于对准特征340之间的材料的量与单式(单一部分)插座300相比减少了。当插座主体301由具有比硅石或硅高的CTE的聚合物材料制成时，CTE不匹配的不利效应的这个减小特别有效。
图9C类似于图9A，且示出示例实施方式，其中突出部320为单式的，亦即，为单一部分，其附接到插座主体部分301A和301B的相应前端302。
形成插座
在示例中，插座主体301具有被设计成有助于插座300的形成的对称性。示例对称插座主体301具有U形横截面。U形可被做成方形，或可具有圆边缘。用于形成插座300的技术包含聚合物挤压工艺、玻璃挤压工艺和回火工艺中的至少一个。回火工艺允许插座主体301按微米及均匀的次微米容差形成。如果波导32关于PIC的上表面22良好地界定，即，通过将PIC上表面用作用于y维度的参考数据，这制造准确度允许插座300与PIC20的被动对准。在插座300和PIC20上的对准特征可用于在x-z平面中的对准。以上论述的凹口390也可易于使用前述挤压和回火工艺形成。
形成突出部
如上所论述，突出部320可形成为与插座主体301分开的部分，即，作为突出部。在示例中，突出部320可使用例如玻璃薄片的材料薄片形成。玻璃的示例类型包含热强化玻璃或离子交换玻璃，例如，来自康宁公司(Corning,Inc.)的玻璃。使用玻璃突出部320的优势在于，关于插入物70的任何CTE不匹配并非实质的，尤其当插入物也由玻璃或硅制成时。
图10A和图10B是用以在隔片材料的薄片410中形成示例U形突出部的模板400的俯视图。个别突出部320的轮廓示出于薄片410上，且模板具有当切割薄片以形成突出部时将材料浪费保持到最小的几何形状。为了易于说明，未示出突出部320中的孔354，但在切割以形成突出部前，其可形成于薄片410中。可使用所属领域中已知的常规方式来实现薄片410的切割，例如，使用机械切割(例如，计算机数值控制(CNC)切割)或基于激光的切割。在示例中，突出部320一旦形成可进一步加以处理。举例来说，可使用抛光工艺(例如，激光抛光)来将突出部的边缘或拐角修圆或另外变平滑。
图11是示例成方形的U形突出部320的前视特写图。突出部320包含上部边缘362、下部边缘364、相对侧368、孔354和形成于下部凸耳中的凹口322。凹口322由邻近相应侧368的两个突出部段321界定，并且还界定面向下的凸耳352。图11还示出许多重要尺寸，包含：中到中对准特征间距SA、对准特征直径dA、总宽度WT、总高度HT、凹口宽度WR和由凹口322界定的中间高度HR。突出部段321具有宽度WTS。还表示概要尺寸“x”。在示例中，HR等于x，突出部段321的宽度WTS也等于x，WR等于2x，SA等于3x，且WT等于4x。
在插座300被配置成与具有标准MT套圈的插头200配合的示例中，对准特征间距SA为4.6mm，且对准特征直径dA为0.7mm。名义上，对准特征354在相应突出部段321的中间居中，其为3x的间距，因此，3x为约4.6mm。然而，对准特征340可更大或更小。如果更大，那么需要从对准特征354的边缘到邻近边缘368的间空，使得4x≥4.6+1.4mm。
另外，光纤232的阵列230和波导32的阵列30需要拟合于凹口322内。对于标准MTP连接器，光纤间距pF为250微米且存在12个光纤，使得凹口宽度可为2.75mm。这意味着2x>2.75mm。最后，对准特征240需要拟合于相应突出部段321内部，因此x≥0.7mm。这是比“2x”要求严紧的约束，且名义上至少0.15mm材料应在对准孔240与邻近侧368之间，使得x≥1mm。这也满足“3x”和“4x”准则。x的名义值为1.5mm。对于替代的更紧凑设计，光纤间距pF可减小为在从100微米到125微米的范围中。对于光纤间距pF＝125微米，突出部320的以上尺寸，包括对准孔340的直径dF可减半，由此使x在0.5mm与0.75mm之间。
在示例中，玻璃熔融工艺可用以将薄片410形成为玻璃薄片。如先前指出，孔354的精确度不需要具有次微米准确度。
插头与插座对准
插头200与插座300的对准可通过使用对准基准374(见图1)来被动地执行。还可通过测量在任一方向(例如，光从PIC20行进到光纤232，或反之亦然)上穿过波导32透射到光纤232的光学功率量来主动地进行对准。还可通过具有专用回送电路来执行主动对准，其中光被射入到PIC20内且在PIC远处检测。可通过使用此项技术中已知的机械视觉或光学对准技术来执行被动对准。
一旦达成最优对准，那么可使用如上所述的紧固材料380执行环氧树脂结合(UV或热)或激光结合工艺。结果是对准的光纤接口装置100，其可按与电接口装置(例如，电连接器)类似(如果不是相同的话)的方式连接和断开连接。
所属领域的技术人员将显而易见，可在不脱离如在所附权利要求书中定义的本公开的精神或范围的情况下进行对如在本文中描述的本公开的实施方式的各种修改。因此，本公开涵盖所述修改和变化，只要它们在所附权利要求书和其等效内容的范围内。

Claims (20)

1.一种用于光子集成电路(PIC)组件的光学接口装置的耦合装置，包括：
主体，其具有前端、后端和下表面；
在所述主体的所述前端处的至少一个对准特征；
至少一个孔，其从所述后端伸展且穿过到所述前端或邻近所述前端端接，所述至少一个孔被定大小以容纳至少一个光纤；以及
至少一个透镜，其在所述前端处且可操作地与所述至少一个孔对准。
2.根据权利要求1所述的耦合装置，其中所述至少一个透镜由所述主体的一部分界定。
3.根据权利要求2所述的耦合装置，其中所述至少一个透镜可操作地附接到所述前端。
4.根据权利要求1所述的耦合装置，其中所述至少一个透镜包括透镜阵列。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的耦合装置，其中所述耦合装置被配置为插头。
6.一种光学接口装置，包括：
根据权利要求1所述的耦合装置，其中所述耦合装置界定第一耦合装置且在所述至少一个孔中可操作地支撑至少一个光纤；
光子集成电路(PIC)组件，其具有支撑具有端面的至少一个波导的PIC且具有可操作地与所述PIC布置在一起且具有前端的第二耦合装置；以及
其中所述第一和第二耦合装置被配置成可操作地接合，使得由所述PIC支撑的所述至少一个波导与所述第一耦合装置的所述至少一个光纤通过所述第一耦合装置的所述前端上的所述至少一个透镜光学通信。
7.根据权利要求6所述的光学接口装置，其中所述至少一个透镜形成于所述第一耦合装置的所述主体中。
8.根据权利要求6所述的光学接口装置，其中所述至少一个透镜附接到所述第一耦合装置的所述主体的所述前端。
9.根据权利要求6所述的光学接口装置，其中所述至少一个透镜包括透镜阵列。
10.根据权利要求6所述的光学接口装置，其中所述第一和第二耦合装置的所述相应前端间隔开以界定间隙。
11.根据权利要求10所述的光学接口装置，其中所述间隙具有在1毫米<GS<2.1毫米的范围中的间隙大小GS。
12.根据权利要求10所述的光学接口装置，其中所述光学通信由高斯光束提供，且其中所述间隙具有小于所述高斯光束的瑞利范围的间隙大小。
13.根据权利要求11所述的光学接口装置，其中所述间隙大小GS为至少270微米。
14.根据权利要求6所述的光学接口装置，其中所述第一耦合装置被配置为插头，且所述第二耦合装置被配置为插座。
15.根据权利要求6所述的光学接口装置，其中所述至少一个光纤包括多个光纤，且其中所述PIC支撑多个波导。
16.根据权利要求15所述的光学接口装置，其中所述第二耦合装置包含被配置成提供所述多个波导与所述多个光纤之间的所述光学通信的透镜阵列。
17.根据权利要求6所述的光学接口装置，其中所述至少一个透镜形成于所述第二耦合装置的主体中。
18.根据权利要求6所述的光学接口装置，其中所述第一耦合装置被配置为插座，且所述第二耦合装置被配置为插头。
19.根据权利要求6所述的光学接口装置，其中所述第一耦合装置被配置为插头，且所述第二耦合装置被配置为插座。
20.根据权利要求6所述的光学接口装置，其中所述第一耦合装置的位置相对于所述PIC可调整以优化所述PIC的所述至少一个波导与所述第二耦合装置的所述至少一个光纤之间的所述光学通信。
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