專(zhuān)利名稱(chēng)：使用聚合物致動(dòng)器的光束操縱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及對(duì)準(zhǔn)嚴(yán)格(alignment-critical )的部件、子組 件和組件的裝配，更特別地，涉及用于諸如光學(xué)系統(tǒng)之類(lèi)的有向能量系 統(tǒng)的這樣的部件、子組件和組件的自對(duì)準(zhǔn)。
背景技術(shù)：
目前，在諸如激光二極管和單模纖維之類(lèi)的模塊內(nèi)微米大小的光學(xué) 元件之間所需的高精度對(duì)準(zhǔn)不成比例地占據(jù)了與光通信封裝的制造關(guān) 聯(lián)的成本的很大部分。由于必須實(shí)現(xiàn)高的位置精確度，相對(duì)緩慢的勞動(dòng) 密集型技術(shù)常常用于制造這樣的封裝。這種緩慢而昂貴的方法是制造低 成本電信裝備的主要障礙。已經(jīng)提出和/或?qū)崿F(xiàn)了這種方法的替換方案。 由美國(guó)馬薩諸塞州畢萊卡的Ax sun公司提供的 一種可替換方法對(duì)于 所述部件中的每 一 個(gè)采用專(zhuān)用可變形微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS )次熱沉
(submount)。這些次熱沉利用拾放機(jī)器置于基底上并且適當(dāng)?shù)劓I合起 來(lái)。隨后，利用專(zhuān)家機(jī)器人手臂實(shí)現(xiàn)了次熱沉的非常精密的定位，所述 專(zhuān)家機(jī)器人手臂按照已知的方式向所述次熱沉施加力以便使其變形，從 而實(shí)現(xiàn)希望的位置或?qū)?zhǔn)。這種技術(shù)的缺點(diǎn)在于初始投資大、裝配和配 置時(shí)間長(zhǎng)。而且，通常用來(lái)構(gòu)造專(zhuān)用裝備的大量小體積部件限制了成本 有效地使用這種方法。此外，這種技術(shù)嚴(yán)重依賴(lài)于特定于定制次熱沉的 已知調(diào)諧曲線，使得這種技術(shù)在適應(yīng)不同器件方面是不靈活的。
一些研究考查了將MEMS熱機(jī)械致動(dòng)器用于光纖的亞微米位置控制
(參見(jiàn)例^口 R. R. A. Syms, H. Zou， D Uttamchandan i, J. Stagg, J. MicroMech. Microeng. 14 1633 (2004) ， ActiveFiberOptic MEMS Al igner Boeing
-US專(zhuān)利號(hào)555 3182 )。這些研究中描述的方法允許輕微調(diào)節(jié)纖維端面 的位置以便提高與光源或者另一纖維的耦合效率。此外，Lin等人
(L. Y. Lin， J.L. Shen， S. S. Lee， M. C. Wu, IEEE Photon. Tech. Lett. 9, 345 ( 1 997 ))已經(jīng)說(shuō)明了在XYZ平臺(tái)(stage )中使用MEMS靜電致 動(dòng)器以便進(jìn)行自由空間光束操縱(steer)。
上述光學(xué)封裝制造的頭兩種方法的主要缺點(diǎn)在于沒(méi)有成本優(yōu)勢(shì)，既是勞動(dòng)密集的并且/或是資金密集的。此外，這兩種技術(shù)受限于其多樣 性，因?yàn)樗鼈兌际褂猛獠坎僮鱽?lái)改變部件的位置。
所述MEMS器件也具有與其關(guān)聯(lián)的顯著缺點(diǎn)。纖維定位器件只能夠
沿一個(gè)方向移動(dòng)單個(gè)纖維并且只能夠移動(dòng)大約二十微米的小距離。Lin 等人提出的方法的缺點(diǎn)在于高成本、復(fù)雜性和可靠性問(wèn)題。最后，使用 靜電激勵(lì)來(lái)操作的基于MEMS的器件具有高電壓的要求并且它們通常只 能進(jìn)行小的移位。根據(jù)熱機(jī)械響應(yīng)操作的MEMS器件通常每微米移位消 耗掉大約0. 3瓦特的大量能量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明致力于解決現(xiàn)有技術(shù)的各種缺陷，其方法是對(duì)準(zhǔn)至少兩個(gè)有 向能量處理部件以便最優(yōu)化它們之間的能量耦合效率，該方法包括使用 受控的致動(dòng)器推動(dòng)所述有向能量部件中的至少一個(gè)從而平移該部件的 位置，所述致動(dòng)器響應(yīng)于確定的能量耦合水平來(lái)進(jìn)行控制。


通過(guò)考慮以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述容易理解本發(fā)明的教導(dǎo)，在附圖
中
圖1繪出了有益于理解本發(fā)明的有向能量組件100的高級(jí)框圖； 圖2-4繪出了依照本發(fā)明第 一實(shí)施例的可調(diào)節(jié)部件次熱沉的示意性
表示；
圖5繪出了依照本發(fā)明第二實(shí)施例的可調(diào)節(jié)部件次熱沉的示意性表
示；
圖6繪出了依照本發(fā)明第三實(shí)施例的可調(diào)節(jié)部件次熱沉的示意性表
示；
圖7繪出了氣球狀透鏡的示意性表示。
為了幫助理解，在可能的地方使用了相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示這些附 圖所共有的相同元件。
具體實(shí)施例方式
下面將主要在致動(dòng)器件與光學(xué)部件相集成的情況下描述本發(fā)明，使 得光學(xué)部件在安裝于 一組或 一 臺(tái)裝備中之后可以按照希望的方式被平移以便在光學(xué)上對(duì)準(zhǔn)自己。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員獲悉本文的教導(dǎo)之后 應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明也適用于其中希望自動(dòng)安裝后對(duì)準(zhǔn)的任何部件或子組 件。例如，光能、微波能量以及與其中可能希望安裝后對(duì)準(zhǔn)的部件關(guān)聯(lián) 的其他有向能量或信號(hào)。
在本發(fā)明的情況下， 一個(gè)或多個(gè)光學(xué)部件與適于修改光路或者和光 學(xué)部件關(guān)聯(lián)的對(duì)準(zhǔn)的致動(dòng)器封裝在一起。通過(guò)這種方式，重新調(diào)節(jié)位置 并且改變光束方向的能力固有地置于所述封裝的單獨(dú)部件中。這允許將 諸如表面安裝技術(shù)之類(lèi)的常規(guī)高速制造工藝用于初始的封裝裝配。通過(guò) 使用集成的受激勵(lì)光學(xué)元件，那么所述封裝內(nèi)的單獨(dú)的部件可以按照所 需的高精度重新對(duì)準(zhǔn)自己。為了實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，需要若干可調(diào)節(jié)光學(xué)元件， 其形成本發(fā)明的主體。這里描述了這樣的可調(diào)節(jié)部件的集合，并且其可 以在自由空間中操縱光束并且還調(diào)節(jié)源和接收器的位置。例如，有效
(active) ( 1 )次熱沉，其可以調(diào)節(jié)諸如纖維、源或透鏡之類(lèi)的元件 的實(shí)際位置和取向；(2)可調(diào)節(jié)棱鏡，其可以通過(guò)有效地改變棱鏡角 來(lái)操縱光束；(3)基于致動(dòng)器陣列的可變形鏡，其能夠改變光束方向 并且此外調(diào)節(jié)其自身的焦距；以及(4)可調(diào)節(jié)透鏡，其中調(diào)節(jié)來(lái)自于 將電荷注入到離子電活性聚合物中。
圖1繪出了有益于理解本發(fā)明的有向能量組件IOO的高級(jí)框圖。特 別地，圖1的組件100引導(dǎo)用于處理的能量輸入信號(hào)IN以便產(chǎn)生有向 能量輸出信號(hào)OUT[請(qǐng)注意，圖1中漏掉了 OUT—詞]。盡然在光能的情 況下進(jìn)行描述，但是本發(fā)明致力于解決與任何有向能量關(guān)聯(lián)的部件對(duì)準(zhǔn) 問(wèn)題。
有向能量組件100包括輸入處理器110、四個(gè)能量轉(zhuǎn)向器(例如反 射鏡)121-124和能量分離器(例如光學(xué)分離器)131、第一部件141和 第二部件142。有向能量組件100與輸出檢測(cè)器160和信號(hào)處理器170 協(xié)作。
第一部件141和第二部件142可以包括任何其中希望輸入和/或輸 出能量的對(duì)準(zhǔn)的有向能量或光學(xué)部件。盡管沒(méi)有示出來(lái)，但是第一部件 141和第二部件142中的每一個(gè)都以集成各自的致動(dòng)器的方式形成，從 而可以適配這些部件相對(duì)于接收或發(fā)送的能量的位置。下面將參照其余 附圖更加詳細(xì)地描述完整的部件/致動(dòng)器拓樸結(jié)構(gòu)的各個(gè)實(shí)施例。
有向能量或光學(xué)輸入信號(hào)IN由輸入處理器110接收并且被轉(zhuǎn)換成預(yù)期用于進(jìn)一步處理的三個(gè)信號(hào)；即光學(xué)波長(zhǎng)信號(hào)人！、入2和入3。光學(xué)
波長(zhǎng)信號(hào)八和八分別經(jīng)由第一反射鏡121和第二反射鏡l"耦合到其
他處理元件或部件(未示出)。光學(xué)波長(zhǎng)信號(hào)入2經(jīng)由分離器耦合到
光學(xué)部件141。來(lái)自分離器131的光學(xué)波長(zhǎng)信號(hào)入2的分離部分經(jīng)由第三 反射鏡123耦合到部件142。
部件141提供耦合到部件142的輸出光學(xué)信號(hào)？w。部件142提供耦 合到第四反射鏡124以便隨后從有向能量組件IOO輸出的輸出光學(xué)信號(hào)
入XX。
部件141通過(guò)一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器(未示出)與其接收的光學(xué)信號(hào)入 2對(duì)準(zhǔn)。部件142通過(guò)一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器(未示出)與其接收的光學(xué)信號(hào) 入x和入2中的一個(gè)或兩個(gè)對(duì)準(zhǔn)。部件141和142可以包4舌對(duì)準(zhǔn)l命入信號(hào)、 輸出信號(hào)或輸入和輸出信號(hào)的任意組合或者相對(duì)于輸入或輸出信號(hào)對(duì) 準(zhǔn)該部件本身的致動(dòng)器。
與部件141和142關(guān)聯(lián)的致動(dòng)器響應(yīng)由有向能量組件100^接收的致 動(dòng)器控制信號(hào)AC。致動(dòng)器控制信號(hào)AC可以包括適于影響與有向能量組 件100上的部件關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器的電、光、熱或其他控制信號(hào)。 在熱致動(dòng)器的情況下，加熱或冷卻元件可以與致動(dòng)器關(guān)聯(lián)，這種加熱或 冷卻元件由致動(dòng)器控制信號(hào)AC控制。
圖1的有向能量組件100包括圖解的光學(xué)組件或子組件、微波或毫 米波組件或子組件等等。繪出的所述組件包括與致動(dòng)器集成的部件 (141， 142)從而可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)選的光束方向性。盡管沒(méi)有示出來(lái)，但是 有向能量組件本身可以使得一個(gè)或多個(gè)輸入信號(hào)致動(dòng)器和/或一個(gè)或多 個(gè)輸出信號(hào)致動(dòng)器與其關(guān)聯(lián)，所述致動(dòng)器分別為輸入和輸出信號(hào)提供組 件級(jí)對(duì)準(zhǔn)以便例如實(shí)現(xiàn)最大的功率傳遞。
可選地，有向能量組件IOO產(chǎn)生的輸出信號(hào)由輸出檢測(cè)器160和信 號(hào)處理器170進(jìn)行處理。所述輸出檢測(cè)器監(jiān)視有向能量組件的輸出以便 確定與該輸出關(guān)聯(lián)的定性參數(shù)，例如功率水平、誤碼率(BER)等等。 輸出檢測(cè)器160可以包括光電檢測(cè)器、前向糾錯(cuò)(FEC)處理器等等。
信號(hào)處理器170 (在這個(gè)實(shí)施例中)產(chǎn)生致動(dòng)器控制信號(hào)AC。該信 號(hào)處理器可以包括數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)或者其他計(jì)算機(jī)制。信號(hào)處 理器170響應(yīng)于確定的定性參數(shù)適應(yīng)致動(dòng)器控制信號(hào)AC。通過(guò)這種方 式，提供反饋環(huán)，其中以趨向改善有向能量組件輸出信號(hào)的定性參數(shù)的方式適應(yīng)有向能量組件100中的一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器。實(shí)質(zhì)上，有效的控
制環(huán)監(jiān)視該光學(xué)信號(hào)并且引起所述封裝內(nèi)的致動(dòng)器中的調(diào)節(jié)，從而在傳
輸或者與該信號(hào)關(guān)聯(lián)的另一參數(shù)(例如BER)方面使得該光學(xué)信號(hào)最優(yōu)化。
一般說(shuō)來(lái)， 一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器置于有向能量處理部件的鄰近以便向 其提供適于允許實(shí)現(xiàn)該部件的優(yōu)選對(duì)準(zhǔn)的力。如果該部件的優(yōu)選對(duì)準(zhǔn)是 提供例如具有閾值水平之上的定性參數(shù)(例如閾值誤碼率之下的誤碼率 以及光強(qiáng)閾值水平之上的光強(qiáng)等等)的輸出信號(hào)的對(duì)準(zhǔn)，那么所述信號(hào) 處理器響應(yīng)于檢測(cè)的定性參數(shù)調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器，使得所述致動(dòng)器 調(diào)節(jié)趨向改善檢測(cè)的定性參數(shù)(例如降低誤碼率或者提高光強(qiáng))。
另一個(gè)實(shí)施例是自對(duì)準(zhǔn)封裝，所述封裝初始時(shí)使用SMT(表面安裝 技術(shù))來(lái)裝配并且在沒(méi)有操作人員的干預(yù)或者外部機(jī)械操作的情況下調(diào) 整自身。該封裝還能夠在光學(xué)信號(hào)中存在由于諸如機(jī)械沖擊之類(lèi)的外部 影響而引起的下降的情況下重新調(diào)節(jié)自身，或者在單獨(dú)的部件發(fā)生故障 的情況下重新配置自身。在這個(gè)實(shí)施例中，關(guān)于輸出檢測(cè)器160和信號(hào) 處理器170描述的功能可以包含在有向能量組件自身內(nèi)。因此，如以下 參照部件、組件等的層級(jí)結(jié)構(gòu)所描述的那樣，諸如光學(xué)系統(tǒng)之類(lèi)的有向 能量系統(tǒng)內(nèi)的每個(gè)部件、子組件或者組件可以包括自對(duì)準(zhǔn)處理功能，從 而有向能量產(chǎn)品的裝配、測(cè)試和部署的速度可以顯著提高，同時(shí)增大希 望的定性參數(shù)。
圖2 - 4繪出了依照本發(fā)明第 一 實(shí)施例的可調(diào)節(jié)部件次熱沉的示意性 表示。這些圖中的每一個(gè)繪出了部件次熱沉，其中使用包含在所述次熱 沉中的一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器沿著特定方向物理地推動(dòng)諸如光學(xué)部件之類(lèi) 的部件。因此，組件內(nèi)簡(jiǎn)化的光學(xué)部件對(duì)準(zhǔn)是通過(guò)控制包含在具有該光 學(xué)部件的次熱沉內(nèi)的 一 個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
圖2繪出了包括纖維定位器的可調(diào)節(jié)部件次熱沉。具體而言，光纖 物理地安裝在根據(jù)圖2A的水平布置(x軸)或者根據(jù)圖2B的豎直布置 (y軸)中的兩個(gè)致動(dòng)器之間。在圖2A的布置中，致動(dòng)器用來(lái)沿著x軸 適應(yīng)光纖的位置。類(lèi)似地，在圖2B的布置中，致動(dòng)器用來(lái)沿著y軸適 應(yīng)光纖的位置。在另一個(gè)實(shí)施例中，使用x軸和y軸致動(dòng)器，從而通過(guò) 致動(dòng)器的控制提供所述纖維的二維定位。
圖3繪出了包括激光源次熱沉(例如用于激光二極管)的可調(diào)節(jié)部件次熱沉。具體而言，激光源物理地安裝在兩個(gè)致動(dòng)器上，其中激光源 的近側(cè)部分處于第一致動(dòng)器之上，激光源的遠(yuǎn)側(cè)部分處于第二致動(dòng)器之 上。激光源可以直接安裝在這些致動(dòng)器上或者安裝在擱在這些致動(dòng)器上 的平臺(tái)或基底區(qū)域之上。圖3A繪出了靜止或松弛狀態(tài)下的激光源次熱
沉(即致動(dòng)器支撐激光源，從而提供基本上水平的光束)。圖3B繪出 了有效狀態(tài)下的激光源次熱沉，其中致動(dòng)器適于將激光源的發(fā)射端提升 高于激光源的非發(fā)射端，從而提供高于水平的光束。應(yīng)當(dāng)指出，所迷致 動(dòng)器可以用來(lái)提供角度高于或低于水平的輸出光束，這取決于致動(dòng)器對(duì) 于激光源的部分偏斜。可選地，組合多個(gè)致動(dòng)器，從而實(shí)現(xiàn)關(guān)于兩個(gè)或 多個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)，例如傾斜和滾轉(zhuǎn)。
圖4繪出了包括透鏡次熱沉的可調(diào)節(jié)部件次熱沉，例如用于適于在 兩個(gè)光纖之間耦合光的透鏡。如圖4所示，透鏡包括基本上為球形的物 體，其響應(yīng)于來(lái)自致動(dòng)器的壓力而發(fā)生平移或者適應(yīng)其光學(xué)屬性，從而 可以將從第 一纖維接收的光導(dǎo)向鄰近第二纖維的不同點(diǎn)。盡管示為基本 上呈球形的物體，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明可用于響應(yīng)于致動(dòng)器的推 動(dòng)而進(jìn)行適配的任何透鏡結(jié)構(gòu)(例如球形、橢圓形、棱柱等等)的情況 下。因此，圖4中繪出的"球形透鏡"只是可以用來(lái)提高光纖之間的耦 合效率的多個(gè)光學(xué)部件之一。下面將參照?qǐng)D7更加詳細(xì)地描述球形透鏡。
圖5繪出了依照本發(fā)明第二實(shí)施例的可調(diào)節(jié)部件次熱沉的示意性表 示。如圖5所示，可調(diào)節(jié)部件次熱沉包括激光源次熱沉，例如用于激光 二極管。特別地，通過(guò)平臺(tái)可操作地定位激光源和可調(diào)節(jié)棱鏡，使得由 所述源提供的光穿過(guò)該棱鏡。
所述可調(diào)節(jié)棱鏡包括表示為PW1和PW2的兩個(gè)透明棱鏡壁(例如玻 璃、塑料等等)，其間設(shè)置了表示為T(mén)LMM的透明低模量材料以及至少 一個(gè)致動(dòng)器A。在圖5的實(shí)施例中，示出表示為Al和A2的兩個(gè)致動(dòng)器 置于透明棱鏡壁之間的上部分(Al)和下部分(A2)。所必需的是，一 個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器可操作來(lái)擾動(dòng)通常共面的透明棱鏡壁，使得由所述源產(chǎn) 生的光路可以通過(guò)改變例如這種光在所述棱鏡壁的一個(gè)或兩個(gè)上的入 射角來(lái)進(jìn)行控制。
圖5A繪出了靜止或松弛狀態(tài)下的可調(diào)節(jié)棱鏡(即致動(dòng)器支撐激光 源，從而提供基本上水平的光束)。在這種狀態(tài)下，由所述源產(chǎn)生的光 按照基本上筆直的方式穿過(guò)第一棱鏡、TL畫(huà)以及第二棱鏡壁。圖5B繪出了有效狀態(tài)下的可調(diào)節(jié)棱鏡，其中第二致動(dòng)器A2已經(jīng)擴(kuò) 展，使得棱鏡壁之間的距離從鄰近致動(dòng)器Al的壁部分到鄰近致動(dòng)器A2 的壁部分逐漸增大。應(yīng)當(dāng)指出，所述透明低沖莫量材料優(yōu)選地適應(yīng)兩個(gè)棱 鏡壁之間的可用空間，使得穿過(guò)棱鏡的光僅穿過(guò)棱鏡壁材料和TLMM材 料。還應(yīng)當(dāng)指出，盡管圖5繪出第二棱鏡壁PW2被致動(dòng)器移位，但是所 述棱鏡壁中的任何一個(gè)或者全部?jī)蓚€(gè)都可以這樣;故移位。這種移位可以 通過(guò)使用任何一個(gè)或者全部?jī)蓚€(gè)所述致動(dòng)器來(lái)發(fā)生。而且，在圖5繪出 的可調(diào)節(jié)棱鏡中可選地包括附加的致動(dòng)器。例如，附加的致動(dòng)器可以置 于棱鏡壁內(nèi)，以便沿任何方向相對(duì)于彼此調(diào)節(jié)所述壁的相對(duì)位置。換言 之，除了所繪出的圖5的"頂部"和"底部"致動(dòng)器之外或者替換這些 致動(dòng)器，可選地在依照本發(fā)明的各種配置中提供"左側(cè)"和/或"右側(cè)" 致動(dòng)器。
本發(fā)明的上述各個(gè)實(shí)施例包括含有受益于對(duì)準(zhǔn)的部件以及操作來(lái) 實(shí)現(xiàn)所述對(duì)準(zhǔn)的 一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器的組件或設(shè)備。這些致動(dòng)器可以通過(guò) 使用若干技術(shù)中的任何一種來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，熱致動(dòng)器可以通過(guò)使用響應(yīng) 于熱而按照可預(yù)測(cè)的方式膨脹或收縮的熱機(jī)械聚合物來(lái)實(shí)現(xiàn)。電致動(dòng)器 可以通過(guò)^f吏用響應(yīng)于電壓或電流而纟妄照可預(yù)測(cè)的方式膨力長(zhǎng)或收縮的電 活性聚合物、壓電陶瓷等等來(lái)實(shí)現(xiàn)。其他的致動(dòng)器包括MEMS器件、電 磁致動(dòng)器等等。 一般而言，實(shí)現(xiàn)光學(xué)重新對(duì)準(zhǔn)或者其他效果所需的機(jī)械 調(diào)節(jié)的量相對(duì)較小，約為幾十微米。然而，這幾十微米可能造成在光學(xué) 組件的功率傳遞、效率以及使用依照本發(fā)明教導(dǎo)適配的部件的 一般操作 方面的巨大差異。
應(yīng)當(dāng)指出，MEMS型器件一般需要10-100V并且提供10-20微米的移 位。更具體而言，靜電致動(dòng)器在移位約為數(shù)微米時(shí)工作最佳?？梢孕纬?行程高達(dá)IOO微米的梳狀驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器，但是電壓變高并且橫向穩(wěn)定性降 低。支撐這些梳齒的彈簧也是較大的并且非常易碎。相比較而言，聚合 物致動(dòng)器在小于2V下能夠進(jìn)行大于40微米的移位。使用由于光、熱和 電功率而引起膨脹/收縮的聚合物不需要諸如嵌齒(cog )、齒輪(gear )、 鉸鏈、萬(wàn)向節(jié)等等的運(yùn)動(dòng)部件。這樣的聚合物能夠以200腦精度實(shí)現(xiàn)例 如40微米的運(yùn)動(dòng)范圍。
圖6繪出了依照本發(fā)明第三[我不清楚你們是如何計(jì)數(shù)的，但是這 可能是第五個(gè)]實(shí)施例的可調(diào)節(jié)部件次熱沉的示意性表示。如圖6所示，所述可調(diào)節(jié)部件次熱沉包括致動(dòng)器陣列發(fā)射鏡，其中通過(guò)致動(dòng)器陣列適 應(yīng)光反射表面(或者更一般地說(shuō)，能量反射表面)，從而改變所述反射 鏡的焦點(diǎn)。該發(fā)射鏡通過(guò)柔性反射膜來(lái)形成，其安裝在小間距致動(dòng)器的 陣列上。在一個(gè)實(shí)施例中，該致動(dòng)器陣列包括安裝在單個(gè)電活性聚合物 材料上的電極陣列。向這些電極施加電壓以受控的方式導(dǎo)致聚合物的變 形，其調(diào)節(jié)反射膜的曲率以及從而與所述反射鏡關(guān)聯(lián)的焦點(diǎn)。這種調(diào)節(jié) 可以是對(duì)稱(chēng)的，導(dǎo)致所述發(fā)射鏡的焦距的變化。這種調(diào)節(jié)可以是非對(duì)稱(chēng) 的，導(dǎo)致光束焦點(diǎn)的橫向平移和/或焦點(diǎn)的變化。在另一個(gè)實(shí)施例中， 所述單個(gè)電活性聚合物由d、間隙分隔的單獨(dú)電極的陣列替換，所述間隙 例如是空氣或者其他某種電介質(zhì)材料的間隙。
圖7繪出了如以上參照?qǐng)D4所討論的氣球狀透鏡的示意性表示。特
別地，該氣球狀透鏡包括可調(diào)節(jié)電活性透鏡，其中示意性地，濕/離子 電活性聚合物包封于柔性氣球狀電極中。 一旦將電荷注入到電活性聚合 物中，該材料由于所注入電荷的相互排斥而膨脹或收縮，所述膨脹或收 縮將改變所述透鏡的形狀并且從而改變其焦距。此外，電荷的注入將改 變電活性聚合物的折射率，這也導(dǎo)致透鏡焦距的變化。因此，焦距的變
化使用兩種機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)；即透鏡形狀的幾何適應(yīng)和/或形成透鏡的材料 的折射率的修改。而且，所述氣球狀透鏡由于與其關(guān)聯(lián)的膨脹和收縮性
質(zhì)而可以用作激勵(lì)器件。
圖7A繪出了靜止或松弛狀態(tài)下的氣球狀透鏡(即不存在被注入以 便適應(yīng)該透鏡的形狀和/或折射率的電荷)。在這種狀態(tài)下，輸入光束 入射到透鏡表面上并且繪成會(huì)聚到透鏡之外的點(diǎn)，其中透鏡的焦點(diǎn)和外 表面之間的距離表示為焦距。圖7B繪出了有效狀態(tài)下的氣球狀透鏡， 其中注入了電荷，使得透鏡尺寸增大或者"像氣球那樣膨脹"。在這種 狀態(tài)下，輸入光束會(huì)聚到不同的焦點(diǎn)。特別地，通過(guò)增大氣球狀透鏡的 尺寸和/或折射率，焦距像所示的那樣增大。通過(guò)這種方式，注入電荷 和焦距之間的關(guān)系可以有利地用來(lái)適應(yīng)光學(xué)信號(hào)的焦點(diǎn)。
這里參照?qǐng)D7繪出的氣球狀透鏡適用于例如以上參照?qǐng)D4所討論的 用于在光纖之間耦合光能的透鏡的情況中。特別地，電荷到氣球狀透鏡 的受控注入用來(lái)適應(yīng)與該透鏡關(guān)聯(lián)的焦距，從而由第一光纖的輸出端提 供的最大數(shù)量的光可以聚焦到第二光纖的輸入端上。
上述結(jié)構(gòu)有利地適于光學(xué)和其他有向能量次熱沉和子組件以及更高級(jí)組件和裝備或者裝備的部分的快速裝配。在一個(gè)實(shí)施例中，提供了 層級(jí)裝配和測(cè)試方案。特別地，具有與其關(guān)聯(lián)的嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)參數(shù)的每個(gè)所 述部件在其各自的次熱沉上包括適于可控制地補(bǔ)償對(duì)準(zhǔn)誤差的一個(gè)或 多個(gè)激勵(lì)裝置。在下一級(jí)上，各個(gè)次熱沉包含在更高級(jí)子組件或組件內(nèi)。 該子組件或組件也具有與其關(guān)聯(lián)的適于可控制地補(bǔ)償其自身的對(duì)準(zhǔn)誤 差的一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)裝置。換言之，就在子組件之間必需光學(xué)或有向能 量對(duì)準(zhǔn)的程度而言，在一個(gè)或多個(gè)所述子組件內(nèi)包含激勵(lì)裝置允許在這 些子組件之間導(dǎo)向的能量的可控對(duì)準(zhǔn)。最后，可以組合多個(gè)部件和/或 多個(gè)子組件以便產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)元件、計(jì)算元件、光學(xué)或有向能量傳輸元件等 等，可以快速地對(duì)所述元件進(jìn)行配置和測(cè)試以保證適當(dāng)?shù)牟僮?。具有?成激勵(lì)裝置的各層級(jí)元件的計(jì)算機(jī)控制的測(cè)試提供了與用來(lái)實(shí)現(xiàn)光學(xué) 或其他有向能量器件的特定層級(jí)結(jié)構(gòu)的每一級(jí)上的部件、子組件等等關(guān) 聯(lián)的成本的顯著降低。
除了本發(fā)明的上述實(shí)施例之外，本發(fā)明的發(fā)明人設(shè)想了其他不同的 實(shí)施例。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明用來(lái)提供光學(xué)封裝，其中要求嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)的 部件具有集成的致動(dòng)器(作為激勵(lì)的次熱沉或者微定位器)，可以控制 所述致動(dòng)器，以便補(bǔ)償這些部件的初始放置相對(duì)于彼此的任何偏移，從 而最優(yōu)化通過(guò)所述封裝的光學(xué)信號(hào)。
在另 一 個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明用來(lái)提供包含光束操縱器件的光學(xué)封 裝，所述光束操縱器件能夠使用致動(dòng)器操縱光束以便補(bǔ)償初始對(duì)準(zhǔn)偏 移。例如，棱鏡、透鏡或反射鏡，其諸如位置和形狀之類(lèi)的屬性可以加 以調(diào)節(jié)以便最優(yōu)化通過(guò)所述封裝的光學(xué)信號(hào)。
在各個(gè)實(shí)施例中，提供了具有足夠范圍和操作特性以便適合用于其
中對(duì)準(zhǔn)偏移來(lái)自于使用諸如SMT (表面安裝技術(shù))之類(lèi)的高速制造工藝 的放置的應(yīng)用并且能夠工作于與標(biāo)準(zhǔn)CMOS技術(shù)兼容的功率/電壓下的致 動(dòng)器。此外，各個(gè)實(shí)施例采用了能夠容易地集成到光學(xué)封裝中而無(wú)需高 程度的處理(其將抵消采用這種方法節(jié)省的成本)的致動(dòng)器，例如使用 聚合物致動(dòng)器。聚合物致動(dòng)器相比于壓電致動(dòng)器可以具有高應(yīng)變，相比 于用于MEMS的靜電致動(dòng)器具有低的功耗/電壓和低的處理要求。
本發(fā)明的上述實(shí)施例可以在方法、計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)和計(jì)算機(jī)程序流 程的情況中實(shí)現(xiàn)。 一般而言，依照本發(fā)明的方法可以使用具有處理器以及用于存儲(chǔ)各種控制程序、其他程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器的計(jì)算器件來(lái)實(shí) 現(xiàn)。所述存儲(chǔ)器還可以存儲(chǔ)支持這些程序的操作系統(tǒng)。處理器與諸如電 源、時(shí)鐘電路、高速緩存之類(lèi)的常規(guī)支持電路以及協(xié)助執(zhí)行存儲(chǔ)在所述 存儲(chǔ)器中的軟件例程的電路協(xié)作。因此，可以設(shè)想，本文討論的一些步
:輸出(i/o7電路溫成與所述器件i信的(種功能元件之間:妾n。
計(jì)算器件被設(shè)想為例如通用計(jì)算機(jī)，其經(jīng)過(guò)編程執(zhí)行依照本發(fā)明的 各種控制功能，本發(fā)明可以在例如專(zhuān)用集成電路(ASIC)或者現(xiàn)場(chǎng)可編
程門(mén)陣列(FPGA)的硬件中實(shí)現(xiàn)。因此，本文中描述的過(guò)程步驟意在4皮 廣義地解釋為由軟件、硬件或其組合等效地實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明還可以實(shí)現(xiàn)為計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中計(jì)算機(jī)指令在由計(jì)算機(jī) 處理時(shí)適應(yīng)計(jì)算機(jī)的操作，從而調(diào)用或者換言之提供本發(fā)明的方法和/ 或技術(shù)。用于調(diào)用本發(fā)明方法的指令可以存儲(chǔ)在固定或可移除介質(zhì)中， 在諸如廣播媒介之類(lèi)的信號(hào)承載媒介中通過(guò)數(shù)據(jù)流傳輸，和/或存儲(chǔ)在 依照這些指令操作的計(jì)算器件內(nèi)的工作存儲(chǔ)器中。
盡管上面針對(duì)的是本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，但是在不脫離本發(fā)明的基 本范圍的情況下可以設(shè)計(jì)出本發(fā)明的其他和另外的實(shí)施例。因此，本發(fā) 明的適當(dāng)范圍應(yīng)當(dāng)依照以下的權(quán)利要求來(lái)確定。
權(quán)利要求
1. 一種設(shè)備，包括有向能量處理部件，具有與其關(guān)聯(lián)的和接收的能量以及提供的能量中的一個(gè)或全部?jī)蓚€(gè)的優(yōu)選對(duì)準(zhǔn)；至少一個(gè)聚合物致動(dòng)器，置于有向能量處理部件的鄰近以便向其提供適于允許實(shí)現(xiàn)所述優(yōu)選對(duì)準(zhǔn)的力；檢測(cè)器，用于檢測(cè)與所述提供的能量關(guān)聯(lián)的定性參數(shù)；以及處理器，用于以趨向改善檢測(cè)的定性參數(shù)的方式調(diào)節(jié)所述致動(dòng)器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括安裝裝置，適于固定所述有向能量處理部件以及至少一個(gè)致動(dòng)器， 從而提供可調(diào)節(jié)的部件次熱沉。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述有向能量處理部件包括 光纖，所述至少一個(gè)致動(dòng)器適于沿至少一個(gè)方向推動(dòng)該光纖的一端。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述有向能量處理部件包括 具有近端和遠(yuǎn)端的光源，所述至少一個(gè)致動(dòng)器適于以趨向重新引導(dǎo)光束 遠(yuǎn)離正常i 各徑的方式推動(dòng)該光源的至少 一端。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述有向能量處理部件包括 適于在兩個(gè)光纖之間耦合光能的透鏡，該透鏡響應(yīng)于至少一個(gè)致動(dòng)器的 推動(dòng)而變形和/或平移，^v而適應(yīng)與該透4竟關(guān)if關(guān)的焦點(diǎn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述有向能量處理部件包括 棱鏡，該棱鏡具有設(shè)置在兩個(gè)基本上透明的板之間的基本上透明的低模 量材料，至少一個(gè)板響應(yīng)于至少一個(gè)致動(dòng)器的推動(dòng)而設(shè)置成與另一個(gè)板 成非共面關(guān)系，從而穿過(guò)這些板的光束由于來(lái)自不垂直于光束傳播方向 的表面的折射而改變方向。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述有向能量處理部件以及 至少一個(gè)致動(dòng)器在適于安裝在有向能量處理組件中的公共平臺(tái)上形成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述有向能量處理組件包括 多個(gè)平臺(tái)，每個(gè)所述平臺(tái)包含有向能量處理部件以及至少一個(gè)相應(yīng)的致動(dòng)器，所述有向能量處理組件適于以趨向提供各自的優(yōu)選對(duì)準(zhǔn)的方式調(diào) 節(jié)每個(gè)所述有向能量處理部件。
9. 一種對(duì)準(zhǔn)至少兩個(gè)有向能量處理部件以便最優(yōu)化其間的能量耦 合效率的方法，該方法包括使用受控致動(dòng)器推動(dòng)所述有向能量部件中的至少一個(gè)，從而使該部 件的位置平移，所述致動(dòng)器響應(yīng)于確定的能量耦合水平而進(jìn)行控制。
10. —種光學(xué)組件，包括 置光學(xué)對(duì)準(zhǔn)到l適當(dāng):光學(xué)對(duì)準(zhǔn)的l少二個(gè)致動(dòng)器關(guān)聯(lián)。$ 全文摘要
用于自對(duì)準(zhǔn)部件、子組件和/或組件的方法、設(shè)備和系統(tǒng)，其中致動(dòng)器用來(lái)物理地移動(dòng)所述部件、子組件和/或組件，從而提供適當(dāng)?shù)膶?duì)準(zhǔn)。所述對(duì)準(zhǔn)的效率可以關(guān)于輸出信號(hào)的定性測(cè)量(例如誤碼率、光強(qiáng)等等)來(lái)確定。
文檔編號(hào)G02B6/35GK101438194SQ200780016607
公開(kāi)日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2007年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月9日
發(fā)明者A·M·利昂斯, G·喬丹, P·J·休斯 申請(qǐng)人:盧森特技術(shù)有限公司