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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Faseroptik- oder Photonik-Module.
Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf das präzise Befestigen einer
planaren optischen Komponente (z. B. eines Spiegels oder eines optischen
Filters) auf einem Befestigungsbauglied.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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Optische
Kommunikationssysteme werden verbreitet zum Tragen sehr großer Informationsbeträge mit niedriger
Fehlerrate und geringen Kosten über große Distanzen
verwendet. Aus diesem Grund wurde eine beträchtliche Entwicklung an Komponenten von
optischen Kommunikationssystemen durchgeführt, wie z. B. Photonik-Gehäusen oder
-Modulen. Photonik bezieht sich allgemein auf Vorrichtungen, die
sowohl elektronische als auch optische Attribute gemeinschaftlich
verwenden. Diese Vorrichtungen können
Laservorrichtungen sein, die kohärentes Licht
ansprechend auf ein Elektroniksignal erzeugen, und Fotodetektoren,
die ein elektronisches Signal ansprechend auf Licht erzeugen.
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Ein
typisches Photonikmodul, wie z. B. das Photonikmodul 10 aus 1, verwendet Kantenemittierungshalbleiterlaser
und Oberflächenerfassungsfotodetektoren.
Wie aus 1 ersichtlich
ist, da ein Kantenemittierungslaser 11 einen relativ breiten
Strahlungswinkel aufweist, wird eine Linse 12 üblicherweise
zwischen den Laser 11 und eine optische Faser 13 eingefügt, um eine
hohe optische Kopplungseffizienz zu erhalten. Zusätzlich dazu
wird eine Linse 17 üblicherweise
zwischen die optische Faser 13 und einen Fotodetektor 15 eingefügt. Die
eingefügte
Linse 17 verbessert die optische Kopplungseffizienz zwischen
der optischen Faser 13 und dem Fotodetektor 15.
Da das Photonikmodul 10 z. B. als ein bidirektionales Modul
funktionieren kann, kann es wünschenswert
sein, ein optisches Filter 18 in das Photonikmodul 10 einfügen, um
Lichtstrahlen zwischen den drei Elementen 11, 13 und 15 für eine gewünschte Operation
zu leiten.
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Beim
Herstellen des Photonikmoduls 10 müssen der Laser 11,
die Linse 12, das optische Filter 18 und die optische
Faser 13 in einer präzisen vorbestimmten
Ausrichtung zueinander sein. Zusätzlich
dazu müssen
die optische Faser 13, das optische Filter 18,
die Linse 17 und der Fotodetektor 15 in präziser vorbestimmter
Ausrichtung zueinander sein. Um dies zu erreichen, werden üblicherweise
Halterungen und/oder Befestigungen benötigt, um die Komponenten vor
Ort und in Ausrichtung zueinander zu halten, wie in 2 gezeigt ist.
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Wie
aus 2 ersichtlich ist,
wird eine Halterung 21 verwendet, um die Linse 12 vor
Ort und in vorbestimmter Ausrichtung mit dem Laser 11 zu
halten, der ebenfalls an der Halterung 21 befestigt ist. Diese
Halterung 21 wird dann mit einer anderen Halterung 22 gekoppelt,
die die optische Faser 13 und das optische Filter 18 vor
Ort hält.
Eine dritte Halterung 20 wird verwendet, um die Linse 17 vor
Ort und in Ausrichtung mit dem Fotodetektor 15 zu halten. Die
Halterung 20 befestigt und sichert ferner den Fotodetektor 15.
Da der Fotodetektor 15 der Oberflächenerfassungs-Fotodetektor ist
(wie in 2 gezeigt ist),
ist der Fotodetektor 15 an der Halterung 20 senkrecht
zu dem Eingangslicht befestigt, wie in 2 gezeigt ist. Die Halterung 20 ist
ferner mit der Halterung 22 gekoppelt. Die Ausrichtung
des Lasers 11, der Linsen 12 und 17,
des Fotodetektors 15, des optischen Filters 18 und
der optischen Faser 13 wird durch die Halterungen 20 bis 22 erreicht.
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Ein
Nachteil solcher Photonik-Module oder -Gehäuse ist, dass die Halterungen üblicherweise
relativ kostspielig herzustellen sind, da sie üblicherweise eine relativ hohe
Präzision
erfordern. Ein anderer Nachteil ist, dass es üblicherweise zeitaufwendig
ist, die Photonikmodule unter Verwendung der Halterungen anzuordnen,
was einen niedrigen Durchsatz erzeugt. Zusätzlich dazu kann ebenfalls
Zeit für
die Ausrichtung und die Einstellung während der Anordnung der Photonikmodule
benötigt
werden. Dies beeinträchtigt üblicherweise
eine Massenproduktion der Photonikmodule durch Operatoren, die einen durchschnittlichen
Kenntnisgrad ausweisen, während
die erforderlichen Ausrichtungskriterien beibehalten werden. Diese
Faktoren schränken üblicherweise
die Kostenreduktion der Photonikmodule ein.
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Bisher
wurden Versuche durchgeführt,
um eine Anzahl von Komponenten (z. B. einen Laser und eine sphärische Linse)
an einem einzelnen Siliziumbefestigungsbauglied zu befestigen. Es
ist jedoch üblicherweise
schwierig, eine planare optische Vorrichtung, wie z. B. das optische
Filter 10 aus 1-2, auf einer planaren Oberfläche eines
Befestigungsbauglieds präzise
zu befestigen, unter Verwendung von herkömmlichen Befestigungsmechanismen,
da es schwierig ist, die dreidimensionale Position der planaren
optischen Vorrichtung auf der planaren Oberfläche des Befestigungsbauglieds
zu definieren. Zusätzlich
dazu erfordert das Befestigen der planaren optischen Vorrichtung
an der planaren Oberfläche des
Befestigungsbauglieds aktive Ausrichtungs- und komplexe Bindungs- und Häusungs-Schritte.
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Die
US-A-5,479,540 offenbart eine passiv ausgerichtete, bidirektionale
optoelektronische Sender-Empfänger-Modulanordnung,
die ein computererzeugtes Hologramm als einen Diffraktor verwendet, um
Lichtstrahlen zwei unterschiedlicher Wellenlängen zu spalten/kombinieren.
Die vollständige
Anordnung ist aus monokristallinem Silizium aufgebaut, das fotolithografisch
massenmäßig verarbeitet
wird, um eine kostengünstige
kompakte Struktur mit Präzisionstoleranzen
zu liefern, die inhärent
passiv nach der Anordnung ausgerichtet wird.
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Die
DE 44 31 285 C1 offenbart
ein Lasermodul, das seinen Halbleiterlaser mit einer optischen Vorrichtung
koppelt, z. B. einer optischen Faser, insbesondere einer Einmodenfaser.
Das Lasermodul umfasst ein mikromechanisch strukturiertes Siliziumsubstrat,
das durch eine anisotrope Ätztechnik
mit einer länglichen
Rille versehen wird, die eine Längsachse
aufweist; einen Halbleiterlaser, der an dem Siliziumsubstrat befestigt
ist, um Licht parallel zu der Längsachse
der länglichen
Rille zu emittieren; eine optische Kopplungsvorrichtung, die einen
Isolator umfasst, der an dem Siliziumsubstrat positioniert ist, sodass
Licht von dem Halbleiterlaser durch dieselbe fließt und eine
abgedichtete Häusung
innerhalb der das Siliziumsubstrat, der Halbleiterlaser und der
Isolator enthalten sind. Zumindest ein Abschnitt der optischen Komponenten,
die in der länglichen
Rille befestigt sind und nicht drehsymmetrisch im Hinblick auf Vorwärtslichtübertragungseigenschaften
sind, sind mit zumindest einer flachkantigen Oberfläche versehen,
die auf einer anisotrop geätzten
Wand der länglichen
Rille getragen wird.
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Die
FR2 714 740 A bezieht sich auf einen Satz von optischen Isolatoren,
der Quer-Faraday-Rotatoren aufweist. Ein Substrat, das eine Anzahl
von Kanälen
trägt,
die Seite an Seite in einer Querrichtung platziert sind. Jeder Kanal
weist einen vorgelagerten Abschnitt auf, der einen Diodenlaser und
eine Linse aufweist. Dies ist gefolgt durch einen Isolationsabschnitt
in der Form eines Stabs, der einen vorgelagerten Polarisierer, eine
Drehelement und einen nachgelagerten Polarisierer aufweist, die
Stäbe über die
Isolationsregion bilden. Der nachgelagerte Abschnitt weist eine
optische Faser auf. Ein Magnet, der an alle Drehelemente in dem
Isolationsstab angepasst ist, dreht die Polarisierungsebene 45 Grad
entgegen dem Uhrzeigersinn. Das Substrat weist eine Querrille auf,
um den Stab über
die gesamte Breite der Isolationsregion zu tragen. Längssitze
an dem Substrat tragen den vorgelagerten und nachgelagerten Abschnitt.
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Die
EP 0 723 170 A2 beschreibt
ein optisches Verbindungsmodul, das ein Gehäuse mit zwei gegenüberliegenden
Seitenoberflächen
umfasst, eine Lichttrenneinheit, die in dem Gehäuse angeordnet ist und angepasst
ist, um Pumplicht und Signallicht zu trennen, wobei optische Fasern
jeweils an den gegenüberliegenden
Seitenoberflächen
des Gehäuses
befestigt sind, um zu verursachen, dass das Signallicht durch die
Signaltrenneinheit auf einer im Wesentlichen geraden Linie fließt, und
eine Pumplichtquelleneinheit, die in dem Gehäuse angeordnet ist und angepasst
ist, um zu verursachen, dass das Pumplicht auf die Lichttrenneinheit
einfällt. Dieses
optische Verbindungsmodul kann einen Lichtverlust reduzieren und
die Verwendungseffizienz von Pumplicht verbessern.
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Die
EP 0 171 615 A2 beschreibt
ein Verfahren zum Herstellen einer optischen integrierten Hybridschaltung,
die einen optischen Glaswellenleiter mit hohem Silikatglasanteil
aufweist, der auf einem Siliziumsubstrat gebildet ist, einer optischen
Faser und einer optischen Vorrichtung, die optisch mit dem optischen
Wellenleiter gekoppelt sind und eines Optische-Faser-Leiters und
eines Optische-Vorrichtung-Leiters
auf dem Substrat zum Ausrichten der optischen Faser und der optischen
Vorrichtung an vorbestimmten Positionen relativ zu dem optischen Wellenleiter.
Inseln, die elektrische Leiter tragen, sind auf dem Substrat angeordnet.
Ein erster elektrischer Leiterfilm ist auf dem Substrat gebildet.
Zweite elektrische Leiterfilme sind auf den oberen Oberflächen des
optischen Wellenleiters, der Führung
der optischen Faser, der Führung
der optischen Vorrichtung und den Inseln gebildet und sind elektrisch
von dem ersten elektrischen Leiterfilm isoliert. Ein elektrisches Leiterbauglied
ist vorgesehen, um elektrische Leistung von dem ersten und dem zweiten
elektrischen Leiterfilm zu der optischen Vorrichtung zuzuführen, die
die Leistungsversorgung benötigt.
Der optische Wellenleiter, die Führung
der optischen Faser, die Führung
der optischen Vorrichtung und die Inseln sind aus demselben optischen
Glaswellenleiterfilm mit hohem Silikatglasanteil gebildet. Die Ausrichtung von
verschiedenen Abschnitten wird ermöglicht, wenn die Schaltung
angeordnet wird. Eine hohe Kopplungseffizienz wird mit niedrigen
Kosten realisiert.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum präzisen und
steuerbaren Anordnen und Aufbauen einer planaren optischen Komponente
auf einem Befestigungsbauglied zu schaffen, ohne eine aktive Ausrichtung
zu benötigen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und 4 gelöst.
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Andere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden
Zeichnungen offensichtlich, die die Prinzipien der Erfindung beispielhaft
darstellen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt schematisch ein
bekanntes bidirektionales Photonikmodul;
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2 ist eine Seitenquerschnittansicht,
die das Gehäuse
des bidirektionalen Photonikmodul aus 1 zeigt;
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3 ist eine perspektivische
Ansicht eines bidirektionalen Photonikmoduls, das eine planare optische
Vorrichtung aufweist, die präzise
an einem Befes tigungsbauglied gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung befestigt ist;
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4 ist eine Draufsicht eines
Abschnitts des Befestigungsbauglieds aus 3, die die Befestigung der planaren optischen
Vorrichtung darstellt;
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5–8 zeigen
verschiedene Modifikationen der Anordnung aus 3–4;
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9 ist eine perspektivische
Ansicht eines vergleichenden bidirektionalen Photonikmoduls, das zwei
planare optische Vorrichtungen aufweist, die präzise an einem Befestigungsbauglied
befestigt sind;
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10 ist eine Querschnittansicht
des Photonikmoduls entlang der Linie 10–10 aus 9; und
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11–16 zeigen
verschiedene Modifikationen der Anordnung aus 9–10.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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3 und 4 zeigen eine Anordnung zum präzisen und
steuerbaren Aufbauen und Befestigen einer planaren optischen Vorrichtung 32 eines
Photonikmoduls 30 an einem Befestigungsbauglied 31 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. 3 ist
eine perspektivische Ansicht des Photonikmoduls 30 und 4 ist eine Draufsicht des Photonikmoduls 30.
Gemäß der Anordnung
wird eine Anzahl von sphärischen
Positionierungskugeln (z. B. die sphärische Linse 34 und
die sphärischen
Kugeln 40 und 41) an dem Befestigungsbauglied 31 platziert, um
eine geometrische Ebene 55 zu definieren. Alternativ müssen die
Positionierungskugeln nicht notwendigerweise sphärisch sein. Jede Positio nierungskugel
kann z. B. elliptisch sein. Als ein weiteres Beispiel kann jede
Positionierungskugel polyedrisch sein.
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Die
planare optische Vorrichtung 32 wird dann an dem Befestigungsbauglied 31 gegen
jede der sphärischen
Kugeln derart platziert, dass die planare optische Vorrichtung 32 entlang
der definierten geometrischen Ebene 55 platziert wird.
Dies ermöglicht,
dass die planare optische Vorrichtung 32 präzise und
steuerbar an dem Befestigungsbauglied 31 befestigt wird.
Die Anordnung, die in 3–4 gezeigt ist, wird nachfolgend
detaillierter beschrieben.
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In 3 ist die planare optische
Vorrichtung 32 als ein optisches Filter gezeigt. Alternativ
kann die planare optische Vorrichtung 32 ein anderer Typ
einer optischen Vorrichtung mit einer planaren Oberfläche oder
Kante sein. Zum Beispiel kann die planare optische Vorrichtung 32 ein
planarer Spiegel, ein Isolator oder ein Prisma sein.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist das Photonikmodul 30 ein bidirektionales Photonikmodul.
Alternativ kann das Photonikmodul 30 nicht bidirektional
sein. Zum Beispiel kann das Photonikmodul 30 einfach ein
unidirektionales Photonikmodul sein.
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Wie
aus 3–4 ersichtlich
ist, umfasst das Photonikmodul 30 einen Laser 38,
einen Fotodetektor 37, einen Monitor 36, und sphärische Linsen 34–35,
zusätzlich
zu der planaren optischen Vorrichtung 32. Bei einem Ausführungsbeispiel
sind die sphärischen Linsen 34–35 Kugellinsen.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel
dient die sphärische
Linse 34 sowohl als eine optische Linse als auch eine sphärische Positionierungskugel.
Eine optische Faser 33 ist optisch mit den sphärischen
Linsen 34–35 über die
planare optische Vorrichtung 32 gekoppelt. Die sphärischen
Positionierungskugeln 40 und 41 sind ebenfalls
vorgesehen. Alle Komponenten 34–38 und 40–41 sind
an dem Befestigungsbauglied 31 befes tigt. Der Monitor 36 ist
ein Fotodetektor, der als ein Rück-Facetten-Monitor
des Lasers 38 funktioniert.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist das Befestigungsbauglied 31 aus einem kristallinen
Silizium mit <100> kristallographischen
Oberflächen
hergestellt. Dieser Typ von Silizium wird nachfolgend als <100>-Silizium bezeichnet.
Das Verwenden von Silizium für
das Befestigungsbauglied 31 ermöglicht, dass das Befestigungsbauglied 31 durch
eine fotolithografischen Maskierungs- und Ätz-Prozess verarbeitet wird,
der die Position und die Anordnung jeder Komponente an dem Befestigungsbauglied 31 präzise definieren
kann, mit Toleranzen von ungefähr
1 μm. Zusätzlich dazu
ist die Größe des Photonikmoduls 30 sehr
klein hergestellt, auf Grund der Integration der Komponenten auf
dem einzelnen Befestigungsbauglied 31, und eine große Anzahl
der Befestigungsbauglieder 31 kann aus einem einzelnen
Siliziumwafer unter Verwendung von Massenverarbeitung hergestellt
werden. Alternativ kann das Befestigungsbauglied 31 aus
anderen Materialtypen hergestellt sein. Zum Beispiel können Metall-
oder Keramik-Materialien
verwendet werden, um das Befestigungsbauglied 31 herzustellen.
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Der
Laser 38 ist optisch mit der sphärischen Linse 34 ausgerichtet.
Der Fotodetektor 37 ist optisch mit der sphärischen
Linse 35 ausgerichtet. Die planare optische Vorrichtung 32 ist
erforderlich, um optisch mit den sphärischen Linsen 34–35 ausgerichtet
zu sein. Die optische Ausrichtung der planaren optischen Vorrichtung 32 umfasst üblicherweise
eine Gierausrichtung, eine Steigungsausrichtung und eine seitliche
Ausrichtung. Die Gierausrichtung bestimmt z. B., ob die planare
optische Vorrichtung 32 die optische Achse des Lasers 38 und
die sphärische
Linse 34 in einem geeignete Winkel schneidet. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der geeignete Winkel 45 Grad. Bei alternativen Ausführungsbeispielen
kann der geeignete Winkel größer oder
kleiner als 45 Grad sein. Zum Beispiel kann der geeignete Winkel 54,7 Grad
sein.
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Die
Steigungsausrichtung bestimmt, ob die planare optische Vorrichtung 32 die
obere Oberfläche
des Befestigungsbauglieds 31 in einem vorbestimmten Winkel
schneidet (z. B. 90 Grad). Die laterale Ausrichtung bestimmt die
Distanz der planaren optischen Vorrichtung 32 von den sphärischen
Linsen 34–35.
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Zum
präzisen
Platzieren und Ausrichten der planaren optischen Vorrichtung 32 auf
dem Befestigungsbauglied 31 muss die dreidimensionale Position
der planaren optischen Vorrichtung 32 auf dem Befestigungsbauglied 31 präzise definiert
sein. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird dies erreicht durch Definieren der
geometrischen Ebene 55, in der die planare optische Vorrichtung 32 platziert
werden soll. Die definierte geometrische Ebene 55 ist optisch
mit anderen Komponenten an dem Befestigungsbauglied 31 ausgerichtet.
Wenn die planare optische Vorrichtung 32 in der definierten
geometrischen Ebene 55 an dem Befestigungsbauglied 31 platziert
ist, ist die planare optische Vorrichtung 32 präzise befestigt
und ausgerichtet.
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Wie
oben beschrieben ist werden die Positionierungs-Linse und die -Kugeln 34 und 40–41 verwendet,
um die geometrische Ebene 55 zu definieren. Wenn die Positionierungs-Linse
und die -Kugeln 34 und 40–41 präzise an
dem Befestigungsbauglied 31 platziert sind, ist die geometrische
Ebene 55 präzise
definiert. Die planare optische Vorrichtung 32 kann dann
an dem Befestigungsbauglied 31 gegen jede der Positionierungs-Linsen
und der -Bälle 34 und 40–41 derart
platziert werden, dass die planare optische Vorrichtung 32 immer
in der definierten geometrischen Ebene 55 ist. Dies ermöglicht,
dass die planare optische Vorrichtung 32 präzise an
dem Befestigungsbauglied 31 befestigt und ausgerichtet wird.
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Wie
aus 3 und 4 ersichtlich ist, sind die Positionierungs-Linse
und die -Kugeln 34 und 40–41 von unterschiedli chen
Größen, um
die geometrische Ebene 55 zu definieren. Wie bekannt ist,
ist eine geometrische Ebene durch drei Punkte definiert, die nicht
auf einer geraden Linie liegen. Wenn die Positionierungs-Linse und
die -Kugeln 34 und 40–41 alle dieselbe
Größe haben,
dann ist nur eine gerade Linie (nicht eine geometrische Ebene) definiert.
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Bei
einem alternativen Ausführungsbeispiel kann
die sphärische
Linse 34 nicht sowohl als ein sphärische Positionierungskugel
als auch eine optische Linse verwendet werden. In diesem Fall wird
die sphärische
Linse 34 entfernt von der planaren optischen Vorrichtung 32 positioniert,
um nur als eine optische Linse zu dienen. Eine zusätzliche
sphärische Positionierungskugel
wird nun anstelle der sphärischen
Linse 34 verwendet, um beim Definieren der geometrischen
Ebene 55 mit den sphärischen
Positionierungskugel 40–41 zu helfen.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist die definierte geometrische Ebene 55 im Wesentlichen
senkrecht zu der oberen Oberfläche
des Befestigungsbauglieds 31. Bei einer vergleichbaren
Vorrichtung kann die definierte geometrische Ebene eine von der senkrechten
Position geneigte geometrische Ebene sein.
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Um
jede der Positionierungs-Linsen und der -Kugeln 34 und 40–41 präzise an
dem Befestigungsbauglied 31 zu befestigen, werden pyramidenförmige Hohlräume 50–52 in
dem Befestigungsbauglied 31 gebildet, um die Positionierungs-Linse
und die -Kugeln 34 und 40–41 einzusetzen. Jeder
der pyramidenförmigen
Hohlräume 50–52 ist
ein Präzisions-gebildeter
Hohlraum, der die Position von jeder der Linsen und der Kugeln 34 und 40–41 an
dem Befestigungsbauglied 31 präzise definiert. Bei einem Ausführungsbeispiel
weist jeder der pyramidenförmigen Hohlräume 50–52 eine
quadratische Öffnung
auf.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel,
wenn das Befestigungsbauglied 31 aus <100>-Silizium
hergestellt ist, werden die pyramidenförmigen Hohlräume 50–52 durch
ein fotolithografisches Maskieren und Ätzen an dem Befestigungsbauglied 31 definiert.
Die pyramidenförmigen
Hohlräume 50–52 werden
dann durch anisotropes Ätzen
unter Verwendung eines KOH-Ätzmittels
(d. h. Kaliumhydroxid) gebildet. Die Geschwindigkeit des anisotropen Ätzens kann
unter bestimmten Bedingungen 1000 zu 1 sein. Dies bedeutet,
dass die vertikale Ätzrate
in das Siliziumbefestigungsbauglied 31 1000 mal schneller
ist als die Geschwindigkeit des Ätzens
hin zu den kristallografischen <111>-Ebenen des Siliziumbefestigungsbauglieds 31.
Anders ausgedrückt
dienen die kristallografischen <111>-Ebenen als Ätzstopps.
Das anisotrope Ätzen
verursacht, dass die geätzten
Seitenwände
von jedem der pyramidenförmigen
Hohlräume 50–52 auf
den kristallografischen <111>-Ebenen des Befestigungsbauglieds 31 liegen.
Dies definiert und bildet somit präzise die pyramidenförmigen Hohlräume 50–52.
Das Verwenden von fotolithografischem Maskieren und anisotropem Ätzen ermöglicht,
dass die Hohlräume 50–52 mit
Toleranzen von ungefähr
1 μm gebildet
werden. Alternativ können
die pyramidenförmigen
Hohlräume 50–52 unter
Verwendung anderer bekannter Verfahren gebildet werden.
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Wenn
jede der Positionierungs-Linse und der -Kugeln 34 und 40–41 in
dem entsprechenden der pyramidenförmigen Hohlräume 50–52 eingesetzt
ist, dann kann die planare optische Vorrichtung 32 gegen jede
der Linsen und der Bälle 34 und 40-41 platziert werden.
Dies verursacht, dass die planare optische Vorrichtung 32 in
der definierten geometrischen Ebene 55 platziert wird.
Dabei ist keine aktive Ausrichtung erforderlich, um die planare
optische Vorrichtung 32 auszurichten. Die planare optische
Vorrichtung 32 kann nun mit dem Befestigungsbauglied 31 verbunden
werden, z. B. durch ein Haftmittel. Alternativ kann die planare
optische Vorrichtung 33 mit dem Befestigungsbauglied 31 durch
ein anderes bekanntes Verfahren oder Mittel verbunden oder an dasselbe
angebracht werden.
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5 und 6 zeigen ein alternatives Ausführungsbeispiel
der Anordnung aus 3–4. 5 ist eine Draufsicht und 6 ist eine Seitenansicht
entlang der Linie 6–6
aus 5. Wie aus den 3–6 ersichtlich
ist, ist die Anordnung, die in 5–6 gezeigt ist, identisch
zu der, die in 3–4 gezeigt ist, außer dass
die Anordnung von 5–6 ferner eine sphärische Drückkugel 60 verwendet,
die in einen Präzisions-gebildeten
pyramidenförmigen
Hohlraum 61 eingesetzt ist. Wie in 5–6 gezeigt ist, hilft die Drückkugel 60 beim
Drücken
der planaren optischen Vorrichtung 72 gegen jede der Positionierungs-Linsen
und -Kugeln 73–75,
derart, dass die planare optische Vorrichtung 72 entlang
der geometrischen Ebene 62 positioniert wird, die durch
die sphärische Positionierungs-Linse
und -Kugeln 73-75 definiert wird.
Die Drückkugel 60 hilft
ferner beim Sichern der planaren optischen Vorrichtung 72 an
dem Befestigungsbauglied 71. Die Drückkugel 60 ist in
den pyramidenförmigen
Hohlraum 61 eingesetzt. Der pyramidenförmige Hohlraum 61 kann
auf dieselbe Weise gebildet sein wie die pyramidenförmigen Hohlräume 80–82 zum
Positionieren der Linsen und Kugeln 73–75.
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7 und 8 zeigen ein alternatives Ausführungsbeispiel
der Anordnung aus 5–6. 7 ist eine Draufsicht und 8 ist eine Seitenansicht
entlang der Linie 8–8
aus 7. Wie aus 5–8 ersichtlich
ist, ist die Anordnung, die in 7–8 gezeigt ist, identisch
zu der, die in 5–6 gezeigt ist, außer dass
die Anordnung von 7–8 ferner eine Rille 100 in
dem Befestigungsbauglied 101 umfasst. Die Rille 100 nimmt
einen Teil der planaren optischen Vorrichtung 102 auf,
da es bei einigen Anwendungen nötig
sein kann, dass der Boden der planaren optischen Vorrichtung 102 unter
der oberen Oberfläche des
Befestigungsbauglieds 101 ist.
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Wie
aus 8 ersichtlich ist,
ist der Boden 115 der Rille 100 semizylindrisch.
Bei einem Ausführungsbeispiel
kann ei ne zylindrische Glasfaser 118 in der Rille 100 in
Kontakt mit dem Boden 115 platziert sein, um beim Lokalisieren
der planaren optischen Vorrichtung 102 in der Rille 100 zu
helfen, wie in 8 gezeigt
ist. Alternativ kann die Glasfaser 118 nicht in der Rille 100 platziert
sein. Die planare optische Vorrichtung 102 wird dann z.
B. mit Epoxid oder einem anderen Haftmittel in der Rille 100 gebunden.
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Bei
einer vergleichbaren Vorrichtung können die Linse und die Kugeln 111–114 möglicherweise nicht
verwendet werden, um die planare optische Vorrichtung 102 zu
definieren und positionieren. In diesem Fall kann die planare optische
Vorrichtung 102 einfach gegen eine vertikale Seitenwand
der Rille 100 platziert werden.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
wird die Rille 100 unter Verwendung einer Vereinzelungssäge gebildet.
Alternativ kann die Rille 100 durch ein anderes Mittel
gebildet werden.
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9 ist eine perspektivische
Ansicht, die eine Anordnung zum Aufbauen und Befestigen planarer
optischer Vorrichtungen (d. h. eines planaren optischen Filters 152 und
eines planaren Spiegels 153) eines vergleichbaren Photonikmoduls 150 an
einem Befestigungsbauglied 151 zeigt. Wie aus 9 ersichtlich ist, wird
jedes des planaren optischen Filters 152 und des planaren
Spiegels 153 an dem Befestigungsbauglied 151 ohne
die Hilfe von Positionierungskugeln angeordnet und befestigt. Zusätzlich dazu
werden die sphärischen
Linsen 155 und 156 nicht verwendet, um beim Positionieren
des optischen Filters 152 und des Spiegels 153 zu
helfen. Diese Anordnung wird nachfolgend detaillierter beschrieben.
Das optische Filter 152 und der Spiegel 153 sind
auf dieselbe Weise an dem Befestigungsbauglied 151 befestigt.
Daher wird diese Anordnung nachfolgend nur Bezug nehmend auf das
optische Filter 152 beschrieben.
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10 zeigt die Anordnung aus 9 detaillierter. 10 ist eine Querschnittansicht
des Befestigungsbauglieds 151 und des optischen Filters 152 entlang
der Linie 10–10 aus 9. 10 zeigt das Befestigungsbauglied 151 und
das optische Filter 152 in einer Kopplungsposition, um
die Anordnung dieser vergleichbaren Vorrichtung besser darzustellen.
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Wie
in 10 gezeigt ist, ist
eine Rille 161 in dem Befestigungsbauglied 151 vorgesehen,
um das planare optische Filter 152 einzusetzen. Die Rille 161 ist
z. B. eine V-förmige Rille
und das planare optische Filter 152 weist ein V-förmiges Ende 162 auf,
das mit der V-förmigen
Rille 161 zusammenpasst. Kleber oder andere Haftmittel
können
verwendet werden, um das optische Filter 152 zu binden,
nachdem das optische Filter 152 in die Rille 161 eingesetzt
ist.
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Die
Rille 161 ist eine Präzisions-gebildete Rille
in dem Befestigungsbauglied 151. Dies bedeutet ferner,
dass die Anordnung der Rille 161 an dem Befestigungsbauglied 151 präzise definiert
ist. Wenn das optische Filter 152 in der Rille 161 befestigt
ist, ist das optische Filter 152 ebenfalls präzise an
dem Befestigungsbauglied 151 befestigt und ausgerichtet.
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Bei
einer vergleichbaren Vorrichtung ist das Befestigungsbauglied 151 aus <100>-Silizium hergestellt.
Dies ermöglicht,
dass die V-förmige
Rille 161 an dem Befestigungsbauglied 151 unter
Verwendung von fotolithografischem Maskieren und Ätzen definiert
wird. Die Rille 161 wird dann unter Verwendung von anisotropem Ätzen derart
gebildet, dass Seitenwände
(z. B. die Seitenwände 163 und 164)
der Rille 161 auf den kristallografischen <111>-Ebenen des Siliziumbefestigungsbauglieds 151 liegen.
Dies verursacht, dass die Seitenwände 163-164 die obere Oberfläche des
Befestigungsbauglieds 151 bei ungefähr 54° schneiden, da die <111>-Ebenen die <100>-Oberflächen des
Befestigungsbauglieds 151 bei ungefähr 54° schneiden. Das V-förmige Ende 162 des
optischen Filters 152 kann durch zwei Sägeschnitte gebildet werden,
z. B. unter Verwendung einer Vereinzelungssäge. Alternativ kann das V-förmige Ende 162 durch
eine andere bekannte Einrichtung gebildet werden.
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Wenn
das optische Filter 152 vertikal an dem Befestigungsbauglied 151 befestigt
werden soll, dann wird das V-förmige
Ende 162 durch zwei symmetrische 54°-Schnitte gebildet. Wenn das
optische Filter 152 an dem Befestigungsbauglied 151 geneigt werden
soll, dann wird das V-förmige
Ende 162 durch zwei asymmetrische Schnitte bei zwei unterschiedlichen
Winkeln gebildet.
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Bei
einem alternativen Ausführungsbeispiel, wie
in 11 gezeigt ist, kann
das optische Filter 152 einen Sägeschnitt aufweisen, um ein
schräges
Ende 166 derart zu bilden, dass die Oberfläche des
schrägen
Endes 166 eine Seitenwand (d. h, die Seitenwand 163)
der V-förmigen
Rille 161 kontaktiert. Wiederum, wenn das optische Filter 152 vertikal
an dem Befestigungsbauglied 151 befestigt werden soll,
wird das schräge
Ende 166 durch einen 54°-Sägeschnitt gebildet.
Bei einer vergleichbaren Vorrichtung, bei der das optische Filter 152 an
dem Befestigungsbauglied 151 geneigt werden soll, kann
der Sägeschnitt in
einem anderen Winkel als 54 Grad gemacht werden.
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Eine
sphärische
Drückkugel 165 wird
dann in der V-förmigen
Rille 161 platziert, um beim Halten des optischen Filters 152 vor
Ort in der Rille 161 zu helfen. Alternativ kann mehr als
eine Drückkugel
verwendet werden, um beim Sichern des optischen Filters 152 in
der Rille 161 zu helfen. Die Drückkugel 165 in der
Rille 161 kontaktiert die Seitenwand 164 und eine
Oberfläche
des optischen Filters 152 derart, dass das optische Filter 152 in
der Rille 161 vor Ort gehalten wird. Das optische Filter 152 kann
nun an das Befestigungsbauglied 151 in der Rille 161 gebunden
werden.
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12 zeigt eine Modifikation
der Anordnung von 9-10. Wie aus 12 ersichtlich ist, ist die Rille 181 bei
dem Befestigungsbauglied 171 keine V-förmige Rille. Statt dessen ist
die Rille 181 eine abgeschnittene V-förmige Rille mit einer flachen
Bodenoberfläche 182 und
zwei geneigten Seitenwänden 183 und 184.
Der Boden 173 des optischen Filters 172 kontaktiert
die flache Bodenoberfläche 182 der
Rille 181, wenn das optische Filter 172 in der
Rille 181 aufgenommen wird. Kleber oder andere Haftmittel
werden dann in die Rille 181 entlang der Zwischenräume zwischen
dem optischen Filter 172 und der Seitenwände 183–184 aufgebracht,
um das optische Filter 172 in der Rille 181 zu
binden. Auf Grund seiner geringen Größe bleibt das optische Filter 172 vor
Ort in der Rille 181, während
Kleber oder andere Haftmittel verwendet werden, um das optische
Filter 172 zu binden.
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Die
Rille 181 aus 12 kann
im Wesentlichen auf dieselbe Weise gebildet sein wie die Rille 161 aus 10. Dies bedeutet, dass
die Rille 181 ebenfalls unter Verwendung von anisotropem Ätzen gebildet
wird. Abhängig
von der Ätzbedingung
wird entweder die abgeschnittene V-förmige Rille 181 aus 12 oder die V-förmige Rille 161 aus 10 gebildet. 13 zeigt den Ätzprozess.
Wie aus 13 ersichtlich
ist, wird die Rille 181 gebildet, wenn ein unvollständiges anisotropes Ätzen durchgeführt wird. Wenn
ein vollständiges
anisotropes Ätzen
durchgeführt
wird, wird eine V-förmige Rille 190 gebildet.
Wie aus 10 und 13 ersichtlich ist, weist
die V-förmige Rille 161 aus 10 eine identische Form
zu der der V-förmigen
Rille 190 auf.
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14–16 zeigen
ein anders alternatives Ausführungsbeispiel
zum Befestigen einer planaren optischen Vorrichtung 220 an
einem Befestigungsbauglied 221 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Das Befestigungsbauglied 221 ist
aus <100>-Silizium hergestellt. 14 ist eine Draufsicht des
Befestigungsbauglieds 221. 15 ist
eine Querschnitt-Seitenansicht entlang der Linie 15–15 aus 14, wobei die Planare optische
Vorrichtung 220 befestigt ist. 16 zeigt eine andere Querschnitt-Seitenansicht entlang
der Linie 16–16
aus 14, ebenfalls mit
befestigter planarer optischer Vorrichtung 220.
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Wie
aus 15 ersichtlich ist,
ist ein Hohlraum 222 in dem Befestigungsbauglied 221 gebildet, um
die planare optische Vorrichtung 220 einzusetzen. Der Hohlraum 222 ist
ein im Wesentlichen pyramidenförmiger
Hohlraum mit einem abgeschnittenen Boden und abgeschnittener Ecke.
Dies bedeutet, dass der Hohlraum 222 eine vertikale Seitenwand 242 und
eine flache Bodenoberfläche 243 aufweist. Die
planare optische Vorrichtung 220 ist in den Hohlraum 222 gegen
die vertikale Seitenwand 242 platziert. Eine sphärische Drückkugel 223 ist
ebenfalls in dem Hohlraum 222 platziert, um die planare
optische Vorrichtung 220 vor Ort in dem Hohlraum 222 zu
halten. Die planare optische Vorrichtung 220 kann nun durch
Kleber oder andere Haftmittel gebunden werden, die in den Hohlraum 222 aufgebracht
sind.
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Wie
aus 14–16 ersichtlich ist, wird
der Hohlraum 222 gebildet, zuerst durch Definieren und Ätzen einer
dreieckigen Öffnung 231 auf
einer Maskenschicht 251, die auf die obere Oberfläche 224 des Befestigungsbauglieds 221 aufgebracht
ist, und dann Freilegen der oberen Oberfläche 224 des Befestigungsbauglieds 221 an
der dreieckigen Öffnung 231. Die
dreieckige Öffnung 231 wird
fotolithografisch derart gebildet, dass die Öffnung 231 eine Toleranz
von ungefähr
1 μm aufweist.
Die dreieckige Öffnung 231 wird
an der Maskenschicht 251 entlang einer kristallografischen
Achse des Siliziumbefestigungsbauglieds 221 gebildet. Die
zwei Kanten der dreieckigen Öffnung 231 liegen
auf zwei kristallografischen <111>-Ebenen des Siliziumbefestigungsbauglieds 221.
Das Befestigungsbauglied 221 wird dann anisotrop durch
die Öffnung 231 geätzt, z.
B. unter Verwendung des KOH-Ätzmittels.
Die Geschwindigkeit des anisotropen Ätzens kann z. B. 1000 zu 1
sein, um dazu zu führen,
dass sich die vertikale Seitenwand 242 (15) horizontal unter der Maskenschicht 151 erstreckt,
parallel zu der Hypotenuse der dreieckigen Öffnung 231. Die Ätzrate zum
Drücken
der verti kalen Wand 242 ist ungefähr die gleiche wie die vertikale Ätzrate.
Das Ätzen
wird schließlich
selbst in dem Hohlraum 222 gestoppt, wenn die vertikale
Seitenwand 242 verschwindet. Dabei weist der pyramidenförmige Hohlraum 222 eine
quadratische Öffnung 252 auf,
wobei alle seine vier Seitenwände
durch die kristallografischen <111>-Ebenen definiert sind. Wenn
das anisotrope Ätzen
auf einer früheren
Stufe des Ätzprozesses
gestoppt wird, wird der pyramidenförmige Hohlraum 222 gebildet,
um eine abgeschnittene Ecke zu haben, die durch die vertikale Seitenwand 242 gebildet
wird (gezeigt in 15).
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In
der vorangehenden Beschreibung wurde die Erfindung Bezug nehmend
auf spezifische Ausführungsbeispiele
derselben beschrieben. Es ist jedoch für Fachleute auf dem Gebiet
offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen an
derselben durchgeführt
werden können,
ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Die Beschreibung
und die Zeichnungen werden entsprechend auf darstellenden und nicht
auf einschränkende
Weise betrachtet.