專利名稱：光學(xué)元件安裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)元件安裝方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體和/或基于微型機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的光學(xué)系統(tǒng)的制造方面，元件對準(zhǔn)是至關(guān)重要的。光的基本性質(zhì)要求生光元件、光傳送元件和調(diào)光元件必須在相互之間被精確地定位，尤其是在自由空間光學(xué)系統(tǒng)中就更應(yīng)如此，以便在光電或全光系統(tǒng)中能正確有效地起作用。半導(dǎo)體和微型機(jī)電系統(tǒng)的尺度大小特性要求具有亞微米的對準(zhǔn)精度。
考慮這樣一個具體的例子把一個半導(dǎo)體二極管激光器，例如一個泵激光器，連接到一個單型纖維的纖維芯上。在喇曼(Raman)泵送系統(tǒng)中，只有連接到纖維芯內(nèi)的動力源被用于光學(xué)地泵送一隨后獲得的纖維，例如摻有稀土的纖維或常規(guī)纖維。連接效率取決于激光輸出面和芯軸之間的精確對準(zhǔn)；不精確的對準(zhǔn)能導(dǎo)致通過光學(xué)系統(tǒng)傳統(tǒng)的信號部分或全部丟失。
此外，這些光學(xué)系統(tǒng)要求在機(jī)械方面牢固安裝和對準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)。在制造過程中，這些系統(tǒng)被處于很寬的溫度范圍，購買者使用說明書可明確地要求溫度周期測試。在發(fā)送之后，這些系統(tǒng)能被進(jìn)一步地暴露于長期的溫度周期和機(jī)械震動。
焊接連接和激光焊接是兩種常用的安裝技術(shù)。通過與位于要被對準(zhǔn)的元件和與其相連的平臺或基底之間的熔融的焊接接縫對準(zhǔn)，就能實(shí)現(xiàn)光學(xué)元件的焊接連接。然后，該焊料被固化，從而“鎖定”這種對準(zhǔn)。在有些情況中，在焊料固化之前，向?qū)?zhǔn)位置增加一個有意偏移，以便補(bǔ)償在后面由于焊料固化收縮所引起的對準(zhǔn)偏移。在激光焊接的情況中，例如，纖維被維持在一個夾子內(nèi)，然后使夾子與半導(dǎo)體激光器對準(zhǔn)，并被焊接入位。然后，該纖維也可以被進(jìn)一步焊接到夾子上，使得沿著其它的軸形成對準(zhǔn)。常常采用輔助焊接來補(bǔ)償由于焊接本身造成的對準(zhǔn)偏移，但是對于其它的焊接系統(tǒng)，絕對的補(bǔ)償是不可能的。
此外，有兩類常用的對準(zhǔn)策略有源的(active)和無源的(passive)。通常，在光學(xué)元件的無源對準(zhǔn)中，把校準(zhǔn)或?qū)?zhǔn)特征被直接制造在元件或元件載體上以及安裝這些元件的平臺上。然后，把這些元件直接安裝和連接到使用這些對準(zhǔn)特征的平臺上。在有源對準(zhǔn)中，光學(xué)信號通過光學(xué)元件被傳送，并對光學(xué)信號進(jìn)行監(jiān)測。根據(jù)傳送特性來進(jìn)行對準(zhǔn)，以便使系統(tǒng)能獲得最高的性能。

發(fā)明內(nèi)容
一般而言，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明涉及一種光學(xué)元件安裝方法。該方法包括，通過通過平版印刷對一抗蝕材料進(jìn)行刻紋槽，形成一個具有一基底和一光學(xué)元件連接體的構(gòu)件，在所述的抗蝕材料中形成所述的構(gòu)件。然后把一光學(xué)元件安裝在所述的連接體上。將所述的構(gòu)件安裝在一光具座上，把所述的光學(xué)元件定位在光具座上面的一光通路中。
在優(yōu)選實(shí)施例中，在把所述的構(gòu)件安裝到所述的光具座上之前，把所述的光學(xué)元件安裝在所述的連接體上。利用一拾取和放置機(jī)器將所述構(gòu)件安裝在所述光具座上，然后利用如焊接的方法將所述構(gòu)件固定到所述光具座上。
然而，這些用于保持光學(xué)元件的常規(guī)的芯片或類似構(gòu)件一般都很昂貴。而且，這些構(gòu)件要用于實(shí)現(xiàn)通常的嚴(yán)格的光學(xué)系統(tǒng)對準(zhǔn)，要在特定的機(jī)器上加工這些構(gòu)件也是很困難的。
一般而言，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明涉及一種光學(xué)元件安裝方法。該方法包括，通過平版印刷形成一構(gòu)件，該構(gòu)件具有一基底和一光學(xué)元件連接體。然后把一光學(xué)元件安裝在所述的連接體上，將所述的構(gòu)件安裝在一光具座上，把所述的光學(xué)元件定位在光具座上面的一光通路中。
在優(yōu)選實(shí)施例中，平版印刷形成一構(gòu)件包括暴光具有構(gòu)件模型的抗蝕材料和沖洗該抗蝕材料。在優(yōu)選實(shí)施例中，使用LIGA方法，其中，為形成該構(gòu)件，抗蝕材料被電鍍過程，隨后被取出。
在優(yōu)選實(shí)施例中，對一類光學(xué)元件而言，在把所述的構(gòu)件安裝到所述的光具座上之前，把所述的光學(xué)元件安裝在所述的連接體上。目前，該順序使用在光學(xué)元件為無源元件和有源元件的情況下，無源元件如濾鏡、鏡子，有源元件如微型機(jī)電系統(tǒng)類型裝置，如微型機(jī)電系統(tǒng)過濾器。對于其他類的光學(xué)元件而言，如光學(xué)纖維，保持光學(xué)纖維的構(gòu)件首先被安裝在光具座上，然后被安裝到該構(gòu)件上。
目前，利用一拾取和放置機(jī)器把所述構(gòu)件安裝在所述光具座上，然后利用焊接的方法把所述構(gòu)件固定到所述光具座上，如熔融焊接，但是其他的方法如環(huán)氧樹脂連接和激光焊接都可以使用。
在優(yōu)選實(shí)施例中，所述后進(jìn)包括鎳或鎳合金，但是金和金合金都可以使用。鎳具有確定的優(yōu)點(diǎn)是，其可以很容易得鍍金并具有所需的變形特性。
在一個實(shí)施例中，光學(xué)元件通過焊接連接固定到所述構(gòu)件的連接體上。但是，其他方式的連接也是可以的，如環(huán)氧樹脂連接和激光焊接。
常規(guī)光學(xué)系統(tǒng)生產(chǎn)過程中的另一個問題是，需要非常特殊的機(jī)器來實(shí)現(xiàn)，而且通常是生產(chǎn)較低質(zhì)量很快，而要生產(chǎn)高質(zhì)量的就很慢。
速度和質(zhì)量之間的矛盾的原因是實(shí)施的對準(zhǔn)方法的類型。無源對準(zhǔn)能被快速的進(jìn)行，但是對準(zhǔn)的結(jié)果并不理想。有源對準(zhǔn)非常精確但是很慢。
本發(fā)明也提供了一種光學(xué)系統(tǒng)生產(chǎn)系統(tǒng)。其利用在光具座上的光學(xué)元件的無源設(shè)置，其后跟隨較佳的快速有源對準(zhǔn)方法。這樣，其尋求得到由常規(guī)對準(zhǔn)系統(tǒng)提供的最好的特征。
一般而言，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明涉及一種光學(xué)系統(tǒng)生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線包括一個光具座供給源，用于提供一些光具座；以及一個光學(xué)元件供給源，用于提供光學(xué)元件。一個拾取和放置機(jī)器，用于從所述的光具座供給源接收光具座，以及從所述的光學(xué)元件供給源拾取光學(xué)元件，并把所述的光學(xué)元件放置在固定所述光學(xué)元件的光具座上。光學(xué)系統(tǒng)對準(zhǔn)器的特征是把光學(xué)元件定位在在光具座上，并機(jī)械地調(diào)節(jié)所述光學(xué)元件的相對位置。
在優(yōu)選實(shí)施例中，拾取和放置機(jī)器通過焊接連接確保光學(xué)元件在光具座上。在現(xiàn)在的應(yīng)用中，該拾取和放置機(jī)器是翻裝晶片連接器。而且，該光學(xué)系統(tǒng)對準(zhǔn)器的特征是通過啟動光學(xué)系統(tǒng)的光通路來對所述的光學(xué)元件進(jìn)行定位，在與至少一些所述的光學(xué)元件相互作用之后監(jiān)測一光學(xué)信號，調(diào)節(jié)光學(xué)元件，以便通過所述的光通路對所述光學(xué)信號的傳送進(jìn)行優(yōu)化。該對準(zhǔn)系統(tǒng)最好包括兩個用于接合安裝構(gòu)件的夾爪，支撐著所述的光學(xué)元件，并使所述構(gòu)件相對于光具座移動。
下面將參照附圖來更具體描述本發(fā)明的上述特征和其它特征包括各種新的具體的結(jié)構(gòu)以及各部分的組合，以及本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)，并且在權(quán)利要求書中被指出本發(fā)明的這些特征。應(yīng)當(dāng)知道，實(shí)施本發(fā)明的具體方法和裝置是以描述的方式來說明的，本發(fā)明并不局限于這些具體的方法和裝置。本發(fā)明的原理和特征可以在許多不同的實(shí)施例中采用，這并沒有脫離本發(fā)明的范圍。


在附圖中，在不同的視圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件。附圖并不一定是按比例畫的，附圖只是著重于解釋說明本發(fā)明的原理。在這些附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件的立體示意圖；圖2是第一實(shí)施例中的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件的前視平面圖；圖3A是表示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件的立體示意圖；圖3B是表示第二實(shí)施例中的構(gòu)件的尺寸大小的前視平面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例中的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件的立體示意圖；圖5A是表示本發(fā)明第四實(shí)施例中的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件的前視平面圖；圖5B是表示本發(fā)明的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件的一個相關(guān)實(shí)施例的立體示意圖；圖6是本發(fā)明第五實(shí)施例的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件的前視平面圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件的前視平面圖；圖8是本發(fā)明第七實(shí)施例中的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件的前視平面圖；
圖9和圖10表示本發(fā)明第八和第九實(shí)施例的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件；圖11是本發(fā)明第十實(shí)施例的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件的前視平面圖，其中，一些單獨(dú)的構(gòu)件被匯集到一個單一的基底上；圖12是本發(fā)明第十一實(shí)施例的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件的平面圖；圖13是表示本發(fā)明第十二實(shí)施例的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件的平面圖；圖14是本發(fā)明第十三實(shí)施例的用于無源部件對準(zhǔn)的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件的平面圖；圖15A和圖15B是表示本發(fā)明第十四實(shí)施例的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件的前視平面圖，用于把第二光學(xué)元件安裝在另一個光學(xué)元件附近，圖15C是一個零件分解的立體圖，表示用于安裝在第十五實(shí)施例上的微型機(jī)電系統(tǒng)過濾器；圖16A，16B，16C表示用于制造本發(fā)明的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件的電鍍和光刻方法；圖17A至17F表示用于制造安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件的方法，其中的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件的一些構(gòu)件部分沿z軸具有非固定不變的斷面；圖18A和18B是表示把光學(xué)元件安裝到安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件上以及把安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件安裝到光具座上的方法步驟的立體示意圖；圖19是一個立體示意圖，表示根據(jù)本發(fā)明一激光器光學(xué)信號源，它把一光束連接到光學(xué)纖維內(nèi)，光學(xué)纖維由安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件維持著；圖20是表示根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)有源對準(zhǔn)方法的方法流程圖；圖21是一俯視的立體圖，表示對準(zhǔn)器的夾爪與安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件的手柄接合，使得構(gòu)件在對準(zhǔn)過程期間發(fā)生變形；圖22是一個曲線示意圖，表示在豎直軸線上的作用力與光學(xué)響應(yīng)是水平軸線上的位移接伸的函數(shù)，用于解釋本發(fā)明的對準(zhǔn)方法；圖23是沿著y軸的作用力作為位移的一個函數(shù)的曲線圖，用于說明選擇屈服力時的約束條件；
圖24是表示本發(fā)明第十五實(shí)施例的復(fù)合構(gòu)件的立體示意圖；圖25是本發(fā)明第十六實(shí)施例的雙材料的立體示意圖；圖26是表示根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)的生產(chǎn)線的示意圖；圖27A，27B，27C是表示安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件的部分平面視圖，表示出了對準(zhǔn)溝槽的三種不同結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)圖1示例性地表示出了安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件，它是根據(jù)本發(fā)明的原理來構(gòu)造的。
通常，對準(zhǔn)構(gòu)件100包括一個基底110，一個光學(xué)元件連接體112，左護(hù)板114A和右護(hù)板114B，該護(hù)板直接地或間接地把基底110與連接體112相連。
基底110包括一個側(cè)向延伸的基底表面116。在圖示的例子中，基底表面116大致在x和z軸形成的平面內(nèi)延伸。
基底和基底表面具有對準(zhǔn)特征。在某實(shí)施例中，這些特征最好用于與光具座的異性的對準(zhǔn)特征相配合。在圖中所示的具體的應(yīng)用中，設(shè)備利用這些對準(zhǔn)特征來配合光具座的對準(zhǔn)特標(biāo)記或特征。具體地說，這些對準(zhǔn)特征包括一個寬的U形切口區(qū)域120。此外，還設(shè)置三個凹形的對準(zhǔn)溝槽118，這三個對準(zhǔn)溝槽在z軸方向上沿著構(gòu)件的整個深度延伸。這個U形的切口區(qū)域120所增加的優(yōu)點(diǎn)在于減小了接觸面積，從而減小了在構(gòu)件和光具座之間或與該光具座相連的其它表面之間的連接體中的應(yīng)力。
在圖示的應(yīng)用中，護(hù)板114A，114B中的每塊護(hù)板都包括兩片段122和124。具體地說，例如，護(hù)板114B包括122B和124B兩片段。
在圖示實(shí)施例中，豎直延伸的，即至少部分在y軸方向上延伸的片段122A，122B沿其長度具有兩個彎曲126A，126B。這些彎曲是在這些片段中的斷面減小的區(qū)域，這些區(qū)域在z軸方向上延伸。豎直延伸的片段122有利于安裝在沿x軸方向的連接體112上的光學(xué)元件的定位；彎曲126A，126B有利于所述片段122A，122B的在x軸和y軸形成的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。這些彎曲的目的是把微型結(jié)構(gòu)變化例如發(fā)生塑性變形的區(qū)域分開，以便屈服力能被容易地預(yù)測。此外，這些彎曲使得變形集中在護(hù)板上，從而減小了在護(hù)板開始塑性變形之前光學(xué)元件中所需力或移動的大小。
在圖示實(shí)施例中，水平延伸(即，在x軸方向上延伸)的片段124A，124B中的每一片段都包括兩個彎曲128A，128B。這些彎曲也是對應(yīng)片段中斷面減小的區(qū)域，這些彎曲沿z軸延伸。
水平延伸的片段124A，124B允許對安裝在大致沿y軸豎直延伸的光學(xué)元件連接體112上的光學(xué)元件進(jìn)行定位。各個彎曲128A、128B有利于護(hù)板變形。
在一種應(yīng)用中，光學(xué)元件與光學(xué)元件連接體112相連，更具體地說是與連接表面132相連。這種連接是通過聚合粘合劑連接或焊接連接來實(shí)現(xiàn)的。在另外的應(yīng)用中，則采用了熱壓連接，激光焊接，反應(yīng)性連接或其它連接方法。
在圖示實(shí)施例中，元件連接體還包括構(gòu)件-元件對準(zhǔn)特征113。在圖示實(shí)施例中，這個構(gòu)件-元件對準(zhǔn)特征是一些從元件連接表面132沿z軸方向延伸的槽。于是，光學(xué)元件的相應(yīng)的外凸的凸起就與這些槽113接合，以便沿著x軸和y軸把光學(xué)元件定位且對準(zhǔn)在光學(xué)端口134上。
在一些應(yīng)用中，光學(xué)元件連接體具有一個端口134，以便使一光學(xué)信號能橫向通過該構(gòu)件。這使得能夠通過促進(jìn)光學(xué)信號傳向光學(xué)元件和/或從光學(xué)元件離開，從而能光學(xué)地利用光學(xué)元件。
為了便于抓住和放置所述的構(gòu)件100，最好還在該構(gòu)件上設(shè)置一個手柄136。在圖示實(shí)施例中，這個手柄136包括位于側(cè)面的兩個V形或U形的切口區(qū)域，并位于構(gòu)件的頂部附近。在圖示的例子中，它們與光學(xué)元件連接體112相結(jié)合。
手柄136使得在把構(gòu)件100連接到光具座10上時能對該構(gòu)件100進(jìn)行操縱。具體地說，例如，右切口用于使構(gòu)件向左移動。為了在豎直方向或在y軸方向上移動該構(gòu)件，兩個切口都使該構(gòu)件朝光具座10壓下或把該構(gòu)件從光具座拉開。
為了進(jìn)一步地便于在光具座上抓緊和安裝，每塊護(hù)板上設(shè)置翼狀部分121A，121B。這些翼狀部分由加熱的真空夾具所使用，以便能對所述構(gòu)件進(jìn)行操縱，并在后面能用于加熱，以便進(jìn)行焊接連接。翼狀部分121與基底表面116之間的短距離有利于良好地?zé)醾鲗?dǎo)。
圖2是圖1所示的第一實(shí)施例中的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件的前視平面圖。這個圖中表示出了左護(hù)板114A和右護(hù)板114B的結(jié)構(gòu)，并具體地表示出了這些護(hù)板是怎樣由對應(yīng)的水平延伸的片段124和豎直延伸的片段122來構(gòu)成的。
圖中還表示出了連接表面132的范圍。通常，首先把一焊接材料附著到表面132上。然后，光學(xué)元件和/或構(gòu)件被加熱，并使它們相互接觸，以便進(jìn)行焊接連接。在其它一些實(shí)施例中，采用環(huán)氧樹脂連接方法來連接，在這種連接方法中，首先把環(huán)氧樹脂附著到表面132上。
圖3A表示出了第二實(shí)施例中的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件。這個實(shí)施例中共用與圖1和圖2所示的第一實(shí)施例中相同的附圖標(biāo)記。具體地說，安裝表面116具有一些槽形的對準(zhǔn)槽118，用于目視對準(zhǔn)。
現(xiàn)在來描述護(hù)板114A，114B，與第一實(shí)施例類似，設(shè)置有豎直延伸的片段122A，122B。然而，在所述的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件100的每側(cè)的每個護(hù)板上設(shè)置有兩個水平延伸的片段154，155。特別是，護(hù)板114B包括兩個水平延伸的片段154B，155B，這兩個片段154B，155B大致從豎直延伸的片段122B向光學(xué)元件連接體112延伸。特別是，一個連接片段158把兩個水平延伸的片段154B，155B的末端與護(hù)板114B的豎直延伸的片段122B相連。
圖3A中的第二實(shí)施例表示出了光學(xué)元件連接體112的另一種結(jié)構(gòu)。具體地說，第二實(shí)施例中的光學(xué)連接體112具有一個V形或U形的切口區(qū)域或槽152，它穿過安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件100沿z軸方向延伸。這種開口槽結(jié)構(gòu)允許圖中F所示的纖維沿箭頭159所示的豎直方向向下裝入槽152內(nèi)。在通常的應(yīng)用中，纖維F在槽的底部與表面132相連。優(yōu)選地是采用焊接連接，但也可以采用其它的連接方法例如環(huán)氧樹脂連接。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，相對于護(hù)板的連接點(diǎn)位置而言，槽的深度被用于抵抗由所述纖維作用在構(gòu)件上的z軸方向上的力所產(chǎn)生的振動。特別是，由z軸向上的力所產(chǎn)生的移動是不可避免的。然而，可以控制槽的深度，從而使得纖維不會因這些作用力而發(fā)生移動。
在另外一些實(shí)施例中，沿著箭頭157施加作用力，使手柄136被接合且U形槽被壓緊，從而固定住光學(xué)元件，例如固定住纖維。
圖3B示例性地表示出本發(fā)明第三實(shí)施例中的尺寸大小。具體地說，圖示實(shí)施例中的高度為1.1毫米(mm)。通常，這些構(gòu)件的高度大于0.5mm，以便促進(jìn)操縱。為了在標(biāo)準(zhǔn)的捆束中提供足夠的間隙，這些構(gòu)件的高度通常小于2.0mm。圖中所示構(gòu)件的寬度為1.9mm。對于這個寬度而言，該寬度最好大于0.5mm，以便而利于穩(wěn)定地安裝在光具座上。為了提供可接受的元件捆束密度以及元件之間的間隙，通常希望這個寬度w小于4mm。
圖4表示出了第三實(shí)施例中的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件100，該構(gòu)件100具有許多與圖1-3中所描述的類似的結(jié)構(gòu)。它具有一個基底110和側(cè)向延伸的基底表面116。此外，圖中所示的第三實(shí)施例具有一個光學(xué)元件連接體112，該連接體具有一個光學(xué)端口152。在這個例子中，手柄136更加明顯，它從連接體112向上豎直延伸。
在基底表面上設(shè)置V形對準(zhǔn)特征210，用于與光具座中的互補(bǔ)配合的V形對準(zhǔn)槽接合。
更顯著的區(qū)別特征之一是護(hù)板114A和114B。每個護(hù)板并不具有平行于x軸和y軸延伸的片段，而是包括兩個對角延伸的片段212，214，所述的片段212，214相互之間大致相交成直角。此外，護(hù)板沒有分散的彎曲系統(tǒng)，而是沿著護(hù)板的長度具有相當(dāng)恒定的斷面。
此外，光學(xué)元件連接體112具有相對閉合的槽形光學(xué)元件安裝槽152。在一個實(shí)施例中，一纖維被插入槽152內(nèi)，然后把槽壓緊，從而把纖維固定在該槽內(nèi)。此外，手柄136被設(shè)置成沿豎直方向從光學(xué)元件連接體112延伸。在圖中所示的例子中，手柄136在槽152的每一側(cè)具有左延伸件和右延伸件。
與前面所描述相比，圖4中的第三實(shí)施例的另一個區(qū)別在于使用了z軸彎曲。具體地說，基底110包括一個前板部分422和一個后板部分(圖中未示)。因此，基底110是一個空盒結(jié)構(gòu)。Z軸護(hù)板的使用使得當(dāng)繞x軸或θ角方向以轉(zhuǎn)動的方式施加應(yīng)力時可以控制彎曲。
圖5A表示出了這樣一個實(shí)施例，其中，基底被分成兩個單獨(dú)的基底片段110A，110B，以便有利于構(gòu)件-光具座連接體的穩(wěn)定，而且可減小接觸面，這些接觸面產(chǎn)生不相稱的應(yīng)力。為了在制造這種構(gòu)件期間，以及在把構(gòu)件安裝到光具座上期間，使這種裝置更加牢固，且一根彈簧狀的連接310把基底兩半110A，110B連接起來。這個元件310在安裝前被夾緊或有意地被壓縮。
圖5B表示出了一個相關(guān)的實(shí)施例，圖中與前面所描述的相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件。這個實(shí)施例的特點(diǎn)在于位于豎直延伸的片段126與水平延伸的片段124之間所形成的角是一個鈍角。在一些應(yīng)用中，這種結(jié)構(gòu)有利于對準(zhǔn)。
圖6表示出了第五實(shí)施例，該實(shí)施例與圖5中的第四實(shí)施例緊密相關(guān)。在此，光學(xué)元件連接體包括兩個單獨(dú)的被分開的片段112A，112B。在這個實(shí)施例中，把一光學(xué)元件例如一光學(xué)纖維插入位于所述連接體的兩半112A，112B之間的空間區(qū)域。所述的兩半112A，112B繞著纖維F被壓緊。
圖7表示第六實(shí)施例中的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件。與前面所描述的實(shí)施例相比，這個實(shí)施例的特點(diǎn)在于護(hù)板114A，114B具有連續(xù)的彎曲，且橫跨護(hù)板的長度分布。這些彎曲并不是設(shè)置在前面的一些實(shí)施例中所表示的一些特定的彎曲點(diǎn)處。在這個實(shí)施例中，護(hù)板作為會發(fā)生塑性變形的彎曲元件。
圖8表示出了第八實(shí)施例中的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件。這個實(shí)施例的特點(diǎn)在于護(hù)板114A，114B是相當(dāng)剛硬的，從而使得它們可抵抗任何彎曲或塑性變形。具體地說，護(hù)板114A，114B沒有象圖1中所描述的分散的彎曲，也沒有象圖7中那樣的連接的彎曲元件，而是該護(hù)板是相當(dāng)厚的。于是，圖8中的實(shí)施例通常被用于安裝那些通過纖維輸入而通過組件或捆束外側(cè)的纖維。第七實(shí)施例可抵抗作用在例如維持在連接體112內(nèi)的纖維F上的拉伸應(yīng)力。
通常，第七實(shí)施例與第二安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件結(jié)合使用。第一安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件靠近纖維端部，并能在x，y平面內(nèi)對準(zhǔn)纖維端部。第七實(shí)施例的對準(zhǔn)構(gòu)件被用于減小通過纖維傳遞到用于纖維端部對準(zhǔn)的構(gòu)件上的應(yīng)力。
圖9表示第八實(shí)施例中，其中具有連續(xù)的彎曲114A，114B和光學(xué)連接體112，它適合用于光學(xué)元件而不是適合于光學(xué)纖維。具體地說，通過諸如焊接或環(huán)氧樹脂粘接的連接方式把一鏡子或透鏡安裝在光學(xué)連接體112上。端口134使得能夠光學(xué)地利用這個光學(xué)元件，其中，光學(xué)信號被這個光學(xué)元件反射，或通過這個光學(xué)元件，從而能通過端口134。
圖10表示出了第九實(shí)施例，其中，基底10是一個相當(dāng)寬的單件式基底。
圖11表示出了另一個實(shí)施例，其中，四個構(gòu)件100A-100D被結(jié)合在一個公共基底110上。這個系統(tǒng)適用于固定光學(xué)元件，例如，用于固定四個物理平行的光通道或光路徑的光學(xué)纖維。根據(jù)本發(fā)明，每根光學(xué)纖維都單獨(dú)地與所述構(gòu)件的單獨(dú)的對準(zhǔn)特征對準(zhǔn)。然而，公共基底使得在一個拾取和放置步驟中，能夠使構(gòu)件/纖維進(jìn)行多重的同時的無源對準(zhǔn)。
圖12表示出了根據(jù)本發(fā)明第十一實(shí)施例中的非側(cè)向?qū)ΨQ的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件。它包括一個基底110和一個從基底豎直延伸的護(hù)板114。護(hù)板包括一個豎直片段122和一個水平延伸的片段124。水平延伸的片段124終止于一元件連接體112。一個手柄136從這個連接體豎直地延伸。
圖13表示出了根據(jù)本發(fā)明第十二實(shí)施的非側(cè)向?qū)ΨQ的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件。在這個例子中，基底110沿豎直的y軸方向延伸，因此，該基底可以被連接到一個組件或另一個安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件的一個側(cè)壁上。它還具有一個水平延伸的護(hù)板114和一個元件連接體112，適合用于把一纖維同心地固定在中央或抵靠著一纖維，以便更好地對準(zhǔn)。
圖14是表示專門用于光學(xué)元件無源安裝的安裝構(gòu)件的平面視圖。具體地說，這個第十三實(shí)施例具有一個基底112和一相結(jié)合的光學(xué)元件連接體112。它還具有一個端口134，使得能利用這個光學(xué)元件。這個實(shí)施例沒有護(hù)板，因此只適用于小的對準(zhǔn)移動。這個實(shí)施例大多在水平或豎直定位不是至關(guān)重要時被用于固定光學(xué)元件，例如，固定一一些系統(tǒng)中的折鏡。
圖15A表示用于在當(dāng)前的應(yīng)用中用于安裝相當(dāng)大的微型機(jī)電系統(tǒng)過濾器裝置的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件。
具體地說，第十四實(shí)施例中的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件具有一個分開的基底110A，110B。從每個基底延伸出對應(yīng)的護(hù)板114A，114B。每塊護(hù)板包括豎直延伸的片段122A，122B和水平延伸的片段124A，124B。光學(xué)元件連接體112相當(dāng)大，并被用于例如對安裝到安裝表面132上的光學(xué)元件進(jìn)行固定。在這個實(shí)施例中，手柄136與所述連接體相結(jié)合。
圖15B表示第十四實(shí)施例中的對準(zhǔn)構(gòu)件100B與前面所描述的其中一個對準(zhǔn)構(gòu)件100A的結(jié)合使用。在典型的安裝和對準(zhǔn)中，首先把安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件100A安裝在一個光具座10上。然后，在一個有源對準(zhǔn)過程中對準(zhǔn)構(gòu)件最好發(fā)生變形，從而使得光學(xué)元件相對于光通路被正確定位。然后，在對準(zhǔn)由安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件100A所固定的光學(xué)元件之后，安裝構(gòu)件100B被安裝上它自己的光學(xué)元件。然后，在一個例如有源對準(zhǔn)過程中進(jìn)行調(diào)節(jié)這個第二對準(zhǔn)構(gòu)件100B，從而把這第二對準(zhǔn)構(gòu)件100B正確地定位在光通路中。對準(zhǔn)構(gòu)件100A和100B之間的大小差別使得即使把光學(xué)元件相互靠近地安裝在光具座10上也可以對它們各自的光學(xué)元件進(jìn)行一系列的對準(zhǔn)。
安裝構(gòu)件的制造圖16A-16C是在制造過程中的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件100的剖面圖。
具體地說，如圖16A所示的那樣，一個厚的PMMA阻擋層414被連接到一基片410上的活化/釋放層412上。
PMMA層414的深度決定了在后面制造的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件的準(zhǔn)擠壓片段的最大厚度。于是，所述的這個深度決定了相對于沿z軸的作用力的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件的剛度。在優(yōu)選實(shí)施例中，安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件的深度和所導(dǎo)致的沿z軸的厚度在500至1000微米的范圍內(nèi)。較厚的構(gòu)件通常被用于拉伸釋放型構(gòu)件。根據(jù)本發(fā)明，這些構(gòu)件和PMMA層的深度的為2000微米，用于制造相同厚度的構(gòu)件。
圖16B表示出了安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件100的下一個制造步驟。具體地說，通過使厚的PMMA阻擋層暴露于校準(zhǔn)的x光，從而在該厚的PMMA阻擋層上形成紋槽。具體地說，把一屏罩416放置諸如同步加速器的x光源與PMMA層414之間，所述的屏罩可以是正性或負(fù)性屏罩，并具有所述構(gòu)件所需要的紋槽。然后，把PMMA層414制造成如圖16B所示的帶紋槽的層414A。
圖16C表示安裝構(gòu)件100的準(zhǔn)擠壓片段的制造。具體地說，在這個優(yōu)選的實(shí)施例中，通過電鍍來形成準(zhǔn)擠壓片段。根據(jù)本實(shí)施例，優(yōu)選的電鍍金屬是鎳。在其它實(shí)施例中采用鎳合金，例如鎳-鐵合金。在另外一些實(shí)施例中也可采用金或金的合金。目前，可選擇使用的金屬和合金包括銀，銀合金，鎳銅，鎳鈷以及裝有用于固定微型結(jié)構(gòu)的膠質(zhì)氧化物顆粒的合金。
圖17A-17F表示前面參照圖4所描述的制造z軸彎曲422的制造過程。具體地說，如圖17A所示，在形成安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件的準(zhǔn)擠壓片段之后，把基片410從活化層412上移去。然后，為z軸彎曲422的一板覆蓋附加的阻光層420，然后象圖17B那樣被形成紋槽。然后，進(jìn)行另外的電鍍步驟，以便把z軸彎曲422的板制造到已有斷面固定不變的斷面100上。
在圖17D中，形成第二阻光層，然后在構(gòu)件100和第一PMMA層414的反面形成紋槽。通過活化層412進(jìn)行蝕刻。執(zhí)行另一個電鍍步驟，并象圖17E所示的那樣制造z軸彎曲428的第二板。然后，如圖17F所示那樣，除去剩余的阻光層424、活化層412和PMMA層414，從而留下如圖所示的空盒形狀的構(gòu)件。這個盒形構(gòu)件形成圖4中的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件的底部基底片段422。
安裝構(gòu)件-光學(xué)元件光具座安裝圖18A表示把光學(xué)元件安裝到光具座10上的方法步驟。
光具座最好由機(jī)械方面牢固的、化學(xué)方面穩(wěn)定的、溫度穩(wěn)定的材料來制造，例如采用這些材料硅，氧化鈹，氮化鋁，鋁硅碳化物，鈹銅。例如，通常是采用覆有金或金的合金的金屬或陶瓷。
具體地說，在步驟450中，光學(xué)元件20被安裝在第一安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件100-1上。特別是，光學(xué)元件20最好與安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件100-1相連接。在優(yōu)選的實(shí)施例中，采用焊接連接，其中，首先把焊料附著到光學(xué)元件的周邊和/或光學(xué)元件連接體112的連接表面132上。然后，使光學(xué)元件與構(gòu)件的元件連接體112的安裝表面132接觸。然后把焊料熔化，并使其可以固化。
此外，在優(yōu)選實(shí)施例中，在光學(xué)元件20和所述連接體112中的正補(bǔ)配合的對準(zhǔn)特征有利于元件20和構(gòu)件100-1之間的對準(zhǔn)和正確安裝。具體地說，在構(gòu)件的連接體上形成一些對準(zhǔn)槽113(見圖1和圖2)。光學(xué)元件20上的標(biāo)記或凸起與這些槽113接合，以便確保能重復(fù)地把元件20安裝在構(gòu)件100-1上。
在其它一些實(shí)施例中，利用環(huán)氧樹脂或其它粘接劑把元件20連接到構(gòu)件上。
然后，在構(gòu)件-光具座安裝步驟452中，使構(gòu)件100-1與光具座10接觸并連接到光具座上。在優(yōu)選的實(shí)施例中，采用焊接連接，其中，光具座被固定在一個拾取和放置設(shè)備的一加熱夾具中，同時使被預(yù)熱的構(gòu)件與光具座接觸。然后把熱除去，以便使焊料固化。
在圖中所示的對準(zhǔn)構(gòu)件100-2，對于其它的光學(xué)元件而言，這些安裝步驟被倒過來。在這個例子中，在構(gòu)件-光具座連接步驟中，安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件100-2接觸并連接到光具座上。然后，使光學(xué)纖維座落在安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件100-2的U形端口152中。然后，纖維與連接體的連接表面132相連，或把U形槽壓緊從而把纖維固定在U形端口的底部。于是，就把纖維端面EF固定到光學(xué)元件附近的光具座上，這些光學(xué)元件例如為由構(gòu)件100-1固定的薄膜過濾器或鏡子20。
圖18B還表示出了把微型機(jī)電系統(tǒng)型的光學(xué)元件安裝到光具座10上的方法步驟。具體地說，在這個實(shí)施例中，首先在第一連接步驟中把一個前鏡子470連接到微型機(jī)電系統(tǒng)裝置472的反射膜片上。然后，在第二連接步驟476中把微型機(jī)電系統(tǒng)裝置472與對準(zhǔn)構(gòu)件100相連接。然后，在光具座-連接步驟478中，把復(fù)合的微型機(jī)電系統(tǒng)/構(gòu)件連接到光具座10上。
在對準(zhǔn)中安裝結(jié)構(gòu)的變形圖19是根據(jù)本發(fā)明制造出來的光學(xué)纖維激光器光學(xué)信號源系統(tǒng)的立體示意圖。具體地說，激光源系統(tǒng)610包括安裝在一混合基底614上的一激光芯片612。通常，這個基底支撐著與芯片612的連接，并還可以包括一個熱電冷卻器，用于保持芯片612的工作溫度?；旌匣?14又被安裝在光具座10上的芯片612的后面，以便監(jiān)測后面的光，從而監(jiān)測激光芯片612的操作。
從芯片612的前面618發(fā)出的光線由一過濾器收集，以便傳送到光學(xué)系統(tǒng)610的外部。在一種應(yīng)用中，纖維F中的光線傳送通常被用于光學(xué)地泵送一獲得纖維(gain fiber)，例如摻有稀土的纖維或喇曼泵送裝置中的標(biāo)準(zhǔn)纖維。在另外的一些應(yīng)用中，根據(jù)信息信號來調(diào)節(jié)激光芯片，因此，纖維把光學(xué)信息信號傳送到一個遙測器。在另外一些應(yīng)用中，以CW模式來操作激光芯片612，利用單獨(dú)的調(diào)節(jié)器例如Mach-Zehnder干涉儀來進(jìn)行調(diào)節(jié)。
根據(jù)本發(fā)明，一個光學(xué)元件安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件100被安裝在捆束基底622的光具座部分10上。如前所述，光具座具有一些對準(zhǔn)特征620，例如，這些對準(zhǔn)特征620與在前面參照圖1所描述的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件100的基底表面上的異性互補(bǔ)的對準(zhǔn)特征相配合。
此外，如在前面所描述的那樣，纖維F被安裝在U形端口152中，該端口152是安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件100的光學(xué)元件連接體112的一部分。
圖20是一個流程圖，表示象圖19所示那樣制造光學(xué)信號源的過程中，用于可變形的光學(xué)元件安裝構(gòu)件的有源對準(zhǔn)的過程。
具體地說，在步驟650中，在拾取和放置及連接的過程中把一激光模具614和對準(zhǔn)構(gòu)件100安裝到光具座10上。具體地說，一個拾取和放置的機(jī)器人利用無源對準(zhǔn)把模具614和對準(zhǔn)構(gòu)件100定位在光具座10上。實(shí)現(xiàn)這個對準(zhǔn)過程最好利用機(jī)器觀察技術(shù)和/或光具座10、安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件100和模具614中的對準(zhǔn)特征，或明確地相對于光具座10/組件622的限定的座標(biāo)來實(shí)現(xiàn)。
在步驟652中，一旦激光混合器614和構(gòu)件100被連接到光具座10上，就把線連接到該激光混合器上。然后，在步驟654中，激光芯片612被通電，以便判斷激光器是否正常工作。
如果激光器不正常工作，那么，就在步驟656中舍去這個光學(xué)系統(tǒng)。
然而，如果654中判斷出激光器正常工作，那么，就在步驟658中把光具座移動到生產(chǎn)系統(tǒng)的對準(zhǔn)彎曲上。
步驟660中，把纖維F插入光學(xué)元件連接體的U形端口152內(nèi)，并連接在那兒。在優(yōu)選的實(shí)施例中，纖維被焊接到連接表面132上。
在步驟664中，對準(zhǔn)系統(tǒng)抓住或接合所述的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件100，使得安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件100根據(jù)由纖維從激光芯片612傳送的信號的強(qiáng)度或大小而發(fā)生變形。
圖21表示出了對準(zhǔn)系統(tǒng)和安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件100之間的接合，以便對準(zhǔn)纖維F。具體地說，兩個夾爪710A、710B與安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件100的手柄136接合，然后，移動這個安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件，使得纖維在x-y平面內(nèi)移動，所述的x-y平面垂直于纖維F的軸線。同時，對纖維輸送的信號的大小進(jìn)行監(jiān)測，直到在圖20中的步驟666中監(jiān)測到最大的信號為止。應(yīng)當(dāng)注意到這樣一個事實(shí)，即，手柄136的右切口和左切口使得系統(tǒng)的夾爪能根據(jù)需要拉動和推動所述構(gòu)件，使所述構(gòu)件移向光具座10或從該光具座移開，以便獲得優(yōu)良的對準(zhǔn)。
參照圖20，一旦在步驟666中監(jiān)測到最大的信號，所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)就使安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件100進(jìn)一步地變形，從而當(dāng)安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件被釋放時，它能彈性地壓回到步驟666中所監(jiān)測的期望對準(zhǔn)位置。也就是說，這個安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件發(fā)生塑性變形，從而使得當(dāng)對準(zhǔn)系統(tǒng)的夾爪710A，710B從安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件100脫開時，它具有良好的對準(zhǔn)。
如果在隨后的步驟670中判斷出光學(xué)元件即所述的纖維不在與最大連接相關(guān)的位置時，就再執(zhí)行變形步驟668，直到所述的位置位于可接受的誤差內(nèi)。
圖22是表示對準(zhǔn)過程的曲線圖。具體地說，連接到光學(xué)纖維內(nèi)的連接效率或曲線圖形是光學(xué)纖維位移的一個函數(shù)。特別是，當(dāng)纖維位于最佳的對準(zhǔn)位置并落到這個位置的每一側(cè)時，連接效率到達(dá)最大。
圖22還表示出了在對準(zhǔn)過程的幾個步驟期間作為位移或拉伸的一個函數(shù)的作用力或應(yīng)力。具體地說，在第一階段710中，作用力施加在安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件上，從而安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件發(fā)生彈性變形。在這個區(qū)域，在y軸上的作用力與x軸上的或拉伸之間具有大致線性的相互關(guān)系。然而，一旦超過屈服力的值，該安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件100就發(fā)生圖中線720所示的塑性變形。這種塑性變形導(dǎo)致安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件的永久變形。
當(dāng)作用力被除去時，安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件就發(fā)生彈性“壓回”，如圖中的階段722所示。也就是說，當(dāng)作用力被除去時，構(gòu)件就發(fā)生彈性移動。然而，由于超過了屈服力的值，因此，安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件就發(fā)生了永久變形，該永久變形的距離如圖中距離Δ1所示。
即使發(fā)生了這種塑性變形，纖維也仍然不在最佳對準(zhǔn)位置。于是，就進(jìn)行另一循環(huán)的塑性變形。具體地說，施加作用力，使得安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件發(fā)生彈性變形，如圖中線724所示。一旦第二次超過新的屈服力的值，它就發(fā)生如圖中線726所示的塑性變形。由于工件硬化，在這個第二對準(zhǔn)循環(huán)期間屈服力增大。然后把作用力除去，于是安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件發(fā)生如圖中線728所示的彈性壓回。
由于超過了屈服力，因此這個第二塑性變形階段就會導(dǎo)致朝向最佳的對準(zhǔn)位置移動Δ2。
然而，如果要獲得優(yōu)化的對準(zhǔn)，那么就必須進(jìn)行更多的塑性變形。具體地說，在階段730中再進(jìn)行彈性變形，直到達(dá)到屈服力為止。然后，進(jìn)行小量的塑性變形，如圖中線732所示。把作用力除去，安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件就壓回到最佳位置，如圖中線734所示。
插圖表示出了在對準(zhǔn)過程中的優(yōu)良曲線。在每一塑性變形循環(huán)期間，位置經(jīng)過了最佳對準(zhǔn)位置，但是，在除去作用力之后，彈性壓回把它拉出最佳位置。在第二變形循環(huán)期間，又經(jīng)過并超過了最佳位置。然而，一旦把作用力除去，這個第二循環(huán)就改善了所述的對準(zhǔn)。最后，在第三循環(huán)中使纖維進(jìn)入最佳的對準(zhǔn)位置。
安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)圖23是一個函數(shù)曲線圖，表示作用力FY是位移的一個函數(shù)，它是根據(jù)本發(fā)明設(shè)計給定應(yīng)用的護(hù)板所采用的。屈服力是指所述構(gòu)件從彈性變形狀態(tài)開始變?yōu)樗苄宰冃螘r的作用力。
在FY(1200)處的下限是由環(huán)境震動即加速度的影響，以及受在操縱期間安裝構(gòu)件可能受的作用力的影響。一些規(guī)定要求光學(xué)系統(tǒng)能承受5000g的震動試驗。通常，在一些光學(xué)元件中要求大于0.5牛頓的屈服力。然而，隨著元件的大小和質(zhì)量的減小，這個數(shù)值可以被減小。如果沒有最小屈服力的限制，在操作處理期間所產(chǎn)生的不可避免的作用力就會造成所述彎曲接頭的塑性變形，其中所述的操作處理包括制造，熱處理，電鍍，拾取和放置，對準(zhǔn)，捆束以及其它過程。更嚴(yán)重地是，任何震動都會使已對準(zhǔn)的系統(tǒng)變得不對準(zhǔn)了，從而不能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的其中一個發(fā)明目的。
在FY(1250)處的上限受三個因素的影響。其一，造成護(hù)板或彎曲的塑性變形所需的作用力必須不高到會減弱或破壞安裝構(gòu)件和基底之間的連接的程度。其二，屈服力必須不高到會在施加所述作用力的微型操作器中造成顯著的彈性變形。其三，使所述的護(hù)板或彎曲發(fā)生變形所需的作用力必須不高到會破壞結(jié)合形成的安裝構(gòu)件的其它部分。
除了限制護(hù)板的屈服力之外，最好還限制為了達(dá)到所述屈服點(diǎn)所需的位移的多少。下限(線1300)首先由構(gòu)件的物理范圍所確定的。如果有足夠的塑性變形范圍來達(dá)到對準(zhǔn)的位置，那么就只根據(jù)需要來使安裝構(gòu)件起作用。通常，需要對準(zhǔn)構(gòu)件能使光學(xué)元件能移動或位移0至50微米。通常的對準(zhǔn)算法要求在光學(xué)元件的位置中能屈服4至5微米移動的塑性變形，以便實(shí)現(xiàn)對準(zhǔn)。對最小剛度的限制是由對準(zhǔn)算法能接受的“過調(diào)節(jié)(overshoot)”量來確定的。如果這些構(gòu)件太有彈性，那么，它們必須被擠壓超過期望對準(zhǔn)點(diǎn)一長的距離，以便能進(jìn)行小量的對準(zhǔn)調(diào)節(jié)。
最后的限制是所述彎曲的最大剛度(線1350)。如果工件變硬不成問題，那么，對于最大剛度就沒有限制(當(dāng)然除了材料限制)。然而，采用鎳和鎳合金時，就發(fā)會生工件變硬。因此，要選擇剛度的上限，使得即使在尋找正確的對準(zhǔn)期間由連續(xù)的塑性變形循環(huán)所產(chǎn)生的工件變硬的情況下，也不超過線1250。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，F(xiàn)Y，y，即在y軸方向的屈服力，小于3牛頓(N)，通常是在0.2和1牛頓之間。沿著x軸的力，F(xiàn)Y，x同樣被限制成小于約3牛頓，通常是在0.2和1牛頓之間。如果采用更小的光學(xué)元件，那么也可以采用0.2牛頓以下的屈服力。然而，這些下限與光學(xué)元件質(zhì)量有關(guān)。構(gòu)件必須限制這些質(zhì)量，使得不會發(fā)生不期望有的塑性變形。因此，在以后的產(chǎn)品中，元件越小，屈服力就有可能越低。
相比較而言，為了促進(jìn)只在x-y平面的對準(zhǔn)，z軸方向上的屈服力即FY，z或FY，θ會更大。優(yōu)選地是，F(xiàn)Y，z或FY，θ大于5牛頓或10牛頓。此外，尤其是在用于把纖維尾端固定到光具座上的對準(zhǔn)構(gòu)件中。熱膨脹不一致會導(dǎo)致在纖維上產(chǎn)生應(yīng)力。因此，目的是要把這些構(gòu)件設(shè)計成使得所述的應(yīng)力在纖維端面中產(chǎn)生的移動盡可能小。尤其是要通過選擇把護(hù)板連接到纖維元件連接體上的連接位置，使得這些構(gòu)件能平衡，從而避免任何的震動。
另外的實(shí)施例圖24表示出了本發(fā)明的另一個實(shí)施例，其中，構(gòu)件100是由一個擠壓形部分101與兩個z軸彎曲片段102組成的復(fù)合體。其中的擠壓形部分101沿z軸具有固定不變的斷面，其中的彎曲片段102控制著繞x軸或在角Θx方向上的轉(zhuǎn)動，從而確定沿z軸力元件的阻力。優(yōu)選地是，z軸彎曲片段102被分開制造，并被連接到片段101的基底表面上。然后，把基底表面連接到光具座上。
圖25是本發(fā)明提供的安裝構(gòu)件的一個例子，其中，在安裝構(gòu)件中采用兩種不同的材料(如圖中“A”和“B”所示)，以便減小由于構(gòu)件的熱膨脹和/或收縮所造成的光軸位置的任何變化。在一個例子中，結(jié)合構(gòu)件區(qū)域的設(shè)計，選擇“A”材料，以便在溫度變化時使“A”材料向上膨脹。選擇“B”材料和它對應(yīng)的安裝設(shè)計特征，使得在溫度變化時而能向下膨脹。這些反向的膨脹趨勢會產(chǎn)生補(bǔ)償作用，使得在工作溫度的范圍上，構(gòu)件幾何形狀以及位置具有穩(wěn)定性。
光學(xué)系統(tǒng)的生產(chǎn)線圖26示意性地表示出了根據(jù)本發(fā)明原理的制造光學(xué)系統(tǒng)的制造順序。通常，制造過程包括精確拾取和放置，從而把光學(xué)元件進(jìn)行定位，且精度在10微米之內(nèi)，在優(yōu)選實(shí)施例中，這個精度在2微米之內(nèi)，然后，進(jìn)行有源對準(zhǔn)，在所述的有源對準(zhǔn)中，元件的位置被調(diào)節(jié)成具有約1微米的精度，優(yōu)選的精度是1微米以內(nèi)。
具體地說，提供一個對準(zhǔn)構(gòu)件供給源2010，例如一個膠質(zhì)包或其它的可適于機(jī)器觀察的維持器，并沿著一個類似結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件供給源2012設(shè)置。
每個供給源由一個拾取和放置機(jī)器2014來操縱。具體地說，所述的拾取和放置機(jī)器把光學(xué)元件附著到對準(zhǔn)構(gòu)件上，并且連接這些光學(xué)元件。通常，對準(zhǔn)構(gòu)件和/或光學(xué)元件被涂有焊料層，或采用焊料形式。拾取和放置機(jī)器加熱對準(zhǔn)構(gòu)件和光學(xué)元件，并把使它們相互接觸，然后使對焊料進(jìn)行熔化以及固化。
在這個實(shí)施例中，所用的拾取和放置機(jī)器是由法國的Karl Süss制造的FC-150或FC-250型的機(jī)器。這些拾取和放置機(jī)器具有一個用于拾起所述光學(xué)元件的真空吸盤和一個用于固定所述對準(zhǔn)構(gòu)件的固定器。
對準(zhǔn)構(gòu)件和附帶的光學(xué)元件被輸送到一個分開的相同的拾取和放置機(jī)器上，該拾取和放置機(jī)器能利用光具座供給源2018。在第二次拾取和放置操作中，拾取和放置機(jī)器2016把光具座固定在真空吸盤或固定器上，然后利用它的真空吸盤把對準(zhǔn)構(gòu)件和光學(xué)元件附著到光具座上。然后，對光具座和構(gòu)件進(jìn)行加熱，以便進(jìn)行焊接連接。此外，通過光具座的對準(zhǔn)特征與安裝構(gòu)件的對準(zhǔn)特征的相互配合，就能獲得精度小于5微米的布置。在優(yōu)選的實(shí)施例中，這些構(gòu)件被定位在光具座上，在生產(chǎn)環(huán)境中，精度達(dá)2至3微米以內(nèi)。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，光具座和所附帶的對準(zhǔn)構(gòu)件被輸送到一個對準(zhǔn)系統(tǒng)上。這個對準(zhǔn)系統(tǒng)2020具有夾爪710A，710B，該夾爪抓緊對準(zhǔn)構(gòu)件100的手柄，以便進(jìn)行對準(zhǔn)。在優(yōu)選的實(shí)施中，這個對準(zhǔn)是有源對準(zhǔn)，其中，光信號2022的大小由監(jiān)測器2024監(jiān)測。對準(zhǔn)構(gòu)件100被操縱和變形，直到監(jiān)測器2024監(jiān)測到的光學(xué)信號2022達(dá)到最大為止。優(yōu)選地是，利用一些對準(zhǔn)搜索策略，例如爬山式方法或螺旋式搜索方法。
在其它情況中，例如，當(dāng)把光學(xué)纖維安裝到光具座10上時，首先安裝對準(zhǔn)構(gòu)件，而沒有利用拾取和放置機(jī)器2016來附著上光學(xué)纖維。然后，在對準(zhǔn)系統(tǒng)中，通過組件中的一個纖維輸送器來輸送纖維，并把纖維連接例如焊接到對準(zhǔn)構(gòu)件100上。然后，對準(zhǔn)系統(tǒng)該構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)對準(zhǔn)。
一旦被對準(zhǔn)，就把光具座和組件傳送到一個封蓋操作器2026，如果需要的話，就在封蓋操作器2026處執(zhí)行最后的制造步驟，例如封蓋和烘干。
圖27A，27B，27C表示出了圖1中所介紹的對準(zhǔn)槽118的三種不同的結(jié)構(gòu)。
圖27A所示的結(jié)構(gòu)雖然最簡單，但是，當(dāng)基底表面被預(yù)先覆蓋有焊料或其它粘接劑時，這種結(jié)構(gòu)在采用機(jī)器觀察方面會存在一些缺陷。焊料會填入一些皺痕中，從而使得槽的邊緣更平滑，這會降低根據(jù)所述特征而進(jìn)行的對準(zhǔn)的精度。
圖27B和27C表示出了在所述的對準(zhǔn)特征中，槽具有一些內(nèi)腔，這就使得即使在覆上焊料層之后也能容易地識別邊緣118A。所形成的這些顯著的邊緣特征使得即使在覆上外層之后，也能在安裝光具座期間容易地進(jìn)行對準(zhǔn)。
盡管已經(jīng)參照本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例來描述了本發(fā)明，并具體用圖來表示了本發(fā)明，但是，應(yīng)當(dāng)知道，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不脫離由所附的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍的情況下還可以對本發(fā)明的形式和具體細(xì)節(jié)方面作出各種改變。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)元件安裝方法，包括通過平版印刷對一抗蝕材料進(jìn)行刻紋槽，形成一個具有一基底和一光學(xué)元件連接體的構(gòu)件；在所述的抗蝕材料中形成所述的構(gòu)件；把一光學(xué)元件安裝在所述的連接體上；把所述的構(gòu)件安裝在一光具座上；把所述的光學(xué)元件定位在光具座上面的一光通路中。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，在所述的抗蝕材料上所進(jìn)行的刻紋槽步驟包括對所述的抗蝕材料進(jìn)行暴光和沖洗。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的形成所述構(gòu)件的步驟包括通過電鍍在所述的抗蝕材料中形成所述的構(gòu)件；以及除去所述的抗蝕材料。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在把所述的構(gòu)件安裝到所述的光具座上之前，把所述的光學(xué)元件安裝在所述的連接體上。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在把所述構(gòu)件安裝到所述的光具座上之后，把所述的光學(xué)元件安裝在所述的連接體上。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，光學(xué)元件是一光學(xué)纖維。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，還包括利用一拾取和放置機(jī)器把所述的構(gòu)件安裝在所述的光具座上。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，還包括利用焊接連接把所述的構(gòu)件固定到所述的光具座上。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，還包括用鎳來制造所述的構(gòu)件。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，還包括用鎳合金來制造所述的構(gòu)件。
11.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，把所述的光學(xué)元件安裝到所述的連接體上的步驟包括把所述的焊接元件焊接連接到所述的構(gòu)件上。
12.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，對所述的光學(xué)元件進(jìn)行定位的步驟包括使所述的構(gòu)件發(fā)生變形，以便把所述的光學(xué)元件定位在所述的光通路中。
13.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，對所述的光學(xué)元件進(jìn)行定位的步驟包括對所述光具座上的一有源裝置進(jìn)行提供動力，以便有利于所述光通路的定位。
14.一種光學(xué)系統(tǒng)生產(chǎn)線，包括一個光具座供給源，用于提供一些光具座；一個光學(xué)元件供給源，用于提供光學(xué)元件；一個拾取和放置機(jī)器，用于從所述的光具座供給源接收光具座，以及從所述的光學(xué)元件供給源拾取光學(xué)元件，并把所述的光學(xué)元件放置在固定所述光學(xué)元件的光具座上；光學(xué)系統(tǒng)對準(zhǔn)器，其特征是把光學(xué)元件定位在在光具座上，并機(jī)械地調(diào)節(jié)所述光學(xué)元件的相對位置。
15.一種根據(jù)權(quán)利要求14所述的光學(xué)系統(tǒng)生產(chǎn)線，其特征是，所述的拾取和放置機(jī)器通過焊接連接把所述的光學(xué)元件固定到所述的光具座上。
16.一種根據(jù)權(quán)利要求14所述的光學(xué)系統(tǒng)生產(chǎn)線，其特征是，所述的光學(xué)系統(tǒng)對準(zhǔn)器的特征是通過啟動光學(xué)系統(tǒng)的光通路來對所述的光學(xué)元件進(jìn)行定位，在與至少一些所述的光學(xué)元件相互作用之后監(jiān)測一光學(xué)信號，調(diào)節(jié)光學(xué)元件，以便通過所述的光通路對所述光學(xué)信號的傳送進(jìn)行優(yōu)化。
17.一種根據(jù)權(quán)利要求14所述的光學(xué)系統(tǒng)生產(chǎn)線，其特征是，所述的光學(xué)系統(tǒng)對準(zhǔn)器向所述的光學(xué)系統(tǒng)的一有源元件供能，并調(diào)節(jié)所述的光學(xué)元件，以便優(yōu)化從所述有源光學(xué)元件通過所述系統(tǒng)的光學(xué)信號的傳送。
18.一種根據(jù)權(quán)利要求14所述的光學(xué)系統(tǒng)生產(chǎn)線，其特征是，所述的光學(xué)系統(tǒng)對準(zhǔn)器向所述光學(xué)系統(tǒng)的一有源元件供能，并調(diào)節(jié)至少一個無源光學(xué)元件的位置，以便優(yōu)化從所述的有源元件向所述的至少一個無源元件的光學(xué)信號傳送。
19.一種根據(jù)權(quán)利要求14所述的光學(xué)系統(tǒng)生產(chǎn)線，其特征是，所述的光學(xué)系統(tǒng)向所述光學(xué)系統(tǒng)的一有源元件供能，并調(diào)節(jié)至少兩個無源光學(xué)元件的位置，以便優(yōu)化所述的無源元件之間的光學(xué)信號的傳送。
20.一種根據(jù)權(quán)利要求14所述的光學(xué)系統(tǒng)生產(chǎn)線，其特征是，所述的拾取和放置機(jī)器是一個翻裝晶片連接器。
21.一種根據(jù)權(quán)利要求14所述的光學(xué)系統(tǒng)生產(chǎn)線，其特征是，所述的對準(zhǔn)系統(tǒng)包括兩個用于接合安裝構(gòu)件的夾爪，支撐著所述的光學(xué)元件，并使所述構(gòu)件相對于光具座移動。
全文摘要
用于光學(xué)元件的安裝和對準(zhǔn)構(gòu)件，可以允許光學(xué)元件被連接到一光具座上，然后在后面所進(jìn)行的制造、或校準(zhǔn)、或再校準(zhǔn)、對準(zhǔn)或再對準(zhǔn)過程中被無源地或有源地對準(zhǔn)。這些構(gòu)件具有準(zhǔn)擠壓部分。該部分具有在z軸方向上具有基本固定不變的斷面，這是在擠壓過程中所形成，從這個意義上講，所述的這個部分是“準(zhǔn)擠壓部分”。這些構(gòu)件還包括至少一個基底，該基底具有側(cè)向延伸的基底表面，以及一個光學(xué)元件連接體。在優(yōu)選的實(shí)施例中，基底表面可以被固定到一光具座上。
文檔編號G02B6/35GK1498351SQ00815714
公開日2004年5月19日 申請日期2000年11月14日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月15日
發(fā)明者戴爾·C·弗朗德斯, 彼得·S·惠特尼, S 惠特尼, 戴爾 C 弗朗德斯 申請人:Axsun科技有限公司