DE102022202304A1

DE102022202304A1 - Systeme, verfahren und vorrichtungen für optische baugruppen

Info

Publication number: DE102022202304A1
Application number: DE102022202304.8A
Authority: DE
Inventors: Avner Badihi
Original assignee: Mellanox Technologies Ltd
Current assignee: Mellanox Technologies Ltd
Priority date: 2021-03-08
Filing date: 2022-03-08
Publication date: 2022-09-08
Also published as: US11303357B1; CN115047570A

Abstract

Eine optische Vorrichtung umfasst einen Chip, einen Satz von Wellenleitern auf dem Chip, die so konfiguriert sind, dass sie während einer Datenübertragungsstufe erste optische Signale, die mit Daten moduliert sind, übertragen, und einen Ausrichtungswellenleiter auf dem Chip. Der Ausrichtungswellenleiter ist so konfiguriert, dass er ein zweites optisches Signal während einer Ausrichtungsstufe empfängt, die den Satz von Wellenleitern mit einem Kollimator mit einem Satz von Linsen ausrichtet. Der Ausrichtungswellenleiter ist so konfiguriert, dass er das zweite optische Signal vom Chip ausgibt. Das zweite optische Signal, das von dem Chip ausgegeben wird, ist ein Indikator für die Qualität der Ausrichtung zwischen dem Satz von Wellenleitern und dem Kollimator.

Description

BEREICH DER OFFENLEGUNG
Die vorliegende Offenlegung bezieht sich allgemein auf Systeme, Methoden und Geräte für optische Baugruppen.
HINTERGRUND
Wellenleiter werden in Datenübertragungssystemen eingesetzt, um eine Hochgeschwindigkeitsübertragung zu erreichen. Ein Faktor, der sich auf die Leistung dieser Systeme auswirkt, ist die Qualität der Ausrichtung zwischen den Wellenleitern auf einem Chip, der optische Signale erzeugt und/oder verarbeitet, und den Wellenleitern, die die optischen Signale zu und/oder von einem Ziel-/Quellgerät übertragen.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
Die Erfindung wird durch die Ansprüche definiert. Zur Veranschaulichung der Erfindung werden hier Aspekte und Ausführungsformen beschrieben, die in den Anwendungsbereich der Ansprüche fallen können oder auch nicht.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst eine optische Vorrichtung einen Chip, einen Satz von Wellenleitern auf dem Chip, die so konfiguriert sind, dass sie während einer Datenübertragungsstufe mit Daten modulierte erste optische Signale übertragen, und einen Ausrichtungswellenleiter auf dem Chip. Der Ausrichtungswellenleiter ist so konfiguriert, dass er ein zweites optisches Signal während einer Ausrichtungsstufe empfängt, die den Satz von Wellenleitern mit einem Kollimator, der einen Satz von Linsen enthält, ausrichtet, und das zweite optische Signal vom Chip ausgibt. Das zweite optische Signal, das von dem Chip ausgegeben wird, ist ein Indikator für die Qualität der Ausrichtung zwischen dem Satz von Wellenleitern und dem Kollimator.
Das zweite optische Signal kann von einer Quelle außerhalb des Chips und des Kollimators erzeugt werden.
Die optische Vorrichtung kann ferner Folgendes umfassen: den Kollimator mit dem Satz von Linsen, wobei der Kollimator ferner Folgendes umfasst: eine erste Linse, die so konfiguriert ist, dass sie das zweite optische Signal an ein erstes Ende des Ausrichtungswellenleiters weiterleitet; und eine zweite Linse, die so konfiguriert ist, dass sie das zweite optische Signal weiterleitet, das von einem zweiten Ende des Ausrichtungswellenleiters ausgegeben wird. Der Kollimator kann mindestens ein optisches Element enthalten, das so konfiguriert ist, dass es die ersten optischen Signale an einer Stelle zwischen dem Satz von Linsen und dem Satz von Wellenleitern reflektiert und das zweite optische Signal an einer Stelle zwischen den ersten und zweiten Linsen und den ersten und zweiten Enden des Ausrichtungswellenleiters reflektiert. Eine Oberfläche des Kollimators kann eine Nut mit einer freiliegenden Außenwand und einer verdeckten Innenwand aufweisen, wobei sich das mindestens eine optische Element an der Innenwand der Nut befindet. Die Nut kann sich von einer ersten Kante des Kollimators zu einer zweiten Kante des Kollimators erstrecken.
Der Kollimator kann einen Stufenabschnitt mit einer Fläche aus einem transparenten Material enthalten, das Licht zwischen dem Chip und dem Kollimator weiterleitet.
In der Draufsicht sind zumindest einige der Eingangs-/Ausgangsenden des Wellenleitersatzes zwischen einem ersten Ende des Ausrichtungswellenleiters und einem zweiten Ende des Ausrichtungswellenleiters angeordnet.
Der Ausrichtungswellenleiter kann auf dem Chip eine im Wesentlichen U-förmige Gestalt annehmen.
In der Draufsicht können ein erstes Ende des Ausrichtungswellenleiters und ein zweites Ende des Ausrichtungswellenleiters näher an den jeweiligen gegenüberliegenden Kanten des Chips liegen als der Großteil des Wellenleitersatzes.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst ein System einen Chip mit einem Satz von Wellenleitern und einem Ausrichtungswellenleiter sowie einen ersten Kollimator mit einem Satz von Linsen, die so konfiguriert sind, dass sie erste optische Signale zu oder von dem Satz von Wellenleitern weiterleiten, eine erste Linse, die so konfiguriert ist, dass sie ein zweites optisches Signal zu einem ersten Ende des Ausrichtungswellenleiters weiterleitet, und eine zweite Linse, die so konfiguriert ist, dass sie das von einem zweiten Ende des Ausrichtungswellenleiters empfangene zweite optische Signal weiterleitet. Das System umfasst einen zweiten Kollimator mit einem ersten Kanal, der so konfiguriert ist, dass er das zweite optische Signal durch die erste Linse des ersten Kollimators an das erste Ende des Ausrichtungswellenleiters weiterleitet, und einem zweiten Kanal, der so konfiguriert ist, dass er das durch die zweite Linse des ersten Kollimators empfangene Licht an einen Detektor weiterleitet. Das System umfasst einen Mechanismus, der so konfiguriert ist, dass er entweder den Chip oder den ersten Kollimator und den zweiten Kollimator bewegt, um die zentralen Achsen des Satzes von Wellenleitern mit den optischen Achsen des Satzes von Linsen auf der Grundlage des vom Detektor erfassten Lichts auszurichten.
Das System kann ferner eine Trägerstruktur umfassen, wobei der erste Kollimator und der zweite Kollimator zumindest vorübergehend an der Trägerstruktur befestigt sind, während der Mechanismus entweder den Chip oder die Trägerstruktur bewegt. Die Trägerstruktur kann einen ausgesparten Abschnitt aufweisen, der so konfiguriert ist, dass er den ersten Kollimator über dem zweiten Kollimator hält.
Das System kann ferner Folgendes umfassen: eine Lichtquelle, die das zweite optische Signal erzeugt; und den Detektor, der das über den zweiten Kanal empfangene Licht erfasst.
Der Mechanismus kann sowohl eine Translations- als auch eine Rotationsbewegung ausführen.
Der erste Kollimator kann einen Stufenabschnitt enthalten, der eine Wand zwischen einem ersten Abschnitt des ersten Kollimators mit einer ersten Dicke und einem zweiten Abschnitt des ersten Kollimators mit einer zweiten Dicke, die geringer als die erste Dicke ist, bildet, und wobei die ersten optischen Signale und die zweiten optischen Signale durch eine Fläche der Wand des Stufenabschnitts hindurchgehen.
Der erste Kollimator kann eine Nut mit einer freiliegenden Außenwand und einer verdeckten Innenwand umfassen, und wobei der erste Kollimator mindestens ein optisches Element an der Innenwand der Nut umfasst, das so konfiguriert ist, dass es die ersten optischen Signale, die durch die Fläche der Wand von dem Satz von Wellenleitern empfangen werden, zu dem Satz von Linsen reflektiert, und dass es die ersten optischen Signale, die von dem Satz von Linsen empfangen werden, zu dem Satz von Wellenleitern durch die Fläche der Wand reflektiert, und wobei das mindestens eine optische Element so konfiguriert ist, dass es das zweite optische Signal, das durch die erste Linse empfangen wird, in Richtung des ersten Endes des Ausrichtungswellenleiters durch die Fläche der Wand reflektiert und das zweite optische Signal, das von dem zweiten Ende des Ausrichtungswellenleiters durch die Fläche der Wand empfangen wird, in Richtung der zweiten Linse reflektiert.
Der Chip und/oder der erste Kollimator können eine oder mehrere Ausrichtungsmarkierungen aufweisen, um die grobe Ausrichtung des Chips und des ersten Kollimators zu unterstützen.
Der Mechanismus, der so konfiguriert ist, dass er den Chip bewegt, kann ferner so konfiguriert sein, dass er mindestens eine Eigenschaft des vom Detektor erfassten Lichts überwacht und den Chip so bewegt, dass die mindestens eine Eigenschaft des vom Detektor erfassten Lichts maximiert wird.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Verfahren das Erzeugen eines optischen Signals durch eine externe Quelle, das Leiten des optischen Signals durch einen ersten Kanal eines ersten Kollimators, das Leiten des vom ersten Kanal empfangenen optischen Signals durch einen zweiten Kollimator zu einem ersten Wellenleiter auf einem Chip, das Leiten des vom zweiten Kollimator empfangenen optischen Signals durch den ersten Wellenleiter, des ersten Kollimators zu einem ersten Wellenleiter auf einem Chip, Weiterleiten des vom zweiten Kollimator empfangenen optischen Signals durch den ersten Wellenleiter zu einem zweiten Kanal des ersten Kollimators, Erfassen des vom zweiten Kanal empfangenen optischen Signals und Bewegen entweder des Chips oder des ersten Kollimators und des zweiten Kollimators auf der Grundlage des erfassten optischen Signals, um einen Satz von Wellenleitern einschließlich des ersten Wellenleiters auf dem Chip mit dem zweiten Kollimator auszurichten.
Jedes Merkmal eines Aspekts oder einer Ausführungsform kann auf andere Aspekte oder Ausführungsformen angewandt werden, und zwar in jeder geeigneten Kombination. Insbesondere kann jedes Merkmal eines Verfahrensaspekts oder einer Verfahrensausführungsform auf einen Vorrichtungsaspekt oder eine Vorrichtungsausführungsform angewandt werden und umgekehrt.
Weitere Merkmale und Vorteile werden hier beschrieben und sind aus der folgenden Beschreibung und den Figuren ersichtlich.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird in Verbindung mit den beigefügten Figuren beschrieben, die nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet sind:

1 zeigt ein optisches System gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel;
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Ausrichtungssystem gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel zeigt;
Die 3A und 3B zeigen Details für einen Teil des Systems in 2 gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel;
4 zeigt eine Ansicht des Kollimators, der auf einem Chip montiert ist oder gerade montiert wird, gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel;
Die 5A und 5B zeigen perspektivische Ansichten von Elementen des Systems von 2 gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel;
Die 6A, 6B und 6C zeigen verschiedene Ansichten des Systems in 2 gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel; und
7 zeigt ein Verfahren gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die nachfolgende Beschreibung enthält lediglich Ausführungsbeispiele und soll den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Ausgestaltung der Ansprüche nicht einschränken. Vielmehr soll die nachfolgende Beschreibung dem Fachmann eine Anleitung zur Umsetzung der beschriebenen Ausführungsformen geben. Es versteht sich, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.
Aus der folgenden Beschreibung und aus Gründen der Recheneffizienz wird deutlich, dass die Komponenten des Systems an jedem geeigneten Ort innerhalb eines verteilten Netzwerks von Komponenten angeordnet werden können, ohne dass dies Auswirkungen auf den Betrieb des Systems hat.
Darüber hinaus kann es sich bei den verschiedenen Verbindungen, die die Elemente miteinander verbinden, um verdrahtete, leitungsgebundene oder drahtlose Verbindungen oder um eine beliebige Kombination davon oder um jedes andere geeignete bekannte oder später entwickelte Element handeln, das in der Lage ist, Daten an die und von den verbundenen Elementen zu liefern und/oder zu übermitteln. Als Übertragungsmedien können beispielsweise alle geeigneten Träger für elektrische Signale verwendet werden, einschließlich Koaxialkabel, Kupferdraht und Glasfaserkabel, elektrische Leiterbahnen auf einer Leiterplatte oder ähnliches.
Die hier verwendeten Ausdrücke „mindestens eines“, „eines oder mehrere“, „oder“ und „und/oder“ sind unbestimmte Ausdrücke, die sowohl konjunktiv als auch disjunktiv verwendet werden können. Zum Beispiel bedeutet jeder der Ausdrücke „mindestens eines von A, B und C“, „mindestens eines von A, B oder C“, „eines oder mehrere von A, B und C“, „eines oder mehrere von A, B oder C“, „A, B und/oder C“ und „A, B oder C“ A allein, B allein, C allein, A und B zusammen, A und C zusammen, B und C zusammen oder A, B und C zusammen.
Die Begriffe „ermitteln“ und „berechnen“ sowie deren Abwandlungen werden hier austauschbar verwendet und schließen jede geeignete Art von Methodik, Prozess, Vorgang oder Technik ein.
Verschiedene Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden hier unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben, die schematische Darstellungen von idealisierten Konfigurationen sein können.
Sofern nicht anders definiert, haben alle hier verwendeten Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe) die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Offenbarung gehört, allgemein verstanden wird. Es versteht sich ferner, dass Begriffe, wie sie in allgemein gebräuchlichen Wörterbüchern definiert sind, so ausgelegt werden sollten, dass sie eine Bedeutung haben, die mit ihrer Bedeutung im Zusammenhang mit dem relevanten Stand der Technik und dieser Offenbarung übereinstimmt.
Die hier verwendeten Singularformen „ein“ und „die“ schließen auch die Pluralformen ein, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „einschließen“, „umfassend“, „beinhaltet“, „umfassen“, „umfasst“ und/oder „enthaltend“, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein bestimmter Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, jedoch nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Der Begriff „und/oder“ schließt alle Kombinationen von einem oder mehreren der aufgeführten Punkte ein.
Erfindungsgemäße Konzepte beziehen sich auf ein mikrooptisches Element (einen ersten Kollimator) mit einem Array von Mikrolinsen und Spiegeln, die auf einen Satz von Single-Mode-Wellenleitern ausgerichtet werden können, die in regelmäßigen Abständen auf einem Halbleitersubstrat oder Silizium-Photonik (SiP)-Chip angeordnet sind, um eine Kopplung des Wellenleitereingangs/-ausgangs auf dem SiP-Chip zu ermöglichen und den optischen Strahl in einen kollimierten Lichtstrahl oder ein Array kollimierter Lichtstrahlen umzuwandeln, die durch das mikrooptische Element auf den SiP-Chip einfallen oder von diesem ausgegeben werden.
Das mikrooptische Element kann direkt auf die Oberfläche des SiP-Chips geklebt werden. Die Baugruppe koppelt die Linsen/Objektive optisch genau an die Enden der Wellenleiter mit einem geringen Einfügungsverlust und stellt einen Pfad zwischen den kollimierten Lichtstrahlen und den Wellenleitern auf der Oberfläche des SiP-Chips bereit.
Im Allgemeinen wird ein kollimierter Lichtstrahl durch einen zweiten Kollimator bereitgestellt, der den Lichtstrahl aus einer Single-Mode-Faser (SMF) kollimiert. Der SiP-Chip verfügt über eine „Rückkopplungsschleife“, die als „U“-förmiger Wellenleiter mit einem Ende, das mit einem Eingangslichtstrahl gekoppelt werden kann, und einem Ende, das den Lichtstrahl ausgibt, ausgeführt werden kann. Der zweite Kollimator enthält einen ersten Kanal, der optisch mit einer Lichtquelle verbunden ist, die einen kollimierten Lichtstrahl aussendet. Derselbe zweite Kollimator hat einen zweiten Kanal, der mit einem Lichtdetektor verbunden ist, der die rückgekoppelte Version des kollimierten Lichtstrahls vom Ausgangsende des Rückkopplungswellenleiters empfängt.
Während des Ausrichtungsprozesses wird der erste Kollimator mit einer Genauigkeit von 3 um bis 5 um in eine feste Position in Bezug auf den zweiten Kollimator gebracht. Anschließend wird der SiP-Chip durch mechanisches passives Platzieren des Chips relativ zum ersten Kollimator mit einer Genauigkeit von 2 um bis 3 um grob auf den ersten Kollimator ausgerichtet. Zur Ausrichtung wird der kollimierte Laserstrahl aus dem ersten Kanal des zweiten Kollimators in eine bestimmte Linse des ersten Kollimators eingekoppelt, die mit der Rückkopplungsschleife auf dem Chip verbunden ist. Der Detektor empfängt den kollimierten Lichtstrahl, der von einer zweiten bezeichneten Linse des ersten Kollimators und dem zweiten Kanal des zweiten Kollimators durch die Rückkopplungsschleife geleitet wird. In mindestens einem Ausführungsbeispiel werden der erste und der zweite Kollimator von einer Halterung gehalten, und der SiP-Chip wird von einem Chiphalter gehalten und bewegt. Die erfindungsgemäßen Konzepte führen eine semi-aktive Ausrichtung durch, bei der der SiP-Chip auf der Grundlage der Maximierung des Lichts, das durch die Rückkopplungsschleife geht, auf den ersten Kollimator ausgerichtet wird. Insbesondere muss der SiP-Chip selbst nicht mit Strom versorgt werden. Nach der Ausrichtung können der SiP-Chip und der erste Kollimator durch einen transparenten Klebstoff zwischen dem SiP-Chip und dem ersten Kollimator miteinander verbunden werden. Die Aushärtung des Klebstoffs kann je nach Art des Klebstoffs durch UV-Strahlung oder durch katalytische Aushärtung erfolgen.
Im Allgemeinen beziehen sich die erfinderischen Konzepte auf ein System zur Kopplung des SiP-Chips mit einem Kollimator. Der Kollimator kann ein passiver Block aus Silizium oder einem anderen geeigneten Material sein, der horizontal divergierende Lichtstrahlen, die auf die oder von der SiP-Chip-Frontfläche emittiert werden, in vertikale kollimierte Lichtstrahlen umlenkt. Der Kollimator umfasst Kollimations-/Fokussierungslinsen auf einer Seite, einen 45°-Spiegel oder ein anderes optisches Element auf der gegenüberliegenden Seite sowie einen geätzten Teil, der das Einsetzen des SiP-Chips ermöglicht. Der untere Teil des SiP-Chips kann Ausrichtungsmarkierungen enthalten, um eine erste „grobe“ Ausrichtung zwischen dem SiP-Chip und dem Kollimator vor einer kurzen aktiven Ausrichtung vorzunehmen, die die Teile in optische Übereinstimmung bringt. Die anfängliche Grobausrichtung bringt den SiP-Chip in einen Abstand von etwa 1 µm bis 2µm vom optimalen Kopplungspunkt des Kollimators.
Nach der Grobausrichtung aktiviert das System den Ausrichtungsprozess, der Licht in ein Ende der Wellenleiterschleife auf dem SiP-Chip sendet und Licht am anderen Ende der Wellenleiterschleife ausgibt. Die Position des z-Achsen-Kopplungspunkts kann durch diesen Prozess festgelegt werden. Durch die Überwachung der Rückkopplungsschleife und die erforderlichen Anpassungen in sechs Achsen, darunter die X-, Y- und Z-Achse sowie die drei Winkelachsen, wird eine optimale oder verbesserte Kopplung zwischen dem SiP-Chip und dem Kollimator erreicht.
Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein System zur Ausrichtung eines Kollimators mit Linsen und einem Chip mit Wellenleitern, die den Linsen entsprechen. Der Chip enthält einen speziellen Ausrichtungswellenleiter zur Durchführung der Ausrichtung, wobei der Ausrichtungswellenleiter als Rückkopplungsschleife für ein externes optisches Signal dient. Während eines Ausrichtungsvorgangs empfängt der Ausrichtungswellenleiter das externe optische Signal durch den Kollimator und leitet es durch denselben Kollimator an einen Detektor zurück. Die rückgekoppelte Version des vom Detektor erfassten optischen Signals ist ein Indikator für den Grad der Ausrichtung zwischen Kollimator und Chip, und ein Mechanismus bewegt den Chip (oder den Kollimator), um mindestens eine Eigenschaft des vom Detektor erfassten optischen Signals zu maximieren. Der Chip und der Kollimator gelten als ausgerichtet, wenn die mindestens eine Eigenschaft maximiert wird oder einen akzeptablen Wert erreicht.
1 zeigt ein optisches System 100 gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel. Das optische System 100 umfasst ein Gerät 104, ein Kommunikationsnetz 108 und ein Gerät 112. In mindestens einem Ausführungsbeispiel entsprechen die Geräte 104 und 112 einem oder mehreren Personal Computern (PC), einem Laptop, einem Tablet, einem Smartphone, einem Server, einer Sammlung von Servern oder Ähnlichem. In einigen Ausführungsformen können die Geräte 104 und 112 jedem geeigneten Gerätetyp entsprechen, der mit anderen Geräten kommuniziert, die ebenfalls mit einem gemeinsamen Typ von Kommunikationsnetz 108 verbunden sind. Als weiteres spezifisches, aber nicht einschränkendes Beispiel können die Geräte 104 und 112 Servern entsprechen, die Informationsressourcen, Dienste und/oder Anwendungen für Benutzergeräte, Client-Geräte oder andere Hosts im System 100 anbieten.
Beispiele für das Kommunikationsnetz 108, das zur Verbindung der Geräte 104 und 112 verwendet werden kann, sind ein Internetprotokoll (IP)-Netz, ein Ethernet-Netz, ein InfiniBand (IB)-Netz, ein Fibre-Channel-Netz, das Internet, ein zellulares Kommunikationsnetz, ein drahtloses Kommunikationsnetz, Kombinationen davon (z. B. Fibre Channel over Ethernet), Varianten davon und/oder dergleichen. In einem spezifischen, aber nicht einschränkenden Beispiel ist das Kommunikationsnetz 108 ein Netz, das die Datenübertragung zwischen den Geräten 104 und 112 unter Verwendung optischer Signale ermöglicht. In diesem Fall können die Geräte 104 und 112 und das Kommunikationsnetz 108 Wellenleiter (z. B. optische Fasern) enthalten, die die optischen Signale übertragen. Wie im Folgenden näher erläutert, beziehen sich Beispielausführungen auf die Ausrichtung der Wellenleiter der Geräte 104 und 112 mit entsprechenden Kollimatoren, um die Kommunikation über das Kommunikationsnetz 108 zu ermöglichen.
Das Gerät 104 enthält einen Transceiver 116 zum Senden und Empfangen optischer Signale. Die optischen Signale können mit Daten moduliert werden. In mindestens einem Ausführungsbeispiel kann ein Silizium-Photonik-Chip (SiP) alle oder einige der Elemente des Transceivers 116 enthalten. Wie nachstehend näher erläutert, kann der SiP-Chip Wellenleiter enthalten, die die optischen Signale übertragen, und die Wellenleiter sollten genau auf einen Kollimator ausgerichtet sein, so dass Licht, das durch einen Wellenleiter geht, auch durch eine entsprechende Linse des Kollimators geht.
Die Vorrichtung 112 kann einen Transceiver 120 zum Senden und Empfangen von mit Daten modulierten optischen Signalen enthalten. Der gleiche oder ein ähnlicher Aufbau wie beim Transceiver 116 kann auf den Transceiver 120 angewandt werden, so dass der Aufbau des Transceivers 120 nicht gesondert beschrieben wird.
Wie in 1 gezeigt, enthält die Sende-/Empfangseinheit 116 einen lichtemittierenden Teil oder eine Lichtquelle zur Erzeugung optischer Signale, z. B. einen Diodenlaser 124. Bei dem Diodenlaser 124 kann es sich um einen einzelnen Diodenlaser oder um eine Anordnung von Diodenlasern handeln, je nach Konstruktionspräferenz. Die Sende- und Empfangseinrichtung 116 umfasst ferner einen Treiber für die lichtemittierenden Teile, wie den Diodenlaser-Treiber 128, der eine geeignete Treiberschaltung enthalten kann, um den Diodenlaser 124 zu veranlassen, Licht (z. B. moduliertes Licht) unter Steuerung der Verarbeitungsschaltung 132 zu emittieren. Alternativ kann der Diodenlaser 124 eine kontinuierliche, nicht variierende Lichtleistung abgeben, und die Lichtmodulation wird durch ein optisches Element auf dem SiP-Chip, wie z. B. einen Mach-Zender-Modulator, einen Frankc-Keldish-Modulator oder einen Mikroringmodulator, übertragen. Der Transceiver 116 kann außerdem eine Verarbeitungsschaltung 132, eine Verstärkerschaltung 140 und einen Detektor 136 enthalten. Dabei ist zu beachten, dass der Diodenlaser 124 und der Diodenlaser-Treiber 128 Elemente sind, die mit den Sendefähigkeiten des Transceivers 116 in Verbindung stehen, während der Detektor 136 und die Verstärkerschaltung 140 Elemente sind, die mit den Empfangsfähigkeiten des Transceivers 116 in Verbindung stehen.
Die Verarbeitungsschaltung 132 kann aus Software, Hardware oder einer Kombination davon bestehen. Die Verarbeitungsschaltung 132 kann beispielsweise einen Speicher mit ausführbaren Anweisungen und einen Prozessor (z. B. einen Mikroprozessor) umfassen, der die Anweisungen im Speicher ausführt. Der Speicher kann jedem geeigneten Typ von Speichervorrichtung oder einer Sammlung von Speichervorrichtungen entsprechen, die zum Speichern von Anweisungen konfiguriert sind. Nicht einschränkende Beispiele für geeignete Speichervorrichtungen, die verwendet werden können, sind Flash-Speicher, Random Access Memory (RAM), Read Only Memory (ROM), Varianten davon, Kombinationen davon oder ähnliches. In einigen Ausführungsformen können der Speicher und der Prozessor in ein gemeinsames Gerät integriert sein (z. B. kann ein Mikroprozessor einen integrierten Speicher enthalten). Zusätzlich oder alternativ kann die Verarbeitungsschaltung 132 aus Hardware bestehen, z. B. aus einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC). Andere, nicht einschränkende Beispiele für die Verarbeitungsschaltung 132 sind ein IC-Chip (Integrated Circuit), eine CPU (Central Processing Unit), eine GPU (General Processing Unit), ein Mikroprozessor, ein FPGA (Field Programmable Gate Array), eine Sammlung von Logikgattern oder Transistoren, Widerständen, Kondensatoren, Induktoren, Dioden oder Ähnliches. Einige oder alle der Verarbeitungsschaltungen 132 können auf einer Leiterplatte (PCB) oder einer Sammlung von PCBs bereitgestellt werden. Es sollte berücksichtigt werden, dass jede geeignete Art von elektrischen Komponenten oder eine Sammlung von elektrischen Komponenten für die Aufnahme in die Verarbeitungsschaltung 132 geeignet sein kann. Die Verarbeitungsschaltung 132 kann Signale an und/oder von anderen Elementen des Sendeempfängers 116 senden und/oder empfangen, um den Gesamtbetrieb des Sendeempfängers 116 zu steuern.
Der Detektor 136 kann einen optischen Detektor zur Erfassung optischer Signale umfassen. Der Detektor 136 kann beispielsweise eine oder mehrere Fotodioden oder andere Fotosensoren (z. B. Fototransistoren, Avalanche-Fotodioden und/oder ähnliche) zur Umwandlung von einfallendem Licht in elektrische Signale enthalten. In mindestens einem Ausführungsbeispiel kann der Detektor 136 eine Vielzahl von Fotosensoren in einem Array umfassen, wobei jeder Fotosensor mit einem Pixel im Array verbunden ist.
Die Verstärkerschaltung 140 kann eine Schaltung zur Verstärkung der vom Detektor 136 ausgegebenen elektrischen Signale umfassen, um sicherzustellen, dass die Verarbeitungsschaltung 132 die elektrischen Signale mit ausreichender Amplitude empfängt. Ein spezifisches, aber nicht einschränkendes Beispiel für die Verstärkerschaltung 140 ist ein oder mehrere Transimpedanzverstärker (TIAs). Zusätzlich oder alternativ können auch andere geeignete, allgemein bekannte Verstärkerschaltungen verwendet werden.
Obwohl nicht explizit dargestellt, sollte klar sein, dass die Geräte 104 und 112 auch andere Verarbeitungsgeräte, Speichergeräte und/oder Kommunikationsschnittstellen enthalten können, die im Allgemeinen mit Rechenaufgaben, wie dem Senden und Empfangen von Daten, verbunden sind.
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Ausrichtungssystem 200 gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel zeigt. Das System 200 umfasst einen Chip 204, einen ersten Kollimator 208, einen zweiten Kollimator 212, einen Ausrichtungsmechanismus 216, eine Trägerstruktur 220, eine Lichtquelle 224 und einen Detektor 228. Das System 200 dient zum Ausrichten des Chips 204 mit dem Kollimator 208 und zum Verkleben der beiden Elemente, sobald sie ausgerichtet sind. Der Chip 204 kann dem oben erwähnten SiP-Chip entsprechen, und obwohl nicht explizit dargestellt, kann der Chip 204 ein oder mehrere Elemente des Transceivers 116 enthalten. Der Chip 204 kann außerdem Wellenleiter enthalten, die an einer Oberfläche des Chips 204 befestigt sind. Einer der Wellenleiter kann ein Ausrichtungswellenleiter 206 sein, der während der Ausrichtungsphase oder des Prozesses verwendet wird, der den Chip 204 mit dem Kollimator 208 ausrichtet. Der Chip 204 kann aus Silizium oder einem anderen geeigneten Substratmaterial bestehen.
Der Kollimator 208 kann eine Vielzahl von Linsen enthalten, die in einem Linsenblock angeordnet sind. Wenn der Kollimator 208 und der Chip 204 zusammengebaut sind, kann jede Linse Licht zu und/oder von einem entsprechenden Wellenleiter auf dem Chip 204 leiten. Der Kollimator 208 wird während eines Ausrichtungsvorgangs auf dem Chip 204 befestigt.
Der Kollimator 212 kann dem oben erwähnten zweiten Kollimator entsprechen und ebenfalls eine Vielzahl von Linsen umfassen, um Licht zum und/oder vom Kollimator 208 zu leiten. Der Kollimator 212 kann ferner Wellenleiter umfassen, die optische Signale zwischen dem Kollimator 208 und der Lichtquelle 224 und dem Detektor 228 übertragen. Der Kollimator 212 kann ganz oder teilweise in der Trägerstruktur 200 untergebracht sein. Zum Beispiel kann die Trägerstruktur 220 einen Hohlraum enthalten, der den Kollimator 212 an seinem Platz hält (siehe 6B und 6C).
Der Mechanismus 216 umfasst geeignete Hardware und/oder Software und Teilmechanismen, um die Ausrichtung zwischen dem Chip 204 und dem Kollimator 208 zu erreichen. Zum Beispiel kann der Mechanismus 216 eine Haltevorrichtung 230 umfassen, um den Chip 204 abnehmbar zu halten. Die Haltevorrichtung 230 kann eine Vakuumvorrichtung, eine Klemme oder eine andere geeignete Komponente zum Halten des Chips 204 über der Trägerstruktur 220 und zum Freigeben des Chips 204 umfassen, wenn dieser bereit ist.
Der Mechanismus 216 kann automatisch, manuell oder in einer Kombination davon gesteuert werden. Die automatische Steuerung kann beinhalten, dass der Verarbeitungsschaltkreis 246 oder eine andere Rechenvorrichtung des Mechanismus 216 vorprogrammierte Anweisungen ausführt, um sich in einer bestimmten Weise zu bewegen, um den Chip 204 mit dem Kollimator 208 auszurichten. Die manuelle Steuerung kann beinhalten, dass ein Bediener Steuersignale über ein Eingabegerät 232, wie z. B. eine Tastatur, eine Maus, einen Joystick, Tasten und/oder Ähnliches, in den Mechanismus 216 eingibt. Der Mechanismus 216 kann Signale bezüglich der Qualität der Ausrichtung zwischen dem Chip 204 und dem Kollimator 208 senden und/oder empfangen. Beispielsweise kann der Mechanismus 216 in drahtgebundener und/oder drahtloser Kommunikation mit der Trägerstruktur 220 stehen, um während eines Ausrichtungsprozesses Informationen zu sammeln. In mindestens einem Ausführungsbeispiel können solche Informationen mindestens eine Eigenschaft des von der Lichtquelle 224 ausgesandten Signals und/oder des vom Detektor 228 erfassten Signals umfassen. Solche Signaleigenschaften können Signalleistung, Leistungsdichte, Kohärenz, Wellenlänge, räumliches Profil, zeitliches Profil und/oder Ähnliches umfassen. Der Mechanismus 216 und/oder der Bediener können die Signalinformationen verwenden, um die Ausrichtung des Chips 204 mit dem Kollimator 208 zu unterstützen.
Der Mechanismus 216 kann außerdem Bewegungskomponenten 234 enthalten, die es dem Mechanismus 216 oder der Haltevorrichtung 230, die den Chip 204 hält, ermöglichen, sich in alle Richtungen zu bewegen (z. B. in x-, y- und z-Richtung sowie in drei Winkelrichtungen). Die Bewegungskomponenten 234 können alle geeigneten mechanischen Komponenten, elektromechanischen Komponenten, elektrischen Komponenten und Steuerungen umfassen, die eine Bewegung in alle Richtungen ermöglichen.
In mindestens einem Ausführungsbeispiel umfasst der Mechanismus 216 eine oder mehrere Kameras 236, die bewegte und/oder unbewegte Bilder des Ausrichtungsprozesses liefern (z. B. Nahaufnahmen des Chips 204 und des Kollimators 208), sowie ein oder mehrere Displays 240, die dem Bediener diese bewegten und/oder unbewegten Bilder anzeigen.
Der Mechanismus 216 kann zusätzliche Komponenten enthalten, die geeignet sind, den Chip 204 an den Kollimator 208 zu kleben oder anderweitig zu fixieren, sobald die richtige Ausrichtung erreicht ist. So umfasst der Mechanismus 216 beispielsweise einen beweglichen Applikator 244 zum Auftragen von Klebstoff auf den Chip 204 und/oder den Kollimator 208. Für den Fall, dass der Klebstoff ausgehärtet werden muss (z. B. UV-Härtung oder Wärme-/Infrarot-(IR)-Härtung), kann der Mechanismus 216 außerdem eine Vorrichtung zur Aushärtung umfassen (z. B. eine UV-Lichtquelle oder eine Wärme-/IR-Quelle).
Obwohl die Eingabevorrichtung 232, die Kamera 236, das Display 240 und der Applikator 244 als Teil des Mechanismus 216 dargestellt sind, kann eines oder mehrere dieser Elemente auch in einer oder mehreren vom Mechanismus 216 getrennten, aber drahtgebundenen und/oder drahtlosen Vorrichtungen enthalten sein.
Die Trägerstruktur 220 stützt den Kollimator 208 und hält ihn beispielsweise mit einer Klemme, einer Aussparung für den Kollimator 208, einem Vakuumhalter oder einem anderen geeigneten Mechanismus zur abnehmbaren Befestigung des Kollimators 208 an der Trägerstruktur 220 während des Ausrichtungsprozesses fest. Die Trägerstruktur 220 kann ferner den Kollimator 212, die Lichtquelle 224 und/oder den Detektor 228 enthalten. In den 6B und 6C ist ein Beispiel für die Trägerstruktur 220 detaillierter dargestellt. In jedem Fall trägt die Stützstruktur 220 dazu bei, den Kollimator 208 mit dem Kollimator 212 innerhalb von etwa 3 um bis 5 um auszurichten. Anders ausgedrückt, jede Linse des Kollimators 208 ist innerhalb von 3 um bis 5 um einer entsprechenden Linse des Kollimators 212 ausgerichtet.
Die Lichtquelle 224 kann Licht emittieren, das während des Ausrichtungsprozesses verwendet wird. In mindestens einem Ausführungsbeispiel umfasst die Lichtquelle 224 einen oder mehrere Diodenlaser oder andere Laser, die kollimiertes Licht emittieren. Der Detektor 228 erfasst das vom Chip 204 durch die Kollimatoren 208 und 212 zurückgeworfene Licht. Der Detektor 228 kann einen oder mehrere fotoelektrische Umwandlungsbereiche (z. B. Fotodioden) enthalten, die empfangenes Licht in elektrische Ladung umwandeln. Der Detektor 228 kann einen Verarbeitungsschaltkreis zur Überwachung mindestens einer Eigenschaft des erfassten Lichts enthalten.
Die Verarbeitungsschaltung 246 kann jede geeignete Software und/oder Hardware zur Steuerung des Mechanismus 216 und/oder anderer Elemente des Systems 200 enthalten. Der Verarbeitungsschaltkreis 246 kann auf die gleiche oder ähnliche Weise wie der Verarbeitungsschaltkreis 132 implementiert werden. Der Verarbeitungsschaltkreis 246 kann in verdrahteter oder drahtloser Kommunikation mit der Lichtquelle 224, dem Detektor 228 und/oder anderen nicht dargestellten Elementen des Systems 200 stehen. Die Verarbeitungsschaltung 246 kann mindestens eine Eigenschaft des vom Detektor 228 detektierten Lichts überwachen (oder Informationen empfangen, die auf die mindestens eine Eigenschaft hinweisen) und den Mechanismus 216 in Reaktion auf die mindestens eine Eigenschaft des detektierten Lichts betätigen, um den Chip 204 in Ausrichtung mit dem Kollimator 208 zu bewegen und den Chip 204 und den Kollimator 208 zusammenzukleben.
Während einer Ausrichtungsphase oder eines Ausrichtungsprozesses werden der Chip 204 und der Kollimator 208 durch den Mechanismus 216 in eine grobe Ausrichtung gebracht (z. B. innerhalb von 1 um bis 10 um). Die Unterseite des Chips 204 und/oder die Oberseite des Kollimators 208 können eine oder mehrere Ausrichtungsmarkierungen oder Referenzpunkte enthalten, um die Grobausrichtung des Chips 204 und des Kollimators 208 zu unterstützen. Nach der groben Ausrichtung erfolgt eine feinere Ausrichtung. Während des Feinausrichtungsprozesses wird die Lichtquelle 224 so gesteuert, dass sie Licht aussendet, das durch die Kollimatoren 212 und 208 in den Ausrichtungswellenleiter 206 auf dem Chip 204 gelangt. Der Ausrichtungswellenleiter 206 fungiert als Rückkopplungsmechanismus, indem er das von den Kollimatoren 212 und 208 empfangene Licht durch die Kollimatoren 208 und 212 zurück an den Detektor 228 leitet. Eine oder mehrere Eigenschaften des vom Detektor 228 detektierten Lichts werden untersucht, um die Qualität der Ausrichtung zwischen dem Chip 204 und dem Kollimator 208 zu bestimmen, und der Mechanismus 216 wird so gesteuert, dass er den Chip 204 relativ zum Kollimator 208 bewegt, bis die eine oder mehrere Eigenschaften des vom Detektor 228 detektierten Lichts im Vergleich zum von der Lichtquelle 224 ausgegebenen Licht maximiert (oder nahezu maximiert) oder optimiert (oder nahezu optimiert) sind. Mit anderen Worten, das Licht, das vom Ausrichtungswellenleiter 206 empfangen und zum Detektor 228 zurückgeführt wird, ist ein Indikator für die Qualität der Ausrichtung zwischen dem Satz von Wellenleitern 248 und dem Kollimator 208, weil die eine oder mehrere Eigenschaften des Lichts, die am Detektor 228 überwacht werden, sich in Abhängigkeit davon ändern, wie viel Licht vom Ausrichtungswellenleiter 206 zum Detektor 228 zurückgeführt wird, verglichen mit dem von der Quelle 224 ausgegebenen Licht. Wenn das System 200 (z. B. die Verarbeitungsschaltung 246) beispielsweise die Signalintensität des optischen Signals überwacht, das durch den Ausrichtungswellenleiter 206 zurückgeführt wird, dann kann eine verringerte Signalintensität im Vergleich zu dem von der Quelle 224 ausgegebenen Signal eine Ausrichtung schlechterer Qualität anzeigen, während eine erhöhte Signalintensität eine Ausrichtung höherer Qualität anzeigen kann.
Nach Erreichen eines oder mehrerer gewünschter Werte für die eine oder mehrere Lichteigenschaften wird der Chip 204 mit einem Klebstoff oder einem anderen geeigneten Befestigungsmaterial am Kollimator 208 befestigt. Der oben beschriebene Ausrichtungsprozess kann jeden Wellenleiter auf dem Chip 204 innerhalb von 0,1 um einer entsprechenden Linse des Kollimators 208 bringen.
Die 3A und 3B zeigen Details für einen Teil des Systems 200 in 2 gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel.
3A zeigt eine Draufsicht auf die Unterseite des Chips 204 und 3B ist eine schematische Darstellung, die Ansichten des Kollimators 208 und des Kollimators 212 zeigt. Wie dargestellt, sind der Ausrichtungswellenleiter 206 und ein Satz von Wellenleitern 248 an der Unterseite des Chips 204 befestigt. Die Anzahl der Wellenleiter 248 kann je nach Gestaltungswunsch variieren. In mindestens einem Ausführungsbeispiel umfasst der Satz von Wellenleitern 248 50 Wellenleiter, die in regelmäßigen Abständen auf dem Chip 204 angeordnet sind. Obwohl nicht explizit dargestellt, zeigen die Ellipsen an, dass der Satz von Wellenleitern 248 weiter reichen kann als dargestellt. So kann der Satz von Wellenleitern 248 beispielsweise so angeordnet sein, dass er einem entsprechenden Detektor oder einer Lichtquelle auf dem Chip 204 entspricht. Der Satz von Wellenleitern 248 auf dem Chip 204 kann so konfiguriert sein, dass er erste optische Signale, die mit Daten moduliert sind, während einer Datenübertragungsphase überträgt, die nach einer Ausrichtungsphase stattfindet, in der der Chip 204 und der Kollimator 208 ausgerichtet werden.
Andererseits ist der Ausrichtungswellenleiter 206 so konfiguriert, dass er ein zweites optisches Signal während einer Ausrichtungsphase empfängt, die den Satz von Wellenleitern 248 mit dem Kollimator 208 ausrichtet. Der Ausrichtungswellenleiter 206 ist so konfiguriert, dass er das zweite optische Signal von dem Chip 204 ausgibt. Das zweite optische Signal kann, falls gewünscht, mit Daten moduliert werden, eine solche Modulation ist jedoch nicht erforderlich. Wie hier erläutert, ist das zweite optische Signal, das vom Chip 204 ausgegeben wird, ein Indikator für die Qualität der Ausrichtung zwischen dem Satz von Wellenleitern 248 und dem Kollimator 208. Ziel ist es, den Chip 204 mit dem Kollimator 208 so auszurichten, dass die Mittelachsen des Wellenleitersatzes 248 auf die optischen Achsen des Linsensatzes 256 ausgerichtet sind, wodurch eine hocheffiziente Übertragung oder ein hocheffizienter Empfang der mit Daten modulierten optischen Signale während der Datenübertragungsphase gewährleistet wird.
Wie in 3B kann der Ausrichtungswellenleiter 206 eine U-förmige Struktur haben und sich um einen äußeren Bereich des Chips 204 von einem Ende des Chips 204 zu einem gegenüberliegenden Ende des Chips 204 erstrecken. Der Ausrichtungswellenleiter 206 kann jedoch jede geeignete Form und/oder Anordnung auf dem Chip 204 relativ zu den Wellenleitern 248 haben, solange ein Ende E1 des Ausrichtungswellenleiters 206 in der Lage ist, ein optisches Signal vom Kollimator 208 zu empfangen, und das andere Ende E2 des Ausrichtungswellenleiters 206 in der Lage ist, das optische Signal an den Kollimator 208 während einer Ausrichtungsphase oder eines Ausrichtungsprozesses auszugeben, bei dem der Kollimator 208 mit den Wellenleitern 248 des Chips 204 ausgerichtet wird.
Zumindest einige der Eingangs-/Ausgangsenden des Satzes von Wellenleitern 248 sind zwischen dem ersten Ende E1 des Ausrichtungswellenleiters 206 und dem zweiten Ende E2 des Ausrichtungswellenleiters 206 angeordnet. Zum Beispiel sind das erste Ende E1 des Ausrichtungswellenleiters 206 und das zweite Ende E2 des Ausrichtungswellenleiters 206 näher an den jeweiligen gegenüberliegenden Kanten des Chips 204 als die Mehrheit des Satzes von Wellenleitern 248. In dem Beispiel von 3A sind alle Eingangs-/Ausgangsenden der Wellenleiter 248 zwischen dem ersten und zweiten Ende E1 und E2 des Ausrichtungswellenleiters 206 angeordnet. Die Ausführungsbeispiele sind jedoch nicht darauf beschränkt, und ein oder mehrere Wellenleiter 248 können zwischen einem Ende E1 und/oder E2 und einer entsprechenden Kante des Chips 204 angeordnet sein.
Wie in den 3A und 3B gezeigt, umfasst der Kollimator 208 eine Oberfläche 252. Die Oberfläche 252 kann einen Satz von darauf angeordneten Linsen 256a bis 256n enthalten. Jede Linse 256 ist auf oder in dem Kollimator 208 angeordnet, um Licht zu und/oder von einem Eingangs-/Ausgangsende der Wellenleiter 206 und 248 auf dem Chip 204 weiterzuleiten. 3B zeigt ein Beispiel, bei dem sich die Linsen 256a bis 256n auf der Oberfläche 252 befinden, aber die Linsen 256a bis 256n können auch teilweise oder ganz in die Oberfläche 252 eingebettet sein. Eine erste Linse 256a ist so konfiguriert, dass sie das zweite optische Signal an ein erstes Ende E1 des Ausrichtungswellenleiters 206 weiterleitet. Eine zweite Linse 256n ist so konfiguriert, dass sie das zweite optische Signal, das von einem zweiten Ende E2 des Ausrichtungswellenleiters 206 ausgegeben wird, weiterleitet. Wie oben erwähnt, wird das zweite optische Signal von einer Quelle 224 außerhalb des Chips 204 und des Kollimators 208 erzeugt. Obwohl in 3B eine einzelne Reihe von Linsen auf dem Kollimator 208 dargestellt ist, können auch mehrere Reihen von Linsen vorhanden sein, um eine Anordnung von Linsen in Spalten und Reihen zu bilden.
Der Kollimator 208 umfasst mindestens ein optisches Element 260, das so konfiguriert ist, dass es die ersten optischen Signale an einer Stelle zwischen dem Satz von Linsen 256a bis 256n und dem Satz von Wellenleitern 248 reflektiert. Das mindestens eine optische Element 260 reflektiert auch das zweite optische Signal an einer Stelle zwischen den ersten und zweiten Linsen 256a und 256n und dem ersten und zweiten Ende des Ausrichtungswellenleiters 206. Das mindestens eine optische Element 260 kann einen Spiegel, ein Prisma oder ein anderes Element zur Umlenkung oder Reflexion von Licht in einem gewünschten Winkel (z. B. 90 Grad) umfassen.
Wie in 3B gezeigt, umfasst eine Oberfläche des Kollimators 208 eine Nut 264 mit einer freiliegenden Außenwand und einer verdeckten Innenwand (z. B. verdeckt von einer äußeren Umgebung durch andere Wände des Kollimators 208). Das mindestens eine optische Element 260 befindet sich an der Innenwand der Nut 264. Im Beispiel von 3B erstreckt sich die Nut 264 von einem ersten Rand des Kollimators 208 zu einem zweiten Rand des Kollimators 208. Das mindestens eine optische Element 260 kann ein einzelnes optisches Element an der Innenwand der Nut 264 sein, das sich von oder nahe der ersten Kante des Kollimators bis zu oder nahe der zweiten Kante des Kollimators 208 erstreckt. Alternativ kann das mindestens eine optische Element 260 mehrere optische Elemente umfassen, z. B. jeweils ein optisches Element 260 für jede Linse 256 und den entsprechenden Wellenleiter 248. In mindestens einem Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Nut 264 nicht über den gesamten Kollimator 208, sondern kann sich von knapp hinter der Linse 256a bis knapp hinter die Linse 256n erstrecken.
Wie weiter gezeigt, umfasst der Kollimator 208 einen Stufenabschnitt 268, der als Stopper für den Chip 204 fungieren kann (der Stufenabschnitt 628 berührt jedoch nicht unbedingt den Chip 204 im schließlich ausgerichteten Produkt), wenn der Chip 204 am Kollimator 208 befestigt wird (siehe 4). Der Stufenabschnitt 268 bildet eine Wand 270 zwischen einem ersten Abschnitt des Kollimators 208 mit einer ersten Dicke T1 und einem zweiten Abschnitt des Kollimators 208 mit einer zweiten Dicke T2, die geringer ist als die erste Dicke T1. Die Wand 270 bildet einen im Wesentlichen rechten Winkel oder einen anderen geeigneten Winkel (z. B. einen spitzen Winkel) mit einer Oberfläche des Kollimators 208. Die ersten optischen Signale und die zweiten optischen Signale laufen durch eine Fläche 272 der Wand 270 des Stufenabschnitts 268. Die Fläche 272 kann aus einem Material bestehen, das für Licht transparent ist. Die Fläche 272 kann beispielsweise eine oder mehrere Antireflexionsbeschichtungen aufweisen, um Fresnel-Reflexionen von der Wandoberfläche zu verringern und den ungehinderten Durchgang des Lichts durch die Wand 270 weiter zu verbessern.
Der Kollimator 212 umfasst eine Reihe von Linsen, die der Reihe von Linsen 256a bis 256n entsprechen. Es wird eine einzelne Linse 276a gezeigt, aber es sollte verstanden werden, dass der Kollimator 212 die gleiche Anzahl von Linsen in einer gleichen oder ähnlichen Anordnung wie der Kollimator 208 enthalten kann. Alternativ kann der Kollimator 212 auch weniger Linsen enthalten, z. B. nur zwei Linsen - die Linse 276a und eine zweite Linse (z. B. 276n in 5B), die der Linse 256n entspricht.
Im Betrieb ist das mindestens eine optische Element 260 so konfiguriert, dass es die ersten optischen Signale, die durch die Fläche 272 der Wand 270 von dem Satz von Wellenleitern 248 empfangen werden, zu dem Satz von Linsen 256a bis 256n reflektiert und die ersten optischen Signale, die von dem Satz von Linsen 256a bis 256n empfangen werden, zu dem Satz von Wellenleitern 248 durch die Fläche 272 der Wand 270 reflektiert. Darüber hinaus ist das mindestens eine optische Element 260 so konfiguriert, dass es das zweite optische Signal, das von der ersten Linse 256a empfangen wird, durch die Fläche 272 der Wand 270 zum ersten Ende E1 des Ausrichtungswellenleiters 206 reflektiert und das zweite optische Signal, das vom zweiten Ende E2 des Ausrichtungswellenleiters 206 empfangen wird, durch die Fläche 272 der Wand 270 zur zweiten Linse 256n reflektiert.
Obwohl nicht explizit dargestellt, haben der Chip 204, der Kollimator 208 oder beide eine oder mehrere Ausrichtungsmarkierungen oder Referenzpunkte, die dabei helfen, den Chip 204 grob mit dem Kollimator 208 auszurichten. Die eine oder mehreren Ausrichtungsmarkierungen können an jeder geeigneten Stelle auf dem Chip 204 und/oder dem Kollimator 208 angeordnet sein, beispielsweise auf einer oberen Fläche des Chips 204, auf einer der Fläche 252 gegenüberliegenden Fläche des Kollimators 208, auf dem Stufenabschnitt 268 und/oder an einer anderen geeigneten Stelle.
4 zeigt eine seitliche Querschnittsansicht des Kollimators 208, der gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel auf dem Chip 204 montiert ist oder gerade montiert wird. Der Stufenabschnitt 268 kann als Stopper für den Chip 204 dienen. Allerdings berührt der Chip 204 bei der endgültigen Ausrichtung nicht unbedingt den Stufenabschnitt 268. Mit anderen Worten, der Chip 204 kann im fertig ausgerichteten Produkt etwas von dem Stufenabschnitt 268 beabstandet sein. Der Chip 204 kann über einen Klebstoff zwischen einem oder mehreren Teilen des Chips 204 und des Kollimators 208, die einander zugewandt sind oder einander berühren, am Kollimator 208 befestigt werden.
5A und 5B zeigen perspektivische Ansichten von Elementen im System 200 von 2 gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel. Wie gezeigt, umfasst der Kollimator 212 einen ersten Kanal CH1, der so konfiguriert ist, dass er das zweite optische Signal (d. h. das für die Ausrichtung verwendete Signal) durch die Linsen 276a und 256a zum ersten Ende E1 des Ausrichtungswellenleiters 206 leitet (die Wellenleiter 248 sind in den 5A und 5B nicht dargestellt). Der Kollimator 212 umfasst ferner einen zweiten Kanal CH2, der so konfiguriert ist, dass er das durch die zweite Linse des ersten Kollimators empfangene Licht an den Detektor 228 weiterleitet. Der erste Kanal CH1 kann einen ersten der Wellenleiter 280 umfassen, während der zweite Kanal CH2 einen zweiten der Wellenleiter 280 umfassen kann. Der erste der Wellenleiter 280 kann auf die Quelle 224 ausgerichtet sein, während der zweite der Wellenleiter 280 auf den Detektor 228 ausgerichtet sein kann.
In den 6A, 6B und 6C sind verschiedene Ansichten des Systems 200 gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Wie in 6A gezeigt, hält beispielsweise der Mechanismus 216 den Chip 204 mit der Haltevorrichtung 230, während die Kollimatoren 208 und 212 durch die Stützstruktur 220 in Position gehalten werden. 6B und 6C zeigen ein Beispiel für eine Stützstruktur 220. Die Trägerstruktur 220 in den 6B und 6C umfasst einen Hohlraum 284, in dem sich der Kollimator 212 befindet. Der Kollimator 212 kann durch eine geeignete mechanische Verbindung in dem Hohlraum 284 befestigt werden. Der Kollimator 208 und der Kollimator 212 sind zumindest vorübergehend an der Trägerstruktur 220 befestigt, während der Mechanismus 216 den Chip 204 bewegt. Der Kollimator 212 kann zum Beispiel dauerhaft in der Trägerstruktur 220 befestigt sein oder zur Wartung abgenommen werden. Die Trägerstruktur 220 umfasst ferner einen vertieften Abschnitt 288, der für den Kollimator 208 vorgesehen ist, um den Kollimator 208 über dem Kollimator 212 zu halten, während der Mechanismus 216 den Chip 204 bewegt. Zusätzlich oder alternativ umfasst die Trägerstruktur 220 eine Klammer oder eine andere geeignete Vorrichtung, um den Kollimator 208 auf der Oberfläche der Trägerstruktur 220 zu halten.
Es sei darauf hingewiesen, dass die gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele sich auf ein Szenario beziehen, in dem der Mechanismus 216 den Chip 204 relativ zu den an der Trägerstruktur 220 befestigten Kollimatoren 208 und 212 hält und bewegt. Die erfindungsgemäßen Konzepte sind jedoch nicht darauf beschränkt. In mindestens einem Ausführungsbeispiel können die Rollen der Kollimatoren 208 und 212 und des Chips 204 vertauscht werden, so dass die Kollimatoren 208 und 212 lösbar an dem Mechanismus 216 befestigt sind und der Chip 204 an seinem Platz gehalten wird. Beispielsweise würde der Mechanismus 216 die Trägerstruktur 220 einschließlich der Kollimatoren 208 und 212 (wobei die Trägerstruktur 220 auch die Quelle 224 und den Detektor 228 umfassen kann) relativ zu dem auf seiner eigenen Trägerstruktur befestigten Chip 204 halten und bewegen. Darüber hinaus können in mindestens einem Ausführungsbeispiel der Chip 204 und der Kollimator 212 an Ort und Stelle gehalten werden, während der Mechanismus 216 den Kollimator 208 in Ausrichtung mit dem Chip 204 bewegt.
7 zeigt ein Verfahren 700 gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 700 kann von verschiedenen Elementen aus den 1-6C durchgeführt werden und wird während einer Ausrichtungsphase oder eines Prozesses zur Ausrichtung des Kollimators 208 und des Chips 204 durchgeführt.
Vorgang 704 umfasst die Erzeugung eines optischen Signals durch eine externe Quelle. Zum Beispiel erzeugt die Quelle 224, die einen Diodenlaser (z. B. Diodenlaser 124) oder eine andere Lichtquelle umfassen kann, das optische Signal.
Der Vorgang 708 umfasst das Durchleiten des optischen Signals durch einen ersten Kanal CH1 eines ersten Kollimators 212. Wie oben erwähnt, umfasst der erste Kanal CH1 einen Wellenleiter 280. Das optische Signal kann von dem ersten Kanal CH1 durch die jeweiligen Linsen der Kollimatoren 212 und 208 zu einem zweiten Kollimator 208 geleitet werden.
Vorgang 712 umfasst die Weiterleitung des vom ersten Kanal CH1 empfangenen optischen Signals durch den zweiten Kollimator 208 an einen ersten Wellenleiter auf einem Chip 204. Der erste Wellenleiter kann dem Ausrichtungswellenleiter 206 auf dem Chip 204 entsprechen, der das optische Signal vom ersten Kanal CH1 über ein erstes Ende E1 des Ausrichtungswellenleiters 206 empfängt.
Vorgang 716 umfasst die Weiterleitung des vom zweiten Kollimator 208 empfangenen optischen Signals durch den ersten Wellenleiter zu einem zweiten Kanal CH2 des ersten Kollimators 212. Beispielsweise tritt das optische Signal aus einem zweiten Ende E2 des Ausrichtungswellenleiters 206 und durch entsprechende Linsen der Kollimatoren 208 und 212 aus.
Vorgang 720 umfasst die Erfassung des vom zweiten Kanal CH2 empfangenen optischen Signals. Zum Beispiel erfasst der Detektor 228 das optische Signal des zweiten Kanals CH2 und misst mindestens eine Eigenschaft des erfassten Lichts.
Vorgang 724 umfasst das Bewegen entweder des Chips oder des ersten Kollimators 212 und des zweiten Kollimators 208 auf der Grundlage des erfassten optischen Signals, um einen Satz von Wellenleitern 248, einschließlich des ersten Wellenleiters, auf dem Chip 204 mit dem zweiten Kollimator 208 auszurichten. Beispielsweise misst die Verarbeitungsschaltung im Detektor 228 oder die Verarbeitungsschaltung 246 die mindestens eine Eigenschaft des erfassten Lichts und steuert den Mechanismus 216, um den zweiten Kollimator 208 und den Chip 204 in Ausrichtung zu bringen. Nach einer ausreichenden Ausrichtung werden der Chip 204 und der zweite Kollimator 208 aneinander geklebt, um eine zusammengebaute optische Vorrichtung zu bilden. Die zusammengebaute optische Vorrichtung ist dann bereit für den Einbau in eine andere Vorrichtung (z. B. Vorrichtung 104), die die Datenübertragung/den Datenempfang über die Wellenleiter 248 und den Kollimator 208 ermöglicht.
In mindestens einem Ausführungsbeispiel kann die Ausrichtung zwischen dem Chip 204 und dem Kollimator 208 durch Aktivierung zusätzlicher Kanäle in den Kollimatoren 208 und 212 bestätigt werden. Enthält der Chip 204 beispielsweise Detektoren oder Lichtquellen, die optisch mit den Wellenleitern 248 gekoppelt sind, so können diese Detektoren Licht aus den entsprechenden aktiven Kanälen des Kollimators 212 detektieren, oder diese Lichtquellen können Licht an entsprechende Detektoren aussenden, die mit entsprechenden Kanälen des Kollimators 212 gekoppelt sind. Das von diesen zusätzlichen Kanälen stammende Licht, das von den Detektoren des Chips 204 oder den Detektoren des Kollimators 212 erfasst wird, kann auf die gleiche oder ähnliche Weise wie oben beschrieben analysiert werden, wobei mindestens eine Eigenschaft des erfassten Lichts gemessen oder überwacht wird, um die Qualität der Ausrichtung zwischen dem Chip 204 und dem Kollimator 208 zu bewerten.
In Anbetracht der obigen Ausführungen sollte man verstehen, dass sich die erfinderischen Konzepte unter anderem auf ein optisches Ausrichtungsverfahren und eine optische Vorrichtung beziehen, die nach dem Ausrichtungsverfahren hergestellt wird. Der Ausrichtungsprozess zwischen einem Kollimator und einem Chip kann durchgeführt werden, ohne eine der lichterzeugenden oder lichterfassenden Komponenten auf dem Chip zu aktivieren. Mit dem Ausrichtungsverfahren kann eine Ausrichtung mit einer Genauigkeit von 0,1 um erreicht werden, wodurch die Effizienz der Datenübertragung während einer Datenübertragungsphase verbessert wird.
In der Beschreibung wurden spezifische Details angegeben, um ein gründliches Verständnis der Ausführungsformen zu ermöglichen. Einem Fachmann wird jedoch klar sein, dass die Ausführungsformen auch ohne diese spezifischen Details praktiziert werden können. In anderen Fällen können bekannte Schaltungen, Prozesse, Algorithmen, Strukturen und Techniken ohne unnötige Details dargestellt werden, um die Ausführungsformen nicht zu verdecken.
Während illustrative Ausführungsformen der Offenbarung hier im Detail beschrieben wurden, ist es zu verstehen, dass die erfinderischen Konzepte auf andere Weise verkörpert und verwendet werden können, und dass die beigefügten Ansprüche so ausgelegt werden sollen, dass sie solche Variationen einschließen, sofern sie nicht durch den Stand der Technik eingeschränkt sind.
Es versteht sich, dass die oben beschriebenen Aspekte und Ausführungsformen nur beispielhaft sind und dass im Rahmen der Ansprüche Änderungen im Detail vorgenommen werden können.
Jedes Gerät, Verfahren und Merkmal, das in der Beschreibung und (gegebenenfalls) in den Ansprüchen und Zeichnungen offenbart wird, kann unabhängig oder in jeder geeigneten Kombination bereitgestellt werden.
Die in den Ansprüchen enthaltenen Bezugszahlen dienen nur der Veranschaulichung und haben keine einschränkende Wirkung auf den Umfang der Ansprüche.
Beispielhafte Ausführungsformen können wie folgt konfiguriert werden:

(1) Eine Optische Vorrichtung, umfassend:
- einen Chip;
- einen Satz von Wellenleitern auf dem Chip, die so konfiguriert sind, dass sie während einer Datenübertragungsstufe erste mit Daten modulierte optische Signale übertragen; und
- einen Ausrichtungswellenleiter auf dem Chip, der so konfiguriert ist, dass er:
  - ein zweites optisches Signal während einer Ausrichtungsstufe zu empfangen, die den Satz von Wellenleitern mit einem Kollimator mit einem Satz von Linsen ausrichtet; und
  - das zweite optischen Signal von dem Chip ausgibt, wobei das zweite optische Signal, das von dem Chip ausgegeben wird, eine Qualität der Ausrichtung zwischen dem Satz von Wellenleitern und dem Kollimator anzeigt.
(2) Die optische Vorrichtung von (1), wobei das zweite optische Signal von einer Quelle außerhalb des Chips und des Kollimators erzeugt wird.
(3) Die optische Vorrichtung nach einem oder mehreren der Punkte (1) bis (2), die außerdem Folgendes umfasst:
- den Kollimator, der den Linsensatz enthält, wobei der Kollimator ferner umfasst:
  - eine erste Linse, die so konfiguriert ist, dass sie das zweite optische Signal an ein erstes Ende des Ausrichtungswellenleiters weiterleitet; und
  - eine zweite Linse, die so konfiguriert ist, dass sie das zweite optische Signal weiterleitet, das von einem zweiten Ende des Ausrichtungswellenleiters ausgegeben wird.
(4) Die optische Vorrichtung nach einem oder mehreren der Punkte (1) bis (3), wobei der Kollimator mindestens ein optisches Element enthält, das so konfiguriert ist, dass es die ersten optischen Signale an einer Stelle zwischen dem Satz von Linsen und dem Satz von Wellenleitern reflektiert und das zweite optische Signal an einer Stelle zwischen den ersten und zweiten Linsen und dem ersten und zweiten Ende des Ausrichtungswellenleiters reflektiert.
(5) Die optische Vorrichtung nach einem oder mehreren der Punkte (1) bis (4), wobei eine Oberfläche des Kollimators eine Nut mit einer freiliegenden Außenwand und einer verdeckten Innenwand aufweist, und wobei sich das mindestens eine optische Element an der Innenwand der Nut befindet.
(6) Die optische Vorrichtung nach einem oder mehreren der Punkte (1) bis (5), wobei sich die Nut von einem ersten Rand des Kollimators zu einem zweiten Rand des Kollimators erstreckt.
(7) Die optische Vorrichtung nach einem oder mehreren der Punkte (1) bis (6), wobei der Kollimator einen Stufenabschnitt mit einer aus einem transparenten Material bestehenden Fläche aufweist, die Licht zwischen dem Chip und dem Kollimator weiterleitet.
(8) Die optische Vorrichtung nach einem oder mehreren der Punkte (1) bis (7), wobei in einer Draufsicht zumindest einige der Eingangs-/Ausgangsenden des Satzes von Wellenleitern zwischen einem ersten Ende des Ausrichtungswellenleiters und einem zweiten Ende des Ausrichtungswellenleiters angeordnet sind.
(9) Die optische Vorrichtung nach einem oder mehreren der Punkte (1) bis (8), wobei der Ausrichtungswellenleiter eine im Wesentlichen U-förmige Form auf dem Chip bildet.
(10) Die optische Vorrichtung nach einem oder mehreren der Punkte (1) bis (9), wobei in einer Draufsicht ein erstes Ende des Ausrichtungswellenleiters und ein zweites Ende des Ausrichtungswellenleiters näher an den jeweiligen gegenüberliegenden Kanten des Chips liegen als die Mehrheit des Satzes von Wellenleitern.
(11) Ein System, das Folgendes umfasst:
- einen Chip mit einem Satz von Wellenleitern und einem Ausrichtungswellenleiter;
- einen ersten Kollimator mit:
  - einen Satz von Linsen, die so konfiguriert sind, dass sie erste optische Signale zu oder von dem Satz von Wellenleitern weiterleiten;
  - eine erste Linse, die so konfiguriert ist, dass sie ein zweites optisches Signal an ein erstes Ende des Ausrichtungswellenleiters weiterleitet; und
  - eine zweite Linse, die so konfiguriert ist, dass sie das zweite optische Signal weiterleitet, das von einem zweiten Ende des Ausrichtungswellenleiters empfangen wird;
- einen zweiten Kollimator, einschließlich:
  - einen ersten Kanal, der so konfiguriert ist, dass er das zweite optische Signal durch die erste Linse des ersten Kollimators an das erste Ende des Ausrichtungswellenleiters leitet; und
  - einen zweiten Kanal, der so konfiguriert ist, dass er das durch die zweite Linse des ersten Kollimators empfangene Licht an einen Detektor weiterleitet; und
- einen Mechanismus, der so konfiguriert ist, dass er entweder den Chip oder den ersten Kollimator und den zweiten Kollimator bewegt, um zentrale Achsen des Satzes von Wellenleitern mit optischen Achsen des Satzes von Linsen auf der Grundlage des vom Detektor erfassten Lichts im Wesentlichen auszurichten.
(12) Das System von (11), das außerdem Folgendes umfasst:
- eine Trägerstruktur, wobei der erste Kollimator und der zweite Kollimator zumindest vorübergehend an der Trägerstruktur befestigt sind, während der Mechanismus den Chip oder die Trägerstruktur bewegt.
(13) Das System nach einem oder mehreren der Punkte (11) bis (12), wobei die Stützstruktur einen ausgesparten Abschnitt aufweist, der so konfiguriert ist, dass er den ersten Kollimator über dem zweiten Kollimator festhält.
(14) Das System nach einem oder mehreren der Punkte (11) bis (13), das außerdem Folgendes umfasst:
- eine Lichtquelle, die das zweite optische Signal erzeugt; und
- den Detektor, der das über den zweiten Kanal empfangene Licht erfasst.
(15) Das System nach einem oder mehreren der Punkte (11) bis (14), wobei der Mechanismus eine Translationsbewegung und eine Rotationsbewegung ausführen kann.
(16) Das System nach einem oder mehreren der Punkte (11) bis (15), wobei der erste Kollimator einen Stufenabschnitt aufweist, der eine Wand zwischen einem ersten Abschnitt des ersten Kollimators mit einer ersten Dicke und einem zweiten Abschnitt des ersten Kollimators mit einer zweiten Dicke, die geringer als die erste Dicke ist, bildet, und wobei die ersten optischen Signale und die zweiten optischen Signale durch eine Fläche der Wand des Stufenabschnitts hindurchgehen.
(17) Das System nach einem oder mehreren der Punkte (11) bis (16), wobei der erste Kollimator eine Nut mit einer freiliegenden Außenwand und einer verdeckten Innenwand aufweist, und wobei der erste Kollimator mindestens ein optisches Element an der Innenwand der Nut aufweist, das so konfiguriert ist, dass es die ersten optischen Signale, die durch die Fläche der Wand von dem Satz von Wellenleitern empfangen werden, zu dem Satz von Linsen reflektiert, und die ersten optischen Signale, die von dem Satz von Linsen empfangen werden, durch die Fläche der Wand zu dem Satz von Wellenleitern zu reflektieren, und wobei das mindestens eine optische Element so konfiguriert ist, dass es das zweite optische Signal, das durch die erste Linse empfangen wird, durch die Fläche der Wand zu dem ersten Ende des Ausrichtungswellenleiters reflektiert, und das zweite optische Signal, das von dem zweiten Ende des Ausrichtungswellenleiters empfangen wird, durch die Fläche der Wand zu der zweiten Linse reflektiert.
(18) Das System nach einem oder mehreren der Punkte (11) bis (17), wobei mindestens einer der Chips und der erste Kollimator eine oder mehrere Ausrichtungsmarkierungen enthält, um die grobe Ausrichtung des Chips und des ersten Kollimators zueinander zu unterstützen.
(19) Das System nach einem oder mehreren der Punkte (11) bis (18), wobei der Mechanismus, der so konfiguriert ist, dass er den Chip bewegt, ferner so konfiguriert ist, dass er mindestens eine Eigenschaft des von dem Detektor erfassten Lichts überwacht und den Chip bewegt, um die mindestens eine Eigenschaft des von dem Detektor erfassten Lichts zu maximieren.
(20) Ein Verfahren, das Folgendes umfasst:
- Erzeugen eines optischen Signals durch eine externe Quelle;
- Durchleiten des optischen Signals durch einen ersten Kanal eines ersten Kollimators;
- Weiterleiten des vom ersten Kanal empfangenen optischen Signals durch einen zweiten Kollimator an einen ersten Wellenleiter auf einem Chip;
- Weiterleiten des vom zweiten Kollimator empfangenen optischen Signals über den ersten Wellenleiter an einen zweiten Kanal des ersten Kollimators;
- Erfassen des vom zweiten Kanal empfangenen optischen Signals; und
- Bewegen entweder des Chips oder des ersten Kollimators und des zweiten Kollimators auf der Grundlage des erfassten optischen Signals, um einen Satz von Wellenleitern, einschließlich des ersten Wellenleiters, auf dem Chip mit dem zweiten Kollimator auszurichten.

Claims

Optische Vorrichtung, umfassend: einen Chip; einen Satz von Wellenleitern auf dem Chip, der dazu konfiguriert ist, während einer Datenübertragungsstufe erste optische Signale, die mit Daten moduliert sind, zu übertragen; und einen Ausrichtungswellenleiter auf dem Chip, der dazu konfiguriert ist: ein zweites optisches Signal während einer Ausrichtungsstufe zu empfangen, die den Satz von Wellenleitern mit einem Kollimator, umfassend einen Satz von Linsen, ausrichtet; und das zweite optische Signal von dem Chip auszugeben, wobei das zweite optische Signal, das von dem Chip ausgegeben wird, eine Qualität der Ausrichtung zwischen dem Satz von Wellenleitern und dem Kollimator anzeigt.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das zweite optische Signal von einer Quelle außerhalb des Chips und des Kollimators erzeugt wird.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner umfasst: den Kollimator, der den Satz von Linsen umfasst, wobei der Kollimator ferner umfasst: eine erste Linse, die dazu konfiguriert ist, das zweite optische Signal an ein erstes Ende des Ausrichtungswellenleiters weiterzuleiten; und eine zweite Linse, die dazu konfiguriert ist, das zweite optische Signal, das von einem zweiten Ende des Ausrichtungswellenleiters ausgegeben wird, weiterzuleiten.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Kollimator mindestens ein optisches Element enthält, das dazu konfiguriert ist, die ersten optischen Signale an einer Stelle zwischen dem Satz von Linsen und dem Satz von Wellenleitern zu reflektieren und das zweite optische Signal an einer Stelle zwischen der ersten und zweiten Linse und dem ersten und zweiten Ende des Ausrichtungswellenleiters zu reflektieren.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der eine Oberfläche des Kollimators eine Nut mit einer freiliegenden Außenwand und einer verdeckten Innenwand aufweist und bei der sich das mindestens eine optische Element an der Innenwand der Nut befindet.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei sich die Nut von einer ersten Kante des Kollimators zu einer zweiten Kante des Kollimators erstreckt.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der Kollimator einen Stufenabschnitt mit einer aus einem transparenten Material bestehenden Fläche aufweist, die Licht zwischen dem Chip und dem Kollimator weiterleitet.
Optische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einer Draufsicht mindestens einige der Eingangs-/Ausgangsenden des Satzes von Wellenleitern zwischen einem ersten Ende des Ausrichtungswellenleiters und einem zweiten Ende des Ausrichtungswellenleiters angeordnet sind.
Optische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ausrichtungswellenleiter eine im Wesentlichen U-Form auf dem Chip bildet.
Optische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einer Draufsicht ein erstes Ende des Ausrichtungswellenleiters und ein zweites Ende des Ausrichtungswellenleiters näher an den jeweiligen gegenüberliegenden Kanten des Chips liegen als die Mehrheit des Satzes von Wellenleitern.
System, umfassend: einen Chip mit einem Satz von Wellenleitern und einem Ausrichtungswellenleiter; einen ersten Kollimator mit: einem Satz von Linsen, die dazu konfiguriert sind, erste optische Signale zu oder von dem Satz von Wellenleitern weiterzuleiten; eine erste Linse, die dazu konfiguriert ist, ein zweites optisches Signal an ein erstes Ende des Ausrichtungswellenleiters weiterzuleiten; und eine zweite Linse, die dazu konfiguriert ist, das zweite optische Signal, das von einem zweiten Ende des Ausrichtungswellenleiters empfangen wird, durchzulasse ; einen zweiten Kollimator, umfassend: einen ersten Kanal, der dazu konfiguriert ist, das zweite optische Signal durch die erste Linse des ersten Kollimators an das erste Ende des Ausrichtungswellenleiters weiterzuleiten; und einen zweiten Kanal, der dazu konfiguriert ist, das durch die zweite Linse des ersten Kollimators empfangene Licht an einen Detektor weiterzuleiten; und einen Mechanismus, der dazu konfiguriert ist, entweder den Chip oder den ersten Kollimator und den zweiten Kollimator zu bewegen, um zentrale Achsen des Satzes von Wellenleitern mit optischen Achsen des Satzes von Linsen auf der Grundlage des vom Detektor erfassten Lichts im Wesentlichen auszurichten.
System nach Anspruch 11, das ferner umfasst: eine Trägerstruktur, wobei der erste Kollimator und der zweite Kollimator zumindest vorübergehend an der Trägerstruktur befestigt sind, während der Mechanismus entweder den Chip oder die Trägerstruktur bewegt.
System nach Anspruch 12, wobei die Stützstruktur einen ausgesparten Abschnitt aufweist, der so konfiguriert ist, dass er den ersten Kollimator über dem zweiten Kollimator festhält.
System nach Anspruch 11, 12 oder 13, das außerdem umfasst: eine Lichtquelle, die das zweite optische Signal erzeugt; und den Detektor, der das über den zweiten Kanal empfangene Licht erfasst.
System nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei der Mechanismus eine Translations- und eine Rotationsbewegung ausführen kann.
System nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei der erste Kollimator einen Stufenabschnitt aufweist, der eine Wand zwischen einem ersten Abschnitt des ersten Kollimators mit einer ersten Dicke und einem zweiten Abschnitt des ersten Kollimators mit einer zweiten Dicke, die geringer als die erste Dicke ist, bildet, und wobei die ersten optischen Signale und die zweiten optischen Signale durch eine Fläche der Wand des Stufenabschnitts hindurchgehen.
System nach Anspruch 16, wobei der erste Kollimator eine Nut mit einer freiliegenden Außenwand und einer verdeckten Innenwand aufweist, und wobei der erste Kollimator mindestens ein optisches Element an der Innenwand der Nut aufweist, das so konfiguriert ist, dass es die ersten optischen Signale, die durch die Fläche der Wand von dem Satz von Wellenleitern empfangen werden, in Richtung des Satzes von Linsen reflektiert, und die ersten optischen Signale, die von dem Satz von Linsen empfangen werden, durch die Fläche der Wand zu dem Satz von Wellenleitern zu reflektieren, und wobei das mindestens eine optische Element so konfiguriert ist, dass es das zweite optische Signal, das durch die erste Linse empfangen wird, durch die Fläche der Wand zu dem ersten Ende des Ausrichtungswellenleiters reflektiert, und das zweite optische Signal, das von dem zweiten Ende des Ausrichtungswellenleiters empfangen wird, durch die Fläche der Wand zu der zweiten Linse reflektiert.
System nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei mindestens einer der Chips und der erste Kollimator eine oder mehrere Ausrichtungsmarkierungen aufweist, die dabei helfen, den Chip und den ersten Kollimator grob zueinander auszurichten.
System nach einem der Ansprüche 11 bis 18, wobei der Mechanismus, der zum Bewegen des Chips konfiguriert ist, ferner so konfiguriert ist, dass er mindestens eine Eigenschaft des von dem Detektor erfassten Lichts überwacht und den Chip so bewegt, dass die mindestens eine Eigenschaft des von dem Detektor erfassten Lichts maximiert wird.
Verfahren, umfassend: Erzeugen eines optischen Signals durch eine externe Quelle; Weiterleiten des optischen Signals durch einen ersten Kanal eines ersten Kollimators; Weiterleiten des vom ersten Kanal empfangenen optischen Signals durch einen zweiten Kollimator an einen ersten Wellenleiter auf einem Chip; Weiterleiten des vom zweiten Kollimator empfangenen optischen Signals über den ersten Wellenleiter an einen zweiten Kanal des ersten Kollimators; Erfassen des vom zweiten Kanal empfangenen optischen Signals; und Bewegen entweder des Chips oder des ersten Kollimators und des zweiten Kollimators auf der Grundlage des erfassten optischen Signals, um einen Satz von Wellenleitern, einschließlich des ersten Wellenleiters, auf dem Chip mit dem zweiten Kollimator auszurichten.