DE102009023071A1 - Micro-optical coupling element for orthogonal or diagonal micro-optical coupling of optical radiation, has base body formed from layer of thin glasses and exhibiting additional layers with electrical and/or fluid function - Google Patents
Micro-optical coupling element for orthogonal or diagonal micro-optical coupling of optical radiation, has base body formed from layer of thin glasses and exhibiting additional layers with electrical and/or fluid function Download PDFInfo
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Abstract
Description
Technisches AnwendungsgebietTechnical application
Die vorliegende Erfindung betrifft ein mikrooptisches Koppelelement, insbesondere für eine orthogonale oder schräge mikrooptische Einkopplung optischer Strahlung von einem ein- oder mehrzeiligen optischen Sender-Array in ein ein- oder mehrzeiliges optisches Empfänger-Array. Bei dem optischen Sender-Array kann es sich bspw. um ein VCSEL-Array (VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser) oder ein Wellenleiter-Array eines Steckverbinders (z. B. Faserstecker) handeln. Das optische Empfänger-Array kann bspw. durch Wellenleiter eines optischen Ein- oder Mehrlagensubstrates gebildet sein, wobei die Einkopplung über die Stirnfläche oder über Koppelstrukturen erfolgt, bspw. über ein an der Oberfläche der Wellenleiter ausgebildetes Gitter. Anwendungen für dieses sogenannte „out of plane coupling”, bspw. an elektro-optische Module und passive optische Steckverbinder, liegen auf den Gebieten der Silizium-Photonik, der CCD Chip-Kopplung von Wellenleitern bei der Gehäusung auf Waferebene, im Bereich der Nutzung elektrooptischer Platinen oder Leiterplatten, der Nanophotonik sowie der optischen Sensorik. Wesentlich ist, dass der Lichtweg prinzipiell auch umgekehrt bzw. bidirektional sein kann.The The present invention relates to a micro-optical coupling element, especially for an orthogonal or oblique Microoptical coupling of optical radiation from a on or multi-line optical transmitter array in a single or multi-line optical receiver array. In the optical transmitter array For example, it may be a VCSEL array (VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser) or a waveguide array of a connector (eg fiber connector) act. The optical receiver array can, for example, by waveguides of an optical single or multi-layer substrate be formed, wherein the coupling over the end face or via coupling structures, for example via a grating formed on the surface of the waveguides. Applications for this so-called "out of plane coupling ", for example, to electro-optical modules and passive optical Connectors are in the field of silicon photonics, the CCD chip coupling of waveguides in the housing on Wafer level, in the area of the use of electro-optical boards or PCBs, nanophotonics and optical sensors. Essential is that the light path in principle also reversed or bidirectional can be.
Stand der TechnikState of the art
Für
die schräge Aus- und Einkopplung von optischer Strahlung
in optische Wellenleiter, die sich bspw. an der Oberfläche
von Halbleitersubstraten erstrecken können, sind derzeit
Techniken wie die Prismen-Kopplung oder die Gitter-Kopplung bekannt.
Einen Überblick über diese Techniken geben bspw.
Für die Ankopplung einer optischen Faser oder eines optischen Faserarrays ist bei der zunehmenden Miniaturisierung der Strukturen der Halbleiterchips wie auch der elektrooptischen Leiterplatten eine hohe Genauigkeit erforderlich, um mit geringen Koppelverlusten einkoppeln zu können. Diese Genauigkeit wird mit den bisher bekannten Techniken nicht zufriedenstellend erreicht oder erfordert sehr aufwendige Justagen. Bei photonischen Chips und PLC (Planar Lightguide Circuits) werden so genannte Monomode-Wellenleiter mit optischen Kerndurchmessern von sub-μm bis einigen wenigen μm genutzt, bei elektrooptischen Leiterplatten Mehrmodenwellenleiter mit Kerndurchmessern im Bereich einiger zig μm. Auch der zunehmend kleinere Pitch-Abstand von bis hinab zu 25 μm auf den Halbleiterchips oder von derzeit minimal 62,5 μm bei elektrooptischen Leiterplatten erfordert eine hohe Genauigkeit der Ankopplung, wie sie sich mit den gegenwärtig bekannten Kopplungstechniken nicht erreichen lässt.For the coupling of an optical fiber or an optical fiber array is due to the increasing miniaturization of the structures of the semiconductor chips as well as the electro-optical circuit boards a high accuracy required in order to be able to couple with low coupling losses. This accuracy is not with the previously known techniques satisfactorily achieved or requires very complex adjustments. For photonic chips and PLC (Planar Lightguide Circuits) so-called single-mode waveguide with optical core diameters used from sub-micron to a few microns at Electro-optic printed circuit boards Multimode waveguides with core diameters in the range of a few tens of μm. Also the increasingly smaller Pitch distance down to 25 microns on the semiconductor chips or of currently at least 62.5 microns in electro-optical circuit boards requires a high accuracy of coupling, as it deals with do not reach the currently known coupling techniques leaves.
Die
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein multifunktionelles mikrooptisches Koppelelement anzugeben, das eine hohe Präzision bei der Kopplung zwischen einem ein- oder mehrzeiligen optischen Sender-Array und einem ein- oder mehrzeiligen optischen Empfänger-Array ermöglicht und sich kostengünstig herstellen lässt.The The object of the present invention is to provide a multifunctional Specify micro-optical coupling element, which provides high precision the coupling between a single or multi-line optical transmitter array and a single or multi-line optical receiver array allows and can be produced inexpensively.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Die Aufgabe wird mit dem mikrooptischen Koppelelement gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Koppelelementes sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.The Task is with the micro-optical coupling element according to claim 1 solved. Advantageous embodiments of this coupling element are Subject of the dependent claims or can be the following description and the embodiments remove.
Das mikrooptische Koppelelement ist aus einem Grundkörper gebildet, in den ein oder mehrere optische Wellenleiter für die Führung der optischen Strahlung und zumindest ein Umlenkelement für die Umlenkung der optischen Strahlung integriert sind. Die über ein oder mehrere Eintrittsflächen in den Grundkörper eingetretene optische Strahlung wird durch den oder die optischen Wellenleiter und das zumindest eine Umlenkelement von den Eintrittsflächen zu ein oder mehreren Austrittsflächen des Grundkörpers geführt. Der Grund körper ist hierbei aus mindestens einer Schicht aus Dünnglas gebildet, in die der oder die optischen Wellenleiter sowie das Umlenkelement integriert sind, und umfasst eine oder mehrere zusätzliche Schichten, die eine elektrische und/oder fluidische Funktion aufweisen.The micro-optical coupling element is formed from a basic body, in the one or more optical waveguides for the guide the optical radiation and at least one deflecting element for the deflection of the optical radiation are integrated. The above one or more entry surfaces in the body occurred optical radiation is through the or the optical Waveguide and the at least one deflecting element from the entry surfaces to one or more exit surfaces of the body guided. The basic body here is at least a layer of thin glass formed in which the or optical waveguide and the deflecting element are integrated, and includes one or more additional layers that have an electrical and / or fluidic function.
Durch die Verwendung von Dünnglas lassen sich die integrierten optischen Wellenleiter sowie optional auch weitere durch lokale Veränderung des Brechungsindex erzeugbare optische Elemente mit Mikrostrukturtechniken, wie sie aus der Halbleitertechnologie bekannt sind, mit hoher Präzision herstellen. Durch diese hohe Präzision kann das Koppelelement exakt an das Sender- und Empfänger-Array angepasst werden, so dass hohe Kopplungseffizienzen erreicht werden. Die einzelnen Strukturen können hierbei mit photolithographischer Genauigkeit hergestellt werden. Hierbei ist es im Falle von Halbleiterstrukturen als Sender- oder Empfänger-Array möglich, das Koppelelement bereits auf Waferebene auf die Halbleiterstrukturen aufzubringen (WLP). Dies kann beispielsweise mittels Direktbonden erfolgen. Das Dünnglas dient gleichzeitig als Substrat für weitere Schichten, die eine elektrische und/oder fluidische Funktion aufweisen. Auf diese Weise wird mit dem Koppelement eine Plattform geschaffen, die nicht nur optische sondern auch fluidische und/oder elektrische Verbindungen herstellen kann.The use of thin glass allows the integrated optical waveguides and, optionally, other optical elements which can be generated by local refractive index change to be fabricated with microstructure techniques, as are known from semiconductor technology, with high precision. Due to this high precision, the coupling element can be adapted exactly to the transmitter and receiver array, so that high coupling efficiencies are achieved. The individual structures can be produced here with photolithographic accuracy. In the case of semiconductor structures as a transmitter or receiver array, it is possible here to apply the coupling element to the semiconductor structures already at the wafer level (WLP). This can be successful, for example, by means of direct bonding The thin glass simultaneously serves as a substrate for further layers which have an electrical and / or fluidic function. In this way, a platform is created with the coupling element, which can produce not only optical but also fluidic and / or electrical connections.
Die für die Herstellung des Koppelelementes einsetzbaren Methoden der Mikrostrukturierung ermöglichen weiterhin eine hohe Miniaturisierung und Integrationsdichte, so dass auch eine Ankopplung an Sender- oder Empfänger-Arrays mit kleinem Pitch (≤ 250 μm bis zu 25 μm) ohne weiteres realisiert werden kann. Auch eine Kopplung von Arrays mit unterschiedlichem Pitch lässt sich mit dem Koppelelement ohne weiteres realisieren. Hierzu werden die optischen Wellenleiter so in der Schicht aus Dünnglas erzeugt, dass sie an einem Ende der Schicht einen größeren gegenseitigen Abstand als am anderen Ende aufweisen, um eine geeignete Auffächerung, ein so genanntes Fan-out, zu erreichen. Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass das Koppelelement in Form der ein oder mehreren Schichten aus Dünnglas direkt auf das Sender- oder Empfänger-Array aufgebracht werden kann. Mit diesem Koppelelement ist zum einen eine ein- oder mehrzeilige orthogonale oder schräge Verschaltung zwischen Sender- und Empfänger-Array möglich. Zum anderen lässt sich durch die weitgehend freie Strukturierbarkeit der optischen Wellenleiter und ggf. anderer optischer Elemente des Koppelelementes das mikrooptisch geometrische Sende- bzw. Empfangsverhalten des Sender-Arrays bzw. Empfänger-Arrays auf eine größere Skale transformieren, um technologisch bedingte Koppelverluste beim gegenseitigen Positionieren des Sender- und Empfänger-Arrays mit Toleranzen, wie sie z. B. in der Leiterplattenbestückungstechnik oder Steckertechnik anzutreffen sind, auf ein Minimum zu reduzieren. Die auf Seiten des Sender- und Empfänger-Arrays erforderlichen optischen Feldverteilungen lassen sich über die gezielte Beeinflussung der Eigenschaften der entsprechenden Enden der Wellenleiter im Koppelelement, insbesondere über die Brechzahlverteilung und die Wellenleitergeometrie, gezielt einstellen. Das vorgeschlagene Koppelelement lässt sich auch sehr flach auf dem Sender-Array realisieren, da es in Planartechnologie herstellbar ist.The for the production of the coupling element usable methods the microstructuring continue to allow a high Miniaturization and integration density, so that also a coupling on transmitter or receiver arrays with a small pitch (≤ 250 μm up to 25 microns) can be readily realized. Also a coupling of arrays with different pitch leaves can be realized with the coupling element readily. To do this the optical waveguides so in the layer of thin glass creates a bigger one at one end of the layer have mutual distance as at the other end to a suitable Fanning, a so-called fan-out to achieve. One particular advantage is that the coupling element in shape the one or more layers of thin glass directly on the transmitter or receiver array can be applied. With this coupling element is on the one hand a single or multi-line orthogonal or oblique interconnection between transmitter and receiver array possible. On the other leaves through the largely free structurability of the optical Waveguide and possibly other optical elements of the coupling element the micro-optical geometric transmission or reception behavior of Transmitter arrays or receiver arrays on a larger scale transform to technologically induced coupling losses in mutual Positioning the transmitter and receiver array with tolerances, as they are z. B. in the PCB assembly technology or connector technology are found to be kept to a minimum. The on pages required by the transmitter and receiver arrays optical Field distributions can be achieved through targeted influencing the properties of the respective ends of the waveguides in the coupling element, in particular via the refractive index distribution and the waveguide geometry, targeted to adjust. The proposed coupling element can be also realize very flat on the transmitter array, since it is in planar technology can be produced.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des mikrooptischen Koppelelementes ist an der oder den Austrittsflächen und/oder an der oder den Eintrittsflächen jeweils eine optische Linse, insbesondere eine Fokussierlinse, in den Grundkörper integriert. Dies ermöglicht die gezielte Kollimierung divergierender optischer Strahlen eines ein- oder mehrzeiligen optischen Sender-Arrays und/oder die Fokussierung auf die Eintrittsflächen eines ein- oder mehrzeiligen Empfänger-Arrays.In a preferred embodiment of the micro-optical coupling element is at the exit surface (s) and / or at the or the entrance surfaces in each case an optical lens, in particular a focusing lens, integrated into the body. this makes possible the targeted collimation of divergent optical rays of a single or multi-line optical transmitter arrays and / or focusing on the entry surfaces of a single or multi-line receiver array.
In einer bevorzugten Ausgestaltung werden die ein oder mehreren optischen Wellenleiter durch Ionenaustausch aus der Glasschmelze in dem Dünnglas erzeugt. In gleicher Weise lassen sich auch andere optische Elemente, wie bspw. Fokussierlinsen über die Erzeugung geeigneter Brechungsindexverläufe mit dieser Technik in das Dünnglas integrieren. Unter Dünnglas werden in der vorliegenden Patentanmeldung dünne Glassubstrate verstanden, wie sie bspw. für Flachbildschirme zum Einsatz kommen. Derartige Dünngläser sind kommerziell erhältlich und weisen eine Dicke von ≤ 2 mm auf. So lassen sich bspw. Dünnglassubstrate der Firma Schott unter der Bezeichnung D263TTM mit einer Dicke zwischen 0,03 und 1,1 mm für das vorgeschlagene Koppelelement einsetzen. Die Integration der Wellenleiter kann dabei mit der Technik des Silberionen-Austausches erfolgen, bei der nach dem Aufbringen einer Maskenschicht aus einer geeigneten Legierung auf das Dünnglas und nachfolgender photolithographischer Strukturierung dieser Maskenschicht das Dünnglassubstrat bei einer Temperatur von 350°C in geschmolzenes Salz eingebracht wird. Durch den Diffusionsprozess wird hierdurch an den durch die Maskenstruktur vorgegebenen Bereichen eine Änderung des Brechungsindex erreicht, durch die die Wellenleiterstrukturen im Dünnglas erzeugt werden. In gleicher Weise lassen sich auch optische Linsen im Dünnglas herstellen. Weiterhin ermöglicht diese Technik auch eine beidseitige Lithographie, um bspw. zwei übereinander liegende Wellenleiterstrukturen bzw. Lagen von Wellenleitern in einer einzelnen Schicht aus Dünnglas zu erzeugen.In a preferred embodiment, the one or more optical waveguides are produced by ion exchange from the molten glass in the thin glass. In the same way, other optical elements, such as. Focusing lenses on the generation of suitable refractive index gradients can be integrated with this technique in the thin glass. Thin glass in the present patent application is understood to mean thin glass substrates, as used, for example, for flat screens. Such thin glasses are commercially available and have a thickness of ≤ 2 mm. Thus, for example, thin glass substrates from Schott can be used under the name D263T ™ with a thickness between 0.03 and 1.1 mm for the proposed coupling element. The integration of the waveguides can be done with the technique of silver ion exchange, in which after the application of a mask layer of a suitable alloy on the thin glass and subsequent photolithographic patterning of this mask layer, the thin glass substrate is introduced at a temperature of 350 ° C in molten salt. As a result of the diffusion process, a change in the refractive index is achieved at the regions predetermined by the mask structure, through which the waveguide structures are produced in the thin glass. In the same way, it is also possible to produce optical lenses in thin glass. Furthermore, this technique also allows lithography on both sides to produce, for example, two superimposed waveguide structures or layers of waveguides in a single layer of thin glass.
Das Umlenkelement wird vorzugsweise durch eine schräg geschnittene und polierte Endfläche der Schicht aus Dünnglas gebildet. Diese schräge Endfläche kann auch zusätzlich verspiegelt werden. Selbstverständlich sind neben schrägen Endflächenpolituren, ggf. mit Verspiegelung, auch andere Arten von Umlenkelementen möglich, wie bspw. Gitter, photonische Bandlücken (PBG) oder andere Arten von Reflektoren. Die integrierten Wellenleiter können zum einen nebeneinander in einer einzelnen Dünnglasschicht oder auch übereinander in mehreren übereinander liegenden Lagen dieser Dünnglasschichten realisiert sein. Es kann sich hierbei sowohl um Multimode- als auch um Singlemode-Wellenleiter handeln.The Deflection element is preferably by an obliquely cut and polished end surface of the thin glass layer educated. This sloping end surface can also be added be mirrored. Of course, besides oblique Endflächenpoluren, if necessary with Verspiegelung, also other kinds Of deflectors possible, such as. Grid, photonic Bandgaps (PBG) or other types of reflectors. The integrated waveguides can be side by side in a single thin glass layer or on top of each other in several superimposed layers of these thin glass layers be realized. It can be both multimode and to trade singlemode waveguides.
Die Wellenleiter weisen vorzugsweise zumindest jeweils zwei Wellenleiterabschnitte auf, zwischen denen das Umlenkelement ausgebildet ist. Der erste Wellenleiterabschnitt führt die eintretende optische Strahlung in einer ersten Richtung zum Umlenkelement, das diese Strahlung in eine zweite Richtung umlenkt, in der sie dann durch den zweiten Wellenleiterabschnitt bis zur Austrittsfläche geführt wird.The Waveguides preferably each have at least two waveguide sections on, between which the deflecting element is formed. The first Waveguide section guides the incoming optical radiation in a first direction to the deflecting element, this radiation in a second direction, in which they then through the second Waveguide section led to the exit surface becomes.
Die in der oder den Dünnglasschichten integrierten Wellenleiter können durchgehende Kanal-Wellenleiter, periodisch unterbrochene Kanalwellenleiter, Linsenwellenleiter und für optische Strahlung mit einer gaußschen Feldverteilung auch Blendenwellenleiter sein. Auch Wellenleiterkreuzungen mit verschiedenen Wellenleitertypen sind möglich.The waveguides integrated in the thin glass layer or layers can be continuous Ka Waveguide periodically interrupted channel waveguide, lens waveguide and optical radiation with a Gaussian field distribution and aperture be waveguide. Waveguide intersections with different waveguide types are also possible.
Bei dem vorgeschlagenen Koppelelement können in den Grundkörper zusätzlich auch Schichten aus anderen Materialien integriert sein. Der Begriff Grundkörper ist hierbei so zu verstehen, dass dieser nicht rein aus Dünnglasschichten bestehen muss. Der Grundkörper kann durch einen Aufbau mehrerer optisch funktionaler Schichten gebildet sein, in denen die Strukturen zur Wellenleitung und zur Umlenkung der optischen Strahlung hergestellt werden. Diese optisch funktionalen Schichten können aus dünnen Glasfolien, Polymerfolien und photolithographisch strukturierbaren Ebenen bestehen. Neben den optisch funktionalen Schichten und Strukturen enthält der Grundkörper in einer Alternative auch eine oder mehrere elektrisch funktionale Schichten, bspw. zur Ankontaktierung von Sensorelementen oder Systemkomponenten, wenn das Koppelelement als Substrat im Sinne eines System an Package (SoP) dient. In einer anderen Alternative ist zumindest eine weitere Schicht so strukturiert, dass sie eine fluidische Funktion, bspw. eine fluidische Verbindung über integrierte Fluidkanäle, herstellen kann.at the proposed coupling element can in the body in addition also layers of other materials integrated be. The term body is here to be understood as that this does not have to consist purely of thin glass layers. The basic body can by a structure of several optically be formed functional layers in which the structures for Waveguide and the deflection of the optical radiation are produced. These optically functional layers can be made of thin ones Glass films, polymer films and photolithographically structurable Layers exist. In addition to the optically functional layers and structures The basic body also contains in an alternative one or more electrically functional layers, eg. For Ankontaktierung of sensor elements or system components when the coupling element serves as a substrate in the sense of a system-to-package (SoP). In a another alternative, at least one more layer is structured that it has a fluidic function, for example a fluidic connection via integrated fluid channels, can produce.
Bevorzugte Technologien zur Strukturierung der optischen Schichten sind der Ionenaustausch, das Ätzen, das Laserschneiden und das Wärmepolieren mit Lasern, photolithographische Verfahren, mechanische Politurverfahren sowie Metallisieren und Vergießen von geprägten, geätzten und photolithographisch hergestellten Strukturen.preferred Technologies for structuring the optical layers are the Ion exchange, etching, laser cutting and heat polishing with lasers, photolithographic processes, mechanical polishing processes as well as metallizing and potting of embossed, etched and photolithographically produced structures.
Die Prozesstechnik zur Herstellung des Koppelelementes ermöglicht auch eine parallele Herstellung auf großformatigen Dünngläsern, die anschließend zur Bereitstellung der einzelnen Koppelelemente vereinzelt werden. Dies ermöglicht eine kostengünstige Fertigung. Durch die Möglichkeit der photolithographischen Techniken zur Erzeugung der integrierten Wellenleiterstrukturen lassen sich auch Justiermarken für den späteren Einsatz der Koppelelemente mit hoher Genauigkeit in dem Koppelelement erzeugen. Dies ermöglicht eine hochgenaue Justierung des Koppelelementes gegenüber dem Sender- und Empfänger-Array.The Process technology for the production of the coupling element allows also a parallel production on large-format thin glass, then to provide the individual coupling elements to be isolated. This allows a cost-effective Production. Due to the possibility of photolithographic Techniques for generating the integrated waveguide structures can also be alignment marks for later Use of the coupling elements with high accuracy in the coupling element produce. This allows a highly accurate adjustment of the coupling element opposite to the transmitter and receiver array.
Das Koppelelement lässt sich mit den unterschiedlichsten Schnittstelen versehen, bspw. zu anderen Laminaten aus Glas, Keramik, Polymer oder Silizium, zu elektronischen oder optoelektronischen Komponenten oder in die Umwelt (freistrahloptisch oder fluidisch).The Coupling element can be with the most diverse Schnittstelen provided, for example, to other laminates of glass, ceramic, polymer or silicon, to electronic or optoelectronic components or into the environment (free-beam or fluidic).
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Das vorgeschlagene mikrooptische Koppelelement wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:The proposed micro-optical coupling element is described below of embodiments in conjunction with the drawings again explained in more detail. Hereby show:
Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention
In
der
Das
Prinzip der mit einem Koppelelement gemäß
Durch diese Anordnung entstehen im Bereich des Umlenkelementes Wellenleiterkreuzungen, die von der optischen Strahlung auf dem Weg zum Empfänger passiert werden müssen. Die optischen Pfade sind bei dieser Anordnung gleich lang, so dass die Signallaufzeit in allen Kanälen gleich ist.By This arrangement arise in the region of the deflection waveguide crossings, the from the optical radiation on the way to the receiver Need to become. The optical paths are in this arrangement the same length, so that the signal propagation time in all channels is equal to.
Zur Erzielung einer hohen Koppeleffizienz muss die optische Feldverteilung des jeweils auftreffenden optischen Strahls auf das geometrisch optische Empfangsverhalten des Empfängers angepasst sein. Diese Anpassung der optischen Feldverteilung an den Empfänger erfolgt über die gezielte Beeinflussung der Eigenschaften, insbesondere der Brechzahlverteilung und der Wellenleitergeometrie, des ersten und zweiten Abschnitts des Wellenleiterarrays des Koppelelementes im Herstellungsprozess. Ein Übersprechen auf die benachbarten Kanäle wird durch die richtige Dimensionierung der Brechzahlverteilung und der Wellenleitergeometrie des ersten und zweiten Abschnitts des Wellenleiterarrays verhindert.to Achieving a high coupling efficiency must be the optical field distribution of the respective incident optical beam on the geometric be adjusted optical reception behavior of the receiver. This adaptation of the optical field distribution to the receiver takes place via the targeted influencing of the properties, in particular the refractive index distribution and the waveguide geometry, the first and second sections of the waveguide array of the coupling element in the manufacturing process. A crosstalk to the neighboring ones Channels is determined by the proper sizing of the refractive index distribution and the waveguide geometry of the first and second sections of the waveguide array prevented.
Mögliche
Varianten bzw. Typen dieser Abschnitte des Wellenleiterarrays sind
durchgehende Kanalwellenleiter, periodisch unterbrochene Kanalwellenleiter,
Linsenwellenleiter und für eine optische Strahlung mit
einer gaußschen Feldverteilung auch Blendenwellenleiter.
Die
Die
Ankopplung der Fasern
Eine tolerante Kopplung zwischen dem Sender-Array und dem Koppelelement wird durch die Kollimation der auftreffenden optischen Strahlung erreicht. Sende- und Empfangscharakteristik müssen identisch sein, um eine optimale Einkopplung zu erreichen. Der optisch kollimierte Strahl muss beim Übernahmebereich vom Sender-Array in das Koppelelement den größtemöglichen Durchmesser haben, um eine tolerante Kopplung zu ermöglichen. Die Kollimations-Charakteristik kann durch diffraktive und refraktive Optiken erzeugt werden, die in das Koppelement integriert sind.A tolerant coupling between the transmitter array and the coupling element is due to the collimation of the incident optical radiation reached. Sending and receiving characteristics must be identical be in order to achieve an optimal coupling. The optically collimated Beam must be in the transfer area of the transmitter array in the Coupling element the largest possible diameter have to allow a tolerant coupling. The collimation characteristic can be generated by diffractive and refractive optics, the are integrated in the coupling element.
Mit
dieser Ausgestaltung lassen sich unterschiedliche optische Strahlen
Durch die Ausgestaltung des vorgeschlagenen Koppelelementes mit ein oder mehreren optischen Lagen mit integrierten optisch funktionalen Elementen wird eine präzise optische Kopplung zwischen Sender- und Empfänger-Array ermöglicht. Die sonst aufwendige freie Justage der Koppeloptiken wird durch deren Integration in die ein oder mehreren optischen Lagen des Koppelelementes und die Verwendung von Wellenleitern abgelöst. Hierbei werden die Vorteile der aus der Halbleitertechnologie bekannten Strukturierungstechniken genutzt, um die für die optische Kopplung notwendige hohe Präzision zu erzielen. Weiterhin wird durch den Aufbau mehrerer optischer Lagen auch eine optische Verschaltung der einzelnen integrierten optisch funktionalen Elemente in drei Dimensionen möglich, die zu einer Erhöhung der Integrationsdichte führt.By the embodiment of the proposed coupling element with or several optical layers with integrated optically functional elements is a precise optical coupling between transmitter and Receiver array allows. The otherwise elaborate free adjustment of the coupling optics is achieved by their integration into the one or more optical layers of the coupling element and the Use of waveguides detached. Here are the Advantages of structuring techniques known from semiconductor technology used to the necessary for the optical coupling high To achieve precision. Furthermore, by the structure several optical layers also an optical interconnection of the individual integrated optically functional elements in three dimensions possible, which leads to an increase in the density of integration.
- 11
- optische Faseroptical fiber
- 22
- Glasfoliewindow film
- 33
- optischer Strahloptical beam
- 44
- Umlenkelementdeflecting
- 55
- optischer Wellenleiteroptical waveguides
- 66
- Fokussierlinsefocusing lens
- 88th
- Justiermarkealignment
- 99
- weitere Schicht oder SchichtfolgeFurther Layer or layer sequence
- 1111
- vertikaler Gitterkopplervertical grating
- 1212
- Wellenleiter in SOIwaveguides in SOI
- 1313
- HalbleitersubstratSemiconductor substrate
- 1414
- eingekoppelter Strahlof coupled beam
- 1515
- elektrisch-optische Leiterplatteelectrical-optical circuit board
- 1616
- optischer Wellenleiteroptical waveguides
- 1717
- Lage für elektrische Schaltungenlocation for electrical circuits
- 1818
- Einstecklochinsertion
- 1919
- Sender-ArrayTransmitter array
- 2020
- Linsen-ArrayLens array
- 2121
- Metallisierungmetallization
- 2222
-
Lot-Bumps
22 Solder bumps22 - 2323
- Laser-ChipLaser chip
- 2424
- Sender/Empfänger-ChipTransmitter / receiver chip
- 2525
- Stud-BumpsStud bumps
- 2626
- Via-LöcherVia holes
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - US 7366380 B1 [0004] - US 7366380 B1 [0004]
- - DE 10204012 A [0034] - DE 10204012 A [0034]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- - G. T. Reed et al., Silicon Photonics, Wiley, 2004, Seiten 76 bis 91 [0002] - GT Reed et al., Silicon Photonics, Wiley, 2004, pp. 76-91 [0002]
Claims (10)
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE102009023071A DE102009023071A1 (en) | 2008-05-28 | 2009-05-28 | Micro-optical coupling element for orthogonal or diagonal micro-optical coupling of optical radiation, has base body formed from layer of thin glasses and exhibiting additional layers with electrical and/or fluid function |
Applications Claiming Priority (3)
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