DE60211301T2 - Ausrichtung einer Faseranordnung mit Hilfe von Justagemarkierungen - Google Patents

Ausrichtung einer Faseranordnung mit Hilfe von Justagemarkierungen Download PDF

Info

Publication number
DE60211301T2
DE60211301T2 DE60211301T DE60211301T DE60211301T2 DE 60211301 T2 DE60211301 T2 DE 60211301T2 DE 60211301 T DE60211301 T DE 60211301T DE 60211301 T DE60211301 T DE 60211301T DE 60211301 T2 DE60211301 T2 DE 60211301T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
optical
alignment
fiber
substrate
alignment mark
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE60211301T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60211301D1 (de
Inventor
Gary R. San Mateo Trott
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Original Assignee
Avago Technologies Fiber IP Singapore Pte Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Avago Technologies Fiber IP Singapore Pte Ltd filed Critical Avago Technologies Fiber IP Singapore Pte Ltd
Application granted granted Critical
Publication of DE60211301D1 publication Critical patent/DE60211301D1/de
Publication of DE60211301T2 publication Critical patent/DE60211301T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4219Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
    • G02B6/422Active alignment, i.e. moving the elements in response to the detected degree of coupling or position of the elements
    • G02B6/4221Active alignment, i.e. moving the elements in response to the detected degree of coupling or position of the elements involving a visual detection of the position of the elements, e.g. by using a microscope or a camera
    • G02B6/4224Active alignment, i.e. moving the elements in response to the detected degree of coupling or position of the elements involving a visual detection of the position of the elements, e.g. by using a microscope or a camera using visual alignment markings, e.g. index methods
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/35Optical coupling means having switching means
    • G02B6/354Switching arrangements, i.e. number of input/output ports and interconnection types
    • G02B6/35442D constellations, i.e. with switching elements and switched beams located in a plane
    • G02B6/3546NxM switch, i.e. a regular array of switches elements of matrix type constellation
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/35Optical coupling means having switching means
    • G02B6/354Switching arrangements, i.e. number of input/output ports and interconnection types
    • G02B6/35543D constellations, i.e. with switching elements and switched beams located in a volume
    • G02B6/3556NxM switch, i.e. regular arrays of switches elements of matrix type constellation
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/35Optical coupling means having switching means
    • G02B6/3564Mechanical details of the actuation mechanism associated with the moving element or mounting mechanism details
    • G02B6/3582Housing means or package or arranging details of the switching elements, e.g. for thermal isolation
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/36Mechanical coupling means
    • G02B6/3628Mechanical coupling means for mounting fibres to supporting carriers
    • G02B6/3632Mechanical coupling means for mounting fibres to supporting carriers characterised by the cross-sectional shape of the mechanical coupling means
    • G02B6/3636Mechanical coupling means for mounting fibres to supporting carriers characterised by the cross-sectional shape of the mechanical coupling means the mechanical coupling means being grooves
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/36Mechanical coupling means
    • G02B6/3628Mechanical coupling means for mounting fibres to supporting carriers
    • G02B6/3648Supporting carriers of a microbench type, i.e. with micromachined additional mechanical structures
    • G02B6/3652Supporting carriers of a microbench type, i.e. with micromachined additional mechanical structures the additional structures being prepositioning mounting areas, allowing only movement in one dimension, e.g. grooves, trenches or vias in the microbench surface, i.e. self aligning supporting carriers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Description

  • Hintergrund
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Prozess gemäß Anspruch 1 und durch eine optische Vorrichtung gemäß Anspruch 6 gelöst.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1A zeigt eine Draufsicht eines optischen Schalters mit angebrachten Faseranordnungen.
  • 1B ist eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen Faseranordnung.
  • 2A zeigt eine Draufsicht eines optischen Schalters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 2B und 2C sind eine Querschnittsansicht von Faseranordnun gen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bzw. ein Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist.
  • 3 zeigt eine Draufsicht einer optischen Platte und einer Faseranordnung mit Justiermarken gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer mikroelektronischen Maschine, die Justiermarken für eine grobe Komponentenausrichtung verwendet.
  • Die Verwendung der gleichen Bezugszeichen in unterschiedlichen Figuren zeigt ähnliche oder identische Elemente an.
  • Detaillierte Beschreibung
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (8)

  1. Ein Prozess zum Herstellen einer optischen Vorrichtung, der folgende Schritte aufweist: Herstellen einer optischen Anordnung (210, 210', 410A), die eine erste Justiermarke (212, 212', 414) und eine Mehrzahl von optischen Wegen (112, 412) umfasst, wobei die erste Justiermarke eine undurchlässige Faser (212) ist, die mechanisch an der optischen Anordnung (210, 210', 410A) befestigt ist; Herstellen eines optischen Elements (220, 420A) mit einer zweiten Justiermarke (222, 424); und Bewegen der optischen Anordnung relativ zu dem optischen Element, bis die erste und zweite Justiermarke relative Zielpositionen aufweisen, wobei die relativen Zielpositionen berechnet sind, um die optische Anordnung mit dem optischen Element auszurichten.
  2. Der Prozess gemäß Anspruch 1, bei dem das Herstellen der optischen Anordnung das mechanische Befestigen von optischen Fasern (112) an einem Substrat (215) aufweist, wobei die optischen Fasern die Mehrzahl von optischen Wegen liefern.
  3. Der Prozess gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem das Herstellen der optischen Anordnung folgendes aufweist: Ätzen eines Substrats (215), um eine Mehrzahl von Rillen (216) in dem Substrat zu bilden; Befestigen von optischen Fasern (112) in den Rillen; und Bilden einer Struktur auf dem Substrat, die die erste Justiermarke (212') umfasst, wobei der Ätz- und Bildungs-Prozess miteinander ausgerichtet sind.
  4. Der Prozess gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die optische Anordnung ein Array (410A) aus Kollimatorlinsen aufweist.
  5. Der Prozess gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das optische Element eine Mehrzahl von optischen Wegen aufweist und die relativen Zielpositionen optische Wege in der optischen Anordnung jeweils mit den optischen Wegen in dem optischen Element (220, 420A) ausrichten.
  6. Eine optische Vorrichtung, die folgende Merkmale aufweist: eine optische Anordnung (210, 410A), die eine erste Justiermarke (212, 414) und eine Mehrzahl von optischen Wegen (112, 412) umfasst, wobei die erste Justiermarke eine undurchlässige Faser (212) aufweist; und ein optisches Element (220, 420A) mit einer zweiten Justiermarke (222, 424), wobei die erste und zweite Justiermarke relative Zielpositionen aufweisen, bei denen die optischen Wege der optischen Anordnung mit entsprechenden optischen Wegen (122, 124) in dem optischen Element ausgerichtet sind.
  7. Die optische Vorrichtung gemäß Anspruch 6, bei der die optische Anordnung eine Faseranordnung aufweist, die optische Fasern auf einem Substrat umfasst, wobei die optischen Fasern optische Wege liefern.
  8. Die optische Vorrichtung gemäß Anspruch 6 oder 7, bei der das optische Element ein Element aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Gittern, einer planaren Lichtwellenschaltung, Flüssigkristallen und mikroelektronischen bearbeiteten Vorrichtungen.
DE60211301T 2002-02-14 2002-09-30 Ausrichtung einer Faseranordnung mit Hilfe von Justagemarkierungen Expired - Fee Related DE60211301T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/077,464 US6728449B2 (en) 2002-02-14 2002-02-14 Fiber assembly alignment using fiducials
US77464 2002-02-14

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60211301D1 DE60211301D1 (de) 2006-06-14
DE60211301T2 true DE60211301T2 (de) 2007-03-29

Family

ID=27660282

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60211301T Expired - Fee Related DE60211301T2 (de) 2002-02-14 2002-09-30 Ausrichtung einer Faseranordnung mit Hilfe von Justagemarkierungen

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6728449B2 (de)
EP (1) EP1353205B1 (de)
JP (1) JP2003270483A (de)
DE (1) DE60211301T2 (de)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6862387B2 (en) * 2002-06-11 2005-03-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Low-loss compact reflective turns in optical waveguides
US7356332B2 (en) * 2003-06-09 2008-04-08 Microsoft Corporation Mobile information system for presenting information to mobile devices
TW200428051A (en) * 2003-06-13 2004-12-16 Shiau-Ming Tzeng Method of coupled planar light-wave circuits and fibers and its mechanism
US7283699B2 (en) * 2004-09-30 2007-10-16 Intel Corporation Optical package
US7371652B2 (en) * 2005-06-22 2008-05-13 Finisar Corporation Alignment using fiducial features
JP2007147982A (ja) * 2005-11-28 2007-06-14 Seikoh Giken Co Ltd 光ファイバアレイおよびその製造方法
US20080224287A1 (en) * 2007-03-16 2008-09-18 Finisar Corporation Optoelectronic device alignment in an optoelectronic package
DE102019210747B4 (de) * 2019-07-19 2023-11-02 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Optisches system und verfahren zum herstellen eines optischen systems
DE102019210750B4 (de) * 2019-07-19 2023-12-14 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur herstellung einer anordnung mit einem substrat und zwei bauelementen mit lichtwellenleitern

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5179609A (en) * 1991-08-30 1993-01-12 At&T Bell Laboratories Optical assembly including fiber attachment
JPH05333231A (ja) * 1992-05-29 1993-12-17 Furukawa Electric Co Ltd:The 光導波路と光ファイバの接続方法
US5613024A (en) * 1995-12-21 1997-03-18 Lucent Technologies Inc. Alignment of optical fiber arrays to optical integrated circuits
US5848211A (en) 1996-08-28 1998-12-08 Hewlett-Packard Company Photonics module having its components mounted on a single mounting member
US5771323A (en) 1996-08-28 1998-06-23 Hewlett-Packard Company Micro-photonics module
US5930429A (en) 1997-07-01 1999-07-27 Hewlett-Packard Company Micro-photonics module integrated on a single substrate
US5937114A (en) 1997-07-21 1999-08-10 Hewlett-Packard Company Micro-photonics module with a partition wall
US6195478B1 (en) 1998-02-04 2001-02-27 Agilent Technologies, Inc. Planar lightwave circuit-based optical switches using micromirrors in trenches
US6139972A (en) 1998-10-26 2000-10-31 Agilent Technologies Inc. Solder paste containment device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003270483A (ja) 2003-09-25
EP1353205A2 (de) 2003-10-15
US20030152328A1 (en) 2003-08-14
US6728449B2 (en) 2004-04-27
EP1353205A3 (de) 2004-06-09
DE60211301D1 (de) 2006-06-14
EP1353205B1 (de) 2006-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112012003394B4 (de) Photonisch integrierte Schaltungsvorrichtung und Verfahren zu dessen Herstellung, Kopplungssystem einer photonisch integrierten Schaltung und Kopplungseinheit eines photonischen Chip
EP0475013B1 (de) Faserkreisel
DE102005031132B4 (de) Optoelektronisches Modul mit hohem Kopplungswirkungsgrad
DE69815860T2 (de) Integrierter strahlformer und seine verwendung
US5218663A (en) Optical waveguide device and method for connecting optical waveguide and optical fiber using the optical waveguide device
EP0640223B1 (de) Verfahren zur herstellung von optischen polymerelementen mit integrierten vertikalen kopplungsstrukturen
US6647184B2 (en) Optical waveguide device and method of manufacturing the same
DE4040512A1 (de) Integrierter optischer schaltkreis und verfahren zum anschliessen optischer fasern
EP0911658B1 (de) Verfahren zur Herstellung von Wellenleiterstrukturen mit optischen Komponenten
DE60211301T2 (de) Ausrichtung einer Faseranordnung mit Hilfe von Justagemarkierungen
DE102019211002B4 (de) Optisches system und verfahren zum herstellen eines optischen systems
DE102011113824B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von mindestens einem photonischen Bauelement sowie Halbleiterwafer oder Halbleiterchip mit einem derartig hergestellten photonischen Bauelement
EP2219059B1 (de) Verfahren zur Herstellung einer elektro-optischen Leiterplatte mit Lichtwellenleiterstrukturen
EP0325152B1 (de) Wellenlängenmultiplexer oder -demultiplexer
DE69727343T2 (de) Optoelektronisches Modul
EP0043475B1 (de) Verfahren zur Herstellung einer integrierten mikrooptischen Vorrichtung zur Verwendung mit Multimode-Lichtfasern
US6744953B2 (en) Planar optical waveguide with alignment structure
DE102019210747B4 (de) Optisches system und verfahren zum herstellen eines optischen systems
US6445837B1 (en) Hybrid opto-electronic circuits and method of making
DE112004000346T5 (de) Passive Ausrichtung optischer Fasern mit optischen Elementen
DE102009023071A1 (de) Mikrooptisches Koppelelement mit integrierten optischen Wellenleitern
DE60118474T2 (de) Optisches Element und Verfahren zu seiner Herstellung
JPS6296912A (ja) 光学レンズの固定構造
DE102004059945A1 (de) Sender und Empfänger für Lichtwellenleiterübertragung mit hoher Toleranz
WO1999067667A1 (de) Optisches kopplungselement

Legal Events

Date Code Title Description
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: AVAGO TECHNOLOGIES FIBER IP (SINGAPORE) PTE. LTD.,

8328 Change in the person/name/address of the agent

Representative=s name: SCHOPPE, ZIMMERMANN, STOECKELER & ZINKLER, 82049 PU

8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee