CN215905853U

CN215905853U - 光机装置

Info

Publication number: CN215905853U
Application number: CN202121243279.8U
Authority: CN
Inventors: L·马吉; M·A·肖
Original assignee: STMicroelectronics SRL
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 2020-06-05
Filing date: 2021-06-04
Publication date: 2022-02-25
Anticipated expiration: 2031-06-04
Also published as: CN113753844A

Abstract

本公开的实施例涉及光机装置。实施例装置包括具有第一表面和第二表面的光学透明基底；压电膜，布置在第一表面，响应于传播通过基底的光束而振荡；面向基底的至少一个反射刻面被布置在压电膜处；以及光学元件，在输入端接收光束，并且将光束引导到耦合到第二表面的输出端。光学元件包含将光束聚焦在压电膜的焦点处的光聚焦路径，以及将光束准直到至少一个反射刻面上的至少一个光准直路径。光学元件将从至少一个反射刻面反射的光引导到输入端，反射的光指示光学元件相对于焦点的位置。利用本公开的实施例有利的是，直接附接到表面的GRIN透镜的使用抵消可能的聚焦错位误差。

Description

光机装置

技术领域

本说明书涉及光机装置。一个或多个实施例可以用于光学对准。

背景技术

微光机电***(MOEMS)，也被称为光学微机电***或光学MEMS，是涉及在非常小的尺寸范围内感测或操纵光学信号的***，其例如，使用集成的机械、光学和电气***，将机械模式耦合到光模式，或将光模式耦合到机械模式。

这样的类型的***在例如，Midolo,L.,Schliesser,A.与Fiore,A.所著的:“Nano-opto-electro-mechanical systems”,Nature Nanotech 13,11-18(2018),doi:10.1038/s41565-017-0039-1中被讨论。

光机传感器可以将膜的机械运动(在微米尺度上)转换为光信号，或者将光信号转换为膜的机械运动。

例如，光机传感器可以包括振荡纳米或微膜与光束，该光束聚焦于膜的有源区域，该区域即光机转换可以被最大化的区域。例如，可以将这样的有源区域布置在裸片的中心或它的任何其他部分。

这样的类型的传感器在例如A.Simonsen,S.Saarinen,J.Sanchez,J.

-Larsen,A.Schliesser,与E.Polzik所著的:“Sensitive optomechanical transductionof electric and magnetic signals to the optical domain,”Opt.Express27,18561-18578(2019)中被公开。

在该类型的基于膜的光机传感器中，所使用的光束被聚焦达到目标光斑尺寸，例如微米量级。

作为结果，在聚焦光束(焦点)与膜(有源)区域之间的光学对准是相关的品质因数。

针对各种原因，使用聚焦光束的光学对准可以具有挑战性，例如难以精确确定光束最小腰点的正确位置，这可以导致性能差和优化对准的困难；以及复杂化搜索最佳对准的算法。

使用聚焦光束的常规光学对准布置可以涉及复杂的读取过程，包括对沿光传播方向(通常称为Z轴线)的每个位置沿X和Y轴线执行扫描；分析所有数据，以找到正确的聚焦深度；将***设置为某个聚焦深度；以及执行进一步扫描以确定改善的对准。

如上所述的常规解决方案因此存在以下缺点的问题：对准***和方法的复杂；以及与光电设备/部件的直接读取和反馈相关的在时间和消耗方面的成本。

实用新型内容

本公开的目的是提供光机装置，以至少部分地解决现有技术中存在的上述问题。

本公开的一方面提供了一种光机装置，包括：光学透明基底，具有第一表面和与第一表面相对的第二表面；压电膜，布置在光学透明基底的第一表面处，压电膜被配置为由于光束传播通过光学透明基底并且冲击到压电膜上而振荡，其中面向光学透明基底的至少一个反射刻面被布置在压电膜处；以及光学元件，被配置为在输入端处接收光束，并且将光束朝向耦合到光学透明基底的第二表面的输出端引导；其中，光学元件包含：光聚焦路径，被配置为将光束聚焦在位于压电膜处的焦点处；以及至少一个光准直路径，被配置为将光束准直到至少一个反射刻面上；其中，光学元件被配置为将从至少一个反射刻面反射的光引导到输入端；以及其中，反射到输入端的光指示光学元件相对于焦点的位置。

根据一个或多个实施例，其中：压电膜包括至少一个反射刻面，至少一个反射刻面具有中心区域和***区域；光学元件中的光聚焦路径被配置为将光束聚焦在至少一个反射刻面的中心区域处；以及光学元件中的至少一个光准直路径被配置为将光束准直在至少一个反射刻面的***区域处。

根据一个或多个实施例，光机装置还包括：多个反射刻面；其中光学元件包含多个光准直路径，多个光准直路径被配置为将相应的经准直的光束提供到多个反射刻面上。

根据一个或多个实施例，其中多个反射刻面包括布置在距压电膜的中心相同距离处的反射刻面。

根据一个或多个实施例，其中多个反射刻面包括：方形刻面，具有在大约250微米与大约300微米之间的边长；和/或刻面，在距离压电膜的中心大约300微米处。

根据一个或多个实施例，其中多个反射刻面包括以压电膜的中心镜像对称布置的两个刻面。

根据一个或多个实施例，其中光学元件包括：基底，具有形成于其中的多个通道；以及多个光纤，布置在通道中；其中光纤提供光聚焦路径和至少一个光准直路径。

根据一个或多个实施例，其中：光学元件中的光聚焦路径包括具有聚焦节距的光聚焦梯度折射率GRIN透镜；以及光学元件中的至少一个光准直路径包括具有准直节距的光准直GRIN透镜，并且光聚焦路径和光准直路径具有相同的总长度和相同的透镜直径。

根据一个或多个实施例，其中光学元件中的光聚焦路径以及至少一个光准直路径中的至少一项包括光学间隔件部分。

根据一个或多个实施例，其中：相同的总长度是大约500微米；和/或相同的透镜直径是大约350微米。

根据一个或多个实施例，其中：装置还包括：壳体，具有支撑底座，支撑底座中具有通孔，壳体的支撑底座被耦合到光学透明基底的第二表面，其中光学透明基底的第二表面的一部分与通孔对准；以及光学元件的输出端被耦合到壳体的支撑底座中的通孔处的光学透明基底。

一种光机装置，包括：光学透明基底，包括：第一表面；以及与第一表面相对的第二表面；压电膜，被设置在光学透明基底的第一表面处；至少一个反射刻面，被设置在压电膜处，或在压电膜的一侧被设置在同一平面中，并且至少一个反射刻面面向光学透明基底；以及光学元件，包括：输入端，被配置为接收光束；输出端，被耦合到光学透明基底的第二表面；光聚焦透镜，具有在压电膜处的针对光束的焦点；以及光准直透镜，被定向为将光束准直到至少一个反射刻面上，以便反射回输入端。

根据一个或多个实施例，其中：压电膜包括至少一个反射刻面，至少一个反射刻面具有中心区域和***区域；光聚焦在至少一个反射刻面的中心区域处具有针对光束的焦点；以及光准直透镜被定向为将光束准直在至少一个反射刻面的***区域处。

根据一个或多个实施例，光机装置还包括：多个反射刻面；其中光学元件包含多个光准直透镜，多个光准直透镜被定向为将相应的光束准直到多个反射刻面上。

根据一个或多个实施例，其中光学元件包括：基底，具有在其中形成的多个通道；以及多个光纤，被布置在通道中；其中光纤为光聚焦透镜提供光聚焦路径，并且为光准直透镜提供光准直路径。

根据一个或多个实施例，其中：光聚焦透镜是具有聚焦节距的光聚焦梯度折射率GRIN透镜；以及光准直透镜是具有准直节距的光准直GRIN透镜，以及其中光聚焦透镜和光准直透镜具有相同的透镜直径。

根据一个或多个实施例，其中：装置还包括：壳体，具有支撑底座，支撑底座中具有通孔，壳体的支撑底座被耦合到光学透明基底的第二表面，光学透明基底的第二表面的一部分与通孔对准；以及光学元件的输出端被耦合到壳体的支撑底座中的通孔处的光学透明基底。

利用本公开的实施例有利的是，直接附接到表面的GRIN透镜的使用抵消可能的聚焦错位误差。

附图说明

现在将仅通过非限制性示例，通过参考附图描述一个或多个实施例，其中：

图1是光机换能器组件的横截面图；

图2、图2A和图2B是一个或多个实施例的根本的原理的示图；

图3是本文示例的光学对准方法的示图；

图4是根据本公开内容的对准***的透视图；

图5是沿图4的V-V线的横截面图；

图6是沿图4的VI-VI线的横截面图；

图7是图4的平面图；

图8、图8A、图9和图9A是一个或多个实施例的根本的光学原理的示图；

图10和图11是配电电源的示图；

图12是如本文示例的组件的透视图；

图13和图14是根据本公开内容的壳体的透视图；

图15、图16和图17是根据本公开内容的光机组件的透视图；

图18是根据本公开内容的光学元件的透视图；

图19是根据本公开内容的装置的透视图；以及

图20是基本上沿图19箭头XX的放大图。

具体实施方式

在随后的描述中，图示了一个或多个具体的细节，目的在于提供对本描述的实施例的示例的深入理解。可以在没有一个或多个特定细节的情况下，或者通过其他方法、构件、材料等获得实施例。在其他情况下，不详细地图示或描述已知结构、材料或操作，从而不会模糊实施例的某些方面。

在本描述的框架中，对“实施例”或“一个实施例”的引用旨在表明，关于该实施例所描述的特别的配置、结构或特征被包含在至少一个实施例中。因此，在本描述的一个或多个点中可以出现的诸如“在实施例中”或“在一个实施例中”之类的短语不一定指一个或多个相同的实施例。

此外，特别的构象、结构或特征可以在一个或多个实施例中以任何适当方式组合。

本文中使用的标题/参考文献仅为方便起见，并且因此不限定实施例的保护的程度或范围。

为了便于解释，附图采用简化形式，并且比例不精确。

在本文所附的附图中，相同的部分或元件用相同的参考符号表示，为了简洁起见，将不对每个附图重复对应的描述。

如图1中所示例的光机换能器10可以包括：

-壳体12，例如陶瓷壳体，包括具有例如，直径大约为4mm(1mm＝10^-3m＝1毫米)的中心孔120的底座，并且该中心孔120被配置作为用于容纳光学透明材料(例如，由厚度为0.2mm的玻璃制成)的孔口，形成光学窗口；

-多个导电引线14，例如暴露在壳体12表面处的平引线；

-一个或多个光学透明层16、18，例如包括熔融石英基底18(大约0.5mm厚)，可选地叠加在具有空芯160(与孔120对准)的硅裸片16的顶部上，其中光可以在自由空间中传播，芯160延伸例如大约0.35mm厚；

-膜层20，例如压电膜，位于石英裸片18的顶部平面上，并且包括面向石英裸片18的顶部平面表面的至少部分反射性的“底部”表面200；

-(微)间隔件22，被配置为保持膜层20从石英裸片18的顶部平面表面分离，以允许膜振动或振荡；

-导电接触焊盘24，耦合在膜层20的顶部表面上，并且被配置为经由从膜层20发射或接收到的电信号控制和/或检测膜20的光机特性的变化；

-导电接线26，将膜层20上的导电接触焊盘24耦合到在支撑底座12中的导电引线14；以及

-光学元件30，例如透镜，被配置为引导从在光学元件30的输入端处(在图中不可见)的源发射的光沿着瞄准向膜20的光路，光学元件30经由封装底座12中的孔口120耦合到封装基底12。例如，光学元件可以具有大约2.5mm的直径和大约相同尺寸的长度。

如图1中所示例的，例如，装置10可以经由外套90(例如盖)密封。

在一个或多个实施例中，当光聚焦在膜层20上时，光机装置10可以经由膜层20的机械振动将光信号转换为电信号。

如图2中所图示的GRIN透镜是光学元件30的示例，该示例可以有利地用于本文所讨论的实施例中。

作为背景，可以回顾，如图2A所示出的“光学物体”30A被配置为用来自光源S的平行射线聚焦光束，将其“挤压”到在物体30一定焦深或距离F处的焦点FP，“光学物体”30A被称为聚焦透镜30A。沿传播轴线Z的对应的位置(其中光束光斑达到其最小的半径)被称作“焦点”FP(或光束腰)。

相反地，如图2B所示出的光学物体30B，其接收来自光源S的发散光束，并且生成不存在角发散剩余的束(在概念上的理想场景中)或具有高斯行为的束(在更现实的场景中)，光学物体30B被称为准直透镜30B。准直透镜30B可以具有准直长度，即光源S与透镜30B之间的距离，以使来自光源的光束被准直。

如图2中所示例的GRIN透镜30可以包括柱形或杆状体，在两个平坦端部306、308之间线性(即纵向)延伸，适用于光纤耦合。

GRIN透镜30的光学行为可以基于透镜材料的折射率，该折射率以本领域技术人员本身已知的方式随梯度剖面在空间上变化。

图2示出了设计用作聚焦透镜的GRIN棒30内的射线轨迹图。线性杆状体30可以具有也被指示为一个“节距”P的长度，即，用于在不反转的情况下获得1:1图像的长度，该长度与每个GRIN透镜的折射率变化有关。

如本领域技术人员所知，GRIN透镜可以根据其节距P表现为聚焦透镜或准直透镜(或发散透镜)。

例如，将杆缩短到全节距P的1/2或1/4的部分的长度，如图2中用箭头所示例的，可以变化光学元件30的光学特性。

在如图1中所示例的装置10中，可以在30处使用GRIN透镜，以使光束(如图2A中所示例的)聚焦在膜底部表面200上。

另一方面，如前所述，准确地对准聚焦光束，以使其腰部位于与底部表面200对应的位置可以是一项具有挑战性的任务。

如图3中所示例的，一个或多个实施例可以使用基于GRIN透镜概念的光学元件30，该GRIN透镜概念包括被嵌入在单个光学件(例如单个(光)纤块)中的聚焦透镜部分32和准直透镜部分34。

例如，由于在具有某个长度的单个光纤块中形成在一起，这种光学元件30可以被设计以使聚焦透镜部分32和准直透镜部分34二者具有彼此相关的相应的(焦距)长度F。

如图3中所示例的，这样的光学元件30可以与参考反射表面40配合使用，例如被包括在膜层20中，作为围绕其底部表面中心部分200的***部分400，或作为非连接反射表面的图案，作为基准标记操作。这种与膜20的底部表面共面的参考反射表面40可以有助于执行聚焦透镜部分32的焦距F的改善的光学对准。

例如，由光源S发出的光束在穿过光学元件30时可以被同时聚焦32和准直34。作为结果，从光源S发出的准直射线可以撞击到反射参考表面40上。

至少一部分撞击的准直射线将从反射参考表面40反射。这种反射射线R可以沿光学元件30向后移动，并且具有被感测的能力，例如，经由布置在元件30的“远”端部(即背向反射表面40的端部)的光学循环器31。例如，循环器31可以将反射射线R提供给用户电路A，例如致动器A，该电路被配置为对光学元件30相对于参考表面40的对准执行反馈。

由于在焦点FP处有更大的光斑尺寸，因此准直透镜34的对准可以被促进。

聚焦透镜32与准直透镜34一起被合并在共同的光学组件30中，因此可以促进(以基本上“无源”的方式)简化聚焦透镜32的对准。

值得注意的是，反射光R提供了一种无源对准反馈，在本身没有有源光机换能器的情况下，即，没有给装置10供电的情况下。

如前所述，这种无源对准过程是相对快速且容易的。

例如，光学元件30一旦与组件10对准，就可以直接附接(例如，粘合)到组件10上。

备选地，当膜20被组装在壳体中时，它可以附接到壳体的孔口120上。

在如图4至图7所示例的光学对准***30、40中，例如，参考表面40可以包括相对于膜层20对称布置的多个平面反射表面(或刻面)400A、400B，多个平面反射表面在距膜20的有源表面200的目标焦点FP相同的距离处；并且光学元件30可以包括多个准直透镜部分34A、34B，这些平行透镜部分34A、34B相对于光学元件30的聚焦透镜部分32(其光轴线)对称地布置。

如本文所讨论的，“目标”参考表面40、400可以位于组件10的光学透明层16、18的暴露的表面部分上，例如与装置10的壳体12中的孔120对准的表面部分。

为了简单起见，下面讨论一对平面反射表面(或刻面)400A、400B和对应的一对准直透镜部分34A、34B的布置。另外，应理解，示例性布置中的此类数量不以任何方式限制，因为在一个或多个实施例中可以使用几乎任何数目的平面反射表面(或刻面)400A、400B和准直透镜部分34A、34B。

如图5中所示例的(这是沿图4的V-V线的横截面图)：光学元件30的聚焦透镜部分32可以被合并在包括聚焦GRIN透镜部分320和光学间隔件部分322的光纤中；并且准直透镜部分34A、34B的对可以包括第一准直透镜部分34A和第二准直透镜部分24B，其各自包括准直GRIN透镜部分340和另一光学间隔件部分342。

对于特定的光波长，聚焦GRIN透镜320可以针对某个节距P，例如P＝500微米而被获得，而准直GRIN透镜340可以针对节距的一部分而被获得，例如P'＝1/2*P。

由于准直透镜340比聚焦透镜320短，准直GRIN透镜340可以被耦合到光学间隔件或“缓冲”上，以使由相应的透镜340、342的长度与相应间隔件342、344的长度之和给出的总长度L₀对于聚焦32和准直34A、34B部分都是相同的，促进了将光学元件30耦合到光源S和光学透明层18上。

使用具有不同节距长度的GRIN透镜320、340可以提供光学部件30的有利的容易的装配，并且可以促进焦点FP在膜20的中心表面200处达到目标光斑尺寸。

如图6中所示例的(这是沿图4的VI-VI线的横截面图)，分别嵌入聚焦部分32和准直部分34A、34B的光纤可以被组装在壳体中，该壳体包括：包括多个V形槽600的支撑层60，其中光纤32、34A，34B可以被布置为各自容纳在相应的V形槽中(以本领域技术人员已知的方式)；盖层64，配置为被布置在光纤32、34A、34B上以将它们保持在相应的V形槽600中；以及填充层62，例如环氧树脂层，被夹在支撑层60与盖层64之间，并且填充在V形槽600、纤32、34A、34B与盖层64之间的间隙空间。

图7是图4的示例性平面图，示出了基准区域400A、400B，例如具有边长C的两个金属正方形区域400A、400B，并且该示例性平面图的中心位于与焦点FP的膜20目标的中心区域200的相同距离H处。

例如，距离H的值可以具有约为500微米的值。

图7还分别示出了，用叠加在参考反射区域400A、400B和20上的虚线表示，从光学元件30的聚焦部分32和准直部分34输出的光斑尺寸BSf、BSc。

例如，如图7中所示例的：聚焦光束光斑尺寸BSf可以达到低于20μm的腰部尺寸、理想情况下为10μm(1μm＝10-⁶m＝1微米)；以及准直束光斑尺寸BSc在相应的基准区域400A、400B处可以大约为300μm。

在光学对准操作期间，由于信号R从参考反射区域400A、400B的反射表面反射回，相对于参考区域400A、400B的准直光束BSc的对准误差δc可以被检测。这样的对准误差δc可以指示相对于目标焦点FP的聚焦光束的对应对准误差δf。

在一个或多个实施例中，当准直光束光斑尺寸BSc(完全地)适配在参考反射区域400A、400B中时，即当对准误差δc是可忽略不计的，直到零时，可以认为光学元件30相对于参考表面40对准。作为结果，还可以认为焦点FP相对于目标位置对准，对应于当准直光束光斑尺寸BSc完全地适配在参考反射区域400A、400B中时可忽略不计的(理想情况下，直到零)聚焦对准误差δf，即准直对准误差δc是可忽略不计的(理想情况下，直到零)。

图8是光学元件30的聚焦部分32的放大视图，示出了光束在其中传播并且在光学接口330(例如具有某个厚度T的光学窗口)处输出的射线轨迹。

如图8中所示例的，聚焦部分32可以具有由聚焦GRIN透镜320的长度Pf与聚焦缓冲器322的长度Bf的总和给出的总长度L₀(例如，L₀＝Pf+Bf)，聚焦GRIN透镜320的长度Pf例如等于全节距并且大约为500微米，聚焦缓冲器322例如由熔融石英制成。

例如，GRIN透镜320可以具有基本上圆柱形形状，其具有恒定直径E(例如，在350微米与500微米之间)。

图8A是RMS聚焦光束光斑尺寸BSf(单位为微米)，作为距被作为横坐标原点的理想焦点FP的距离(单位为毫米)的函数的示图。

如图9中所示例的，准直部分34的总长度L₀可以由准直GRIN透镜340的长度Pc，例如大约透镜节距的一半，和准直缓冲器342的长度Bc，例如由熔融石英制成，的和给出，例如L₀＝Pc+Bc。

在一个或多个实施例中，这样的总长度L₀对于聚焦部分32和准直部分34是相同的，例如L₀＝Pc+Bc＝Pf+Bf。

例如，GRIN聚焦透镜320可以具有大约为5.35mm的相应的长度Pf，准直GRIN透镜324可以具有大约为3.07mm的第二长度Pc，随着光学缓冲器342具有第三长度Bc大约为2.28mm，以使准直GRIN透镜和准直光学缓冲器342的总长度Pc+Bc等于聚焦GRIN透镜Pf的长度。

图9A是RMS准直光束光斑尺寸BSc(单位为微米)作为距被作为横坐标原点的参考表面40之间的距离(单位为毫米)的函数的示图。

图10是到达参考表面40、400、400A、400B中的一个参考表面的光功率LP的量作为针对参考表面的长度C的各个值所计算出的对准误差δc的函数的示图。在所考虑的示例中，为了执行功率损失计算的简单性，发射到光学元件30中的光的总功率被认为等于1瓦特。

图11是在零偏差处(例如，δc＝0)的功率值，与具有最大错位(例如，δc＝0.1微米)的功率值之间的差异ΔLP的示图，该差异被绘制为对应的反射表面长度C的函数。

如图10和图11中所示例的，针对在250与300微米之间的反射表面400A、400B的长度C的值可以提高检测错位的准确性，其中250微米为标称最佳值。

图12至图20图示了沿着前文讨论的线组装传感器10的可能的阶段。

如图12中所示例的，这种传感器组件10可以包括：

-光学芯片层18，例如，光学透明熔融石英层；

-有源膜20，例如，压电材料的纳米膜；

-一对导电键合焊盘24，与膜耦合，其中膜20的工作区域位于键合焊盘24之间，该键合焊盘24被配置为用于提供在引线与膜20之间的电连接；以及

-一对参考表面400A、400B，对称布置在膜20的侧面，以使其相对于膜20的位置是被明确定义，该对参考表面可以包括金属或以其他本身已知的方式通过光刻在芯片中提供的反射涂层。

在一个或多个实施例中，光学元件30可以相对于组件100直接对准并且与其耦合(例如，粘合)。

备选地，如图13、图14中所示例的，组件10可以被包括在具有玻璃窗口120的封装12中，并且光学元件30可以被耦合到这样的封装窗口。例如，图12的芯片组件可以被安装在图13和图14的封装内。

图13和图14是(例如，陶瓷)芯片支撑封装12的示例，该芯片支撑封装12包括导电引线阵列14和通孔120，该通孔在支撑件12的底部表面上承载一个玻璃窗口。图14是图13的封装的翻转的透视图，示出了具有玻璃窗口120的平面支撑件12的背面12a。

如图15中所示例的，可以将组件10放置并且附接(例如，胶合)在玻璃窗口120之上，其中光学芯片层18的一部分暴露或与其对准。如图15和图17中所示例的，针对在光机组件10与封装外部之间的电连接，可以执行接线键合以电耦合键合焊盘24，该键合焊盘24被耦合到膜22和在支撑件12中的引线阵列14。

在如图16中所示例的一个或多个实施例中，保护盖90可以被附接到封装支撑件12，密封其中的体积，从而保护芯片组件100免受外部环境的影响。

图17示出了支撑件12的背面12a，其中膜20和参考表面400A、400B从光学透明玻璃窗口120可见。

图18是光学部件30的透视图，光学部件30可以包括一组三根光纤32、34A、34B，***同一光纤块30内或经由机械支架(图中不可见)耦合在其之间。

将光学元件30对准膜20可以包括在如图19中所示例的在封装件12的背面上暴露的窗口120的侧上，将光学元件30的自由输出端耦合到窗口120。

图20示出了由图19箭头XX指示部分的放大视图。

在如本文所图示的布置中，相对于膜20的光学元件30对准δc、δf的过程在将光学元件30固定耦合到窗口120之前，可以包括：

-向反射参考表面400A、400B发射S一对准直光束BSc，同时向膜20发射聚焦光束BSf；

-接收31从反射表面40、400、400A、400B、200反射回的光信号R；以及

-根据反射回的信号R，例如，经由致动器A，改变光学元件30相对于玻璃窗口120(和膜20)的位置。

作为结果，可能的是将准直透镜34A、34B对准δc、δf参考表面400A、400B。

因为参考反射表面400A、400B的位置相对于膜20的工作区域是已知的，并且因为光纤32、34A、34B由于被集成30而彼此对准，聚焦部分32通过设计与膜20的工作区域对准。

装置(例如，10)可以包括：

-光学透明基底(例如，18)，具有第一表面和与第一表面相对的第二表面；

-压电膜(例如，20)，布置在光学透明基底的第一表面，压电膜被配置为由于光传播通过光学透明基底、并且冲击到压电膜上而振荡，其中面向光学透明基底的至少一个反射刻面(例如，40、400A、400B)被提供在压电膜处；以及

-光学元件(例如，30)，配置为在输入端接收光束，并且将光束引导到可耦合到光学透明基底的第二表面的输出端；

-其中，光学元件包含：光聚焦路径(例如32)，配置为将光束聚焦(例如320)在位于压电膜的焦点(例如FP)处；以及至少一个光准直路径(例如，34、34A、34B)，配置为将准直(例如340)光束照射到至少一个反射刻面上；

-其中，光学元件配置为将从至少一个反射刻面反射的光(例如，R、31)引导到输入端；以及

-其中，反射到输入端的光指示(例如，δc、δf)光学元件相对于焦点的位置。

在如本文所示例的装置中：

-压电膜可以包括至少一个反射刻面(例如，40)，至少一个反射刻面具有中心区域(例如，200)和***区域(例如，400)，以及

光学元件中的光聚焦路径被配置为将光束聚焦在至少一个反射刻面的中心区域(例如，200，FP)处，以及

-光学元件中的至少一个光准直路径被配置为将光束(例如，340)准直在至少一个反射刻面的***区域处。

本文举例说明的装置可以包括多个反射刻面(400A、400B)，在这种装置中，光学元件可以包含多个光准直路径(例如34A、34B)，这些光准直路径被配置为将相应的经准直的光束(例如340)提供到多个反射刻面上。

在如本文所示例的装置中，多个反射刻面可以包括布置在距压电膜的中心(例如FP)相同距离(例如H)处的反射刻面。

在如本文所示例的装置中，多个反射刻面包括以压电膜的中心镜像对称布置的两个刻面。

在如本文所示例的装置中，多个反射刻面可以包括：

-方形刻面，具有在大约250微米与大约300微米之间的边长(例如，C)，和/或

-刻面，在距离压电膜中心大约300微米(例如，H)处。

在如本文所示例的装置中，光学元件可以包括：

-基底(例如，60)，具有形成于其中的多个通道(例如，600)，

-多个光纤(例如32、34、34A、34B)，布置在通道(例如600)中，以及

-光纤(例如32、34、34A、34B)提供光聚焦路径(例如32)和至少一个光准直路径(例如34、34A、34B)。

在如本文所示例的装置中：

-光学元件中的光聚焦路径可以包括光聚焦梯度折射率、GRIN、具有聚焦节距(例如Pf)的透镜(例如320)，以及

-光学元件中的至少一个光准直路径包括具有准直节距(例如Pc)的光准直GRIN透镜(例如34A、34B)，并且光聚焦路径和光准直路径可以具有相同的总长度(例如L₀)和相同的透镜直径(例如E)。

在如本文所示例的装置中，光学元件中的光聚焦路径以及至少一个光准直路径中的至少一项可以包括光学间隔件部分(例如，322、342)。

在如本文所示例的装置中，相同的总长度可以是大约500微米，和/或相同的透镜直径可以是大约350微米。

在如本文所示例的装置中，装置可以包括壳体(例如，12、90)，具有支撑底座(例如，12)，支撑底座内有通孔(例如，120)，壳体的支撑底座被耦合到光学透明基底的第二表面，光学透明基底的第二表面的一部分与通孔对准；以及，光学元件的输出端被耦合到壳体的支撑底座中的通孔处的光学透明层。

如本文所示例的方法可以包括：

-将瞄准在至少一个反射刻面(例如，40、400A、400B)处的光束发射(例如，S)到如本文所例示的光机装置(例如，10)的光学元件(例如，30)的输入端中；以及

-感测(例如，31)向光学元件(例如，30)的输入端反射的光(例如，R)；以及

-根据所感测的反射光，将光学元件相对于在装置的压电膜处的焦点对准(例如A)。

一个或多个实施例的目的是有助于克服在前述讨论中的缺点。

根据一个或多个实施例，这样的目标可以借助于具有以下权利要求中阐明的特征的电光装置实现。

一个或多个实施例可以涉及对应的光学对准方法。

权利要求书是本文参考实施例提供的技术教学的组成部分。

一个或多个实施例可以包括光学元件。光学透镜可以是梯度折射率，简略地GRIN，透镜的示例。

一个或多个实施例可以提供以下一个或多个优点：直接附接到表面的GRIN透镜的使用抵消可能的聚焦错位误差；直接读取芯片性能可以是多余的；可以使用标准设备和过程执行光学对准；以及使用准直光束的反射功率执行光学对准可以使读取芯片的性能变得多余，从而简化对准过程。

一个或多个实施例可以涉及将GRIN透镜与光学缓冲器组合，以使聚焦和准直***的总长度相同。

一个或多个实施例可以涉及读取准直光束的反射功率，这有助于“跳过”芯片的直接读取。

在一个或多个实施例中，有利地，聚焦***和准直***可以被放置在同一光纤块中，以使在相对位置布置中的稳定性是在单个光纤块(约1微米)的组件中精度的函数。

在一个或多个实施例中，可以在芯片上形成反射几何图形，这有助于例如提供光学基准标记。

本公开的一方面提供了一种操作光机装置的方法，光机装置包括：具有第一表面和与第一表面相对的第二表面的光学透明基底，布置在第一表面处的压电膜，布置在压电膜处的面向基底的至少一个反射刻面，以及具有输入端和输出端的光学元件，并且输出端耦合到光学透明基底的第二表面，方法包括：通过光学元件的输入端，接收导向至少一个反射刻面的光束；通过光学元件，将光束朝向光学元件的输出端引导；通过压电膜，响应于光束传播通过光学透明基底并且冲击到压电膜上来振荡；通过光学元件，将从至少一个反射刻面反射的光引导到光学元件的输入端；感测反射到光学元件的输入端处的光；以及根据所感测的反射的光，将光学元件相对于在压电膜处的焦点对准。

根据一个或多个实施例，其中将光束朝向输出端的引导包括：通过光学元件的光聚焦路径，将光束聚焦在位于压电膜处的焦点处。根据一个或多个实施例，其中将光束朝向输出端的引导还包括：通过光学元件的至少一个光准直路径，将光束准直到至少一个反射刻面上。

根据一个或多个实施例，其中压电膜包括至少一个反射刻面，至少一个反射刻面具有中心区域和***区域，并且方法还包括：通过光聚焦路径，将光束聚焦在至少一个反射刻面的中心区域处；以及通过至少一个光准直路径，将光束准直在至少一个反射刻面的***区域处。

根据一个或多个实施例，其中光学元件包括布置在多个通道中的多个光纤，并且方法还包括：通过光纤，提供光聚焦路径和至少一个光准直路径。

根据一个或多个实施例，其中装置包括多个反射刻面，并且方法还包括：通过光学元件的多个光准直路径，将相应的光束准直到多个反射刻面上。

除此之外，应理解，本描述附图中示例的各种单独实施方式选择不一定旨在附图中示例的相同组合中采用。一个或多个实施例可以因此针对附图中示例的组合单独地和/或以不同的组合采用这些(否则非强制性的)选项。

在不损害根本的原则的情况下，细节和实施例可以相对于仅以示例的方式描述的内容而变化，甚至显著变化，在不偏离保护的范围的情况下。保护的范围由所附权利要求书定义。

Claims

1.一种光机装置，其特征在于，包括：

光学透明基底，具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；

压电膜，布置在所述光学透明基底的所述第一表面处，所述压电膜被配置为由于光束传播通过所述光学透明基底并且冲击到所述压电膜上而振荡，其中面向所述光学透明基底的至少一个反射刻面被布置在所述压电膜处；以及

光学元件，被配置为在输入端处接收所述光束，并且将所述光束朝向耦合到所述光学透明基底的所述第二表面的输出端引导；

其中，所述光学元件包含：

光聚焦路径，被配置为将所述光束聚焦在位于所述压电膜处的焦点处；以及

至少一个光准直路径，被配置为将所述光束准直到所述至少一个反射刻面上；

其中，所述光学元件被配置为将从所述至少一个反射刻面反射的光引导到所述输入端；以及

其中，反射到所述输入端的所述光指示所述光学元件相对于所述焦点的位置。

2.根据权利要求1所述的光机装置，其特征在于：

所述压电膜包括所述至少一个反射刻面，所述至少一个反射刻面具有中心区域和***区域；

所述光学元件中的所述光聚焦路径被配置为将所述光束聚焦在所述至少一个反射刻面的所述中心区域处；以及

所述光学元件中的所述至少一个光准直路径被配置为将所述光束准直在所述至少一个反射刻面的所述***区域处。

3.根据权利要求1所述的光机装置，其特征在于，还包括：

多个所述反射刻面；

其中所述光学元件包含多个光准直路径，所述多个光准直路径被配置为将相应的经准直的光束提供到所述多个所述反射刻面上。

4.根据权利要求3所述的光机装置，其特征在于，所述多个所述反射刻面包括布置在距所述压电膜的中心相同距离处的反射刻面。

5.根据权利要求4所述的光机装置，其特征在于，所述多个所述反射刻面包括：

方形刻面，具有在大约250微米与大约300微米之间的边长；和/或

刻面，在距离所述压电膜的所述中心大约300微米处。

6.根据权利要求3所述的光机装置，其特征在于，所述多个所述反射刻面包括以所述压电膜的中心镜像对称布置的两个刻面。

7.根据权利要求1所述的光机装置，其特征在于，所述光学元件包括：

基底，具有形成于其中的多个通道；以及

多个光纤，布置在所述通道中；

其中所述光纤提供所述光聚焦路径和所述至少一个光准直路径。

8.根据权利要求1所述的光机装置，其特征在于：

所述光学元件中的所述光聚焦路径包括具有聚焦节距的光聚焦梯度折射率GRIN透镜；以及

所述光学元件中的所述至少一个光准直路径包括具有准直节距的光准直GRIN透镜，并且所述光聚焦路径和光准直路径具有相同的总长度和相同的透镜直径。

9.根据权利要求8所述的光机装置，其中所述光学元件中的所述光聚焦路径以及所述至少一个光准直路径中的至少一项包括光学间隔件部分。

10.根据权利要求8所述的光机装置，其特征在于：

所述相同的总长度是大约500微米；和/或

所述相同的透镜直径是大约350微米。

11.根据权利要求1所述的光机装置，其特征在于：

所述装置还包括：壳体，具有支撑底座，所述支撑底座中具有通孔，所述壳体的所述支撑底座被耦合到所述光学透明基底的所述第二表面，其中所述光学透明基底的所述第二表面的一部分与所述通孔对准；以及

所述光学元件的所述输出端被耦合到所述壳体的所述支撑底座中的所述通孔处的所述光学透明基底。

12.一种光机装置，其特征在于，包括：

光学透明基底，包括：

第一表面；以及

与所述第一表面相对的第二表面；

压电膜，被设置在所述光学透明基底的所述第一表面处；

至少一个反射刻面，被设置在所述压电膜处，或在所述压电膜的一侧被设置在同一平面中，并且所述至少一个反射刻面面向所述光学透明基底；以及

光学元件，包括：

输入端，被配置为接收光束；

输出端，被耦合到所述光学透明基底的所述第二表面；

光聚焦透镜，具有在所述压电膜处的针对所述光束的焦点；以及

光准直透镜，被定向为将所述光束准直到所述至少一个反射刻面上，以便反射回所述输入端。

13.根据权利要求12所述的光机装置，其特征在于：

所述光聚焦在所述至少一个反射刻面的所述中心区域处具有针对所述光束的所述焦点；以及

所述光准直透镜被定向为将所述光束准直在所述至少一个反射刻面的所述***区域处。

14.根据权利要求12所述的光机装置，其特征在于，还包括：

多个所述反射刻面；

其中所述光学元件包含多个光准直透镜，所述多个光准直透镜被定向为将相应的光束准直到所述多个所述反射刻面上。

15.根据权利要求12所述的光机装置，其特征在于，所述光学元件包括：

基底，具有在其中形成的多个通道；以及

多个光纤，被布置在所述通道中；

其中所述光纤为所述光聚焦透镜提供光聚焦路径，并且为所述光准直透镜提供所述光准直路径。

16.根据权利要求12所述的光机装置，其特征在于：

所述光聚焦透镜是具有聚焦节距的光聚焦梯度折射率GRIN透镜；以及

所述光准直透镜是具有准直节距的光准直GRIN透镜，以及其中所述光聚焦透镜和所述光准直透镜具有相同的透镜直径。

17.根据权利要求12所述的光机装置，其特征在于：

所述装置还包括：壳体，具有支撑底座，所述支撑底座中具有通孔，所述壳体的所述支撑底座被耦合到所述光学透明基底的所述第二表面，所述光学透明基底的所述第二表面的一部分与所述通孔对准；以及