TWI691746B - 整合式光學總成、光學通信系統及製造整合式光學總成之方法 - Google Patents

整合式光學總成、光學通信系統及製造整合式光學總成之方法 Download PDF

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Abstract

一種整合式光學總成包含一光學器件座架。該光學器件座架上安置有用於提供一光束之一光源及經組態以聚焦該光束之一透鏡。該整合式光學總成包含機械耦合至該光學器件座架之一光子積體電路(PIC)。該PIC上安置有用於接收該光束並將該光束耦合至一波導中之一光柵耦合器。該整合式光學總成包含經組態以自該透鏡接收該光束且將該光束重定向為朝向該光柵耦合器之一微機電系統(MEMS)鏡。該MEMS鏡之一反射部分之一位置可調整以影響該光束在該光柵耦合器上之一入射角。

Description

整合式光學總成、光學通信系統及製造整合式光學總成之方法
本申請案係關於微機電系統操控鏡。更特定而言，本申請案係關於用於光子積體電路應用中的微機電系統操控鏡。
光學通信透過光纖、自由空間或波導使用經調變光束來輸送資訊。一光束可藉由調變至一光源之電流而直接進行調變，或藉由使用一光學調變器來調變由光源產生之一連續波光束而在外部進行調變。外部調變之優勢在於其可處置較高功率及頻率；然而，所需組件可係較大、較複雜且較昂貴的。
至少一項態樣針對於一種整合式光學總成。該整合式光學總成包含一光學器件座架，該光學器件座架上安置有用於提供一光束之一光源及經組態以聚焦該光束之一透鏡。該整合式光學總成包含一光子積體電路(PIC)，該PIC機械耦合至該光學器件座架且其上安置有用於接收該光束並將該光束耦合至一波導中之一光柵耦合器。該整合式光學總成包含經組態以自該透鏡接收該光束且將該光束重定向為朝向該光柵耦合器之一微機電系統(MEMS)鏡。該MEMS鏡之一反射部分之一位置可調整以影響該光束 在該光柵耦合器上之一入射角。
在某些實施方案中，該光柵耦合器包含矽。
在某些實施方案中，該光學器件座架在至少一個表面上包含具有一抗反射塗層之矽。
在某些實施方案中，該光源係一分散式回饋雷射。在某些實施方案中，該整合式光學總成可包含一光學隔離器，該光學隔離器安置於該光學器件座架上且經組態以自該透鏡接收該光束並沿一第一方向朝向該MEMS鏡傳遞該光束，同時防止光沿與該第一方向相反之一第二方向通過該光學隔離器。
在某些實施方案中，該整合式光學總成可包含一監測器光電二極體，該監測器光電二極體安置於該PIC上以用於量測耦合至該波導中之光之一振幅。
在某些實施方案中，該MEMS鏡可移動以將該入射角自與該光柵耦合器之一光接收表面之法線相距0°調整為與法線相距20°。
在某些實施方案中，該整合式光學總成具有適於包含於一光學收發器裝置中之尺寸。
在某些實施方案中，該MEMS鏡可沿兩個維度旋轉。
在某些實施方案中，該MEMS鏡包含用於調整該反射部分之該位置之一致動器。
在某些實施方案中，該MEMS鏡經組態以在該整合式光學總成之一使用壽命內持續地或週期性地重新定位。
至少一項態樣針對於一種光學通信系統。該光學通信系統包含一光學器件座架，該光學器件座架上安置有用於提供光束之一光源及經組態以 聚焦該光束之一透鏡。該光學通信系統包含機械耦合至該光學器件座架之一光子積體電路(PIC)。該PIC上安置有用於接收該光束並將該光束耦合至一波導中之一光柵耦合器以及用於量測耦合至該波導中之光之一振幅之一監測器光電二極體。該光學通信系統包含一微機電系統(MEMS)鏡，該MEMS鏡經組態以自該透鏡接收該光束且將該光束重定向為朝向該光柵耦合器。該MEMS鏡之一反射部分之一位置可調整以影響該光束在該光柵耦合器上之一入射角。該光學通信系統包含一控制器，該控制器經組態以接收對耦合至該波導中之該光之該振幅之一指示且控制該MEMS鏡之該位置以增大對該振幅之該指示。
至少一項態樣針對於一種製造一整合式光學總成之方法。該方法包含提供一光學器件座架，該光學器件座架上安置有用於提供光束之一光源及經組態以聚焦該光束之一透鏡。該方法包含提供一光子積體電路(PIC)，該PIC上安置有用於接收該光束並將該光束耦合至一波導中之一光柵耦合器。該方法包含提供一微機電系統(MEMS)鏡，該MEMS鏡經組態以自該透鏡接收該光束且將該光束重定向為朝向該光柵耦合器。該MEMS鏡之一反射部分之一位置可調整以影響該光束在該光柵耦合器上之一入射角。該方法包含將該光學器件座架、該MEMS鏡及該PIC裝配至該整合式光學總成中。
在某些實施方案中，該方法可包含在該PIC上提供用於調變耦合至該波導中之光之一調變器。
在某些實施方案中，該方法可包含在該PIC上提供一監測器光電二極體；及使用該監測器光電二極體來量測耦合至該波導中之光之一振幅。在某些實施方案中，該方法可包含校準該MEMS鏡之該位置以增大該光束至 該波導中之耦合。
下文詳細論述此等及其他態樣及實施方案。前述資訊及以下詳細說明包含各種態樣及實施方案之說明性實例，且提供一概述或框架以便理解所主張態樣及實施方案之本質及特點。圖式提供對各種態樣及實施方案之圖解說明及一進一步理解，且併入本說明書中並構成本說明書之一部分。
100:曲線圖
150:曲線圖
200:曲線圖
300:整合式光學總成/總成/整合式光學器件總成
305:光學器件座架
310:光子積體電路
315:光源
320:透鏡
325:光學隔離器/隔離器
330:光學光柵耦合器/光柵耦合器
335:微機電系統鏡/鏡
340:抗反射塗層
345:焊料
350:環氧樹脂
355:環氧樹脂
360:光束/連續波光束
365:經調變光學信號/光學信號
370:控制器
405:輪廓
410:波導
415:調變器
420:波導
425:邊緣耦合器
430:監測器光電二極體
500:雙軸微機電系統鏡總成/鏡總成/鏡
505:鏡平台
510:環架
515:鏡基板
520a:致動器
520b:致動器
525a:致動器
525b:致動器
550:單軸微機電系統鏡總成/鏡總成/鏡
555:鏡平台
565:鏡基板
570:扭轉樑
600:實例性方法/方法
610:階段
620:階段
630:階段
640:階段
650:階段
附圖並不意欲按比例繪製。在各個圖式中，相似元件符號及名稱指示相似元件。為清晰起見，並非每一組件皆可標記於每一圖式中。在圖式中：圖1A係針對將光耦合至一光學光柵耦合器中的損失與波長之一實例性關係之一曲線圖；圖1B係針對將光耦合至三個不同光學光柵耦合器中的損失與波長之實例性關係之一曲線圖；圖2係針對將光耦合至一光學光柵耦合器中的最佳波長與入射角之一實例性關係之一曲線圖；圖3係根據說明性實施方案之一整合式光學總成之一方塊圖；圖4係根據說明性實施方案之供在一整合式光學總成中使用之一光子積體電路(PIC)之一方塊圖；圖5A係根據說明性實施方案之供在一整合式光學總成中使用之一雙軸微機電系統(MEMS)鏡總成之一圖式；圖5B係根據說明性實施方案之供在一整合式光學總成中使用之一單軸微機電系統(MEMS)鏡總成之一圖式；且圖6係根據說明性實施方案之製造一整合式光學總成之一實例性方法 之一流程圖。
本申請案主張標題為「用於光子積體電路應用中的微機電系統操控鏡(MEMS STEERING MIRRORS FOR APPLICATIONS IN PHOTONIC INTEGRATED CIRCUITS)」且於2017年5月30日提出申請之美國臨時專利申請案第62/512,626號之權益及優先權，該美國臨時專利申請案之全部內容藉此以引用方式併入。
本發明一般而言係關於一種用於使用一可調整鏡來將一光束耦合至一光子積體電路(PIC)中之整合式光學總成。該總成可包含：雷射光源；光學組件，諸如一透鏡及一光學隔離器；鏡；及一PIC，其具有用於將雷射耦合至PIC中之一光學光柵耦合器。PIC可包含用以自光柵耦合器接收光之一波導。另外，PIC可包含功率分配器、監測器光電二極體及用於調變光之一調變器。
一光柵耦合器係可將在自由空間或一光纖中行進之光耦合至一波導中(或反之亦然)之一光學裝置。該光柵耦合器係具有一有限光頻寬之一繞射元件，在該有限光頻寬內，該繞射元件可高效地將光耦合至波導中或耦合出波導。此外，具有大模場直徑之光學光柵耦合器可具有甚至更窄頻寬。光柵耦合器之製作中之程序變化可導致不同光柵耦合器間之中心波長之變化。另外，照在光柵耦合器上之光之入射角亦影響中心波長；例如，一較陡入射角可產生一較短中心波長。裝配中之程序變化亦可影響光在光柵耦合器上之入射角。舉例而言且不加限制地，此等程序變化可包含光源、透鏡、鏡及光柵耦合器之位置。另外，由光源本身所產生之光之波長可變化。舉例而言且不加限制地，使用分波多工之光學通信系統可採用介 於1260nm至1340nm範圍內之波長。
一整合式光學總成可藉由利用光柵耦合器之中心波長與照在光柵耦合器上之光之入射角之間的關係而補償程序及光波長之變化。舉例而言，代替一固定反射器，諸如一稜鏡、鏡或經拋光纖維尖，整合式光學總成可包含用於將雷射重定向至光柵耦合器上之一可調整鏡。該可調整鏡可係可使用(舉例而言)靜電致動器來調整之一微機電系統(MEMS)鏡，該等靜電致動器由一控制器使用來自PIC上之一監測器光電二極體之回饋來控制。在某些實施方案中，鏡可包含其他小外觀尺寸鏡；舉例而言，鏡可包含膠合或以其他方式黏附至一或多個雷射切割薄片金屬墊片之一反射表面。在某些實施方案中，鏡在總成之使用壽命內可保持自由移動，使得可做出未來調整。
使用一MEMS鏡允許整合式光學總成之小型化。整個整合式光學總成之大小在其最長尺寸上可為大約幾毫米。此可使整合式光學總成適於在(舉例而言)一資料通信收發器中使用。另外，MEMS鏡之存在允許其他組件在一量產環境中彼此固定，其中使用鏡進行對準調整。此允許具有更寬容限之一更簡單製作程序，此可降低裝置之總體成本。
圖1A係針對至一光學光柵耦合器中之光耦合的損失與波長之一實例性關係之一曲線圖100。光學光柵耦合器可用於將在自由空間或一光纖中行進之光耦合至一波導中，且反之亦然。因此，光學光柵耦合器在用於將光耦合至光學傳輸器、接收器及收發器中之光子積體電路(PIC)中及耦合出該等PIC之光學通信中係有用的。一光學光柵耦合器可包含形成適於接收或發射一光學信號之一界面之表面特徵，諸如線或脊部。此一光學光柵耦合器係一諧振裝置；因此，其將耦合具有一中心波長周圍之一特定頻寬 之光學信號。中心波長及頻寬係光學光柵耦合器之表面特徵之尺寸之函數。
曲線圖100圖解說明針對將光耦合至一光學光柵耦合器中的損失與波長之一實例性關係。光柵耦合器最高效(亦即，損耗最小)之波長稱為中心波長。光柵耦合器可跨越中心波長周圍之一有限頻寬(BW)以一合理效率耦合光。該頻寬可定義為耦合損失比中心波長處之耦合損失大不到(舉例而言)1dB、3dB或6dB的一光波長範圍。
圖1B係針對將光耦合至三個不同光學光柵耦合器中的損失與波長之實例性關係之一曲線圖150。由於光學光柵耦合器係具有取決於其表面特徵之一中心波長之諧振裝置，因此光學光柵耦合器之製作中之程序變化可導致不同光學光柵耦合器間之中心波長之變化。曲線圖150圖解說明針對光學光柵耦合器1、2及3的損失與波長之實例性關係。舉例而言，光柵耦合器1具有一中心波長1，光柵耦合器2具有一中心波長2，且光柵耦合器3具有一中心波長3。因此，即使光學光柵耦合器可針對一特定波長而製造，但程序變化可產生具有不同於所要波長之中心波長之光學光柵耦合器。舉例而言，表面特徵之間距或間隔可影響光學光柵耦合器之諧振行為且因此影響中心波長。在無法補償光學光柵耦合器當中之中心波長變化之情況下，採用此等光學光柵耦合器之裝置可無法如其所能般高效地操作。
圖2係針對將光耦合至一光學光柵耦合器中的最佳波長與入射角之一實例性關係之一曲線圖200。曲線圖200展示，針對光至一光學光柵耦合器中之最佳耦合之中心波長可基於入射角而變化。舉例而言，在與光學光柵耦合器之表面之法線相距5°之一入射角處，針對光之高效耦合之最佳(中心)波長將為約1325nm。在15°之一入射角處，最佳波長將為約1235 nm。入射角與中心波長之間的此關係可導致各裝置當中之中心波長之變化之一額外來源。舉例而言，光學光柵耦合器、光源、透鏡及鏡之相對定位可影響入射角，且因此影響系統之中心波長。透鏡之對準在裝置間之輕微變化可導致光束在各別光學光柵耦合器上之入射角之變化。在同等條件下，各裝置當中之入射角之變化應導致每一裝置之中心波長之一對應變化，即使每一裝置經製造為在相同中心波長下操作亦如此。
然而，曲線圖200展示，入射角與最佳波長之間的關係表現為實質上線性的。因此，可利用此關係來調整入射角且可能地補償光柵耦合器表面特徵及系統組件之相對位置之變化。舉例而言，系統可包含一可移動鏡或反射器。可調整鏡角度以設定照在光柵耦合器上之光之入射角。因此，可將鏡角度調整為以將系統之中心波長調諧至所要波長之一方式設定入射角。舉例而言，在某些實施方案中，光束之波長為1310nm。使用曲線圖200中之實例性量測，系統之中心波長可藉由調整鏡使得光在光學光柵耦合器上之入射角為約7°而設定為1310nm。針對光至光學光柵耦合器中之高效耦合之精確入射角可取決於光柵耦合器表面特徵之尺寸。類似地，用以達成所要入射角之鏡角度可取決於整合式光學總成之其他組件之相對位置。在兩種情形中，鏡之角度可用於使針對中心波長處之高效耦合之入射角最佳化。曲線圖200表示入射角與最佳波長之間的一關係之僅一項實例。其他光柵耦合器取決於其幾何及物理性質將展現不同關係。
圖3係根據說明性實施方案之一整合式光學總成300之一方塊圖。總成300包含一光學器件座架305及一光子積體電路(PIC)310。光學器件座架305上安置有一光源315、一透鏡320及(在某些實施方案中)一光學隔離器325。PIC 310包含一光學光柵耦合器330。總成300包含安裝至光學器 件座架305及PIC 310中之任一者或兩者之一微機電系統(MEMS)鏡335。整合式光學器件總成300可充當一在外部調變之雷射，從而提供一經調變光學信號365。一控制器370可執行整合式光學總成300之某些操作，諸如控制鏡335之一反射部分之一位置。舉例而言且不加限制地，在裝置之壽命內，控制器370可用於調整光耦合或使光耦合最佳化，包含調整以補償整合式光學總成300之組件之熱膨脹或收縮。
在某些實施方案中，光學器件座架305可包含矽或者由一或多個矽塊或晶圓製作。在某些實施方案中，光學器件座架305可在傳遞一光束360之區域中之一頂部側及/或底部側上包含一抗反射(AR)塗層340。AR塗層可包含一多層硬氧化物塗層，該多層硬氧化物塗層包含二氧化矽(SiO2)及二氧化鉿(HfO2)。光源315可利用焊料345(舉例而言，金/錫焊料)而安裝至光學器件座架305。透鏡320及光學隔離器325可利用一層環氧樹脂350而安裝至光學器件座架305。光學器件座架305自身可利用一層環氧樹脂355而安裝至PIC 310。該環氧樹脂可係為具有高透明度之一類型。舉例而言，在某些實施方案中，環氧樹脂可係一UV可固化光學路徑結合環氧樹脂。
在某些實施方案中，光學器件座架305可介於約2.5mm與5mm長之間。在某些實施方案中，光學器件座架305可為約3.5mm長。在某些實施方案中，光學器件座架305可介於約0.5mm至1.25mm寬之間。在某些實施方案中，光學器件座架305可為約0.75mm寬。在某些實施方案中，光學器件座架305可介於約0.5mm至1.5mm高之間。在某些實施方案中，光學器件座架305可為約1mm高。在某些實施方案中，光學器件座架305可包含兩個晶圓：第一晶圓，其延長光學器件座架305之長度；及一第二晶 圓，其位於光源315之區域下方以使光源315之輸出與透鏡320之軸對準。在某些實施方案中，第一晶圓可介於約0.4mm與0.7mm之間。在某些實施方案中，第一晶圓可為約0.5mm高。在某些實施方案中，第二晶圓可介於約0.1mm與0.25mm高之間。在某些實施方案中，第二晶圓可為約0.15mm高。透鏡320及光學隔離器325可在光學器件座架305之第一晶圓之高度上方延伸。在某些實施方案中，透鏡320及光學隔離器325可在光學器件座架305之第一晶圓上方增添約0.3mm與0.8mm之間的高度。在某些實施方案中，透鏡320及光學隔離器325可在光學器件座架305之第一晶圓上方增添約0.5mm之高度。
在某些實施方案中，PIC 310可介於約0.75mm與1.25mm高之間。在某些實施方案中，PIC 310可為約1mm高。在某些實施方案中，PIC 310可小於或等於0.75mm高。在某些實施方案中，PIC 310可介於約2.5mm與6mm長之間。在某些實施方案中，PIC 310可為約4mm長。在某些實施方案中，PIC 310可介於約0.75mm與1.25mm寬之間。在某些實施方案中，PIC 310可為約1.0mm寬。整合式光學總成300之組件之此等尺寸可允許其適合一典型資料通信收發器模組。
光源315可產生具有一窄頻寬之一連續波光束360。在某些實施方案中，光源315可係呈晶粒形式之一雷射二極體。在某些實施方案中，二極體晶粒可係p側向下安裝的。在某些實施方案中，二極體晶粒可係p側向上安裝的。光源315可焊接至光學器件座架305之表面上之電觸點或墊。電觸點可為光源315提供電流。在某些實施方案中，光源315可係一分散式回饋雷射。一分散式回饋雷射係具有包含一繞射光柵之一作用區域之一雷射類型。該光柵可反射處於一特定波長之光以形成諧振器。然而，分散式 回饋雷射可易受來自外部光之干擾影響。舉例而言，自光學光柵耦合器往回反射之任何光可干擾雷射且致使雷射變得不穩定。因此，在某些實施方案中，光學器件座架305可包含一光學隔離器325。光學隔離器325可沿一第一方向傳遞光束360，但阻止任何光沿相反方向往回朝向光源315傳遞。舉例而言，光學隔離器325可阻擋從自由空間與光學器件座架305之間的界面、光學器件座架305與PIC 310之間的界面及/或光柵耦合器330之表面往回反射且被鏡335重定向為往回朝向光源315之光。在某些實施方案中，光學隔離器可係一基於閂鎖式石榴石法拉第(Faraday)旋轉器之微光學隔離器。
透鏡320可包含用於直接或間接(經由一或多次反射)將光束360聚焦至光柵耦合器330上之一透鏡或一透鏡總成。該透鏡可使用環氧樹脂350而安裝於光學器件座架305上。在某些實施方案中，透鏡320可經由一或多個托架或座架間接安裝於光學器件座架305上。
鏡335將光束360重定向為朝向光學光柵耦合器330。鏡335包含一可控制元件，該可控制元件可調整鏡之一反射部分之傾斜度或位置以設定光束360在光學光柵耦合器330上之所要入射角。在某些實施方案中，鏡335可係一微機電系統(MEMS)鏡。鏡335可包含一或多個致動器，該一或多個致動器可基於一所供應電壓或電流而調整鏡335之反射部分之傾斜度或位置。在某些實施方案中，反射部分之傾斜度或位置可圍繞一個軸而調整。在某些實施方案中，反射部分之傾斜度或位置可圍繞兩個正交或接近正交軸而調整。反射部分之傾斜可係實質上旋轉的，但亦可包含由致動器與支撐元件之間的相互作用所致之一定程度之偶然垂直或橫向移動。鏡335之反射部分可經由自由空間(亦即，空氣或其他氣體)而接收光束360， 並將該光束重定向為穿過該自由空間。然而，當光束360進入光學器件座架305時，該光束可因折射率之改變而經歷折射。舉例而言，空氣之折射率極接近1，而矽之折射率可為約3.5。在某些實施方案中，抗反射(AR)塗層340可包含折射率介於矽之折射率與空氣之折射率之間的一或多個材料層；舉例而言，先前所闡述之多層硬氧化物塗層。鏡335之角度以及其相對於光學光柵耦合器330之位置可經設定為考量到此折射且確保光束360聚焦於光學光柵耦合器330上。下文關於圖5更詳細闡述鏡335。
PIC 310包含自鏡335接收光束360之光學光柵耦合器330。PIC 310可包含用於調變耦合至光學光柵耦合器330中之連續波光束360之一調變器。經調變信號可作為跨越一光學鏈路而輸送資料之光學信號365離開PIC 310。下文關於圖4詳細闡述PIC 310及其組件。
控制器370可包含可程式化邏輯(諸如一場可程式化閘陣列(FPGA))、一微控制器或一微處理器。控制器370可與整合式光學總成300成整體或在整合式光學總成300外部。控制器370可包含一記憶體及用於與整合式光學總成300之其他組件互動之介面。控制器370可包含用於經由顯示器、音訊、輸入及網路連線裝置接收命令及傳輸狀態資訊之介面。控制器370可幫助執行涉及鏡335之定位之調整或校準操作。在某些實施方案中，控制器370可包含驅動器(未展示)，該等驅動器用於將類比電壓信號提供至鏡335以控制鏡335之反射部分之位置。在某些實施方案中，用於提供類比電壓信號之驅動器可實體上獨立於控制器370，且毗鄰於鏡335或與鏡335整合在一起。在某些實施方案中，驅動器可包含用於將來自控制器370之一數位信號轉換成適於控制鏡335之反射部分之位置之一類比電壓之數位轉類比轉換器(DAC)。在某些實施方案中，驅動器可包含用於 將來自控制器370之相對低電壓(例如，幾伏)控制及/或邏輯信號放大至用於控制鏡335之靜電致動器之相對較高電壓(例如，幾十伏)之電壓放大器。在某些實施方案中，驅動器可包含用於致動磁性致動器之電流放大器。該電流放大器可將數位或類比電壓轉換成足以用於鏡335之反射部分之磁性致動之電流(例如，幾十或幾百毫安)。
圖4係根據說明性實施方案之供在一整合式光學總成300中使用之一光子積體電路(PIC)310之一方塊圖。在總成300中，PIC 310可定位在光學器件座架305下方。在此實例性實施方案中，輪廓405表示光學器件座架305相對於PIC 310之輪廓。為清楚起見省略了電連接。
PIC 310可在光學光柵耦合器330處接收光束360。光學光柵耦合器330將光束360耦合至波導410中。波導410將光輸送至調變器415，該調變器調變連續波光以產生可用於傳輸資料之一光學信號。波導420自調變器415之輸出接收經調變光學信號且將該經調變光學信號輸送至毗鄰於PIC 310之一側之一邊緣耦合器425。邊緣耦合器425可將光學信號365傳輸至另一媒體中；舉例而言，一光纖或在PIC 310外部之另一波導。
在某些實施方案中，PIC 310可包含用於量測耦合至光學光柵耦合器330中之光之振幅之構件。舉例而言，PIC 310可包含一監測器光電二極體430。監測器光電二極體430可包含一光敏裝置，諸如一光電二極體，該光敏裝置可將自波導410或420上之一分接頭接收之一光學信號轉換成與光學信號之振幅相關地變化之一電信號。在某些實施方案中，調變器415可具有兩個輸出波導。在此等實施方案中，每一輸出波導可具有一單獨監測器光電二極體430。各別監測器光電二極體430之信號可被加總。控制器370可接收電信號且使用電信號來判定將光耦合至光學光柵耦合器 330中之效率。控制器370可進一步提供用以設定鏡335之一位置之電壓或電流。使用來自監測器光電二極體430之電信號作為回饋，控制器370可調整鏡335之位置以達成光束360在光學光柵耦合器330上之一特定入射角。控制器可調整鏡335之位置，且藉由擴大入射角而增大將光耦合至光學光柵耦合器330中之效率。
在某些實施方案中，整合式光學總成300可包含調變器415之波導輸出上之一分接頭。一額外光柵耦合器或邊緣耦合器可自分接頭接收光且將光引導至一外部監測器光電二極體。控制器370可自外部監測器光電二極體接收一電信號且使用電信號來判定將光束360耦合至PIC 310中之效率。
在某些實施方案中，整合式光學總成300可在光學器件座架305上包含一或多個額外監測器光電二極體。此額外監測器光電二極體可毗鄰於光源315而定位以提供對與中間組件(諸如，透鏡320、隔離器325及鏡335)之機械移位解耦之效能以及光學器件座架305與PIC 310之間的對準之改變之直接量測。此等量測可有助於(舉例而言)監測光源315之健康狀況以偵測輸出功率隨時間之降級。在光學器件座架305之裝配程序之預燒製造步驟期間，可代替外部監測器光電二極體而使用額外監測器光電二極體。
圖5A係根據說明性實施方案之供在一整合式光學總成中使用之一雙軸微機電系統(MEMS)鏡總成500之一圖式。鏡總成500包含三個主要組件：一鏡平台505、一環架510及一鏡基板515。鏡平台505、環架510及鏡基板515安置於一基底基板(未展示)上方。鏡平台505在其上部側上可包含一反射表面及/或塗層。鏡總成500包含用於移動組件之致動器。在圖5A中所展示之實施方案中，可沿兩個維度致動鏡總成500。致動器520a及 520b(統稱為「致動器520」)可相對於環架510而移動鏡平台505，且致動器525a及525b(統稱為「致動器525」)可相對於鏡基板515而移動環架510及鏡平台505。
在某些實施方案中，致動器520及525可將扭力施加至其內組件。舉例而言，致動器520可施加用以旋轉鏡平台505以導致X-Z平面(亦即，圍繞Y軸)中之旋轉之扭力，且致動器525可施加用以旋轉環架510以導致Y-Z平面(亦即，圍繞X軸)中之旋轉之扭力。以此方式，致動器520及致動器525可分別圍繞一第一軸及一第二軸而移動鏡平台505，其中該等軸實質上彼此正交。
在某些實施方案中，致動器520及525可係垂直梳狀驅動靜電致動器。每一致動器520及525可具有一第一部分及一第二部分；舉例而言，致動器520可具有一左側及一右側，且致動器525可具有一頂部側及一底部側，如在圖式中所定向。施加至致動器之第一部分之一第一電壓可致使致動器沿一第一方向移動鏡平台505。在某些實施方案中，第一方向可係圍繞鏡平台505之一運動軸之一旋轉方向。施加至致動器之第二部分之一第二電壓可致使致動器沿與第一方向相反之一第二方向移動鏡平台。舉例而言，施加至致動器520a之第一部分之第一電壓可致使鏡平台505圍繞Y軸順時針移動，且施加至致動器520a之第二部分之第二電壓可致使鏡平台505圍繞Y軸逆時針移動。
圖5B係根據說明性實施方案之供在一整合式光學總成使用之一單軸微機電系統(MEMS)鏡總成550之一圖式。鏡總成550包含藉由一扭轉樑570而懸置在界定於一鏡基板565中之一腔中或腔上方之一鏡平台555。扭轉樑570允許鏡平台555沿一個維度(亦即，Y-Z平面)旋轉移動。鏡平台 555在其頂部側上可包含一反射層或表面。鏡平台555可在一或多個致動器(未展示)之影響下相對於鏡基板565而旋轉。在某些實施方案中，鏡平台555可在一或多個外部驅動器之幫助下定位。一外部驅動器可包含一靜電致動器、一壓電致動器、一熱致動器或一磁性致動器。致動器可接收一控制電壓或電流且設定鏡平台555之一位置。在某些實施方案中，可使鏡總成550小型化。舉例而言，鏡總成550可以沿x、y及z方向具有小於一毫米之尺寸之一離散裝置體現。在某些實施方案中，鏡總成550可係沿x、y及z方向具有小於0.75mm之尺寸之一離散裝置。
在某些實施方案中，鏡平台555可經由在鏡總成550外部之構件而定位。舉例而言，在監測光至PIC 310中之耦合之同時，可使用一桿或鉤來調整鏡平台555之位置。在某些實施方案中，鏡平台555可使用磁力來移動。
圖6係根據說明性實施方案之製造一整合式光學總成之一實例性方法600之一流程圖。方法600包含提供一光學器件座架，該光學器件座架上安置有用於提供一光束之一光源及經組態以聚焦光束之一透鏡(階段610)。方法600包含提供一光子積體電路(PIC)，該PIC上安置有用於接收光束並將光束耦合至一波導中之一光柵耦合器(階段620)。方法600包含提供一微機電系統(MEMS)鏡，該MEMS鏡經組態以自透鏡接收光束且將光束重定向為朝向光柵耦合器(階段630)。方法600包含將光學器件座架、MEMS鏡及PIC裝配至整合式光學總成中(階段640)。在某些實施方案中，方法600包含校準MEMS鏡之位置以增大光束至波導中之耦合(階段650)。
方法600包含提供一光學器件座架，該光學器件座架上安置有用於提供一光束之一光源及經組態以聚焦光束之一透鏡(階段610)。光學器件座 架可類似於關於圖3所闡述之光學器件座架305。同樣地，光源可類似於光源315，且透鏡可類似於透鏡320。光源315可使用一焊料345或黏合劑而接合或以其他方式安裝至光學器件座架305。透鏡320可經由一黏合劑及/或一托架或座架之一組合而固定至光學器件座架305。光源315及透鏡320經配置使得光源315可朝向透鏡320而引導一光束。
方法600包含提供一光子積體電路(PIC)，該PIC上安置有用於接收光束並將光束耦合至一波導中之一光柵耦合器(階段620)。該PIC可類似於關於圖3及圖4所闡述之PIC 310。同樣地，光柵耦合器可類似於光學光柵耦合器330。
方法600包含提供一微機電系統(MEMS)鏡，該MEMS鏡經組態以自透鏡接收光束且將光束重定向為朝向光柵耦合器(階段630)。該鏡可類似於關於圖3所闡述之鏡335，包含關於圖5所闡述之鏡總成500及550。鏡335可安裝或附接至光學器件座架305。在某些實施方案中，鏡500或550可包含用於調整MEMS鏡之一位置以影響光束在光柵耦合器330上之一入射角之一或多個致動器。
方法600包含將光學器件座架、MEMS鏡及PIC裝配至整合式光學總成中(階段640)。光學器件座架305及PIC 310可使用一黏合劑(諸如，環氧樹脂或經由一焊接人員而施加之銲球)或藉由機械緊固件(諸如，螺栓或夾具)而連結及接合。鏡335可連結至光學器件座架305及/或PIC 310。鏡335可固定在使得其可自光源315及透鏡接收光束360且將光束360重定向為穿過光學器件座架305到達PIC 310上之光學光柵耦合器330之位置中。在裝配階段期間，重要的係在X-Y平面中適當地對準光學器件座架305與PIC 310以達成光束360與光學光柵耦合器330之間的對準，光學光柵耦合器 330可在每一維度上小至幾微米。在某些實施方案中，光束360之一經聚焦光點大小之直徑可為約10μm。在某些實施方案中，對準可藉由啟動光源315及觀察光束360之入射點而可視地執行。在某些實施方案中，對準可使用來自監測器光電二極體430之回饋來量測光學耦合而執行。
在某些實施方案中，方法600包含校準MEMS鏡之位置以增大光束至波導中之耦合(階段650)。在某些實施方案中，可啟動光源315，且調整鏡335以將光束360引導至光學光柵耦合器330上。可調整鏡335之一反射部分之一位置及/或傾斜度以設定光束360在光學光柵耦合器330上之一入射角。可調整入射角以增大光束360至光柵耦合器330中之耦合。
雖然本說明書含有諸多具體實施細節，但不應將此等細節解釋為對任何發明或可主張之內容之範疇之限制，而是應將其解釋為對特定發明之特定實施方案所特有之特徵之說明。亦可將本說明書中在單獨實施方案之內容脈絡中闡述之某些特徵以組合方式實施於一單項實施方案中。相反地，在一單項實施方案之內容脈絡中闡述之各種特徵亦可單獨地或以任何適合子組合形式實施於多項實施方案中。此外，儘管上文可將特徵闡述為以某些組合起作用且甚至最初主張如此，但來自一所主張組合之一或多個特徵在某些情形中可自該組合去除，且所主張組合可針對於一子組合或一子組合之變化形式。
類似地，雖然在圖式中以一特定次序繪示操作，但不應將此理解為需要以所展示之特定次序或以順序次序執行此等操作，或執行所有所圖解說明之操作，以實現合意結果。在某些情況中，多任務及並行處理可係有利的。此外，不應將在上文所闡述之實施方案中之各種系統組件之分離理解為在所有實施方案中皆需要此分離，且應理解，通常可將所闡述之程式 組件及系統一起整合於一單個軟體產品中或封裝至多個軟體產品中。
對「或」之提及可解釋為包含性的，使得使用「或」所闡述之任何術語可指示一單個、一個以上及所有所闡述術語中之任一者。標號「第一」、「第二」、「第三」等不一定意指指示一排序，且通常僅用於在相似或類似物項或元件之間進行區分。
熟習此項技術者可易於明瞭對本發明中所闡述之實施方案之各種修改，且可將本文中所定義之一般原理應用於其他實施方案而不背離本發明之精神或範疇。因此，並非意欲將申請專利範圍限於本文中所展示之實施方案，而是欲賦予其與本文中所揭示之本發明、原理及新穎特徵相一致之最寬廣範疇。
300:整合式光學總成/總成/整合式光學器件總成
305:光學器件座架
310:光子積體電路
315:光源
320:透鏡
325:光學隔離器/隔離器
330:光學光柵耦合器/光柵耦合器
335:微機電系統鏡/鏡
340:抗反射塗層
345:焊料
350:環氧樹脂
355:環氧樹脂
360:光束/連續波光束
365:經調變光學信號/光學信號
370:控制器

Claims (19)

  1. 一種整合式(integrated)光學總成，其包括：一光學器件座架(optics mount)，其上安置有用於提供一光束之一光源及經組態以聚焦該光束之一透鏡；一光子積體電路(PIC)，機械耦合至該光學器件座架，且該光子積體電路上安置有用於接收該光束並將該光束耦合至一波導中之一光柵耦合器；及一微機電系統(MEMS)鏡，其經組態以自該透鏡接收該光束且將該光束重定向為朝向該光柵耦合器，其中該MEMS鏡之一反射部分之一位置可調整以影響該光束在該光柵耦合器上之一入射角，且該MEMS鏡可沿兩個維度旋轉。
  2. 如請求項1之整合式光學總成，其中該光柵耦合器包含矽。
  3. 如請求項1之整合式光學總成，其中該光學器件座架在至少一個表面上包含具有一抗反射塗層之矽。
  4. 如請求項1之整合式光學總成，其中該光源係一分散式回饋雷射。
  5. 如請求項4之整合式光學總成，其包括：一光學隔離器，其安置於該光學器件座架上且經組態以自該透鏡接收該光束並沿一第一方向朝向該MEMS鏡傳遞該光束，同時防止光沿與該 第一方向相反之一第二方向通過該光學隔離器。
  6. 如請求項1之整合式光學總成，其包括：一監測器光電二極體，其安置於該PIC上以用於量測耦合至該波導中之光之一振幅。
  7. 如請求項1之整合式光學總成，其中該MEMS鏡可移動以將該入射角自與該光柵耦合器之一光接收表面之法線相距0°調整為與法線相距20°。
  8. 如請求項1之整合式光學總成，其中該整合式光學總成具有適於包含於一光學收發器裝置中之尺寸。
  9. 如請求項1之整合式光學總成，其中該MEMS鏡包含用於調整該反射部分之該位置之一致動器。
  10. 如請求項1之整合式光學總成，其中該MEMS鏡經組態以在該整合式光學總成之一使用壽命內持續地或週期性地重新定位。
  11. 一種光學通信系統，其包括：一光學器件座架，其上安置有用於提供光束之一光源及經組態以聚焦該光束之一透鏡；一光子積體電路(PIC)，其機械耦合至該光學器件座架且其上安置有： 一光柵耦合器，其用於接收該光束且將該光束耦合至一波導中，及一監測器光電二極體，其用於量測耦合至該波導中之光之一振幅；一微機電系統(MEMS)鏡，其經組態以自該透鏡接收該光束且將該光束重定向為朝向該光柵耦合器，其中該MEMS鏡之一反射部分之一位置可調整以影響該光束在該光柵耦合器上之一入射角，且該MEMS鏡可沿兩個維度旋轉；及一控制器，其經組態以接收對耦合至該波導中之該光之該振幅之一指示且控制該MEMS鏡之該位置以增大對該振幅之該指示。
  12. 如請求項11之光學通信系統，其中該光柵耦合器包含矽。
  13. 如請求項11之光學通信系統，其中該光學器件座架在至少一個表面上包含具有一抗反射塗層之矽。
  14. 如請求項11之光學通信系統，其中該光源係一分散式回饋雷射。
  15. 如請求項14之光學通信系統，其包括：一光學隔離器，其安置於該光學器件座架上且經組態以自該透鏡接收該光束並沿一第一方向朝向該MEMS鏡傳遞該光束，同時防止光沿與該第一方向相反之一第二方向通過該光學隔離器。
  16. 一種製造一整合式光學總成之方法，其包括：提供一光學器件座架，該光學器件座架上安置有用於提供光束之一光源及經組態以聚焦該光束之一透鏡；提供一光子積體電路(PIC)，該光子積體電路上安置有用於接收該光束且將該光束耦合至一波導中之一光柵耦合器；提供一微機電系統(MEMS)鏡，該微機電系統鏡經組態以自該透鏡接收該光束且將該光束重定向為朝向該光柵耦合器，其中該MEMS鏡之一反射部分之一位置可調整以影響該光束在該光柵耦合器上之一入射角，且該MEMS鏡可沿兩個維度旋轉；及將該光學器件座架、該MEMS鏡及該PIC裝配至該整合式光學總成中。
  17. 如請求項16之方法，其包括：在該PIC上提供用於調變耦合至該波導中之光之一調變器。
  18. 如請求項16之方法，其包括：在該PIC上提供一監測器光電二極體；及使用該監測器光電二極體來量測耦合至該波導中之光之一振幅。
  19. 如請求項18之方法，其包括：使用該所量測振幅來校準該MEMS鏡之該位置以增大該光束至該波導中之耦合。
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10146020B1 (en) * 2017-05-30 2018-12-04 Google Llc MEMS steering mirrors for applications in photonic integrated circuits
US10447013B2 (en) * 2017-07-19 2019-10-15 Axalume, Inc. High-power packaged laser array
US10705302B2 (en) * 2018-02-27 2020-07-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Photonic integrated circuit packages
US11300776B2 (en) * 2018-12-07 2022-04-12 Beijing Voyager Technology Co., Ltd. Coupled and synchronous mirror elements in a lidar-based micro-mirror array
CN109738988B (zh) * 2018-12-26 2020-05-05 上海交通大学 基于透镜的全固态水平二维光束转向装置
CN109407168B (zh) * 2018-12-29 2024-04-09 清华大学 毫米波/太赫兹波成像设备及其反射板调节装置
US10788632B2 (en) * 2019-01-29 2020-09-29 Google Llc Device and method for coupling laser to a photonic integrated circuit
US10895702B2 (en) * 2019-04-01 2021-01-19 Google Llc Integrated heater structures in a photonic integrated circuit for solder attachment applications
CN110531513B (zh) * 2019-09-03 2022-02-15 山东大学 一种mems换能结构及其应用
US11264358B2 (en) * 2019-09-11 2022-03-01 Google Llc ASIC package with photonics and vertical power delivery
US11022757B1 (en) * 2019-11-26 2021-06-01 Cisco Technology, Inc. Using an anti-reflection coating with a grating coupler
US11048053B2 (en) * 2019-11-27 2021-06-29 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Movable flexure and MEMS elements for improved optical coupling to photonic integrated circuits
US11366270B2 (en) * 2020-04-30 2022-06-21 Cisco Technology, Inc. Broadband optical coupling using dispersive elements
US11366202B2 (en) * 2020-07-01 2022-06-21 Ours Technology, Llc Semiconductor laser and optical amplifier photonic package
US11204463B1 (en) * 2020-07-17 2021-12-21 Globalfoundries U.S. Inc. Integrated circuit structure with optical absorber layer over optical grating coupler
US11564312B2 (en) 2020-09-28 2023-01-24 Google Llc Laser light source co-packaged with photonic integrated circuit and substrate

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060227833A1 (en) * 2005-04-12 2006-10-12 O'daniel Jason K Wavelength locked laser including integrated wavelength selecting total internal reflection (TIR) structure
TW200636312A (en) * 2005-02-16 2006-10-16 Applied Materials Inc Optical coupling to IC chip
US20060239612A1 (en) * 2002-06-19 2006-10-26 Peter De Dobbelaere Flip-chip devices formed on photonic integrated circuit chips
WO2012015596A1 (en) * 2010-07-30 2012-02-02 Corning Incorporated Optical package and method for aligning optical packages
US20140153605A1 (en) * 2012-11-30 2014-06-05 Oclaro Japan, Inc. Optical device
CN106461889A (zh) * 2014-05-15 2017-02-22 纳米精密产品股份有限公司 光纤到光栅耦合器的光学连接

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4952056A (en) 1988-05-17 1990-08-28 Entwicklungsgemeinschaft Asi Method of determining the autocollimation angle of a grating coupler
US6525296B2 (en) * 1998-10-20 2003-02-25 Sharp Kabushiki Kaisha Method of processing and optical components
US6580858B2 (en) * 2001-04-30 2003-06-17 Xerox Corporation Micro-opto-electro-mechanical system (MOEMS)
JP4084006B2 (ja) * 2001-06-27 2008-04-30 株式会社日立製作所 半導体レーザ制御モジュールとその応用装置
US6910780B2 (en) 2002-04-01 2005-06-28 Santur Corporation Laser and laser signal combiner
US7436992B2 (en) * 2004-07-30 2008-10-14 General Electric Company Methods and apparatus for testing a component
US7236666B2 (en) 2004-09-30 2007-06-26 Intel Corporation On-substrate microlens to couple an off-substrate light emitter and/or receiver with an on-substrate optical device
US20070160321A1 (en) 2005-12-01 2007-07-12 The Regents Of The University Of California Monolithic mems-based wavelength-selective switches and cross connects
US7580602B2 (en) * 2007-09-17 2009-08-25 Seagate Technology Llc Beam apodization for a planar solid immersion mirror
US7835065B2 (en) * 2008-01-30 2010-11-16 Corning Incorporated Optical packages and methods for aligning optical packages
US8908723B2 (en) 2011-01-27 2014-12-09 Gideon Yoffe External cavity widely tunable laser using a silicon resonator and micromechanically adjustable coupling
US20160377821A1 (en) * 2012-03-05 2016-12-29 Nanoprecision Products, Inc. Optical connection of optical fibers to grating couplers
US9645321B2 (en) 2012-08-30 2017-05-09 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Optical signal processing device
US9389378B2 (en) 2014-02-03 2016-07-12 Luxtera, Inc. Method and system for optical power monitoring of a light source assembly coupled to a silicon photonically-enabled integrated circuit
US9632281B2 (en) * 2014-03-13 2017-04-25 Futurewei Technologies, Inc. Free space grating coupler
US9876575B2 (en) 2014-04-30 2018-01-23 Infinera Corporation Hybrid optical transmitter and/or receiver structure
EP3170043A4 (en) 2014-07-14 2018-06-20 Biond Photonics Inc. 3d photonic integration with light coupling elements
US9768901B2 (en) 2014-11-20 2017-09-19 Kaiam Corp. Planar lightwave circuit active connector
US9935424B2 (en) * 2015-04-01 2018-04-03 Oracle International Corporation Integrated laser with back-reflection isolator
CN105259623B (zh) * 2015-10-30 2017-05-10 武汉电信器件有限公司 一种激光器与光栅耦合器的封装结构及其方法
US10025093B2 (en) * 2016-04-13 2018-07-17 Microsoft Technology Licensing, Llc Waveguide-based displays with exit pupil expander
US10146020B1 (en) * 2017-05-30 2018-12-04 Google Llc MEMS steering mirrors for applications in photonic integrated circuits

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060239612A1 (en) * 2002-06-19 2006-10-26 Peter De Dobbelaere Flip-chip devices formed on photonic integrated circuit chips
TW200636312A (en) * 2005-02-16 2006-10-16 Applied Materials Inc Optical coupling to IC chip
US20060227833A1 (en) * 2005-04-12 2006-10-12 O'daniel Jason K Wavelength locked laser including integrated wavelength selecting total internal reflection (TIR) structure
WO2012015596A1 (en) * 2010-07-30 2012-02-02 Corning Incorporated Optical package and method for aligning optical packages
US20140153605A1 (en) * 2012-11-30 2014-06-05 Oclaro Japan, Inc. Optical device
CN106461889A (zh) * 2014-05-15 2017-02-22 纳米精密产品股份有限公司 光纤到光栅耦合器的光学连接

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