TWI750206B - 光學電路開關準直器 - Google Patents

光學電路開關準直器 Download PDF

Info

Publication number
TWI750206B
TWI750206B TW106126168A TW106126168A TWI750206B TW I750206 B TWI750206 B TW I750206B TW 106126168 A TW106126168 A TW 106126168A TW 106126168 A TW106126168 A TW 106126168A TW I750206 B TWI750206 B TW I750206B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
array
lens array
optical
optical lens
spacer
Prior art date
Application number
TW106126168A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201814342A (zh
Inventor
吉兒 D 伯格
大衛 放克
史蒂芬 M 斯溫
凱文 Y 安村
Original Assignee
美商谷歌有限責任公司
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 美商谷歌有限責任公司 filed Critical 美商谷歌有限責任公司
Publication of TW201814342A publication Critical patent/TW201814342A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI750206B publication Critical patent/TWI750206B/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/32—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/351—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements
    • G02B6/3512—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements the optical element being reflective, e.g. mirror
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/351—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements
    • G02B6/3512—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements the optical element being reflective, e.g. mirror
    • G02B6/3518—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements the optical element being reflective, e.g. mirror the reflective optical element being an intrinsic part of a MEMS device, i.e. fabricated together with the MEMS device
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/3594—Characterised by additional functional means, e.g. means for variably attenuating or branching or means for switching differently polarized beams
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/32—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends
    • G02B6/325—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends comprising a transparent member, e.g. window, protective plate
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/36—Mechanical coupling means
    • G02B6/3628—Mechanical coupling means for mounting fibres to supporting carriers
    • G02B6/3632—Mechanical coupling means for mounting fibres to supporting carriers characterised by the cross-sectional shape of the mechanical coupling means
    • G02B6/3644—Mechanical coupling means for mounting fibres to supporting carriers characterised by the cross-sectional shape of the mechanical coupling means the coupling means being through-holes or wall apertures

Landscapes

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

Abstract

本發明提供一種用於一光學電路開關之準直器裝置及準直器透鏡陣列。該準直器包含一光纖陣列，其包含安置於一孔洞陣列中之多個光纖。一光學透鏡陣列對準該光纖陣列且耦合至該光纖陣列。一間隔安置於該光纖陣列與該光學透鏡陣列之間且提供該光學透鏡陣列中之透鏡與該光纖陣列中之對應光纖之間之實質上一致之間隔。多個墊沿面對該光學透鏡陣列之該間隔之一表面之邊緣定位，從而界定該間隔與該光學透鏡陣列之間之一第一分離間隙。一第一環氧樹脂使得該間隔與該光學透鏡陣列接合，且一第二環氧樹脂使得該間隔與該光纖陣列接合。該光學透鏡陣列包含具有界定在一二維陣列中之透鏡之一第一表面之一玻璃基板。

Description

光學電路開關準直器
本描述大體上係關於光學網路，且更特定言之(但不限於)，本發明係關於光學電路開關準直器。
光學電路開關(OCS)係光學電路切換網路之核心。一OCS包含將光學信號引導進出耦合至OCS之光纖之數個光學準直器(例如，被動準直器)。一光纖準直器之實例性效能特性包含***損耗、光束腰直徑之恆定性、相對於OCS光學路徑之中心之光束腰之位置及隨機光束指向誤差之程度。使用蝕刻之矽或聚合物透鏡陣列之既有OCS準直器可不符合所要效能特性。
根據本技術之各種態樣，提供一種用於一光學電路開關之準直器裝置及準直器透鏡陣列。根據本技術之一個態樣，該準直器包含一光纖陣列，其包含安置於一孔洞陣列中之多個光纖。一光學透鏡陣列對準該光纖陣列且耦合至該光纖陣列。一間隔安置於該光纖陣列與該光學透鏡陣列之間且提供該光學透鏡陣列中之透鏡與該光纖陣列中之對應光纖之間之實質上一致之間隔。多個墊沿面對該光學透鏡陣列之該間隔之一表面之邊緣定位，藉此界定該間隔與該光學透鏡陣列之間之一第一分離間隙。一第一環氧樹脂使得該間隔耦合至該光學透鏡陣列，且一第二環氧樹脂使得該間隔耦合至該光纖陣列。 根據本技術之另一態樣，該光學透鏡陣列包含具有界定配置於一二維陣列中之數個透鏡之一第一表面之一玻璃基板。該等透鏡實質上係相同的且各具有與該光學透鏡陣列中之其他透鏡之曲率半徑變化不超過1%之一各自曲率半徑。該等透鏡一致地配置於具有小於1微米(μm)之一間距誤差之二維陣列中。 應瞭解，熟習技術者將易於自以下詳細描述明白本技術之其他組態，其中藉由繪示方式展示且描述本技術之各種組態。如將意識到，在不違背本技術之範疇之情況下，本技術能夠具有其他及不同組態且其一些細節能夠在各種其他方面中經修改。據此，圖式及詳細描述意欲視為本質上係繪示性的且不具有限制性。
本文揭示一種用於一光學電路開關之準直器裝置及準直器透鏡陣列。在本技術之一或多個態樣中，該準直器裝置包含由安置於一孔洞陣列中之複數個光纖形成一光纖陣列。一光學透鏡陣列對準該光纖陣列且光學耦合至該光纖陣列。一間隔安置於該光纖陣列與該光學透鏡陣列之間。該間隔提供匹配該光纖之折射率及該光學透鏡陣列與該光纖陣列之間之一一致準直距離，此實現控制該準直器裝置之一光束之光束腰大小及位置。 在一些實施方案中，該光學透鏡陣列包含由小於200奈米(nm)之一表面外形誤差特性化之數個實質上相同之經適當塑形之經模製之玻璃透鏡。該等玻璃透鏡一致地配置於具有小於1微米(μm)之一間距誤差之光學透鏡陣列中。該等玻璃透鏡具有實質上相同之曲率半徑，即該等玻璃透鏡之曲率半徑跨透鏡陣列變化不超過1%。一第一環氧樹脂層可提供間隔與光學透鏡陣列之間之折射率匹配且一第二環氧樹脂層可提供間隔與光纖之間之折射率匹配。該第一環氧樹脂及該第二環氧樹脂接合均勻分佈遍及間隔之第一表面及第二表面，如本文更詳細之描述。 圖1係根據本技術之一或多個態樣之繪示一光學電路開關(OCS) 100之一實例之一圖式。OCS 100係一全光學切換矩陣且包含輸入被動準直器110 (例如110-1, 110-2 … 110-N)、一鏡陣列120及輸出被動準直器130 (例如130-1, 130-2 … 130-N)。輸入被動準直器110包含耦合至N (例如，範圍為约128至1000)個光纖之多個被動準直器。入射光108透過該等光纖進入輸入被動準直器110。透射透過各光纖之光包含一或多個光波長(λi )。將來自輸出被動準直器130之輸出光132提供至各攜載具有一或多個光波長(λi )之光之一組輸出光纖。該等準直器可為分離個別準直器或組合成一準直器陣列，例如如圖2A中所展示。輸入被動準直器110及輸出被動準直器130在結構上係類似的且將在下文更詳細地描述。鏡陣列120係可選擇性地將光束自耦合至輸入被動準直器110之個別光纖引導至耦合至輸出被動準直器130之選定光纖之一基於微機電系統(MEMS)之微鏡陣列。基於MEMS之微鏡陣列(下文稱為「MEMS」陣列) 120包含各具有形成於一基板124上之數個微鏡122之兩組微鏡陣列。可藉由將一電壓施加至與MEMS陣列120中之各鏡相關聯之兩個電極之間而控制各微鏡122之狀態。例如，藉由使得MEMS陣列120中之鏡旋轉，來自耦合至輸入被動準直器110之任何輸入光纖中之光可耦合至任何輸出光纖 (耦合至輸出被動準直器130)。虛線路徑112係潛在光束指向誤差之一結果，該潛在光束指向誤差可由控制MEMS陣列120之個別鏡之位置之一控制系統校正。 圖2A至圖2B係根據本技術之一或多個態樣之繪示一OCS準直器總成200A之一實例及其之一分解圖200B之圖式。圖2A中展示之OCS準直器總成200A (下文中稱為「準直器200A」)包含一準直器陣列250、一安裝凸緣240及光纖232。凸緣240可由不鏽鋼、不變鋼或任何其他適合之材料製成且將準直器陣列250緊固至OCS總成200A。在分解圖200B中展示且相對於分解圖200B描述準直器陣列250之更多細節。如分解圖200B中所展示之準直器陣列250包含一光學透鏡陣列210、一間隔220、一光纖陣列230、一孔洞陣列242、一第一環氧樹脂212及一第二環氧樹脂222。當用於一OCS之輸出準直器(諸如圖1中展示之輸出準直器130)時，準直之輸入光束自自由空間進入光學透鏡陣列210，且聚焦之輸出光耦合至光纖陣列230之光纖232。當用於OCS之輸入準直器(諸如圖1中展示之輸入準直器110)時，輸入光自光纖陣列230之光纖232進入且離開光學透鏡陣列210，如準直之輸出光束至圖1中展示之MEMS陣列120一樣。光學透鏡陣列210係包含數個(例如，150至200)經適當塑形之微透鏡(亦被稱為「小透鏡」)之一二維(2-D)微透鏡陣列，且可為約15x15 mm2 至25x25 mm2 。在一些實施例中，使用玻璃(例如在1550 nm處具有1.78之一折射率之一高折射率玻璃)製作(例如經由模製)光學透鏡陣列210。在一或多個實施例中，小透鏡係具有約3.38 mm之一有效焦距及約2.63 mm之相同曲率半徑(跨光學透鏡陣列之小透鏡變化不超過1%)之球面。在一些實施例中，可使用曲率半徑及有效焦距之其他值。高折射率玻璃允許在無歸因於球面像差之顯著***損耗懲罰下使用球面透鏡。透鏡表面外形誤差可小於200 nm。此精確製作可導致一改良之光纖耦合效率及一低***損耗(例如＜ 0.5 dB)。 在一或多個實施例中，使用在一適合材料中使用具有類似於所要透鏡曲率半徑之一曲率半徑之一塑形之(例如球面)尖端經微加工之一透鏡陣列模具製作光學透鏡陣列210。在一些實施方案中，該模具在微米累加中經再加工，且接著在各加工嘗試之後經再量測以達成＜200 nm內之小透鏡之完美(或接近完美)之球面形式。一旦達成模具之完美(或接近完美)之形式後，可使用該模具製作諸多(例如數千)透鏡陣列。玻璃在一適合之溫度下經模製且經後處理。該後處理包含將抗反射塗層加入至透鏡且將邊緣切割成最終所要尺寸。 間隔220可為由具有匹配光學透鏡陣列210之尺寸之表面尺寸(例如~20x20 mm)及一適合厚度(例如4 mm)之玻璃(例如Schott B33玻璃)製成之一圖案化間隔。針對其折射率選擇用於該間隔之玻璃以使得其緊密匹配(例如，小於1%內)光纖陣列230之光纖(例如SMF28類型)之摻雜核心。間隔220包含由一適合材料(例如，二氧化矽(SiO2)/鉻(Cr))製成之數個墊224。墊224在光學透鏡陣列210與間隔220之間設置一偶數個及受控之分離間隙。墊224在間隔220之一第一表面之邊緣(例如隅角)上經微影圖案化。在一些實施例中，墊224具有約5x1 mm x 5 um高之尺寸。該材料使用熟習技術者已知之化學汽相沈積(CVD)或物理層沈積(PLD)技術沈積以形成一一致厚度且接著經蝕刻以提供一致高度墊。墊224可產生於間隔220及光學透鏡陣列210之外部尺寸內，但在光學透鏡陣列210之通光孔徑外部以不阻擋傳遞透過光學透鏡陣列210之小透鏡之光。在一些實施例中，間隔玻璃經精確拋光至大致+/- 2 um之一厚度容限。第一環氧樹脂212係一光學路徑連接環氧樹脂且其折射率與間隔220匹配(小於2%內)。第一環氧樹脂212使得間隔220耦合至光學透鏡陣列210。第二環氧樹脂222使得間隔220耦合至具有在1550 nm處擁有約1.468之一核心折射率之光纖之光纖陣列230。 在一些實施例中，準直器總成200A可由緊固於共同形成光纖陣列230之孔洞陣列242之孔洞中之達176個光纖製成。光纖232可為在一孔洞陣列(例如由矽、玻璃或金屬製成)中組裝之單一模式光纖(例如SMF28)，使得孔洞之配置匹配光學透鏡陣列210之透鏡之幾何配置，繼而匹配圖1之MEMS陣列120之幾何配置。準直器陣列250附接至安裝凸緣240。 圖3A至圖3D係根據本技術之一或多個態樣之繪示一光纖準直器300A之一實例、包含於光纖準直器300A中之準直器陣列250之一前視圖300B、一模製之玻璃光學透鏡陣列300C及透過一模製之玻璃透鏡332及一間隔370之光準直之圖式。圖3A之光纖準直器300A包含光纖232、安裝凸緣240及一準直器陣列250。光纖232可為單一模式(諸如SMF28光纖)且在以上討論之孔洞陣列中組裝且附接至安裝凸緣240。光纖232可由任何所要長度製成以適合一全光學或混合光電網路中之一應用。準直器陣列250包含以上討論之光學透鏡陣列210、間隔220、第一環氧樹脂212及第二環氧樹脂222及安裝於孔洞陣列242中之光纖陣列230，所有皆在圖2B中展示。 在圖3B之前視圖300B中展示之準直器陣列250包含使用第一環氧樹脂212耦合至間隔(例如圖2之220)且經由第二環氧樹脂222至光纖陣列230，繼而緊固至孔洞陣列242之光學透鏡陣列210。光學透鏡陣列210如所展示之包含數個(例如176個)小透鏡332。亦在分解圖330中展示一實例性小透鏡332。小透鏡332與光纖陣列230之光纖對準。使用具有(例如)六個自由度、線性階段上之50 nm步階大小及旋轉階段上之7 urad步階大小之一自動透鏡對準機器人執行透鏡陣列210與光纖陣列230之對準及附接。該透鏡對準機器人可使用一精確接觸感測器來設置間隔220之一第二表面(例如，遠離透鏡陣列)與光纖陣列230之一第一表面(例如，接近孔洞陣列)之間之一一致間隙高度。在一些實施例中，可使用該精確接觸感測器來共同平面化該兩個表面且接著設置該兩個表面之間之一恆定15 um間隙高度。 在一或多個實施例中，光學透鏡陣列210基於量測光纖陣列之上列及下列中之數個(例如30至35)光纖之光纖耦合效率而使用一光學反饋系統與光纖陣列230對準以相對於光纖陣列230改良光學透鏡陣列210之水平、垂直及旋轉對準。最終，將光學路徑連接環氧樹脂(例如，圖2B之環氧樹脂222)施加至兩個表面之間。使用接觸感測器重新設置15 um接合線，且該環氧樹脂經UV固化且接著經熱固化以完成總成。在一些實施例中，準直器總成(例如，圖2A之200A)具有設置於距離光學透鏡陣列210一所要距離(例如，大約110 mm處)處之一光束腰位置及在1550 nm波長處量測之大致400 um之一光束腰(例如，最大光束寬度之一1/e2 )直徑。跨圖1之OCS 100之鏡陣列之一光學路徑之中心處之恆定光束腰大小及位置提供OCS 100中之兩個準直器(例如，圖1之110及130)之間之改良之光纖耦合效率及低***損耗(例如＜ 0.5 dB)以用於所有或近乎所有可能之埠連接。 圖3C中展示之模製之玻璃光學透鏡陣列300C包含配置於一2-D陣列中之數個(例如176個)經適當塑形之小透鏡332。小透鏡332經形成以自一基板334突出。在一些實施例中，2-D透鏡陣列300C係約20x20平方mm且由具有一高折射率(例如，1550 nm處之~1.78)之玻璃製作。在一些實施例中，小透鏡332係具有大致2.63 mm之相同曲率半徑(例如1%內)及大致3.38 mm之一有效焦距之球面。在一些實施例中，小透鏡332之曲率半徑及有效焦距可具有其他值。該高折射率玻璃允許在無歸因於球面像差之顯著***損耗懲罰下使用球面透鏡。＜200 nm之一量測之透鏡表面外形誤差指示一精確製作，此精確製作導致最佳光纖耦合效率及以下討論之實質上低***損耗。該表面外形誤差係在一透鏡之表面上之數個經量測點處之該透鏡之一所要(例如球面)形狀與實際形狀之間之誤差之一整數值。可使用干涉顯微鏡(諸如一光學輪廓儀)經由干涉術量測該表面外形誤差。 在圖3D中展示透過光學透鏡陣列300C之一間隔370及一模製玻璃透鏡322之光準直。在準直器110 (諸如圖1之110-1)之情況中，可將來自一光纖232之一端點380之一光學光束透過由一間隔370及小透鏡332 (經由一環氧樹脂層335耦合)形成之一光學路徑準直。經準直之光係自一MEMS陣列(例如，圖1中展示之120)之一鏡360反射之一平行光束。在準直器130 (諸如圖1之130-1)之情況中，光可自鏡360反射，接著進入小透鏡322作為一平行光束且經由透過小透鏡332、一第一環氧樹脂335、間隔370及一第二環氧樹脂375之光學路徑而聚焦至光纖232之端點380。 圖4係根據本技術之一或多個態樣之繪示製造圖3C之模製之玻璃光學透鏡陣列之一實例性方法400之一流程圖。方法400開始於準備透鏡陣列模具(步驟410)。該透鏡陣列模具在一適合材料中使用一經塑形(例如球面)尖端經微加工，該尖端具有類似於所要透鏡曲率半徑之一曲率半徑。在一些實施例中，該模具在微米累加中經再加工，且接著在各加工嘗試之後經再量測以達成(例如)＜200 nm內之小透鏡之完美或接近完美之所要形式。 玻璃在一適合溫度下經模製且使用該透鏡陣列模具形成初始透鏡陣列(步驟420)。該所要透鏡陣列(例如，圖3C之300C)之透鏡位置準確度維持於相對於透鏡陣列上之各透鏡之絕對位置之一所要位置準確度(例如＜ +/- 1 um)內。為了達成該所要位置準確度，該模具經加工以當玻璃冷卻時補償玻璃之收縮。該形成之初始透鏡陣列經特性化以判定一透鏡位置誤差(步驟430)。在一些實施例中，使用具有50 nm步階大小之一自動對準機器人執行該特性以判定由玻璃收縮引起之透鏡位置誤差。準備(例如，藉由調整模具或產生一新模具)一經校準之透鏡陣列模具以在冷卻後補償玻璃收縮(步驟440)。例如，該模具可經加工以具有補償玻璃收縮因數之一經調整之透鏡間距。在一或多個實施例中，可使用具有(例如)在20 mm中＜1 um之一誤差(0.005%)之可得度量衡工具(諸如，一表面測面儀)執行量測該透鏡陣列且接著針對玻璃收縮校準該模具。 使用經校準之透鏡陣列模具且使用一適合高折射率玻璃準備最終透鏡陣列(步驟450)。接著，該最終透鏡陣列經後處理(步驟460)。該後處理包含將AR塗層加入至透鏡(如以上所描述)且將邊緣切割成最終所要尺寸。 圖5係根據本技術之一或多個態樣之繪示製造圖2A之OCS準直器總成200A之一實例性方法500之一流程圖。方法500開始於根據以上相對於圖4描述之方法400準備一透鏡陣列(步驟510)，例如圖3C之透鏡陣列300C。準直器總成200A亦包含使用針對其適合折射率(例如，1550 nm處之1.456)選擇之一適合玻璃(例如，Schott B33)準備之一間隔(例如，圖2B之220)(步驟520)。該間隔維持光學透鏡陣列(例如，圖2B之210)與光纖陣列(例如，圖2B之230)之間之一準直距離且實現控制圖2A之準直器總成200之光束之光束腰大小及光束腰位置。在間隔接合至光纖陣列之前，藉由微影圖案化一層適合材料(例如，SiO2 / Cr)而在該間隔之一第一側之邊緣(例如隅角)上產生數個墊(步驟530)。該等墊定位於圖2B之間隔220及光學透鏡陣列210之外部尺寸內但在透鏡陣列之一通光孔徑外，使得其等不阻擋傳遞透過小透鏡之光。在一些實施例中，間隔玻璃經精確拋光至大致+/- 2 um之一厚度容限。 使用一層第一環氧樹脂(例如，圖2B之212)將透鏡陣列接合至間隔之第一側(步驟540)。第一環氧樹脂212與該間隔折射率匹配(小於2%內)。在一些實施例中，第一環氧樹脂212具有約係間隔之折射率之一值(例如，約1.456)與透鏡陣列之玻璃材料之折射率(例如，約1.78)之間之一半之一折射率值。在一或多個實施例中，該間隔放置於一工具配件中，受控數量之第一環氧樹脂分佈於間隔之第一側，接著將透鏡陣列放置於分佈之環氧樹脂上，且在該工具配件之頂部上設置一重量以在透鏡陣列與間隔之間壓縮第一環氧樹脂。該環氧樹脂經UV固化且接著經熱固化以完成該附接。接著，使用具有(例如)六個自由度、線性階段上之50 nm步階大小及旋轉階段上之7 urad步階大小之一自動透鏡對準機器人使得透鏡-間隔總成與光纖陣列230對準(步驟550處)，如以上相對於圖3B之描述。該透鏡對準機器人可使用一精確接觸感測器來設置間隔之第二表面與光纖陣列230之第一表面之間之一一致間隙高度。在一些實施例中，可使用精確接觸感測器來共同平面化該兩個表面，且接著設置該兩個表面之間之一恆定15 um間隙高度。使用一第二環氧樹脂層(例如，圖2B之224)將間隔之第二側接合至光纖陣列(例如，圖2B之230)(步驟570)。 圖6係根據本技術之一或多個態樣之繪示圖2之OCS準直器200之返回損耗之一實例性圖表600之一圖式。圖表600展示圖1之準直器110或130之數個(例如，176個)光纖(例如，諸如圖1之110-1或130-1之準直器)之返回損耗(RL，單位為dB)之變動，各單元包含圖2B中展示之光學透鏡陣列210之一小透鏡與光纖陣列230之一各自光纖之間之一光學路徑。圖610、圖620、圖630及圖640分別對應於O頻帶(1270 nm至1360 nm)及CL頻帶(1530 nm至1620 nm)中之光之平均RL值及該O頻帶及該CL頻帶中之光之最小RL值。本技術之準直器使用具有在光纖-間隔介面處用於減少之返回損耗之一環氧樹脂折射率之第二環氧樹脂(例如，圖2之222)，及透鏡陣列之平側上之一抗反射(AR)塗層。 如以上所描述，在一些實施例中，光纖陣列由在1550 nm處具有1.468之一折射率之SMF28 Ultra光纖製成，而透鏡陣列係由在1550 nm處具有1.78之一折射率之一玻璃製成。光纖陣列230及光學透鏡陣列210由將透鏡陣列定位於離光纖陣列所需距離處以用於光束準直且亦提供一折射率匹配解決方案之一玻璃間隔分離。該間隔由在1550 nm處具有1.456之一折射率之Schott B33玻璃製成。第二環氧樹脂具有幾乎係間隔之折射率(例如，約1.456)與光纖之光學核心之折射率(例如，約1.468)之間之一半之一折射率1.462且可減少間隔-光纖介面處之返回損耗。此外，所揭示之準直器利用針對透鏡-間隔介面處之透鏡基板(例如，圖3之334)設計之一AR塗層，該AR塗層經選擇以自間隔層中之結構干涉減少返回損耗。 在一些實施例中，環氧樹脂(例如，第一環氧樹脂及第二環氧樹脂)折射率係可調整且可經最佳化以用於光纖-環氧樹脂-間隔介面之最小返回損耗，如在薄膜轉移矩陣計算中所展示。應瞭解，當環氧樹脂折射率在光纖-環氧樹脂介面及環氧樹脂-間隔介面處導致相等反射率(R)值時出現最佳化，其中R = ((nepoxy -nfiber )/(nepoxy +nfiber ))2 = ((nepoxy -nspacer )/(nepoxy +nspacer ))2 。所施加之模型包含實例性光纖(例如，其中nfiber = 1.468之SMF28 Ultra光纖)、環氧樹脂(例如，其中nepoxy = 1.462之一環氧樹脂)及間隔(例如，其中nspacer = 1.456之Schott B33間隔)之分佈。可針對實例性基板(例如，其中n=1.78之一玻璃)及間隔(例如，其中nspacer = 1.456之Schott B33)入射媒體使用實例性環氧樹脂(例如，其中nepoxy = 1.462之一環氧樹脂層)判定光學透鏡平坦側(例如，第二表面) AR塗層。自透鏡-環氧樹脂-間隔介面返回至光纖內之一反射之光纖耦合效率係大致-32.4dB。將此反射之光纖耦合效率加入至菲涅爾(Fresnel)反射率以產生自此介面之總返回損耗。 藉由使得一可調諧雷射自1270 nm變為1360 nm (O頻帶)或具有10 pm解析度之1530 nm至1620 nm (CL頻帶)且量測返回損耗振蕩而特性化準直器返回損耗。接著，判定各光纖之O頻帶及CL頻帶內之平均及最小RL值，如圖610、圖620、圖630及圖640中所展示。在一些實施例中，可消除不符合返回損耗規格之光纖埠。在一或多個實施例中，使用一光學散射反射計在空間上定位準直器中之較高返回損耗之區域。 圖7係繪示具有及不具有一抗反射(AR)塗層之圖2之OCS準直器之返回損耗之一實例性圖表700之一圖式。圖表700包含對應於具有及不具有AR塗層之透鏡之圖710及圖720。返回損耗值之單位為dB且用於O頻帶中之數個波長。 量測結果展示歸因於環氧樹脂層中之結構干涉存在一緩慢返回損耗準直器，其中該準直器具有由環氧樹脂層之15 um厚度設置之38 nm之一階段。亦歸因於間隔層中之結構干涉存在一快速返回損耗準直器，其中該準直器具有由間隔之厚度(在此實例中為4.146 mm)判定之0.11 nm之一階段(如針對圖720之快速準直所展示)。此等準直係重疊的。 儘管本說明書含有諸多特定實施方案細節，但此等特定實施方案細節不應解譯為限制任何發明或所主張之範疇，而係作為特定發明之特定實施方案所特有之特徵之描述。亦可在一單一實施方案中組合實施在分離實施方案之背景內容中之此說明書中描述之某些特徵。反之，亦可分開或以任何適合子組合之形式在多個實施方案中實施在一單一實施方案之背景內容中描述之各種特徵。再者，儘管特徵可在以上描述為在某些組合中起作用且甚至最初如此主張，但在一些情況中可將來自一主張之組合中之一或多個特徵自該組合去除，且該所主張之組合可係關於一子組合或一子組合之變動。 類似地，儘管在圖式中以一特定順序描繪操作，但不應理解為要求以所展示之特定順序或循序執行此等操作，或執行所有繪示之操作以達成所要結果。在某些情況中，多任務及平行處理可係有利的。再者，以上描述之實施方案中之各種系統組件之分離不應理解為在所有實施方案中要求此分離，且應瞭解所描述之組件及系統通常可在一單一產品中整合在一起或封裝至多個產品內。 參考「或」可解譯為包含性，使得使用「或」描述之任何術語可指示所描述術語之一單一者、一個以上及全部之任何者。標記「第一」、「第二」、「第三」及等等不必意謂指示一順序且通常僅用於區分相同或類似術語或元件。因此，已描述發明標的之特定實施方案。其他實施方案係在以下申請專利範圍之範疇內。在一些情況中，在申請專利範圍中所述之動作可以一不同順序執行且仍然達成所要結果。另外，附圖中描繪之程序不必要求所展示之特定順序或循序以達成所要結果。在某些實施方案中，可使用多任務或平行處理。
100‧‧‧光學電路開關(OCS)108‧‧‧入射光110‧‧‧輸入被動準直器112‧‧‧虛線路徑120‧‧‧鏡陣列122‧‧‧微鏡124‧‧‧基板130‧‧‧輸出被動準直器132‧‧‧輸出光200A‧‧‧光學電路開關(OCS)準直器總成200B‧‧‧分解圖210‧‧‧光學透鏡陣列212‧‧‧第一環氧樹脂220‧‧‧間隔222‧‧‧第二環氧樹脂224‧‧‧墊230‧‧‧光纖陣列232‧‧‧光纖240‧‧‧安裝凸緣242‧‧‧孔洞陣列250‧‧‧準直器陣列300A‧‧‧光纖準直器300B‧‧‧前視圖300C‧‧‧模製之玻璃光學透鏡陣列330‧‧‧分解圖332‧‧‧模製之玻璃透鏡/小透鏡334‧‧‧基板335‧‧‧環氧樹脂層/第一環氧樹脂360‧‧‧鏡370‧‧‧間隔375‧‧‧第二環氧樹脂380‧‧‧端點400‧‧‧方法410‧‧‧步驟420‧‧‧步驟430‧‧‧步驟440‧‧‧步驟450‧‧‧步驟460‧‧‧步驟500‧‧‧方法510‧‧‧步驟520‧‧‧步驟530‧‧‧步驟540‧‧‧步驟550‧‧‧步驟570‧‧‧步驟600‧‧‧圖表610‧‧‧圖620‧‧‧圖630‧‧‧圖640‧‧‧圖700‧‧‧圖表710‧‧‧圖720‧‧‧圖λi‧‧‧ 光波長
經包含以提供進一步理解且併入此說明書且構成此說明書之一部分之附圖繪示揭示之態樣且與描述一起用於解釋所揭示態樣之原理。 圖1係根據本技術之一或多個態樣之繪示一光學電路開關(OCS)之一實例之一圖式。 圖2A至圖2B係根據本技術之一或多個態樣之繪示一OCS準直器總成之一實例及其之一分解圖之圖式。 圖3A至圖3D係根據本技術之一或多個態樣之繪示一光纖準直器之一實例、包含於該光纖準直器中之準直器陣列之一前視圖、一模製之玻璃光學透鏡陣列及透過一模製之玻璃透鏡及一間隔之光準直之圖式。 圖4係根據本技術之一或多個態樣之繪示製造圖3C之模製之玻璃光學透鏡陣列之一實例性方法之一流程圖。 圖5係根據本技術之一或多個態樣之繪示製造圖2之OCS準直器裝置之一實例性方法之一流程圖。 圖6係根據本技術之一或多個態樣之繪示圖2之準直器之返回損耗之一實例性圖表之一圖式。 圖7係根據本技術之一或多個態樣之繪示具有及不具有一抗反射(AR)塗層之圖2之準直器之返回損耗之一實例性圖表之一圖式。
100‧‧‧光學電路開關(OCS)
108‧‧‧入射光
110‧‧‧輸入被動準直器
112‧‧‧虛線路徑
120‧‧‧鏡陣列
122‧‧‧微鏡
124‧‧‧基板
130‧‧‧輸出被動準直器
132‧‧‧輸出光
λi‧‧‧光波長

Claims (11)

  1. 一種光學電路開關準直器(switch collimator)裝置，該裝置包括：一光纖陣列，其包括安置於一孔洞陣列中之複數個光纖；一光學透鏡陣列，其對準該光纖陣列且耦合至該光纖陣列；一間隔(spacer)，其安置於該光纖陣列與該光學透鏡陣列之間，且經組態以提供該光學透鏡陣列中之透鏡與該光纖陣列中之對應光纖之間之實質上一致(uniform)之間隔，其中該間隔進一步經組態以維持該光學透鏡陣列與該光纖陣列之間之一準直距離且實現控制該裝置之一光束之一光束腰(beam waist)大小及一光束腰位置；複數個墊，其等沿面對該光學透鏡陣列之該間隔之一表面之邊緣定位且界定該間隔與該光學透鏡陣列之間之一第一分離間隙，其中該等墊彼此實質上分離；一第一環氧樹脂，其使得該間隔耦合至該光學透鏡陣列；及一第二環氧樹脂，其使得該間隔耦合至該光纖陣列。
  2. 如請求項1之裝置，其中該光學透鏡陣列包含由小於200奈米(nm)之一表面外形誤差特性化之複數個實質上相同之玻璃透鏡。
  3. 如請求項2之裝置，其中該複數個實質上相同之玻璃透鏡一致地配置於具有小於1微米(μm)之一間距誤差之該光學透鏡陣列中。
  4. 如請求項2之裝置，其中該複數個實質上相同之玻璃透鏡包括球面透 鏡。
  5. 如請求項1之裝置，其中該光學透鏡陣列中之透鏡具有與該光學透鏡陣列中之其他透鏡之曲率半徑變化不超過1%之各自曲率半徑。
  6. 如請求項1之裝置，其中該第一環氧樹脂具有約為該間隔之各自折射率之一值與該透鏡陣列之一玻璃材料之間之一半之一第一折射率值。
  7. 如請求項1之裝置，其中該第二環氧樹脂具有約為該間隔之一折射率之一值與該光纖陣列之該複數個光纖之光學核心之一折射率之一值之間之一半之一第二折射率值。
  8. 如請求項1之裝置，其中該光學透鏡陣列之一第一表面經塗佈具有經組態以防止該光學透鏡陣列之該第一表面與該間隔之一透鏡-間隔介面處之反射之一第一抗反射(AR)塗層，其中該第一表面面對該間隔，且其中該第一環氧樹脂具有等於該間隔之各自折射率之一值之一第一折射率值，且其中該光學透鏡陣列之一第二表面經塗佈具有經組態以防止一透鏡-空氣介面處之反射之一第二AR塗層。
  9. 如請求項1之裝置，其中該光學透鏡陣列、該間隔、該第一環氧樹脂、該第二環氧樹脂及該光纖之該等折射率在約1550nm之一光波長處分別為大致1.78、1.456、1.462、1.462及1.468。
  10. 如請求項1之裝置，其中該第一分離間隙為約5μm。
  11. 如請求項1之裝置，其中該孔洞陣列包含包括矽、玻璃或金屬之至少一者之一材料。
TW106126168A 2016-09-15 2017-08-03 光學電路開關準直器 TWI750206B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/266,655 2016-09-15
US15/266,655 US9726824B1 (en) 2016-09-15 2016-09-15 Optical circuit switch collimator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201814342A TW201814342A (zh) 2018-04-16
TWI750206B true TWI750206B (zh) 2021-12-21

Family

ID=59410692

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW106126168A TWI750206B (zh) 2016-09-15 2017-08-03 光學電路開關準直器

Country Status (10)

Country Link
US (1) US9726824B1 (zh)
EP (1) EP3306366B1 (zh)
JP (1) JP6338756B2 (zh)
CN (1) CN107831568A (zh)
DE (1) DE202017105560U1 (zh)
DK (1) DK3306366T3 (zh)
FI (1) FI3306366T3 (zh)
HK (1) HK1251664A1 (zh)
SG (1) SG10201707299YA (zh)
TW (1) TWI750206B (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9846280B2 (en) * 2016-01-29 2017-12-19 Ii-Vi Incorporated Monolithic two-dimensional optical fiber array
WO2018229992A1 (ja) * 2017-06-16 2018-12-20 京セラ株式会社 光コネクタモジュール
CN110618485A (zh) * 2018-06-20 2019-12-27 富晋精密工业（晋城）有限公司 光纤阵列装置
EP3695257A1 (en) 2018-07-30 2020-08-19 Schleifring GmbH Device and method for welding of glass fibers to a micro lens array to manufacture a fiber collimator array
US10754070B2 (en) 2018-12-05 2020-08-25 International Business Machines Corporation Microlens array assembling process
WO2020133951A1 (en) * 2018-12-26 2020-07-02 Huawei Technologies Co., Ltd. Multi-channel mode converters with silicon lenses
US10690867B1 (en) 2019-02-12 2020-06-23 International Business Machines Corporation Optical device with adhesive connection of recess or side protrusion
EP3842874B1 (fr) * 2019-12-23 2023-09-20 Blancpain SA Dispositif optique permettant de creer des effets optiques esthetiques et techniques
EP3842875A1 (fr) * 2019-12-23 2021-06-30 Blancpain SA Mecanisme d'affichage des phases de lune
US11561345B2 (en) * 2020-02-14 2023-01-24 Google Llc Apertures for reduced dynamic crosstalk and stray light control
US11630265B2 (en) * 2020-04-15 2023-04-18 Google Llc Glass fiber hole plates for 2D fiber collimators and methods for alignment and fabrication for optical switching applications

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW434424B (en) * 1998-12-31 2001-05-16 Optical Coating Laboratory Inc Wavelength selective optical switch
US6483961B1 (en) * 2000-06-02 2002-11-19 Calient Networks, Inc. Dual refraction index collimator for an optical switch
JP2004102108A (ja) * 2002-09-12 2004-04-02 Fujitsu Ltd コリメータアレイ及び該コリメータアレイを備えた光デバイス
US20090257708A1 (en) * 2008-04-11 2009-10-15 Fujitsu Limited Optical component, fiber collimator array and wavelength selective switch
CN102043175A (zh) * 2009-10-15 2011-05-04 夏普株式会社 透镜、透镜阵列、透镜评价装置
CN102257419A (zh) * 2008-12-17 2011-11-23 北卡罗来纳康姆斯科普公司 扩束连接器概念

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5077622A (en) 1990-05-31 1991-12-31 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Apparatus for precision focussing and positioning of a beam waist on a target
JPH07318860A (ja) 1994-05-27 1995-12-08 Kyocera Corp 光アイソレータ
JPH08152581A (ja) 1994-11-29 1996-06-11 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> コリメータおよびコリメータアレイ
JPH0990159A (ja) * 1995-09-28 1997-04-04 Furukawa Electric Co Ltd:The 光モジュール及びその組立方法
KR100248058B1 (ko) * 1997-08-27 2000-03-15 윤종용 금속 증착된 광섬유 어레이 모듈
JP2000231028A (ja) * 1999-02-09 2000-08-22 Shinko Electric Ind Co Ltd 光径変換伝送路
JP2001305376A (ja) 2000-02-17 2001-10-31 Nippon Sheet Glass Co Ltd コリメータアレイ装置の設計方法及びこの方法によって作製されたコリメータアレイ装置
US6483071B1 (en) 2000-05-16 2002-11-19 General Scanning Inc. Method and system for precisely positioning a waist of a material-processing laser beam to process microstructures within a laser-processing site
US6470123B1 (en) * 2000-07-18 2002-10-22 Fiberguide Industries, Inc. Large optical fiber array assembly and method
KR100959976B1 (ko) * 2000-07-31 2010-05-27 코닝 로체스터 포토닉스 코포레이션 빛을 제어하여 발산시키기 위한 구조 스크린
US20020076151A1 (en) * 2000-12-18 2002-06-20 Kinard William Brian Optical collimator device utilizing an integrated lens/spacer element
US20020126381A1 (en) * 2001-03-05 2002-09-12 Suh Seong Woo Stacks of optical structures and methods and apparatus for making same
US6587618B2 (en) * 2001-03-16 2003-07-01 Corning Incorporated Collimator array and method and system for aligning optical fibers to a lens array
US6597510B2 (en) 2001-11-02 2003-07-22 Corning Incorporated Methods and apparatus for making optical devices including microlens arrays
JP4313987B2 (ja) * 2002-06-18 2009-08-12 富士通株式会社 ファイバブロックの製造方法
US6950570B1 (en) * 2002-08-13 2005-09-27 Active Optical Networks, Inc. Integrated fiber, sensor and lens arrays for optical networks
JP2004101847A (ja) * 2002-09-09 2004-04-02 Nippon Sheet Glass Co Ltd 光モジュール
JP2004252244A (ja) * 2003-02-21 2004-09-09 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光ファイバコリメータアレイ
JP2006126566A (ja) * 2004-10-29 2006-05-18 Fujitsu Ltd コリメータアレイ及びその製造方法
KR100669142B1 (ko) * 2005-04-20 2007-01-15 (주)더리즈 발광 소자와 이의 제조 방법
US7295375B2 (en) 2005-08-02 2007-11-13 International Business Machines Corporation Injection molded microlenses for optical interconnects
JP5133595B2 (ja) * 2007-05-15 2013-01-30 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 照明光検出用光学系並びにそれを備えた光学装置及び内視鏡装置
DE102008001653A1 (de) * 2008-05-08 2009-12-03 Schleifring Und Apparatebau Gmbh Linsenanordnung für optische Drehübertrager
CN101408647B (zh) 2008-11-25 2011-01-12 中国科学院上海微***与信息技术研究所 一种基于双光纤椭圆光斑准直器的2×2mems光开关
JP2011197633A (ja) * 2010-02-23 2011-10-06 Furukawa Electric Co Ltd:The 光導波路コリメータおよび光スイッチ装置
US9405076B2 (en) * 2011-07-29 2016-08-02 Molex, Llc Multi-fiber ferrule with a lens plate
JP5981145B2 (ja) * 2012-01-07 2016-08-31 古河電気工業株式会社 回路基板および通信システム
US9063313B1 (en) * 2012-07-06 2015-06-23 Compass Electro Optical System Ltd. Fiber coupling using collimated beams
US9529155B2 (en) * 2012-11-28 2016-12-27 Corning Optical Communications LLC Gradient index (GRIN) lens chips and associated small form factor optical arrays for optical connections, related fiber optic connectors
CN103926656A (zh) * 2014-04-21 2014-07-16 深圳市天阳谷科技发展有限公司 一种光纤准直器

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW434424B (en) * 1998-12-31 2001-05-16 Optical Coating Laboratory Inc Wavelength selective optical switch
US6483961B1 (en) * 2000-06-02 2002-11-19 Calient Networks, Inc. Dual refraction index collimator for an optical switch
JP2004102108A (ja) * 2002-09-12 2004-04-02 Fujitsu Ltd コリメータアレイ及び該コリメータアレイを備えた光デバイス
US20090257708A1 (en) * 2008-04-11 2009-10-15 Fujitsu Limited Optical component, fiber collimator array and wavelength selective switch
CN102257419A (zh) * 2008-12-17 2011-11-23 北卡罗来纳康姆斯科普公司 扩束连接器概念
CN102043175A (zh) * 2009-10-15 2011-05-04 夏普株式会社 透镜、透镜阵列、透镜评价装置

Also Published As

Publication number Publication date
TW201814342A (zh) 2018-04-16
CN107831568A (zh) 2018-03-23
FI3306366T3 (fi) 2023-10-19
EP3306366B1 (en) 2023-06-07
JP2018045240A (ja) 2018-03-22
US9726824B1 (en) 2017-08-08
DK3306366T3 (da) 2023-09-11
JP6338756B2 (ja) 2018-06-06
EP3306366A2 (en) 2018-04-11
EP3306366A3 (en) 2018-06-13
DE202017105560U1 (de) 2017-12-19
HK1251664A1 (zh) 2019-02-01
SG10201707299YA (en) 2018-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI750206B (zh) 光學電路開關準直器
US11041991B2 (en) Optical component and method of manufacturing optical component
US7329372B2 (en) Method for producing aspherical structure, and aspherical lens array molding tool and aspherical lens array produced by the same method
US7068883B2 (en) Symmetric, bi-aspheric lens for use in optical fiber collimator assemblies
US7054077B2 (en) Method for constructing a catadioptric lens system
JP2018533033A (ja) ビーム偏向素子を有する光学部品、その製造方法及び当該部品に適したビーム偏向素子
Dannberg et al. Polymer UV-molding for micro-optical systems and O/E-integration
US20030228100A1 (en) Fiber collimator array
WO2021053096A1 (en) Micro-optical interconnect component and its method of fabrication
JP2018045240A5 (zh)
EP3182180A1 (en) Multichannel fiber optic rotary joint(forj) having an achromatic metasurface
US20190339423A1 (en) Optical component and method of manufacturing optical component
US6934087B1 (en) Fiber optic collimator and collimator array
Rossi et al. Wafer-scale micro-optics replication technology
Wu et al. Design and use of compact lensed fibers for low cost packaging of optical MEMS components
KR20140111648A (ko) 광 커넥터
US6075656A (en) High numerical aperture objective lens
Rossi et al. Micro-optical modules fabricated by high-precision replication processes
Braeuer et al. Precise polymer micro-optical systems
JP2004061671A (ja) 光デバイス
JP2003211462A (ja) 非球面構造体の製造方法およびその方法により製造された非球面レンズアレイ用成形型並びに非球面レンズアレイ
US20090060415A1 (en) Fiber optic cavity
WO2002016975A2 (en) Lens arrays and methods of making the lens array
WO2002056076A2 (en) Fiber optic collimator array
Baehr et al. Applications and potential of the mask structured ion exchange technique (MSI) in micro-optics