[发明专利]使用聚合物致动器的光束操纵

说明书

技术领域

本发明总体上涉及对准严格(alignment-critical)的部件、子组 件和组件的装配，更特别地，涉及用于诸如光学系统之类的有向能量系 统的这样的部件、子组件和组件的自对准。

背景技术

目前，在诸如激光二极管和单模纤维之类的模块内微米大小的光学 元件之间所需的高精度对准不成比例地占据了与光通信封装的制造关 联的成本的很大部分。由于必须实现高的位置精确度，相对缓慢的劳动 密集型技术常常用于制造这样的封装。这种缓慢而昂贵的方法是制造低 成本电信装备的主要障碍。已经提出和/或实现了这种方法的替换方案。

由美国马萨诸塞州毕莱卡的Axsun公司提供的一种可替换方法对于 所述部件中的每一个采用专用可变形微机电系统(MEMS)次热沉 (submount)。这些次热沉利用拾放机器置于基底上并且适当地键合起 来。随后，利用专家机器人手臂实现了次热沉的非常精密的定位，所述 专家机器人手臂按照已知的方式向所述次热沉施加力以便使其变形，从 而实现希望的位置或对准。这种技术的缺点在于初始投资大、装配和配 置时间长。而且，通常用来构造专用装备的大量小体积部件限制了成本 有效地使用这种方法。此外，这种技术严重依赖于特定于定制次热沉的 已知调谐曲线，使得这种技术在适应不同器件方面是不灵活的。

一些研究考查了将MEMS热机械致动器用于光纤的亚微米位置控制 (参见例如R.R.A.Syms，H.Zou，DUttamchandani，J.Stagg，J.MicroMech. Microeng.141633(2004)，Active Fiber Optic MEMS Aligner Boeing -US专利号5553182)。这些研究中描述的方法允许轻微调节纤维端面 的位置以便提高与光源或者另一纤维的耦合效率。此外，Lin等人 (L.Y.Lin，J.L.Shen，S.S.Lee，M.C.Wu，IEEE Photon.Tech.Lett. 9，345(1997))已经说明了在XYZ平台(stage)中使用MEMS静电致 动器以便进行自由空间光束操纵(steer)。

上述光学封装制造的头两种方法的主要缺点在于没有成本优势，既 是劳动密集的并且/或是资金密集的。此外，这两种技术受限于其多样 性，因为它们都使用外部操作来改变部件的位置。

所述MEMS器件也具有与其关联的显著缺点。纤维定位器件只能够 沿一个方向移动单个纤维并且只能够移动大约二十微米的小距离。Lin 等人提出的方法的缺点在于高成本、复杂性和可靠性问题。最后，使用 静电激励来操作的基于MEMS的器件具有高电压的要求并且它们通常只 能进行小的移位。根据热机械响应操作的MEMS器件通常每微米移位消 耗掉大约0.3瓦特的大量能量。

发明内容

本发明致力于解决现有技术的各种缺陷，其方法是对准至少两个有 向能量处理部件以便最优化它们之间的能量耦合效率，该方法包括使用 受控的致动器推动所述有向能量部件中的至少一个从而平移该部件的 位置，所述致动器响应于确定的能量耦合水平来进行控制。

附图说明

通过考虑以下结合附图的详细描述容易理解本发明的教导，在附图 中：

图1绘出了有益于理解本发明的有向能量组件100的高级框图；

图2-4绘出了依照本发明第一实施例的可调节部件次热沉的示意性 表示；

图5绘出了依照本发明第二实施例的可调节部件次热沉的示意性表 示；

图6绘出了依照本发明第三实施例的可调节部件次热沉的示意性表 示；

图7绘出了气球状透镜的示意性表示。

为了帮助理解，在可能的地方使用了相同的附图标记来表示这些附 图所共有的相同元件。

具体实施方式

下面将主要在致动器件与光学部件相集成的情况下描述本发明，使 得光学部件在安装于一组或一台装备中之后可以按照希望的方式被平 移以便在光学上对准自己。然而，本领域技术人员获悉本文的教导之后 应当理解，本发明也适用于其中希望自动安装后对准的任何部件或子组 件。例如，光能、微波能量以及与其中可能希望安装后对准的部件关联 的其他有向能量或信号。