專利名稱：波導管形成方法和從該方法制造的波導管的制作方法
背景本發(fā)明一般涉及用于光電集成化的調準(aligning)和自成形波導管(光程)的方法。
光學調準用于大多數(shù)的光電子設備中將光從一個點耦合到另一個點并且典型地需要微米級或微米分數(shù)級的嚴格定位精確度。典型地，此類定位是復雜和昂貴的勞動密集的處理。
普通的拾取和放置機器典型地以低至幾個微米的相當好的精度放置芯片或纖維。然后用精密位置控制和監(jiān)測技術進行活動自由空間調準。在此類調準過程中，需要許多的組件，如高精度的平移平臺、微透鏡、精密的纖維和芯片夾持器。
為了制造無源平面型波導管，現(xiàn)基本上有三種不同的普通方法。脊形波導管方法將包層和芯層沉積在基材上，在此之后通過蝕刻或光致構圖對芯層進行構圖，形成芯材料的脊。然后施涂包層的頂層，完成該波導管。溝槽形波導管開始于在基材上沉積包層，然后由蝕刻、顯影或模壓構圖，獲得溝槽。該溝槽填充芯材料，其也可在整個表面上留下類似的薄層。再次，施涂頂部包層以完成該結構?！皵U散”平面型波導管是通過在基材上涂敷下包層和芯材料，由UV輻照確定波導管，然后在其上沉積上包層來形成的。反應物從未輻照的芯和周圍的包層中擴散到輻照的芯區(qū)域，改變它的折射率而形成波導管。脊型和溝槽型方法的缺點包括；如果使用蝕刻的話可能導致波導管邊緣粗糙化，引起高的光傳輸損失，和在芯和包層材料之間難以產(chǎn)生梯度折射率。擴散型波導管的潛在性缺點包括在芯和包層之間的低的相對折射率差和對于形成這一類型的結構的低材料選擇度。
除了平面調準考慮之外，在一些電光應用中，為了滿足形狀限制和其它特定的要求需要光程的銳利變化(如正交)。典型地，來源于底部的光路被改向于向上的方向。這一任務對于多模式波導管是相對簡單的，其中在波導管的直線部分的末端加工四十五度表面。然而，由于形狀和機械上的限制，對于單模式波導管而言此類正交耦合變得困難。例如，該波導管典型地由多模式的約十五微米-約五十微米的厚度范圍變化到單模式的約兩微米-約六微米的厚度范圍。為了找到合適的解決方法許多措施已經(jīng)在研究中，但全部存在共同的問題，諸如為了制造四十五度斜面如何將僅僅幾個微米厚度的單模式波導管的表面加以改性。此外，還有如何在這種非常嚴格的容差內調準至接收光學纖維或任何其它輸入/輸出結構的問題。
因此希望有一種不太復雜的光學調準技術。
概述簡要地，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，形成波導管的方法包括在基材上沉積包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸四氟丙基酯和環(huán)氧單體的光可定形(photodefinable)的共聚物材料；將光學元件相對于光可定形的共聚物材料加以固定；發(fā)送光通過光學元件中的至少一個和光可定形的共聚物材料而射向光學元件中的另一個；和未固化的單體從光可定形的共聚物材料中揮發(fā)形成波導管。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，形成和使用波導管的方法包括在基材上沉積光可定形的共聚物材料；相對于光可定形的共聚物材料來固定光學元件，光學元件中的至少一個包括分束裝置；發(fā)送光通過光學元件中的至少一個和光可定形的共聚物材料而射向光學元件中的另一個，其中發(fā)送包括經(jīng)由分束裝置的第一通路提供光通過該光學元件中的至少一個；未固化的單體從光可定形的共聚物材料中揮發(fā)以形成波導管；和通過讓光信號通過分束裝置的第二通路傳輸來使用波導管。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，形成波導管的方法包括將光學元件相對于彼此固定，各具有光學表面；在光學元件的光學表面的至少一部分上提供滴狀物(blob)，該滴狀物包括光可定形的共聚物材料導致相對于光學表面有足夠的表面張力，進而導致具有彎曲表面的滴狀物；發(fā)送光通過光學元件中的每一個和滴狀物并以一定的入射角射向該彎曲表面和光學元件中的另一個，來自光學元件中的一個的光相對于彎曲表面的入射角大于由在滴狀物和包圍滴狀物的空氣之間的折射率差所確定的總內反射條件；并使未固化單體從滴狀物中揮發(fā)以形成波導管。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，形成波導管的方法包括將光學元件相對于彼此固定，各具有光學表面；調準反光鏡將來自光學元件之一的光引導至另一個光學元件；在光學表面和反光鏡之間提供光可定形的共聚物材料；發(fā)送光通過光學元件中的至少一個而射向光學元件中的另一個；和將未固化的單體從光可定形的共聚物材料中揮發(fā)以形成波導管。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，形成光程的方法包括將光學元件相對于彼此固定，各具有光學表面；平移并旋轉反光鏡，直到該反光鏡經(jīng)過調準以便最佳地將來自光學元件之一的光引導至光學元件的另一個為止；和將經(jīng)過調準的反光鏡緊固就位。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，波導管包括在相對于彼此固定的光學元件的光學表面上的滴狀物，該滴狀物包括相對于光學表面有足夠的表面張力以形成彎曲表面的預固化共聚物材料，該滴狀物的芯部分包括具有比滴狀物的其它部分更高折射率的材料并在光學表面之間形成反射通路。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，波導管包括相對于彼此固定的光學元件，各具有光學表面；經(jīng)過調準將來自光學元件之一的光引導至另一個光學元件的反光鏡；和在光學表面和反光鏡之間的光可定形的共聚物材料，光可定形的共聚物材料的芯部分包括具有比光可定形的共聚物材料的其它部分更高的折射率的材料并形成了在光學表面之間的反射通路。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，光程包括相對于彼此固定的光學元件，各具有光學表面；和位于纖維上并經(jīng)過調準以便最佳地將來自光學元件之一的光引導至另一個光學元件的反光鏡。
附圖當參考附圖閱讀下面詳細說明時本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點將更好地得到理解，其中在全部附圖中類似的符號代表類似的部分，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的波導管的頂視圖。
圖2是圖1的波導管的側視圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案的波導管的頂視圖。
圖4是圖3的波導管的側視圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案的部分制造的波導管的透視圖。
圖6是圖5的所制造的波導管的透視圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的其它實施方案的部分制造的波導管的透視圖。
圖8是圖7的所制造的波導管的透視圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案的波導管耦合排列的透視圖。
圖10是圖9的波導管耦合排列的頂視圖。
圖11是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案的波導管的頂視圖。
圖12是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案的波導管的頂視圖。
圖13是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案的波導管的側視圖。
圖14是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案的光程形成排列的透視圖。
圖15是圖14的光程形成排列的另一個透視圖。
詳細敘述圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的波導管16的頂視圖，和圖2是圖1的波導管的側視圖。在圖1-2的實施方案中，形成波導管16的方法包括在基材18上沉積包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸四氟丙基酯和環(huán)氧單體的光可定形的共聚物材料14；將光學元件10和12相對于光可定形的共聚物材料進行固定；發(fā)送光通過光學元件中的至少一個和光可定形的共聚物材料而射向光學元件中的另一個；和將未固化的單體從光可定形的共聚物材料中揮發(fā)以形成波導管。在更特定的實施方案中，光被發(fā)送通過光學元件中的每一個和光可定形的共聚物材料而射向光學元件中的另一個。
在這里使用的“固定”指以機械方式將光學元件在與用于波導管制造和后續(xù)波導管應用中的相同的位置上彼此定位。同樣地，在這里使用的“射向該光學元件中的另一個”指直接地射向，或，如在圖12和13的幾個實施例中所示，沿反射方向射向。在這里使用的“在...上”是為了舉例目的，不要求該波導管以特殊的取向使用，并且包括其中光可定形的共聚物材料直接接觸到基材的實施方案以及其中在光可定形的共聚物層和基材之間存在中間層的實施方案。“揮發(fā)”典型地包括該單體的擴散。
光學元件的固定可以在沉積之后或之前進行。如果在沉積之前進行固定，則沉積典型地包括在光學元件之間沉積光可定形的共聚物材料。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案的波導管16的頂視圖，和圖4是與圖1-2的實施方案相似的、但具有不同光學元件的圖3的波導管的側視圖。該光學元件典型地選自波導管(它可包括填充的或中空的芯)10(圖1-2)、纖維12、發(fā)光設備20(圖3-4)、光檢測裝置(未在圖1-4中顯示)和它們的結合物。
如圖2中所示，當使用纖維和波導管時，纖維12典型地具有比波導管10的厚度更大的直徑。在這些情形中，有用的是提供具有斜面19的基材18。該斜面也可用于圖4的實施方案中，其中發(fā)光設備20顯示比纖維12更薄。還在圖4中所示，舉例的是包括電導體24的互聯(lián)組裝件22，該電導體24可通過例如普通的高密度互聯(lián)技術來制造。
在一個實施方案中，該方法進一步包括通過混合甲基丙烯酸四氟丙基酯、甲基丙烯酸甲酯、環(huán)己酮、鏈轉移劑和過氧化苯甲酰；脫氣，加熱和冷卻所得混合物；和添加和混合苯甲醚和環(huán)氧單體，來提供光可定形的共聚物材料。
對于圖1-4的實施方案的材料的自成形性能，將兩個端口互聯(lián)的波導管無需活動調準而形成。接近于來自光學元件的光路匯合之處的折射率的提高將進一步促進通過波導管的光的集中。這一實施方案是穩(wěn)固的不太可能有常見的機械損壞，因為不需要機械部件確保偶聯(lián)。自成形的波導管提供了光滑度，低損耗和匹配的光互連轉變和能夠補償在包裝過程中發(fā)生的在光電子設備之間的多微米偏差(包括側向偏差、軸向偏差和角偏差)。這些實施方案是有利的，因為揮發(fā)能夠導致形成單模式波導管。
在更特定的實施方案中，由光學元件發(fā)送的光具有例如約300納米(在熔凝硅石纖維中由于紫外線損失)-約500納米(由于室內光的退化)的波長。另外，由光學元件發(fā)送的光典型地進行選擇，以便不損壞光可定形的共聚物材料。例如，有利的是控制光強度稍微地高于光可定形的共聚物材料揮發(fā)的閾值條件。另外，有利的是順次進行兩次或更多次的發(fā)送光和使未固化單體揮發(fā)的操作，每一個后續(xù)的序列導致波導管的延伸。在更特定的實施方案中，發(fā)送光的時間是約20秒-約50秒和不發(fā)送光的間隔時間是約兩分鐘-約五分鐘。該間隔時間能夠進行選擇以優(yōu)化和完成揮發(fā)過程。
一個舉例的試驗裝置是如下從約345納米到約365納米的多譜線紫外線光源；四組輻照5秒，隨后在65℃擴散五分鐘；紫外線級五十微米芯多模光纖維；和166微米的波導管長度和五十微米的寬度。另一個舉例的試驗裝置是如下從約345納米到約365納米的多譜線紫外線光源；四組輻照二十秒，隨后在65℃擴散五分鐘；紫外線級五十微米芯多模光纖維；和161微米的波導管長度和五十微米的寬度。
丙烯酸系/環(huán)氧樹脂共混物已發(fā)現(xiàn)對于“自成形”波導管是特別有利的，因為能夠在輻照區(qū)域中形成波導管，在該區(qū)域中光從纖維中出來，因此使其延伸。聚合物/單體共混物被評價用于波導管結構的光致構圖并包括具有環(huán)氧樹脂的丙烯酸系共聚物。使用CY179環(huán)脂族二環(huán)氧基樹脂(可以從Vantico Inc，Brewster NY商購)，因為發(fā)現(xiàn)它與聚合物相容，能夠通過真空蒸餾來提純，具有高蒸氣壓和能夠使用市場上可買到的光催化劑進行紫外線固化。當與丙烯酸系聚合物共混時，CY179發(fā)現(xiàn)與聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)相容，然而，兩種材料的折射率差不是很高的。因此，合成了甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸四氟丙基酯的共聚物用于這一評價。該共聚物的折射率大體上低于環(huán)氧樹脂的折射率。因此，暴露于使環(huán)氧樹脂固化的輻射的區(qū)域將具有比未輻照的區(qū)域(環(huán)氧樹脂揮發(fā))更高的折射率。
對于丙烯酸系聚合物，還有相當大量的能夠光固化的可利用的相容性丙烯酸系(和聚丙烯酸酯)單體。然而，光固化丙烯酸酯典型地在惰性環(huán)境中完成，這樣做的構圖設備不易獲得。對于光固化環(huán)氧樹脂不需要特殊條件，但對于容易獲得的標準光致構圖設備除外。
實施例1下列實施例最初用外光源(與“固定”的光學元件相反)構圖進行，但光對于確定材料的效果是舉例性的。
制備丙烯酸系共聚物制劑，它含有約75wt％的聚(甲基丙烯酸甲酯)和25wt％聚(甲基丙烯酸四氟丙基酯)。將19克的甲基丙烯酸四氟丙基酯、56克的甲基丙烯酸甲酯和93克的環(huán)己酮蒸餾到能夠在真空下密封的玻璃容器中。在該容器中還添加0.15克的N-十二烷硫醇、鏈轉移劑(它也穩(wěn)定該聚合物體系)和0.19克的過氧化苯甲酰?；旌衔镞M行脫氣，在真空下密封和在混合的同時在75℃下加熱約24小時，隨后在80℃下另外加熱24小時。一旦冷卻，添加55克的苯甲醚而獲得由約75％聚(甲基丙烯酸甲酯)和25％聚(甲基丙烯酸四氟丙基酯)組成的粘性、透明和無色的丙烯酸酯共聚物，它在環(huán)己酮-苯甲醚混合溶劑中以33.5％固體存在。在該共混物的35克部分中添加另外10.7克的苯甲醚、5克的CY179環(huán)氧單體、0.15克的Irganox 1010抗氧化劑(可以從Ciba Specialty Chemicals，Tarrytown，NY獲得)和0.13克的Cyracure UVI-6976 UV催化劑(可以從Dow Chemical Co.Midland，MI獲得)。所得到的可聚合的復合材料含有約70％(重量)的丙烯酸酯聚合物和30％(重量)的環(huán)氧單體。通過旋涂在玻璃基材上制備可聚合的復合材料的五微米厚的薄膜并用UV輻射構圖。復合聚合物材料的所得薄膜的拓撲結構的Dektak測量顯示在UV輻照區(qū)域中3.7微米的薄膜厚度和在未輻照區(qū)域中2.6微米的薄膜厚度。輻照區(qū)域的折射率比未輻照區(qū)域中測量的高大約1.4％。
丙烯酸系/環(huán)氧樹脂復合材料的波導管典型地需要具有較低折射率的交聯(lián)的包層。通過制備由與相容性低折射率二丙烯酸酯(丁二醇二丙烯酸酯)摻混的在光致構圖的層中使用的丙烯酸系共聚物，還有CibaIrgacure 907和184丙烯酸系光固化催化劑(可從Ciba SpecialtyChemicals，Tarrytown，NY獲得)和Irgonox 1010組成的大約50/50wt％固體含量溶液來獲得這一材料。旋轉流延的薄膜在70℃下短時烘烤以確保溶劑損失，然后在具有可讓薄膜輻照于UV的合成氧化硅窗的N2室中密封。使用Karl Suss接觸曬圖機輻射一分鐘以充分固化該薄膜并防止任何以后施涂的層的侵蝕。固化薄膜的折射率低于1.44，使之變成合適的包層。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案的部分制造的脊形波導管的透視圖，和圖6是圖5的所制造的脊形波導管316的透視圖。在一個實施方案中，形成脊形波導管316的方法包括在基材36(在一個實施方案中它具有位于相對表面上的下包層38)上沉積第一芯層40并固化它，以及在基材上沉積光可定形的共聚物材料的操作包括在第一芯層上沉積第二芯層42。在更特定的方面，第一芯層40具有比下包層38更高的折射率并且被完全地固化(指所存在的單體中的至少約90％已經(jīng)聚合或揮發(fā))。第二芯層42包括一種材料，它能夠自成形(和直至在記錄(writing)之后才完全固化)，和可以(但不必)包括與第一芯層40相同的材料。典型地，通過將兩個光學元件(如元件44和46所示)相對于第二芯層42進行固定和對各元件施加光，來進行自成形(自記錄(self-writing))。在自成形后，多余材料能夠被除去以形成脊形波導管316。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的其它實施方案的部分地制造的帶狀負載的波導管透視圖，和圖8是圖7的所制造的負載的波導管416和516的透視圖。形成該負載的波導管的一種方法包括在基材136(它在一個實施方案中具有位于相對表面上的下包層138)上沉積芯層41和固化它，和在基材上沉積光可定形的共聚物材料包括在芯層41上沉積包層50。在這一實施方案中，包層50利用來自供波導管516用的光學元件144和244的光和來自供波導管416用的光學元件244和246的光進行自成形。在波導管416的實例中，多余材料被除去以留下供帶狀負載的波導管用的包層52，而在波導管516的實例中，多余材料56保留在包層54周圍?？傊?，在所得到的負載的波導管中，光能將主要用下面的芯層來限制和引導。
對于脊形或負載的波導管，大部分的光能在下芯層內引導。因此，此類波導管的性能對于側壁的粗糙度或在自成形過程中可產(chǎn)生的任何缺陷不太敏感。
自成形技術能夠用于多光電芯片包封和集成化。圖9是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案的波導管耦合排列的透視圖，和圖10是圖9的波導管耦合排列的頂視圖。在一個實施方案中，該光學元件包括光子模塊64并固定在基材218上。在這一實施方案中，沉積光可定形的共聚物材料214包括將光可定形的共聚物材料沉積在光子模塊的光學活動段65和67之間。在一個實施方案中，例如，各光子模塊包括包層58，位于包層58之上的基材60，和位于基材60之上的波導管62。
各光子模塊64可以適應于以平面或多層(三維)波導管結構為基礎的特定功能。在圖10中顯示的實例是Mach Zender干涉儀66和Y分束裝置68。利用焊劑隆點(solder-bump)自組裝或粘合劑將光子模塊64放置于普通的承載基材(它能夠與熱管理相結合)上。因為各芯片能夠在固化之前很好地試驗，所以能夠獲得更好的總產(chǎn)量。
圖11是波導管616的頂視圖。在一個實施方案中，形成和使用波導管616的方法包括在基材18上沉積光可定形的共聚物材料14(圖2)；將光學元件220和10相對于光可定形的共聚物材料加以固定，光學元件220中的至少一個包括分束裝置26；發(fā)送光通過光學元件中的至少一個和光可定形的共聚物材料而射向光學元件中的另一個，其中發(fā)送包括經(jīng)由分束裝置的第一通路28提供光通過該光學元件中的至少一個；未固化的單體從光可定形的共聚物材料中揮發(fā)以形成波導管；和通過讓光信號通過分束裝置的第二通路21傳輸來使用波導管。在更特定的實施方案中，發(fā)送光通過光學元件中的每一個和光可定形的共聚物材料而射向光學元件中的另一個。
圖11的實施方案允許多波長的結合，同時最大程度減少信號損失。在波導管616的制造后，如果需要，第一通路能夠中斷。分束裝置26不必是任何特定比率的分束裝置。記錄激光器(writing laser)的耦合效率不是關鍵性的，因為激光功率能夠容易地調節(jié)來補償。圖11的實施方案可以單獨使用或與以上所述的特定材料相結合使用。
在更特定的方面，正如對于實施例2更詳細地描述，發(fā)送光通過光學元件中的至少一個包括使用記錄光源(writing light source)88供應光通過分束裝置的第一通路并將波導管輻照，和使用信號光源188供應光通過分束裝置的第二通路。在這一方面，所得波導管被監(jiān)控，以評價信號光的通路。分束裝置26可以用信號光源進行平版印刷方式(lithographically)限定和調準，一旦波導管在分束裝置的出口上自成形，信號光源有效地偶聯(lián)到自成形的波導管。
實施例2開發(fā)實驗設備以便將在多模光學纖維中所說明的工作延伸到單模光學纖維中。借助于單模一分為二(one-by-two)光束分離器，信號激光從氦氖激光器(632nm)偶聯(lián)和記錄激光器從氬氣激光(407nm)偶聯(lián)到以上對于圖1-4所述的那一類型的有一端包埋在聚合物材料中的單模纖維中。在實驗過程中632nm光用作目視輔助光。該407nm光用來輻照聚合物材料和產(chǎn)生該波導管。在實驗過程中纖維的聚合物包埋端用攝像機監(jiān)測。通過施加407nm光的短脈沖，在聚合物中慢慢地產(chǎn)生折射率反差(index contrast)，因此將光學纖維的核區(qū)域延伸到聚合物中。通過反復試驗，氦氖激光在幾百微米的距離中被引導在聚合物中。
圖12是波導管116的頂視圖。在一個實施方案中，形成波導管116的方法包括將光學元件110和112相對于彼此固定，各具有光學表面11或13；在光學元件的光學表面的至少一部分上提供滴狀物114(如上所述，“在...上”不是必需要直接接觸)，該共聚物滴狀物包括光可定形的共聚物材料，它導致對光學表面有足夠的表面張力，導致具有彎曲表面15的滴狀物；發(fā)送光通過光學元件中的每一個和滴狀物并以一定的入射角射向該彎曲表面和光學元件中的另一個上，來自光學元件中的一個(在這里指至少一個)的光相對于彎曲表面的入射角是大于由在滴狀物和包圍滴狀物的空氣之間的折射率差所確定的總內反射條件；和從滴狀物中揮發(fā)未固化單體以形成波導管。彎曲表面15可具有允許反射的任何所需形狀。雖然表面典型地是弧形的，但是另外能夠使用三角形的表面。
在所獲得的結構實例中，波導管116包括在相對于彼此固定的光學元件110和112的光學表面11和13上的滴狀物114。該滴狀物包括對光學表面有足夠的表面張力的預固化共聚物材料以形成彎曲表面15。滴狀物的芯部分包括具有比滴狀物的其它部分更高的折射率的材料并形成了在光學表面之間的反射通路。在更特定的實施方案中，光可定形的共聚物材料包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸四氟丙基酯和環(huán)氧單體。
該滴狀物材料相對于光學元件的折射率的選擇和合適的反光鏡狀形狀將導致對于來自兩光學元件的光的透鏡效果。繼續(xù)的輻照將產(chǎn)生自成形波導管，以互聯(lián)該光學元件。在一個舉例的實施方案中，該滴狀物相對于光學元件的折射率差被選擇是約1.67到1。
圖12的實施方案可以單獨使用或與以上所述的特定材料相結合使用。在更特定的實施方案中，該滴狀物包括聚合物粘合劑和足夠量的未固化單體，后者在揮發(fā)過程中擴散到滴狀物的受輻射區(qū)域中。在再更特定的實施方案中，該方法進一步包括，當進行了足夠的揮發(fā)和擴散時，讓滴狀物進行掩蓋輻照(blanket-exposing)。在滴狀物中的波導管典型地通過(附加)單體擴散到輻照(催化劑活化)區(qū)域和固化，以及未固化單體從共聚物共混物中擴散和揮發(fā)的過程來形成。任選地，這一過程能夠在任何時候通過掩蓋輻照該滴狀物來“凍結”，因此通過將它全部聚合，來停止未固化單體的進一步擴散和揮發(fā)。掩蓋輻照可以有利地控制在波導管和包圍材料之間的收縮率和折射率反差。
在另一個更特定的實施方案中，將光學元件110和112相對于彼此固定包括將一個光學元件(例如，如波導管110所示)放置在基材118的水平面上和將另一個光學元件(例如，如具有包層32和芯層30的光學纖維112所示)插入到基材的垂直開口33內。在這里使用的“在...上”指與...發(fā)生物理接觸或在...之間具有中間層。另外，在操作中(在制造之后)層的取向不是關鍵的。
在另一個更特定的實施方案中，附加步驟，在揮發(fā)后，是將反射增強層23沉積在滴狀物的彎曲表面的至少一部分上。在這一實施方案的一個方面中，該反射增強層包括金屬。
在另一個更特定的實施方案中，附加步驟，在提供該滴狀物之前，是處理光學表面11和13以修整表面粗糙度?！靶拚砻娲植诙取敝父鶕?jù)滴狀物材料的性質提高或降低。在這一實施方案的一個方面中，處理包括拋光。在這一實施方案的另一個方面中，該處理包括在提供該滴狀物之前涂敷涂層17。一種舉例的涂層材料是聚合物。
圖13是波導管216的側視圖。在一個實施方案中，形成波導管216的方法包括將光學元件70和76相對于彼此固定，各具有光學表面71或77；調準反光鏡78將來自光學元件之一的光引導至另一個光學元件；在光學表面和反光鏡之間提供光可定形的共聚物材料80；發(fā)送光通過光學元件中的至少一個而射向光學元件中的另一個；和未固化的單體從光可定形的共聚物材料中揮發(fā)以形成波導管。
在更特定的實施方案中，發(fā)送光包括發(fā)送光通過光學元件中的每一個而射向光學元件中的另一個。這一更特定的實施方案的益處是在調準光學元件時的精度能夠降低。
在結構實施方案中，所得波導管216包括相對于彼此固定的和各具有光學表面71或77的光學元件70和76；經(jīng)過調準將來自光學元件之一的光引導至另一個光學元件的反光鏡78；和在光學表面和反光鏡之間的光定形的共聚物材料80。共聚物材料的芯部分包括具有比共聚物材料的其它部分更高折射率的材料并形成了在光學表面之間的反射通路。在更特定的實施方案中，光可定形的共聚物材料包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸四氟丙基酯和環(huán)氧單體。
圖13的實施方案可以單獨使用或與以上所述的材料相結合使用。另外，圖13的實施方案所具有的益處是它延伸超出了自成形波導管范圍，如圖14和15進一步描述，這些圖是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案的光程形成排列的透視圖。
在一個實施方案中，形成光程的方法包括將光學元件70和76(圖14)相對于彼此固定，各具有光學表面71或77(圖13)；平移并旋轉反光鏡78(圖15)，直到該反光鏡經(jīng)過調準以便最佳地將來自光學元件之一的光引導至光學元件的另一個為止；和將經(jīng)過調準的反光鏡緊固就位?！熬o固(Securing)”在這里與固定意義不同，涵蓋了其中在光程形成之后反光鏡將保留的一些實施方案以及其中反光鏡暫時定位但最終除去的其它實施方案。
在所得結構實施方案中，光程包括將光學元件70和76相對于彼此固定，各具有光學表面71或77(圖13)；和位于纖維上并經(jīng)過調準以便最佳地將來自光學元件之一的光引導至另一個光學元件的反光鏡78。在更特定的方面中，共聚物材料包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸四氟丙基酯和環(huán)氧單體。
在一個實施方案中，光來自光學元件中的一個并且該反光鏡平移和旋轉，以便將由光學元件中的另一個所檢測到的光最大化。因此，將檢測器(未顯示)定位在所注入光的相對側上允許在調準過程中進行引導。在通過在槽口旋轉、沿著槽口平移或兩者的結合來調節(jié)纖維光學反光鏡的同時，通過將檢測器輸出功率最大化來容易地實現(xiàn)優(yōu)化。
在更特定的實施方案中，固定該光學元件包括固定該光學元件以使光學表面大體上正交。然而本發(fā)明不局限于正交的實施方案。此外，雖然光被顯示為向下傳輸，這一取向僅僅是為了舉例目的和不認為是限制性的。
在另一個更特定的實施方案中，固定包括將一個光學元件(例如，如波導管70所示)定位在基材72(例如，如具有波導管載體84所示，它調節(jié)波導管相對于反光鏡78的位置)的水平面上和將另一個光學元件(例如，如空穴或芯材料76所示)定位在基材的垂直開口74中(圖13)。在相關方面中，該方法進一步包括提供基材，在該基材包括其上的電介質層84(它在一個實施方案中用作波導管載體)，電介質層在其內具有槽口86且至少一個末端位于垂直開口之上，其中反光鏡位于反光鏡載體82如纖維上，和其中平移包括沿著槽口移動纖維和旋轉包括在該槽口內轉動纖維。在更特定的實施方案，該電介質層包括KAPTONTM聚酰亞胺(可以從Dupont Company獲得)。
在再更特定的方面，它是圖13的實施方案的一種變型，“緊固(securing)”包括在光學表面和反光鏡之間提供光可定形的共聚物材料80。在甚至更特定的方面，光程包括波導管，和該方法進一步包括發(fā)送光通過光學元件中的至少一個而射向光學元件中的另一個；和未固化的單體從光可定形的共聚物材料中揮發(fā)形成波導管。
在另一個方面，“緊固”包括在光學表面和反光鏡之間提供光學材料80(它不一定是光可定形的)，固化該材料，和然后除去該反光鏡。在除去反光鏡的實施方案中，有用的是在固化光學材料80上提供保護層(未顯示)。為了保護該光路的輻照部分和通過用作包層來減少損耗。在一個實施方案中，該光學材料包括例如紫外線可固化的折射率匹配材料。
盡管在這里已經(jīng)說明和描述了本發(fā)明的僅僅某些特征，但是本領域中的技術人員可以想起許多改進和變化。因此可以理解的是，所附權利要求用于涵蓋在本發(fā)明的真實精神之內的全部此類改進和變化。
權利要求
1.形成波導管(16)的方法，包括在基材(18)上沉積包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸四氟丙基酯和環(huán)氧單體的光可定形的共聚物材料(14)；將光學元件(10，12)相對于光可定形的共聚物材料進行固定；發(fā)送光通過光學元件中的至少一個和光可定形的共聚物材料而射向光學元件中的另一個；和使未固化的單體從光可定形的共聚物材料中揮發(fā)以形成波導管。
2.權利要求1的方法，其中發(fā)送光包括控制光強度到稍微高于光可定形的共聚物材料揮發(fā)的閾值條件。
3.權利要求2的方法，其中順次進行至少兩次的發(fā)送光和使未固化單體揮發(fā)的操作，其導致波導管的延長。
4.權利要求1的方法，其中發(fā)送光通過光學元件中的至少一個和光可定形的共聚物材料而射向光學元件中的另一個包括發(fā)送光通過光學元件中的每一個和光可定形的共聚物材料而射向光學元件中的另一個。
5.形成和使用波導管(616)的方法，包括在基材(18)上沉積光可定形的共聚物材料(14)；將光學元件(220，10)相對于光可定形的共聚物材料進行固定，該光學元件(220)中的至少一個包括分束裝置(26)；發(fā)送光通過光學元件中的至少一個和光可定形的共聚物材料而射向光學元件中的另一個，其中發(fā)送包括經(jīng)由分束裝置的第一通路(28)提供光通過該光學元件中的至少一個；未固化的單體從光可定形的共聚物材料中揮發(fā)以形成波導管；和通過讓光信號通過分束裝置的第二通路(21)傳輸來使用波導管。
6.形成波導管(116)的方法，包括將光學元件(110，112)相對于彼此固定，各具有光學表面(11，13)；在光學元件的光學表面的至少一部分上提供滴狀物(114)，該滴狀物包括光可定形的共聚物材料，導致相對于光學表面有足夠的表面張力，進而導致具有彎曲表面(15)的滴狀物；發(fā)送光通過光學元件中的每一個和滴狀物并以一定的入射角射向該彎曲表面和光學元件中的另一個，來自光學元件中的一個的光相對于彎曲表面的所述入射角大于由在滴狀物和包圍滴狀物的空氣之間的折射率差所確定的總內反射條件；和未固化單體從滴狀物中揮發(fā)以形成波導管。
7.權利要求6的方法，進一步包括，在揮發(fā)后，在滴狀物的彎曲表面的至少一部分上沉積反射增強層(23)。
8.權利要求6的方法，進一步包括，在提供該滴狀物之前，處理該光學表面以修整表面粗糙度。
9.權利要求8的方法，其中處理包括拋光。
10.權利要求8的方法，其中處理包括在提供滴狀物之前涂敷涂層(17)。
11.權利要求6的方法，其中滴狀物包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸四氟丙基酯和環(huán)氧單體。
12.形成波導管(216)的方法，包括將光學元件(70，76)相對于彼此固定，各具有光學表面(71，77)；調準反光鏡(78)將來自光學元件之一的光引導至光學元件中的另一個；在光學表面和反光鏡之間提供光可定形的共聚物材料(80)；發(fā)送光通過光學元件中的至少一個而射向光學元件中的另一個；和未固化的單體從光可定形的共聚物材料中揮發(fā)以形成波導管。
13.形成光程的方法，包括將光學元件(70，76)相對于彼此固定，各具有光學表面(71，77)；平移并旋轉反光鏡(78)，直到該反光鏡經(jīng)過調準以便最佳地將來自光學元件之一的光引導至光學元件的另一個為止；和將經(jīng)過調準的反光鏡緊固就位。
14.權利要求13的方法，其中固定該光學元件包括固定該光學元件以使光學表面是大體上正交的；42；其中固定包括將一個光學元件定位在基材的水平面之上和將另一個光學元件定位在基材的垂直開口中；和進一步包括提供一種基材，該基材包括在其上的電介質層，該電介質層在其內具有槽口且至少一個末端位于垂直開口之上，其中反光鏡位于纖維上，和其中平移包括沿著槽口移動該纖維和旋轉包括在槽口內轉動纖維。
15.權利要求14的方法，其中緊固包括在光學表面和反光鏡之間提供光學材料(80)，固化該材料，然后除去光學反射鏡。
16.波導管(116)，包括在相對于彼此固定的光學元件(110，112)的光學表面(11，13)上的滴狀物(114)，該滴狀物包括對光學表面有足夠的表面張力的預固化共聚物材料以形成彎曲表面(15)，該滴狀物的芯部分包括具有比滴狀物的其它部分具有更高折射率的材料并形成了在光學表面之間的反射通路。
17.波導管(216)，包括將光學元件(70，76)相對于彼此固定，各具有光學表面(71，77)；經(jīng)過調準將來自光學元件之一的光引導至光學元件中的另一個的反光鏡(78)；在光學表面和反光鏡之間的光可定形的共聚物材料(80)，光可定形的共聚物材料的芯部分包括具有比光可定形的共聚物材料的其它部分更高折射率的材料并形成了在光學表面之間的反射通路。
18.光程，包括相對于彼此固定的光學元件(70，76)，各具有光學表面(71，77)；和位于纖維上并經(jīng)過調準以便最佳地將來自光學元件之一的光引導至另一個光學元件的反光鏡(78)。
全文摘要
波導管(116)制造方法包括沉積包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸四氟丙基酯和環(huán)氧單體的光可定形的共聚物材料(14)；將光學元件(10，12)相對于共聚物材料進行固定；發(fā)送光通過光學元件中的至少一個和共聚物材料而射向另一個；使未固化的單體揮發(fā)。另一種波導管(116)制造方法包括將光學元件(110，112)相對于彼此固定，各具有光學表面(11，13)；在光學表面上提供共聚物滴狀物(114)，它具有足夠的表面張力以得到具有彎曲表面(15)的共聚物滴狀物；發(fā)送光通過光學元件中的每一個而射向該彎曲表面和另一個；使未固化的單體揮發(fā)。光程制造方法包括將光學元件(70，76)相對于彼此固定，各具有光學表面(71，77)；平移和旋轉反光鏡(78)直到經(jīng)過調準以便最佳地將來自光學元件之一的光引導至另一個為止；將經(jīng)過調準的反光鏡緊固在位。
文檔編號G02B6/42GK1875304SQ200480032730
公開日2006年12月6日 申請日期2004年8月5日 優(yōu)先權日2003年9月9日
發(fā)明者K·－L·鄧, T·B·戈爾茨卡, R·圭達, M·C·尼爾森, M·－Y·施, T·R·托利弗 申請人:通用電氣公司