CN115210622A - 光耦合点的定位 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于定位光耦合点(11)的方法和装置(200)，以及用于在光耦合点(11)处产生微结构(100)的方法。用于定位光耦合点(11)的方法包括以下步骤：a)提供光学部件(10)，所述光学部件包括光耦合点(11)，光耦合点具有相互作用区域(15)，所述相互作用区域(15)位于由光学部件(10)包围的体积的外部；b)在生产区域(120)中产生光辐射，生产区域(120)至少部分地与光耦合点(11)的相互作用区域(15)重叠，光被施加到位于生产区域(120)的介质(19)，所述介质(19)改变光，从而产生光辐射；c)在捕获区域(130)中捕获产生的光辐射的至少一部分，捕获区域(130)至少部分地与光耦合点(11)的相互作用区域(15)重叠，并且确定产生的光辐射的捕获部分的空间分辨分布；以及d)根据所确定的产生的光辐射的捕获部分的空间分辨分布来确定光耦合点(11)的位置，产生的光辐射或产生的光辐射的至少一部分通过光耦合点(11)被捕获。因此，光耦合点(11)可以被精确地定位，相对定位公差优于1μm。因此，可以通过与光学部件(10)的光学连接实现低耦合损耗，并且可以将微结构(100)精确地放置在光耦合点(11)处。

Description

光耦合点的定位

技术领域

本发明属于通过使用光耦合点进行光学部件的光学连接的领域，并且涉及用于定位光耦合点的方法和装置，以及用于在光耦合点处产生微结构的方法。光学部件可以例如是微光学部件，例如激光器、光纤、具有无源或有源波导的光学芯片、光电检测器、透镜系统或滤光器。其他类型的光学部件也是可以想到的。本方法和装置特别适用于集成光学和光学结构和连接技术。然而，还可能有更多的使用领域。

背景技术

现有技术中已知用于定位光耦合点的方法和装置。根据光学部件的类型，光耦合点的位置和方向可以特别地通过使用相机图像和成像系统的共焦检测方法的组合来捕获，所述成像系统可以是光刻系统的一部分。在这种情况下，可能经常需要光学部件对用于检测耦合点的光是透明的和/或在折射率、颜色或反射方面具有对比度，所述对比度可通过使用成像光学装置识别。然而，在许多材料系统中，情况并非如此。例如，在集成光学领域中，用于集成光学芯片的光纤、光纤阵列或材料系统表现出非常低的折射率对比度，这使得在光耦合点处识别波导明显更加困难。此外，光学芯片或这些芯片的各个层在用于检测耦合点的波长下可能是不透明的；这尤其适用于待检测的波导被金属化物覆盖的情况。此外，许多光学部件不具有光学可验证的补充结构，例如对准标记，其可以用作确定光耦合点的位置和/或方向的基础。

如Katagiri,T.等人在Optical microscope observation method of a single-mode optical-fiber core for precise core axis alignment,Journal of LightwaveTechnology,2(3),1984,第277-28页中所述，特别是在光纤的情况下，经常出现的技术要求是尽可能精确地识别它们的纤芯，这主要是当两个光纤以所谓的“拼接方法”连接在一起时所必需的。尽管常规光纤的折射率对比度低，但在从上方观察时，通过轻微的阴影，在光学显微镜中给予适当的后侧准直泛光曝光，有可能识别光纤的纤芯和包层之间的界面。在这种情况下，光纤轴必须大致位于显微镜的焦平面。然而，在许多情况下，不可能实现后侧准直泛光曝光。在这方面，在光学模块中，例如光学发射器中，光纤和波导通常固定在不透明的基板，因此后侧照明是不可能的。在另外的情况下，光纤被组合以形成光纤阵列，结果是弱的芯阴影被光纤阵列中具有更高光学对比度的其他结构叠加，因此使得识别变得更加困难。

US 2006/0067625 A1公开了一种调节波导和光学连接部件之间的光学连接的装置和方法，所述光学连接部件将光引入波导或接收从波导发射的光。装置包括激发光源，其经由光学连接部件将光发射入波导，所述光使波导发出荧光；观察装置，其从侧面观察波导，所述侧面不同于端面，光经由所述端面耦合入波导或者从所述波导发射，并且其接收从波导发射的荧光；以及连接调节部件，其基于接收到的荧光的强度来调节光学连接部件和波导之间的光学连接。

WO 2017/059960 A1公开了另一种用于当从上方观察刻面时识别光纤的纤芯的方法，观察方向垂直于刻面并平行于纤芯的轴。为了提高纤芯在一端的可见度，还可以将光从光纤的另一端耦合入纤芯。然而，从纤芯耦合出来的光必须由用于成像的系统收集。事实证明这很困难，特别是如果光刻系统的光学装置旨在用于成像。待定位的光纤或光波导的轴通常位于光刻系统的焦平面，结果是即使借助于具有高数值孔径的物镜，沿轴耦合出的光也是不可验证的。

WO 2018/024 872 A1公开了一种方法和装置，其通过使用至少一个光刻光束来曝光光致抗蚀剂，在非平面初始结构光刻地产生目标结构。方法包括以下步骤：a)捕获非平面初始结构的表面的形貌；b)使用用于光刻光束的至少一个测试参数，并确定光刻光束与初始结构的相互作用，以及光刻光束和/或待产生的目标结构的最终变化；c)确定至少一个用于光刻光束的校正参数，使得由光刻光束与初始结构的相互作用引起的光刻光束和/或待产生的目标结构的变化减小；以及d)通过使用至少一个光刻光束，使用至少一个用于光刻光束的校正参数，曝光光致抗蚀剂，在初始结构产生期望的目标结构。

如Barry R.Masters，Review of Handbook of Biological confocalMicroscopy,第三版,Journal of Biomedical Optics 13(2),029902,2008中所述，来自荧光显微镜领域的成像方法同样可以用于定位光耦合点。为此目的，可以以空间分辨的方式激发和/或以空间分辨的方式验证待检查样品中的荧光辐射，并且可以将所得到的对比度用于成像。

根据Denk，Winfried，James H.Strickler和Watt W.Webb的Two-photon laserscanning fluorescence microscopy,Science Vol.248,No.4951,1990,第73-76页，空间分辨激发也可以通过使用多光子吸收过程来实现。

发明目的

基于本公开，本发明的目的包括提供一种用于定位光耦合点的方法和装置，以及一种用于在光耦合点处产生微结构的方法，其至少部分地克服了现有技术的上述缺点和限制。方法和相关的装置旨在特别适用于光刻系统，所述光刻系统可用于产生与光耦合点对准的非常精确的结构，例如光波导、透镜、反射镜或其他功能元件，所述其他功能元件光学地连接至待检测的耦合点或与其对准。为了在待定位的光耦合点和光刻产生的结构之间的光学连接期间获得尽可能低的耦合损耗，期望光耦合点在光刻单元的坐标系中的位置和方向的方面尽可能精确地定位。为此目的，特别需要优选地优于1μm、特别优选地优于200nm、特别地优于50nm的相对定位公差。

发明内容

此目的通过使用用于定位光耦合点的方法和装置、以及通过使用用于在光耦合点处产生微结构的方法来实现，所述方法具有独立权利要求的特征。从属权利要求中给出了有利的实施例，这些实施例可以单独实施或者以任何期望的组合实施。

下文中，术语“具有”、“包含”、“包括”或“包括”或任何语法的变体以非排他性方式使用。因此，这些术语可以指除这些术语引入的特征之外不存在其他特征的情况，或者指存在一个或多个其他特征的情况。例如，表达式“A具有B”、“A包含B”、“A包括B”或“A包括B”，可以指除B之外，A中不存在其他元件的情况(即A仅由B组成的情况)，或者指除B外，A中还存在一个或多个其他元件的情况，例如元件C，元件C和D或甚至其它元件。

此外，需要指出的是，术语“至少一个”和“一个或多个”以及这些术语的语法修改，如果它们与一个或多个元件或特征结合使用，并且旨在表达元件或特征可以单独或多次提供的事实，则通常仅使用一次，例如当第一次引入特征或元件时。当随后再次提及特征或元件时，通常不再使用相应的术语“至少一个”或“一个或多个”，而不限制特征或元件可以单独或多次提供的可能性。

此外，在下文中，术语“优选地”、“特别地”、“例如”或类似术语与可选特征结合使用，而替代实施例不受此限制。在这方面，这些术语引入的特征是可选特征，并且权利要求，特别是独立权利要求的保护范围不受这些特征的限制。在这方面，本领域技术人员将认识到，本发明也可以使用其他配置来实现。以类似的方式，由“在本发明的一个实施例中”或“在本发明一个示例性实施例中”引入的特征被理解为可选特征，而并不意在限制替代配置或独立权利要求的保护范围。此外，将介绍性表达式引入的特征与其他特征组合的所有可能性，无论是可选特征还是非可选特征，都旨在不受这些介绍性表达式的影响。

在第一方面，本发明涉及一种用于定位光耦合点的方法，所述方法包括以下步骤，这些步骤优选地以所指示的顺序进行，开始于步骤a)并结束于步骤d)，其中一个或多个，特别是直接连续的步骤，也可以至少部分同时进行：

a)提供包括光耦合点的光学部件，其中光耦合点具有相互作用区域，所述相互作用区域位于由光学部件包围的体积的外部；

b)在生产区域中产生光辐射，其中生产区域至少部分地与光耦合点的相互作用区域重叠，其中光照射在位于生产区域中的介质，所述光被介质以产生光辐射的方式改变；

c)在捕获区域中捕获产生的光辐射的至少一部分，其中捕获区域至少部分地与光耦合点的相互作用区域重叠，并确定产生的光辐射的所捕获部分的空间分辨分布；和

d)根据所确定的产生的光辐射的所捕获部分的空间分辨分布确定光耦合点的位置，

其中通过光耦合点产生光辐射或捕获所产生的光辐射的至少一部分。

步骤a)涉及提供光学部件。术语“光学部件”表示至少一个设计为用于发射、接收、改变或传输光的光学元件。光学部件例如可以包括光纤，或者例如可以应用在平面基板或非平面基板，并且优选地可以通过二维的或三维的微结构方法生产。在基本上为平面结构的情况下，如果适当，也可以称光学部件为“光学芯片”。在这种情况下，光学部件可以包括单个光学元件或多个光学元件。优选地，光学部件选自包括由有机或无机材料构成的光导单模或多模光纤、基于半导体的集成光学芯片(所述光学芯片特别是激光器、光放大器、光电二极管、超发光二极管或硅光子芯片)、基于半导体或介电材料的集成光学芯片(所述半导体或介电材料优选为玻璃、二氧化硅、氮化硅或聚合物)的组；光学电路板或用于自由空间光学的光学元件(所述光学元件特别是透镜、分束器、隔离器、薄膜滤波器、反射镜或衍射光栅)。光学部件可以包括具有低折射率对比度的光波导，例如基于玻璃的光波导，或者具有中等或高折射率对比的波导，例如基于半导体的波导。可以想到其他类型的光学部件，特别是滤波器、功率分配器或电光调制器。原则上光学部件还可以包括上述光学元件的任何期望的组合。

根据步骤a)提供的光学部件包括光耦合点。术语“光耦合点”表示要连接的光学部件的部分区域，通过该区域，光可以耦合入部件或从部件发射。在简单的光学部件中，例如光纤或边缘发射集成光学芯片，光耦合点通常也称为“面”或“波导面”。在光电二极管的情况下，光耦合点通常与用于验证的pn结的所谓的“有源区域”相同，在该区域内，入射光导致电信号的产生。在激光器的情况下，此区域可以是相应芯片的边缘或表面的发光区域。光耦合点的更复杂的实施例可以配置为例如硅光子学中所谓的光栅耦合器(参见Taillaert、Dirk、Peter Bienstman和Roel Baets的Compact efficient broadband grating couplerfor silicon-on-insulator waveguides,Optics Lett.29(23),2004,pages 2749-51)，或配置为所谓的“倒锥形”或蚀刻微镜(参见Behfar,Alex等人的Horizontal cavitysurface-emitting laser(HCSEL)devices,Vertical-Cavity Surface-Emitting LasersIX.Vol.5737,International Society for Optics and Photonics,2005)。光耦合点可以已经包括由多光子聚合产生的光束成形元件，或者可以设置有这些元件。

光耦合点具有相互作用区域。在这种情况下，光耦合点的术语“相互作用区域”涉及与耦合点光学上相互作用的空间区域。空间区域的选定点与光耦合点相互作用

(1)如果从光耦合点发射的光可以至少部分到达空间区域的选定点，或者

(2)如果光辐射由各向同性辐射点光源发射(所述各向同性辐射点光源位于空间区域的选定点处)，则光辐射可以至少部分地耦合入光耦合点。

在情况(1)中，空间区域的选定点位于光耦合点的所谓“发射区域”内，在情况(2)中，所述选定点位于光耦合点的所谓“接收区域”内。耦合点的发射区域可根据所谓“高斯光束”背景下的常规定义描述如下：如果由光耦合点发射的光的强度(在该点处测量)大于在离光耦合点相同距离处(例如在高斯光束的轴上)测量的最大强度值的1/e²倍，则该点属于光耦合点的辐射区域。接受区域可以以类似的方式定义如下：如果点光源在该点发射的光的输入耦合效率大于点光源获得的最大输入耦合效率的1/e²倍，则该点属于光耦合点的接收区域，所述点光源最佳地位于离光耦合点相同的距离处，例如在高斯光束的轴上。根据各自的应用，也可以使用一些其他系数，例如0.01(-20dB)或0.001(-30dB)，来代替上述系数1/e²。因此，在每种情况下分配给选定的光耦合点的相互作用区域也可以被称为“接收区域”或“发射区域”。在本发明的一个特别优选的配置中，相互作用区域位于由光学部件包围的体积的外部。然而，在替代配置中，相互作用区域也可以全部或部分地包括光学部件或由光学部件构成的波导芯的体积。在示例性光学部件包括具有光耦合点的简单波导的情况下，所述光耦合点布置在所述波导的端部，相互作用区域可以具有锥形体积，也称为“接收锥”或“发射锥”。

步骤b)涉及在被称为“生产区域”的空间区域中产生光辐射。关于光辐射的术语“产生”和“生产”表示光辐射的提供，特别是通过将光辐射入生产区域中，其中光可以在生产区域中改变，从而产生光辐射。在这种情况下，可以使用基于例如光散射、磷光、荧光、发光或相关过程的各种效应来产生辐射。在基于光吸收和下游发射的过程的情况下，也可以使用多个光子的同时或顺序吸收。在这种情况下，用于激发的光辐射可以由光耦合点本身提供，或者由可配置为用于产生激光束的单独的光学系统提供。

术语“光”表示由光源提供的光子，并在生产区域中产生期望的光辐射。为了产生光辐射而辐射入生产区域中的光可以作为具有恒定功率的光波提供或以短光脉冲的形式提供，也就是说，光源可以被配置为连续的波光源或配置为脉冲光源。在脉冲光源的情况下，可以使用脉冲持续时间优选为至多10ps、优选为至多1ps、特别优选为至多200fs、特别为至多100fs，重复频率优选为至少1Mhz、优选为10Mhz、特别优选至少25Mhz、特别为至少100MHz的光脉冲。适用于此目的的特别是激光光源，其选自基于光纤的飞秒激光器或脉冲固态激光器，例如钛：蓝宝石激光器或二极管激光器，它们可以与频率转换装置结合，例如用于倍频、用于求和频率产生或用于差分频率产生。在此优选配置中，光源可以特别用于激发多光子吸收过程的发光。举例来说，在这种情况下，还可以使用多级吸收过程来激发发光辐射，其中激发光或去激发光的一部分可以通过光学部件辐射入生产区域中，另一部分通过物镜辐射入生产区域中。

根据步骤b)产生的光辐射原则上可以包括任何类型的光辐射，所述光辐射具有在光谱范围或相邻光谱范围内的波长。虽然可见光谱具有380nm至780nm的波长，但红外光谱范围包括780nm至1mm的波长，特别是780nm至3μm(近红外“NIR”)或3μm至8μm的波长(中红外“MIR”)，而紫外光谱范围包括1nm至400nm的波长，优选为100nm至400nm、特别是400nm至315nm(“UV-A”)、315nm至280nm(“UV-B”)或280nm至100nm(“UV-C”)的波长。

根据步骤b)，生产区域至少部分地与光耦合点的相互作用区域重叠。在这种情况下，两个区域可以具有比两个区域中的每个区域都小的重叠区域；或者两个区域可以完全相同，或者其中一个区域可以被相应的其他区域完全包围。

步骤c)涉及在捕获区域中捕获产生的光辐射的至少一部分，并且还确定产生的光学辐射的捕获部分的空间分辨分布，其中捕获区域至少部分地与耦合点的相互作用区域重叠。这里，两个区域也可以具有比两个区域中的每个区域都小的重叠区域；或者两个区域可以完全相同，或者其中一个区域可以被相应的其他区域完全包围。

关于产生的光辐射的术语“捕获”和“捕获”表示光辐射或其部分的计量记录，特别是关于其功率的计量记录，其中在确定功率之前，可以对捕获的辐射进行进一步改变，特别是关于波长或偏振方面的滤波。在一种情况下，其中光耦合点用于捕获产生的光辐射，可以计量地记录光辐射能够从生产区域中的相应生产位置耦合入光耦合点的程度。在另一种情况下，其中单独的光学系统用于捕获所产生的光辐射，光学系统特别地可以在生产区域中的相应的生产位置计量地记录光辐射或其一部分的功率。在这两种情况下，在生产区域和捕获区域之间的重叠区域中捕获产生的光辐射的一部分就足够了，而光辐射的另一部分可以在空间方向上发射，所述空间方向不能被测量装置捕获，所述测量装置配置为捕获光辐射。

关于空间分辨分布，术语“确定”和“确定”涉及确定在捕获区域中捕获的部分产生的光辐射的空间分辨分布，特别是通过验证和评估记录的测量值和/或通过应用用于光耦合点或光耦合点的相互作用区域的模型。关于光辐射的术语“空间分辨分布”表示变量，所述变量指定为空间区域内的空间位置的函数，优选地以三维坐标系中的位置向量的形式。在这种情况下使用的变量可以是，特别是与位置相关的，捕获的光辐射的功率或光学系统在相应的空间位置产生的光功率的输入耦合效率。

步骤d)涉及从空间分辨分布(其在步骤c中确定)期望地确定光耦合点的定位，所述空间分辨分布为捕获区域内捕获的部分产生的光辐射的空间分辨分布。术语“定位”包括关于空间位置的指示和关于光耦合点的方向或光耦合点的相互作用区域的方向的指示。在这种情况下，关于空间位置的指示尤其可以包括坐标系中的位置向量，优选地是三维坐标系。关于方向的指示可以特别地包括一个或多个三维的定向矢量，特别优选地在也用于指示位置矢量的同一坐标系中，其中一个定向矢量优选地指示光可以从光耦合点发射的方向，或者光从所述方向进入光耦合点的有效输入耦合是可能的。如下面更详细解释的，在一个特别优选的配置中，位置矢量和定向矢量可以在由光刻方法中使用的光刻系统定义的三维坐标系中表示。在发散光束的情况下，由光耦合点发射的光束的光轴或由光耦合点接收的光束的光轴可用于描述光耦合点的方向或光耦合点的相互作用区域的方向。此外，可以指示至少一个另外的定向矢量，特别是限定耦合点相对于光轴的旋转方向的定向矢量，并且因此特别指示由耦合点发射或由耦合点捕获的光的偏振的空间方向。

关于光耦合点的定位，术语“确定”或“确定”表示从其他变量中确定一个变量，所述其他变量是通过计量方式捕获的或根据模型确定的。因此，光耦合点的位置和方向都可以从空间分辨分布(其在步骤c中确定)确定，所述空间分辨分布为捕获区域内捕获的部分产生的光辐射的空间分辨分布。除了光耦合点的位置和方向之外，还可以获得关于相互作用区域的横向形状和/或相互作用的其他位置相关特性的信息，例如偏振相关性。光耦合点或光耦合点的相互作用区域的位置和方向通常可以直接从捕获区域中捕获的功率的空间分辨分布(根据步骤c确定)中推导。在这种情况下，耦合点的位置通常可以构成具有相互作用区域的极小横向范围的位置，例如锥形空间区域的顶点。可替换地或附加地，光辐射在光学部件内、特别是在由光学部件所包括的波导内未被明显激发的观察或基于模型的期望，可以对确定光耦合点的位置和方向产生影响。结果，在耦合点处通常发生捕获的光辐射的出现或消失，特别是以突变对比度的形式，其可用于确定光耦合点的位置。如果光辐射由包括物镜的单独的光学系统局部地激发，那么除了检测通过光耦合点耦合入光学部件的辐射之外，检测辐射的部分是特别有利的，所述辐射的部分是在介质中整体产生的但没有通过光耦合点耦合入光学部件并在光学部件中被捕获的。在这种情况下，可以通过使用用于激发的物镜或通过使用附加的物镜来实现检测。此外，对于光耦合点预期的相互作用区域通常是可计算的或者能够建模的，特别是通过应用基尔霍夫衍射积分(KirchhoffschenBeugungsintegrals)。在这种情况下，通过将捕获的光功率的基于模型的相互作用区域或基于模型的分布与在捕获区域内计量地确定的光功率进行比较，可以推导出光耦合点及其相互作用区域的位置。因此，有可能确定光耦合点的位置和方向，而不需要实际计量地捕获包括光耦合点在内的空间区域的该部分。然后可以例如通过外推法在相互作用区域中确定的捕获的辐射的分布，来确定光耦合点的位置和方向在这方面，例如，在锥形的相互作用区域的情况下，仅捕获锥体的加宽区域就足够了，而锥体的顶点的位置通过外推法确定。

在一个特定配置中，可以在产生的辐射的波长和/或用于产生所述辐射的光的波长确定光耦合点的定位，所述波长不同于光学部件的工作波长。在这种配置中，可能出现色效应，例如光辐射在界面处的波长相关折射，这种效应可以通过模型进行补偿。在另一种配置中，光耦合点的位置和方向对波长足够不敏感，因此不需要补偿色效应。

根据本发明，在生产区域中产生光辐射的方式并不重要，只要产生光辐射或捕获光辐射的空间分辨分布，即，优选地

(1)产生光辐射，或

(2)可选地捕获光辐射的空间分辨分布，

是通过光耦合点实现的。在情况(2)中，通过耦合点捕获的光辐射的空间分辨分布可以例如通过光辐射来确定，所述光辐射在相互作用区域的内或外部的各个点以已知的空间分布顺序产生，并且通过耦合点计量地捕获的光功率反映了输入耦合效率的位置依赖性，从而反映了相互作用区域的形状。在这种情况下，术语“通过光耦合点”表示根据本发明的关于光辐射或产生光辐射的光的引导的配置，使得光辐射或产生光辐射的光实际上穿过光耦合点。只有这样，才能确保捕获的光辐射的空间分辨分布实际上指示光耦合点或相关的相互作用区域的定位。

为了在生产区域中产生光辐射，生产区域至少部分地包括介质，所述介质以产生光辐射的方式改变入射光。为此目的，生产区域可以全部或部分地由介质填充，术语“介质”涉及配置为用于从辐射入生产区域的光中产生光辐射的物质。因此，在生产区域中提供介质，特别地使得能够解决由光学部件发射的光通常不能有效地耦合入物镜的问题，或者相反，通过物镜辐射入空间区域的光通常无法有效地辐射入光学部件的问题。在这种情况下，有利地，介质可以全部或至少部分地填充生产区域和捕获区域之间的重叠的区域。在一个特别优选的配置中，生产区域或捕获区域的部分区域在每种情况下都可以以时间顺序被寻址。例如，这可以使用扫描方法来实现，所述扫描方法能够改变物镜相对于光学部件的相对位置。可选地，也可以使用固定的物镜并借助扫描镜实现扫描，所述扫描镜可以用于寻址生产区域或捕获区域的特定部分区域。可替换地或附加地，还可以使用检测器阵列或图像传感器，例如CCD或CMOS阵列，与固定的物镜结合，用于辐射的空间分辨捕获。

在一个优选配置中，位于生产区域中的介质可以包括散射中心，所述散射中心散射入射光，以此产生散射辐射，所述散射辐射作为期望的光辐射可以全部或至少部分地填充捕获区域。在替代的、同样优选的配置中，位于生产区域中的介质可以包括发光染料，在这种情况下，发光染料在光照射到其上时产生发光辐射，所述发光辐射作为期望的光辐射同样可以完全或至少部分地填充生产区域。在这种情况下，可以使用单光子或多光子吸收过程来激发发光。在这种情况下，术语“发光”描述了由被配置为通过吸收能量而进入激发态的物质发射的光，通过辐射的发射而回复到基态。如果辐射的发射直接发生在光的吸收之后，则通常使用术语“荧光”，而术语“磷光”用于在恢复到基态之前的较长时间内。然而，其他类型的发光也是可以想到的。可选地，配置用于产生发光染料的起始材料也可以位于生产区域，在这种情况下，起始材料在入射光照射到其上时首先产生发光染料，然后在光的进一步照射下产生期望的发光辐射，所述发光辐射在生产区域中作为光辐射出现。可以想到其他类型的介质。

在一个特定配置中，光学部件可以全部或部分地包括改变入射光的介质，从而产生光辐射。在这种情况下，介质可以优选地以波导芯的形式存在于光学部件内，散射或发光物质被引入波导芯中。可选地或附加地，波导材料的固有荧光可以用于此目的。

在另一种配置中，介质可以包括光致抗蚀剂，在这种情况下，为了产生光辐射而引入光致抗抗蚀剂的剂量优选地低于光致抗蚀剂的聚合的剂量阈值。术语“光致抗蚀剂”在德语中也可以用术语“光阻剂(Photoresist)”代替术语“光抗蚀剂(Fotolack)”。在这种情况下，光致抗蚀剂可以包括散射中心或发光染料。在这种情况下，优选地，可以选择通过使用发光染料用于产生光辐射的激发波长、功率、脉冲形状或照射持续时间，使得不会发生光致抗蚀剂的无意曝光。在根据本文所述的方法对光耦合点进行定位后，可以根据在如此定位的光耦合点处产生微结构的方法(下文将更详细地解释)来产生微结构。

在本发明的一个优选配置中，光可以由光学部件通过光耦合点发射，使得光传播入相互作用区域或光耦合点的发射区域中，并在那里产生期望的光辐射，所述光辐射通过物镜以空间分辨的方式被捕获并被评估。由于即使物镜具有高数值孔径(NA)，通常也不可能直接捕获由光学部件发射的光，特别是将散射中心或发光染料引入相互作用区域，使得在整个相互作用区域或其至少一部分中捕获期望的光辐射成为可能。因此，由物镜捕获的光辐射的空间分辨检测使得直接测量光耦合点的相互作用区域的至少一个部分区域成为可能。光辐射的空间分辨检测可以根据已知的显微镜方法实现，优选使用相机或共焦显微镜。

在本发明的另一优选配置中，光可以由包括物镜的单独的光学系统发射，使得光传播入相互作用区域或光耦合点的接收区域中，并在那里产生期望的光辐射，所述光辐射通过光耦合点被光学部件捕获并被评估。由于即使物镜具有高数值孔径(NA)，由物镜发射的光通常也不可能直接耦合入光学部件中，特别地，上述将散射中心或发光染料引入光耦合点的相互作用区域中，使得在整个相互作用区域或其至少一部分中产生期望的光辐射并将其耦合入光耦合点中成为可能。耦合入光学部件(优选地具有波导)中的光辐射的捕获可以优选地直接在光学部件的输出处实现。为此，在光学部件的输出处，优选地可以安装测量装置，特别优选地可以安装功率检测器(特别是以光功率测量头的形式)，所述功率检测器还可以设置有滤波器，例如用于捕获特定的波长或偏振态。这种配置特别是对于光纤，例如单芯光纤或多芯光纤是有利的。然而，功率检测器也可以被提供作为光学部件的一部分，例如在集成光电二极管的情况下，所述集成光电二极管可以配置为捕获一个或多个波导的至少一部分功率。此外，耦合进来的光辐射也可以由用于激发的物镜捕获，在这种情况下，如下文所述，可以使用光学部件本身上的输出耦合点。可选地，也可以使用附加的物镜来捕获光辐射。通常，为了计量地捕获光辐射，可以使用锁定原理，以便能够将背景辐射(例如外部照明)与为检测耦合点而产生的光辐射区分开来。

在一个特定配置中，在光学部件处(特别是在由光学部件构成的波导)的输出耦合结构位于物镜可寻址的视场内，其可以用于再次在物镜的方向发射耦合入光学部件中的光功率的一部分，使得所述部分可以通过物镜捕获。为此，还可以使用由波导发射的散射辐射，特别是由于波导的缺陷(例如表面粗糙)，或者通过为此目的产生的散射结构。在这个特定的配置中，在耦合点的相互作用区域中产生的光辐射可以具有不同于波导的工作波长的波长，结果是对散射辐射的捕获不一定伴随着工作波长本身的损耗。所述散射辐射通过发射元件由波导产生的。例如，可以使用由所谓的“亚波长光栅”(简称“SWG”)制成的波导部分，这导致在接收体积中产生的光辐射的发射，同时它们不影响或不会严重影响光学部件的工作波长处的光信号。此外，波导的部分区域可以设置有附加的染料，所述染料可以由耦合进来的光辐射激发，在这种情况下，从波导耦合出去的发射光同样可以被物镜捕获。

在另一实施例中，光学部件可以具有一组光耦合点，在这种情况下，整体地捕获耦合入整个组中的光辐射是有利的，特别是如果分配给各个光耦合点的相互作用区域具有彼此不重叠的足够大的空间区域。这种情况的一个例子是多芯光纤，其具有安装在多芯光纤的端部的公共光电检测器，所述光电检测器的有效区域在多芯光纤的所有芯的上方延伸。

在另一方面，本发明涉及一种用于定位光耦合点的装置，其中所述装置包括：

-光学部件，其包括至少一个光耦合点，其中光耦合点具有相互作用区域，所述相互作用区域位于由光学部件包围的体积的外部；

-光学装置，其配置为用于在生产区域中产生光辐射和/或用于在捕获区域中捕获产生的光辐射的至少一部分，其中生产区域和捕获区域至少部分地与光耦合点的相互作用区域重叠；和

-评估装置，其配置为用于确定光辐射的所捕获部分的空间分辨分布，并根据所确定的光辐射的被捕获的部分的空间分辨分布确定光耦合点的定位，

其中装置配置为通过光耦合点产生光辐射或捕获产生的光辐射的至少一部分。

术语“光学装置”表示配置用于产生和捕获光辐射的装置，其包括为此目的配置的光学部件，特别是配置为允许光照射在位于生产区域的介质的光源，所述光源可以通过光耦合点或通过光学系统、测量装置(特别是功率检测器形式的测量装置)将光辐射入生产区域中，其配置为在捕获区域中捕获产生的光辐射的至少一部分，并且其可以由光学部件或光学系统组成，或者可以包括光学部件的组成部分和光学系统的组成部分，并且可以包括光学系统，所述光学系统配置为传输和可选地改变产生的和/或捕获的光辐射。

优选地，在这种情况下，光源可以配置为用于产生光脉冲的脉冲光源，所述光脉冲具有至多10ps、优选至多1ps、特别优选至多200fs、特别为至多100fs的脉冲持续时间；具有至少1MHz、优选至少10MHz、特别优选至少25MHz、特别为至少100MHz的重复率。特别是激光光源，例如基于光纤的飞秒激光器或脉冲固态激光器，例如钛：蓝宝石激光器适用于此目的。可选地，也可以使用连续的波光源。

如上所述，光源优选地配置为至少将光辐射入空间区域中，所述空间区域包括用于通过改变入射光来产生光辐射的介质。通过由介质引起的入射光的改变而产生光辐射的空间区域在下文中也称为生产区域。生产区域至少部分地与光耦合点的相互作用区域重叠。在这种情况下，两个区域可以具有比两个区域中的每个区域都小的重叠区域；或者两个区域可以完全相同，或者其中一个区域可以被相应的其他区域完全包围。关于介质及其有利配置的进一步的细节，请参考说明书的其余部分。优选地，在这种情况下，介质的折射率可以与物镜的折射率相匹配，所述物镜配置为用于在光中的辐射或者用于捕获产生的光辐射，特别是为了提高物镜的分辨率。

如前所述，术语“光学系统”表示由光学装置组成的装置，所述装置配置为用于传输和可选地改变产生的和/或捕获的光辐射，并且为此目的包括至少一个光学元件，优选至少一个光透镜，可以以空间分辨的方式产生或捕获光辐射。对于光学部件的给定真空工作波长λ，生产过程或捕获过程的空间分辨率优选为0.01λ至100λ，特别优选为0.05λ至10λ，特别为是0.1λ至10λ。在一个特别优选的配置中，配置为用于在空间区域中产生或捕获光辐射的光学系统包括至少一个物镜。优选地，具有高数值孔径(NA)的光刻物镜适合于实现高空间分辨率。在这种情况下，术语“高数值孔径”优选表示物镜的数值孔径大于0.3，特别优选大于0.6，特别为大于0.8或者甚至大于1.0。特别地，在应用下面更详细描述的用于在光耦合点产生微结构的方法期间，优选地通过使用三维直接写入激光光刻，也用于产生微结构的相同物镜可以用于捕获或产生光辐射。除了部件的数量减少之外，这还具有这样的优点，即物镜可能的成像像差，例如像场畸变，是无关紧要的，或者至少部分地得到了补偿。在一种特定配置中，物镜在这种情况下可以与用作浸没介质的光致抗蚀剂直接接触。所述光致抗蚀剂还可以同时作为介质使用，其用于改变入射光和以与其相关联的方式产生光辐射。在这种情况下，在一个优选实施例中，光致抗蚀剂可以与物质混合，所述物质借助于入射光，允许通过光散射、磷光、荧光、发光或相关过程产生光辐射。

为了确定所捕获的光辐射的部分的空间分辨分布，优选地，空间元件的位置可以通过生产区域或捕获区域移动，在所述空间元件中，通过入射光的改变产生光辐射或者捕获产生的辐射，并且在该过程中可以确定所捕获的辐射的功率对空间元件的位置的依赖性。为此目的，优选地，可以使用光束扫描器，其通过生产区域或捕获区域允许入射光束或捕获光束的快速偏转(特别是垂直于光束方向)。光束扫描器可以优选地从所谓的“检流计扫描器”和基于微机电系统(MEMS)的反射镜扫描器中选择。借助于物镜和/或光学部件的移动，可以实现入射光束或捕获光束沿着光束方向的移动。可选地，也可以采用其他装置，特别是基于空间光调制器或可变形反射镜的3D扫描仪。可以想到进一步的配置，特别是基于来自共焦显微镜或激光扫描显微镜(LSM)的方法。在这种情况下，光束扫描器也可以用于光刻产生微结构。

在一个特别优选的配置中，用于确定在捕获区域内捕获的光辐射的空间分辨分布的测量装置可以包括功率检测器，功率检测器配置为用于确定光辐射的光功率。如上所述，功率检测器可以特别地以光功率测量头的形式提供。优选地，滤光器和/或分束器可以用于选择捕获的光辐射。特别地，在这种情况下，滤光器可以包括光谱滤波器，所述光谱滤波器可以配置为分离散射辐射和发光辐射。所使用的滤波器也可以用于捕获选定的波长或偏振态。为了确定光辐射的功率，特别有利的是用于检测小的光功率的具有高灵敏度的低噪声功率检测器，特别是具有低噪声电子放大器或光电倍增管的p-i-n二极管。可选地或附加地，功率检测器可以形成光学部件的一部分，例如在集成光电二极管的情况下。测量装置可以配置为光学部件或光学系统的整体组成部分，或者包括光学部件的组成部分或者包括光学系统的组成部分。特别地，实施为光学系统的组成部分的光电二极管可以用于检测光辐射，而在该过程中产生的电信号的捕获、放大和评估可以通过光学系统的相应的配置的功能装置来实现。在另一个同样优选的实施例中，耦合进来的光辐射可以由用于激发的物镜捕获，在这种情况下，如上所述，可以使用光学部件本身的输出耦合点。可选地，可以使用附加的物镜来捕获光辐射。为了验证辐射，在所有实施例中，使用锁定测量原理，以便能够将背景辐射(例如外部照明)与生产区域中产生的光辐射区分开是可能的。

评估装置，其配置为用于根据捕获的光辐射的空间分辨分布确定光耦合点的定位，优选地可以是电子可控装置，所述电子可控装置特别地可以具有计算机、微型计算机或可编程芯片，例如专用集成电路(ASIC)或FPGA(现场可编程门阵列)，其中所述装置可以访问配置为用于执行本发明方法中的至少一种的计算机程序。为了精确定位光耦合点的相互作用区域，评估装置可以配置为对光辐射的激发或捕获的空间分布(由物镜预定义)进行反卷积。如果激发或捕获在至少一个空间方向上的空间分布，所述空间分布具有与生产区域或捕获区域在相关点的横截面相同或更大的尺寸，则这是特别有利的。

关于用于定位光耦合点的装置的进一步的细节，特别是关于光学部件和相关联的至少一个光耦合点的细节，请参考本文件的其余描述。

另一方面，本发明涉及一种在光耦合点处制造微结构的方法。在这种情况下，此方法包括以下步骤，这些步骤优选地以所指示的顺序进行，从步骤i)开始，然后是步骤ii)，同样可以想到附加的步骤：

i)根据本文描述的用于定位光耦合点的方法来定位光耦合点；和

ii)通过使用选自加法制造方法或减法制造方法的制造方法，在光耦合点处产生微结构。

在定位光耦合点之后，由此确定的关于光耦合点的位置和方向的信息可以用于在光耦合点处产生微结构，特别是通过从关于光耦合点的定位的信息导出微结构的位置和方向。在一个优选实施例中，微结构可以是直接邻近光耦合点的光学元件，优选地是光波导或一些其他微光学元件。可选地，微结构或其组成部分可以与光耦合点间隔开。一个优选的配置可以包括微透镜、微镜或任何期望的微透镜、微镜和其他微光学元件(特别是光波导)的组合的制造。微结构或其组成部分可以非常精确地与相关的耦合点对准，并且特别是在形状、位置和方向方面进行配置，以实现具有特定振幅和相位分布的光通过微结构有效地耦合入光耦合点。相反，从耦合点耦合出来的光可以通过微结构或其组成部分转换成预定的振幅和相位分布。这样的配置可以特别地用于光学地连接两个光学部件，其中第一光学部件发射的幅度分布和/或相位分布可以改变为使得可以实现到另一光学部件的有效输入耦合。

在这种情况下，术语“加法制造方法”表示将材料附着或应用于初始结构的生产方法，而术语“减法制造方法”则表示从初始结构移除材料的替代生产方法。在一个优选实施例中，可以通过使用合适的光致抗蚀剂(特别是负性或正性的抗蚀剂)的光刻方法来实现材料应用或材料去除。因此，上述用于在相互作用区域或其部分中产生或捕获光辐射的光学系统，也可用于在光耦合点处光刻地产生微结构。如上所述，光学系统可以优选地包括具有高数值孔径和高光学分辨率的物镜。在一个特别优选的实施例中，物镜还配置为通过使用三维直接写入光刻法来产生三维微结构。在这种情况下，术语“三维直接写入光刻法”表示微结构方法，所述微结构方法使得以三维图案或布局的形式以加法或减法的方式结构化或沉积一种或多种材料成为可能。因此，可以产生精度优选地优于1000nm、特别优选地优于500nm、非常特别优选地优于300nm的三维结构，其中术语“三维”表示结构在一个、两个或三个空间方向上的可能形状。在这种情况下，三维直接写入光刻法的分辨率可以优选地优于10μm，特别优选地优于5μm、非常特别优选地优于2μm或优于1μm或者500nm，其中术语“分辨率”涉及通过该方法可生产的最小结构元件的最大范围。三维直接写入光刻法可以优选地设计成使得其可以在标准大气环境条件下进行，并且不需要真空。特别适用的是加法或减法三维直接写入光刻法，其允许以优选大于50μm³/s、更优选大于500μm³/s、特别优选大于1000μm³/s、非常特别优选大于10000μm³/s的速率沉积或移除材料。在一个特别优选的配置中，三维直接写入光刻法可以基于多光子光刻的原理。在一种特定配置中，在这种情况下，产生待捕获的光辐射的介质可以以浸没介质的形式提供，所述浸没介质与待定位的耦合点直接接触，在此情况下，物镜可以与浸没介质本身接触，也可以不与浸没介质本身接触。在这种情况下，浸没介质本身可用作光致抗蚀剂以产生期望的微结构，或者可通过透光膜与光致抗抗蚀剂分离。在一个优选实施例中，通过使用入射光，可以特别将通过光散射、磷光、荧光或发光的方式产生光辐射的物质引入介质中。在光致抗蚀剂的情况下，特别地可以利用光致抗蚀剂的添加组分的荧光性能(特别是光引发剂的荧光性能)，或者另外添加荧光染料。在这种情况下，发光或荧光的激发可以基于单光子过程或基于多光子过程。

关于在光耦合点处产生微结构的方法的进一步的细节，参考根据本发明的用于定位光耦合点的方法和装置的描述。

发明优点

与现有技术已知的方法和光学系统相比，本发明具有一系列优点。用于定位光耦合点和用于可选地产生微结构的本发明方法和装置特别地能够实现至少一个光耦合点的精确定位，可以实现优于1μm、特别优选优于200nm、特别为优于50nm的相对的定位公差。术语“定位公差”涉及与光耦合点的实际位置相比，从光耦合点计量上确定的位置的所有统计和系统偏差的总和。

特别地，通过使用相互作用过程，通过所述相互作用过程，可以以这种方式改变光的传播方向，所述光由待定位的光耦合点或光刻物镜辐射入生产区域中，本方法使得辐射入生产区域中的光的至少一部分可以通过物镜或者通过耦合点被捕获以被定位成为可能。在这种情况下，传播的方向的有效改变可以优选地通过使用散射中心或通过发光染料来实现。一种特别优选的配置包括光刻系统利用多光子荧光，优选光引发剂。由于在每种情况下，发光仅在光刻系统的焦点处被激发，因此在三个空间方向上以高分辨率对相互作用区域进行空间分辨捕获是可能的。

附图说明

本发明的进一步的细节和特征从优选示例性实施例的以下描述中显而易见，特别是结合从属权利要求。在这种情况下，相应的特征可以由它们自身实现或者作为彼此组合的多个来实现。本发明不限于示例性实施例。

在下面的附图中示意性地示出了示例性实施例。在这种情况下，附图中相同的附图标记表示相同或功能性相同的元件或在功能方面彼此对应的元件。

在附图中，具体而言：

图1示出了用于定位光耦合点的本方法的特别优选的示例性实施例的示意图；

图2示出了光耦合点的位置、方向和相关的相互作用区域的示意图；

图3示出了另一个示例性实施例的示意图，其中通过激发或捕获发光辐射来实现对光耦合点的定位的捕获；

图4示出了另一个示例性实施例的示意图，其中通过激发或捕获散射辐射来实现对光耦合点的定位的捕获；

图5示出了另一示例性实施例的示意图，其中光耦合点以偏离光学部件的表面一段距离的方式布置；

图6示出了另一示例性实施例的示意图，其中通过在波导芯中激发发光辐射或散射辐射来实现光耦合点的定位的捕获；

图7示出了以为电介质自由波导的形式，在光耦合点的位置产生的微结构的一个示例性实施例；

图8示出了以微透镜的形式，在光耦合点的位置产生的微结构的一个示例性实施例；

图9示出了另一个示例性实施例，其包括多个光耦合点；

图10示出了用于捕获引入光耦合点的光辐射或者用于耦合光以在光耦合点的相互作用区域中激发光辐射的优选实施例；

图11通过实例示出了表面照明光电二极管的耦合点的相互作用区域；和

图12示出了根据本发明用于定位光耦合点的装置的一个优选示例性实施例。

具体实施方式

图1A和图1B分别示出了本方法的两个特别优选的示例性实施例的示意图，用于定位由光学部件10组成的光耦合点11。耦合点11具有相关联的相互作用区域15。优选地，光学部件10选自包括以下的组：由有机或无机材料构成的光导单模或多模光纤、基于半导体的集成光学芯片(所述光学芯片特别是激光器、光放大器、光电二极管、超发光二极管或硅光子芯片)、基于半导体或介电材料的集成光学芯片(所述半导体或介电材料优选为玻璃、二氧化硅、氮化硅或聚合物)的组；光学电路板或用于自由空间光学的光学元件(所述光学元件特别是透镜、分束器、隔离器、薄膜滤波器、反射镜或衍射光栅)。光学部件可以包括具有低折射率对比度的光波导，例如基于玻璃的光波导，或者具有中等或高折射率对比的波导，例如基于半导体的波导。可以想到其他类型的光学部件10，特别是滤波器、功率分配器或电光调制器。

根据本方法，光辐射特别地至少在生产区域120中产生，生产区域120至少在区域上与相互作用区域15重叠。产生的光辐射在捕获区域130中被捕获，捕获区域130同样至少在区域上与相互作用区域15重叠。因此，在相互作用区域15和生产区域120之间的重叠区域中的选定点16处产生的光辐射与光耦合点11相互作用，原因在于：

(1)从光耦合点11中发射的光可以到达选定点16，或者

(2)由位于选定点16处的各向同性辐射点光源发射的光辐射能够耦合入光耦合点11中。

在第一种情况(1)中，空间区域15的选定点位于光耦合点11的所谓“发射区域”内；并且在第二种情况下在光耦合点11的所谓“接收区域”内。

为此目的，在根据图1A和图1B的实施例中，在每种情况下使用介质19，所述介质至少部分地填充生产区域120和捕获区域130之间的重叠的区域。在这种情况下，介质19可以特别优选地包括配置为从辐射到生产区域120中的光产生光辐射的物质。辐射到生产区域120中的光优选地用于通过使用捕获区域130的部分区域内的介质19来产生期望的光辐射，所述光辐射特别地可以是散射辐射或发光辐射。如示意性示出的，在这种情况下，介质19可以全部或部分地填充待定位的光耦合点11的生产区域120、捕获区域130和相互作用区域15之间的重叠的区域。

在根据图1A的实施例中，用于产生光辐射的光由光源112提供，并且使用光学部件10通过光耦合点11发射到耦合点的相互作用区域15中。在这种情况下，光耦合点11的相互作用区域15和生产区域120优选地至少在耦合点附近是一致的。在距光耦合点11更大的距离处，可能出现这样的情况，即在属于相互作用区域15的点处，由于光耦合点11中与相关点之间的光的吸收或散射太大，光辐射不能由光耦合点11发射的光产生。光源112可以优选地为配置用于产生光脉冲的脉冲光源。可选地，也可以使用连续的波光源。在图1A所示的实施例中，通过使用光学系统111来确定捕获区域130中捕获的光辐射的空间分辨分布。为此目的，优选地可以使用物镜(优选为光刻物镜)，其在每种情况下，在聚焦锥60中或者仅在聚焦点61处或者在捕获区域130内围绕聚焦点61的有限体积元件中实现捕获。在捕获过程期间，例如以一维、二维或三维扫描过程的形式，可以优选地通过使用光学系统111所包括的光束扫描器来改变聚焦锥60、聚焦点61或相关的体积元件的位置。通过使用光学系统111捕获的光辐射被传递到测量装置110以进行评估，所述测量装置110尤其可以实施为功率检测器的形式。附加地或替代地，测量装置110可以包括摄像机传感器或一维或多维检测器阵列。

在根据图1A和图1B的实施例中，光耦合点11的期望定位由捕获区域130内捕获的光辐射的空间分辨分布来实现，所述分布通过使用测量装置110来确定。这是使用评估装置150来完成的，所述评估装置150配置为根据捕获的光辐射的空间分辨分布来确定光耦合点11的定位。

在根据图1B的实施例中，由光源112提供的用于产生光辐射的光通过使用光学系统111发射入生产区域120中。为此目的，优选地可以使用物镜(特别优选地为光刻物镜)，其在每种情况下，在聚焦锥60中或仅在聚焦点61处或在生产区域120内围绕聚焦点61的体积元件中影响光辐射的生产。在本实施例中，在捕获区域130中捕获光辐射的空间分辨分布是通过光耦合点11来实现的，光耦合点11捕获在生产区域120中产生的光辐射，假设所述光辐射可以通过使用测量装置110耦合入光耦合点11中，测量装置110可以特别地体现为功率检测器的形式，并且可以附加地或替代地包括摄像机传感器或检测器阵列。在这种情况下，光耦合点的相互作用区域15和捕获区域130优选地至少在耦合点附近是一致的。在距耦合点更大的距离处，可能出现这样的情况，即在属于相互作用区域15的点处产生的光辐射没有到达光耦合点11，或者仅以大的损耗到达光耦合点11，因为相关点和光耦合点11之间的光辐射的吸收或散射太大。

在图1B所示的实施例的情况下，确定捕获区域130中捕获的光辐射的空间分辨分布是通过以下事实来实现的，即聚焦锥60、聚焦点61或相关体积元件的位置优选地通过在捕获过程期间使用由光学系统111包括的光束扫描器而改变，例如在生产区域120内以一维、二维或三维扫描过程的形式，并且在此过程中连续地确定通过使用测量装置110捕获的光辐射。数据的存储和评估以及光耦合点11的位置和方向的确定借助于评估装置150来实现，所述评估装置150配置为用于根据捕获的光辐射的空间分辨分布来确定光耦合点11的定位。

不管根据图1A或图1B的实施例的类型，光辐射或产生光辐射的光被引导，以此使得光辐射或产生光辐射的光实际上穿过光耦合点11。只有通过这种方式，才能确保捕获的光辐射的空间分辨分布实际上指示了光耦合点11的定位，因为捕获的光辐射与待定位的光耦合点11相关。

光耦合点11的定位可以包括光耦合点11的位置13和方向14的指示，这与光耦合点11的相互作用区域15一起在图2中示意性地示出。在这种情况下，关于光耦合点11的空间的位置13的指示可以包括三维坐标系30中的位置矢量，而关于光耦合点11的方向14的指示可以包含一个或多个三维定向矢量，其中一个定向矢量指示例如光可以从光耦合点11发射的方向，或者光可以从该方向有效地输入耦合入光耦合点11中是可能的。特别优选地，位置矢量和定向矢量都在同一坐标系30中表示。在多个定向矢量的情况下，其中一个定向矢量可以限定耦合点相对于光轴的旋转方向，所述旋转方向例如由耦合点发射的光或由此捕获的光的偏振来确定。

光耦合点11的位置13和方向14通过使用评估装置150来确定，优选地通过以下措施中的至少一个来确定。第一措施可以包括验证在捕获区域130内的位置处捕获的光辐射的出现或消失(特别是突然出现或消失)。进一步的措施可以包括捕获分布，例如捕获区域中捕获的光辐射的空间分辨分布的上升或下降。为了产生光辐射，进一步的措施可以包括，将用于光耦合点11的模型应用于生产区域120中的光辐射输入到光耦合点11的位置相关的输入耦合，或者应用于从光耦合点11发射的光的分布。然而，可以设想进一步的措施。在非常简单的情况下，这种模型可以基于所谓的高斯光束理论，例如，假设光束传播的近轴近似。其他模型可以使用傅立叶光学的方法或光场传播的数值描述。

图3示意性地示出了本方法的另一个示例性实施例，其中通过激发或捕获体积元件中的发光辐射21来捕获光学部件所包括的耦合点11的空间的位置13和方向14，所述体积元件围绕从物镜70接收或发射的光束50的聚焦点51。体积元件围绕聚焦点51的空间位移，特别是通过使用光束扫描器，使得能够在捕获区域120内确定捕获的光辐射的空间分辨分布，所述捕获区域120至少部分地被介质19填充。在一个优选实施例中，物镜70也可用于光刻地生产微结构。在一个优选实施例中，捕获区域120可以至少部分地填充有配置为用于产生发光的物质20，所述物质充当介质19的一部分。这可以包括例如光致抗蚀剂，其在低于聚合阈值的辐射下已经显示出多光子荧光。在具有垂直于波导轴的面的光波导12的简单情况下，光耦合点11的方向14对应于光波导12的与光耦合点11相邻的部分的光轴。在这种情况下，发光辐射21可以通过光耦合点11或通过光刻物镜70激发。

图4示意性地示出了本方法的另一个示例性实施例，其中通过激发或捕获体积元件中的散射辐射26来捕获光学部件所包括的耦合点11的空间的位置13和方向14，所述体积元件围绕从物镜70接收或发射的光束60的聚焦点61。关于体积元件的空间分布，特别是在一维或多维扫描过程的情况下，这同样适用于描述图3。这里，在一个优选实施例中，物镜70也可以用于光刻地产生微结构。散射辐射26可以优选地通过使用散射中心27来产生，所述散射中心27对辐射入体积元件61中的光进行散射，使得由此产生的散射辐射可以被至少部分捕获。在光波导12的简单情况下，光耦合点11的方向14对应于光波导12的与光耦合点11相邻的部分的光轴。在这种情况下，散射辐射21可以通过光耦合点11或使用光刻物镜70激发。

在根据图5的另一个实施例中，光耦合点11不位于光学部件10的表面，而是在这里作为例子以与光学部件10的表面偏离距离d的方式布置。例如，这种情况可以发生在波导12的面的情况下，所述面相对于芯片边缘18具有距离d的偏移。在这种情况下，锥形空间区域15的顶点位于光学部件10内。在这种情况下，介质19与光学部件10的表面直接接触。在这种情况下，由于在芯片边缘18处捕获的光辐射的突然消失或突然下降，可以确定芯片边缘18相对于光耦合点11的位置的位置。

图6示出了另一个示例性实施例，其中，通过激发波导12本身的波导芯17中的发光辐射21，捕获由光学部件10的波导12形成的光耦合点11的位置13和方向14。在这种情况下，波导芯17优选地包括配置为用于产生发光辐射21的物质。附加地或替代地，波导芯17可以包括配置为用于产生散射辐射的另外的物质(未示出)。

图7和图8示意性地示出了由本方法产生的微结构100，所述方法用于在光耦合点产生微结构并与光耦合点11对准，该对准在位置13和方向14上是精确的。

图7示出了在光耦合点11的位置13处产生的微结构100，其形式为电介质自由波导101，也称为“光学打线(Photonic Wire Bond)”，电介质自由波导101相对于光耦合点11的位置13和方向14对准。

图8示出了形式为微透镜102的另外的微结构100，其位于由另外的光学部件210的另外的光波导212形成的另外的光耦合点211处，所述另外的光耦合点211不与光学部件10所包括的已经捕获的光耦合点11直接接触。在这种情况下，另外的光耦合点211的位置213和方向214也可用于微结构100的配置。微结构100基于两个光耦合点11、211的位置13、213和方向14、214来配置，使得由此在两个光耦合点11、211之间产生有效耦合。除了根据图8的示例性实施例之外，为了有效耦合，在两个光耦合点11、211处产生微结构100也是有利的，两个光耦合点11、211的位置和方向用于每个微结构100的配置。

图9示出了另一个示例性实施例，其中多个光耦合点11由多芯光纤的波导芯12的面限定。例如，在本实施例中，整体耦合到所有光纤芯中的光辐射可以通过公共的测量装置110整体地确定，所述公共的测量装置的有效面积延伸至多芯光纤的所有波导芯。

图10示意性地示出了各种优选实施例，所述各种优选实施例用于捕获引入到光学部件10的光耦合点11中的光辐射，或者用于耦合适合于在光耦合点11的相互作用区域15中激发光辐射的光。然而，此处未示出的其他实施例同样是可能的。

为此目的，在根据图10A的实施例中，光学部件10可以包括光源112或测量装置110，光源112或测试装置110具有到待定位的光耦合点11的光学连接。

为此目的，在根据图10B的实施例中，光源112或测量装置110可以布置在光学部件10的外部，并包括与光学部件10之间的连接，优选地以光波导或光纤的形式。

在根据图10C的实施例中，光学部件10可以具有耦合结构113(例如以所谓的光栅耦合器的形式)，通过所述耦合结构113，光或捕获的光辐射可以耦合出光学部件10或耦合入光学部件10。在这种情况下，耦合入的光或耦合出的光辐射可以通过光刻物镜70本身、通过另外的物镜(未示出)或通过另外的光学元件(优选为光纤)或光源(优选为光电二极管(未示出)捕获或提供。在这种情况下，光栅耦合器可以设计为使得其对于在本方法的背景下传输的光的波长或相关的光辐射的波长具有高耦合效率，同时不影响或不严重影响在光学部件10的工作波长处的光信号。

在根据图10D的实施例中，优选地通过使用物镜70本身或通过另外的物镜，可以捕获波导12内出现的散射辐射或发光辐射。这里可以通过适当的散射结构(例如基于周期结构)来实现散射辐射的产生。这些结构可以设计为使得其对于在本方法的背景下传输的光的波长具有高散射效率，同时不影响或不严重影响在光学部件10的工作波长处的光信号。

图11通过实例示出了表面照明光电二极管105的相互作用区域15。在这种情况下，光耦合点11对应于光电二极管105的有效区域106，而光电二极管105的有效区域106的法向矢量通常被认为是光耦合点11的方向。

图12示意性地示出了根据本发明的装置200的一个优选示例性实施例，所述装置200用于在光学部件10中定位光耦合点11，所述光学部件10布置在光学台108上，所述光学台108配置为在x、y和z方向上是可移动的。装置200基于三维激光光刻系统，所述三维激光光刻系统具有由光束扫描器132(优选为所谓的“检流计扫描器”的形式)进行的快速光束偏转，其已经通过用于光辐射的其他的检测通道进行了扩展。在这种情况下，光源112包括发射波长为780nm、脉冲持续时间约为100fs、重复频率约为100MHz的飞秒激光器。为了实现用于定位光耦合点11的方法，荧光辐射21通过使用多光子激发产生，用于激发的光部分地通过光刻系统的光束路径辐射入生产区域120中。在这种情况下，用于激发的光可以由也用于光刻结构的相同光源112产生，或者由附加的光源产生，所述附加的光源可以通过另外的分束器(未示出)耦合入光束路径中。这里使用的介质19是光致抗蚀剂，荧光染料可以另外与光致抗蚀剂混合。为了定位光耦合点11，在这种情况下，选择的参数(特别是辐射入介质19中的光的功率、波长和/或脉冲持续时间)被设置为使得作为结果引入的剂量优选地仍然低于相对于检测期间不期望的聚合的剂量阈值。在这种情况下，在生产区域120内产生的荧光辐射21的一部分耦合入光耦合点11中。在本示例性实施例中，光学部件包括至少一个光波导12，例如以光纤的形式，其包括至少一个波导芯17。波导12连接至测量装置110，所述测量装置110在这里可以实施为光电倍增管的形式，并且测量装置110以取决于用于激发的光刻系统的聚焦点的空间位置的方式，计量地捕获耦合入至少一个波导芯17中的荧光辐射21。在多芯光纤的情况下，根据图9，通过使用形式为光电倍增管的测量装置110，可以整体捕获耦合入各个波导芯17中的全部荧光辐射21。

作为替代方案，适于激发光辐射的光源112可以连接至波导芯17(未示出)中的至少一个。然后，光辐射通过物镜70被捕获，并通过被称为荧光路径115的装置被馈送至形式为光电倍增管的另外的测量装置110‘。在本实施例中，整个荧光路径115由物镜70及其上游的透镜以及分束器形成，并且可以另外包含光束扫描器132。测量装置110、110‘的时间分辨信号被数字化。根据所有三个空间方向上的聚焦位置(这些聚焦位置是通过使用光束扫描器132设置的并且因此是已知的)，因此可以以空间分辨的方式确定捕获的光辐射，并且可以由此确定至少一个波导芯17的方向和位置。

此外，如图12示意性所示，装置200可以包括另外的光学、光电或电子元件，特别是另外的测量装置110、光源112、透镜、反射镜、分束器或滤波器。

装置200成功地用于测量单芯光纤和多芯光纤的光耦合点11的位置13和方向14。一个示例性实施例的目的是识别七芯光纤的耦合点11。与传统的单芯光纤相比，多芯光纤相对于围绕光纤轴的任意旋转不是对称的，因此波导芯17在安装后的位置13通常保持不确定。为了检测波导芯17，多光子荧光辐射通过使用光刻物镜70来激发，所述光刻物镜70布置在多芯光纤的端面的上游的体积中，并提供测量装置110在所有七个波导芯17整体捕获多光子荧光辐射，所述测量装置110以光电倍增管的形式连接至多芯光纤。为了测量荧光辐射的空间分辨分布，激发的光束首先通过使用光束扫描器132在光刻物镜70的焦平面中横向移动。此外，通过物镜驱动器135利用物镜在z方向上的轴向位移，焦平面本身相对于光学多芯光纤移动。分配给各个波导芯17的光耦合点11的位置13和方向14可以从由多芯光纤捕获的荧光辐射的三维空间分辨分布中确定。此外，激发的荧光辐射的一部分可以被光刻物镜70本身捕获，并用于成像目的。在这方面，在评估装置150中，所记录的测量数据既可用于确定光学部件10的拓扑，也可用于实现对光耦合点11的位置13和方向14的精确确定。

图12所示的装置也可以以稍微改变的形式使用，以实现在光耦合点11产生微结构(此处未示出)的方法。为此目的，可以改变参数(特别是光源112发射的光的波长、功率或脉冲持续时间)，使得光致抗蚀剂在光刻射束的聚焦点附近的空间元件中的聚合成为可能。通过使用聚焦点的移动和入射光的同时变化，因此可以产生空间选择性地固化的体积区域，其整体形成期望的微结构。在这种情况下，聚合可以基于单光子或多光子吸收过程。在一个特定实施例中，光源可以包括飞秒激光器，所述飞秒激光器的输出功率可以直接或通过使用外部调制器(优选为声光调制器)来改变。此外，光源可以包括可调节的脉冲压缩器，所述脉冲压缩器使得改变辐射入光致抗蚀剂中的光的脉冲持续时间成为可能。

在双光子荧光功率的分布的表示中，所述双光子荧光功率通过多芯光纤来验证，所述多芯光纤位于垂直于z方向(其对应于沿着光刻物镜70的光轴的方向)的中心波导芯17的平面，由于在光学部件10内不可能激发双光子荧光，所以荧光可能在介质19和光纤面之间的过渡处突然下降。在这种情况下，捕获的光辐射的突然下降可以用于精确定位用作光耦合点11的光纤面。通过在不同的z位置记录大量图像，有可能在体积上实现双光子荧光的三维空间分辨捕获。结果，垂直于多芯光纤轴的平面中的虚拟截面也成为可能，其中多芯光纤的七个芯是可清楚识别的。在这种情况下特别值得注意的是，光纤芯的横截面可以直接从光耦合点11处的发光辐射21的分布精确地导出。此外，由光刻物镜70自身捕获的那部分的发光辐射21的空间分布可以类似地在图像堆栈中被捕获，所述图像堆栈由不同的聚焦级别构成，从所述图像堆栈中可以识别光纤的拓扑，但是不能识别相应的耦合点11的位置13。

附图标记列表

10，210 光学部件

11，211 光耦合点

12，212 光波导(光纤)，其与耦合点相关

13，213 耦合点的位置

14，214 耦合点的方向

15 耦合点的相互作用区域

16 重叠区域中的点

17 波导芯

18 芯片边缘

19 介质(交互介质)

20 物质，其配置为用于产生发光

21 发光辐射(荧光辐射)

25 物质，其配置为用于产生散射

26 散射辐射

27 散射中心

30 坐标系

40 产生的微结构

50 用于产生发光的聚焦激光束

51 焦点

60 光刻物镜的成像焦锥

61 焦点

70 物镜(光刻物镜)

100 微结构

101 对准的介质波导

102 对准的微透镜

105 表面照明光电二极管

106 表面照明光电二极管的有效面积

108 光学台

110，110‘ 测量装置

111 用于产生或捕获光辐射的光学系统

112 光源(脉冲光源)

113 耦合结构

114 波导散射

115 荧光路径

120 光辐射的捕获区域

130 光辐射的生产区域

132 光束扫描器

135 透镜驱动器

150 评价装置

200 用于定位光耦合点的装置

Claims (16)

1.一种用于定位光耦合点(11)的方法，其包括以下步骤：

a)提供包括光耦合点(11)的光学部件(10)，其中光耦合点具有相互作用区域(15)，所述相互作用区域(15)位于由光学部件(10)包围的体积的外部；

b)在生产区域(120)中产生光辐射，其中生产区域(120)至少部分地与光耦合点(11)的相互作用区域(15)重叠，其中光照射在位于生产区域(120)中的介质(19)，所述介质(19)改变光，从而产生光辐射；

c)在捕获区域(130)中捕获产生的光辐射的至少一部分，其中捕获区域(130)至少部分地与光耦合点(11)的相互作用区域(15)重叠，并确定产生的光辐射的所捕获部分的空间分辨分布；和

d)根据所确定的产生的光辐射的捕获部分的空间分辨分布确定光耦合点(11)的位置，

其中通过光耦合点(11)产生光辐射或捕获产生的光辐射的至少一部分。

2.根据前述权利要求所述的方法，其中介质(19)包括散射中心(27)、发光物质(20)或形成发光物质(20)的光引发剂，其中散射中心(27)产生散射辐射(26)，或者其中发光物质(20)产生发光辐射(21)。

3.根据前述权利要求所述的方法，其中发光辐射(21)通过在发光物质(20)中激发多光子吸收过程而产生。

4.根据前述两项权利要求中任一项所述的方法，其中介质(19)还包括光致抗蚀剂，其中将低于光致抗蚀剂的聚合的剂量阈值的剂量引入光致抗蚀剂中，以产生光辐射。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过使用光耦合点(11)，将用于产生光辐射的光发射入生产区域(120)中。

6.根据前述权利要求所述的方法，其中光学部件(10)包括光波导(12)，其中光波导(12)将光馈送至光耦合点(11)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过物镜(70)捕获光辐射或将用于产生光辐射的光照射到生产区域(120)中，其中物镜(70)具有至少0.3的数值孔径。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中对进入生产区域(120)的光的辐射或对在捕获区域(130)中产生的光辐射的捕获是空间变化的，并且其中通过光耦合点(11)捕获光辐射的空间分辨分布。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中对进入生产区域(120)的光的辐射的空间变化或对在捕获区域(130)中产生的光辐射的捕获是通过使用光束扫描器(132)实现的。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中光耦合点(11)的定位包括光耦合点(11)的位置(13)和方向(14)的指示，其中通过以下措施中的至少一个来确定光耦合点(11)的位置(13)和方向(14)：

验证在捕获区域(130)内的位置处捕获的光辐射的出现或消失；

评估在捕获区域(130)中产生的光辐射的所捕获部分的空间分辨分布；

为了产生光辐射，将用于光耦合点(11)的模型应用于将生产区域(120)中的光辐射输入到光耦合点(11)的位置相关的输入耦合，或者应用于从光耦合点(11)发射的光的分布。

11.一种用于在光学部件(10)的光耦合点(11)处产生微结构(100)的方法，其包括以下步骤：

i)根据前述权利要求中任一项所述的方法定位光耦合点(11)；和

ii)通过使用选自加法制造方法或减法制造方法的制造方法，在光耦合点(11)处产生微结构(100)。

12.根据前述权利要求所述的方法，其中物镜(70)用于定位光耦合点(11)和用于在光耦合点(11)处产生微结构(100)，其中物镜具有至少0.3的数值孔径。

13.一种用于定位光耦合点(11)的装置(200)，其包括：

光学部件(10)，其包括至少一个光耦合点(11)，其中光耦合点具有相互作用区域(15)，所述相互作用区域(15)位于由光学部件(10)包围的体积的外部；

光学装置，其配置为用于在生产区域(120)中产生光辐射和/或用于在捕获区域(130)中捕获产生的光辐射的至少一部分，其中生产区域(120)和捕获区域(130)至少部分地与光耦合点(11)的相互作用区域(15)重叠；和

评估装置(150)，其配置为用于确定光辐射的所捕获部分的空间分辨分布，并根据所确定的光辐射的所捕获部分的空间分辨分布确定光耦合点(11)的位置，

其中装置配置为通过光耦合点(11)产生光辐射或捕获产生的光辐射的至少一部分。

14.根据前述权利要求所述的装置(200)，其中光学装置包括光源(112)，所述光源(112)配置为产生光，所述光在照射至位于生产区域(120)的介质(19)时，所述介质(19)改变光，从而产生光辐射。

15.根据前述两项权利要求中任一项所述的装置(200)，其中光学装置还包括光束扫描器(132)，所述光束扫描器(132)配置为实现对进入生产区域(120)的光的辐射的空间变化或实现在捕获区域(130)中捕获产生的光辐射的空间变化。

16.根据前述三项权利要求中任一项所述的装置(200)，其中光学装置还配置为在光耦合点(11)处产生微结构(100)。

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