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Hintergrund
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Planare
Lichtwellenschaltungen, wie z. B. Wellenleiter-Gitter und optische Schalter, steuern
die Leitwegführung
von optischen Signalen. Um diese Steuerung oder Leitung zu erreichen,
sind optische Eingangs- und Ausgangs-Fasern mit der planaren Lichtwellenschaltung
(PLC; planar lightwave circuit) verbunden. Ein übliches Verfahren zum Ausrichten und
Verwalten von mehr als einer Faser ist das Verwenden von Faseranordnungen.
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1A zeigt
das Beispiel eines optischen Schalters 100 mit vier Faseranordnungen 110A, 110B, 110C und 110D für vier Sätze aus
optischen Fasern 112. Die vier Faseranordnungen 110A, 110B, 110C und 110D sind
mit einer optischen Platte 120 verbunden, die eine PLC
bilden. Bei diesem Beispiel umfassen Faseranordnungen 110A und 110D optische
Fasern 112, die optische Signale in die optische Platte 120 eingeben,
und Faseranordnungen 110B und 110C umfassen optische
Fasern 112, die optische Signale empfangen, die aus der
optischen Platte 120 ausgegeben werden.
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Im
Allgemeinen kann die optische Platte 120 aus jeglichem
Material hergestellt sein, in dem optische Wellenleiter erzeugt
werden können.
Diese Materialien weisen allgemein einen niedrigen optischen Verlust
für die
Zielwellenlänge
auf, und ein Brechungsindexprofil kann senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung
erzeugt werden, um das Licht zu führen. Bei dem Beispiel aus 1A ist
die optische Platte 120 aus einem optischen Material hergestellt, wie
z. B. geschmolzener Silika, die selektiv mit Unreinheiten dotiert
ist, um optische Wellenleiter zu bilden, aber Wellenleiter können in
anderen Strukturen gebildet sein, wie z. B. in Halbleiterlasern
und Lithium-Niobat-Modulatoren (LiNbO3-Modulatoren).
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Die
optische Platte 120 umfasst zwei Beispielsätze aus
optischen Wellenleitern 122 und 124. Optische
Wellenleiter 122 sind mit optischen Fasern 112 in
Faseranordnungen 110A und 110C ausgerichtet, und
optische Wellenleiter 124 sind mit Fasern 112 in
Faseranordnungen 110B und 110C ausgerichtet. Schaltstellen 126,
die die Wege der optischen Signale auswählen, sind an den Schnittbereichen
von optischen Wellenleitern 122 und 124 vorgesehen.
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In
Betrieb können
die Schaltstellen 126 individuell ein- oder aus-geschaltet werden, so dass
ein optisches Signal, das in einen optischen Wellenleiter 122 oder 124 eingegeben
wird, entweder an einer der Schaltstellen 126 entlang des
Wellenleiters 122 oder 124 in einen anderen optischen
Wellenleiter 124 oder 122 reflektiert wird oder
durch jede Schaltstelle 126 entlang dem optischen Wellenleiter 122 oder 124 verläuft. Bei
einer spezifischen Implementierung umfasst jede Schaltstelle 126 einen
Graben in der optischen Platte 120, der entweder mit einer
Flüssigkeit gefüllt ist,
um die Schaltstelle 126 transparent zu machen, oder mit
einer Gasblase gefüllt
ist, um die Schaltstelle 126 reflektierend zu machen. Eine
integrierte Schaltung (nicht gezeigt), die der optischen Platte 120 zugrunde
liegt, kann die Flüssigkeit
in einer bestimmten Schaltstelle 126 selektiv erwärmen, um
die Gasblase zu erzeugen, die diese Schaltstelle 126 einschaltet,
und diese Schaltstelle 126 reflektierend macht.
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Der
optische Schalter 100 kann ein optisches Signal von einer
optischen Faser 112 in der Faseranordnung 110A z.
B. in jegliche der optischen Fasern 112 in der Faseranordnung 110B leiten,
dadurch, dass die entsprechenden Schaltstellen 126 reflektierend
gemacht werden. Alternativ, wenn keine Schaltstellen 126 entlang
des optischen Wellenleiters 122 reflektierend ist, verläuft das
optische Signal von der optischen Faser 112 in der Faseranordnung 110A durch
die optische Platte 120 zu einer optischen Faser 112 in
der gegenüberliegenden
Faseranordnung 110C.
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Eine
ordnungsgemäße Operation
des optischen Schalters 100 erfordert, dass die Beabstandung
von optischen Fasern 112 an jeder Faseranordnung 110A, 110B, 110C oder 110D mit
der Beabstandung der Eingangs/Ausgangs-Bereiche für die entsprechenden
optischen Wellenleiter 122 oder 124 übereinstimmt.
Zusätzlich
dazu müssen
die optischen Fasern 112 präzise mit den optischen Wellenleitern 122 oder 124 und
mit den optischen Fasern 112 bei anderen Faseranordnungen
ausgerichtet sein, um ein maximales Verhalten zu erreichen. Ein Herstellen
und Ausrichten von Faseranordnungen mit der erforderlichen Präzision kann
Schwierigkeiten darstellen, da Wellenleiter 122 und 124 üblicherweise Abmessungen
von ungefähr
10 μm oder
weniger aufweisen und eine standardmäßige optische Faser 112 einen
Durchmesser von 125 μm
und einen Kern mit 10 μm
im Durchmesser aufweist. Die Kerne der optischen Fasern 112 tragen
die optischen Signale und müssen
zur Übertragung
von optischen Signalen zu oder von dem entsprechenden Wellenleiter
ausgerichtet sein. Dementsprechend muss für ein maximales Verhalten die
Beabstandung und Ausrichtung der optischen Fasern 112 üblicherweise
innerhalb von wenigen 10 Mikrometern genau sein.
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1B zeigt
eine Querschnittsansicht einer Faseranordnung 110. Die
Faseranordnung 110 umfasst ein Substrat 115 mit
V-Rillen 116,
in denen die optischen Fasern 112 vorliegen. Das Substrat 115 ist üblicherweise
aus demselben Material hergestellt wie die optische Platte (z. B.
geschmolzenem Silika), um einen übereinstimmenden
thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE; coefficient of thermal
expansion) zu liefern, aber auch andere Materialien, wie z. B. Silizium,
können
ebenfalls verwendet werden.
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Eine
Präzisionsbearbeitung
des Substrats 115 kann V-Rillen 116 mit konsistenter
Form und Beabstandung erzeugen. Eine solche Bearbeitung kann z.
B. Schritt- und Wiederholungs- Techniken
verwenden, die eine V-Rille 116 in das Substrat 115 schleifen,
dann das Substrat 115 um die erforderliche Distanz zum
Schleifen der nächsten
V-Rille 116 in dem Substrat 115 bewegen. Eine
Ausrüstung,
die eine Präzisionsstufe
umfasst, die das Substrat 115 zum Schleifen positioniert,
kann die erforderliche Präzision
für die
Beabstandung von V-Rillen 116 erreichen. Getrennte mechanische
Operationen jedoch, wie z. B. das Schneiden eines Randes 118 des
Substrats 115, erfordern allgemein das Neubefestigen des Substrats 115 an
unterschiedlichen Ausrüstungsteilen,
was größere Abweichungen
verursacht als die erforderliche Ausrichtungspräzision. Dementsprechend kann
die Position des Randes 118 des Substrats 115 relativ
zu den V-Rillen 115 um ±25 μm variieren.
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Ein
exemplarischer Prozess zum Ausrichten von Faseranordnungen 110A, 110B, 110C und 110D mit
der optischen Platte 120, wie in 1A, umfasst einen
Grobausrichtungsprozess und einen feinen Ausrichtungsprozess. Der
grobe Ausrichtungsprozess richtet Faseranordnungen 110A, 110B, 110C und 110D und
die optische Platte 120 mit einer ausreichenden Präzision aus,
um einen gewissen Lichtfluss durch die erforderlichen Wege zu schaffen.
Ein Feinausrichtungsprozess misst die Intensität der ausgegebenen optischen
Signale und stellt die Positionen und Orientierungen von Anordnungen 120 ein, um
den optischen Leistungsfluss durch den Schalter 100 zu
maximieren. Eine Feinausrichtung kann computergesteuert sein unter
Verwendung bekannter „Hügelerklimmungs"- bzw. Gradienten-Algorithmen, die
die optimale Position und Orientierung für die Faseranordnungen 110A, 110B, 110C und 110D finden.
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Eine
grobe Ausrichtung einer Anordnung 110 und einer optischen
Platte 120 richtet die Kerne 114 von optischen
Fasern 112 mit entsprechenden optischen Wellenleitern 122 oder 124 in
der optischen Platte 120 so aus, dass optische Signale
durch den optischen Schalter 100 fließen. Eine grobe Ausrichtung
basiert anfänglich
auf dem Identifizieren und Übereinstimmen
physischer Merkmale der Faseranordnung 110 und der optischen
Platte 120. Kerne 114 jedoch, die ausgerichtet
sein sollen, sind von anderen Abschnitten der optischen Fasern 112 nicht
unterscheidbar, und die optischen Fasern 112, die ihre Schutzumhüllung für eine genaue
Anordnung entfernt haben, sind transparent und daher schwierig unter
Verwendung von Maschinen oder menschlicher Sehkraft zu identifizieren.
Merkmale, wie z. B. V-Rillen 116 oder ihre Ränder sind ähnlich schwierig
zu identifizieren, insbesondere wenn das Substrat 115 transparent
ist. Separate, mechanisch hergestellte Merkmale, wie z. B. Ränder 118 des
Substrats 115, die einfacher zu identifizieren sein können, unterliegen
Abweichungen, die viel größer sind
als jene, die bei der groben Ausrichtung erforderlich sind.
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Die
Schwierigkeiten beim Identifizieren zuverlässiger Referenzmerkmale für eine grobe
Ausrichtung bedeutet üblicherweise,
dass die grobe Ausrichtung manuell ausgeführt wird. Zusätzlich dazu
ist eine Ausrichtung ausschließlich
basierend auf der offensichtlichen Position der Merkmale häufig nicht
in der Lage, eine angemessene optische Leistungsübertragung für den Feinausrichtungsprozess
zu liefern. Dementsprechend muss die grobe Ausrichtung ferner einen
Suchprozess umfassen, der die Faseranordnungen systematisch verschiebt
oder neu orientiert, bis eine Konfiguration mit einer ausreichenden optischen
Leistungsübertragung
für den
Feinausrichtungsprozess erreicht ist. Solche Grobausrichtungsverfahren
können
eine Stunde oder mehr benötigen, während eine
computergesteuerte feine Ausrichtung üblicherweise in zwei bis zehn
Minuten fertiggestellt werden kann. Dementsprechend besteht ein
Bedarf nach Strukturen und Techniken, die die Zeit reduzieren können, die
zum Ausrichten von Faseranordnungen bei optischen Schaltern oder
anderen PLCs benötigt
werden.
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D1:
Cohen M. S. u. a.: „Passive
Laser-Fiber Alignment By Index Method" IEEE Photonics Technology Letters,
IEEE Inc. New York, US, Band 3, Nr. 11, 1. Dezember 1991 (1991-12-01)
Seiten 987–987, XP000232697
ISSN: 1041–1135,
offenbart einen Prozess zum Anordnen und Ausrichten von Komponenten
eines Laserfasermoduls. Ein Laserchip ist mit einer ersten Justiermarke
und einer Mehrzahl von optischen Wegen versehen. Ein Faserträger ist
mit einer zweiten Justiermarke versehen. Eine Positionseinstellung
des Laserchips relativ zu dem Faserträger wird ausgeführt, während eine
Justiermarke durch die Ausrichtungsplatte mit Hilfe eines Mikroskops
betrachtet wird. Nach dem korrekten Positionieren des Faserträgers wird
der Laserchip so bewegt, dass die Justiermarken die auf dem Laserchip
vorgesehen sind, mit jenen der Ausrichtungsplatte benachbart sind.
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Die
vorliegende Erfindung basiert auf der Aufgabe, ein Verfahren und
eine optische Vorrichtung zu schaffen, die eine einfache und zuverlässige Ausrichtung
der Position der optischen Anordnung relativ zu dem optischen Element
ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Prozess gemäß Anspruch 1 und durch eine
optische Vorrichtung gemäß Anspruch
6 gelöst.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1A zeigt
eine Draufsicht eines optischen Schalters mit angebrachten Faseranordnungen.
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1B ist
eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen Faseranordnung.
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2A zeigt
eine Draufsicht eines optischen Schalters gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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2B und 2C sind
eine Querschnittsansicht von Faseranordnun gen gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung bzw. ein Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist.
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3 zeigt
eine Draufsicht einer optischen Platte und einer Faseranordnung
mit Justiermarken gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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4 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer mikroelektronischen Maschine,
die Justiermarken für
eine grobe Komponentenausrichtung verwendet.
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Die
Verwendung der gleichen Bezugszeichen in unterschiedlichen Figuren
zeigt ähnliche
oder identische Elemente an.
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Detaillierte
Beschreibung
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung weisen eine Faseranordnung und ein optisches
Element Justiermarken auf, die ein Grobausrichtungsprozess während der
Anordnung einer optischen Vorrichtung verwendet. 2A zeigt
eine schematische Draufsicht eines optischen Schalters gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Ein optischer Schalter 200 umfasst vier
optische Anordnungen 210A, 210B, 210C und 210D und
eine optische Platte 220, die eine planare Lichtwellenschaltung
(PLC) enthält. Jede
der optischen Anordnungen 210A, 210B, 210C und 210D enthält mehrere
optische Fasern 112 und eine Justiermarke 212.
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Die
optische Platte 220 umfasst zwei Sätze aus optischen Wellenleitern 122 und 124,
die sich an Schaltstellen 126 schneiden, die herkömmliche
Entwürfe
aufweisen können.
Die optische Platte 220 unterscheidet sich von bekannten
optischen Platten primär
durch die Hinzufügung
von Justiermarken 222 zur Verwendung bei einer groben Ausrichtung
von Faseranordnungen 210A bis 210D während einer Herstellung
eines optischen Schalters 200. Justiermarken 222 sind Regionen,
die üblicherweise
aus einem undurchlässigen
Material hergestellt sind, wie z. B. Metall, einem Photoresist,
oder einem Halbleiter, oder sich geätzte Regionen, die die Sichtbarkeit
von Justiermarken 222 reflektieren, brechen oder anderweitig
verbessern, unter Verwendung eines Prozesses, der mit einer präzisen Ausrichtung
relativ zu Schaltstellen 126 strukturiert sein kann.
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Bei
einem exemplarischen Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist die optische Platte 220 eine Platte aus
geschmolzenem Silika oder einem anderen Material optischer Güte, das
verarbeitet wird, um Wellenleiter und Gräben an den Schaltstellen 126 zu bilden.
Ein herkömmlicher
Herstellungsprozess zum Erzeugen von Wellenleitern 122 und 124 beginnt
mit dem Aufbringen oder Finden eines geeigneten Substrats für die untere
Umhüllung.
Das Kernmaterial, das einen etwas höheren Brechungsindex aufweist als
die Umhüllung,
wird auf die untere Umhüllung
aufgebracht und dann unter Verwendung eines Photoresists und eines Ätzmittels
strukturiert, um Strahlwege oder Wellenleiter 122 und 124 zu
bilden. Eine obere Umhüllung
wird dann über
den Wellenleiter 122 und 124 aufgebracht, so dass,
wenn sich ein optisches Signal entlang eines Wellenleiters 122 und 124 bewegt,
ein Brechungsindexschritt in jeder Richtung senkrecht zu der Richtung
der Ausbreitung ist. Das Licht bleibt somit in dem Wellenleiter.
Ein Ätzen
bildet dann Gräben
in der optischen Platte 120 an Schnittpunkten der optischen
Wellenleiter 122 mit den optischen Wellenleitern 124.
Weitere Beschreibungen von Techniken zum Bilden eines optischen
Schalters sind z. B. enthalten in dem U.S.-Patent Nr. 6,324,316 mit
dem Titel „Fabrication
Of A Total Internal Reflection Optical Switch With Vertical Fluid
Fill-Holes" an Fouget
u. a., und dem U.S.-Patent Nr. 6,195,478 mit dem Titel „Planar
Lightwave Circuit-Based Optical Switches Using Micromirrors in Trenches" an J. Fouquet.
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Beim
Herstellen einer optischen Platte 220 können herkömmlichen photolithographische
Techniken, wie z. B. jene, die bei der Herstellung einer integrierten
Schaltung bekannt sind, präzise
die Stellen der optischen Wellenleiter 122 und 124 und
die Abschnitte der optischen Platte 220 definieren, die
entfernt werden, um Schaltstellen 126 zu bilden. Solche Prozesse
verwenden allgemein Ausrichtungsmarkierungen auf der optischen Platte 220 beim
Positionieren und Orientieren der optischen Platte 220 zum Verarbeiten.
Gemäß einem
Aspekt der Erfindung können
Ausrichtungsmarkierungen, die für
eine Ausrichtung einer Photolithographie gebildet und verwendet
werden, ebenfalls als Justiermarken 222 für eine grobe
Ausrichtung von Faseranordnungen 210A bis 210D zu
der optischen Platte 220 verwendet werden. Alternativ können Justiermarken 222 speziell
für eine
Ausrichtung von Faseranordnungen 210A bis 210D gebildet
sein.
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2B und 2C zeigen
Querschnittsansichten von entsprechenden optischen Anordnungen 210 und 210' gemäß einem
Ausführungsbeispiel
und einem Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist.
Optische Anordnungen 210 und 210' sind allgemeine Versionen von
optischen Anordnungen 210A, 210B, 210C und 210D,
insofern, als Positionen der optischen Fasern 112 und Justiermarken 212 bei
optischen Anordnungen 210 und 210' nicht notwendigerweise mit den
Positionen von übereinstimmenden
Strukturen bei jeglicher bestimmten der optischen Anordnungen 210A, 210B, 210C und 210D übereinstimmen.
Faseranordnungen 210A, 210B, 210C und 210D können sich
nach Bedarf unterscheiden, um mit optischen Wellenleitern 122 oder 124 oder
Justiermarken 222 auf der optischen Platte 220 übereinzustimmen.
Genauer gesagt können
linke und rechte Anordnungen an unterschiedlichen Seiten der optischen
Platte 220 angebracht sein.
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2B zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der Faseranordnung 210, bei der die Justiermarke 212 in einer
Rille 116 in einem Substrat 215 vorliegt. Das Substrat 215 kann
auf jeglichen Materialien hergestellt sein, die geeignet sind zum
Anbringen an der optischen Platte 220 und zum Halten der
optischen Fasern 112. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind das Substrat 215 und die optische Platte 220 aus
demselben Material hergestellt (z. B. geschmolzener Silika), aber
das Substrat 215 kann alternativ ein Halbleiter- oder Keramik-Substrat
sein.
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Rillen 116 können in
dem Substrat 215 mit einer Beabstandung maschinell hergestellt
sein, die eng gesteuert wird (z. B. innerhalb einer Toleranz von ± 1 μm). Rillen 116 sind
vorzugsweise V-Rillen, um optische Fasern 112 besser in
den richtigen Positionen zu halten. Solche Rillen können unter
Verwendung einer Präzisions-Säge- oder
-Schleif-Ausrüstung gebildet
werden. Im Allgemeinen ist eine Ausrüstung für mechanische Prozesse wie
Sägen oder Schleifen
nicht in der Lage, Ausrichtungsmarkierungen zu verwenden oder anderweitig
Justiermarken 212 zu erzeugen, die Positionen aufweisen,
die für die
erforderliche Genauigkeit zuverlässig
sind.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung kann die Justiermarke 212 in einer
der präzise
beabstandeten Rillen sein. 2B stellt
ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dar, bei dem die Justiermarke 212 ein undurchlässiges,
zylindrisches Objekt in einer der Rillen 116 ist. Um eine
konsistente Referenzposition zu liefern, sollte der Durchmesser
eines zylindrischen Objekts höchst
einheitlich sein (z. B. um weniger als ± 1μm im Durchmesser entlang der
Länge des
Objekts variieren), und ungefähr
der gleiche sein, wie der einer optischen Faser 124, so
dass das Objekt gut in die Rille 116 einpasst. Einige Beispiele
von geeigneten zylindrischen Objekten umfassen undurchlässige Fasern,
Präzisionsnadeln
und Drähte.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist die Justiermarke 112 eine kohlenstoffbeschichtete,
optische Faser. Kohlenstoffbeschichtete Fasern sind in der Technik
bekannt und handelsüblich
von Lieferanten wie z. B. Sumitomo Electric Lightwave Corp., Fujikura
America, Inc., oder Corning Inc erhältlich. Kohlenstoffbeschichtete
Fasern weisen wünschenswerterweise
einen präzise gesteuerten
Durchmesser von 125 μm ± 1 μm auf, denselben
wie andere standardmäßige optische
Fasern, und weisen dieselben thermischen und mechanischen Eigenschaften
(z. B. denselben thermischen Ausdehnungskoeffizienten) wie die optischen
Fasern 112 auf. Kohlenstoffbeschichtete Fasern liefern
ferner einen hohen Kontrast mit vielen Materialen, die für das Substrat 215 verwendet
werden können.
Genauer gesagt liefern kohlenstoffbeschichtete Fasern einen hohen
Kontrast, wenn das Substrat 215 transparent ist. Zusätzlich dazu
kann die undurchlässige Beschichtung
mit Sensoren vom Interferometertyp erfasst werden, wenn das Substrat
transparent oder nicht transparent ist.
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Das
Beispiel, das zu Verständnis
der Erfindung von 2C nützlich ist, stellt eine Faseranordnung 210' mit einer Justiermarke 212' dar, die eine sichtbare
Region auf dem Substrat 215 ist. Die sichtbare Region 212' weist eine
Position auf, die sich auf die Rillen 216 bezieht, die
zu einer Präzision
von ungefähr ±1 μm genau ist.
Photolithographische Prozesse und eine Strukturierung können die
erforderliche Genauigkeit zur Bildung der sichtbaren Region 212' erreichen.
Im Allgemeinen verwenden solche photolithographischen Prozesse Silizium
für das Substrat 215,
da die Kristallstruktur in einem Siliziumsubstrat 215 das Ätzen von
V-Rillen 216 ermöglicht.
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Ein
grober Ausrichtungsprozess kann Justiermarken 212 und 222 verwenden,
um Faseranordnungen 210A, 210B, 210C und 210D für eine Anbringung
an die optische Platte 220 zu positionieren. Die grobe
Ausrichtung beginnt mit dem Identifizieren der Positionen der Justiermarken 212 und 222 auf
einer Faseranordnung 210, was manuell oder mit einem computergesteuerten
Prozess durchgeführt
werden kann.
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Für einen
manuellen Prozess liefern Justiermarken 212 und 222 einen
visuellen Kontrast, der das Identifizieren von Merkmalen ermöglicht,
die ausgerichtet sein müssen,
um die gewünschte
grobe Ausrichtung zu liefern. Genauer gesagt kann eine Person, die
eine Faseranordnung 210 mit einer optischen Platte 220 ausrichtet,
die Faseranordnung bewegen, bis Justiermarken 212 und 222 abgeglichen sind
oder eine andere Zielkonfiguration erreichen. Da die Justiermarken 212 und 222 genaue
Positionen aufweisen und einfach identifiziert werden können, liefert
das zuverlässige
Ausrichten von Justiermarken 212 und 222 eine
Konfiguration, die ausreichend optische Leistung für einen
Feinausrichtungsprozess überträgt, und
eine weitere Suchoperation ist allgemein nicht erforderlich.
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Für einen
computergesteuerten Prozess ist entweder die optische Platte 220 oder
die Faseranordnung 210 fest, währen die andere auf einer Präzisionsstufe
befestigt ist. Ein Bild einer Faseranordnung 210 und einer
optischen Platte 220 wird dann gemacht und digitalisiert,
und eine herkömmliche Computervisionssoftware
identifiziert Justiermarken 212 und 222 in dem
Bild, das mit den räumlichen
Koordinaten der Faseranordnung 210 und der optischen Platte 220 korreliert
ist. Im Gegensatz zu bekannten Faseranordnungen und optischen Platten, wo
Merkmale, wie z. B. optische Fasern, schwierig zu identifizieren
waren, liefern Justiermarken 212 und 222 einen
hohen Bildkontrast, der eine zuverlässige Verwendung einer Computervision
ermöglicht.
Der Computer kann dann relative Positionen und Orientierungen der
optischen Platte 220 oder Faseranordnung 210 bestimmen
und die Präzisionsstufe
anweisen, die optische Platte 220 oder die Faseranordnung 210 von
der bestimmten Position zu einer Zielposition zu bewegen, die die
gewünschte
grobe Ausrichtung liefert. Die Zielposition hängt von den Orten der Justiermarken 212 und 222 ab
und kann auf einfache Weise berechnet werden.
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Ein
alternativer, computergesteuerter, Grobausrichtungsprozess verwendet
ein Interferometersystem, wie es z. B. von Keyence, Inc. erhältlich ist. Mit
einem Interferometer können
die Konturen der Oberflächen
der Faseranordnung 210 und der optischen Platte 220 gemessen
werden. Da Justiermarken 212 und 222 undurchlässig sind,
können
die Distanzen zu Punkten an den Justiermarken 212 und 222 präzise gemessen
werden und stehen aus dem umliegenden Hintergrund heraus. Mehrere
Punkte auf der Justiermarke 212 und 222 können verwendet werden,
um die Position (x, y, z) und die Winkelausrichtung (gieren, stampfen,
rollen) für
eine Faseranordnung 210 und optische Platte 220 zu
berechnen. Die Faseranordnung 210 kann dann relativ zu
der optischen Platte 220 bewegt werden, bis Justiermarken 212 und 222 ihre
relativen Zielpositionen aufweisen.
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Als
ein Beispiel einer bestimmten Struktur für Justiermarken stellt 3 eine
Faseranordnung 210 in der Nähe eines Abschnitts einer optischen
Platte 220 mit einer möglichen
Struktur für
Justiermarken 222 dar. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst
die Justiermarke 222 kreisförmige Formen 310,
die eine Computervision ohne Weiteres identifizieren kann. Zusätzlich dazu
definieren rechtwinklige Regionen 320 eine Richtung und
Position für
Justiermarken 212, die ohne Weiteres durch das menschliche
Auge identifiziert werden können.
Bei dem Ausführungsbeispiel
aus 3 sind zwei Justiermarken 212 an gegenüberliegenden
Enden der Anordnung 210 vorgesehen, und die Zielposition,
die eine grobe Ausrichtung erreicht, weist Justiermarken 212 auf, die
mit einem Zwischenraum zwischen den rechteckigen Regionen 320 ausgerichtet
sind.
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Eine
praktisch endlose Vielzahl von anderen Konfigurationen ist für die Justiermarken
möglich. Genauer
gesagt kann jegliche Anzahl von Justiermarken 212 eingesetzt
und irgendwo auf der Faseranordnung 210 angeordnet sein.
Wenn Justiermarken 212 in Rillen sind, ist jegliche Rille,
die nicht für
eine optische Faser verwendet wird, zum Enthalten einer Justiermarke 212 verfügbar. Zusätzlich dazu
können die
Zielpositionen der Justiermarken 212 und 222 die Jus tiermarken 212 und 222 versetzt
voneinander und nicht ausgerichtet aufweisen, wie in 3 gezeigt
ist.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind nicht auf optische Systeme beschränkt, die
eindimensionale Arrays aus optischen Fasern umfassen. 4 ist
eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,
das eine mikroelektronische Maschine (MEM; micro electronic machine) 400 ist,
die zweidimensionale Kollimatorarrays 410A und 410B umfasst,
die mit Spiegelarrays 420A und 420B ausgerichtet
sind. Herkömmliche
Kollimatorarrays enthalten ein Array aus Kollimatorlinsen, die transparent
sind, und von daher schwierig präzise auszurichten
sein können.
In Betrieb empfangen Kollimatoren 412 in dem Kollimatorarray 410A und 410B optische
Eingangssignale von optischen Fasern. Kollimatoren 412 fokussieren
die optischen Signale auf entsprechende Mikrospiegel in dem Spiegelarray 420A oder 420B.
Der Winkel jedes Mikrospiegels in dem Spiegelarray 120A oder 120B ist
um zwei Achsen einstellbar, um eine Reflexion eines empfangenen
optischen Signals zu jeglichem Spiegel in dem Spiegelarray 120B oder 120A zu
ermöglichen,
und der Spiegel, der die reflektierten Signale empfängt, ist
einstellbar, um das reflektierte optische Signal in die Kollimatoren 412 zu
richten, die dem Empfangsspiegel entsprechen.
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Justiermarken 414 und 424 auf
den Kollimatorarrays 410A und 410B und den Spiegelarrays 420A und 420B helfen
beim Ausrichten der Kollimatorarrays 410A und 410B mit
den Spiegelarrays 420A und 420B. Gemäß einem
Aspekt der Erfindung können
ausgerichtete Prozesse, wie z. B. Photolithographie, die verwendet
wird, um Kollimatorarrays 410A und 410B oder Spiegelarrays 420A und 420B zu
bilden, Justiermarken 414 und 424 als sichtbare Regionen
bilden, die die Positionsgenauigkeit aufweisen, die für den Ausrichtungsprozess
erforderlich ist. Alternativ können
mechanisch angeordnete Strukturen in dem Kollimatorarray 410A oder 410B durch
Strukturen ersetzt werden, die besser sichtbar sind, um während der
Ausrichtungsprozesse als Justiermarken 414 und 424 zu
wirken. Zum Beispiel kann eine undurchlässige Linse eine der Kollimatorlinsen
bei einem mechanischen Anordnungsprozess für ein Kollimatorarray ersetzten.
Die undurchlässige Linse
kann dann als eine Justiermarke wirken, die zu derselben Präzision genau
ist wie Kollimatorlinsen.
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Obwohl
die Erfindung Bezug nehmend auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben
wurde, ist die Beschreibung nur ein Beispiel der Anwendung der Erfindung
und sollte nicht als Einschränkung
genommen werden. Genauer gesagt, obwohl die obigen Ausführungsbeispiele
eine Ausrichtung von optischen Anordnungen mit bestimmten optischen
Elementen beschreiben, wie z. B. einer planaren Lichtwellenschaltung
oder einer MEM-Vorrichtung, können
Ausrichtungsprozesse gemäß der Erfindung Justiermarken
beim Ausrichten einer optischen Anordnung mit anderen optischen
Elementen, wie z. B. Gattern, Flüssigkristallen,
einer anderen optischen Anordnung oder jeglichem optischen Element
verwenden, das eine präzise
Ausrichtung für
Operationen an mehreren optischen Signalen erfordert. Verschiedene
andere Anpassungen und Kombinationen von Merkmalen der Ausführungsbeispiele,
die offenbart sind, liegen innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung,
der durch die Ansprüche
definiert ist.