JP2018164089A - 高周波動作のための光電子装置のマルチビームアレイ用マイクロレンズ - Google Patents
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Abstract
Description
この国際出願は2013年5月24日に出願された米国特許出願13/902,555号の利益を主張するものであり、「Multibeam Arrays of Optoelectronic Devices for High Frequency Operation」と題され、2011年3月31日に出願された米国特許出願13/077,769号と、「Multibeam Arrays of Optoelectronic Devices for High Frequency Operation」と題され、2010年2月17日に出願された米国特許出願12/707,657号(今では米国特許7,949,024号)と、「Multibeam Arrays of Optoelectronic Devices for High Frequency Operation」と題され、2009年2月17日に出願された米国特許出願61/153,190号に関する。
例えば、高酸化
しかしながら、蒸着の他の方法も使用することができ、こうした場合には金属シード層は必要とされない。めっきについては、フォトリソグラフィプロセスを用いて、その前のシード層レジストで定められた開口部にわたって開口部を定義する。フォトレジストは蒸着が生じる領域で除去される。フォトレジストの厚さは、厚い金属が定められて一般に約4μm乃至約12μmの厚さに及んだ後に、フォトレジストが容易に取り除かれるように、選択されなければならない。水酸化アンモニウム(NH4OH)と組み合わせてO2または水を使用するプラズマ洗浄は、金のシード層に残されたレジストを取り除くために行われる。ヒートシンク(124)金属は次に標準的なめっき手順によってめっきされる。記載された実施形態では、銅(Cu)はその熱伝導特性によるめっきのための金属として選ばれたが、優れた熱伝導を提供するとともに装置の信頼性を損なわないインタフェースを提供する、Au、Pd、Ptなどの非酸化金属の方がより好ましいこともあり得る。めっきの厚さは変わる可能性がある。記載された実施形態では、約3μmの厚さが使用された。
モバイルの装置用途では、このことは非常に大きな問題である。アクティブスキャンまたはアラインメント調節を伴わない固定されたリンクは、非常に短い距離でも並べるのが困難となる。アラインメント許容誤差はビームスポットを大きくすることによって減少することもあるが、この手法は結果として電力消費量の増加によって制限されている。加えて、送受信機の機械的なアクティブスキャンはまたはトラッキングはあまりに量が多く手効果であるため、実施することを正当化することができないことが多い。
円(1610)は、オフセットしたサブグループ(1602と1604)の焦点(1614)の後ろで形成されるため、「錯乱円」と呼ばれる。錯乱円(1610)は、ビーム(1608)の拡大領域であり、ビーム(1608)の出力密度が特定の帯域幅を可能にするほどに十分な場合と相関する。ビーム(1608)が拡大するにつれて、錯乱円(1610)中の出力密度は減少し、高帯域幅を支持することができない点に達する。一実施形態では、ホログラフィック光素子などの光素子(1616)は、明るいスポットを減らし、かつビーム(1608)中のパワーをより均一に拡散するのに役立つビーム(1608)を均質化するために、ビーム(1608)の経路のどこかに位置付けられてもよい。一実施形態では、サブグループ(1602)と(1604)は、ビーム(1608)が光ルーターの基礎を形成するために検出器または検出器のグループにとりわけ向けられる。
Claims (67)
- 光学装置であって、
レーザーアレイであって、その基板上に1つのパターンで配列された複数の垂直共振器面発光レーザー(VCSEL)装置を含むレーザーアレイ、
基板内に形成された複数のマイクロレンズであって、複数のマイクロレンズのなかの各マイクロレンズが対応するVCSEL装置の上に位置し、対応するVCSEL装置によって放射された光のビームをターゲットに方向づけるか、あるいはターゲットを照射するための光を平行化するまたは集めるために、レーザーアレイの外部の光学素子を必要とすることなく走査を行うための、マイクロレンズ、および、
レーザーアレイに動力を供給するためのドライバ回路であって、パターンがVCSEL装置の2つ以上のサブアレイを含み、2以上のサブアレイのうちの各サブアレイがドライバ回路によって動作されるために独立して動力を供給されるとともに調節され、および、各サブアレイの対応するVCSEL装置用のマイクロレンズが、各サブアレイからの光のサブアレイビームをターゲットに向けるか、あるいは走査を行うためのグループとして位置付けられる、ドライバ回路、
を含む、光学装置。 - 光学装置は自由空間光データリンク向けの送信機である、請求項1に記載の光学装置。
- 各マイクロレンズは、光のビームをターゲット上に集中させるまたは分岐させる、あるいは走査を行うのに必要な、対応するVCSEL装置の軸からの距離だけオフセットされる、請求項1に記載の光学装置。
- 前記距離は光のビームの望ましい角度偏差に基づく、請求項1に記載の光学装置。
- 2以上のサブアレイが基板上に形成される、請求項1に記載の光学装置。
- 2以上の電気接点を含むサブマウントをさらに備え、各電気接点はサブアレイに結合されており、および、ドライバ回路からサブアレイまで高データレート光信号を伝達するためにサブマウントに組み込まれたインピーダンス整合送電線を介してドライバ回路にサブアレイを接続する、請求項5に記載の光学装置。
- 光学装置は受信機を含む自由空間光データリンクのための送信機であり、光の各サブアレイビームは受信機の異なる領域に向けられ、ドライバ回路による2つ以上のサブアレイの動作により、光の各サブアレイビームは受信機をアクティブに走査することで、受信機で最良のリンクの性能を提供するサブアレイまたはサブアレイの組み合わせを特定する、請求項1に記載の光学装置。
- 各サブアレイまたはサブアレイの組み合わせはドライバ回路により連続して動作される、請求項7に記載の光学装置。
- 光の各サブアレイビームは空間内の線形領域の異なる部分に方向づけられ、ドライバ回路による2以上のサブアレイの動作により、光の各サブアレイビームは別々の間隔を置いて空間の線形領域を走査する、請求項1に記載の光学装置。
- 光の各サブアレイビームは空間内の2次元パターンの異なる部分に方向づけられ、ドライバ回路による2以上のサブアレイの動作により、光の各サブアレイビームは別々の間隔を置いて空間内で2次元パターンを走査する、請求項1に記載の光学装置。
- 複数のマイクロレンズのなかの1以上のマイクロレンズは、複数のマイクロレンズのなかの他のマイクロレンズとは異なる曲率半径を有し、光の各サブアレイビームは空間内の3次元容積の異なる部分に方向づけられ、ドライバ回路による2以上のサブアレイの動作により、光の各サブアレイビームは別々の間隔を置いて空間内で3次元容積を走査する、請求項1に記載の光学装置。
- 光の各サブアレイビームは共通点に方向づけられ、ドライバ回路による2以上のサブアレイの動作により、共通点で強度の異なる光のサブアレイビームの組み合わせが生じる、請求項1に記載の光学装置。
- 光学装置は受信機を含む自由空間光データリンクのための送信機であり、光のサブアレイビームの組み合わせの強度は受信機との高品質のリンクを維持するために必要に応じて変化する、請求項1に記載の光学装置。
- 光学装置は受信機を含む自由空間光データリンクのための送信機であり、光の各サブアレイビームは共通する方向に向けられるが、光の各サブアレイビームは受信機との高品質のリンクを維持するために異なる距離をおいて集められる、請求項1に記載の光学装置。
- 光学装置は受信機を含む自由空間光データリンクのための送信機であり、ドライバ回路による異なる組み合わせの2以上のサブアレイの動作により、送信機または受信機の移動中に高品質なリンクを維持することができる、請求項1に記載の光学装置。
- 光学装置は受信機を含む自由空間光データリンクのための送信機であり、送信機は第2の受信機として方向づけられ、第2の送信機は該受信機に方向づけられ、送信機と受信機は固定された距離をあけて位置付けられ、送受信機として動作する、請求項1に記載の光学装置。
- 送信機と第2の受信機、および第2の送信機と受信機との間での光リンクの性能に関するフィードバックを与える、送信機と受信機との間の低帯域幅リンクをさらに含む、請求項16に記載の光学装置。
- 送信機のためのドライバ回路は性能に基づいて別々にまたは組み合わせて1以上のサブアレイを動作させることで性能を改善する、請求項17に記載の光学装置。
- 送信機のためのドライバ回路は、固定された距離、ならびに送信機と第2の受信機および第2の送信機と受信機との間の幾何学的配列に基づいて、別々にまたは組み合わせて1以上のサブアレイを動作させる、請求項18に記載の光学装置。
- 送受信機は光スイッチまたは光ルーターを形成するために追加の送受信機に結合される、請求項19に記載の光学装置。
- 光学装置は受信機を含む自由空間光データリンクのための送信機であり、複数のマイクロレンズの1つ以上は、光のビームの赤外線波長に透過型でかつ送信機を受信機と位置合わせする、運動学的な特徴を含む、請求項1に記載の光学装置。
- 複数のマイクロレンズの1つ以上は外形を作り出すために形成されるまたはパターン化される、請求項1に記載の光学装置。
- 外形は半球である、請求項22に記載の光学装置。
- 外形は非球形である、請求項22に記載の光学装置。
- 外形はホログラフィックである、請求項22に記載の光学装置。
- 外形は回折性である、請求項22に記載の光学装置。
- 外形は非点収差である、請求項22に記載の光学装置。
- 外形は偏光制御光学系である、請求項22に記載の光学装置。
- 対応するVCSEL装置によって放射された光のビームの焦点はレーザーアレイの背後に位置する虚焦点である、請求項1に記載の光学装置。
- 虚焦点は別の光学システムのソースとして機能する、請求項29に記載の光学装置。
- 複数のVCSEL装置に全電流を送達するように構成された電流源、および、
複数のVCSEL装置のうちの0以上のVCSEL装置に全電流を分布させるための1以上のスイッチを含む電子回路であって、全電流が単一のVCSEL装置にのみ分布する際に、目に対して安全な、光学源のうちの単一のVCSEL装置からの出力電力を生成するように、および、全電流が2以上のVCSEL装置に分布する際に、目に対して安全な、2以上のVCSEL装置からの光パワーの組み合わせを生成するように構成された、電子回路、
をさらに含む、請求項1に記載の光学装置。 - ターゲットは2以上のターゲットを含み、1以上のVCSEL装置の第1のグループによって放射された光のビームは、第1のターゲットに集められ、1以上のVCSEL装置の第2のグループによって放射された少なくとも光のビームは、第2のターゲットに集められる、請求項1に記載の光学装置。
- 第1のターゲットと第2のターゲットは線を形成する、請求項32に記載の光学装置。
- 2以上のターゲットは幾何学的なパターンを形成する、請求項32に記載の光学装置。
- 光学装置であって、
レーザーアレイであって、その基板上に1つのパターンで配列された複数の垂直共振器面発光レーザー(VCSEL)装置を含むレーザーアレイ、
第1の基板に結合された第2の基板内に形成された複数のマイクロレンズであって、複数のマイクロレンズのなかの各マイクロレンズが対応するVCSEL装置の上に位置し、対応するVCSEL装置によって放射された光のビームをターゲットに方向づけるか、あるいはターゲットを照射するための光を平行化するまたは集めるために、レーザーアレイの外部の光学素子を必要とすることなく走査を行うための、マイクロレンズ、および、
レーザーアレイに動力を供給するためのドライバ回路であって、パターンがVCSEL装置の2つ以上のサブアレイを含み、2以上のサブアレイのうちの各サブアレイがドライバ回路によって動作されるために独立して動力を供給されるとともに調節され、および、各サブアレイの対応するVCSEL装置用のマイクロレンズが、各サブアレイからの光のサブアレイビームをターゲットに向けるか、あるいは走査を行うためのグループとして位置付けられる、ドライバ回路、
を含む、光学装置。 - 光学装置は自由空間光データリンクのための送信機である、請求項35に記載の光学装置。
- 各マイクロレンズは、光のビームをターゲット上に集中させるまたは分岐させる、あるいは走査を行うのに必要な、対応するVCSEL装置の軸からの距離だけオフセットされる、請求項35に記載の光学装置。
- 前記距離は光のビームの望ましい角度偏差に基づく、請求項35に記載の光学装置。
- 2以上の電気接点を含むサブマウントをさらに備え、各電気接点はサブアレイに結合されており、および、ドライバ回路からサブアレイまで高データレート光信号を伝達するためにサブマウントに組み込まれたインピーダンス整合送電線を介してドライバ回路にサブアレイを接続する、請求項35に記載の光学装置。
- 光学装置は受信機を含む自由空間光データリンクのための送信機であり、光の各サブアレイビームは受信機の異なる領域に向けられ、ドライバ回路による2つ以上のサブアレイの動作により、光の各サブアレイビームは受信機をアクティブに走査することで、受信機で最良のリンクの性能を提供するサブアレイまたはサブアレイの組み合わせを特定する、請求項35に記載の光学装置。
- 各サブアレイまたはサブアレイの組み合わせはドライバ回路により連続して動作される、請求項40に記載の光学装置。
- 光の各サブアレイビームは空間内の線形領域の異なる部分に方向づけられ、ドライバ回路による2以上のサブアレイの動作により、光の各サブアレイビームは別々の間隔を置いて空間の線形領域を走査する、請求項35に記載の光学装置。
- 光の各サブアレイビームは空間内の2次元パターンの異なる部分に方向づけられ、ドライバ回路による2以上のサブアレイの動作により、光の各サブアレイビームは別々の間隔を置いて空間内で2次元パターンを走査する、請求項35に記載の光学装置。
- 複数のマイクロレンズのなかの1以上のマイクロレンズは、複数のマイクロレンズのなかの他のマイクロレンズとは異なる曲率半径を有し、光の各サブアレイビームは空間内の3次元容積の異なる部分に方向づけられ、ドライバ回路による2以上のサブアレイの動作により、光の各サブアレイビームは別々の間隔を置いて空間内で3次元容積を走査する、請求項35に記載の光学装置。
- 光の各サブアレイビームは共通点に方向づけられ、ドライバ回路による2以上のサブアレイの動作により、共通点で強度の異なる光のサブアレイビームの組み合わせが生じる、請求項35に記載の光学装置。
- 光学装置は受信機を含む自由空間光データリンクのための送信機であり、光のサブアレイビームの組み合わせの強度は受信機との高品質のリンクを維持するために必要に応じて変化する、請求項35に記載の光学装置。
- 光学装置は受信機を含む自由空間光データリンクのための送信機であり、光の各サブアレイビームは共通する方向に向けられるが、光の各サブアレイビームは受信機との高品質のリンクを維持するために異なる距離をおいて集められる、請求項35に記載の光学装置。
- 光学装置は受信機を含む自由空間光データリンクのための送信機であり、ドライバ回路による異なる組み合わせの2以上のサブアレイの動作により、送信機または受信機の移動中に高品質なリンクを維持することができる、請求項35に記載の光学装置。
- 光学装置は受信機を含む自由空間光データリンクのための送信機であり、送信機は第2の受信機として方向づけられ、第2の送信機は該受信機に方向づけられ、送信機と受信機は固定された距離をあけて位置付けられ、送受信機として動作する、請求項35に記載の光学装置。
- 送信機と第2の受信機、および第2の送信機と受信機との間での光リンクの性能に関するフィードバックを与える、送信機と受信機との間の低帯域幅リンクをさらに含む、請求項49に記載の光学装置。
- 送信機のためのドライバ回路は性能に基づいて別々にまたは組み合わせて1以上のサブアレイを動作させることで性能を改善する、請求項50に記載の光学装置。
- 送信機のためのドライバ回路は、固定された距離、ならびに送信機と第2の受信機および第2の送信機と受信機との間の幾何学的配列に基づいて、別々にまたは組み合わせて1以上のサブアレイを動作させる、請求項51に記載の光学装置。
- 送受信機は光スイッチまたは光ルーターを形成するために追加の送受信機に結合される、請求項49に記載の光学装置。
- 光学装置は受信機を含む自由空間光データリンクのための送信機であり、複数のマイクロレンズの1つ以上は、光のビームの赤外線波長に透過型でかつ送信機を受信機と位置合わせする、運動学的な特徴を含む、請求項35に記載の光学装置。
- 複数のマイクロレンズの1つ以上は外形を作り出すために形成されるまたはパターン化される、請求項35に記載の光学装置。
- 外形は半球である、請求項55に記載の光学装置。
- 外形は非球形である、請求項55に記載の光学装置。
- 外形はホログラフィックである、請求項55に記載の光学装置。
- 外形は回折性である、請求項55に記載の光学装置。
- 外形は非点収差である、請求項55に記載の光学装置。
- 外形は偏光制御光学系である、請求項55に記載の光学装置。
- 対応するVCSEL装置によって放射された光のビームの焦点はレーザーアレイの背後に位置する虚焦点である、請求項35に記載の光学装置。
- 虚焦点は別の光学システムのソースとして機能する、請求項62に記載の光学装置。
- 複数のVCSEL装置に全電流を送達するように構成された電流源、および、
複数のVCSEL装置のうちの0以上のVCSEL装置に全電流を分布させるための1以上のスイッチを含む電子回路であって、全電流が単一のVCSEL装置にのみ分布する際に、目に対して安全な、光学源のうちの単一のVCSEL装置からの出力電力を生成するように、および、全電流が2以上のVCSEL装置に分布する際に、目に対して安全な、2以上のVCSEL装置からの光パワーの組み合わせを生成するように構成された、電子回路、
をさらに含む、請求項1に記載の光学装置。 - ターゲットは2以上のターゲットを含み、1以上のVCSEL装置の第1のグループによって放射された光のビームは第1のターゲットに集められ、1以上のVCSEL装置の第2のグループによって放射された少なくとも光のビームは第2のターゲットに集められる、請求項35に記載の光学装置。
- 第1のターゲットと第2のターゲットは線を形成する、請求項65に記載の光学装置。
- 2以上のターゲットは幾何学的なパターンを形成する、請求項65に記載の光学装置。
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