申请/专利权人：库多广达佛罗里达股份有限公司

申请日：2017-03-15

公开（公告）日：2020-11-24

公开（公告）号：CN109073844B

主分类号：G02B6/42(20060101)

分类号：G02B6/42(20060101)

优先权：["20160315 US 62/308,818","20160315 US 62/308,817"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.11.24#授权;2019.03.29#实质审查的生效;2018.12.21#公开

摘要：使用外部源和外部接收器，使光信号经由设置在光学子组件上的对准反射表面特征部通过光电器件中的无源波导，实现了光学子组件和光电器件的光学对准。光学子组件设置有第一对准反射表面和第二对准反射表面，第一对准反射表面将来自光源的对准信号引导到波导的输入部处的光栅耦合器，在对准信号已通过波导从输入部传输到输出部之后，第二对准反射表面将来自波导的输出部处的光栅耦合器的对准信号引导到接收器。通过调节光学子组件和光电器件之间的相对位置，并检测从第二对准反射表面反射的对准信号的最大光功率，可以确定光学子组件和光电器件的最佳光学对准的位置。

主权项：1.一种光电结构，包括：光电器件，其中所述光电器件包括在所述光电器件的有源区域外部的光学对准波导，其中所述对准波导包括输入对准光栅耦合器和输出对准光栅耦合器；以及光学子组件，其光学地对准所述光电器件，所述光学子组件包括：基座，其中所述基座包括本体，所述本体具有第一对准反射表面和第二对准反射表面，其中，所述第一对准反射表面配置为可由光学对准信号的外部光源触达，其中，所述第一对准反射表面将所述光学对准信号反射到所述输入对准光栅耦合器，并且，所述输出对准光栅耦合器将同一光学对准信号引导到所述第二对准反射表面，且其中，所述第二对准反射表面能够由所述光学对准信号的外部光接收器触达；以及光学平台子组件，其可拆卸地耦合至所述基座，其中，所述第一对准反射表面限定第一光学路径，其将来自所述光源的光学对准信号引导至所述光电器件上的对准波导的输入对准光栅耦合器，并且，所述第二对准反射表面限定第二光学路径，其在所述光学对准信号从所述输入对准光栅耦合器通过所述对准波导传输至所述输出对准光栅耦合器之后，将来自所述输出对准光栅耦合器的所述光学对准信号反射至所述光接收器，从而确定所述基座和所述光电器件之间的光学对准位置。

全文数据：光学子组件与光电器件的光学对准优选权要求本申请要求以下优先权：a2016年3月15日提交的美国临时专利申请No.62308,817；和b2016年3月15日提交的美国临时专利申请No.62308,818。这些申请通过引用完全并入，如同在本文完全阐述一样。下面提到的所有出版物都完全并入作为参考，如同在本文完全阐述一样。技术领域本发明涉及光耦合进出光电器件例如，光子集成电路PIC、激光器阵列、光电二极管阵列等，特别是涉及光学子组件例如，光学平台、光纤子组件等与所述光电器件的连接。背景技术光电器件可包括光学和电子部件，其发出、检测和或控制光，在光信号和电信号之间转换。例如，收发器Xcvr是包括与外壳内的电路组合的发射器Tx和接收器Rx的光电模块。发射器包括光源例如，VCSEL或DFB激光器，并且接收器包括光传感器例如，光电二极管。迄今为止，收发器的电路被焊接到印刷电路板上。这种收发器通常具有形成封装的底部密封或非密封的的基板，然后将诸如激光器和光电二极管的光电器件焊接到基板上。光纤连接到封装的外部或使用馈通馈送通过封装的壁参见，例如，US20130294732A1，其已经共同转让给本申请的受让人申请人，并且完全并入，如同在本文中完全阐述一样。光电器件可以以硅光子器件的形式实现。硅光子器件的军事和商业应用迅速出现：用于数字网络和超级计算的光学互连、RADAR通过光纤的RF、光学成像和感测，比如激光测距、生物感测、环境和气体感测等。这些应用将需要电子器件-光子器件共同封装，并且它们通常需要到光纤电缆的光学连接，或包括其他无源光学器件，例如透镜、滤光器、隔离器等。尽管硅光子集成电路SiPIC和互补金属氧化物半导体CMOS电路具有晶圆级生产效率，但组装和封装任何光学元件，特别是光纤连接器，仍然是劳动密集型且不可靠的过程，其不是在晶圆上进行的，而是在流水线后端进行，在此，工艺失败会产生有价值的废料。这是因为光学组件在位置和对准上需要严格的公差，并且必须通过制造过程和任何后续环境条件保持这些对准公差，这在国防相关应用中可能非常严苛。规模经济正在推动光电封装行业进入图1所示的供应链模型，其包括独立的代工、封装和产品装配实体。每个实体都专门化并提供大批量生产设施。代工厂使用前沿的CMOS技术制造电子IC。由于光学器件比晶体管大得多，因此单独的代工厂通常使用后沿的光刻工艺制造光子IC。通过使用晶片到晶片或芯片到晶片技术组装它们，代工厂可以生产IC的堆叠体。然后，IC组件通常被运送到单独的设施，其将IC封装到硅或玻璃中介层和或电基板上。具有球栅阵列的有机基板在商业应用中是常见的，但是国防相关的应用仍然通常在密封封装中使用陶瓷基板。然后将电子组件运送到另一个设施，其在产品组装期间将光电模块集成到另一个印刷电路板上。该设施通常附接光纤电缆并负责测试光电性能。如果发现任何缺陷，他们有义务修理返工更换昂贵的光子器件或光纤电缆。对于需要光纤连接器和布线的大批量、低成本光子产品而言，这种供应链存在问题。代工厂配备了洁净室设施和高精度自动化机械，但这在附接光纤电缆的过程中还为时过早，因为电缆会在封装步骤中干扰印刷电路板的组装。遗憾的是，高精度的专业知识和设备在封装设施中变得越来越少，甚至在产品装配设施中也越来越少。在许多情况下，封装商和产品组装商对光学对准和光学测试几乎没有任何经验。对于使用中板光电收发器构建网络交换机的网络交换机制造商来说，这是一个极大的挑战，因为它需要洁净室组装方法和大量的光电诊断，包括光纤电缆和连接器的测试。因此，由于光学连接问题导致生产成本大大增加，交换机制造商的良率低。本发明的受让人，nanoPrecisionProducts，Inc.nPP开发了各种专有的光学耦合连接装置，其具有与光学数据传输相关的光学平台。nPP已经证明了使用超高精度冲压工艺制造金属光学平台MOB的能力。这种制造技术可以生产小批量每月数百个到大批量每周数百万个的MOB，其微尺度特征的尺寸公差低至+-250nm。这使得可以对需要亚微米公差的光纤连接器部件进行冲压，以在单模光纤布线或将光纤连接到光子芯片时实现高耦合效率。例如，US20130322818A1公开了一种光学耦合装置，其包括具有用于路由光学数据信号的冲压结构化表面的MOB，特别是用于路由光学信号的光学耦合装置，包括基部、在基部上限定的结构化表面，其中结构化表面具有一个或多个表面轮廓例如，非球面微镜，其重新成形、折叠和或反射入射光；以及在基部上限定的对准结构，配置有表面特征以便于将基部上的一个或多个光学部件定位成与结构化表面光学对准，以允许光沿着结构化表面与一个或多个光学部件之间的一个或多个限定路径传输，其中结构化表面和对准结构通过冲压基部的可延展材料而整体地限定在基部上。为了正确操作，支撑在印刷电路板上的光电器件需要高效地将光耦合到外部光纤。大多数光电器件例如，PIC需要单模光学连接，其需要光纤和器件之间的严格对准公差，通常小于1微米。这通常通过移动光纤连接器同时监测PIC和连接器中的光纤之间传输的光功率来完成。这种有源光学对准程序涉及相对复杂、低吞吐量的任务。有源光学对准程序的现有状态是昂贵的任务，因为它们排除了普通电子和装配过程的使用，和或通常不适合许多PIC所需的单模应用。当需要使用有源光学对准程序将许多光纤与PIC上的元件光学对准时，问题变得更加困难，其中单独光纤的位置和取向通过机械调整，直到在光纤和PIC之间转移的光功率量最大化。此外，在这方面，PIC必须在有源对准程序期间通电。如果激光器附接到PIC，则激光器必须通电以进行有源光学对准。这要求首先将激光器组装到PIC，并且在光纤连接器可以对准之前将电能提供给激光器。如果光信号通过连接器中的光纤发送，则PIC仍然需要被供电或以其他方式通电和或激活，以提供光信号的光功率的读数，以确定实现光学对准时的最大值。因此，迄今为止，有源光学对准过程需要与PIC的电连接。需要将光学子组件例如，MOB光学地对准到光电器件例如，PIC的改进方法，而不必提供到光电器件的电连接，这将以更低的成本改善吞吐量、公差、加工性能、易用性、功能性和可靠性。发明内容本发明通过以下方式克服了现有技术的缺点，提供用于将光学子组件例如，包括MOB的光学子组件光学对准到光电器件例如，PIC的对准特征部，而不需要与光电器件的电连接。本发明的光学对准方案以更低的成本改善了吞吐量、公差、加工性能、易用性、功能性和可靠性。在本发明的上下文中，光学对准涉及光学子组件相对于光电器件的定位，以将光学子组件的相应的光学元件或组件的光轴对准到光电器件的对应的光学元件或组件的光轴，以便将光电器件和光学子组件之间的光信号衰减最小化到可接受的容差内。根据本发明，光电器件不设置有用于光学对准的有源部件例如，激光器、光电二极管等。光学子组件和光电器件的光学对准是使用光电器件外部的光源和光接收器实现的。通过使用光接收器测量由光源提供的光学对准信号其已经在设置在光学子组件和光电器件上的光学对准特征部之间传输的光功率反馈，本发明的光学对准特征部和方法实现光学子组件与光电器件之间的亚微米级的光学对准。在一个实施例中，在光电器件中设置无源波导形式的对准特征部，并且依赖于波导相对于光学子组件上的对准特征部的位置来确定光学子组件和光电器件之间的光学对准。在一个实施例中，无源波导设置在光电器件的有源区域之外。在本发明的上下文中，光电器件的有源区域是这样的区域：在该区域中，限定光路以在光电子器件的正常有源操作期间在光学子组件和光电器件之间传输光学数据信号。在一个实施例中，光学子组件设置有对准特征部，其包括第一对准反射表面，其将光学对准信号从光源引导即，折叠、整形和或聚焦到光电器件上的波导的输入部，以及第二对准反射表面，在已经将对准信号通过波导从输入部传输到输出部之后，第二对准反射表面将来自波导的输出部的对准信号引导即，折叠、整形和或准直到光接收器。通过调节光学子组件和光电器件之间的相对位置，并检测从第二对准反射表面反射的对准信号的光功率，可以确定光学子组件和光电器件的最佳光学对准的位置例如，在检测到的最大光功率处；即，在最低光信号衰减处。在一个实施例中，波导的输入部和输出部均包括光栅耦合器，其中，第一光栅耦合器从光学子组件的第一对准反射表面接收对准信号，并且，第二光栅耦合器将对准信号输出到光学子组件的第二对准反射表面。在一个实施例中，光源和光接收器设置在光学子组件的外部。在一个实施例中，光学子组件包括光学平台子组件，其具有在其上限定的光学数据反射表面，用于在光电器件的正常有源操作期间在光学平台子组件和光电器件之间引导操作数据信号。在一个实施例中，光学平台子组件是光纤子组件OFSA的形式，其支撑与数据反射表面光学对准的一个或多个光纤即，相应的光纤的光轴与对应的数据反射表面的光轴对准。在一个实施例中，第一对准反射表面和第二对准反射表面均通过冲压可延展的金属而形成。在一个实施例中，光学子组件还包括具有光学对准特征部的单独的对准结构。对准结构包括对准基座，其支撑与该基座物理地对准的光学平台子组件。根据本发明的对准方案，基座与光电器件光学对准，从而将支撑在基座上的光学平台子组件与光电器件光学对准。在一个实施例中，基座设置有对准特征部，其包括与前一实施例类似的对准反射表面。在另一实施例中，基座设置有对准特征部，包括第一对对准反射表面，其将来自光源的光学对准信号引导到光电器件上的波导的输入部，以及第二对对准反射表面，在已经将对准信号通过波导从输入部传输到输出部之后，第二对对准反射表面将来自波导的输出部的对准信号反射到光接收器。通过调节基座和光电器件之间的相对位置，并检测从第二对对准反射表面反射的对准信号的光功率，可以确定基座和光电器件的最佳光学对准例如，在检测到的最大光功率处。在一个实施例中，光学平台子组件和基座可以通过可重新连接或可拆卸的连接结构来耦合，该连接结构配置且构造为，在基座已经与光电器件光学对准之后，允许光学平台子组件可移除地附接，以便与同其对准的基座再次连接。基座可以相对于光电器件永久地附接。基座和光学平台子组件之间的对准可以通过无源、运动学耦合、准运动学耦合或弹性平均耦合来实现。无源对准耦合允许光学平台子组件经由已与光电器件光学对准的基座可拆卸地耦合到光电器件。连接器可以从基座拆卸并重新附接到基座，而不会影响光学对准。因此，根据本发明，基座可以通过光学对准附接到电路板，并且在电路板完全布置之后，可以将具有光纤电缆的光学平台子组件连接到电路板。因此，光纤电缆在组装电路板期间不会造成妨碍。本发明提供了一种光学子组件与光电器件的光学对准的方法，该方法可以由具有大约1微米定位精度的拾放机械来实现。这适用于单模光纤连接。附图说明为了更全面地理解本发明的本质和优点，以及优选的使用模式，应参考结合附图阅读的以下详细描述。在以下附图中，在所有的附图中，相同的附图标记表示相同或相似的部件。图1是描绘光电封装产业中的供应链模型的示意流程图。图2A是根据本发明的一个实施例的包括光学平台子组件的光学子组件的透视图；并且，图2B是其分解图。图3A是图2A的光学子组件的透视图；图3B是图2A的光学子组件的俯视图；并且，图3C是图2A的光学子组件的透视图，示出了数据光信号和对准光信号的信号路径。图4A示出了光学子组件放置在光电器件上的侧视图；图4B是沿着图4A中的线4B-4B截取的剖视图。图5A是图4A中的光电器件的俯视图，示意性地示出了根据本发明的一个实施例的波导和光栅耦合器的布局；且图5B是VCSEL芯片的俯视图，示意性地示出了根据本发明的一个实施例的波导和光电部件的布局。图6A是根据本发明的实施例的光学子组件的透视图，其附接到支撑在电路板上的光电器件上；且图6B是其分解图。图7A是附接到光电器件的光学子组件的透视图，其中固定夹被移除；图7B是其端视图；图7C是其俯视图；图7D是其侧视图，且图7E是沿着图7C中的线7E-7E截取的剖视图。图8是图7A中的光电器件的俯视图，示意性地示出了根据本发明的一个实施例的波导和光栅耦合器包括对准光栅耦合器的放置方式。图9A是根据本发明的实施例的光学子组件的对准基座的透视图，其设置在用于光学对准的光电器件上；图9B是其分解图；图9C是其俯视图；且图9D是沿着图9C中的线9D-9D截取的剖视图。图10是图6A的光学子组件的光学平台子组件的透视图。图11A示出了准备接收光学子组件的对准基座和光电器件的电路板；图11B示出了在已经光学对准之后的光学子组件的对准基座和光电器件的放置方式。具体实施方式下面参考附图参照各种实施例描述本发明。尽管根据实现本发明目的的最佳模式描述了本发明，但本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以鉴于这些教导实现变化。本发明通过以下方式克服了现有技术的缺点，提供用于将光学子组件例如，包括MOB的光学子组件光学对准到光电器件例如，PIC的对准特征和方法，而不需要与光电器件电连接。这一具有创造性的光学对准结构和方法以更低的成本改善吞吐量、公差、加工性能、易用性，功能性和可靠性。在本发明的上下文中，光学对准涉及光学子组件相对于光电器件的定位，用以将光学子组件的相应的光学元件或组件的光轴对准到光电器件的对应的光学元件或组件的光轴，以便将光电器件和光学子组件之间的光信号衰减最小化到可接受的容差范围内。根据本发明，光电器件不设置有用于光学对准的有源部件例如，激光器、光电二极管等。光学子组件和光电器件的光学对准是使用光电器件外部的光源和光接收器实现的。光源提供的光学对准信号在设置在光学子组件和光电器件上的光学对准特征之间传输，通过使用光接收器测量光源提供的光学对准信号的光功率反馈，本发明的光学对准方案实现光学子组件与光电器件之间的亚微米级sub-micrometer光学对准。作为示例而非限制，下面将结合光电集成电路PIC，例如，硅PICSiPIC形式的光电器件和光纤子组件OFSA形式的光学子组件OSA来描述本发明。然而，其他类型的光电器件例如，诸如激光器、光电二极管、发射器、接收器和或收发器的分立器件，其可能未在PIC中实现和光学子组件例如，具有其他光学元件或组件，比如具有或不具有光纤的透镜、滤光器、激光器、光电二极管等可以实现本文公开的光学对准结构和方法，而不脱离本发明的范围和精神。在一个实施例中，光学子组件包括光学平台子组件，其具有限定在其上的光学数据反射表面，用于在光电器件的正常有源操作期间，在光学平台子组件和光电器件之间引导操作数据信号。在所示的实施例中，OSA是OFSA形式，其支撑与数据反射表面光学对准的一个或多个光纤即，相应的光纤的光轴与对应的数据反射表面的光轴对准。参考图2A至3C所示的实施例，OSA20包括光学平台子组件，其更具体地是OFSA的形式。OSA20包括基部21和支撑在基部21内的空间29中的芯部22。芯部22限定多个凹槽23，用于牢固地保持光纤电缆33中的光纤30的端部部分31即，包层暴露的裸露部分，没有保护性缓冲层和护套层32。芯部22还限定布置成排的多个数据反射表面26例如，凹形的非球面微反射镜表面，每个数据反射表面26对应于对应的凹槽23，使得光纤30的端部部分31保持在凹槽23中且与数据反射表面26光学对准。与基部21和芯部22类似的结构及其形成过程在US20160016218A1共同转让给本发明的受让人，并通过引用完全并入本文中详细公开，其公开了冲压形成具有结构化特征的不同材料的复合结构，包括被压印成用于芯部的更具延展性的材料例如，铝的微尺度特征，以形成敞开的凹槽用于将光纤保持为与非球面微反射镜的冲压阵列光学对准。由于是在芯部材料在基部中就位的同时冲压芯部的特征，所以芯部像铆钉一样附接到基部。本发明利用了其中公开的构思。凹槽23构造成通过夹紧光纤部分31，例如通过机械或过盈配合或压配合，来牢固地保持光纤部分31包层暴露的裸露部分，没有保护性缓冲层和护套层。过盈配合确保光纤部分31被夹紧就位，因此，光纤部分31相对于数据反射表面26的位置和取向由凹槽23的位置和纵向轴线设定。夹紧开口沟槽结构的进一步细节可见于美国专利No.8,961,034B2共同转让给本发明的受让人，并通过引用完全并入本文。本发明利用了其中公开的概念。如图示的实施例中所示，在OSA20上设置电缆应变释放件27，用以为光纤电缆33提供保护。另外，盖28设置在凹槽23上，用以降低光纤部分31从凹槽23松脱的风险。盖28还用作间隔物，如图4A和4B中更清楚地显示。OSA20设置有对准特征部，包括在芯部22上的第一对准反射表面24和第二对准反射表面25。在所示的实施例中，第一对准反射表面24和第二对准反射表面25位于数据反射表面26的排的两端的外侧，位于芯部22的每侧的凹口34’，35’中。通常，第一对准反射表面24将光学对准信号10从外部光源例如，激光器，未示出引导即，通过折叠、整形和或聚焦到PIC100其将在下面参考图4A、4B和5中的光栅耦合器进一步讨论，并且，第二对准反射表面25将同一光学对准信号10从PIC100其将在下面参考图4A、4B和5中的光栅耦合器进一步讨论引导即，通过折叠、整形和或准直到外部光接收器例如，发光二极管，未示出。第一对准反射表面24和第二对准反射表面25未与任何光纤凹槽对准。这些反射表面24和25仅用于根据本发明的光学对准目的，并且它们不用于在PIC100的正常有源操作期间引导数据光信号。如下面进一步讨论的，通过调节OSA20和PIC100之间的相对位置，并检测从第二对准反射表面25反射的对准信号20的光功率，可以确定OSA和光电器件的最佳光学对准的位置例如，在检测到的最大光功率处；即，在最低光信号衰减处。在所示的实施例中，用于对准的光源和光接收器设置在OSA20的外部。应当在基部21中设置间隙，以允许来自外部源的对准光信号10穿过基部21入射在芯部22上的反射表面24处，并允许将对准光信号10从对准反射表面25穿过基部21重定向到外部接收器。在所示的实施例中，开口、凹口或切口34设置在基部21的与芯部22的侧面上的凹口34’匹配的一侧，用于入射的对准光信号10；并且，开口、凹口或切口35设置在基部21的与芯部22的侧面上的凹口35’匹配的一侧，用于来自对准反射表面25的重定向的对准光信号10。在一个实施例中，第一对准反射表面24和第二对准反射表面25以及数据反射表面26通过冲压芯部22的可延展金属一起形成，以便在单一的冲压操作中精确地限定对准反射表面24和25相对于数据反射表面26的相对位置，以实现严格的公差。美国专利No.7,343,770共同转让给本发明的受让人，并通过引用全部并入本文公开了一种用于制造小公差部件的新型精密冲压系统。这种创造性的冲压系统可以实施各种冲压工艺，以制造本文所公开的结构。所公开的冲压工艺涉及冲压块体材料例如，金属坯料，以形成具有严格即，小的公差的最终表面特征，包括具有与其他限定的表面特征部精确对准的期望的几何形状的反射表面。本发明利用了其中公开的概念。根据本发明，反射表面和凹槽在尺寸上精确到优于+-500nm，这足以实现用于单模光纤连接的期望的光学对准公差，并足以实现小于0.5dB的低插入损耗89％耦合效率，甚至可实现低至0.35dB的插入损耗93％耦合效率。在一个实施例中，在光电器件中设置无源波导passivewaveguide形式的对准特征部，并且依赖于该波导相对于光学子组件上的对准特征部的位置来确定光学子组件和光电器件之间的光学对准。在所示的实施例中，波导的输入部和输出部均包括光栅耦合器gratingcoupler，其中，第一光栅耦合器104从OSA20的第一对准反射表面24接收对准信号10，并且，第二光栅耦合器105将对准信号10输出到OSA20的第二对准反射表面25。图5A是根据本发明的一个实施例示意性地示出波导和光栅耦合器在PIC100的顶表面处的布局的俯视图。具体地，对准波导102在对准波导102的输入端口处设置对准光栅耦合器104，并且在对准波导102的输出端口处设置对准光栅耦合器105。对准光栅耦合器104和105耦合用于光学对准PIC100和OSA20的对准光信号10，这将在下面更详细地讨论也参见图4B。对准波导102在输入端口处的光栅耦合器104和输出端口处的光栅耦合器105之间传输光信号。此外，在PIC100上存在光栅耦合器110和通向光学元件、光学组件和或光子电路108例如，激光器、光电二极管等，在图5中共同且示意性地描绘的对应的数据波导112。对准波导102和数据波导112是无源光波导，其路由通过其中的光信号。数据光栅耦合器110在PIC100的正常有源操作期间在PIC和OSA之间耦合光学数据信号，由此，每个光栅耦合器110对应于OSA20中的一数据反射表面26光纤部分31。对准光栅耦合器104和105、数据光栅耦合器110、对准波导102和数据波导112可以通过例如将这些特征部光刻图案化到PIC100的表面上而形成在PIC100上。通常，在US20160377821A1共同转让给本发明的受让人，并通过引用完全并入本文中讨论了PIC与OSA特别是包括OFSA的OSA之间的光学耦合。如其中所公开的，OFSA中的非球面凹面镜将进入或离开光纤阵列的光整形和或聚焦到PIC的表面上的衍射光栅耦合器中，以便允许光纤的轴以小角度或平行于PIC的表面定向，并降低为靠近PIC的表面。该非球面凹面镜还配置为整形来自平坦抛光光纤的光以产生类似于成角度抛光光纤模场的模场，以匹配设计为用于成角度抛光光纤的现有光栅耦合器的设计角度。光学连接器中的反射镜和光纤对准结构通过精密冲压整体同时地形成。本发明利用了其中公开的概念。在一个实施例中，对准波导102设置在PIC100的有源区域106的外部。在本发明的上下文中，光电器件的有源区域106是这样的区域：在该区域中，限定光路以在PIC的正常有源操作期间在光学子组件和PIC之间传输光学数据信号。在图5的所示的实施例中，输入光栅耦合器104和输出光栅耦合器105位于对准波导102的两端，其沿着成排的数据光栅耦合器110的一侧延伸。图4A和4B示出了根据本发明的将OSA20放置在PIC100上，以进行光学对准。图3C是图2A中的OSA20的透视图，示出了数据光信号和对准光信号的信号路径。参考图4B，示出了对准光信号10的光路11。来自外部源的对准光信号10入射到非球面凹面对准反射表面24上，其对光学信号10进行折叠、整形和或聚焦，以在对准波导102的输入端口处的光栅耦合器104处入射。在该实施例中，对准光信号10从基部的侧面穿过基部21进入。对准光信号10通过对准波导102传输，并通过对准波导102的输出端口处的光栅耦合器105离开。非球面凹面对准反射表面25对要传输到外部接收器的对准光信号10进行折叠、整形和或准直。在该实施例中，对准信号10从基部21的相对侧穿过基部21离开。通过监视来自对准反射表面25的对准光信号10的功率水平，最佳光学对准处于功率计的最大功率水平的读数点。在实现光学对准之后，使用环氧树脂或通过焊接将OSA20附接到PIC100，以确保OSA20和PIC的相对位置。在光学对准之后，PIC100上的数据光栅耦合器110也将与OSA20中的对应的数据反射镜26光学对准。根据本发明，不需要使用经由光纤部分31、数据反射表面26和光栅耦合器110的有源对准来需要实现OSA20和PIC100的光学对准。可以理解，对准光信号10是用于OSA20和PIC100的光学对准的专用信号。在光学对准过程之后，且在PIC100的正常有源操作期间，不存在这样的对准光信号10。实际上，拾放夹持器pick-and-placegripper机构将OSA20保持在可以使OSA20相对于PIC100平移和定向的平台上。光纤电缆从外部源例如，激光器延伸到夹持器的本体。夹持器在光纤电缆的尖端和对准反射表面24之间提供光学对准。第二个光纤电缆将从夹具延伸到接收器例如，连接到功率计的光电二极管，并且，夹持器将确保该光纤电缆与对准反射表面25之间的对准。这两个光纤电缆将附接在夹具中，使得每当夹具拾取新的OSA时，它就会自动对准光纤电缆的输入和输出端面。可以将透镜添加到夹具中以聚焦离开进入光纤电缆的端面的光。本文将不再进一步讨论取放夹具的配置，因为这种夹具可以使用现有技术的夹具机构来配置，其被修改以根据本发明进行操作。因此，本发明提供了一种光学子组件与光电器件的光学对准的方法，该方法可以用具有大约1微米定位精度的拾放机械来实现。这适用于单模光纤连接。根据本发明，至少可以实现以下优点：a.由于在对准过程中使用的激光器和功率计可以集成到拾放夹具中，因此，在对准过程中不必对光子电路通电。b.对准过程不需要数据光纤电缆上述实施例中的33中的光纤，因此，电缆中的每个光纤都可用于输入输出光学数据。c.用于光学数据输入输出的数据反射表面26和用于光学对准的对准反射表面24，25是可以在冲压过程中同时形成以实现单模公差的表面特征部。d.通过将OSA附接到光学平台子组件，不增加额外的单独部件。e.在光纤电缆端接期间，不需要额外的组装过程。代替PIC上的数据光栅耦合器110，本发明还可以与其他表面发射或表面接收光子器件一起使用，包括垂直腔表面发射激光器和光电二极管。对于1×4VCSEL垂直腔面发射激光器阵列130的情况，这在图5B中通过示例示出。类似的对准光栅耦合器104'和105'以及对准波导102'也可以光刻图案化到VCSEL芯片的表面上，然后光学子组件可以与VCSEL阵列130的发射区域光学对准。类似的方法也可以与光电二极管阵列未示出一起使用。图8-11示出了本发明的另一实施例。本发明的这一光学对准的构思类似于前一实施例，即，由外部光源提供的光学对准信号在设置在光学子组件和光电器件上的光学对准特征部之间传输，通过测量由外部光源提供的光学对准信号的光功率的反馈，实现光学子组件和光电器件之间的光学对准。在该实施例中，光学子组件还包括单独的对准结构，其具有与光学平台组件相结合的光学对准特征。对准结构包括对准基座，其支撑与基座物理对准的光学平台子组件。根据本发明的这一对准方案，基座与光电器件光学对准，从而将支撑在基座上的光学平台子组件与光电器件光学对准。在一个实施例中，基座设置有对准特征部，其包括与前一实施例类似的对准反射表面。在另一实施例中，基座设置有对准特征部，包括第一对对准反射表面，其将光学对准信号从光源引导到光电器件上的波导的输入部，以及第二对对准反射表面，其在已经将对准信号通过波导从输入部传输到输出部之后，将从波导的输出部引导的对准信号反射到光接收器。通过调节基座和光电器件之间的相对位置，并检测从第二对对准反射表面反射的对准信号的光功率，可以确定基座和光电器件的最佳光学对准例如，在检测到的最大光功率处。参考图6A至7E，图6A至6B示出了根据本发明的实施例的OSA320，其安装在PIC101上，该PIC101支撑在具有球栅阵列BGA的电路板333上；且图6B是其分解图。图7A至7E是附接到PIC101的OSA320的各种视图，其中固定夹334被移除。如图所示，光电模块335安装在电路板333上。电路板333支撑用于锚固固定夹334的锚固件336。在该示出的实施例中，OSA320包括OFSA520形式的光学平台子组件和OFSA520将要安装到其上的对准基座420。该实施例中的OSA320的基座420设置有用于将基座420以及因此OSA320光学对准到PIC101的对准特征部即，对准反射表面。如下面将进一步说明的，在已经实现并固定基座420和PIC101的光学对准之后，可以将OFSA520安装到基座420上。参照图10所示的实施例，OFSA520具有与前一实施例中的OSA20类似的“铆钉rivet”结构，包括基座321和支撑在基座321内的空间329中的芯部322。芯部322限定多个凹槽323，用于牢固地保持光纤电缆33中的光纤30的端部部分31即，包层暴露的裸露部分，没有保护性缓冲层和护套层32。为简单起见，图10中未示出光纤部件，但是可以结合先前描述的实施例参考其他附图。芯部322还限定布置成一排的多个数据反射表面326例如，凹面的非球面微反射镜表面，每个数据反射表面326对应于对应的凹槽323，使得光纤30的端部部分31保持在凹槽323中且与数据反射表面326光学对准。与基部321和芯部322类似的结构及其形成过程在US20160016218A1共同转让给本发明的受让人，并通过引用完全并入本文中详细公开，其公开了冲压形成具有结构化特征的不同材料的复合结构，包括被压印成用于芯部的更具延展性的材料例如，铝的微尺度特征，以形成敞开的凹槽来将光纤保持为与非球面微反射镜的冲压阵列光学对准。由于在芯部的材料在基部中就位的同时冲压芯部的特征，所以芯部像铆钉一样附接到基部。本发明利用了其中公开的概念。凹槽323构造成通过夹紧光纤部分31，例如通过机械或过盈配合或压配合，来牢固地保持光纤部分31包层暴露的裸露部分，没有保护性缓冲层和护套层。过盈配合确保光纤部分31被夹紧就位，因此光纤部分31相对于数据反射表面326的位置和取向由凹槽323的位置和纵向轴线设定。夹紧开口凹槽结构的进一步细节可以见于美国专利No.8,961,034B2共同转让给本发明的受让人，并通过引用完全并入本文。本发明利用了其中公开的概念。如图10所示，与数据反射表面326在同一侧的表面399设置有用于可拆卸的无源对准耦合的表面纹理将在下面讨论。图8是根据本发明的一个实施例的示意性地示出波导和光栅耦合器在PIC101的顶表面处的布局的俯视图。如上文所述，对准波导1102在对准波导1102的输入端口处设置有对准光栅耦合器1104，并且在对准波导1102的输出端口处设置有对准光栅耦合器1105。对准光栅耦合器1104和1105耦合对准光信号10，以用于光学对准PIC101和OSA320经由基座420。对准波导1102在输入端口处的光栅耦合器1104和输出端口处的光栅耦合器1105之间传输光信号。此外，在PIC101存在光栅耦合器110和通向光学元件、光学组件和或光子电路108例如，激光器、光电二极管等，在图8中共同地和示意性地描绘的对应的数据波导112。波导1102和112是无源光波导，其路由通过其中的光信号。数据光栅耦合器110在PIC101的正常有源操作期间在PIC101和OSA320之间耦合光学数据信号，由此，每个光栅耦合器110对应于OSA320中的数据反射表面326光纤部分31。对准光栅耦合器1104和1105、数据光栅耦合器110、对准波导1102和数据波导112可以通过例如将这些特征光刻图案化到PIC101的表面上而形成在PIC上。在所示的实施例中，对准波导1102设置在PIC101的有源区域106的外部。在该实施例中，输入对准光栅耦合器1104和输出对准光栅耦合器1105位于对准波导1102的两端，其大致沿着数据光栅耦合器110的行的一侧延伸。与前一实施例不同，对准波导1102的端部朝向光栅耦合器110的行弯曲，使得对准光栅耦合器1104和1105大致与光栅耦合器110的线共线。尽管如此，对准光栅耦合器1104和1105在有源区域106之外。该修改的布局几何形状对应于基座420上的对准反射表面相对于OFSA520上的数据反射表面的相对位置，这不影响本发明的创造性概念。如图所示，基座420配置为整体的单件U形块，其中，较薄的中间部分421在每侧连接至两个较厚的部分424，其限定用于接收OFSA520如图7A所示的空间422。在中间部分421处设置开口，以允许数据光信号在OFSA520和PIC101之间通过。中间部分421的顶部表面设置有纹理，用于可拆卸地无源对准耦合到OFSA520将在下面讨论。在图中未示出的是，OSA320的基座420可以设置有对准特征部，该对准特征部包括在前一实施例中在芯部22上设置的类似的对准反射表面即，在基座420上设置第一和第二对准反射表面代替OFSA的芯部，并提供进入基座420的侧面的外部对准信号10，以入射在第一对准反射表面上，以重定向到PIC101上的对准光栅耦合器1104，从光栅耦合器1105输出的同一对准信号被第二对准反射表面重定向，以离开基座420的相对侧。图9A到9D示出了修改的光学对准特征部，其适应相对于OSA320竖直入射的对准光信号10。具体地，在该实施例中，基座420设置有对准特征部，其包括第一对互补的对准反射表面，其将光学对准信号从光源引导到光电器件上的波导的输入部，以及第二对互补的对准反射表面，其在已经将对准信号通过波导从输入部传输到输出部之后，将从波导的输出部引导的对准信号反射到光接收器。通过调节基座和光电器件之间的相对位置，并检测从第二对对准反射表面反射的对准信号的光功率，可以确定基座和光电器件的最佳光学对准例如，在检测到的最大光功率处。第一对和第二对对准反射表面在图9B和9D中更清楚地示出。第一对324对准反射表面设置在基座420的部分424处，且第二对325对准反射表面设置在基座420的部分425处。第一对324包括对准反射表面1324a和1324b；第二对325包括对准反射表面1325a和1325b。对准反射表面1324a和1325a可以是平坦的反射表面，并且，对准反射表面1324b和1325b可以是凹面的非球面反射表面。无论如何，每一对中的对准反射表面的几何形状是匹配的，使得入射的外部对准光信号10可以被成形、折叠、和或聚焦到具有垂直光路的对应的光栅耦合器1104上，并且，来自光栅耦合器1105的对准光信号10可以被成形、折叠和或准直以指向具有垂直光路的外部功率计。如图所示，每一对中的对准反射表面配置为将对准光信号折叠两次以遵循之字形光路411图7E和9D，使得每一对的入射光路和输出光路是大致平行的。如图7E和9D所示，对准反射表面1324a折叠入射对准光信号10，将对准光信号10重定向到对准反射表面1324b，对准反射表面1324b折叠对准光信号10并重定向到PIC101上的光栅耦合器1104。对准反射表面1324a、1324b、1325a、1325b可以通过使用在US20160016218A1共同转让给本发明的受让人，并通过引用完全并入本文中详细公开的“铆钉”方法进行冲压，在部分424和425内冲压不同的芯材料来形成。这类似于在先前实施例中在OSA20的基部21中形成芯部22的冲压。通过使用适当的模具和冲头套件，两对的两个对准反射表面即，所有四个对准反射表面可以在最终的冲压操作中同时被冲压，以便精确地限定两个对准反射表面与基座420的相对位置。如图所示，铆钉1424a限定对准反射表面1324a，铆钉1424b限定对准反射表面1324b，铆钉1425a限定对准反射表面1325a，并且铆钉1425b限定对准反射表面1325b。图7E和9D示出了根据本发明的基座420放置在PIC101上，以进行光学对准。示出了对准光信号10的光路411。如图7E和9D所示，对准反射表面1324a折叠垂直入射的对准光信号10，将对准光信号10重定向到对准反射表面1324b，对准反射表面1324折叠对准光信号10并重定向到PIC101上的光栅耦合器1104。在该实施例中，对准光信号10从其顶侧穿过基座420进入。还参考图7B和7C，对准光信号10通过PIC101上的对准波导1102传输，并通过对准波导102的输出端口处的光栅耦合器1105离开。对准反射表面1325b将对准光信号10折叠、整形、和或准直以重定向到对准反射表面1325a，以垂直于基座重定向到外部接收器。在该实施例中，对准信号10穿过基座420垂直地离开，其平行于入射到基座420的对准光信号10。还参见图7A的光学对准信号10的光路411的三维透视图。通过监视来自对准反射表面1325a的对准光信号10的功率水平，最佳光学对准处于功率计的最大功率水平的读数点处。一旦实现了光学对准，基座420使用环氧树脂或焊接附接到PIC101，以固定基座420和PIC101的相对位置。在一个实施例中，OFSA520和基座420可以通过可重新连接或可拆卸的连接结构来耦合，所述连接结构配置且构造为，在基座420已经与PIC101光学对准之后，允许OFSA520可移除地附接，以便与和其对准的基座420再次连接。基座420可以相对于PIC101永久地附接，但OFSA520仍然是可拆卸的。基座420和OFSA即光学平台子组件之间的对准可以通过无源的、运动学耦合、准运动学quasi-kinematic耦合或弹性平均elastic-averaging耦合来实现。在图9B和9D所示的实施例中，可拆卸的无源对准耦合通过设置在OFSA520的面对表面和基座420的中间部分421上的表面纹理399和499来实现。无源对准耦合允许OFSA520经由已与光电器件光学对准的基座420可拆卸地耦合到光电器件。OFSA520可以从基座420拆卸并重新附接到基座420，而不会影响光学对准。因此，根据本发明，基座420可以通过光学对准附接到电路板333上的PIC101，并且在电路板333完全布置之后，可以将具有光纤电缆33的光学平台子组件例如OFSA520可操地连接到电路板333。因此，光纤电缆33不会在组装电路板333期间造成妨碍。在US20160161686A1共同转让给本发明的受让人，并通过引用完全并入本文中详细讨论了上面讨论的与无源对准的可拆卸连接及其益处。本发明利用了其中公开的概念。夹具334提供将可拆卸的OFSA420固定到基座420上的手段，但夹紧到附接到电路板333的锚固件336上。在光学对准之后，PIC101上的数据光栅耦合器110将与OFSA520中的对应的数据反射镜326光学对准。根据本发明，如之前的实施例，不需要使用经由光纤部分31、数据反射表面326和光栅耦合器110的有源对准来实现基座420以及因此OSA320和PIC101的光学对准。可以理解，对准光信号10是用于OSA320的基座420和PIC101的光学对准的专用信号。在光学对准过程之后，并且在PIC101的正常有源操作期间，不存在这样的对准光信号10。如之前的实施例，实际上，拾放夹持器机构将基座420保持在可以使基座420相对于PIC101平移和定向的平台上。光纤电缆从外部源例如激光器延伸到夹持器的本体。夹持器在光纤电缆的尖端和对准反射表面1324a之间提供光学对准。第二个光纤电缆将从夹具延伸到接收器例如，连接到功率计的光电二极管，并且夹持器将确保该光纤电缆与对准反射表面1325a之间的对准。这两个光纤电缆将附接在夹具中，使得每当夹具拾取新的基座420时，它就会自动对准光纤电缆的输入和输出端面。可以将透镜添加到夹具中以聚焦离开进入光纤电缆的端面的光。本文将不再进一步讨论取放夹具的配置，因为这种夹具可以使用现有技术的夹具机构来配置，其被修改以根据本发明进行操作。参照图11A和11B，光学对准并附接的基座420和PIC101位于已布置的电路板333上，例如布置有光电模块335如图11A所示以获得图11B所示的结构，从而备好用于安装OFSA520。更具体地，参考图1中所示的供应链模型的流程，在代工设施处，拾放机构将基座420与PIC101对准。基座420例如焊接到PIC101。然后将其运送到封装设施，在此较低精度的拾放机构将PIC101及附接在其上的基座420定位并附接到电路板333上。可能存在电路板上预先布置的或待布置的附加部件。然后，将具有PIC101和基座420的电路板333运送到产品组装设施，在此，OFSA520在产品组装期间使用上面讨论的无源对准特征部附接到基座。因此，本发明提供了一种光学子组件与光电器件的光学对准的方法，该方法可以用具有大约1微米定位精度的拾放机械来实现。这适用于单模光纤连接。本实施例具有前一实施例的大部分优点。特别地，本实施例至少实现以下优点：a.由于在对准过程中使用的激光器和功率计可以集成到拾放夹具中，因此，在对准过程中不必对光子电路通电。b.对准过程不需要数据光纤电缆33中的光纤，因此，电缆中的每个光纤都可用于输入输出光学数据。c.用于光学数据输入输出的数据反射表面326和用于光学对准的成对的对准反射表面1324a、1324b、1325a和1325b可以在冲压过程中同时形成的表面特征部，以实现单模公差。d.通过将基座420光学对准到PIC101，通过使用OFSA520到基座420的可拆卸耦合，整个OSA320可以保持光学对准。e.在光纤电缆端接期间，不需要额外的组装过程。如前一实施例，PIC101可以用其他表面发射或表面接收光子器件代替，包括垂直腔表面发射激光器和光电二极管，如图5B中的示例所示。***虽然已经参考优选实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的精神、范围和教导的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。因此，所公开的发明仅被认为是说明性的，并且仅受限于所附权利要求中指定的范围。

权利要求：1.一种光电结构，包括：光电器件，其中所述光电器件包括在所述光电器件的有源区域外部的光学对准波导，其中所述对准波导包括输入对准光栅耦合器和输出对准光栅耦合器；以及光学子组件，其包括本体，所述本体具有第一对准反射表面和第二对准反射表面，其中，所述第一对准反射表面配置为可由对准光信号的外部光源接取，其中，所述第一对准反射表面将所述对准光信号反射到所述输入对准光栅耦合器，并且，所述输出对准光栅耦合器将同一对准光信号引导到所述第二对准反射表面，且其中，所述第二对准反射表面能够由所述对准光信号的外部光接收器接取。2.如权利要求1所述的结构，其中，所述第一对准反射表面和所述第二对准反射表面均通过冲压用于所述本体的可延展金属形成。3.如权利要求1所述的结构，其中，所述光学子组件包括光学平台子组件和基座，其中，所述第一对准反射表面和所述第二对准反射表面限定在所述基座上。4.如权利要求3所述的结构，其中，所述基座包括第一对对准反射表面和第二对对准反射表面，所述第一对对准反射表面将光学对准信号从所述光源引导到所述光电器件上的波导的输入部，在所述对准信号已经通过所述波导从所述输入部传输到所述输出部之后，所述第二对对准反射表面将来自所述波导的输出部的对准信号反射至所述光接收器。5.如权利要求4所述的结构，其中，所述基座和所述光学平台子组件通过无源对准可拆卸地耦合。6.一种将光学子组件与光电器件光学对准的方法，其中所述光电器件包括在所述光电器件的有源区域外部的光学对准波导，其中所述对准波导包括输入对准光栅耦合器和输出对准光栅耦合器；并且其中，所述光学子组件包括本体，所述本体具有第一对准反射表面和第二对准反射表面，其中，所述第一对准反射表面配置为可由对准光信号的外部光源接取，其中，所述第一对准反射表面将所述对准光信号反射到所述输入对准光栅耦合器，且所述输出对准光栅耦合器将同一对准光信号引导到所述第二对准反射表面，且其中，所述第二对准反射表面能够由所述对准光信号的外部光接收器接取；调节所述光学子组件和所述光电器件之间的相对位置；并且检测从所述第二对准反射表面反射的对准信号的光功率，以确定最佳光学对准的位置。

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