DE202018101626U1 - MEMS-Lenkspiegel für Anwendungen in integrierten Photonikschaltungen - Google Patents

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Abstract

Integrierte optische Baugruppe, die umfasst:einen Optikträger, auf dem eine Lichtquelle zum Liefern eines Lichtstrahls und eine Linse, die zum Fokussieren des Lichtstrahls ausgelegt ist, angeordnet sind;eine integrierte Photonikschaltung (PIC), die mit dem Optikträger mechanisch gekoppelt ist und auf der ein Gitterkoppler angeordnet ist, um den Lichtstrahl zu empfangen und den Lichtstrahl in einen Wellenleiter einzukoppeln; undeinen Mikroelektromechaniksystem-Spiegel (MEMS-Spiegel), der dazu ausgelegt ist, den Lichtstrahl von der Linse zu empfangen und ihn in Richtung des Gitterkopplers umzulenken, wobei eine Position eines reflektierenden Abschnitts des MEMS-Spiegels anpassbar ist, um einen Einfallswinkel des Lichtstrahls auf dem Gitterkoppler zu beeinflussen.

Description

  • Verwandte Anmeldungen
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Nutzen und die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/512626 mit dem Titel „MEMS STEERING MIRRORS FORAPPLICATIONS IN PHOTONIC INTEGRATED CIRCUITS“, die am 30. Mai 2017 eingereicht worden ist und deren Inhalt hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
  • Hintergrund
  • Optische Kommunikation verwendet modulierte Lichtstrahlen, um Informationen durch Lichtleitfasern, den leeren Raum oder Wellenleiter zu übertragen. Ein Lichtstrahl kann entweder direkt durch Modulieren der Stromstärke zu einer Lichtquelle oder extern unter Verwendung eines optischen Modulators zum Modulieren eines von der Lichtquelle erzeugten Dauerstrich-Lichtstrahls moduliert werden. Die externe Modulation hat insofern Vorteile, als sie höhere Leistungen und Frequenzen bewältigen kann; die erforderlichen Komponenten können jedoch größer, komplexer und teurer sein.
  • Zusammenfassung
  • Durch das Gebrauchsmuster und den Gegenstand des Gebrauchsmusters sollen gemäß den Anforderungen des Gebrauchsmustergesetzes nur Vorrichtungen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert sind, aber keine Verfahren geschützt werden. Wenn in der Beschreibung auf Verfahren Bezug genommen wird, dienen diese Bezugnahmen lediglich zur Veranschaulichung der Vorrichtung oder Vorrichtungen, für die mit den beigefügten Ansprüchen Schutz angestrebt wird. Mindestens ein Aspekt ist auf eine integrierte optische Baugruppe gerichtet. Die integrierte optische Baugruppe enthält einen Optikträger, auf dem eine Lichtquelle zum Liefern eines Lichtstrahls und eine Linse, die zum Fokussieren des Lichtstrahls ausgelegt ist, angeordnet sind. Die integrierte optische Baugruppe enthält eine integrierte Photonikschaltung (PIC), die mit dem Optikträger mechanisch gekoppelt ist und auf der ein Gitterkoppler angeordnet ist, um den Lichtstrahl zu empfangen und den Lichtstrahl in einen Wellenleiter einzukoppeln. Die integrierte optische Baugruppe umfasst einen Mikroelektromechaniksystem-Spiegel (MEMS-Spiegel), der dazu ausgelegt ist, den Lichtstrahl von der Linse zu empfangen und ihn zu dem Gitterkoppler umzulenken. Eine Position eines reflektierenden Abschnitts des MEMS-Spiegels ist anpassbar, um einen Einfallswinkel des Lichtstrahls auf dem Gitterkoppler zu beeinflussen.
  • In einigen Implementierungen enthält der Gitterkoppler Silicium.
  • In einigen Implementierungen enthält der Optikträger Silicium mit einer Antireflexionsbeschichtung auf mindestens einer Oberfläche.
  • In einigen Implementierungen ist die Lichtquelle ein Laser mit verteilter Rückkopplung. In einigen Implementierungen kann die integrierte optische Baugruppe einen optischen Isolator aufweisen, der auf dem Optikträger angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, den Lichtstrahl von der Linse zu empfangen und ihn in eine erste Richtung zu dem MEMS-Spiegel zu lenken, während er verhindert, dass Licht in einer zweiten Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, durchgelassen wird.
  • In einigen Implementierungen kann die integrierte optische Baugruppe eine Überwachungsphotodiode enthalten, die auf der PIC angeordnet ist, um eine Amplitude von Licht zu messen, das in den Wellenleiter eingekoppelt wird.
  • In einigen Implementierungen ist der MEMS-Spiegel beweglich, um den Einfallswinkel von null Grad von der Normalen zu einer Lichtempfangsfläche des Gitterkopplers auf 20 Grad von der Normalen anzupassen.
  • In einigen Implementierungen hat die integrierte optische Baugruppe Abmessungen, die für eine Einbeziehung in eine optische Sendeempfängervorrichtung geeignet sind.
  • In einigen Implementierungen kann sich der MEMS-Spiegel in zwei Dimensionen drehen.
  • In einigen Implementierungen umfasst der MEMS-Spiegel einen Aktor zum Anpassen der Position des reflektierenden Abschnitts.
  • In einigen Implementierungen ist der MEMS-Spiegel dazu ausgelegt ist, über die Lebensdauer der integrierten optischen Baugruppe kontinuierlich oder periodisch neu positioniert zu werden.
  • Mindestens ein Aspekt ist auf ein optisches Kommunikationssystem gerichtet. Das optische Kommunikationssystem enthält einen Optikträger, auf dem eine Lichtquelle zum Liefern eines Lichtstrahls und eine Linse, die zum Fokussieren des Lichtstrahls ausgelegt ist, angeordnet sind. Das optische Kommunikationssystem enthält eine integrierte Photonikschaltung (PIC), die mit dem Optikträger mechanisch gekoppelt ist. Auf der PIC ist ein Gitterkoppler zum Empfangen des Lichtstrahls und zum Einkoppeln des Lichtstrahls in einen Wellenleiter und eine Überwachungsphotodiode zum Messen einer Amplitude des in den Wellenleiter eingekoppelten Lichts angeordnet. Das optische Kommunikationssystem enthält einen Mikroelektromechaniksystem-Spiegel (MEMS-Spiegel), der dazu ausgelegt ist, den Lichtstrahl von der Linse zu empfangen und ihn in Richtung des Gitterkopplers umzulenken. Eine Position eines reflektierenden Abschnitts des MEMS-Spiegels ist anpassbar, um einen Einfallswinkel des Lichtstrahls auf dem Gitterkoppler zu beeinflussen. Das optische Kommunikationssystem enthält einen Controller, der dazu ausgelegt ist, eine Angabe der Amplitude des in den Wellenleiter eingekoppelten Lichts zu empfangen und die Position des MEMS-Spiegels zu steuern, um die Angabe der Amplitude zu erhöhen.
  • Mindestens ein Aspekt ist auf ein Verfahren zum Herstellen einer integrierten optischen Baugruppe gerichtet. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Optikträgers, auf dem eine Lichtquelle zum Liefern eines Lichtstrahls und eine Linse, die zum Fokussieren des Lichtstrahls ausgelegt ist, angeordnet sind. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen einer integrierten Photonikschaltung (PIC), auf der ein Gitterkoppler angeordnet ist, um den Lichtstrahl zu empfangen und den Lichtstrahl in einen Wellenleiter einzukoppeln. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Mikroelektromechaniksystem-Spiegels (MEMS-Spiegels), der dazu ausgelegt ist, den Lichtstrahl von der Linse zu empfangen und ihn in Richtung des Gitterkopplers umzulenken. Eine Position eines reflektierenden Abschnitts des MEMS-Spiegels ist anpassbar, um einen Einfallswinkel des Lichtstrahls auf dem Gitterkoppler zu beeinflussen. Das Verfahren umfasst ein Zusammenbauen des Optikträgers, des MEMS-Spiegels und der PIC zu der integrierten optischen Baugruppe.
  • In einigen Implementierungen kann das Verfahren das Bereitstellen eines Modulators zum Modulieren des in den Wellenleiter eingekoppelten Lichts auf der PIC umfassen.
  • In einigen Implementierungen kann das Verfahren umfassen: Bereitstellen einer Überwachungsphotodiode auf der PIC; und Messen einer Amplitude des in den Wellenleiter eingekoppelten Lichts unter Verwendung der Überwachungsphotodiode. In einigen Implementierungen kann das Verfahren ein Kalibrieren der Position des MEMS-Spiegels, um die Einkopplung des Lichtstrahls in den Wellenleiter zu erhöhen, umfassen.
  • Diese und andere Aspekte und Implementierungen sind nachfolgend im Einzelnen erörtert. Die vorstehenden Informationen und die folgende genaue Beschreibung enthalten veranschaulichende Beispiele verschiedener Aspekte und Implementierungen und stellen einen Überblick oder Rahmen zum Verständnis der Natur und des Charakters der beanspruchten Aspekte und Implementierungen dar. Die Zeichnungen bieten eine Veranschaulichung und ein weitergehendes Verständnis der verschiedenen Aspekte und Implementierungen und sind in dieser Beschreibung einbezogen und bilden einen Teil davon.
  • Figurenliste
  • Die beigefügten Zeichnungen sollen nicht maßstabsgetreu gezeichnet sein. Gleiche Bezugszeichen und Bezeichnungen in den verschiedenen Zeichnungen bezeichnen gleiche Elemente. Aus Gründen der Klarheit ist vielleicht nicht jede Komponente in jeder Zeichnung gekennzeichnet; es zeigen:
    • 1A einen Graphen einer beispielhaften Beziehung zwischen Verlust und Wellenlänge beim Einkoppeln von Licht in einen optischen Gitterkoppler;
    • 1B einen Graphen von beispielhaften Beziehungen zwischen Verlust und Wellenlänge beim Einkoppeln von Licht in drei verschiedene optische Gitterkoppler;
    • 2 einen Graphen einer beispielhaften Beziehung zwischen optimaler Wellenlänge und Einfallswinkel beim Einkoppeln von Licht in einen optischen Gitterkoppler;
    • 3 ein Blockdiagramm einer integrierten optischen Baugruppe gemäß einer veranschaulichenden Implementierung;
    • 4 ein Blockdiagramm einer integrierten Photonikschaltung (PIC) zur Verwendung in einer integrierten optischen Baugruppe gemäß einer veranschaulichenden Implementierung;
    • 5A eine Darstellung einer zweiachsigen Mikroelektromechaniksystem-Spiegelanordnung (MEMS-Spiegelanordnung) zur Verwendung in einer integrierten optischen Baugruppe gemäß einer veranschaulichenden Implementierung;
    • 5B eine Darstellung einer einachsigen Mikroelektromechaniksystem-Spiegelanordnung (MEMS-Spiegelanordnung) zur Verwendung in einer integrierten optischen Baugruppe gemäß einer veranschaulichenden Implementierung; und
    • 6 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Herstellen einer integrierten optischen Baugruppe gemäß einer veranschaulichenden Implementierung.
  • Genaue Beschreibung
  • Diese Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf eine integrierte optische Baugruppe zum Einkoppeln eines Lichtstrahls in eine integrierte Photonikschaltung (PIC) unter Verwendung eines anpassbaren Spiegels. Die Baugruppe kann die Laserlichtquelle, optische Komponenten wie etwa eine Linse und einen optischen Isolator, den Spiegel und eine PIC mit einem optischen Gitterkoppler zum Einkoppeln des Lasers in die PIC enthalten. Die PIC kann einen Wellenleiter enthalten, um das Licht von dem Gitterkoppler zu empfangen. Die PIC kann zusätzlich Leistungsteiler, Überwachungsphotodioden und einen Modulator zum Modulieren des Lichts enthalten.
  • Ein Gitterkoppler ist eine optische Vorrichtung, die Licht, das sich in einem leeren Raum oder einer Lichtleitfaser bewegt, in einen Wellenleiter einkoppeln kann (oder umgekehrt). Der Gitterkoppler ist ein Beugungselement mit einer begrenzten optischen Bandbreite, über die es Licht effizient in den Wellenleiter einkoppeln oder aus diesem auskoppeln kann. Darüber hinaus können optische Gitterkoppler mit großen Modenfelddurchmessern noch schmalere Bandbreiten haben. Prozessvariationen bei der Herstellung des Gitterkopplers können zu einer Variation der Mittenwellenlänge von Gitterkoppler zu Gitterkoppler führen. Außerdem beeinflusst der Einfallswinkel des auf den Gitterkoppler auftreffenden Lichts auch die Mittenwellenlänge; z. B. kann ein steilerer Einfallswinkel zu einer kürzeren Mittenwellenlänge führen. Prozessvariationen bei der Montage können auch den Einfallswinkel von Licht auf den Gitterkoppler beeinflussen. Solche Prozessvariationen können zum Beispiel und ohne Einschränkung die Position der Lichtquelle, der Linse, des Spiegels und des Gitterkopplers umfassen. Zusätzlich kann die Wellenlänge des von der Lichtquelle erzeugten Lichts selbst variieren. Zum Beispiel und ohne Einschränkung können optische Kommunikationssysteme, die Wellenlängenmultiplexverfahren verwenden, Wellenlängen im Bereich von 1260 bis 1340 nm verwenden.
  • Eine integrierte optische Baugruppe kann die Variationen in den Prozessen und der Lichtwellenlänge durch Ausnutzen der Beziehung zwischen der Mittenwellenlänge des Gitterkopplers und dem Einfallswinkel des auf den Gitterkoppler auftreffenden Lichts kompensieren. Zum Beispiel kann die integrierte optische Baugruppe anstelle eines festen Reflektors wie etwa eines Prismas, eines Spiegels oder einer polierten Faserspitze einen anpassbaren Spiegel zum Umlenken des Lasers auf den Gitterkoppler umfassen. Der anpassbare Spiegel kann ein Mikroelektromechaniksystem-Spiegel (MEMS-Spiegel) sein, der beispielsweise unter Verwendung von elektrostatischen Aktoren angepasst werden kann, die durch einen Controller unter Verwendung einer Rückkopplung aus einer Überwachungsphotodiode auf der PIC gesteuert werden. In einigen Implementierungen kann der Spiegel andere Spiegel mit kleinem Formfaktor umfassen; zum Beispiel kann der Spiegel eine reflektierende Oberfläche umfassen, die an eine oder mehrere lasergeschnittene Blechplättchen geklebt oder anderweitig daran befestigt ist. In einigen Implementierungen der Spiegel über die Lebensdauer der Baugruppe frei beweglich bleiben, so dass zukünftige Anpassungen vorgenommen werden können.
  • Die Verwendung eines MEMS-Spiegels ermöglicht eine Miniaturisierung der integrierten optischen Baugruppe. Die Größe der gesamten integrierten optischen Baugruppe kann in der längsten Abmessung in der Größenordnung von einigen Millimetern liegen. Dies kann die integrierte optische Baugruppe beispielsweise zur Verwendung in einem Datenkommunikations-Sendeempfänger geeignet machen. Zusätzlich ermöglicht das Vorhandensein des MEMS-Spiegels, dass die anderen Komponenten in einer Massenproduktionsumgebung aneinander befestigt werden, wobei Justierungseinstellungen unter Verwendung des Spiegels vorgenommen werden. Dies ermöglicht einen einfacheren Herstellungsprozess mit größeren Toleranzen, was die Gesamtkosten der Vorrichtung reduzieren kann.
  • 1A ist ein Graph 100 einer beispielhaften Beziehung zwischen Verlust und Wellenlänge bei der Lichteinkopplung in einen optischen Gitterkoppler. Optische Gitterkoppler können verwendet werden, um Licht, das sich im leeren Raum oder einer Lichtleitfaser bewegt, in einen Wellenleiter einzukoppeln und umgekehrt. Optische Gitterkoppler sind daher bei der optischen Kommunikation zum Einkoppeln und Auskoppeln von Licht in und aus integrierten Photonikschaltungen (PICs) in optischen Sendern, Empfängern und Sendeempfängern nützlich. Ein optischer Gitterkoppler kann Oberflächenmerkmale wie etwa Linien oder Grate aufweisen, die eine Schnittstelle erzeugen, die zum Empfangen oder Emittieren eines optischen Signals geeignet ist. Solch ein optischer Gitterkoppler ist eine Resonanzvorrichtung; daher wird er optische Signale einer bestimmten Bandbreite um eine Mittenwellenlänge herum einkoppeln. Die Mittenwellenlänge und die Bandbreite sind Funktionen der Abmessungen der Oberflächenmerkmale des optischen Gitterkopplers.
  • Der Graph 100 veranschaulicht eine beispielhafte Beziehung zwischen Verlust und Wellenlänge beim Einkoppeln von Licht in einen optischen Gitterkoppler. Die Wellenlänge, bei der der Gitterkoppler am effizientesten ist - d. h. am wenigsten verlustbehaftet - wird als die Mittenwellenlänge bezeichnet. Der Gitterkoppler kann Licht über eine endliche Bandbreite (BW) um die Mittenwellenlänge herum mit einem vernünftigen Wirkungsgrad einkoppeln. Die Bandbreite kann als ein Bereich von Lichtwellenlängen definiert werden, über den der Kopplungsverlust weniger als beispielsweise 1 dB, 3 dB oder 6 dB höher als der Kopplungsverlust bei der Mittenwellenlänge ist.
  • 1B ist ein Graph 150 von beispielhaften Beziehungen zwischen Verlust und Wellenlänge beim Einkoppeln von Licht in drei verschiedene optische Gitterkoppler. Da optische Gitterkoppler Resonanzvorrichtungen mit einer Mittenwellenlänge sind, die von ihren Oberflächenmerkmalen abhängt, können Prozessvariationen bei der Herstellung von optischen Gitterkopplern zu einer Variation der Mittenwellenlänge von optischem Gitterkoppler zu optischem Gitterkoppler führen. Der Graph 150 veranschaulicht beispielhafte Beziehungen zwischen Verlust und Wellenlänge für die optischen Gitterkoppler 1, 2 und 3. Zum Beispiel hat der Gitterkoppler 1 eine Mittenwellenlänge 1, der Gitterkoppler 2 eine Mittenwellenlänge 2 und der Gitterkoppler 3 eine Mittenwellenlänge 3. Obwohl optische Gitterkoppler für eine bestimmte Wellenlänge hergestellt werden können, können somit Prozessvariationen zu optischen Gitterkopplern mit Mittenwellenlängen führen, die von der gewünschten Wellenlänge abweichen. Zum Beispiel kann der Abstand oder die Teilung der Oberflächenmerkmale das Resonanzverhalten des optischen Gitterkopplers und somit die Mittenwellenlänge beeinflussen. Ohne eine Möglichkeit zum Kompensieren der Mittenwellenlängenvariation unter optischen Gitterkopplern arbeiten die Vorrichtungen, die sie verwenden, möglicherweise nicht so effizient wie sie könnten.
  • 2 ist ein Graph 200 einer beispielhaften Beziehung zwischen optimaler Wellenlänge und Einfallswinkel beim Einkoppeln von Licht in einen optischen Gitterkoppler. Der Graph 200 zeigt, dass die Mittenwellenlänge für eine optimale Einkopplung von Licht in einen optischen Gitterkoppler basierend auf dem Einfallswinkel variieren kann. Zum Beispiel beträgt bei einem Einfallswinkel von 5 Grad von der Normalen zu der Oberfläche des optischen Gitterkopplers die optimale (Mitten-)Wellenlänge für eine effiziente Lichteinkopplung etwa 1325 nm. Bei einem Einfallswinkel von 15 Grad beträgt die optimale Wellenlänge etwa 1235 nm. Diese Beziehung zwischen dem Einfallswinkel und der Mittenwellenlänge kann zu einer zusätzlichen Quelle von Variation für die Mittenwellenlänge zwischen den Vorrichtungen werden. Zum Beispiel kann die relative Positionierung des optischen Gitterkopplers, der Lichtquelle, der Linse und des Spiegels den Einfallswinkel und somit die Mittenwellenlänge des Systems beeinflussen. Geringfügige Variationen in der Ausrichtung der Linse von Vorrichtung zu Vorrichtung können zu Variationen des Einfallswinkels der Lichtstrahlen auf die jeweiligen optischen Gitterkoppler führen. Die Variation des Einfallswinkels unter den Vorrichtungen sollte, wenn alle Dinge gleich sind, zu einer entsprechenden Variation der Mittenwellenlänge bei jeweiligen Vorrichtungen führen, obwohl jede Vorrichtung so hergestellt ist, dass sie bei der gleichen Mittenwellenlänge arbeitet.
  • Der Graph 200 zeigt jedoch, dass sich die Beziehung zwischen dem Einfallswinkel und der optimalen Wellenlänge im Wesentlichen linear verhält. Diese Beziehung kann daher ausgenutzt werden, um den Einfallswinkel anzupassen und potentiell Variationen in Gitterkoppler-Oberflächenmerkmalen und den relativen Positionen von Systemkomponenten auszugleichen. Zum Beispiel kann das System einen beweglichen Spiegel oder Reflektor umfassen. Der Spiegelwinkel kann angepasst werden, um den Einfallswinkel des auf den Gitterkoppler auftreffenden Lichts einzustellen. Der Spiegelwinkel kann folglich angepasst werden, um den Einfallswinkel derart einzustellen, dass die Mittenwellenlänge des Systems auf die gewünschte Wellenlänge abgestimmt wird. Zum Beispiel beträgt in einigen Implementierungen die Wellenlänge des Lichtstrahls 1310 nm. Unter Verwendung der Beispielmessungen in Graph 200 kann die Mittenwellenlänge des Systems durch Anpassen des Spiegels derart, dass der Einfallswinkel des Lichts auf dem optischen Gitterkoppler ungefähr 7 Grad beträgt, auf 1310 nm eingestellt werden. Der genaue Einfallswinkel für eine effiziente Einkopplung von Licht in den optischen Gitterkoppler kann von den Abmessungen der Gitterkoppler-Oberflächenmerkmale abhängen. In ähnlicher Weise kann der Spiegelwinkel zum Erreichen des gewünschten Einfallswinkels von der relativen Position anderer Komponenten der integrierten optischen Baugruppe abhängen. In beiden Fällen kann der Winkel des Spiegels verwendet werden, um den Einfallswinkel für eine effiziente Einkopplung bei der Mittenwellenlänge zu optimieren. Der Graph 200 repräsentiert nur ein Beispiel einer Beziehung zwischen dem Einfallswinkel und der optimalen Wellenlänge. Andere Gitterkoppler zeigen abhängig von ihrer Geometrie und ihren physikalischen Eigenschaften andere Beziehungen.
  • 3 ist ein Blockdiagramm einer integrierten optischen Baugruppe 300 gemäß veranschaulichenden Implementierungen. Die Baugruppe 300 enthält einen Optikträger 305 und eine integrierte Photonikschaltung (PIC) 310. Auf dem Optikträger 305 ist eine Lichtquelle 315, eine Linse 320 und in einigen Implementierungen ein optischer Isolator 325 angeordnet. Die PIC 310 umfasst einen optischen Gitterkoppler 330. Die Baugruppe 300 umfasst einen Mikroelektromechaniksystem-Spiegel (MEMS-Spiegel) 335, der entweder an dem Optikträger 305 oder der PIC 310 montiert ist. Die integrierte optische Baugruppe 300 kann als ein extern modulierter Laser fungieren und ein moduliertes optisches Signal liefern Ein Controller 370 kann bestimmte Operationen der integrierten optischen Baugruppe 300 ausführen, wie z. B. das Steuern einer Position eines reflektierenden Abschnitts des Spiegels 335. Beispielsweise und ohne Einschränkung kann der Controller 370 verwendet werden, um die Lichteinkopplung über die Lebensdauer der Vorrichtung hinweg anzupassen oder zu optimieren, einschließlich eines Anpassens zum Kompensieren der thermischen Ausdehnung oder Schrumpfung von Komponenten der integrierten optischen Baugruppe 300.
  • In einigen Implementierungen kann der Optikträger 305 Silicium enthalten oder aus einem oder mehreren Siliciumblöcken oder -wafern hergestellt sein. In einigen Implementierungen kann der Optikträger 305 eine Antireflexionsbeschichtung (AR-Beschichtung) 340 auf einer Ober- und/oder Unterseite in Bereichen aufweisen, die einen Lichtstrahl 360 durchlassen. Die AR-Beschichtung kann eine mehrschichtige Hartoxidbeschichtung umfassen, die Siliziumdioxid (SiO2) und Hafniumdioxid (HfO2 enthält). Die Lichtquelle 315 kann an dem Optikträger 305 mit Lötmittel 345 montiert sein; beispielsweise Gold/Zinn-Lot. Die Linse 320 und der optische Isolator 325 können an dem Optikträger 305 mit einer Schicht aus Epoxid 350 montiert sein. Der Optikträger 305 kann selbst an der PIC 310 mit einer Schicht aus Epoxid 355 montiert sein. Das Epoxid kann von einer Art sein, die hohe Transparenz aufweist. Zum Beispiel kann das Epoxid in einigen Implementierungen ein UV-härtbares Verbindungsharz für optische Wege sein.
  • In einigen Implementierungen kann der Optikträger 305 ungefähr zwischen 2,5 mm und 5 mm lang sein. In einigen Implementierungen kann der Optikträger 305 ungefähr 3,5 mm lang sein. In einigen Implementierungen kann der Optikträger 305 ungefähr zwischen 0,5 mm und 1,25 mm breit sein. In einigen Implementierungen kann der Optikträger 305 ungefähr 0,75 mm breit sein. In einigen Implementierungen kann der Optikträger 305 ungefähr zwischen 0,5 mm und 1,5 mm hoch sein. In einigen Implementierungen kann der Optikträger 305 ungefähr 1 mm hoch sein. In einigen Implementierungen kann der Optikträger 305 zwei Wafer umfassen: den ersten Wafer, der sich über die Länge des Optikträgers 305 erstreckt, und einen zweiten Wafer unter dem Bereich der Lichtquelle 315, um den Ausgang der Lichtquelle 315 auf die Achse der Linse 320 auszurichten. In einigen Implementierungen kann der erste Wafer ungefähr zwischen 0,4 mm und 0,7 mm sein. In einigen Implementierungen kann der erste Wafer ungefähr 0,5 mm hoch sein. In einigen Implementierungen kann der zweite Wafer ungefähr zwischen 0,1 mm und 0,25 mm hoch sein. In einigen Implementierungen kann der zweite Wafer ungefähr 0,15 mm hoch sein. Die Linse 320 und der optische Isolator 325 können sich über die Höhe des ersten Wafers des Optikträgers 305 hinaus erstrecken. In einigen Implementierungen können die Linse 320 und der optische Isolator 325 ungefähr zwischen 0,3 mm und 0,8 mm an Höhe über dem ersten Wafer des Optikträgers 305 hinzufügen. In einigen Implementierungen können die Linse 320 und der optische Isolator 325 ungefähr 0,5 mm an Höhe über dem ersten Wafer des Optikträgers 305 hinzufügen.
  • In einigen Implementierungen kann die PIC 310 ungefähr zwischen 0,75 mm und 1,25 mm hoch sein. In einigen Implementierungen kann die PIC 310 ungefähr 1 mm hoch sein. In einigen Implementierungen kann die PIC 310 weniger als oder gleich 0,75 mm hoch sein. In einigen Implementierungen kann die PIC 310 ungefähr zwischen 2,5 mm und 6 mm lang sein. In einigen Implementierungen kann die PIC 310 ungefähr 4 mm lang sein. In einigen Implementierungen kann die PIC 310 ungefähr zwischen 0,75 mm und 1,25 mm breit sein. In einigen Implementierungen kann die PIC 310 ungefähr 1,0 mm breit sein. Diese Abmessungen der Komponenten der integrierten optischen Baugruppe 300 können ermöglichen, dass sie in ein typisches Datenkommunikations-Sendeempfängermodul passt.
  • Die Lichtquelle 315 kann einen Dauerstrich-Lichtstrahl 360 mit einer schmalen Bandbreite erzeugen. In einigen Implementierungen kann die Lichtquelle 315 eine Laserdiode in Chipform sein. In einigen Implementierungen kann der Diodenchip mit der p-Seite nach unten montiert sein. In einigen Implementierungen kann der Diodenchip mit der p-Seite nach oben montiert sein. Die Lichtquelle 315 kann mit elektrischen Kontakten oder Kontaktstellen auf der Oberfläche des Optikträgers 305 verlötet sein. Die elektrischen Kontakte können die Lichtquelle 315 mit elektrischem Strom versorgen. In einigen Implementierungen kann die Lichtquelle 315 ein Laser mit verteilter Rückkopplung sein. Ein Laser mit verteilter Rückkopplung ist eine Art von Laser mit einer aktiven Region, die ein Beugungsgitter enthält. Das Gitter kann Licht mit einer bestimmten Wellenlänge reflektieren, um den Resonator zu bilden. Laser mit verteilter Rückkopplung können jedoch für Störungen durch externes Licht anfällig sein. Zum Beispiel kann jegliches von dem optischen Gitterkoppler zurückreflektiertes Licht den Laser stören und dazu führen, dass er instabil wird. Daher kann der Optikträger 305 in einigen Implementierungen einen optischen Isolator 325 umfassen. Der optische Isolator 325 kann den Lichtstrahl 360 in einer ersten Richtung durchlassen, aber verhindern, dass irgendwelches Licht in der umgekehrten Richtung zurück zu der Lichtquelle 315 gelangt. Zum Beispiel kann der optische Isolator 325 Licht reflektieren, das von der Grenzfläche zwischen dem leeren Raum und dem Optikträger 305, der Grenzfläche zwischen dem Optikträger 305 und der PIC 310 und/oder der Oberfläche des Gitterkopplers 330 zurückreflektiert wird und durch den Spiegel zurück zu der Lichtquelle 315 umgelenkt wird. In einigen Implementierungen kann der optische Isolator ein verriegelnder Granat-Faraday-Rotator-basierter mikrooptischer Isolator sein.
  • Die Linse 320 kann eine Linse oder eine Linsenanordnung zum Fokussieren des Lichtstrahls 360 auf den Gitterkoppler 330, entweder direkt oder indirekt (über eine oder mehrere Reflexionen), umfassen. Die Linse kann unter Verwendung von Epoxid 350 an dem Optikträger 305 montiert sein. In einigen Implementierungen kann die Linse 320 indirekt über eine oder mehrere Klammern oder Halterungen an dem Optikträger 305 montiert sein.
  • Der Spiegel 335 lenkt den Lichtstrahl 360 in Richtung des optischen Gitterkopplers 330 um. Der Spiegel 335 umfasst ein steuerbares Element, das die Neigung oder Position eines reflektierenden Abschnitts des Spiegels anpassen kann, um den gewünschten Einfallswinkel des Lichtstrahls auf dem optischen Gitterkoppler 330 einzustellen. In einigen Implementierungen kann der Spiegel 335 ein Mikroelektromechaniksystem-Spiegel (MEMS-Spiegel) sein. Der Spiegel 335 kann einen oder mehrere Aktoren umfassen, die die Neigung oder Position des reflektierenden Abschnitts des Spiegels 335 basierend auf einer zugeführten Spannung oder Stromstärke anpassen können. In einigen Implementierungen kann die Neigung oder Position des reflektierenden Abschnitts um eine Achse angepasst werden. In einigen Implementierungen kann die Neigung oder Position des reflektierenden Abschnitts um zwei orthogonale oder nahezu orthogonale Achsen angepasst werden. Das Neigen des reflektierenden Abschnitts kann im Wesentlichen drehungsartig sein, kann jedoch auch aufgrund von Wechselwirkungen zwischen Aktoren und Stützelementen einen Grad an zufälliger vertikaler oder seitlicher Bewegung umfassen. Der reflektierende Abschnitt des Spiegels 335 kann den Lichtstrahl 360 über einen leeren Raum (d. h. Luft oder ein anderes Gas) empfangen und ihn wieder durch diesen umlenken. Wenn der Lichtstrahl 360 in den Optikträger 305 eintritt, kann er jedoch aufgrund der Änderung des Brechungsindex eine Brechung erfahren. Zum Beispiel liegt der Brechungsindex von Luft sehr nahe bei 1, während der Brechungsindex von Silicium ungefähr 3,5 betragen kann. In einigen Implementierungen kann die Antireflexions-Beschichtung (AR-Beschichtung) 340 eine oder mehrere Schichten von Materialien mit Brechungsindizes zwischen denen von Silicium und Luft enthalten; beispielsweise die vorstehend beschriebene mehrschichtige Hartoxidbeschichtung. Der Winkel des Spiegels 335 sowie seine Position relativ zu dem optischen Gitterkoppler 330 kann angepasst werden, um diese Brechung zu berücksichtigen und sicherzustellen, dass der Lichtstrahl 360 auf den optischen Gitterkoppler 330 fokussiert ist. Der Spiegel 335 ist nachstehend unter Bezugnahme auf 5 ausführlicher beschrieben.
  • Die PIC 310 umfasst den optischen Gitterkoppler 330, der den Lichtstrahl 360 von dem Spiegel 335 empfängt. Die PIC 310 kann einen Modulator zum Modulieren des Dauerstrich-Lichtstrahls 360, der in den optischen Gitterkoppler 330 eingekoppelt wird, enthalten. Das modulierte Signal kann die PIC 310 als das optische Signal 365 verlassen, das Daten über eine optische Verbindung übermittelt. Die PIC 310 und ihre Komponenten sind nachstehend unter Bezugnahme auf 4 im Einzelnen beschrieben.
  • Der Controller 370 kann eine programmierbare Logik wie beispielsweise eine feldprogrammierbare Gatteranordnung (FPGA), einen Mikrocontroller oder einen Mikroprozessor umfassen. Der Controller 370 einstückig mit der integrierten optischen Baugruppe 300 sein oder extern dazu sein. Der Controller 370 kann einen Speicher und Schnittstellen zum Interagieren mit anderen Komponenten der integrierten optischen Baugruppe 300 enthalten. Der Controller 370 kann Schnittstellen zum Empfangen von Befehlen und zum Senden von Statusinformationen über Anzeige-, Audio-, Eingabe- und Netzvorrichtungen enthalten. Der Controller 370 kann beim Durchführen von Anpassungs- oder Kalibrierungsvorgängen helfen, die das Positionieren des Spiegels 335 beinhalten. In einigen Implementierungen kann der Controller 370 Treiber (nicht gezeigt) zum Liefern von analogen Spannungssignalen an den Spiegel 335 zum Steuern der Position des reflektierenden Abschnitts umfassen. In einigen Implementierungen können die Treiber zum Liefern der analogen Spannungssignale physisch von dem Controller 370 getrennt sein und entweder benachbart zu dem Spiegel 335 oder in diesen integriert sein. In einigen Implementierungen können die Treiber einen Digital-Analog-Umsetzer (DAC) zum Umsetzen eines digitalen Signals aus dem Controller 370 in eine analoge Spannung, die zum Steuern der Position des reflektierenden Abschnitts des Spiegels 335 geeignet ist, umfassen. In einigen Implementierungen können die Treiber Spannungsverstärker zum Verstärken von Steuer- und/oder Logiksignalen mit einer relativ niedrigen Spannung (z. B. wenigen Volt) aus dem Controller 370 auf die relativ hohe Spannung (z. B. mehrere Dutzend Volt) zum Steuern elektrostatischer Aktoren des Spiegels 335 verwenden. In einigen Implementierungen können die Treiber Stromstärkeverstärker zum Betätigen magnetischer Aktoren umfassen. Der Stromstärkeverstärker kann digitale oder analoge Spannungen in Stromstärken umwandeln, die für eine magnetische Betätigung des reflektierenden Abschnitts des Spiegels 335 ausreichen (z. B. mehrere hundert Milliampere).
  • 4 ist ein Blockdiagramm einer integrierten Photonikschaltung (PIC) 310 zur Verwendung in einer integrierten optischen Baugruppe 300 gemäß beispielhaften Ausführungsformen. In der Baugruppe 300 kann die PIC 310 unter dem Optikträger 305 positioniert sein. Die Kontur 405 repräsentiert die Kontur des Optikträgers 305 relativ zu der PIC 310 in dieser beispielhaften Implementierung. Elektrische Verbindungen sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen.
  • Die PIC 310 kann den Lichtstrahl 360 an dem optischen Gitterkoppler 330 empfangen. Der optische Gitterkoppler 330 koppelt den Lichtstrahl 360 in den Wellenleiter 410 ein. Der Wellenleiter 410 überträgt das Licht zu dem Modulator 415, der das Dauerstrich-Licht moduliert, um ein optisches Signal zu erzeugen, mit dem Daten übertragen werden können. Der Wellenleiter 420 empfängt das modulierte optische Signal aus dem Ausgang des Modulators 415 und überträgt es an einem Randkoppler 425, der zu einer Seite der PIC 310 benachbart ist. Der Randkoppler 425 kann das optische Signal 365 in ein anderes Medium, beispielsweise eine Lichtleitfaser oder einen anderen Wellenleiter außerhalb der PIC 310, übertragen.
  • In einigen Implementierungen kann die PIC 310 Mittel zum Messen der Amplitude des in den optischen Gitterkoppler 330 eingekoppelten Lichts umfassen. Beispielsweise kann die PIC 310 eine Überwachungsphotodiode 430 umfassen. Die Überwachungsphotodiode 430 kann eine lichtempfindliche Vorrichtung wie etwa eine Photodiode umfassen, die ein aus einem Abgriff an dem Wellenleiter 410 oder 420 empfangenes optisches Signal in ein elektrisches Signal umwandeln kann, das in Relation zu der Amplitude des optischen Signals variiert. In einigen Implementierungen kann der Modulator 415 zwei Ausgangswellenleiter aufweisen. In solchen Implementierungen kann jeder Ausgangswellenleiter eine separate Überwachungsphotodiode 430 aufweisen. Die Signale der jeweiligen Überwachungsphotodioden 430 können summiert werden. Der Controller 370 kann das elektrische Signal empfangen und es verwenden, um den Wirkungsgrad der Einkopplung des Lichts in den optischen Gitterkoppler 330 zu bestimmen. Der Controller 370 kann ferner Spannungen oder Stromstärken zum Anpassen einer Position des Spiegels 335 liefern. Unter Verwendung des elektrischen Signals aus der Überwachungsphotodiode 430 als Rückkopplung kann der Controller 370 die Position des Spiegels 335 anpassen, um einen bestimmten Einfallswinkel des Lichtstrahls 360 auf dem optischen Gitterkoppler 330 zu erreichen. Der Controller kann die Position des Spiegels 335 und dadurch den Einfallswinkel anpassen, um den Wirkungsgrad der Einkopplung von Licht in den optischen Gitterkoppler 330 zu erhöhen.
  • In einigen Implementierungen kann die integrierte optische Baugruppe 300 einen Abgriff an dem Wellenleiterausgang des Modulators 415 umfassen. Ein zusätzlicher Gitterkoppler oder Randkoppler kann Licht aus dem Abgriff empfangen und es zu einer externen Überwachungsphotodiode lenken. Der Controller 370 kann ein elektrisches Signal aus der Überwachungsphotodiode empfangen und dieses verwenden, um die den Wirkungsgrad der Einkopplung des Lichtstrahls 360 in die PIC 310 zu bestimmen.
  • In einigen Implementierungen kann die integrierte optische Baugruppe 300 eine oder mehrere zusätzliche Überwachungsphotodioden auf dem Optikträger 305 umfassen. Diese zusätzliche Überwachungsphotodiode kann benachbart zu der Lichtquelle 315 positioniert sein, um direkte Messungen des Leistungsvermögens zu liefern, die von mechanischen Verschiebungen von Zwischenkomponenten wie etwa der Linse 320, des Isolators 325 und des Spiegels 335 sowie Änderungen der Ausrichtung zwischen dem Optikträger 305 und der PIC 310 entkoppelt sind. Diese Messungen können zum Beispiel hilfreich sein, um den Funktionszustand der Lichtquelle 315 zu überwachen, um die Verschlechterung der Ausgangsleistung über die Zeit zu erfassen. Die zusätzliche Überwachungsphotodiode kann anstelle von externen Überwachungsphotodioden während des Einbrenn-Herstellungsschritts des Montageprozesses des Optikträgers 305 verwendet werden.
  • 5A ist eine Darstellung einer zweiachsigen Mikroelektromechaniksystem-Spiegelanordnung (MEMS-Spiegelanordnung) 500 zur Verwendung in einer integrierten optischen Baugruppe gemäß einer veranschaulichenden Implementierung. Die Spiegelanordnung 500 umfasst drei Hauptkomponenten: eine Spiegelplattform 505, eine Kardanaufhängung 510 und ein Spiegelsubstrat 515. Die Spiegelplattform 505, die Kardanaufhängung 510 und das Spiegelsubstrat 515 sind über einem Basissubstrat (nicht gezeigt) angeordnet. Die Spiegelplattform 505 kann auf ihrer Oberseite eine reflektierende Oberfläche und/oder Beschichtung aufweisen. Die Spiegelanordnung 500 umfasst Aktoren zum Bewegen der Komponenten. In der in 5A gezeigten Implementierung kann die Spiegelanordnung 500 in zwei Dimensionen betätigt werden. Die Aktoren 520a und 520b (kollektiv „Aktoren 520“) können die Spiegelplattform 505 in Bezug auf die Kardanaufhängung 510 bewegen und die Aktoren 525a und 525b (kollektiv „Aktoren 525“) können die Kardanaufhängung 510 und die Spiegelplattform 505 in Bezug auf das Spiegelsubstrat 515 bewegen.
  • In einigen Implementierungen können die Aktoren 520 und 525 ein Drehmoment auf ihre innere Komponente aufbringen. Zum Beispiel können die Aktoren 520 ein Drehmoment aufbringen, um die Spiegelplattform 505 zu drehen, um eine Drehung in der XZ-Ebene (d. h. um die Y-Achse) zu bewirken, und die Aktoren 525 können ein Drehmoment aufbringen, um die Kardanaufhängung 510 zu drehen, um eine Drehung in der YZ-Ebene (d. h. um die X-Achse) zu bewirken. Auf diese Weise können die Aktoren 520 und die Aktoren 525 die Spiegelplattform 505 um eine erste Achse bzw. eine zweite Achse bewegen, wobei die Achsen im Wesentlichen orthogonal zueinander sind.
  • In einigen Implementierungen können die Aktoren 520 und 525 vertikale elektrostatische Aktoren mit Kammantrieb sein. Jeder Aktor 520 und 525 kann einen ersten Teil und einen zweiten Teil aufweisen; zum Beispiel können die Aktoren 520 eine linke Seite und eine rechte Seite aufweisen, und die Aktoren 525 können eine obere Seite und eine untere Seite aufweisen, wie in der Zeichnung orientiert. Eine erste Spannung, die an den ersten Teil des Aktors angelegt wird, kann bewirken, dass der Aktor die Spiegelplattform 505 in einer ersten Richtung bewegt. In einigen Implementierungen kann die erste Richtung eine Drehrichtung um eine Bewegungsachse der Spiegelplattform 505 sein. Eine zweite Spannung, die an den zweiten Teil des Aktors angelegt wird, kann bewirken, dass der Aktor die Spiegelplattform in einer zweiten Richtung, die entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist, bewegt. Zum Beispiel kann die erste Spannung, die an den ersten Teil der Aktoren 520a angelegt wird, bewirken, dass sich die Spiegelplattform 505 im Uhrzeigersinn um die Y-Achse bewegt, und die zweite Spannung, die an den zweiten Teil der Aktoren 520a angelegt wird, kann bewirken, dass sich die Spiegelplattform 505 gegen den Uhrzeigersinn um die Y-Achse bewegt.
  • 5B ist eine Darstellung einer einachsigen Mikroelektromechaniksystem-Spiegelanordnung (MEMS-Spiegelanordnung) 550 zur Verwendung in einer integrierten optischen Baugruppe gemäß einer veranschaulichenden Implementierung. Die Spiegelanordnung 550 umfasst eine Spiegelplattform 555, die in oder über einem Hohlraum, der in einem Spiegelsubstrat 565 definiert ist, durch einen Torsionsträger 570 aufgehängt ist. Der Torsionsträger 570 ermöglicht, dass sich die Spiegelplattform 555 in einer Dimension; d. h. der Y-Z-Ebene, drehend bewegt. Die Spiegelplattform 555 kann eine reflektierende Schicht oder Oberfläche an ihrer Oberseite aufweisen. Die Spiegelplattform 555 kann sich unter dem Einfluss eines oder mehrerer Aktoren (nicht gezeigt) relativ zu dem Spiegelsubstrat 565 drehen. In einigen Implementierungen kann die Spiegelplattform 555 mit Hilfe eines oder mehrerer externer Treiber positioniert werden. Ein externer Treiber kann einen elektrostatischen, piezoelektrischen, thermischen oder magnetischen Aktor umfassen. Die Aktoren können eine Steuerspannung oder Steuerstromstärke empfangen und eine Position der Spiegelplattform 555 anpassen. In einigen Implementierungen kann die Spiegelanordnung 550 miniaturisiert sein. Zum Beispiel kann die Spiegelanordnung 550 in einer diskreten Vorrichtung mit Abmessungen von weniger als einem Millimeter in der x-, y- und z-Richtung ausgeführt sein. In einigen Implementierungen kann die Spiegelanordnung 550 eine diskrete Vorrichtung mit Abmessungen von weniger als 0,75 mm in der x-, y- und z-Richtung sein.
  • In einigen Implementierungen kann die Spiegelplattform 555 über Mittel außerhalb der Spiegelanordnung 550 positioniert werden. Zum Beispiel kann eine Stange oder ein Haken verwendet werden, um die Position der Spiegelplattform 555 anzupassen, während das in die PIC 310 eingekoppelte Licht überwacht wird. In einigen Implementierungen kann die Spiegelplattform 555 unter Verwendung von Magnetkräften bewegt werden.
  • 6 ist ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 600 zum Herstellen einer integrierten optischen Baugruppe gemäß einer veranschaulichenden Implementierung. Das Verfahren 600 umfasst ein Bereitstellen eines Optikträges, auf eine Lichtquelle zum Liefern eines Lichtstrahls und eine Linse, die zum Fokussieren des Lichtstrahls ausgelegt ist, angeordnet sind (Stufe 610). Das Verfahren 600 umfasst ein Bereitstellen einer integrierten Photonikschaltung (PIC) mit einem darauf angeordneten Gitterkoppler zum Empfangen des Lichtstrahls und Einkoppeln des Lichtstrahls in einen Wellenleiter (Stufe 620). Das Verfahren 600 umfasst ein Bereitstellen eines Mikroelektromechaniksystem-Spiegels (MEMS-Spiegels), der dazu ausgelegt ist, den Lichtstrahl aus der Linse zu empfangen und ihn in Richtung des Gitterkopplers umzulenken (Stufe 630). Das Verfahren 600 umfasst ein Zusammenbauen des Optikträgers, des MEMS-Spiegels und der PIC zu der integrierten optischen Baugruppe (Stufe 640). In einigen Implementierungen umfasst das Verfahren 600 ein Kalibrieren der Position des MEMS-Spiegels, um die Einkopplung des Lichtstrahls in den Wellenleiter zu erhöhen (Stufe 650).
  • Das Verfahren 600 umfasst ein Bereitstellen eines Optikträgers, auf dem eine Lichtquelle zum Liefern eines Lichtstrahls und eine Linse, die zum Fokussieren des Lichtstrahls ausgelegt ist, angeordnet sind (Stufe 610). Der Optikträger kann dem Optikträger 305 ähnlich sein, der in Bezug auf 3 beschrieben ist. In ähnlicher Weise kann die Lichtquelle der Lichtquelle 315 ähnlich sein und die Linse kann der Linse 320 ähnlich sein. Die Lichtquelle 315 kann unter Verwendung eines Lötmittels 345 oder eines Haftmittels mit dem Optikträger 305 verbunden werden oder auf andere Weise daran montiert werden. Die Linse 320 kann an dem Optikträger 305 über eine Kombination eines Haftmittels und/oder einer Klammer oder Halterung montiert werden. Die Lichtquelle 315 und die Linse 320 werden so angeordnet, dass die Lichtquelle 315 einen Lichtstrahl auf die Linse 320 richten kann.
  • Das Verfahren 600 umfasst ein Bereitstellen einer integrierten Photonikschaltung (PIC) mit einem darauf angeordneten Gitterkoppler zum Empfangen des Lichtstrahls und zum Einkoppeln des Lichtstrahls in einen Wellenleiter (Stufe 620). Die PIC kann der unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschriebenen PIC 310 ähnlich sein. Ebenso kann der Gitterkoppler dem optischen Gitterkoppler 330 ähnlich sein.
  • Das Verfahren 600 umfasst ein Bereitstellen eines Mikroelektromechaniksystem-Spiegels (MEMS-Spiegels), der dazu ausgelegt ist, den Lichtstrahl von der Linse zu empfangen und ihn in Richtung des Gitterkopplers umzulenken (Stufe 630). Der Spiegel kann dem Spiegel 335 ähnlich sein, der unter Bezugnahme auf 3 beschrieben ist, einschließlich der Spiegelanordnungen 500 und 550, die unter Bezugnahme auf 5 beschrieben sind. Der Spiegel 335 kann an dem Optikträger 305 montiert oder befestigt sein. In einigen Implementierungen kann der Spiegel 500 oder 550 einen oder mehrere Aktoren zum Anpassen einer Position des MEMS-Spiegels umfassen, um einen Einfallswinkel des Lichtstrahls auf dem Gitterkoppler 330 zu beeinflussen.
  • Das Verfahren 600 umfasst ein Zusammenbauen des Optikträgers, des MEMS-Spiegels und der PIC zu der integrierten optischen Baugruppe (Stufe 640). Der Optikträger 305 und die PIC 310 können unter Verwendung eines Haftmittels wie z. B. Epoxid oder Lotkugeln, die mittels eines Lötschießgeräts aufgebracht werden, oder durch mechanische Befestigungsmittel wie etwa Schrauben oder Klammern zusammengefügt und verbunden werden. Der Spiegel 335 kann mit dem Optikträger 305 und/oder der PIC 310 zusammengefügt werden. Der Spiegel 335 kann in einer solchen Position fixiert werden, dass er den Lichtstrahl 360 von der Lichtquelle 315 und der Linse 360 empfangen und den Lichtstrahl 360 durch den Optikträger 305 zu dem optischen Gitterkoppler 330 auf der PIC 310 umlenken kann. Während der Montagephase ist es wichtig, den Optikträger 305 und die PIC 310 in der XY-Ebene richtig auszurichten, um eine Ausrichtung zwischen dem Lichtstrahl 360 und dem optischen Gitterkoppler 330 zu erreichen, die in jeder Dimension bis auf mehrere Mikrometer sein kann. In einigen Implementierungen kann eine Fokuspunktgröße des Lichtstrahls 360 einen Durchmesser von ungefähr 10 Mikron aufweisen. In einigen Implementierungen kann die Ausrichtung visuell durchgeführt werden, indem die Lichtquelle 315 aktiviert wird und der Einfallspunkt des Lichtstrahls 360 beobachtet wird. In einigen Implementierungen kann die Ausrichtung unter Verwendung der Rückkopplung von der Überwachungsphotodiode 430 zum Messen der optischen Einkopplung durchgeführt werden.
  • In einigen Implementierungen umfasst das Verfahren 600 ein Kalibrieren der Position des MEMS-Spiegels, um die Einkopplung des Lichtstrahls in den Wellenleiter zu erhöhen (Stufe 650). In einigen Implementierungen kann die Lichtquelle 315 aktiviert werden und der Spiegel 335 kann angepasst werden, um den Lichtstrahl 360 auf den optischen Gitterkoppler 330 zu lenken. Eine Position und/oder Neigung eines reflektierenden Abschnitts des Spiegels 335 kann angepasst werden, um einen Einfallswinkel des Lichtstrahls 360 auf dem optischen Gitterkoppler 330 einzustellen. Der Einfallswinkel kann angepasst werden, um die Einkopplung des Lichtstrahls 360 in den Gitterkoppler 330 zu erhöhen.
  • Obwohl diese Beschreibung viele spezifische Implementierungsdetails enthält, sollte sie nicht so ausgelegt werden, dass sie den Umfang irgendeiner Erfindung oder von dem, was beansprucht werden kann, einschränkt, sondern als Beschreibung von Merkmalen ausgelegt werden, die sich auf bestimmte Erfindungen beziehen können. Bestimmte Merkmale, die in dieser Beschreibung im Zusammenhang mit getrennten Ausführungsformen beschrieben sind, können auch in Kombination in einer einzelnen Ausführungsform implementiert werden. Umgekehrt können verschiedene Merkmale, die im Zusammenhang mit einer einzelnen Ausführungsform beschrieben sind, auch in mehreren Ausführungsformen separat oder in jeder geeigneten Unterkombination implementiert werden. Obwohl Merkmale oben als in bestimmten Kombinationen wirkend beschrieben sein können und sogar anfänglich derart beansprucht werden können, können ein oder mehrere Merkmale aus einer beanspruchten Kombination in einigen Fällen aus der Kombination herausgenommen werden und die beanspruchte Kombination kann auf eine Unterkombination oder Variation einer Unterkombination ausgerichtet werden.
  • Obwohl Operationen in den Zeichnungen in einer bestimmten Reihenfolge dargestellt sind, sollte dies in ähnlicher Weise nicht so verstanden werden, dass solche Operationen in der bestimmten gezeigten Reihenfolge oder in sequentieller Reihenfolge ausgeführt werden müssen, oder dass alle dargestellten Operationen durchgeführt werden müssen, um gewünschte Ergebnisse zu erzielen. Unter bestimmten Umständen können Multitasking und parallele Verarbeitung vorteilhaft sein. Darüber hinaus sollte die Trennung von verschiedenen Systemmodulen und Komponenten in den oben beschriebenen Ausführungsformen nicht so verstanden werden, dass eine solche Trennung in allen Ausführungsformen erforderlich ist, und es sollte verstanden werden, dass die beschriebenen Programmkomponenten und Systeme im Allgemeinen zusammen in einem einzelnen Softwareprodukt integriert werden können oder in mehreren Softwareprodukten verpackt werden können.
  • Bezugnahmen auf „oder“ können als einschließend ausgelegt werden, so dass irgendwelche Begriffe, die unter Verwendung von „oder“ beschrieben sind, einen einzelnen, mehr als einen und alle der beschriebenen Begriffe angeben können. Die Bezeichnungen „erste/r/s“, „zweite/r/s“, „dritte/r/s“ usw. sollen nicht notwendigerweise eine Reihenfolge angeben und werden im Allgemeinen lediglich dazu verwendet, zwischen gleichen oder ähnlichen Objekten oder Elementen zu unterscheiden.
  • Verschiedene Abwandlungen der Implementierungen, die in dieser Offenbarung beschrieben sind, sind für Fachleute offensichtlich, und die hier definierten generischen Prinzipien können auf andere Implementierungen angewendet werden, ohne vom Gedanken oder Umfang dieser Offenbarung abzuweichen. Somit sollen die Ansprüche nicht auf die hierin gezeigten Implementierungen beschränkt sein, sondern ihnen soll der breiteste Umfang gewährt werden, der mit dieser Offenbarung, den Prinzipien und den hierin offenbarten neuartigen Merkmalen konsistent ist.
  • Eine integrierte optische Baugruppe umfasst einen Optikträger. Auf dem Optikträger sind eine Lichtquelle zum Liefern eines Lichtstrahls und eine Linse, die zum Fokussieren des Lichtstrahls ausgelegt ist, angeordnet. Die integrierte optische Baugruppe umfasst eine integrierte Photonikschaltung (PIC), die mit dem Optikträger mechanisch gekoppelt ist. Auf der PIC ist ein Gitterkoppler angeordnet, um den Lichtstrahl zu empfangen und den Lichtstrahl in einen Wellenleiter einzukoppeln. Die integrierte optische Baugruppe umfasst Mikroelektromechaniksystem-Spiegel (MEMS-Spiegel), der dazu ausgelegt ist, den Lichtstrahl von der Linse zu empfangen und ihn in Richtung des Gitterkopplers umzulenken. Eine Position eines reflektierenden Abschnitts des MEMS-Spiegels ist anpassbar, um einen Einfallswinkel des Lichtstrahls auf dem Gitterkoppler zu beeinflussen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 62512626 [0001]

Claims (16)

  1. Integrierte optische Baugruppe, die umfasst: einen Optikträger, auf dem eine Lichtquelle zum Liefern eines Lichtstrahls und eine Linse, die zum Fokussieren des Lichtstrahls ausgelegt ist, angeordnet sind; eine integrierte Photonikschaltung (PIC), die mit dem Optikträger mechanisch gekoppelt ist und auf der ein Gitterkoppler angeordnet ist, um den Lichtstrahl zu empfangen und den Lichtstrahl in einen Wellenleiter einzukoppeln; und einen Mikroelektromechaniksystem-Spiegel (MEMS-Spiegel), der dazu ausgelegt ist, den Lichtstrahl von der Linse zu empfangen und ihn in Richtung des Gitterkopplers umzulenken, wobei eine Position eines reflektierenden Abschnitts des MEMS-Spiegels anpassbar ist, um einen Einfallswinkel des Lichtstrahls auf dem Gitterkoppler zu beeinflussen.
  2. Integrierte optische Baugruppe nach Anspruch 1, wobei der Gitterkoppler Silicium enthält.
  3. Integrierte optische Baugruppe nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Optikträger Silicium mit einer Antireflexionsbeschichtung auf mindestens einer Oberfläche umfasst.
  4. Integrierte optische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Lichtquelle ein Laser mit verteilter Rückkopplung ist.
  5. Integrierte optische Baugruppe nach Anspruch 4, die umfasst: einen optischen Isolator, der auf dem Optikträger angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, den Lichtstrahl von der Linse zu empfangen und ihn in eine erste Richtung zu dem MEMS-Spiegel zu lenken, während er verhindert, dass Licht in einer zweiten Richtung, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist, durchgelassen wird.
  6. Integrierte optische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die umfasst: eine Überwachungsphotodiode, die auf der PIC angeordnet ist, um eine Amplitude von Licht zu messen, das in den Wellenleiter eingekoppelt wird.
  7. Integrierte optische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der MEMS-Spiegel beweglich ist, um den Einfallswinkel von null Grad von der Normalen zu einer Lichtempfangsfläche des Gitterkopplers auf 20 Grad von der Normalen anzupassen.
  8. Integrierte optische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die integrierte optische Baugruppe Abmessungen aufweist, die für eine Einbeziehung in eine optische Sendeempfängervorrichtung geeignet sind.
  9. Integrierte optische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei sich der MEMS-Spiegel in zwei Dimensionen drehen kann.
  10. Integrierte optische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der MEMS-Spiegel einen Aktor zum Anpassen der Position des reflektierenden Abschnitts umfasst.
  11. Integrierte optische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der MEMS-Spiegel dazu ausgelegt ist, über die Lebensdauer der integrierten optischen Baugruppe kontinuierlich oder periodisch neu positioniert zu werden.
  12. Optisches Kommunikationssystem, das umfasst: einen Optikträger, auf dem eine Lichtquelle zum Liefern eines Lichtstrahls und eine Linse, die zum Fokussieren des Lichtstrahls ausgelegt ist, angeordnet sind; eine integrierte Photonikschaltung (PIC), die mit dem Optikträger mechanisch gekoppelt ist und auf der angeordnet sind: ein Gitterkoppler zum Empfangen des Lichtstrahls und zum Einkoppeln des Lichtstrahls in einen Wellenleiter; und eine Überwachungsphotodiode zum Messen einer Amplitude des in den Wellenleiter eingekoppelten Lichts; einen Mikroelektromechaniksystem-Spiegel (MEMS-Spiegel), der dazu ausgelegt ist, den Lichtstrahl von der Linse zu empfangen und ihn in Richtung des Gitterkopplers umzulenken, wobei eine Position eines reflektierenden Abschnitts des MEMS-Spiegels anpassbar ist, um einen Einfallswinkel des Lichtstrahls auf dem Gitterkoppler zu beeinflussen; und einen Controller, der dazu ausgelegt ist, eine Angabe der Amplitude des in den Wellenleiter eingekoppelten Lichts zu empfangen und die Position des MEMS-Spiegels zu steuern, um die Angabe der Amplitude zu erhöhen.
  13. Optisches Kommunikationssystem nach Anspruch 12, wobei der Gitterkoppler Silicium enthält.
  14. Optisches Kommunikationssystem nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, wobei der Optikträger Silicium mit einer Antireflexionsbeschichtung auf mindestens einer Oberfläche umfasst.
  15. Optisches Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Lichtquelle ein Laser mit verteilter Rückkopplung ist.
  16. Optisches Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 12 bis 15, die umfasst: einen optischen Isolator, der auf dem Optikträger angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, den Lichtstrahl von der Linse zu empfangen und ihn in eine erste Richtung zu dem MEMS-Spiegel zu lenken, während er verhindert, dass Licht in einer zweiten Richtung, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist, durchgelassen wird.
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