專利名稱：光學封裝基片、光學器件、光學模塊和模制光學封裝基片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學封裝基片、光學器件、光學模塊和模制光學封裝基片的方法。更具體的講，本發(fā)明涉及一種具有在其上適合安裝光學部件和/或光學元件的表面結(jié)構(gòu)的封裝基片，和模制該封裝基片的方法，同時也涉及一種光學器件和一種采用該封裝基片構(gòu)造的光學模塊。
背景技術(shù)：
使用光纖的光通信系統(tǒng)正從傳統(tǒng)的長距離通信系統(tǒng)發(fā)展成為用戶通信系統(tǒng)。用戶型光通信系統(tǒng)需要使用既小又便宜的光學器件和光學模塊。
在傳統(tǒng)的光學器件或光學模塊中，在像光纖、透鏡和光波導的光學部件之間或在光學部件和像激光器或光電二極管的光學元件之間必須確保同軸對準。通常，光纖、透鏡和光波導的定位都需要高精度，例如，±1μm的容差。所以，在裝配過程中廣泛使用一種稱作“動態(tài)對準”的方法，其中激勵光學元件發(fā)出激光同時監(jiān)測穿過光纖和光波導的光的數(shù)量，并調(diào)節(jié)各部件的位置。然而，這種技術(shù)需要復雜的調(diào)節(jié)作業(yè)，并且是費時的，因此存在著巨大的成本問題。
另一方面，不需要這種調(diào)節(jié)來定位各部件的所謂靜態(tài)對準作為一種簡化光學器件和光學模塊裝配的技術(shù)已經(jīng)引起了關(guān)注。在一種典型的靜態(tài)對準技術(shù)中，光學模塊被使用硅基片來進行裝配，可以是高精度的濕刻蝕(例如，日本專利公開第2001-21771號)?，F(xiàn)在參看圖26說明這種技術(shù)。
參看圖26，一種由硅構(gòu)成的光學封裝基片261包括用來定位光纖264的導槽262(所謂的“V槽”)、用來放置激光器266的標記267和用來定位透鏡265(示出例子中是一平面微透鏡)的導槽263，該透鏡265用來將激光會聚進光纖264。在光學封裝基片261上，光纖264和透鏡265被分別固定在導槽262和263上，激光器266在對準標記267的同時被固定，由此各個部件就相對彼此而被放置。
在這種傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，由于透鏡265的使用，光耦合效率就被提高，同時光纖264和透鏡265的定位也被簡化。注意，盡管在圖26中并未示出，但是在導槽262和導槽263之間可形成一用來安裝隔離器的導槽，借此可以減小向激光器266的反射回光的量。
然而，圖26中示出的傳統(tǒng)光學封裝基片261具有下列問題。
用來放置光纖的導槽262可采用對硅進行各向異性濕刻蝕工藝來形成。該工藝基于這種現(xiàn)象，即硅的面(111)被用主要成分是KOH的液體刻蝕劑有選擇地刻蝕，并且使用樣本SiO2掩模能夠以精確的角度形成導槽262。
然而，因為用于透鏡265(或隔離器)的導槽263的側(cè)壁垂直延伸而不是沿V槽傾斜的方向延伸，所以采用切割工藝而不是濕刻蝕工藝來形成導槽263。特別是，由于透鏡265的光軸和光纖264的光軸需要彼此對準，因此用于透鏡265的導槽263其深度和位置就需要以微米量級的高精度來形成，從而就阻礙了它的大規(guī)模生產(chǎn)。并且，采用切割工藝，光封裝基片261就需要在其整個寬度上進行加工以獲得均勻的槽深(參看圖26中的導槽263)。因此，在圖26示出的的光封裝基片261中，需要沿垂直于光軸即光封裝基片261的寬度方向來動態(tài)地調(diào)節(jié)透鏡265的位置。此外，可定位在基片上的透鏡265限于平面透鏡。
如上所述，在多個不同橫截面形狀的槽形成在由硅制成的光學封裝基片上的情形下，就需要對不同形狀的槽進行不同類型的加工。
現(xiàn)有技術(shù)中已知的另一種方法是采用按壓成型(例如，日本專利公開第9-54222號)，在玻璃基光學封裝基片而不是硅基光學封裝基片上形成用來固定光纖的導槽。注意，按壓成型是現(xiàn)有技術(shù)中一種已知技術(shù)，其作為一種制作非球面玻璃透鏡的方法已經(jīng)被實際應(yīng)用?，F(xiàn)在參看圖27來說明這種技術(shù)。
首先，提供一個在中央具有階地(凹下部分)272的玻璃基片271，和在一表面上具有V形突起的模具273(圖27中的(a))，該V形突起用來形成導引光纖的槽。接著，模具273被壓向通過高溫加熱已軟化的玻璃基片271，從而將用于光纖的導槽274形成在玻璃基片271上(圖27中的(b))。在該步驟中，導槽并沒有被形成在玻璃基片271的階地272上。然后，在其上具有光波導276的光波導基片275被安裝在玻璃基片271的階地272內(nèi)。最后，光纖277被固定在每個導槽274上(圖27中的(c))。通過如上所述的步驟，光波導276和光纖277就相互連接起來。
這種按壓成型需要由極硬的合金等所制成的模具。因為玻璃的按壓成型需要模具既具有很高的熱阻又具有很高的機械強度，所以用于塑性鑄造模具中的材料像電鑄鎳就不能被使用。圖28A和28B示出一種用來形成模具的典型傳統(tǒng)方法，其中的模具被用于模制V槽。模具通過使用一微磨床來形成，該微磨床包括頂端被精加工成V形的圓盤狀金剛石模石281。如圖28A中所示，通過用模石281從一端研磨扁平極硬合金282來得到圖28B中示出的模具283。然后，將制作出的模具283壓向一種已經(jīng)通過加熱軟化的玻璃材料，由此就將模具283的反向圖形轉(zhuǎn)移到玻璃材料上。從而，在其中形成有導槽(V槽)的基片就可以以低成本來大量的制作。
在生產(chǎn)率方面，按壓玻璃的方法要優(yōu)于刻蝕硅的方法。另外，由于作為基片材料的玻璃在其中傳輸UV光，所以采用UV硬化樹脂來將光纖定位(固定)在封裝基片上。因此，就可以簡化并加快定位光學部件或光學元件的步驟。
然而，用來制作形成V槽的模具的微磨床的使用卻限制了模具形狀的變化。例如，圓盤形的模石能形成V形突起，而具有其他復雜形狀的模具就不能用圓盤形的模石來形成。具體地說，為了通過按壓成型來得到在導槽262的附近包括有透鏡導槽263的光學封裝基片，如圖26中所示，就需要提供一包括用來模制導槽262的V形突起和用來模制導槽263的墻形突起的模具。然而，當用微磨床來形成該V形突起時，微磨床就與墻形突起相干涉，從而就阻止模具材料以所需的方式被加工。在微磨床中，很難形成如示出實例中所示的復雜形狀，僅僅可以制作出用于形成簡單形狀(例如，在其上形成有一排平行V槽的基片)的模具。
因此，在傳統(tǒng)的玻璃按壓成型中，就不可能制得具有復雜形狀的模具。所以，僅可對于有限的應(yīng)用(例如，具有沿光纖被放置以提供與另一部件像光波導進行連接的槽的基片)來模制光學封裝基片。由于這種限制，對于光學封裝基片的制作，就不采用使用模具的按壓成型。
如圖27中所示，在形成用于光纖277的導槽274時，就必需確保光波導(即，形成在玻璃基片271中的階地272)相對于水平方向和高度(垂直)方向的預定位置精度。具體地講，水平方向上模具273和玻璃基片271間的對準需要±1μm的容差，模具273沿高度方向按壓進玻璃基片271的位移量也需要±1μm的容差，而且每次進行模制操作時都需要這種嚴格的容差。
然而，在圖27中示出的傳統(tǒng)方法中，可用微磨床形成的各種模具形狀是有限的。因此，就要分別形成放置光波導的階地272和用于光纖277的導槽274。具體地講，為了通過按壓成型來得到如圖27所示的玻璃基片271，就必需提供一包括用來模制導槽274的V形突起和用來模制階地272的另一突起的模具。然而，在用微磨床形成V形突起時，微磨床和用于階地的突起相干涉，從而就阻止模具材料以所需的方式被加工。
因此，在用傳統(tǒng)的方法來制作光學封裝基片時，就難以保證容差為±1μm的那么嚴格的高位置精度，這一容差是單模光纖和光波導間連接所需的。從而，就不能形成批量生產(chǎn)所需的高產(chǎn)量。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的就在于通過使用區(qū)別性的方法和工具來制造一種具有復雜形狀的模具，并且通過使用這種模具來以低成本大數(shù)量的模制光學封裝基片，由此提供具有高功能性、高生產(chǎn)率和高經(jīng)濟效益的光學封裝基片、光學器件、光學模塊及模制光學封裝基片的方法。
為了獲得上述的目的，本發(fā)明具有下面的特征本發(fā)明的第一方面涉及一種用來在其上安裝光學部件/光學元件的光學封裝基片，和一種使用該光學封裝基片的光學器件。
該第一方面的光學封裝基片包括光纖定位第一導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上一光纖的光軸，該第一導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上從預定端面延伸至其上預定位置的槽；透鏡定位第二導向區(qū)，用來固定安裝在光學封裝基片上透鏡的光軸，使得透鏡的光軸與光纖的光軸對準，該第二導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上從另一端面延伸至所述預定位置的槽，其中的該另一端面與所述預定端面相對。
在使用該第一方面光學封裝基片的光學器件中，透鏡被固定到光學封裝基片的第二導向區(qū)，光纖在被緊靠透鏡的同時被固定到第一導向區(qū)。
本發(fā)明的第二方面涉及一種用來在其上安裝光學部件/光學元件的光學封裝基片，和一種使用該光學封裝基片的光學器件。
該第二方面的光學封裝基片包括光纖定位第一導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上光纖的光軸，該第一導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上從預定端面延伸至其上預定位置的槽；透鏡定位第二導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上透鏡的光軸，使得透鏡的光軸與光纖的光軸對準，該第二導向區(qū)被成形為光學封裝基片表面上的凹陷。
在使用該第二方面光學封裝基片的光學器件中，透鏡被固定到光學封裝基片的第二導向區(qū)，光纖被固定到第一導向區(qū)。
依照該第一和第二方面，在水平方向和垂直方向上光纖和透鏡可以以高精度來彼此對準。因此，出自光纖的光可以很容易地被準直或被會聚到預定的位置處。而且，光學器件可以由該光學封裝基片通過非常簡單的步驟而制得，從而就提供極好的生產(chǎn)率和經(jīng)濟性。
本發(fā)明的第三方面涉及一種用來在其上安裝光學部件/光學元件的光學封裝基片，和一種使用該光學封裝基片的光學器件。
該第三方面的光學封裝基片包括光纖定位第一導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上光纖的光軸，該第一導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上從預定端面延伸至其上預定位置的槽；光學部件定位第二導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上的光學部件的光軸，使得光學部件的光軸與光纖的光軸對準，該第二導向區(qū)被成形為光學封裝基片表面上沿垂直于光纖光軸方向延伸的凹陷。
在使用該第三方面光學封裝基片的光學器件中，光纖被固定到光學封裝基片的第一導向區(qū)，光學部件被固定到第二導向區(qū)。
依照該第三方面，在水平方向和垂直方向上光纖和光學部件可以以高精度來彼此對準。因此，通過將作為光學部件的濾光器、隔離器等類似物固定到位置、深度和寬度都是恒定的第二導向區(qū)(狹槽)，對于行進穿過固定到第一導向區(qū)(導槽)的光纖的光，就可以進行波長分離等類似操作。
本發(fā)明的第四方面涉及一種用來在其上安裝光學部件/光學元件的光學封裝基片，和一種使用該光學封裝基片的光學器件。
該第四方面的光學封裝基片包括光纖定位第一導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上光纖的光軸，該第一導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上從預定端面延伸至其上預定位置的槽；光學部件定位第二導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上的光學部件的光軸，使得光學部件的光軸與光纖的光軸對準，該第二導向區(qū)被成形為在光學封裝基片表面上沿垂直于光纖光軸方向延伸的凹陷；和透鏡定位第三導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上透鏡的光軸，使得該透鏡的光軸與光纖和光學部件的光軸對準，且該第三導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上延伸的槽。
在使用該第四方面光學封裝基片的光學器件中，光纖被固定到光學封裝基片的第一導向區(qū)，光學部件被固定到第二導向區(qū)，透鏡被固定到第三導向區(qū)。
依照該第四方面，通過簡單地在光學封裝基片上靜態(tài)地設(shè)置各個部件和元件，光學部件像光纖和濾光器、光學元件像激光器和光電二極管都可以以很高的精度被定位和固定。從而，具有在其上安裝有這些光學部件和光學元件的光傳輸/接收模塊就能以低成本進行大規(guī)模制造。而且，通過在光發(fā)射元件和耦合在其上的光纖間設(shè)置濾光器或隔離器，就能抑制向光發(fā)射元件的反射回光，并可減小傳輸光中的噪聲。
在第三和第四方面，該光學封裝基片還包括位于該光學封裝基片表面上的平臺，用來定位一光接收/發(fā)射元件，使得該光接收/發(fā)射元件的光軸與光纖、光學部件和鏡頭的光軸對準。
通過將一光發(fā)射元件像激光器固定到該平臺上，光就能以很高的光耦合效率被輸入光纖內(nèi)。另外，也可通過將一光接收元件像光電二極管固定到該平臺上，來自光纖的光就能被光電二極管有效地接收。
本發(fā)明的第五方面涉及一種用來在其上安裝光學部件/光學元件的光學封裝基片，和一種使用該光學封裝基片的光學器件。
該第五方面的光學封裝基片包括光纖定位第一導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上第一光纖的光軸，該第一導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上從預定端面延伸至其上預定位置的槽；光纖定位第二導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上第二光纖的光軸，使得該第二光纖的光軸與第一光纖的光軸對準，該第二導向區(qū)被成形為在光學封裝基片表面上從另一端面延伸至所述預定位置的槽，該另一端面與所述預定端面相對；光纖定位第三導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上第三光纖的光軸，該第三導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上平行于第一和第二導向區(qū)延伸的槽；光學部件定位第四導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上的光學部件的光軸，使得該光學部件的光軸與第一和第二光纖的光軸對準，該第四導向區(qū)被成形為在光學封裝基片表面上第一導向區(qū)和第二導向區(qū)之間、沿垂直于第一光纖的光軸和第二光纖的光軸延伸的凹陷。
在使用該第五方面光學封裝基片的光學器件中，光學部件被固定到該光學封裝基片的第四導向區(qū)，第一光纖在被緊靠光學部件的同時被固定到第一導向區(qū)，第二光纖在被緊靠光學部件的同時被固定到第二導向區(qū)，第三光纖被固定到第三導向區(qū)。
依照該第五方面，在水平方向和垂直方向上光纖和光學部件可以以高精度來彼此對準。因此，在多個光纖或光波導芯型被相互平行設(shè)置的情形下，光學部件被固定，同時有選擇地向一些光纖或光波導芯型提供第四導向區(qū)(狹槽)。
本發(fā)明的第六方面涉及一種用來在其上安裝光學部件/光學元件的光學封裝基片，和一種使用該光學封裝基片的光學器件。
該第六方面的光學封裝基片包括對應(yīng)于一預定光波導芯型的波導區(qū)，該波導區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上從預定端面延伸至其上預定位置的槽；和透鏡定位導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上透鏡的光軸，使得該透鏡的光軸與形成在波導區(qū)內(nèi)光波導的光軸對準，該導向區(qū)被成形為在光學封裝基片表面上從另一端面延伸至所述預定位置的槽，該另一端面與所述預定端面相對。
在使用該第六方面光學封裝基片的光學器件中，透鏡被固定到該光學封裝基片的導向區(qū)，波導區(qū)被充滿一種具有比光學封裝基片更高折射率的芯材料，之后，通過使用折射率比芯材料低的粘合劑，一預定的基片被粘附在該光學封裝基片上，以便覆蓋波導區(qū)。
依照該第六方面，在水平方向和垂直方向上波導區(qū)和透鏡可以以高精度來彼此對準。因此，就可以很容易地得到充滿芯材料、用作光波導的波導區(qū)(波導通道)，并且出自光波導的光也可被準直或會聚在預定的位置。而且，光學器件可以由該光學封裝基片通過非常簡單的步驟而得到，因此就提供極好的生產(chǎn)率和經(jīng)濟性。
本發(fā)明的第七方面涉及一種用來在其上安裝光學部件/光學元件的光學封裝基片，和一種使用該光學封裝基片的光學器件。
該第七方面的光學封裝基片包括對應(yīng)于一預定光波導芯型的波導區(qū)，該波導區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上從預定端面延伸至其上預定位置的槽；和光學部件定位導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上的光學部件的光軸，使得該光學部件的光軸與一光纖的光軸對準，該導向區(qū)被成形為在光學封裝基片表面上沿垂直于形成在波導區(qū)內(nèi)光波導的光軸方向延伸的凹陷。
在使用該第七方面光學封裝基片的光學器件中，光學部件被固定到該光學封裝基片的導向區(qū)，波導區(qū)被充滿一種具有比光學封裝基片更高折射率的芯材料，之后通過使用折射率比芯材料低的粘合劑，一預定的基片被粘附在該光學封裝基片上，以便覆蓋波導區(qū)。
依照該第七方面，在水平方向和垂直方向上光纖和光學部件可以以高精度來彼此對準。因此，對于傳播穿過光波導的光，通過將充滿芯材料的波導區(qū)(波導通道)用作光波導，并將作為光學部件的濾色器、隔離器等固定到導向區(qū)(狹槽)，就可以很容易地進行波長分離等操作。
在第六和第七方面中，光學封裝基片還包括位于該光學封裝基片表面上的平臺，用來定位一光接收/發(fā)射元件，使得該光接收/發(fā)射元件的的光軸與形成在波導區(qū)內(nèi)光波導的光軸和光學部件的光軸對準。
通過將一光發(fā)射元件像激光器固定到該平臺上，光就能以很高的光耦合效率被輸入光纖內(nèi)。作為選擇，也可通過將一光接收元件像光電二極管固定到該平臺上，來自光纖的光就能被光電二極管有效地接收。
本發(fā)明的第八方面涉及一種用來在其上安裝光學部件/光學元件的光學封裝基片，和一種使用該光學封裝基片的光學模塊。
該第八方面的光學封裝基片包括對應(yīng)于一預定光波導芯型的波導區(qū)，該波導區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上延伸的槽；光學部件定位第一導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上的光學部件的光軸，使得該光學部件的光軸與形成在波導區(qū)內(nèi)一光波導的光軸對準，該第一導向區(qū)被成形為在光學封裝基片表面上垂直于形成在波導區(qū)內(nèi)所述光波導的光軸延伸的凹陷；透鏡定位第二導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上透鏡的光軸，使得該透鏡的光軸與形成在波導區(qū)內(nèi)所述光波導的光軸對準，該第二導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片上延伸的槽；第一平臺，用來定位一光發(fā)射元件，該第一平臺被設(shè)置在光學封裝基片的表面上，使得該光發(fā)射元件的光軸與形成在波導區(qū)內(nèi)所述光波導的光軸對準；和第二平臺，用來定位一光接收元件，該第二平臺被設(shè)置在光學封裝基片的表面上，使得該光接收元件的光軸與形成在波導區(qū)內(nèi)所述光波導的光軸對準。
在使用第八方面光學封裝基片的光學模塊中，一隔離器或濾光器被固定到該光學封裝基片的所述第一導向區(qū)，所述透鏡被固定到第二導向區(qū)，所述光發(fā)射元件被固定到所述第一平臺，所述光接收元件被固定到所述第二平臺，并且所述波導區(qū)被充滿一種具有比光學封裝基片更高折射率的芯材料，之后通過使用折射率比芯材料低的粘合劑，一預定的基片被粘附在該光學封裝基片上，以便覆蓋所述波導區(qū)。
依照該第八方面，通過簡單地在光學封裝基片上靜態(tài)地設(shè)置各個部件和元件，光學部件像光纖和濾光器、光學元件像激光器和光電二極管都可以以很高的精度被定位和固定，充滿芯材料的波導區(qū)(波導通道)起著光波導的作用。從而，具有在其上安裝有這些光學部件和光學元件的光傳輸/接收模塊就能以低成本進行大規(guī)模制造。而且，通過在光發(fā)射元件和耦合在其上的光纖間設(shè)置濾光器或隔離器，就能抑制向光發(fā)射元件的反射回光，并可減小傳輸光中的噪聲。
在光波導芯型是分叉成分支的波導的情形下，可在其中一條分支上設(shè)置第一導向區(qū)，使得沿垂直于其中一條分支的光軸方向延伸。
本發(fā)明的第九方面涉及一種用來在其上安裝光學部件/光學元件的光學封裝基片，和一種使用該光學封裝基片的光學器件。
該第九方面的光學封裝基片包括至少一個光纖定位導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上的至少一根光纖的光軸，該至少一個導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上從預定端面延伸至其上預定位置的槽；和一基片定位階地，用來固定安裝在該光學封裝基片上的一光波導基片，使得該光波導基片內(nèi)一條光波導的光軸與所述至少一根光纖的光軸對準，該基片定位階地被成形為在光學封裝基片表面上的預定位置處鄰接所述至少一個導向區(qū)的凹陷。
在使用第九方面光學封裝基片的光學器件中，該至少一根光纖被固定到該光學封裝基片的至少一個導向區(qū)，光波導基片被固定到階地。
依照第九方面，用來定位光纖的導向區(qū)(導槽)和用來定位光波導基片的階地在單個步驟中被模制在一起，使得要被安裝的光纖的光軸與光波導的光軸對準。因此，通過使用這種光學封裝基片，就可以實現(xiàn)簡易的連接并提高生產(chǎn)率，其中在這種光學封裝基片中，光纖和光波導在水平方向上和在垂直方向上彼此以很高的精度對準。而且，光學器件可以由該光學封裝基片通過非常簡單的步驟而得到，因此就提供極好的生產(chǎn)率和經(jīng)濟性。
在該第九方面中，通過將對應(yīng)于一光波導芯型的波導區(qū)借助于一種芯材料粘附在光學封裝基片的階地上，來形成所述光波導基片內(nèi)的所述光波導，且該光波導芯型是在所述光波導基片內(nèi)模制的，所述芯材料具有比所述光波導基片和所述光學封裝基片更高的折射率。
從而，簡單地通過將光學封裝基片借助于具有較高折射率的芯材料與光波導基片相互粘附，光波導和光纖就可以很容易地彼此進行連接。
本發(fā)明的第十方面涉及一種用來在其上安裝光學部件/光學元件的光學封裝基片，和一種使用該光學封裝基片的光學器件。
該第十方面的光學封裝基片包括至少一個光纖定位導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上的至少一根光纖的光軸，該至少一個導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上從預定端面延伸至其上預定位置的槽；階地，被成形為在該光學封裝基片表面上的預定位置處鄰接所述至少一個導向區(qū)的凹陷；至少一個對應(yīng)于一光波導芯型的波導區(qū)，該至少一個波導區(qū)被成形在所述階地的表面上以與所述至少一根光纖的光軸對準。
在使用該第十方面光學封裝基片的光學器件中，至少一根光纖被安裝到該光學封裝基片的至少一個導向區(qū)，至少一個導向區(qū)被充滿一種具有比光學封裝基片更高折射率的芯材料，之后，通過使用一種粘合劑，安裝在至少一個導向區(qū)上的至少一根光纖被固定到光纖固定基片，其中該粘合劑具有低于填充在階地內(nèi)芯材料的折射率。
依照該第十方面，就可以得到一種光學封裝基片，其中用來定位光纖的導向區(qū)(導槽)和對應(yīng)于一光波導芯型的波導區(qū)(波導通道)在單個的步驟中被模制在一起。因此，通過使用這種光學封裝基片，就可以實現(xiàn)簡易的連接并提高生產(chǎn)率，其中在這種光學封裝基片中，光纖和光波導在水平方向上和在垂直方向上彼此以很高的精度對準。在這種光學封裝基片中，階地形波導區(qū)被充滿一種具有很高折射率的芯材料，使得波導區(qū)用作光波導。因此，簡單地通過將光纖粘附在導向區(qū)，光波導和光纖就可以相互對準，而不需要動態(tài)地調(diào)節(jié)。從而，光學器件可以由該光學封裝基片通過非常簡單的步驟而得到，由此就提供極好的生產(chǎn)率和經(jīng)濟性。
本發(fā)明的第十一方面涉及一種用來在其上安裝光學部件/光學元件的光學封裝基片，和一種使用該光學封裝基片的光學元件。
該第十一方面的光學封裝基片包括至少一個對應(yīng)于一預定光波導芯型的波導區(qū)，該至少一個波導區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上從預定端面延伸至其上預定位置的槽；和一基片定位階地，用來固定一安裝在光學封裝基片上的光波導基片內(nèi)的光波導的光軸，使得該光波導的光軸與形成在所述波導區(qū)內(nèi)一光波導的光軸對準，該階地被成形為在光學封裝基片表面上的預定位置處鄰接所述波導區(qū)的凹陷。
依照該第十一方面，就可以得到一種光學封裝基片，其中對應(yīng)于一光波導芯型的波導區(qū)(波導通道)和用來定位一光波導基片的階地可在單個的步驟中被模制在一起。因此，通過使用這種光學封裝基片，就可以實現(xiàn)簡易的連接并提高生產(chǎn)率，其中在這種光學封裝基片中，光波導和光波導基片在水平方向上和在垂直方向上彼此以很高的精度對準。
優(yōu)選的是，上述的這些光學封裝基片是通過朝基底材料按壓一模具而形成的，其中的基底材料已經(jīng)被高溫加熱所軟化，以將該模具的反向圖案轉(zhuǎn)錄在基底材料上。該模具除了使用標準研磨工具(制造)外、還可用由微放電機械加工制成預定形狀的精研磨工具來制造。通過這樣使用微放電機械加工，就可以制得具有用微磨床等傳統(tǒng)研磨方法很難得到的復雜形狀的模具。
而且，優(yōu)選的是，這些光學封裝基片是由玻璃制成的。如果使用的是玻璃，則利用模具就可在其表面上形成精確的形狀，并能在各種環(huán)境中提供良好的穩(wěn)定性。由于玻璃在其中傳輸UV光，因此光纖等的固定就可以用UV固化粘合劑來完成，以替代需要較長時間的熱固粘合劑。
聯(lián)系附圖，本發(fā)明的這些和其它目的、特點、細節(jié)和優(yōu)點將從下面本發(fā)明的詳細說明中變得更加明顯。
圖1是說明通常放電成型的原理的示意圖；圖2說明通過微放電機械加工來細微加工一工具電極的方法；圖3是說明依照本發(fā)明第一實施例的光學封裝基片外形的透視圖；圖4是說明用于模制依照第一實施例的光學封裝基片的模具的透視圖；圖5A至5C說明模具是如何用工具電極來制作的，該工具電極被用微放電機械加工來細微加工；圖6是說明依照本發(fā)明第二實施例的光學封裝基片外形的透視圖；圖7是說明依照本發(fā)明第三實施例的光學封裝基片外形的透視圖；圖8是說明依照本發(fā)明第四實施例的光學封裝基片外形的透視圖；圖9是說明依照本發(fā)明第五實施例的光學封裝基片外形的透視圖；
圖10是說明用于模制依照第五實施例的光學封裝基片的模具的透視圖；圖11說明如何通過細微研磨加工來提高圖10模具的平面精度；圖12說明采用依照本發(fā)明第六實施例的光學封裝基片的光傳輸/接收模塊的結(jié)構(gòu)；圖13說明通過使用波導通道來在光學封裝基片上形成光波導的方法；圖14是說明采用依照本發(fā)明第七實施例的光學封裝基片的光傳輸/接收模塊結(jié)構(gòu)的透視圖；圖15說明在其上帶有光纖的圖14的光傳輸/接收模塊；圖16說明采用依照本發(fā)明第八實施例的光學封裝基片的光傳輸/接收模塊的結(jié)構(gòu)；圖17是說明依照本發(fā)明第九實施例的光學封裝基片外形的透視圖；圖18是說明用于模制依照第九實施例光學封裝基片的模具的透視圖；圖19說明如何用由微放電機加工細微加工后的工具電極來制作模具；圖20說明一種用來制作石英基光波導基片的通常方法；圖21說明采用依照本發(fā)明第九實施例的光學封裝基片的光學器件的結(jié)構(gòu)；圖22是說明依照本發(fā)明第十實施例的光學封裝基片其外形的透視圖；圖23說明采用依照本發(fā)明第十實施例的光學封裝基片的光學器件的結(jié)構(gòu)；圖24是說明依照本發(fā)明第十一實施例的光學封裝基片其外形的透視圖；圖25A和25B是說明采用依照本發(fā)明第十一實施例光學封裝基片的光學器件其結(jié)構(gòu)的透視圖；圖26是說明將硅基片作為基底的傳統(tǒng)光學封裝基片其外形的透視圖；圖27說明采用傳統(tǒng)的靜態(tài)對準方法來制作光學器件的一種方法；圖28A和28B說明一種用來形成模制V槽的通常傳統(tǒng)模具的方法；具體實施方式
現(xiàn)在參看附圖將說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
(制作用于按壓成型的模具的方法)首先，將說明一種獲得模具的加工方法，其中的模具是制作本發(fā)明各實施例的光學封裝基片所需的。對于這種加工，使用微放電機械加工(machining)。微處理加工的細節(jié)參看日本精密工程協(xié)會雜志(The Joumal of the Japan Societyfor Precision Engineering)1995年第61卷第10期第1370頁，或者Optical Alliance1995.3第28頁。下面描述微放電機加工。
圖1是說明放電機械加工一般原理的示意圖。參看圖1，連接在心軸11末端的工具電極12和作為要加工目標的工件13(起著電極的作用)浸入在絕緣液體14中，其中心軸11確定一旋轉(zhuǎn)軸。在這種通常實際操作的放電加工中，兩個電極彼此被靠的很近，當借助于放電產(chǎn)生部15來在工具電極12和工件13間施加預定電壓時，產(chǎn)生放電使工件13被熔融掉。隨著由于工件13的熔融而產(chǎn)生較大的間隙，工具電極12就被進一步推進相應(yīng)的距離。為了將工件13加工成希望的結(jié)構(gòu)，就重復這一步驟。
基于類似加工原理的微放電機械加工技術(shù)，利用專門的放電電路來提供大約是通常使用1/100的放電能，從而實現(xiàn)微米量級的粗加工和小于微米量級的精加工。這種微放電機械加工技術(shù)主要具有下述特點(1)由于該技術(shù)是基于非接觸加工，因此可以加工曲面；(2)任何的導電材料都可加工，而不需考慮其機械硬度；(3)能夠進行微加工(大約0.1μm)；和(4)由于可使用直徑幾微米的工具，因此可以加工微結(jié)構(gòu)；本發(fā)明的一個特征是通過利用微放電機械加工技術(shù)的精加工能力，不僅利用微放電機械加工來加工工件，而且還加工工具電極自身。結(jié)果，任何結(jié)構(gòu)的工具電極(例如，三角棱鏡或矩形棱鏡以及柱形棱鏡)都可被實現(xiàn)成幾毫米或更多的單元。例如，因為由燒結(jié)金剛石等構(gòu)成的工具電極的尖端可被精細加工成圓柱形或圓錐形，所以這種工具電極可被用做微研磨模具。
現(xiàn)在，參看圖2說明一種精細加工工具電極的方法。在工具電極精細加工中可以采用的一種加工方法完全披露在日本專利公開第2001-54808號中。
參看圖2，將被加工的軸狀工具材料22附于芯軸21的尖端。借助于配有馬達26的Z平臺(stage)27，工具材料22的位置可沿旋轉(zhuǎn)軸的方向向上或向下移動。在置于X-Y平臺28的加工槽29內(nèi)，固定有用做放電機械加工的電極板23。在圖2示出的實例中，用做放電機械加工的電極板23被固定成平行于Y軸并與X-Y平面呈45°角。處理槽29的內(nèi)部充滿絕緣液體24。由RC電路構(gòu)成、能夠產(chǎn)生微小能級放電脈沖的放電產(chǎn)生部25耦合在工具材料22和用做進行放電機械加工的電極板23之間。從而，就可以對工具材料22進行μm量級的微放電機械加工。
依照上面的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通過將被旋轉(zhuǎn)(或被往復)的電極材料22借助于Z平臺27在送向用于放電機械加工的電極板23的同時，進行微放電機械加工，工具材料22的尖端就可被加工成希望的結(jié)構(gòu)。圖2說明一個實例，即工具材料22在被旋轉(zhuǎn)的同時被加工以具有圓錐形的尖端。注意，用金屬粘接起來的燒結(jié)金剛石可作為工具材料22，這是因為這類燒結(jié)金剛石是導電的。
為了獲得模具制作的效率，下面的工序?qū)⒋_保對工具材料22的加工。
利用X-Y平臺28和Z平臺27，將加工過的工具材料22即工具電極移向已事先被固定在加工槽29內(nèi)的工件30，并定位在適當?shù)奈恢谩Ｍㄟ^探測工具電極和工件30間的電導可實現(xiàn)這種定位，并且工具電極和工件30被逐漸靠近。其次，工具電極在旋轉(zhuǎn)的同時被沿期望的方向移動，以壓向在需精確完工的工件30表面上事先加工過的部分(即圖2示出實例中的V形突起斜面)。從而，就可以改進期望部分(即該例中V形突起的斜面)的成形精度和平面精度。
因此，通過采用使用精加工工具電極的方法，就可以得到具有亞微米級成形精度的極硬合金模具，其被鏡面磨光至大約Ra 20nm或更小的表面粗糙度，而這在傳統(tǒng)上是不可能的。隨著模具表面平面精度的提高，光纖或其它部件的定位精度(例如導槽的平面精度)也被改進，由此光耦合效率的性能就被提高。而且，由于模具表面提高的平面精度有利于和模制相聯(lián)的拔摸(release)加工，因此模具就受到較小的應(yīng)力，由此模具的耐用性就被提高，從而獲得較高的生產(chǎn)率并且比較經(jīng)濟。
注意，傳統(tǒng)以微磨床為基礎(chǔ)的研磨加工會產(chǎn)生幾倍于前述值的表面粗糙度。這大概是因為利用微磨床的研磨加工自然需要連續(xù)和高速的加工直至要求的深度，從而導致最終平面的較低平面精度。
如上所述，通過使用微放電機械加工來加工工具電極，就可以制得各種形狀的精密工具電極，從而使用這些工具電極也就可以制得復雜形狀的模具。
盡管在上面的描述中極硬的合金被舉例說明作為模具材料，但是具有足夠熱阻和機械強度的任何導電材料都可被使用，例如，SUS。作為替代，極硬合金等可被用作模具的母材；導電膜像前述的金屬合金膜可形成在其表面上；并且該膜可被加工成希望的結(jié)構(gòu)。
(將被模制的光學封裝基片的例子)接下來，說明將要模制的光學封裝基片的具體例子，其中光學封裝基片是通過采用如上所述的方法而制得的。
本發(fā)明下面所述的每一個光學封裝基片都是由玻璃材料構(gòu)成的，并且通過向已經(jīng)被高溫加熱所軟化的玻璃材料按壓模具來模制，以此將模具的形狀轉(zhuǎn)移到玻璃材料的表面(按壓成形)。雖然在熱、機械和化學上穩(wěn)定的玻璃材料被優(yōu)選作為光學封裝基片的材料，但是任何允許按壓成形的其它材料也部可使用。本發(fā)明人已經(jīng)通過實驗證明，在氮氣的環(huán)境中通過將極硬合金模具壓向加熱至580℃的光學玻璃基片就可以順利地進行按壓成形，其中在極硬合金模具上形成有一層由前述金屬合金構(gòu)成的保護膜。
(第一實施例)圖3是說明依照本發(fā)明第一實施例的光學封裝基片31其外形的透視圖。參看圖3，用來定位光纖34的第一導槽32和用來定位透鏡35的第二導槽33形成在光學封裝基片31的表面上。該第一導槽32和第二導槽33彼此鄰接，接點36垂直于槽方向延伸。該第一導槽32和第二導槽33的位置和深度使得在透鏡35向第二導槽33的接點36緊靠同時光纖34向透鏡35緊靠時，光纖34的光軸與透鏡35的光軸對準。
用于模制光學封裝基片31的模具包括用來模制第一導槽32的一突起41和用來模制第二導槽33的另一突起42，如圖4中所示。
該三角棱形的突起41和42可如下形成在模具上。首先，如圖5A中所示，制得具有三角棱形的工具電極51和具有類似解剖刀形狀的另一工具電極52。然后，使用工具電極51來對豎直的工件53(圖5B左側(cè))進行微放電機械加工，以在工件53(圖5B右側(cè))的表面上粗加工出具有三角棱形的一突起。在要形成多個不同尺寸突起的情況下，如同在光學封裝基片31中一樣，可以使用具有不同橫截面的數(shù)個三角棱形工具電極，或者通過X-Y平臺來移動工件53的量可以改變。接下來，使用工具電極52來對放倒的工件53(圖5C的左側(cè))進行研磨加工，來精細加工在工件53(圖5C的右側(cè))上形成的突起表面。
如上所述形成的第二導槽33特別適合于放置圓柱形的棒形透鏡，例如，自會聚棒形透鏡。舉例來說，當在第二導槽33上放置節(jié)距(pitch)為0.25的自會聚棒形透鏡時，來自光纖34的光就通過該自會聚棒形透鏡被轉(zhuǎn)化成準直光。通過使用具有不同節(jié)距的另一自會聚棒形透鏡，來自光纖34的光就被會聚在光軸上的預定位置處。鼓形透鏡、非球面透鏡等也可被固定在第二導槽33內(nèi)。
通過在光學封裝基片31上安裝光纖34和透鏡35而得到的光學器件可用作光纖準直器等。
(第二實施例)圖6是說明依照本發(fā)明第二實施例的光學封裝基片61其外形的透視圖。參看圖6，用來定位光纖64的第一導槽62和用來定位球形透鏡65的第二導槽63形成在光學封裝基片61的表面上。形成第一導槽62的平面相對形成第二導槽63的平面具有水平差。該第一導槽62被成形使得光纖64能夠放置在其上且緊靠較接近球形透鏡65的一端，光纖64的中心部分高于光學封裝基片61的表面。第二導槽63的位置和深度使得在當球形透鏡65置于其上時，光纖64的中心部分和球形透鏡65呈預定的位置關(guān)系。在這種結(jié)構(gòu)下，當各部件都被安裝時，光纖64的端面和球形透鏡65之間的距離能夠被固定成預定的值。
通過在光學封裝基片61上安裝光纖64和球形透鏡65而得到的光學器件起作用，使得來自光纖64的光通過球形透鏡65被轉(zhuǎn)化成準直光或會聚光。
通過在光學基片61上安裝光纖64和球形透鏡65而得到的光學器件可被用作光纖準直器等。
非球面透鏡等也可被用來代替球形透鏡65。在這種情形下，第二導槽63可根據(jù)非球面透鏡的形狀等來成形。
(第三實施例)圖7是說明依照本發(fā)明第三實施例的光學封裝基片71其外形的透視圖。參看圖7，用來定位光纖74的第一導槽72、用來定位平面微透鏡75的第二導槽73和用來定位激光器76的平臺77形成在光學封裝基片71的表面上。該第一導槽72被成形使得光纖74可放置在其上并且緊靠較接近平面微透鏡75的一端，光纖74的中心部分高于光學封裝基片71的表面。該第二導槽73的長度和寬度依照平面微透鏡75的形狀來確定，以使簡單地通過將平面微透鏡75安裝在第二導槽73內(nèi)來以微米級的精度定位平面微透鏡75。導槽72和73及平臺77以預定的位置并以預定的深度來成形，以便當平面微透鏡75、光纖74和激光器76都安裝在光學封裝基片71上時，它們的光軸相互對準。通過使用標識器(未示出)而不需動態(tài)調(diào)節(jié)它的位置來將激光器76定位在平臺77上。另外，激光器76也可只通過標識器定位而不需形成平臺77。
通過將光纖74、平面微透鏡75和激光器76安裝在光學封裝基片71而得到的光學器件，使得出自激光器76的光通過平面微透鏡75被會聚以耦合進固定在第一導槽72內(nèi)的光纖74內(nèi)。當一驅(qū)動電路連接在激光器76上時，該光學器件可被用作光傳輸模塊。該驅(qū)動電路可以設(shè)置在光學封裝基片71上或一個不同基片上。
作為替代，作為光接收元件的光電二極管可被用來代替作為光發(fā)射元件的激光器76。在這種情形下，該光學器件，使得出自光纖74的光通過平面微透鏡75被會聚以便被光電二極管探測。當一前置放大器連接在該光電二極管上時，該光學器件可被用作光接收模塊。
(第四實施例)圖8是依照本發(fā)明第四實施例的光學封裝基片81其外形的透視圖。參看圖8，用來定位光纖84的第一導槽82、用來定位第一透鏡85a的第二導槽83a、用來定位平面隔離器88的狹槽89、用來定位第二透鏡85b的第三導槽83b和用來定位激光器86的平臺87形成在光學封裝基片81的表面上。第一導槽82、第二導槽83a和狹槽89連接在一起，接點83c垂直于槽方向而延伸。第一導槽82和第二導槽83a的位置和深度使得當?shù)谝煌哥R85a緊靠第二導槽83a的接點83c，且光纖84緊靠第一透鏡85a時，光纖84和第一透鏡85a的光軸彼此對準。
如同在第一實施例中那樣，第二導槽83a適宜放置自會聚棒形透鏡。在節(jié)距為0.25的自會聚棒形透鏡被置于第二導槽83a上的情形下，來自光纖84的光通過該自會聚棒形透鏡被轉(zhuǎn)化成準直光。狹槽89的長度和寬度被依照平面隔離器88的形狀來確定，以使簡單地通過將平面隔離器88安裝在狹槽89中來以微米級的精度定位平面隔離器88。第三導槽83b鄰接狹槽89，并被成形使得當?shù)诙哥R85b被安裝在第三導槽83b上時，第二透鏡85b的光軸與其它部件的光軸相對準。通過使用標識器(未示出)而不需動態(tài)調(diào)節(jié)它的位置來將激光器86定位在平臺87上。作為替代，激光器86也可只通過標識器定位而不需形成平臺87。
通過將光纖84、第一透鏡85a、第二透鏡85b、平面隔離器88和激光器86安裝在光學封裝基片81上而得到的光學器件，使得出自激光器86的光通過第二透鏡85b被轉(zhuǎn)化成準直光并穿過平面隔離器88，之后通過第一透鏡85a光被會聚以便耦合進光纖84內(nèi)。即使存在一些類似反射光的雜散光從光纖84向激光器86行進，這些雜散光也被平面隔離器88所截止而不會到達激光器86，從而避免了信號噪聲的出現(xiàn)。
當一驅(qū)動電路連接在激光器86上時，該光學器件可被用作光傳輸模塊。該驅(qū)動電路可以設(shè)置在光學封裝基片81上或不同基片上。
作為替代，作為光接收元件的光電二極管等可被用來代替作為光發(fā)射元件的激光器86。在這種情形下，該光學器件，使得出自光纖84的光通過第一透鏡85a和第二透鏡85b被會聚以便被光電二極管探測。當一前置放大器連接在該光電二極管上時，該光學器件就可被用作光接收模塊。
在本實施例中使用兩個透鏡即第一透鏡85a和第二透鏡85b時，第一透鏡85a可以省略，這是因為輸入平面透鏡88的光不需要成為準直光。在這種情形下，各個部件被配置使得出自激光器86的光通過第二透鏡85b被會聚以便耦合進光纖84中。
濾光片、波片或薄膜ND濾波器(中性密度濾光片)可被用于代替平面隔離器88。
(第五實施例)圖9是說明依照本發(fā)明第五實施例的光學封裝基片91其外形的透視圖。參看圖9，用來定位第一光纖94的第一導槽92、用來定位第二光纖95的第二導槽93、用來定位第三光纖97的第三導槽96和用來定位ND濾波器98的狹槽99形成在光學封裝基片91的表面上。第一導槽92、狹槽99和第二導槽93以此順序相互鄰接。第一導槽92和第二導槽93的位置和深度使得在第一光纖94被置于第一導槽92上且第二光纖95被置于第二導槽93上時，兩個光纖的光軸被彼此對準。狹槽99不與第三導槽96相交。
用來模制光學封裝基片91的模具包括在其表面上用來模制第一至第三導槽92、93和96的突起101，以及用來模制狹槽99的另一突起102，如圖10中所示。
該三角棱形突起101可如下形成在模具上。如上面在第一實施例中所述，使用三角棱形的工具電極51和類似解剖刀形狀的工具電極52。利用工具電極51來對豎直的工件進行微放電機械加工，以在工件(參看圖5b)的表面上粗加工出具有三角棱形的一突起。通過從其相對的端面開始加工工件，工件就被粗加工，同時從要形成的、用來模制狹槽99的突起102留下一部分。然后，利用工具電極52對放倒的工件進行研磨加工，以精細加工形成在工件(圖11)上的突起表面。
通過以規(guī)則的間隔配置多根相互平行的光纖，例如像在通常的V槽陣列基片中那樣，具有這種結(jié)構(gòu)的光學封裝基片可被用于連接光波導。本實施例中的光學封裝基片91包括僅沿預定光纖路徑(第一光纖94和第二光纖95的路徑)形成的狹槽99，通過預定光纖的光的強度可有選擇地用ND濾波器98來減小。第一光纖94和第二光纖95的光軸彼此對準，并且通過垂直截去每根光纖的端面可以降低傳播損失。在這種結(jié)構(gòu)下，可使導引穿過設(shè)置在光學封裝基片上不同光纖的光束的強度彼此大體相等。舉例來說，在導引穿過不同光纖的光束被不同光電二極管來接收的情形下，對每條光束使用一個光電二極管，如果光強度級彼此大體相等，則電轉(zhuǎn)換電路系統(tǒng)就可被簡化。因此，這種結(jié)構(gòu)是有利的。
通過使用波長濾波器來代替ND濾波器98，特定波長的光僅能穿過特定的光纖。
如上所述，在依照第一至第五實施例光學封裝基片的外形下，光學部件像光纖和光學透鏡，光學元件像激光器和光電二極管可通過靜態(tài)配置這些部件和元件來簡單地以高精度進行定位和固定。從而，具有安裝在其上的這些光學部件和元件的光學器件就可以以低成本來大規(guī)模制造。
光纖、透鏡等可通過使用UV-固化粘合劑來容易地固定。尤其是，通過將光纖、透鏡等固定在光學封裝基片上，然后將由玻璃等制成的基片按壓在其上部，就可以更加穩(wěn)定地將性能保持更長的時限。
優(yōu)選的是導槽具有足夠深度來穩(wěn)定夾持光纖、透鏡等。導槽的橫截面形狀并不必是V形，作為替代，可以是矩形、半圓形等。導槽可以以彼此間不同的水平差來在不同的平面內(nèi)形成，只要能確保光軸對準。
為了降低光纖和透鏡間出現(xiàn)的反射，可以在每根光纖和透鏡上設(shè)置一層防反射膜，或者可將光進入透鏡的面切割成傾斜方向。
通過用光波導來代替光纖可得到類似的結(jié)構(gòu)。在這樣的情形下，代替模制用于光纖的導槽，對應(yīng)于光波導芯型的波導通道可被模制在光學封裝基片內(nèi)，通過采用后面描述的方法芯部可沿波導通道來形成。
(第六實施例)在上面的第一至第五實施例中，已經(jīng)示出了包括有用來固定光纖的導槽的光學封裝基片。
在本實施例和其它隨后的實施例中，將描述包括有芯型通道的光學封裝基片和使用該光學封裝基片的光傳輸/接收模塊，其中的芯型通道是以封閉的方式通過芯型來傳播光的光波導的基礎(chǔ)，如同在光纖中一樣。
圖12說明采用依照本發(fā)明第六實施例光學封裝基片121的光傳輸/接收模塊120的結(jié)構(gòu)。圖12示出該光傳輸/接收模塊120的平面圖和側(cè)視圖。對應(yīng)于光波導芯型的波導通道123、用來定位光纖124的導槽、第一透鏡125和第二透鏡130、用來定位平面隔離器128的狹槽、用來定位激光器126的一平臺和用來定位光電二極管126的另一平臺形成在光學封裝基片121上，該光學封裝基片121是光傳輸/接收模塊120的基板。該光學封裝基片121的表面結(jié)構(gòu)，除光波導的表面結(jié)構(gòu)外，已經(jīng)在上面第一至第五實施例中被描述，因此在下面將不再說明。該光學封裝基片121的表面被成形使得，簡單地通過將各部件和元件固定在槽和平臺上來定位將要安裝在其上的光學部件和元件。
現(xiàn)在參看圖13將要描述在波導通道123內(nèi)形成光波導的一種方法。圖13是說明形成在光學封裝基片121內(nèi)的光波導的橫截面圖。
首先，提供一種透明基底材料132，它具有與在其內(nèi)形成有波導通道123的光學封裝基片基本相同的折射率，并且在該透明基底材料132上施加一UV固化粘結(jié)劑薄層133(圖13的左側(cè))，該UV固化粘合劑薄層133具有高于光學封裝基片121和透明基底材料132的折射率。然后，用朝向波導通道123的UV固化粘合劑的側(cè)面將光學封裝基片121和透明基底材料132附著在一起(圖13的右側(cè))。最后用UV光照射該結(jié)構(gòu)，使光學封裝基片121和透明基底材料132相互連接和固定。在這種方法中，如果在附著步驟之后，光學封裝基片121和透明基底材料132間剩余的粘合劑層除了波導通道123內(nèi)的部分外足夠薄，則填充在波導通道123內(nèi)的那部分UV固化粘合劑133就可以充當光波導。
在圖12示出的光傳輸/接收模塊120中，透明基底材料132是一塊透明光滑玻璃，它安裝在包括波導通道123的光學封裝基片121上，從而形成光波導。該光波導分叉為兩條分支，以便透射光和接收光可用單根光纖124來處理。平面隔離器128被用在圖示的例子中，借此信號可用單個波長光來傳輸和接收。在信號被分別以一個波長光和另一個波長光傳輸和接收的情形下，可設(shè)置一濾光器來反射透射光(具有一波長)或接收光(具有另一波長)并在其中傳送其它光以代替平面隔離器128。
在先有技術(shù)中，通過在作為基底的硅基片上形成光波導來得到具有與圖12示出的光傳輸/接收模塊相同功能的光傳輸/接收模塊。然而，這種光波導的形成需要多個薄膜沉積步驟和芯成型步驟，由此就導致極差的生產(chǎn)率，同時需要反復的切割步驟來安裝各個部件。而且，使用的透鏡限于平面透鏡。與此相比，利用本實施例的光傳輸/接收模塊，很容易就可形成光波導，同時不需要動態(tài)的調(diào)節(jié)就可以安裝光學部件和元件。因此，就可以實現(xiàn)一種光傳輸/接收模塊，其可以以極低的成本和很高的生產(chǎn)率來制造。
(第七實施例)圖14是說明采用依照本發(fā)明第七實施例光學封裝基片141的光傳輸/接收模塊140其結(jié)構(gòu)的透視圖。對應(yīng)于光波導芯型的波導通道142和用來定位濾光器146的狹槽143形成在光學封裝基片141上，該光學封裝基片141是光傳輸/接收模塊140的基板。第一光滑玻璃基片144和第二光滑玻璃基片145，其每一個都具有施加在其上的UV固化粘合劑，安裝在包括波導通道142的光學封裝基片141上，并且隨著用UV光照射該結(jié)構(gòu)，就粘附在該光學封裝基片141上。從而，就形成一條兩分叉的光波導。濾光器146插在狹槽143內(nèi)。
圖15說明通過將光纖連接在具有安裝在其上各個部件的光學封裝基片141上而得到的光學器件的結(jié)構(gòu)。
兩波長光λ1和λ2通過第一光纖147傳播。該光被耦合進波導通道142兩分支中的一個分支，并到達濾光器146。波長光λ1傳輸穿過濾光器146并輸出至第二光纖148。另一方面，波長光λ2被濾光器146反射并經(jīng)由波導通道142的另一分支被輸出至第三光纖149。從而，利用圖15示出的結(jié)構(gòu)，就可以實現(xiàn)具有波長分離功能的光學器件。
在先有技術(shù)中已經(jīng)提到一種光學器件，其中通過切割技術(shù)在光學封裝基片內(nèi)切割出槽，濾光器插入該槽內(nèi)。然而，切割步驟中的位置精度太嚴格而不能得到理想的生產(chǎn)率。與此相比，在本實施例的光學器件中，狹槽143借助于按壓成型與對應(yīng)于光波導芯型的波導通道142同時形成，由此就始終確保相同的位置關(guān)系。因此，具有穩(wěn)定特性的光學器件就可以以低成本來大規(guī)模制造。
(第八實施例)圖16說明采用依照本發(fā)明第八實施例光學封裝基片161的光傳輸/接收模塊160的結(jié)構(gòu)。對應(yīng)于光波導芯型的波導通道162和用來分別定位第一至第四濾光片163a至163d的第一至第四狹槽(未示出)形成在光學封裝基片161上，該光學封裝基片161是光傳輸/接收模塊160的基板。如上述在第七實施例中所述的，具有在其上施加有UV固化粘合劑的光滑玻璃安裝在包括有波導通道162的光學封裝基片161上，并隨著用UV光照射該結(jié)構(gòu)，就粘附在光學封裝基片161上。從而，形成四分支的光波導。在波導分支的末端，分別經(jīng)由濾光器163a至163d設(shè)置四個光電二極管164a至164d。
四個波長光λ1、λ2、λ3和λ4被從圖的左側(cè)輸入波導通道162。該光被光波導分成四份，光電二極管164a僅接收穿過第一濾光器163a的波長光λ1，光電二極管164b僅接收穿過第二濾光器163b的波長光λ2，光電二極管164c僅接收穿過第三濾光器163c的波長光λ3，光電二極管164d僅接收穿過第四濾光器163d的波長光λ4。因此，利用圖16示出的結(jié)構(gòu)，就可以實現(xiàn)具有多波長通信功能的光接收模塊。
先有技術(shù)中已經(jīng)提到一種光學器件，其中通過切割技術(shù)在光學封裝基片內(nèi)切割出槽，濾光器插入該槽內(nèi)。然而，在通過切割形成槽時，不可能得到均勻的槽深，除非槽是在整個基片寬度上被切割。因此，很難利用如同本實施例的濾光器配置。與此相比，在本實施例的光學模塊中，第一至第四濾光器163a至163d的狹槽借助于按壓成型，與對應(yīng)于光波導芯型的波導通道162同時形成，從而始終確保相同的位置關(guān)系。因此，具有穩(wěn)定特性的光學器件就可以以低成本來大規(guī)模制造。
如上所述，在依照第六至第八實施例的光學封裝基片的外形下，光學部件像光波導、光纖和濾光器，光學元件像激光器和光電二極管可簡單地通過靜態(tài)配置這些部件和元件來以高精度進行定位和固定。從而，具有安裝在其上的這些光學部件和元件的光學器件就可以以低成本來大規(guī)模制造。
(第九實施例)圖17是說明依照本發(fā)明第九實施例的光學封裝基片171其外形的透視圖。參看圖17，用來分別定位第一至第四光纖176至179的導槽172至175和用來定位光波導基片181的階地(terrace)180形成在光學封裝基片171的表面上。導槽172至175和階地180鄰接在一起。
用于模制光學封裝基片171的模具包括用來模制第一至第四導槽172至175的突起182和185，和用來模制階地180的突起186，如圖18中所示。
通過采用如上在參看圖5A至5C的第一實施例中所述的精加工方法，可在模具上形成這些三角棱形突起182至185。
接下來，參看圖20，將說明用來制作石英基光波導基片的一種通常方法。首先，提供一硅基片201，并在該硅基片201上通過CVD法或火焰水解沉積法(圖20中的(a)和(b))沉積一下包層202。然后，采用光刻和干刻蝕將芯層203成型為預定的圖形(圖20中的(d))。最后，在下包層202上沉積一上包層204(圖20中的(e))以覆蓋芯層203。接下來，從該薄片切割出光波導基片。該切割步驟可以通過例如切成小片來完成。于是，通過控制刀片形狀和在切割步驟期間±0.5℃范圍內(nèi)的溫度控制，就可以獲得具有±0.5μm容差的高外形切割精度。
適宜連接單模光纖的芯層203的厚度大約是8μm，并且光可以滲漏進芯外圍約20微米距離的包層部分內(nèi)。因此，如果下包層202的厚度和上包層204的厚度都是20μm或者以上，則光就會無損失的傳播。利用CVD法或火焰水解沉積法，包層的厚度就可被以±0.2μm的容差來控制。
芯層203形成的位置和深度使得在當光波導基片181固定在光學封裝基片171上時，芯層203可與光纖176至179的光軸對準。
圖21說明采用圖17中所示、具有各個部件安裝在其上的光學封裝基片171的光學器件的結(jié)構(gòu)。參看上面圖20所述的光波導基片181安裝在光學封裝基片171的階地180上，上包層204朝下，即硅基片201朝上。第一至第四光纖176至179分別固定到第一至第四導槽172至175上，同時鄰接光波導基片181。
通過使用能夠以亞微米級的精度來控制其厚度的方法，像CVD法或火焰水解沉積法來形成上包層204。因此，如果階地180是形成在光學封裝基片171中同時以亞微米級的精密來控制水平差，并且光波導基片181是以上包層204朝下被置于階地180內(nèi)，則就可以以±1μm的容差可靠地將光波導芯的高度與光纖芯的高度對準。通過以相同的尺寸形成階地180和光波導基片181就可確保水平芯的對準，由此不需動態(tài)調(diào)節(jié)，光波導芯和光纖芯就可被定位而不會彼此偏移。
通過使用具有與光纖大體相同折射率的UV固化粘合劑，光纖176至179、光波導基片181等可以被很容易地固定。尤其是，對于光波導基片的固定，僅僅需要形成具有在考慮粘合劑厚度時而確定的水平差的階地180。
光纖導槽172至175優(yōu)選的是具有可足夠穩(wěn)定夾持光纖的深度。為了穩(wěn)定地夾持單模光纖，優(yōu)選的是導槽具有等于或大于光纖半徑的深度，即約65微米。階地180優(yōu)選的是窄于導槽172至175，這是因為20至60微米的厚度對于上包層204來說是足夠的。
雖然在上述實施例中通過使用石英基光波導基片來形成光波導，但是作為選擇，光波導也可以通過使用由例如聚酰亞胺材料制得的樹脂基光波導基片來形成。在這種情形下，通過采用旋涂等的方法來形成上包層就可以以亞微米級的精度來控制厚度。因此，這種選擇可用于本實施例的光學封裝基片。
(第十實施例)圖22是說明依照本發(fā)明第十實施例的光學封裝基片221其外形的透視圖。參看圖22，用來分別定位第一至第三光纖225至227的第一至第三導槽222至224和用來定位光波導基片229的階地228形成在光學封裝基片221的表面上。導槽222至224和階地228鄰接在一起。光波導基片229具有對應(yīng)于階地228的階230，并且對應(yīng)于光波導芯型的波導通道231形成在光波導基片229的表面上。該波導通道231成形的位置和深度使得當光波導基片229固定在光學封裝基片221上時，波導通道231可與光纖225至227的光軸對準。
在上面的第九實施例中，已經(jīng)描述光波導基片181中的光波導是采用CVD法或火焰水解沉積法來形成的。作為替代，光波導也可通過模制對應(yīng)于光波導基片229中光波導芯型的波導通道231來形成，如圖13中所示的。
如下使用光學封裝基片221、光波導基片229和第一至第三光纖225至227可以制得一種光學器件(圖23)。
首先，將第一至第三光纖225至227分別置于第一至第三導槽222至224中。然后，采用UV固化粘合劑將光波導基片229粘附在光學封裝基片221上，使得波導通道231一側(cè)安裝在階地228內(nèi)。這就將光纖225至227分別固定至各個導槽222至224。從而，不需動態(tài)地調(diào)節(jié)，光波導的芯和光纖的芯就連接起來。
(第十一實施例)圖24是說明依照本發(fā)明第十一實施例的光學封裝基片241其外形的透視圖。參看圖24，用來分別固定第一至第四光纖246至249的第一至第四導槽242至245和具有預定水平差的階地250形成在光學封裝基片241的表面上。對應(yīng)于光波導芯型的第一和第二波導通道251和252形成在階地250的表面上。導槽242至245和階地250鄰接在一起。波導通道251和252通過切割階地250來形成，以在整個階地250上延伸，且每一個的位置和深度使得它們與光纖246至249的光軸對準。
如下使用光學封裝基片241和第一至第四光纖246至249(圖25A和25B)來制得一種光學器件。
首先，波導通道251和251被充滿一種具有比光學封裝基片241更高折射率的芯材料253(圖25A)。例如，通過采用旋涂等方法施加樹脂基材料或采用薄膜涂覆法施加玻璃基材料來填充波導通道251和252。不論何種情形，優(yōu)選的是由填充波導通道251和252后的多余芯材料留下形成薄層。然后，階地250被充滿一種UV固化粘合劑(或熱固粘合劑)254，該粘合劑254具有與光學封裝基片241大體相同的折射率(圖25B)。接下來，將光纖246至249分別置于導槽242至243上，并用具有與光學封裝基片241大體相同折射率的平面玻璃基片255將光纖246至249往下壓。然后，固化UV粘合劑254，由此光學封裝基片241和平面玻璃基片255被粘附并固定在一起。從而，并不需動態(tài)調(diào)節(jié)，光波導的芯和光纖的芯就可彼此連接。
如上所述，在依照第九至第十一實施例光學封裝基片的外形下，光纖和光波導基片可簡單地通過靜態(tài)配置這些部件來以高精度進行定位和固定。從而，具有安裝在其上的這些光學部件的光學器件就可以以低成本來大規(guī)模制造。
導槽的橫截面形狀并不必是V形，作為選擇也可是矩形、半圓形等。
可以形成對應(yīng)于光波導芯型的波導通道來代替光纖導槽。從而，光學封裝基片上的光波導和光波導基片上的光波導就可以彼此相接。
雖然本發(fā)明已經(jīng)被詳細描述，但前述的描述在所有方面都是示例性而不是限制性的。應(yīng)當理解，只要不脫離本發(fā)明的范圍，可以作出許多其它的改進和變化。
權(quán)利要求
1.一種用來在其上安裝光學部件和/或光學元件的光學封裝基片，包括光纖定位第一導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上一光纖的光軸，該第一導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上從預定端面延伸至其上預定位置的槽；透鏡定位第二導向區(qū)，用來固定安裝在光學封裝基片上透鏡的光軸，使得透鏡的光軸與光纖的光軸對準，該第二導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上從另一端面延伸至所述預定位置的槽，其中的該另一端面與所述預定端面相對。
2.依照權(quán)利要求1的光學封裝基片，其中通過向被加熱至高溫所軟化的基底材料按壓一模具以將該模具的反向圖案轉(zhuǎn)錄在基底材料上來模制光學封裝基片，且該模具是通過使用一種普通研磨工具和一種適宜的精研磨工具而得到的，其中該模具和該精研磨工具中的至少一個是通過微放電機械加工而得到的。
3.依照權(quán)利要求1的光學封裝基片，其中該光學封裝基片由玻璃制成。
4.依照權(quán)利要求2的光學封裝基片，其中該光學封裝基片由玻璃制成。
5.一種用來在其上安裝光學部件和/或光學元件的光學封裝基片，包括光纖定位第一導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上光纖的光軸，該第一導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上從預定端面延伸至其上預定位置的槽；透鏡定位第二導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上透鏡的光軸，使得透鏡的光軸與光纖的光軸對準，該第二導向區(qū)被成形為光學封裝基片表面上的凹陷。
6.依照權(quán)利要求5的光學封裝基片，其中通過向被加熱至高溫所軟化的基底材料按壓一模具以將該模具的反向圖案轉(zhuǎn)錄在該基底材料上來模制光學封裝基片，且該模具是通過使用一種普通研磨工具和一種適宜的精研磨工具而得到，其中該模具和該精研磨工具中的至少一個是通過微放電機械加工而得到的。
7.依照權(quán)利要求5的光學封裝基片，其中該光學封裝基片由玻璃制成。
8.依照權(quán)利要求6的光學封裝基片，其中該光學封裝基片由玻璃制成。
9.一種用來在其上安裝光學部件和/或光學元件的光學封裝基片，包括光纖定位第一導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上光纖的光軸，該第一導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上從預定端面延伸至其上預定位置的槽；光學部件定位第二導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上的光學部件的光軸，使得光學部件的光軸與光纖的光軸對準，該第二導向區(qū)被成形為光學封裝基片表面上沿垂直于光纖光軸方向延伸的凹陷。
10.依照權(quán)利要求9的光學封裝基片，還包括位于該光學封裝基片表面上的平臺，用來定位一光接收/發(fā)射元件使得該光接收/發(fā)射元件的光軸與光纖和光學部件的光軸對準。
11.依照權(quán)利要求9的光學封裝基片，其中通過向被加熱至高溫所軟化的基底材料按壓一模具以將該模具的反向圖案轉(zhuǎn)錄在該基底材料上來模制光學封裝基片，且該模具是通過使用一種普通研磨工具和一種適宜的精研磨工具而得到，其中該模具和該精研磨工具中的至少一個是通過微放電機械加工而得到的。
12.依照權(quán)利要求9的光學封裝基片，其中該光學封裝基片由玻璃制成。
13.依照權(quán)利要求11的光學封裝基片，其中該光學封裝基片由玻璃制成。
14.一種用來在其上安裝光學部件和/或光學元件的光學封裝基片，包括光纖定位第一導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上光纖的光軸，該第一導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上從預定端面延伸至其上預定位置的槽；光學部件定位第二導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上的光學部件的光軸，使得光學部件的光軸與光纖的光軸對準，該第二導向區(qū)被成形為在光學封裝基片表面上沿垂直于光纖光軸方向延伸的凹陷；和透鏡定位第三導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上透鏡的光軸，使得該透鏡的光軸與光纖和光學部件的光軸對準，且該第三導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上延伸的槽。
15.依照權(quán)利要求14的光學封裝基片，還包括位于該光學封裝基片表面上的平臺，用來定位一光接收/發(fā)射元件使得該光接收/發(fā)射元件的光軸與透鏡、光纖和光學部件的光軸對準。
16.依照權(quán)利要求14的光學封裝基片，其中通過向被加熱至高溫所軟化的基底材料按壓一模具以將該模具的反向圖案轉(zhuǎn)錄在該基底材料上來模制光學封裝基片，且該模具是通過使用一種普通研磨工具和一種適宜的精研磨工具而得到，其中該模具和該精研磨工具中的至少一個是通過微放電機械加工而得到的。
17.依照權(quán)利要求14的光學封裝基片，其中該光學封裝基片由玻璃制成。
18.依照權(quán)利要求16的光學封裝基片，其中該光學封裝基片由玻璃制成。
19.一種用來在其上安裝光學部件和/或光學元件的光學封裝基片，包括光纖定位第一導向區(qū)用來固定安裝在該光學封裝基片上第一光纖的光軸，該第一導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上從預定端面延伸至其上預定位置的槽；光纖定位第二導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上第二光纖的光軸，使得該第二光纖的光軸與第一光纖的光軸對準，該第二導向區(qū)被成形為在光學封裝基片表面上從另一端面延伸至所述預定位置的槽，該另一端面與所述預定端面相對；光纖定位第三導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上第三光纖的光軸，該第三導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上平行于第一和第二導向區(qū)延伸的槽；和光學部件定位第四導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上的光學部件的光軸，使得該光學部件的光軸與第一和第二光纖的光軸對準，該第四導向區(qū)被成形為在光學封裝基片表面上第一導向區(qū)和第二導向區(qū)之間、沿垂直于第一和第二光纖的光軸的方向延伸的凹陷。
20.依照權(quán)利要求19的光學封裝基片，其中通過向被加熱至高溫所軟化的基底材料按壓一模具以將該模具的反向圖案轉(zhuǎn)錄在該基底材料上來模制光學封裝基片，且該模具是通過使用一種普通研磨工具和一種適宜的精研磨工具而得到，其中該模具和該精研磨工具中的至少一個是通過微放電機械加工而得到的。
21.依照權(quán)利要求19的光學封裝基片，其中該光學封裝基片由玻璃制成。
22.依照權(quán)利要求20的光學封裝基片，其中該光學封裝基片由玻璃制成。
23.一種用來在其上安裝光學部件和/或光學元件的光學封裝基片，包括對應(yīng)于一預定光波導芯型的波導區(qū)，該波導區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上從預定端面延伸至其上預定位置的槽；和透鏡定位導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上透鏡的光軸，使得該透鏡的光軸與形成在波導區(qū)內(nèi)光波導的光軸對準，該導向區(qū)被成形為在光學封裝基片表面上從另一端面延伸至所述預定位置的槽，該另一端面與所述預定端面相對。
24.依照權(quán)利要求23的光學封裝基片，其中通過向被加熱至高溫所軟化的基底材料按壓一模具以將該模具的反向圖案轉(zhuǎn)錄在該基底材料上來模制光學封裝基片，且該模具是通過使用一種普通研磨工具和一種適宜的精研磨工具而得到，其中該模具和該精研磨工具中的至少一個是通過微放電機械加工而得到的。
25.依照權(quán)利要求23的光學封裝基片，其中該光學封裝基片由玻璃制成。
26.依照權(quán)利要求24的光學封裝基片，其中該光學封裝基片包由玻璃制成。
27.一種用來在其上安裝光學部件和/或光學元件的光學封裝基片，包括對應(yīng)于一預定光波導芯型的波導區(qū)，該波導區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上從預定端面延伸至其上預定位置的槽；和光學部件定位導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上的光學部件的光軸，使得該光學部件的光軸與一光纖的光軸對準，該導向區(qū)被成形為在光學封裝基片表面上沿垂直于形成在波導區(qū)內(nèi)光波導的光軸方向延伸的凹陷。
28.依照權(quán)利要求27的光學封裝基片，還包括位于該光學封裝基片表面上的平臺，用來定位一光接收/發(fā)射元件，使得該光接收/發(fā)射元件的光軸與形成在波導區(qū)內(nèi)光波導的光軸和光學部件的光軸對準。
29.依照權(quán)利要求27的光學封裝基片，其中通過向被加熱至高溫所軟化的基底材料按壓一模具以將該模具的反向圖案轉(zhuǎn)錄在該基底材料上來模制光學封裝基片，且該模具是通過使用一種普通研磨工具和一種適宜的精研磨工具而得到，其中該模具和該精研磨工具中的至少一個是通過微放電機械加工而得到的。
30.依照權(quán)利要求27的光學封裝基片，其中該光學封裝基片由玻璃制成。
31.依照權(quán)利要求29的光學封裝基片，其中該光學封裝基片由玻璃制成。
32.一種用來在其上安裝光學部件和/或光學元件的光學封裝基片，包括對應(yīng)于一預定光波導芯型的波導區(qū)，該波導區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上延伸的槽；光學部件定位第一導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上的光學部件的光軸，使得該光學部件的光軸與形成在波導區(qū)內(nèi)一光波導的光軸對準，該第一導向區(qū)被成形為在光學封裝基片表面上垂直于形成在波導區(qū)內(nèi)所述光波導的光軸延伸的凹陷；透鏡定位第二導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上透鏡的光軸，使得該透鏡的光軸與形成在波導區(qū)內(nèi)所述光波導的光軸對準，該第二導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片上延伸的槽；第一平臺，用來定位一光發(fā)射元件，該第一平臺被設(shè)置在光學封裝基片的表面上，使得該光發(fā)射元件的光軸與形成在波導區(qū)內(nèi)所述光波導的光軸對準；和第二平臺，用來定位一光接收元件，該第二平臺被設(shè)置在光學封裝基片的表面上，使得該光接收元件的光軸與形成在波導區(qū)內(nèi)所述光波導的光軸對準。
33.依照權(quán)利要求32的光學封裝基片，還包括光纖定位第三導向區(qū)，用來固定安裝在光學封裝基片上一光纖的光軸，使得該光纖的光軸與形成在波導區(qū)內(nèi)所述光波導的光軸對準，該第三導向區(qū)被成形為在光學封裝基片表面上延伸的槽。
34.依照權(quán)利要求32的光學封裝基片，其中通過向被加熱至高溫所軟化的基底材料按壓一模具以將該模具的反向圖案轉(zhuǎn)錄在該基底材料上來模制光學封裝基片，且該模具是通過使用一種普通研磨工具和一種適宜的精研磨工具而得到，其中該模具和該精研磨工具中的至少一個是通過微放電機械加工而得到的。
35.依照權(quán)利要求32的光學封裝基片，其中該光學封裝基片由玻璃制成。
36.依照權(quán)利要求34的光學封裝基片，其中該光學封裝基片由玻璃制成。
37.一種用來在其上安裝光學部件和/或光學元件的光學封裝基片，包括至少一個光纖定位導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上的至少一根光纖的光軸，該至少一個導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上從預定端面延伸至其上預定位置的槽；和一基片定位階地，用來固定安裝在該光學封裝基片上的一光波導基片，使得該光波導基片內(nèi)一條光波導的光軸與所述至少一根光纖的光軸對準，該基片定位階地被成形為在光學封裝基片表面上的預定位置處鄰接所述至少一個導向區(qū)的凹陷。
38.依照權(quán)利要求37的光學封裝基片，其中通過向被加熱至高溫所軟化的基底材料按壓一模具以將該模具的反向圖案轉(zhuǎn)錄在該基底材料上來模制光學封裝基片，且該模具是通過使用一種普通研磨工具和一種適宜的精研磨工具而得到，其中該模具和該精研磨工具中的至少一個是通過微放電機械加工而得到的。
39.依照權(quán)利要求37的光學封裝基片，其中該光學封裝基片由玻璃制成。
40.依照權(quán)利要求38的光學封裝基片，其中該光學封裝基片由玻璃制成。
41.一種用來在其上安裝光學部件和/或光學元件的光學封裝基片，包括至少一個光纖定位導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上的至少一根光纖的光軸，該至少一個導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上從預定端面延伸至其上預定位置的槽；階地，被成形為在該光學封裝基片表面上的預定位置處鄰接所述至少一個導向區(qū)的凹陷；對應(yīng)于一光波導芯型的波導區(qū)，該波導區(qū)被成形在所述階地的表面上以與所述至少一根光纖的光軸對準。
42.依照權(quán)利要求41的光學封裝基片，其中通過向被加熱至高溫所軟化的基底材料按壓一模具以將該模具的反向圖案轉(zhuǎn)錄在該基底材料上來模制光學封裝基片，且該模具是通過使用一種普通研磨工具和一種適宜的精研磨工具而得到，其中該模具和該精研磨工具中的至少一個是通過微放電機械加工而得到的。
43.依照權(quán)利要求41的光學封裝基片，其中該光學封裝基片由玻璃制成。
44.依照權(quán)利要求42的光學封裝基片，其中該光學封裝基片由玻璃制成。
45.一種用來在其上安裝光學部件和/或光學元件的光學封裝基片，包括至少一個對應(yīng)于一預定光波導芯型的波導區(qū)，該至少一個波導區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上從預定端面延伸至其上預定位置的槽；和一基片定位階地，用來固定一光波導的光軸，該光波導位于安裝在光學封裝基片上的一光波導基片內(nèi)，使得該光波導的光軸與形成在所述波導區(qū)內(nèi)一光波導的光軸對準，該階地被成形為在光學封裝基片表面上的預定位置處鄰接所述波導區(qū)的凹陷。
46.依照權(quán)利要求45的光學封裝基片，其中通過向被加熱至高溫所軟化的基底材料按壓一模具以將該模具的反向圖案轉(zhuǎn)錄在該基底材料上來模制光學封裝基片，且該模具是通過使用一種普通研磨工具和一種適宜的精研磨工具而得到，其中該模具和該精研磨工具中的至少一個是通過微放電機械加工而得到的。
47.依照權(quán)利要求45的光學封裝基片，其中該光學封裝基片由玻璃制成。
48.依照權(quán)利要求46的光學封裝基片，其中該光學封裝基片由玻璃制成。
49.一種光學器件，包括帶有安裝在其上的光學部件和/或光學元件的一光學封裝基片，其中該光學封裝基片包括光纖定位第一導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上一光纖的光軸，該第一導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上從預定端面延伸至其上預定位置的槽；和透鏡定位第二導向區(qū)，用來固定安裝在光學封裝基片上一透鏡的光軸，使得該透鏡的光軸與所述光纖的光軸對準，該第二導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上從另一端面延伸至所述預定位置的槽，其中的該另一端面與所述預定端面相對；以及所述透鏡被固定到該光學封裝基片的所述第二導向區(qū)，所述光纖被固定到所述第一導向區(qū)同時被緊靠所述透鏡。
50.一種光學器件，包括帶有安裝在其上的光學部件和/或光學元件的一光學封裝基片，其中該光學封裝基片包括光纖定位第一導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上一光纖的光軸，該第一導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上從預定端面延伸至其上預定位置的槽；和透鏡定位第二導向區(qū)，用來固定安裝在光學封裝基片上一透鏡的光軸，使得該透鏡的光軸與所述光纖的光軸對準，該第二導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上的凹陷；以及所述透鏡被固定到該光學封裝基片的所述第二導向區(qū)，所述光纖被固定到所述第一導向區(qū)。
51.一種光學器件，包括帶有安裝在其上的光學部件和/或光學元件的一光學封裝基片，其中該光學封裝基片包括光纖定位第一導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上一光纖的光軸，該第一導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上從預定端面延伸至其上預定位置的槽；和光學部件定位第二導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上的光學部件的光軸，使得該光學部件的光軸與所述光纖的光軸對準，該第二導向區(qū)被成形為在光學封裝基片表面上垂直于所述光纖的光軸延伸的凹陷；以及所述光纖被固定到該光學封裝基片的所述第一導向區(qū)，所述光學部件被固定到所述第二導向區(qū)。
52.一種光學器件，包括帶有安裝在其上的光學部件和/或光學元件的一光學封裝基片，其中該光學封裝基片包括光纖定位第一導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上一光纖的光軸，該第一導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上從預定端面延伸至其上預定位置的槽；光學部件定位第二導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上的光學部件的光軸，使得該光學部件的光軸與所述光纖的光軸對準，該第二導向區(qū)被成形為在光學封裝基片表面上垂直于所述光纖的光軸延伸的凹陷；和透鏡定位第三導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上一透鏡的光軸，使得該透鏡的光軸與所述光纖和所述光學部件的光軸對準，該第三導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上延伸的槽；以及所述光纖被固定到該光學封裝基片的所述第一導向區(qū)，所述光學部件被固定到所述第二導向區(qū)，所述透鏡被固定到所述第三導向區(qū)。
53.一種光學器件，包括帶有安裝在其上的光學部件和/或光學元件的一光學封裝基片，其中該光學封裝基片包括光纖定位第一導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上第一光纖的光軸，該第一導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上從預定端面延伸至其上預定位置的槽；光纖定位第二導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上第二光纖的光軸，使得該第二光纖的光軸與第一光纖的光軸對準，該第二導向區(qū)被成形為在光學封裝基片表面上從另一端面延伸至所述預定位置的槽，該另一端面與所述預定端面相對；光纖定位第三導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上第三光纖的光軸，該第三導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上平行于第一和第二導向區(qū)延伸的槽；和光學部件定位第四導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上的光學部件的光軸，使得該光學部件的光軸與第一和第二光纖的光軸對準，該第四導向區(qū)被成形為在光學封裝基片表面上第一導向區(qū)和第二導向區(qū)之間、沿垂直于第一光纖的光軸和第二光纖的光軸延伸的凹陷；以及所述光學部件被固定到該光學封裝基片的所述第四導向區(qū)，所述第一光纖在被緊靠所述光學部件的同時被固定到所述第一導向區(qū)，所述第二光纖在被緊靠所述光學部件的同時被固定到所述第二導向區(qū)，所述第三光纖被固定到所述第三導向區(qū)。
54.一種光學器件，包括帶有安裝在其上的光學部件和/或光學元件的一光學封裝基片，其中該光學封裝基片包括對應(yīng)于一預定光波導芯型的波導區(qū)，該波導區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上從預定端面延伸至其上預定位置的槽；和透鏡定位導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上一透鏡的光軸，使得該透鏡的光軸與形成在波導區(qū)內(nèi)光波導的光軸對準，該導向區(qū)被成形為在光學封裝基片表面上從另一端面延伸至所述預定位置的槽，該另一端面與所述預定端面相對；以及所述透鏡被固定到該光學封裝基片的所述導向區(qū)，該波導區(qū)被充滿一種具有比光學封裝基片更高折射率的芯材料，之后通過使用折射率比芯材料低的粘合劑，一預定的基片被粘附在該光學封裝基片上，以便覆蓋所述波導區(qū)。
55.一種光學器件，包括帶有安裝在其上的光學部件和/或光學元件的一光學封裝基片，其中該光學封裝基片包括對應(yīng)于一預定光波導芯型的波導區(qū)，該波導區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上從預定端面延伸至其上預定位置的槽；和光學部件定位導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上的光學部件的光軸，使得該光學部件的光軸與一光纖的光軸對準，該導向區(qū)被成形為在光學封裝基片表面上沿垂直于形成在波導區(qū)內(nèi)光波導的光軸方向延伸的凹陷；以及所述光學部件被固定到該光學封裝基片的所述導向區(qū)，該波導區(qū)被充滿一種具有比光學封裝基片更高折射率的芯材料，之后通過使用折射率比芯材料低的粘合劑，一預定的基片被粘附在該光學封裝基片上，以便覆蓋所述波導區(qū)。
56.一種光學模塊，包括帶有安裝在其上的光學部件和/或光學元件的一光學封裝基片，其中該光學封裝基片包括對應(yīng)于一預定光波導芯型的波導區(qū)，該波導區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上延伸的槽；光學部件定位第一導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上的光學部件的光軸，使得該光學部件的光軸與形成在波導區(qū)內(nèi)一光波導的光軸對準，該第一導向區(qū)被成形為在光學封裝基片表面上垂直于形成在波導區(qū)內(nèi)所述光波導的光軸延伸的凹陷；透鏡定位第二導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上透鏡的光軸，使得該透鏡的光軸與形成在波導區(qū)內(nèi)所述光波導的光軸對準，該第二導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片上延伸的槽；第一平臺，用來定位一光發(fā)射元件，該第一平臺被設(shè)置在光學封裝基片的表面上，使得該光發(fā)射元件的光軸與形成在波導區(qū)內(nèi)所述光波導的光軸對準；和第二平臺，用來定位一光接收元件，該第二平臺被設(shè)置在光學封裝基片的表面上，使得該光接收元件的光軸與形成在波導區(qū)內(nèi)所述光波導的光軸對準；以及一隔離器或濾光器被固定到該光學封裝基片的所述第一導向區(qū)，所述透鏡被固定到第二導向區(qū)，所述光發(fā)射元件被固定到所述第一平臺，所述光接收元件被固定到所述第二平臺，并且所述波導區(qū)被充滿一種具有比光學封裝基片更高折射率的芯材料，之后通過使用折射率比芯材料低的粘合劑，一預定的基片被粘附在該光學封裝基片上，以便覆蓋所述波導區(qū)。
57.依照權(quán)利要求56的光學模塊，其中所述光波導芯型是分叉成分支的波導，所述第一導向區(qū)為其中一條分支而設(shè)，使其沿垂直于該分支的光軸方向延伸。
58.一種光學器件，包括帶有安裝在其上的光學部件和/或光學元件的一光學封裝基片，其中該光學封裝基片包括至少一個光纖定位導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上的至少一根光纖的光軸，該至少一個導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上從預定端面延伸至其上預定位置的槽；和一基片定位階地，用來固定安裝在該光學封裝基片上的一光波導基片，使得該光波導基片內(nèi)一條光波導的光軸與所述至少一根光纖的光軸對準，該基片定位階地被成形為在光學封裝基片表面上的預定位置處鄰接所述至少一個導向區(qū)的凹陷；以及所述至少一根光纖被固定到該光學封裝基片的所述至少一個導向區(qū)，所述光波導基片被固定到所述階地。
59.依照權(quán)利要求58的光學器件，其中通過將對應(yīng)于一光波導芯型的波導區(qū)借助于一種芯材料粘附在所述光學封裝基片的階地上，來形成所述光波導基片內(nèi)的所述光波導，且該光波導芯型是在所述光波導基片內(nèi)模制的，所述芯材料具有比所述光波導基片和所述光學封裝基片更高的折射率。
60.一種光學器件，包括帶有安裝在其上的光學部件和/或光學元件的一光學封裝基片，其中該光學封裝基片包括至少一個光纖定位導向區(qū)，用來固定安裝在該光學封裝基片上的至少一根光纖的光軸，該至少一個導向區(qū)被成形為在該光學封裝基片表面上從預定端面延伸至其上預定位置的槽；階地，被成形為在該光學封裝基片表面上的預定位置處鄰接所述至少一個導向區(qū)的凹陷；對應(yīng)于一光波導芯型的至少一個波導區(qū)，該至少一個波導區(qū)被成形在所述階地的表面上以與所述至少一根光纖的光軸對準；以及所述至少一根光纖被安裝在所述光封裝基片的至少一個導向區(qū)上，所述至少一個波導區(qū)被充滿一種具有比所述光學封裝基片更高折射率的芯材料，之后通過使用一種粘合劑，安裝在所述至少一個導向區(qū)上的至少一根光纖被固定到一光纖固定基片上，且所述粘合劑具有比充滿階地的芯材料低的折射率。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種光學封裝基片、光學器件、光學模塊和模制光學封裝基片的方法。盡管按壓成型是一種能夠以低成本來大規(guī)模制造具有相同形狀的部件的方法，但傳統(tǒng)的使用微磨床的模具加工卻因為其僅能模制用于導引光纖的V槽，所以具有較差的可應(yīng)用性。利用微放電機械加工來制得用微磨床的研磨加工很難得到的模具，且利用這種模具借助于按壓成型來制造光學封裝基片。從而，光纖、光波導、透鏡、隔離器、濾光器和光接收/發(fā)射元件都可在安裝時靜態(tài)地對準，由此就可以以低成本來大規(guī)模制造具有多種功能的光學器件和光學模塊。
文檔編號G02B6/26GK1428618SQ0216064
公開日2003年7月9日 申請日期2002年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月4日
發(fā)明者是永繼博, 伊藤伸器, 東城正明, 和田紀彥 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社