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WO2024149848A1 - Modular system for optical assembly and connection technology - Google Patents

Modular system for optical assembly and connection technology Download PDF

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Publication number
WO2024149848A1
WO2024149848A1 PCT/EP2024/050605 EP2024050605W WO2024149848A1 WO 2024149848 A1 WO2024149848 A1 WO 2024149848A1 EP 2024050605 W EP2024050605 W EP 2024050605W WO 2024149848 A1 WO2024149848 A1 WO 2024149848A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical
elements
carrier
micro
joining
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2024/050605
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Patrick SCHWAAB
Christian Koos
Matthias Worgull
Pascal MAIER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Original Assignee
Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Karlsruher Institut fuer Technologie KIT filed Critical Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority to CN202480013889.9A priority Critical patent/CN120677420A/en
Priority to EP24700748.7A priority patent/EP4649344A1/en
Publication of WO2024149848A1 publication Critical patent/WO2024149848A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/003Alignment of optical elements
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/32Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4206Optical features
    • GPHYSICS
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    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4219Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4214Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical element having redirecting reflective means, e.g. mirrors, prisms for deflecting the radiation from horizontal to down- or upward direction toward a device

Definitions

  • the present invention is located in the field of photonics and micro-optics and relates to a micro-optomechanical system and a method for its production.
  • the micro-optomechanical system preferably serves as a modular system for optical assembly and connection technology.
  • Opto-mechanical systems and methods for their manufacture are known from the state of the art.
  • optical benches or optical tables are widely used in a wide variety of areas and offer a wide range of functionality due to a large number of optical components that can be used in different ways and easy adjustability.
  • micro-optomechanical systems Due to their small dimensions, micro-optomechanical systems are usually only developed and manufactured for a single specific application. Readjustment is usually only possible with great effort. In the microscopic size range, there is currently no solution with which micro-optomechanical systems can be manufactured without lengthy development effort, comparable to the construction of an optical system on an optical table.
  • the handling of the microscopic components plays a major role here, particularly since the functionality of micro-optomechanical systems is based on small tolerances and thus components on a microscopic scale are not easy to position or adjust within acceptable tolerances in the sub-micrometer range, so that converting an existing micro-optomechanical system for another use is generally not possible.
  • Wallrabe, U.; Mohr, J. Modular Microoptical Systems for Sensors and Telecommunication. Sensors Update, 2003, 12th vol., No. 1, pp. 143-174 describe a coupling of microoptical fibers and a structure of components such as receivers or spectrometers.
  • Microsystem technologies, 2001, 7th vol., no. 1, pp. 27-31 describe an associated component as an example of a system designed for a single application, which cannot be easily converted or adapted to other requirements.
  • Kanty Rabenorosoa Cedric Clevy, Sylwester Bargiel, Jean-Philippe Mascaro, Philippe Lutz, Christophe Gorecki, Modular and reconfigurable 3d micro-optical benches: concept, validation, and characterization.
  • Pentti Karioja Kimmo Keränen, Mikko Karppinen, Kari Kautio, Veli Heikkinen, Markku Lahti, Jyrki Ollila, JukkaTapani, Switzerlandi Kataja, Jarkko Tuominen, Tuomo Jaakola, Sang Hyun Park, Pentti Korhonen, Teemu Alajoki, Antti Tanskanen, Jaakko Lenkkeri, Juhani Heilala, LTCC toolbox for photonics integration.
  • DE 321 93 99 C2 discloses optical components which are aligned along an optical axis by means of rods.
  • a rod system serves as a holder and guide, which cannot be used in the micrometer range in the form described.
  • DE 198 20 524 A1 discloses micro-optical components which are placed on a circuit board with a hole pattern using pins. For this purpose, individual micro-optical components are manufactured separately from the holder and attached to a plate with a hole pattern. Due to the hole pattern grid, positioning and adjustment are limited. In addition, the micro-optical components must be placed on the carrier plate by hand.
  • US 2003/0231835 A1 discloses a possibility for fastening and aligning micro-optical components along an optical axis on a micro-optical bench. The basis is an elongated mounting base for holding the micro-optical components. In this case, curved outer surfaces of the mounting base are designed in such a way that they have the same outer contour as the optical components as a negative, so that the micro-optical components can be positioned by pairing on the mounting base.
  • DE 10 2005 050 274 A1 discloses a device for coupling beam guides of optical systems for unidirectional or bidirectional transmission of beams via a beam transition between the optical systems with a connecting device and mechanical centering means.
  • a magnetic coupling is provided on the connecting device in a coupling area to effect a coupling connection.
  • the centering means are designed and arranged on the opposite optical systems to be coupled in such a way that they cause self-centering of the beam guides when attracted by the magnetic forces.
  • WO 2013/010634 A1 discloses an optoelectronic module in which optoelectronic components, in particular chips, are applied to a two-dimensional carrier.
  • Such chip-on-board modules correspond to electrical assemblies which comprise at least one carrier and at least one unhoused semiconductor component mounted on the carrier.
  • optical coupling it is described here how lenses for coupling in and out light can be manufactured and attached there.
  • the object of the present invention is to provide a micro-optomechanical system and a method for its production, which at least partially overcome the listed disadvantages and limitations of the prior art.
  • the object of the present invention is to provide a method for producing a micro-optomechanical system with which micro-optical components can be produced with a high degree of design freedom within acceptable Tolerances in the submicrometer range can be positioned and/or adjusted as precisely as possible in order to provide a micro-optomechanical system with the most individual functionality possible. It would be desirable if individual components of the micro-optomechanical system could be reproduced using a three-dimensional structuring process, preferably in parallel in large quantities.
  • the present invention relates to a micro-optomechanical system comprising:
  • each of the carrier elements having at least one connecting element, each connecting element having at least one self-centering joining element or being designed as a self-centering joining element, the joining elements fitting together in such a way that the carrier elements are mechanically connected to one another by means of the joining elements;
  • each of the optical components is fastened to one of the carrier elements, wherein each of the optical components has at least one optical coupling point, wherein at least one of the optical coupling points comprises at least one beam-shaping element produced by means of a three-dimensional structuring process, and wherein an optical connection of the optical components is present at at least one optical coupling point.
  • At least two individual modules are connected to one another and thus form the present micro-optomechanical system as a group, which can be expanded as desired by connecting at least one further module.
  • module refers to a smallest device that can no longer be broken down into a smaller device without losing the intended functionality with regard to a connection, in particular an attachment or stringing together, of at least two individual modules.
  • Each module comprises a carrier element that has at least one connecting element.
  • the carrier element can have exactly one connecting element or preferably two, four or even more connecting elements.
  • the term "connecting element” refers to a micro-mechanical Element designed to establish a mechanical connection to another support element which is also equipped with a connecting element.
  • joining element refers to a micro-mechanical element included in the connecting element that enables the formation of the mechanical connection to the further module, thereby determining the location and relative position of the interconnected modules to one another.
  • the joining elements are designed in such a way that they fit together in such a way that the carrier elements can be mechanically connected to one another by means of the joining elements.
  • the joining elements can be mechanically connected to one another in a form-fitting manner by means of a form-fitting connection achieved thereby.
  • the connecting element can be designed for a planar arrangement and/or stacking of self-centering joining elements that fit together and are preferably identical to one another; however, another type of formation of the mechanical connection between two modules is conceivable.
  • joining element of the same type or a different type of joining element can be used.
  • the joining elements can be designed to fit together in such a way that they can structurally interlock, in particular as identical pairs and/or as a plug and coupling.
  • the joining elements are designed as self-centering joining elements.
  • self-centering refers to a geometric property of the joining element which is aimed at forming the mechanical connection from one module to another module along a provided mechanical axis.
  • the self-centering joining element can be designed so that a further joining element attached to it is changed in its position and orientation, for example by pushing and/or turning, until the desired mechanical connection is formed by means of the joining element along the provided mechanical axis.
  • tapered structures and/or undercuts present in the joining element can restrict movement in at least one undercut direction and thus fix the specified position and orientation of the modules connected to one another.
  • This type of mechanical connection allows rotational and translational degrees of freedom to be restricted from a very large number of starting positions and starting orientations in such a way that a statically determined end position can preferably be obtained whose number of degrees of freedom is lower than the number of degrees of freedom of the starting position.
  • a statically determined end position all degrees of freedom can be restricted in such a way that no translational and rotational movements are possible.
  • other designs are possible, allowing selected rotational and/or translational degrees of freedom. In this way, the modular character of the present micro-optomechanical system can be enhanced.
  • the same predetermined shape of the joining elements can clearly define at least one optical axis, in particular an optical axis that runs through an optical coupling point between modules of the same or different size and shape.
  • the shape and size of the modules involved in particular the support elements and the joining elements they comprise, accordingly.
  • a variation can relate in particular to the type, number, alignment and/or orientation of the optical components and the associated optical coupling points.
  • the variation can relate to a design of at least one stop or marking, wherein preferably at least one vertical ramp or at least one step or at least one shared surface can serve as a stop, and wherein the marking can in particular comprise a surveying marker. Further details on the at least one stop or marking can be found in the following description.
  • the micro-optomechanical system can further comprise at least one further carrier element to which none of the optical components is attached and which does not comprise any of the beam-forming elements.
  • the at least one further carrier element can preferably serve as a placeholder in order to set a desired distance between at least two modules and/or at least two optical components, in particular in order to provide space for attaching at least one further component, preferably a further optical component, preferably on a surface extending beyond a base area of the at least one carrier element.
  • a collimated light beam can preferably be used to bridge the distance.
  • other embodiments of the at least one further carrier element are conceivable.
  • the modules can be provided with optical components in such a way that they are positioned and oriented in relation to one another in such a way that the individual modules can be optically coupled to one another by means of a transmission of light.
  • positioning refers to the arrangement of an element at a point in three-dimensional space
  • orientation refers to the alignment of the element at this point in three-dimensional space.
  • the optical components can differ from one another in their structure and/or mode of operation, even if they have the same functionality.
  • optical component refers to a structure on an element or an independent component that is designed to emit, transport, receive, detect and/or manipulate light
  • optical system refers to an arrangement of at least two optical components on at least two carrier elements.
  • each optical component used in the context of the present invention is selected from the group comprising: optical glass fibers, in particular single-mode fibers or multi-mode fibers made of organic or inorganic materials; integrated optical chips, in particular photodiodes, linear or planar photodiode arrays, CCD arrays or image sensors, in particular based on semiconductors, preferably silicon or IILV compound semiconductors, or dielectric materials, preferably glasses, silicon dioxide, silicon nitride or polymers; bolometers; lasers, in particular vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSEL) or edge-emitting lasers; superluminescence diodes; optical circuit boards; Elements for free-beam optics, in particular lenses, beam splitters, isolators, mirrors or diffraction gratings.
  • VCSEL vertical-cavity surface-emitting lasers
  • optical components can preferably comprise optical waveguides with low index contrast, in particular glass-based optical waveguides, or with medium or high index contrast, in particular waveguides based on semiconductors or dielectric materials.
  • Coupling or decoupling of light can preferably take place at an edge or on a surface of the optical component; in particular at an edge of an edge-emitting laser, at a chip edge, or at a facet of a waveguide-based system; alternatively at a surface of a surface- emitting laser or a surface-illuminated photodiode, or on the surface of a waveguide-based chip that has at least one optical coupling point, in particular comprising an optical grating coupler or an optical deflection element.
  • other types of coupling or decoupling of light are possible.
  • optical waveguide refers to any arrangement that is designed to guide an electromagnetic wave, in particular in the wavelength range specified above. These preferably include individual optical waveguides, optical waveguides with branches, polarization filters, polarization beam splitters, polarization converters, tapers, directional couplers, couplers based on multi-mode interference (MMI), waveguide networks and waveguide-based components, also in combination with micro-optical elements such as lenses, mirrors or prisms.
  • MMI multi-mode interference
  • waveguide networks and waveguide-based components also in combination with micro-optical elements such as lenses, mirrors or prisms.
  • other types of optical waveguides are conceivable.
  • the electromagnetic wave can be guided in the optical waveguide in particular by means of total reflection at an optical interface or by means of multiple reflection at periodically arranged elements, for example in the case of an optical waveguide based on a photonic band gap or on a photonic crystal.
  • the waveguiding is based on an effectively increased refractive index in the region of the waveguide core.
  • Waveguiding using optical waveguides is based on the fact that, in contrast to propagation of light in free space, the divergence of the light propagating in the optical waveguide in the lateral direction is prevented or, in the case of a tapering or widening optical waveguide, controlled by a continuous interaction of the light with dielectric interfaces.
  • This makes it possible to guide light in an axial direction in an area elongated in the direction of propagation, wherein the ratio of the axial extension of the light-filled area is preferably more than 3, particularly preferably more than 5, and most particularly preferably more than 10 or 20.
  • the optical component can have further optical structures, in particular selected from at least one refractive, diffractive and/or reflective optical element, for example at least one lens or a mirror, which are designed to additionally change the propagation of the electromagnetic radiation in the optical component.
  • the optical waveguide can have a layer thickness for a vacuum operating wavelength of approximately 1.5 pm, preferably from 10 nm to 1000 nm, particularly preferably from 30 nm to 500 nm, in particular from 50 nm to 300 nm, applied to one of the optical components or to one of the carrier elements.
  • the resolution of a three-dimensional structuring process can preferably be better than 3 pm, particularly preferably better than 1 pm, in particular better than 500 nm.
  • the resolution can deviate by less than 3%, particularly preferably less than 2%, in particular less than 1% from the original shape to be replicated, based on an inaccuracy and/or tolerance in production.
  • the numerical values mentioned above refer to the production of an optical waveguide which is intended for a vacuum operating wavelength of approximately 1.5 pm.
  • the dimensions of the at least one optical waveguide and thus the requirements for accuracy and resolution of the three-dimensional structuring process used for production can be scaled accordingly, if necessary taking into account the refractive indices of the materials used.
  • Each module of the present micro-optomechanical system further comprises at least one optical component which is attached to an associated carrier element.
  • the carrier element can have at least one receiving element for at least one component to be received, in particular an optical component and/or electronic component to be received.
  • receiving element refers to a micro-mechanical element which is designed to establish a mechanical connection between an element and at least one component to be received thereby, in particular between at least one carrier element and the at least one optical component and/or electronic component, but also between at least one carrier element and at least one carrier plane, between at least two carrier planes, or between at least one carrier plane and at least one optical component and/or electronic component.
  • the mechanical connection can in particular relate to a planar arrangement and/or stacking.
  • At least one stop can be used for this purpose, whereby preferably at least one vertical ramp or at least one step or at least one shared surface can serve as a stop, in particular to establish a vertical position or a horizontal position between the element and the at least one component to be received thereby.
  • the carrier element can comprise at least one component introduced into a volume of the carrier element and/or applied directly to a surface of the carrier element, which in particular can be used as beam-forming element and/or as a receiving element and/or as a positioning element.
  • electroactive component refers here to an independent component that is designed to transport and/or manipulate electricity.
  • An electronic component selected from an electrical conductor track, an electronic chip, an integrated circuit, an electrical voltage source, an electrical resistor, an electrical capacitor, an electrical coil, an electrical diode, an electrical transistor or a sensor is particularly suitable for the present invention; however, the use of at least one other electronic component is possible.
  • the size and shape of the receiving elements can correspond to the same specifications as for the joining elements.
  • the at least one receiving element can preferably be designed as a self-centering receiving element and in this case can be adapted in particular to the at least one component to be received, in particular the at least one optical component and/or electronic component to be received.
  • the at least one receiving element can be detachably or permanently connected to the at least one component to be received after it has been received.
  • the receiving can take place as a planar series and/or as a stack.
  • the at least one receiving element can be equipped with at least one undercut, in particular in order to detachably or permanently connect the at least one component to be received to the receiving element.
  • an optical component that is not attached to the associated carrier element by means of at least one receiving element can preferably be produced on and/or in the carrier element by means of a three-dimensional structuring process.
  • an optical component that is not attached to the associated carrier element by means of at least one receiving element can be produced by means of a three-dimensional structuring process, preferably integrated into the volume of the carrier element in one step, together with the carrier element.
  • these elements can be designed as coherent three-dimensional structures, replicated in a shape memory material and/or produced by means of a three-dimensional structuring process.
  • other methods for producing the elements are possible.
  • At least one optical component can be used as an insertable optical component, which can be positioned and/or oriented by means of a preferably tapered holder, which in particular can be used for rear- cuts, is arranged on or at the carrier element.
  • the receiving element on the carrier element can be aligned with the at least one optical component in such a way that it connects the module in question along the optical axis with the further module to be connected, whereby the desired optical coupling occurs in this way.
  • the micro-optomechanical system preferably at least one of the carrier elements, can comprise at least one fluid-carrying component, which can be equipped with a receiving element.
  • the modules can be designed in such a way that at least one component, in particular an optical component and/or electronic component, can be inserted into the beam path and incident light can thereby be manipulated and/or guided, coupled into at least one component and/or examined for a change in transmission.
  • Other applications, in particular in data transmission, are possible.
  • the micro-optomechanical system preferably at least one of the carrier elements, can comprise at least one thermoelectric component, in particular a heating element or a Peltier element.
  • the micro-optomechanical system can comprise at least one material that can be thermally stable or at least thermally resilient, preferably up to a temperature of 350°C, particularly preferably up to 200°C, in particular up to 100°C.
  • the thermal expansion of materials with different expansion coefficients can be taken into account in the configuration of components of the micro-optomechanical system, in particular to compensate for thermally induced tolerance changes, preferably by means of at least one elastically adjustable receiving element and/or positioning element, which can preferably be in the form of a clamping element.
  • each of the optical components has at least one optical coupling point.
  • optical coupling point refers to a spatial point at which a connection by means of light occurs between two optical components, which, depending on the beam path, can be referred to as a “light-emitting component” and a “light-receiving component”.
  • the optical coupling point is thus designed to connect two optical components to one another via an optical axis generated by the at least two interconnected optical components in such a way that connect in such a way that an optical coupling of the modules takes place, each of which comprises one of the two interconnected optical components.
  • At least one of the optical coupling points comprises a beam-forming element produced by means of a three-dimensional structuring process.
  • the beam-forming element is designed to manipulate the light in such a way that it can be coupled from the optical structure of a first module into a second module.
  • first, second, etc. are considered here as a description of an element, without specifying an order, rating or chronological sequence and without excluding the possibility that other elements of the same element may be present.
  • three-dimensional structuring process refers to a microlithographic process for producing microstructures in three-dimensional form.
  • a three-dimensional structuring process selected from micro 3D printing, in particular stereolithography (SLA), two-photon polymerization (2PP or TPP), fused deposition modeling (FDM) or projection microstereolithography (PSL) is particularly suitable for the present invention; or a replication process, in particular hot stamping, micro-injection molding or a three-dimensional replication process using a shape memory effect; an etching process or a deposition process.
  • SLA stereolithography
  • 2PP or TPP fused deposition modeling
  • FDM fused deposition modeling
  • PSL projection microstereolithography
  • the shape memory effect can be used during manufacture and/or in downstream process steps, in particular to restore the original shape and position despite small deformations or minor subsequent damage.
  • At least one further component or subcomponent can also be produced using at least one microlithographic process, in particular using the three-dimensional structuring process described here.
  • a module can preferably be replicated in a polymer, very preferably in a shape memory polymer.
  • thermoplastic shape memory polymers easily connected three-dimensional structures with undercuts can be replicated. The same applies when using elastic molds in combination with liquid UV resists.
  • a design that is replicable can preferably be selected. In order to reduce post-processes, assembly tolerances and joining tolerances and to shorten the manufacturing process, it can be advantageous to integrate as many functions and components of the optical structure as possible into a carrier element and to manufacture it together with the carrier element in a common process.
  • a residual carrier layer on which parts to be replicated are located can preferably be removed in a three-dimensional structuring process, in particular so that the carrier elements have the same height and thus an identical position of the optical axis.
  • the residual carrier layer can preferably be removed by means of a method selected from a machining process, etching or dissolving, preferably in an overhead position in order to achieve better accessibility.
  • a residual carrier layer with a defined height can remain, in particular so that the carrier elements and/or carrier planes have the same height and thus an identical position of the optical axis.
  • the carrier element and/or the carrier plane and/or the connecting element and/or the receiving element can be designed in such a way that it has an at least partially straight cutting edge, which can preferably also be as easily accessible as possible.
  • the optical components are placed on and/or at and/or in the at least two carrier elements in such a way that an optical connection of the optical components is present at at least one optical coupling point.
  • the at least one beam-forming element together with the at least one joining element of a carrier element of a first module can be optically coupled to the latter with at least one matching joining element, at least one optical element and an optionally present beam-forming element of a carrier element of a second module.
  • the beam path of the optical connection can in particular have the following sections: i. a beam-expanding section, which is characterized in that the beam diameter increases in this section.
  • the beam-expanding section can use the natural divergence of the light field emerging from the optical component and/or modify the light field by means of a partial element of the beam-forming element.
  • the divergence can in particular be increased by means of concave lenses, convex mirrors or diffractive elements, which are produced by means of a three-dimensional structuring process.
  • Another possibility for beam expansion can involve producing an optical waveguide which initially reduces the mode field diameter. Subsequent propagation of the beam outside the optical component in free space can result in a high divergence.
  • the divergence of the light beam in the beam-expanding section and/or a fictitious continuation of the light beam in a far field can preferably be at most 6°, particularly preferably at most 15°.
  • a collimated section which is characterized in that the beam diameter changes only slightly in this section.
  • a collimating optical component can preferably be used, for example a concave mirror or a convex lens.
  • a beam waist can form.
  • the "beam waist” can be located at a position of a Gaussian beam or a Gaussian-like beam at which a substantially flat phase front occurs.
  • the size of the beam waist i.e.
  • the waist diameter can preferably assume a value of 5 pm to 100 pm, particularly preferably 10 pm to 80 pm, in particular 15 pm to 50 pm at a wavelength of 1550 nm.
  • the corresponding beam divergence in relation to half the opening angle is derived from relevant formulas for Gaussian beams and is preferably at most 12°, particularly preferably at most 6°, in particular at most 4°. For wavelengths above or below 1550 nm, these values can change accordingly.
  • the field distribution generated by the beam-forming element can correspond as closely as possible to the field distribution that is coupled into one of the optical components. iii. a beam-narrowing section, which is characterized by the fact that the beam diameter decreases again here.
  • the design of the beam-narrowing section can be analogous to the measures described under point i. for the beam-expanding section.
  • At least one of the carrier elements can be attached to at least one carrier plane, preferably to exactly one carrier plane.
  • the at least one carrier plane can be set up in particular for further positioning and/or orientation of individual or interconnected modules, which are also referred to as a “module group”.
  • receiving elements in particular tapered receiving elements, can be used, which can have at least one undercut, in particular for fixing.
  • the receiving elements can be designed in such a way that they allow movement of the carrier elements on the carrier plane and/or the carrier plane on a further carrier plane, preferably a one-dimensional translational movement.
  • the arrangement of adjacent modules and/or modules on the carrier plane can take place in a planar plane or vertically, rotated by 180° overhead.
  • on the top side of the Modules and/or module groups and/or the at least one support level can be provided with positioning and receiving elements for arranging the modules.
  • the underside of the at least one support element, or in the case of overhead installation the top side of at least one inverted support element, and the top side of the at least one support level can preferably have the same height. This can make it possible to set a height level for the optical axis for connecting the modules.
  • the height offset of the optical axis can be compensated by means of an adapted module height, an adapted height of the optical structure, by means of beam-forming elements, receiving elements, holders and/or plateaus arranged at different heights and/or by means of at least one further support level.
  • Support levels can comprise predefined receiving elements for attaching at least one further support level, the functionality of which can preferably correspond to the joining elements.
  • the positioning and/or receiving elements can also serve to protect and/or as spacers for the optical components.
  • At least one of the joining elements and/or the receiving elements can be designed as a positioning element and/or have at least one positioning element which, during production of the micro-optomechanical system, can be set up to bring the components to be assembled into their end position as directly as possible by specifying predefined positioning elements from which the end position can result from a rotary and/or translatory movement. From this, a very precise end position of each module in the micro-optomechanical system, precisely defined in three dimensions, can be set as precisely as possible to one another up to an accuracy of the desired positioning tolerance, in particular of 1 dB.
  • the 1 dB positioning tolerance describes a threshold of coupling losses of 1 dB between two optical components, due to an alignment precision at the optical coupling point, in particular with regard to lateral deviations of a beam profile, lateral deviations with regard to the optical coupling point, angular deviations and/or collimation errors, absorption losses, reflection losses, scattering losses, in particular due to Rayleigh scattering.
  • the alignment precision results from the sum of all tolerance-related individual deviations, typically comprising manufacturing tolerances, assembly tolerances and environmental tolerances, in particular due to vibrations or magnetism or due to temperature, humidity or air pressure of the environment.
  • the beam diameter occurring at the optical coupling point between two optical components can preferably be twice, particularly preferably five times, in particular more than ten times the alignment precision.
  • the beam diameter occurring at the optical coupling point between two optical components can preferably be 1 pm to 10 mm, particularly preferably 5 pm to 1 mm, more preferably 10 pm to 200 pm, in particular 15 pm to 100 pm.
  • the term "beam diameter" refers here to a diameter of an area measured perpendicular to the direction of propagation of the light beam, in which the intensity of the light is more than 1/e 2 , i.e. more than 13.5% of the maximum intensity typically occurring on the beam axis.
  • the term “beam diameter” can refer to a full width at half maximum (FWHM) or a four-fold standard deviation of the intensity distribution (D4o width).
  • FWHM full width at half maximum
  • D4o width standard deviation of the intensity distribution
  • the required alignment precision of the optical coupling point is at least 25 pm, particularly preferably at least 10 pm, in particular at least 5 pm.
  • the use and/or application environment of the optical components can also be taken into account here, in particular thermal expansion when using materials with different thermal expansion coefficients.
  • the mechanical positioning tolerance of the connecting elements results from the 1 dB positioning tolerance.
  • the term “tolerance” refers to a deviation of an actual state from a target state, or an actual size from a target size. Shape and position deviations arise from manufacturing and assembly.
  • tolerance here includes a tolerance chain up to the respective point in the product creation chain, which results from a sum of all temporally and spatially preceding manufacturing and assembly tolerances. These deviations result in differences between the actual position of optical axes and/or optical coupling points and the target position with the lowest possible transmission losses.
  • a positioning element can be used for this purpose, the shape of which is produced together with the optical component and which is designed in such a way that a point, line and/or surface created on, at or in the optical component or already present for positioning in the form of a stop, the optical component is precisely positioned while maintaining the desired positioning tolerance, wherein the shape can be produced by means of a process selected from forming processes such as etching, deep etching or machining processes or from primary forming processes, wherein the point, line and/or surface are specified.
  • the use of at least one other shaping production method is, however, possible.
  • the design of the optical structure can be coordinated with the position and/or orientation of the component to be joined, in particular if preferred Orientations for positioning and/or orientation are available.
  • components to be joined can be installed in a normal position or overhead.
  • the interconnected support elements, the support element with the at least one support level and/or the at least two support levels can be detachably connected to one another while maintaining the shape and functionality and can thus be used later for further use of the micro-optomechanical system.
  • the interconnected support elements, the support element with the at least one support level and/or the at least two support levels in particular depending on the structure and use of the micro-optomechanical system, can be permanently connected to one another while maintaining the shape and functionality in order to maintain the micro-optomechanical system in question in a particularly stable manner.
  • the functionality of a module or a group of modules can depend in particular on the respective optical structure.
  • the size of a module which is preferably adapted to this, can deviate from a preferred standard size of less than 100 cm 2 , particularly preferably at most 20 cm 2 , and very particularly preferably at most 5 cm 2 , in particular at most 2 cm 2 , as long as the optical axes of two modules joined together match.
  • the outer edges can be rectangular; alternatively, however, they can have an angle other than 90° to one another.
  • individual modules can deviate from a preferred rectangular shape, in which the longest flat edge length is preferably equal to or an integer multiple of the shortest flat edge length, in particular when two modules are connected at a fixed angle, which can preferably be carried out by a shape deviation of the base area of the support element in the form of a triangle, trapezoid, parallelogram or a combination thereof.
  • the size of a module can be increased or reduced by an amount by which the module to be produced can grow or shrink during production, in particular when overexposure is used in a DLP printing process (Digital Light Processing), due to the voxel-related size of the smallest writing unit in a 2PP printing process, or due to shrinkage.
  • DLP printing process Digital Light Processing
  • the optical components are or will be placed on the carrier element by means of at least one receiving element in such a way that an optical coupling is achieved by combining the joining elements of the at least one carrier element of a first module with the matching joining elements and the at least one beam-forming element of a second module.
  • the size of a module can thus also depend on the preferred Standard size, as long as the optical coupling point between two modules is clearly defined by the joining of the joining elements.
  • an individual module, a module group or an entire micro-optomechanical system can be filled with a solid, optically transparent medium, in particular to protect the micro-optomechanical system or a part thereof from external influences, against mechanical displacement of components aligned against one another or against deformation, to facilitate handling, to generate an index contrast, to form a further coupling point for mounting at least one further element, to increase transmission, or to avoid back reflections or unwanted coupling.
  • transparent here refers to an optical property of a material that allows electromagnetic waves to pass through in such a way that the absorption by the material is as low as possible.
  • the material absorption of the material is preferably below 10 dB/mm, particularly preferably below 5 dB/mm, and most particularly preferably below 2 dB/mm or 1 dB/mm.
  • At least one of the carrier elements and/or at least one carrier plane can preferably be provided with at least one metallic layer, which is designed as at least one electrical conductor track.
  • the at least one electrical conductor track can in particular be designed for electrically contacting at least one optical component.
  • the at least one electrical conductor track itself can for this purpose be connected to the at least one optical component, the at least one electronic component and/or to at least one external connection, which can preferably be designed as a contact pad and which can preferably be designed for supplying electrical energy and/or for deriving information, in particular in the form of at least one bond, preferably at least one wire bond.
  • two carrier elements, two carrier planes, or a carrier element and a carrier plane can be connected to one another in the form of a bond, preferably a wire bond.
  • the conductor tracks can be produced using a mask.
  • an adhesive layer can be applied first, which preferably comprises a well-adhering metal, in particular chromium, and then a starting layer for subsequent electroplating, which preferably comprises a metal with good electrical conductivity, in particular gold.
  • the conductor tracks can be applied in a galvanic bath to the desired layer thickness, which can depend in particular on the cross-section of the conductor tracks, the applied current and voltage.
  • Conductor tracks can be applied directly to a carrier element or a carrier plane using a micro-structuring process, preferably by means of micro-laser sintering.
  • At least one of the carrier elements and/or a carrier plane can have recesses and/or openings to enable access to the optical structure, optical components and/or electrical components.
  • the recesses and/or openings can be designed in such a way that contactless assembly of the components to be joined is ensured and/or that the at least one carrier element and/or the carrier plane can only partially rest on it.
  • This embodiment can also have a placement unit on the top of the at least one carrier element to enable components to be placed overhead and/or to provide accessibility from the bottom.
  • the present micro-optomechanical system differs from the disclosure in DE 10 2016 221 464 A1, in particular from the system shown in Figure 22, in that there the ambient medium primarily serves to reduce a refractive index contrast or to set a precise distance between the optical components.
  • two chips are provided with beam-forming elements which are embedded in an ambient medium, while the alignment structures shown there are located directly in the ambient medium which completely surrounds the optical components.
  • each carrier element has a connecting element, which in turn has a self-centering joining element or is designed as a self-centering joining element.
  • connecting elements that fit together and are also designed as joining elements it is possible to achieve an end position that is determined solely on the basis of the shape and is achieved solely by the joining process of two carrier elements.
  • the alignment structures shown as examples in DE 10 2016 221 464 A1 are not joining elements that simply hold the subsystems in position and result in a statically determined end position.
  • the present invention relates to a method for producing a micro-optomechanical system, which comprises the following steps: a) providing at least two carrier elements, each of the carrier elements having at least one connecting element, each connecting element having at least one self-centering joining element, the joining elements fitting together in such a way that the carrier elements can be mechanically connected to one another by means of the joining elements; b) providing at least two optical components, each of the optical components having at least one optical coupling point; c) producing at least one beam-shaping element at at least one of the optical coupling points by means of a three-dimensional structuring process; d) fastening each optical component to one of the carrier elements; and e) producing an optical coupling of the optical components at at least one optical coupling point by means of a mechanical connection of the carrier elements by means of the fitting self-centering joining elements.
  • steps a) to e) according to the invention can preferably be carried out in the order given, although a different order is also possible, in particular carrying out step d) before step c).
  • steps can also be carried out at least partially simultaneously and/or further steps, regardless of whether they are described herein or not.
  • micro-optomechanical system For details relating to the present method for producing a micro-optomechanical system, reference is made to the remaining description of the micro-optomechanical system. In particular, special embodiments described therein can also be produced using the present method.
  • the terms “have”, “have”, “comprise” or “include” or any grammatical variations thereof are used herein in a non-exclusive manner. Accordingly, these terms may refer both to situations in which, in addition to the features introduced by these terms, no further features are present, or to situations in which one or more further features are present.
  • the expression “A has B”, “A has B”, “A comprises B” or “A includes B” may refer both to the situation in which, apart from B, no further element is present in A (i.e., to a situation in which A consists exclusively of B), and to the situation in which, in addition to B, one or more further elements are present in A, for example element C, elements C and D, or even further elements.
  • the terms “at least one” and “one or more” and grammatical variations of these terms when used in connection with one or more elements or features, are intended to express that the element or feature may be provided once or multiple times, and is usually used only once, for example when the feature or element is first introduced. When the feature or element is subsequently mentioned again, the corresponding term “at least one” or “one or more” is usually no longer used, without limiting the possibility that the feature or element may be provided once or multiple times.
  • micro-optomechanical system described herein relates to a modular arrangement of micro-optical components and micro-mechanical components, which can preferably be produced at least partially by a three-dimensional structuring process of simply connected three-dimensional structures.
  • a "simply connected three-dimensional structure” is understood to mean a structure which, taking into account production-related deviations, does not comprise any closed hollow bodies, ring structures or tunnel structures, particularly in areas through which light passes.
  • Each module comprises two parts, on the one hand a carrier element, which is connected to at least one other carrier element via at least one connecting element and, on the other hand, an optical component which in particular has at least one optical waveguide and can comprise at least one receiving element for receiving, positioning and orienting at least one further optical component.
  • the micro-optomechanical system can in particular be designed to transmit light between different optical components and to manipulate it. The functionality and efficiency of the at least two modules connected in the micro-optomechanical system depends significantly on a positioning tolerance of the carrier elements including the optical components attached to them, which together form the respective module.
  • the tolerance chain includes in particular production-related and assembly-related variations as the sum of all assumed uncertainties, especially manufacturing tolerances of the carrier elements including the joining elements included therein, joining tolerances of the connection between the carrier elements, manufacturing tolerances of the optical components and/or positioning tolerances of the optical components in relation to the respective carrier element to which they are attached.
  • the micro-optomechanical system according to the invention proposed here preferably serves as a modular system for optical assembly and connection technology and is preferably manufactured from pre-assembled modules which combine a positioning functionality of an optical table with the optical functionality of optical components arranged on it.
  • the individual optical components are predetermined in their oriented position relative to one another and can preferably only be moved along the optical axis, particularly preferably unchangeable, for which a standardized basis with defined distances from one another, on which the optical components can be designed, is provided.
  • Micro-optomechanical systems with different functionalities can be manufactured by means of various optical components which can be arranged in series.
  • predefined joining elements are used which determine the position and orientation of the carrier elements and consequently the optical components attached to them.
  • the use of a three-dimensional microstructuring process can produce functionally relevant structures with great precision in terms of their shape and functionality, while also offering a high degree of design freedom.
  • simple coherent structures are preferably reproduced in parallel in large quantities using a three-dimensional structuring process.
  • micro-optomechanical system from the state of the art that offers mutual and universal functionality in terms of positioning and orientation, such as optical benches or optical tables in the macroscopic size range. Simple downscaling from the macroscopic range is not possible, especially since microscopic components are not easy to handle, place, orient and readjust. For this reason, micro-optomechanical systems have so far been developed, manufactured and constructed separately for each individual case.
  • DE 10 2016 221 464 A1 does not disclose any predefined optical coupling points or separate mechanical connections for the mutual positioning of optical components. Furthermore, it does not present any prefabricated units that are prefabricated and are designed in particular to complement each other when simply connected, in particular by lining up, clicking or plugging together. Likewise, it does not provide the option of producing predefined, positioning, in particular three-dimensional micro-optomechanical structures including the carrier elements in one process step. Furthermore, the beam-forming elements do not necessarily have to be connected directly to the optical components.
  • the invention proposes to provide a platform that is as universal as possible with predefined mechanical and coordinated optical coupling points that perform a mutual centering and aligning function.
  • no standards for optical couplings between a wide variety of optical components are known.
  • the invention presented here makes it possible to build a micro-optomechanical system by simply lining them up, clicking them together or plugging them together with the highest precision in the submicrometer range.
  • Figure 1 is a schematic representation of an embodiment of a micro-optomechanical system according to the present invention in plan view ( Figures 1a and 1b) and in side view ( Figure 1c);
  • Figure 2 is a schematic representation of a possible optical structure as an embodiment of a module according to the present invention in perspective representation
  • Figure 3 shows a preferred embodiment of a module in a schematic representation, comprising a self-centering receiving element designed to receive cylindrical objects in a perspective representation;
  • Figure 4 is a schematic representation of another embodiment of the micro-optomechanical system according to the present invention in plan view;
  • Figure 5 is a schematic representation of another embodiment of the micro-optomechanical system according to the present invention in plan view
  • Figure 6 is a schematic representation of an embodiment for applying a module not yet equipped with an optical component to a carrier plane in a perspective view
  • Figure 7 schematic perspective representations of embodiments of self-centering joining elements on the support elements on modules
  • Figure 9 shows two schematic representations of further embodiments of a module according to the present invention in perspective view
  • Figure 10 is a schematic representation of a detailed view of the embodiment from Figure 9a in perspective view
  • Figure 11 shows two schematic representations of further embodiments of a module according to the present invention in perspective view
  • Figure 12 four schematic representations of the modular principle with differently positioned optical axes;
  • Figure 13 shows three schematic representations of further embodiments of a module according to the present invention in plan view ( Figures 13a and 13b) and in perspective view (Figure 13c);
  • Figure 14 shows three schematic representations, on the one hand as an embodiment of a replicated module directly after a replication process ( Figure 14a) and on the other hand a processing device for removing a residual carrier layer, in perspective ( Figure 14b) and as a section ( Figure 14c);
  • Figure 15 shows a schematic embodiment of a module having a carrier element adapted to receive three components
  • Figure 16 shows a schematic design of a module for optically coupling two optical components
  • Figure 17 shows a schematic embodiment of the micro-optomechanical system for coupling two chips (Figure 17a) and a schematic embodiment of the module shown in Figure 17a ( Figure 17b), both in perspective view;
  • Figure 18 is a schematic representation of another embodiment of the micro-optomechanical system according to the present invention in plan view;
  • Figure 19 is a schematic representation of a section through an optical element positioned in a joining device
  • Figure 20 shows a schematic embodiment of a micro-optical system in plan view
  • Figure 21 shows the micro-optical system shown schematically in Figure 13a, schematically extended by means of a spatially separated carrier unit and having a further beam-forming element;
  • Figure 22 schematic representations of an optical structure as an embodiment of a module in perspective representation
  • Figure 23 shows another schematic embodiment of a micro-optical system in different representations.
  • FIG 1 shows a schematic representation of an embodiment of a micro-optomechanical system 10 according to the present invention in plan view ( Figures 1a and 1b) and in side view ( Figure 1c).
  • two different modules 150, 160 are shown as separate units, which, as Figure 1a shows, can be combined to form the desired micro-optomechanical system 10.
  • Each of the two modules 150, 160 has an optical component 60, 70, wherein each of the optical components 60, 70 is attached to one of the carrier elements 40, 50, wherein each of the optical components 60, 70 has an optical coupling point 80, 90.
  • the optical Component 70 is mounted on a plateau 35, which compensates the height in such a way that the optical axis 140 coincides with the optical coupling points 80, 90.
  • the two modules 150, 160 can be optically coupled to one another via the optical coupling points 80, 90 between beam-forming elements 100, 110 via an optical axis 140 at an optical coupling point 604 between the two modules 150, 160, in this embodiment by means of a collimated light beam 120 which has a defined beam diameter 121.
  • the optical coupling 604 is automatically set up by lining up, clicking or plugging together the two modules 150, 160 along the optical axis 140, since each of the carrier elements 40, 50 has a connecting element 20, 30, wherein each connecting element 20, 30 has a self-centering joining element.
  • the joining elements of each module 150, 160 fit together in such a way that the carrier elements 40, 50 can be mechanically connected to one another in a detachable or non-detachable manner by means of the joining elements.
  • the joining elements structurally interlock.
  • the modules 150, 160 of the present micro-optomechanical system 10 are also arranged on a common carrier plane 130.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an optical structure as a possible embodiment of a module 166, 167, 168 in perspective. Shown is an optical coupling within the module 166, 167, 168, which optically couples a mounted single-mode fiber 61 to a second mounted single-mode fiber 71, each of which has a diameter of 125 pm.
  • each beam-forming element which is designed in Figure 2a as a single optical lens 101a, in Figure 2b as a lens system of two optical lenses 101b, 102b and in Figure 2c as a lens system of three optical lenses 101c, 102c, 103c.
  • Both the optical lenses 101a, 101b, 101c, 102b, 102c, 103c shown and the receiving elements 161, 162 each form a three-dimensional, simply connected structure.
  • FIG 3 shows a schematic perspective view of a preferred embodiment of a module 150 which comprises the self-centering receiving element 161, which is designed in particular to receive cylindrical optical components 60, preferably a glass fiber 61.
  • the optical structure of the module 150 comprising a receiving device 161 and a glass fiber 61, is designed as a single Receiving device 161 for the glass fiber 61 and serves in the embodiment in Figure 3 only to accommodate a single-mode fiber 60, 61.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a further embodiment of the micro-optomechanical system 10 according to the present invention in plan view.
  • This embodiment comprises three carrier elements 170, 180, 190, to each of which at least one optical component 171, 181, 191 is applied, which have the beam-forming elements 172, 182, 192, wherein at the optical coupling points 170a, 170b, 180a, 190a there is an optical connection of two of the optical components 171, 181, 191.
  • the carrier elements 180, 190 are each mechanically connected to the carrier element 170 by means of matching and identical connecting elements 20, 30.
  • the carrier elements 170, 180, 190 also have further identical connecting elements 20, 30, with which further carrier elements can be coupled to one of the carrier elements 170, 180, 190.
  • the carrier element 170 has a size that differs from the size and shape of the carrier elements 180, 190, which are each designed in a preferred standard size and standard shape.
  • the micro-optomechanical system 10 shown schematically in Figure 4 has the beam-forming elements 195a, 195b, which are designed here as an optical deflection element; as a deflecting element 195a inside the beam-forming element or as a deflecting element 195b outside the beam-forming element; however, other designs of the beam-forming elements 195a and 195 are possible.
  • the optical component 171 is designed here such that it can be inserted into the beam path of the optical axis 140.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a further embodiment of the micro-optomechanical system 10 according to the present invention in plan view, which comprises the two carrier elements 180, 196.
  • an edge-emitting laser chip distributed feedback laser; DFB
  • DFB distributed feedback laser
  • a surface-emitting laser chip can be used, which is arranged at an angle or couples out a beam parallel to the module surface by means of a lens.
  • Contact pads 211, 212 are provided with electrical connections in the form of wire bonds 201, 202 as shown in Figure 4.
  • Figure 6 shows three schematic representations of an embodiment for applying a module 1202, which is not equipped with an optical component, to the carrier plane 130.
  • the carrier plane 130 is set up by means of a self-centering receiving element 221, 222, 223, 224, 225 for attaching the module 1202 to the carrier plane 130, while the module 1202 has matching receiving elements 230 and 231.
  • the receiving element shown schematically in Figure 6a comprises two elements 221 with receiving elements designed in one direction with one horizontal degree of freedom, in Figure 6b two elements 222 and 223 each with receiving elements designed in two directions for two one-dimensional degrees of freedom and in Figure 6c elements 224, 225 with receiving elements designed in one direction for a one-dimensional degree of freedom with a stop, which are suitable for positioning, orienting and fixing the module 1202 in relation to the support plane 130.
  • the fixation can comprise a detachable or non-detachable fastening of the module 1202 on the support plane 130.
  • the support plane 130 shown schematically in Figure 6 is equipped with connecting elements 250, 260 in order to attach further support planes to the support plane 130.
  • many modules can be accommodated on the support plane 130.
  • the module 1202 attached to the support plane 130 can in turn have connecting elements to at least one further support plane (not shown).
  • Figure 7 shows schematic perspective representations of embodiments of self-centering joining elements 300, 310, 320, 330 on the support elements 40, 50 of modules.
  • the joining elements 300, 310, 320, 330 shown in Figure 7 preferably appear in pairs in order to act as the element to be joined and the receptacle provided for it on one or both sides of a module.
  • other designs (not shown) are conceivable, in particular a repeated design.
  • a positioning slope 1108 in the form of an assembly ramp or step can also represent a design of a joining element.
  • Figure 7a shows the self-centering joining element 300, which is designed to be tapered in the vertical direction, in particular in order to take on both a vertical and horizontal positioning function, as well as to be easier to separate from the remaining carrier layer in a three-dimensional structuring process by means of a continuous edge produced on the underside, which represents a cutting edge for the defined cutting of the module from a remaining carrier layer. Furthermore, in the case of an inverse The receiving element designed to match the shape of the connecting element 300 defines a height stop through the undercut vertical direction, via which the height of the support elements to be joined can be adjusted.
  • Figure 7b shows the self-centering joining element 310, which has a so-called "2.5-dimensional" structure.
  • the joining element 310 shown here comprises a one-sided paired arrangement of receiving elements 311, 312, which compensates for a horizontal angle error between two modules connected to one another and oriented to one another better than with one joining element. This number can be increased as required.
  • the base area can be used as a stop for defining the height.
  • Figure 7c shows the further self-centering joining element 320, which has additional undercut structures which, in conjunction with the joining elements 300 or 310, are designed to secure the support elements of the modules against deposition also in the vertical direction in combination with another suitable joining element.
  • Figure 7d shows another self-centering joining element 330, which has double undercut structures that are designed to secure the support elements of the modules both in the vertical direction against deposition and to secure two joined units against horizontal pulling apart.
  • An inverse structure (not shown) can be open at the top in order to insert the receiving element into the connecting element from above.
  • Figure 8 shows a schematic detailed view of two joined elements in a sectional view, in particular for connecting two carrier elements 331, 332.
  • Figure 8 can show the connection of an optical component and/or an electronic component to a carrier element and/or a carrier plane.
  • Two different embodiments to the left and right of the center line are shown, separated by the center line.
  • the positioning transverse to the joining direction is determined by structures 333 and 334 in the form of a plug and coupling.
  • 333 is designed here as a pyramid or triangular structure, 334 as a cylinder structure; however, other shapes are possible.
  • the positioning in the joining direction is defined by a layer of structural surfaces 339, which are mechanically pressed together.
  • two undercut surface structures 336, 338 are used in the joining direction.
  • the surface structures 336, 338 are preferably designed such that they stretch and/or extend and/or spread elastically and/or elastically plastically from the center line outwards during a joining process and engage in the undercut end position.
  • the surface structure 336 is designed with a homogeneous transition and thus as a connection that is easier to release.
  • the surface structure 337 on the other hand, has a sharp, undercut edge, which makes the bearing more stable but makes it more difficult to release the connection. The larger the angle 337 is set, the sharper the undercut structure surface 335 of the structure surface 339 is and thus the bearing is more stable and more difficult to release.
  • Figure 9 shows a design of a chip-integrating module 420, 430 in perspective.
  • a carrier element 421 there is an optical structure comprising a laser chip 401, receiving elements 402, hold-down device 503, and beam-forming elements 404a and 404b.
  • the laser chip 401 is positioned and inserted into a hold-down device 503 and the receiving elements 402, after which the laser chip 401 can be readjusted.
  • defined edges and surfaces are introduced on or in the surface of the laser chip 401, to which planar, coordinated stops are attached on the carrier element 421 for mechanical positioning, which precisely position the laser chip 401 in a translational and rotational manner.
  • the surface pairing used to position the laser chip 401 is manufactured together with it and is designed in the form of deep etchings with vertically smooth edges.
  • the joining elements 405, 406 of the carrier element 421 allow further modules, in particular carrier elements, to be connected in a precisely positioned manner by attaching them. This allows an optical axis to be defined for coupling between the two modules. In this exemplary embodiment, this is defined by the beam-forming element 404a, 404b and the optical coupling points formed thereby and aligned accordingly.
  • the beam-forming element 404a, 404b manipulates the light so that it can be coupled into a further optical component on the attached module.
  • at least one marking on the carrier element 421 can be used to position and align the laser chip 401. Outside the deep-etched area, the laser chip 401 has a rough, undefined saw edge 408, which cannot be used as a positioning surface due to insufficiently defined geometry in shape and planarity.
  • Figure 9a shows an embodiment of the module 420 on which a lens was produced on the laser chip 401 as the beam-shaping element 404a by means of a microlithographic structuring process.
  • Figure 9b shows an embodiment of the module 430 with a lens as the beam-forming element 404b in the form of a simply connected three-dimensional structure, which is produced by means of a three-dimensional structuring process, in particular by means of a Replication, together with the volume of the carrier element 421 as part of the optical structure.
  • the lens is designed in such a way that it touches the coupling point of the optical output of an edge-emitting laser chip (distributed feedback laser; DFB).
  • DFB distributed feedback laser
  • a surface-emitting laser chip can be used that is arranged at an angle or couples out a beam parallel to the module surface by means of a lens. It is also possible to fill the space between the laser chip 401 and the lens with another transparent material.
  • Figure 10 shows a section 440 from Figure 9a in perspective view with the receiving elements 402, the hold-down devices 503, the laser chip 401 and the beam-forming element 404a.
  • the receiving elements 402 and the hold-down devices 503 have surfaces with the technical functionality of a receiving element in the form of a mechanical stop, which form a pair through contact and position the laser chip 401.
  • a mating counter surface on the laser chip 401 in the form of deep etchings serves as a receiving element 403 in the form of a mechanical stop, is manufactured together with it and forms a defined surface. Outside the deep-etched area, the laser chip 401 has a rough, undefined saw edge 408, which cannot be used as a positioning surface due to insufficiently defined geometry in shape and planarity.
  • the 407 hold-down devices 503, which are set at an angle, hold the laser chip 401 in position and press it vertically downwards into its position defined by the positioning elements and also prevent the laser chip 401 from loosening, tilting, twisting and moving.
  • Figure 11a shows, analogously to Figure 9b, an embodiment of a chip-integrating module 450 in a perspective view.
  • the optical structure is located on the carrier element 421 and comprises a laser chip 501, receiving elements 504, hold-down device 506 and the beam-forming element 404b.
  • the laser chip 501 is mounted upside down, aligned towards the top of the carrier element 421.
  • the laser chip 501 is mounted on a plateau 505 in order to determine the height of the optical axis.
  • Figure 11a shows a further embodiment analogous to Figure 9; the lens as the beam-forming element 404b can be produced together with the volume of the carrier element 421 and the optical structure and/or by a microlithographic process directly on the laser chip 501.
  • the laser chip 501 is constructed such that its contact points are located on the underside of the laser chip 501 and are accessible from above, in particular when stored overhead.
  • Figure 11b shows the carrier element 421 shown in Figure 11a with optical structure before mounting the laser chip 501 in a perspective view as a chip holding module 460 without a chip.
  • the optical structure comprises the receiving elements 504, 509, the hold-down devices 506, the plateau 505 and the beam-forming element 404b. It can also be seen that the carrier element 421 and the plateau 505 have an opening 502 to make components accessible from the underside of the laser chip 501.
  • the optical structure can have recesses 410 for the free steel line and to enable contactless assembly.
  • Figure 12 shows a schematic design of a micro-optomechanical system in plan view, with different sized individual modules 600a, 600b, 600c and a module group 600d with five individual modules joined together.
  • the receiving elements 311, 312 of the carrier elements are repeated at the same distance from one another, which means that the micro-optomechanical system can be expanded by adding further modules, in particular further carrier elements.
  • the 1 dB positioning tolerance mentioned above makes it possible to define optical axes 140 for the optical coupling 604 of individual modules and thereby to precisely match at least two modules to one another using the respective optical structure and to connect them to one another by joining them together.
  • the position and orientation of the optical axes 140 depend on the respective optical structure of two modules to be matched to one another.
  • Figure 13a shows a schematic design of the micro-optical system 10 in plan view, comprising the carrier element 196 and a chip module 702a.
  • the carrier element 196 analogous to Figure 5, there are conductor tracks 200, 205 made of an electrically conductive material, which are electrically connected to the contact points 211, 212 of a laser chip 210 by means of wire bonds 201, 202.
  • the laser chip module 702a there is an edge-emitting laser chip in a holder (not shown) and a receiving element 161 for the optical fibers 60, 61. In this design, there is no need to add a separate module for receiving 150 a glass fiber 60, 61 and this is integrated directly into the carrier element 180.
  • a beam-forming element 100 at the output of the laser chip 210 is printed directly on its surface and shaped in such a way that the light coupled out of the laser chip 210 is focused and coupled directly into the glass fiber 60, 61 as a non-collimated light beam 120b.
  • This design can be supplemented and/or expanded by one or more additional lenses.
  • Figure 13b shows a further schematic embodiment of the micro-optical system 10 in plan view, comprising the carrier element 196 and the chip module 702b.
  • the beam-forming element 710 is integrated into the volume of the chip module 702b and is replicated together with it.
  • Figure 13c shows a further schematic embodiment of the micro-optical system 10 in perspective, comprising the carrier element 196, a chip carrier module 180 and a fiber optic holder module 150.
  • the fiber optic holder module 150 is designed separately and attached to the chip carrier module 180.
  • the complete micro-optomechanical system 10 is filled with a material 709, which shields the micro-optomechanical system 10 from the outside, at the same time fixes the components and reduces losses in the beam path between the optical components and/or the beam-forming components.
  • this filled form can be designed in such a way (not shown) that it enables easy connection to existing devices or systems.
  • FIG 14a shows a schematic perspective view of a preferred embodiment of a module 150 which comprises the self-centering receiving element 161, which is designed in particular to receive cylindrical optical components 60, preferably a glass fiber 61.
  • the module 150 is applied to a residual carrier layer 801 which is created during a replication process and which must be removed in order to achieve a defined height of the module 150 so that the optical axes can coincide vertically while maintaining the 1 dB positioning tolerance.
  • Figure 14b shows a schematic representation of a holder 809 for removing the residual carrier layer 801 created during the replication process.
  • a constant module height is necessary with regard to the height of the optical axis and thus of the carrier elements with a height tolerance while maintaining the 1 dB positioning tolerance.
  • the residual carrier layer 801 must be removed accordingly.
  • the module including the residual carrier layer 801 can be placed upside down in a device 809 in which the residual carrier layer 801 is accessible from above and can be removed.
  • the optical structures 805 When mounting the replicated module overhead, it must be ensured that the optical structures 805 are not damaged, which is why these areas are recessed by a recess 803 in the form of a trough, so that the module can only rest on its outer edge designed for this purpose.
  • the module can be sucked in from below through openings 806 in the edge area of the holder and held in position so that the module cannot move during the machining process.
  • a recess can be used as a distribution chamber 807 on the Underside of the holder 809 can be used.
  • positioning elements in particular an inverse opening or a projection in the form of the receiving elements 808, can be incorporated into the holder 809.
  • the top of the holder 809 is the height to be set, which simultaneously represents the underside of the module up to which the residual carrier layer 801 is removed.
  • Hot stamping or micro injection molding can preferably be used as a three-dimensional structuring process.
  • the holes for sucking in the module must meet a plannable surface on the top of the carrier elements so that the vacuum can be maintained. This results in an outer edge area on the carrier elements that cannot be provided with optomechanical structures.
  • a so-called cut can remain due to the process, which can be removed, in particular in the form of a residual carrier layer 801, preferably using a machining, cutting or abrasive process.
  • a residual carrier layer of a defined height (not shown) can be incorporated into the target shape and can thus form a plateau.
  • Figure 14c shows a schematic sectional view of the device 809 for reworking and removing the residual carrier layer 801.
  • This shows a replicated module 804 on a residual carrier layer 801 with the optical structure 805 on the residual carrier layer 801, which lies in the recess 803 for the contactless storage of the optical structure 805.
  • the module is sucked in by negative pressure. This passes via the distribution chamber 807 through holes or openings 806 to the edge area of the module, where it is thereby firmly stored.
  • the residual carrier layer 801 can then be removed to a defined height.
  • FIG 15 shows a schematic design of a module 910, which has a carrier element 900, which is designed to accommodate three components, preferably two optical waveguides in the form of glass fibers 60, 61, which are accommodated by the two receiving elements 161 and in whose optical axis a further component can be mounted in the receiving element 901, in particular a filter or a microfluid-carrying chip.
  • the receiving element 901 can, due to its shape, perform an additional beam-forming or beam-manipulating function, preferably beam expansion and/or focusing and/or beam deflection.
  • the module can also contain further beam-forming elements. All receiving elements can in turn have a positioning and fixing function. It is also possible to design the receiving element 901 with degrees of freedom, in particular limited or only in one direction, so that one or more assembled components can be moved.
  • Figure 16 shows a schematic design of a module 920 for optically coupling two optical components.
  • the optical structure comprises a receiving element 161, optical components in the form of a lens system 1002 comprising two by two lenses and a further optical component 1004, which can only be partially manufactured together with the carrier element 1000 in one step. Due to the high aspect ratios of the lenses in the lens system 1002, these cannot be replicated and, due to their structure, also require further support structures 1003 between the lenses of the lens system 1002, which require a three-dimensional, not simply connected shape.
  • the carrier element 1000 is preferably manufactured together with the receiving element 161 and the receiving element of the optical component 1004 (not shown), and the lens system 1002 is subsequently produced using another microstructuring process. In this case, markings (not shown) can also be used on the surface of the carrier element 1000 for the orientation of the downstream microstructuring process, which are designed in particular as crosses.
  • FIG 17a shows a schematic embodiment of the micro-optomechanical system 10 for coupling two chips 1100 in perspective view.
  • the optical structure of the module 1110 comprises holders 1101 for overhead storage of the system, pre-positioning elements 1102 for each chip 1100 in the form of a ramp with insertion bevels, which pre-positions each chip 1100 in the direction and rotation to its desired end position and over which each chip 1100 can be pushed into its final position, hold-down devices 1103 with an inclined receiving bevel 1104 for sliding in each chip 1100, receiving elements 1105 and measurement markers 1109.
  • the receiving elements 1105 in the lower area of the optical structure form contact surfaces for positioning at the locations of deeply etched edges on each chip 1100 in order to position them horizontally and to press them into position or hold them there via the hold-down devices 1103.
  • the optical structure is designed for the optical axes 140 of the two chips 1100 in such a way that the optical axes 140 are aligned.
  • the lead-in slopes can be used in particular to achieve a position-finding movement with a defined end position or end positions.
  • Connecting elements 311, 312 are also shown.
  • Figure 17b shows a schematic design of the module 1110 shown in Figure 17a in perspective. In contrast to Figure 17a, only the module 1110 is shown without the chip 1100.
  • the optical structure comprises holders 1101 for a Overhead storage of the system, the pre-positioning elements 1102 for each chip 1100 in the form of a ramp with insertion bevels, which pre-position the chips 1100 in the direction and rotation to its desired end position and over which each chip 1100 can be pushed into its end position, hold-down device 1103 with an inclined receiving bevel 1104 for sliding in the chips 1100, receiving elements 1105 and measurement markers 1109.
  • Each chip 110 to be mounted can slide and/or be mounted and/or pressed into its defined end position via the pre-positioning elements 1102 in the form of the ramp, preferably by means of receiving bevels. Furthermore, connecting elements to another module in the form of a positioning bevel 1108 and connecting elements 311, 312 are shown, as well as measurement markers 1109 in the form of lines. Furthermore, the module 1110 has an opening 1106 on the bottom to allow access to the chips 1100, for example for a passed-through fiber 1107.
  • Figure 18 shows a schematic representation of a further embodiment of the micro-optomechanical system 10 according to the present invention in plan view, which comprises the four carrier elements 190, 1201, 1204, 1205. While an edge-emitting laser chip 210 is applied to the carrier element 190 by means of a receiving element (not shown), there are no optical components on the carrier element 1201; this module serves as a placeholder or spacer. An optical element 1203 is arranged on the carrier element 1204. The beam-forming element 100 generated on the laser chip 210 collimates the beams along the optical axis 140 until they are focused by the beam-forming element 100 on module 1205 in such a way that they are coupled into an optical component applied to the module 1205, for example in the form of a photodiode 1208.
  • the optical element 1203 comprises two beam-forming elements 1206, which are attached to a holder and can be configured to compensate for index differences to the optical component 1203, to obtain collimation or to serve as a filter.
  • Figure 19 shows a schematic section through a laser chip mounted on a carrier element 40, 50.
  • the cross-section of the laser chip 401, 1100 serving as an optical component can be seen, which has a rough and undefined saw edge 1301 that cannot be used for positioning. Furthermore, smooth edges are shown that are produced with the chip itself, preferably by a deep etching process.
  • the volume designated 1302 was removed and forms a receiving element 403 in the form of a defined edge or surface in the form of a mechanical stop, on which the laser chip 401, 1100 is positioned by abutting against the positioning elements 1105, 1310.
  • Figure 20 shows a schematic design of the micro-optical system 10 in plan view, comprising the carrier elements 702a and 1405.
  • the laser chip module 702a analogous to Figure 13a, there is an edge-emitting laser chip 210 in a holder (not shown) and a receiving element 161 with an inserted optical waveguide 60, 61.
  • a receiving element 161 with an inserted optical waveguide 60, 61 On the carrier element 1405 there is a receiving element 161 with an inserted optical waveguide 60, 61, a beam-forming element 710, which is introduced into the volume of the chip module 1405, and an optical component 1208.
  • the light is focused and coupled from the laser chip 210 via the beam-forming element 100 as a non-collimated light beam 120b directly into the glass fiber 60, 61 and at its output via a beam-forming element 710 into the optical component 1208. coupled.
  • Figure 21 shows the micro-optical system 10 shown schematically in 13a with the schematic extension of a spatially separated carrier unit 1408 and the distinction of a further beam-forming element 710, which couples a collimated light beam into the optical component 60, 61 designed as an optical waveguide.
  • the module 1408 comprises a receiving element 161 with an introduced optical waveguide 60, 61, on which a beam-forming element 1406 is arranged, which collimates light emerging from the optical component 60, 61 designed as an optical waveguide and couples it into the optical component 1208 via a further beam-forming element 100.
  • Figure 22a shows a schematic representation of an optical structure as an embodiment of a module 1510 in perspective representation.
  • the carrier element comprises a beam splitter 1505, which splits the light beam 1502 into a horizontal component 1503 and a vertical component 1530, as well as an optical deflection element 1506, which deflects a vertical light beam in a horizontal direction 1504 in order to create a further plane of light guidance.
  • Figure 22b shows a further schematic representation of an optical structure as an embodiment of a module 1520 in perspective representation.
  • the light beam is coupled out of the optical deflection element 1506 in the second plane perpendicular 1511 to the incident light beam 1502.
  • Figure 23 shows a further schematic embodiment of a micro-optical system 10 in plan view (Figure 23a), in perspective view ( Figure 23b), in side view ( Figure 23c) and in front view ( Figure 23d).
  • the carrier units 1602, 1603, 1604 are stacked vertically and guide light via the vertical direction into different planes in order to to create a three-dimensional character of the micro-optical system.
  • the carrier elements have connecting elements 1605, 1606 and joining elements 1610, which can be positioned vertically and/or stacked.
  • the light in particular a light beam 1611 shown as an example, can be distributed via beam splitters 1601 or other beam-forming elements, in particular optical deflection elements, and coupled into an optical waveguide (not shown) via receiving elements 161.
  • Support plane and support plane , 310, 320, 330 self-centering joining element , 312 connecting element , 332 joining element , 334 structures in the form of plug and coupling undercut structural surface
  • receiving element in the form of a mechanical stop a lens printed on chip b, 710 lens replicated together with carrier element , 406 joining element
  • Optical structure hold-down device, 1301 uneven surface, in particular a saw edge
  • optical component in the form of a beam splitter
  • optical component in the form of an optical deflection element

Landscapes

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  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

The invention relates to a micro-optomechanical system (10) and to a method for the production thereof. The micro-optomechanical system (10) comprises: at least two carrier elements (40, 50), wherein each of the carrier elements (40, 50) has at least one connection element (20, 30), wherein each connection element (20, 30) is provided with at least one self-cetring joining element (300, 310, 320, 330) or is in the form of a self-centring joining element (300, 310, 320, 330), wherein the joining elements (300, 310, 320, 330) correspond with one another in such a way that the carrier elements (40, 50) are mechanically connected to one another by the joining elements (300, 310, 320, 330); and at least two optical components (60, 70), wherein each of the optical components (60, 70) is secured to one of the carrier elements (40, 50), wherein each of the optical components (60, 70) has at least one optical coupling point (80, 90), wherein at least one of the optical coupling points (80, 90) has a beam-shaping element (100, 110) created by a three-dimensional structuring method, and wherein there is an optical connection of the optical components (60, 70) at at least one optical coupling point (80, 90). In the micro-optomechanical system (10), micro-optical components can be precisely positioned and/or adjusted with a high degree of design freedom within acceptable tolerances in the submicrometre range, in order to thereby provide individual functionality.

Description

Baukastensystem für die optische Aufbau- und Verbindungstechnik Modular system for optical assembly and connection technology

Gebiet der Erfindung Field of the invention

Die vorliegende Erfindung ist auf dem Gebiet der Photonik und Mikrooptik angesiedelt und betrifft ein mikro-optomechanisches System und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Das mikro-optomechanische System dient bevorzugt als Baukastensystem für die optische Aufbau- und Verbindungstechnik. The present invention is located in the field of photonics and micro-optics and relates to a micro-optomechanical system and a method for its production. The micro-optomechanical system preferably serves as a modular system for optical assembly and connection technology.

Stand der Technik State of the art

Aus dem Stand der Technik sind optomechanische Systeme und Verfahren zu ihrer Herstellung bekannt. Im makroskopischen Größenbereich finden optische Bänke oder optische Tische eine breite Anwendung in verschiedensten Bereichen und bieten aufgrund einer Vielzahl an unterschiedlich nutzbaren optischen Komponenten sowie einer einfachen Justierbarkeit eine große Funktionalitätsvielfalt. Opto-mechanical systems and methods for their manufacture are known from the state of the art. In the macroscopic size range, optical benches or optical tables are widely used in a wide variety of areas and offer a wide range of functionality due to a large number of optical components that can be used in different ways and easy adjustability.

Hiervon ausgehend, kann jedoch keine einfache und unmittelbare Skalierung auf den mikroskopischen Größenbereich vorgenommen werden. Mikro-optomechanische Systeme werden in der Regel aufgrund ihrer geringen Abmessungen lediglich für einen einzigen speziellen Anwendungsfall entwickelt und hergestellt. Eine Nachjustierung ist üblicherweise nur mit hohem Aufwand möglich. Im mikroskopischen Größenbereich gibt es derzeit keine Lösung, mit der sich mikro-optomechanische Systeme ohne längeren Entwicklungsaufwand, vergleichbar dem Aufbau eines optischen Systems auf einem optischen Tisch, herstellen lassen. Hierbei spielt die Handhabung der mikroskopischen Komponenten eine große Rolle, insbesondere da die Funktionalität mikro-optomechanischer Systeme auf geringen Toleranzen basiert und somit Bauteile im mikroskopischen Maßstab innerhalb akzeptabler Toleranzen im Submikrometerbereich nicht einfach zu positionieren oder zu justieren sind, so dass ein Umbau eines bestehenden mikro-optomechani sehen Systems für eine andere Verwendung in der Regel nicht möglich ist. Wallrabe, U.; Mohr, J. Modular Mi crooptical Systems for Sensors and Telecommunication. Sensors Update, 2003, 12. Jg., Nr. 1, S. 143-174 beschreiben eine Kopplung von mikrooptischen Fasern sowie einen Aufbau von Komponenten wie Receivern oder Spektrometern. However, this does not mean that simple and immediate scaling to the microscopic size range is possible. Due to their small dimensions, micro-optomechanical systems are usually only developed and manufactured for a single specific application. Readjustment is usually only possible with great effort. In the microscopic size range, there is currently no solution with which micro-optomechanical systems can be manufactured without lengthy development effort, comparable to the construction of an optical system on an optical table. The handling of the microscopic components plays a major role here, particularly since the functionality of micro-optomechanical systems is based on small tolerances and thus components on a microscopic scale are not easy to position or adjust within acceptable tolerances in the sub-micrometer range, so that converting an existing micro-optomechanical system for another use is generally not possible. Wallrabe, U.; Mohr, J. Modular Microoptical Systems for Sensors and Telecommunication. Sensors Update, 2003, 12th vol., No. 1, pp. 143-174 describe a coupling of microoptical fibers and a structure of components such as receivers or spectrometers.

Gerlach, A.; Ziegler, P.; Mohr, J. Assembly of hybrid integrated micro-optical modules using passive alignment with LIGA mounting elements and adhesive bonding techniques. Microsystem technologies, 2001, 7. Jg., Nr. 1, S. 27-31 beschreiben eine dazugehörige Komponente als Beispiel für ein auf einen einzigen Anwendungsfall ausgelegtes System, welches nicht ohne weiteres umgebaut oder an andere Anforderungen angepasst werden kann. Gerlach, A.; Ziegler, P.; Mohr, J. Assembly of hybrid integrated micro-optical modules using passive alignment with LIGA mounting elements and adhesive bonding techniques. Microsystem technologies, 2001, 7th vol., no. 1, pp. 27-31 describe an associated component as an example of a system designed for a single application, which cannot be easily converted or adapted to other requirements.

S. Schüle, U. Hollenbach, J. Mohr, J. Li, P. Vorreau, Modular integration of microactuators and micro-optical benches. In: Micro-Optics 2008. SPIE, 2008. S. 11-22 beschreiben den Aufbau eines Interferometers mittels LIGA-Prozess, wofür verschiedene optische Komponenten zu einem System zusammengefügt werden. S. Schüle, U. Hollenbach, J. Mohr, J. Li, P. Vorreau, Modular integration of microactuators and micro-optical benches. In: Micro-Optics 2008. SPIE, 2008. P. 11-22 describe the construction of an interferometer using the LIGA process, for which various optical components are combined to form a system.

Kanty Rabenorosoa, Cedric Clevy, Sylwester Bargiel, Jean-Philippe Mascaro, Philippe Lutz, Christophe Gorecki, Modular and reconfigurable 3d micro-optical benches: concept, validation, and characterization. In: International Manufacturing Science and Engineering Conference. 2011. S. 479-485 und S. Bargiel, K. Rabenorosoa, C. Clevy, C. Gorecki, P. Lutz, Towards micro-assembly of hybrid MOEMS components on a reconfigurable silicon free-space micro-optical bench. Journal of Micromechanics and Microengineering, 2010, 20, Jg., Nr. 4, S. 045012 beschreiben ein Haltesystem für justierbare mikrooptische Komponenten mit einer mechanischen Führung, die eine Ausrichtung entlang der optischen Achsen ermöglicht. Kanty Rabenorosoa, Cedric Clevy, Sylwester Bargiel, Jean-Philippe Mascaro, Philippe Lutz, Christophe Gorecki, Modular and reconfigurable 3d micro-optical benches: concept, validation, and characterization. In: International Manufacturing Science and Engineering Conference. 2011. pp. 479-485 and S. Bargiel, K. Rabenorosoa, C. Clevy, C. Gorecki, P. Lutz, Towards micro-assembly of hybrid MOEMS components on a reconfigurable silicon free-space micro-optical bench. Journal of Micromechanics and Microengineering, 2010, 20, vol., no. 4, p. 045012 describe a holding system for adjustable micro-optical components with a mechanical guide that enables alignment along the optical axes.

Tobias N. Ackermann, Jordi Vila-Planas, Xavier Munoz-Berbel, Erica Alvarez-Conde, Daniel Kopp, Hans Zappe, Andreu Llobera, A toolbox for fast and simple assembly of a photonic lab on a chip. In: CLEO: Science and Innovations. Optica Publishing Group, 2016. S. SWIG. 3 beschreiben, wie ein mikrofluides System modular aufgebaut und optisch untersucht werden kann. Tobias N. Ackermann, Jordi Vila-Planas, Xavier Munoz-Berbel, Erica Alvarez-Conde, Daniel Kopp, Hans Zappe, Andreu Llobera, A toolbox for fast and simple assembly of a photonic lab on a chip. In: CLEO: Science and Innovations. Optica Publishing Group, 2016. S. SWIG. 3 describe how a microfluidic system can be modularly constructed and optically investigated.

Pentti Karioja, Kimmo Keränen, Mikko Karppinen, Kari Kautio, Veli Heikkinen, Markku Lahti, Jyrki Ollila, JukkaTapani, Mäkinen, Kari Kataja, Jarkko Tuominen, Tuomo Jaakola, Sang Hyun Park, Pentti Korhonen, Teemu Alajoki, Antti Tanskanen, Jaakko Lenkkeri, Juhani Heilala, LTCC toolbox for photonics integration. In: IMAPS/ACerS IntT Conf, and Exhibition on Ceramic Interconnect and Ceramic Microsystems Technologies, CICMT. 2006. S. 25-27 beschreiben einen Aufbau eines mikro-optomechani sehen Systems aus verschiedenen Lagen beschichteter Glaskeramikplatten, in welche mikrooptische Komponenten integriert sind. Pentti Karioja, Kimmo Keränen, Mikko Karppinen, Kari Kautio, Veli Heikkinen, Markku Lahti, Jyrki Ollila, JukkaTapani, Mäkinen, Kari Kataja, Jarkko Tuominen, Tuomo Jaakola, Sang Hyun Park, Pentti Korhonen, Teemu Alajoki, Antti Tanskanen, Jaakko Lenkkeri, Juhani Heilala, LTCC toolbox for photonics integration. In: IMAPS/ACerS IntT Conf, and Exhibition on Ceramic Interconnect and Ceramic Microsystems Technologies, CICMT. 2006. Pages 25-27 describe a structure of a micro-optomechanical system made of different layers of coated glass-ceramic plates in which micro-optical components are integrated.

Norbert Keil, Crispin Zawadzki, Ziyang Zhang, Jin Wang, Nelson Mettbach, Norbert Grote, Martin Schell, Polymer PLC as an optical integration bench. In: Optical Fiber Communication Conference. Optica Publishing Group, 2011. S. 0WM1 beschreiben ein Verfahren zur Herstellung eines mikro-optomechani sehen Systems zur Strahlteilung mittels Dünnschichtelementen und Gräben zur Halterung von Lichtwellenleitern. Erweitert wird dieses Verfahren mittels Dünnschichttechnik von Moritz Kleinert, David de Felipe, Crispin Zawadzki, Walter Brinker, Jung Han Choi, Photonic integrated devices and functions on hybrid polymer platform. In: Physics and Simulation of Optoelectronic Devices XXV. SPIE, 2017. S. 220-230. Norbert Keil, Crispin Zawadzki, Ziyang Zhang, Jin Wang, Nelson Mettbach, Norbert Grote, Martin Schell, Polymer PLC as an optical integration bench. In: Optical Fiber Communication Conference. Optica Publishing Group, 2011. P. 0WM1 describe a process for producing a micro-optomechanical system for beam splitting using thin-film elements and trenches for holding optical fibers. This process is expanded using thin-film technology by Moritz Kleinert, David de Felipe, Crispin Zawadzki, Walter Brinker, Jung Han Choi, Photonic integrated devices and functions on hybrid polymer platform. In: Physics and Simulation of Optoelectronic Devices XXV. SPIE, 2017. P. 220-230.

Yasuhiko Aoki, Toshio Kato, Rogerio Jun Mizuno, Kenichi Iga, Micro-optical bench for alignment-free optical coupling. Applied optics, 1999, 38. Jg., Nr. 6, S. 963-965 beschreiben die Möglichkeit, mikrooptische Komponenten oder Systeme zu koppeln. Yasuhiko Aoki, Toshio Kato, Rogerio Jun Mizuno, Kenichi Iga, Micro-optical bench for alignment-free optical coupling. Applied optics, 1999, 38th vol., no. 6, pp. 963-965 describe the possibility of coupling micro-optical components or systems.

Ulrich K. Gengenbach, Automatic assembly of micro-optical components. In: Microrobotics: Components and Applications. SPIE, 1996. S. 141-150 beschreibt Probleme bei der automatischen Zentrierung von mikrooptischen Komponenten. Ulrich K. Gengenbach, Automatic assembly of micro-optical components. In: Microrobotics: Components and Applications. SPIE, 1996. Pp. 141-150 describes problems in the automatic centering of micro-optical components.

Carmelo Scarcella, Kamil Gradkowski , Lee Carroll, Jun-Su Lee, Matthieu Duperron, Daivid Fowler, Peter O’Brien, Pluggable single-mode fiber-array-to-PIC coupling using microlenses. IEEE Photonics Technology Letters, 2017, 29. Jg., Nr. 22, S. 1943-1946, wird die Positionierungsgenauigkeit von Legosteinen genutzt, um zwei Komponenten optisch zu koppeln. Carmelo Scarcella, Kamil Gradkowski , Lee Carroll, Jun-Su Lee, Matthieu Duperron, Daivid Fowler, Peter O’Brien, Pluggable single-mode fiber-array-to-PIC coupling using microlenses. IEEE Photonics Technology Letters, 2017, 29th vol., no. 22, pp. 1943-1946, the positioning accuracy of Lego bricks is used to optically couple two components.

DE 321 93 99 C2 offenbart optische Komponenten, welche entlang einer optischen Achse mittels Stangen ausgerichtet sind. Als Halterung und Führung dient hierzu ein Stangensystem, was im Mikrometerbereich in der beschriebenen Form nicht anwendbar ist. DE 321 93 99 C2 discloses optical components which are aligned along an optical axis by means of rods. A rod system serves as a holder and guide, which cannot be used in the micrometer range in the form described.

DE 198 20 524 Al offenbart mikrooptische Komponenten, welche mittels Stiften auf einer Leiterplatte mit Lochmuster platziert sind. Hierzu werden einzelne mikrooptische Komponenten separat von der Halterung hergestellt und auf einer Platte mit einem Lochmuster befestigt. Aufgrund des Lochmusterrasters sind Positionierung und Justierung eingeschränkt. Zudem müssen die mikrooptischen Komponenten händisch auf der Trägerplatte platziert werden. US 2003/0231835 Al offenbart eine Möglichkeit zur Befestigung und Ausrichtung von mikrooptischen Komponenten entlang einer optischen Achse auf einer mikrooptischen Bank. Grundlage ist eine längliche Montagebasis zur Aufnahme der mikrooptischen Komponenten. Hierbei sind kurvenförmige Außenflächen der Montagebasis so ausgelegt, dass sie dieselbe äußere Kontur wie die optischen Komponenten als Negativ aufweisen, so dass die mikrooptischen Komponenten durch Paarung auf der Montagebasis positioniert werden können. DE 198 20 524 A1 discloses micro-optical components which are placed on a circuit board with a hole pattern using pins. For this purpose, individual micro-optical components are manufactured separately from the holder and attached to a plate with a hole pattern. Due to the hole pattern grid, positioning and adjustment are limited. In addition, the micro-optical components must be placed on the carrier plate by hand. US 2003/0231835 A1 discloses a possibility for fastening and aligning micro-optical components along an optical axis on a micro-optical bench. The basis is an elongated mounting base for holding the micro-optical components. In this case, curved outer surfaces of the mounting base are designed in such a way that they have the same outer contour as the optical components as a negative, so that the micro-optical components can be positioned by pairing on the mounting base.

DE 10 2005 050 274 Al offenbart eine Vorrichtung zur Kopplung von Strahlführungen optischer Systeme zur uni- oder bidirektionalen Obertragung von Strahlen über einen Strahlübergang zwischen den optischen Systemen mit einer Verbindungsvorrichtung und mechanischen Zentriermitteln. Dabei ist an der Verbindungsvorrichtung in einem Kopplungsbereich eine Magnetkupplung zum Bewirken einer Koppelverbindung vorgesehen. Die Zentriermittel sind in der Weise ausgebildet und an den sich gegenüberliegenden zu koppelnden optischen Systemen angeordnet, dass sie bei der durch die magnetischen Kräfte bewirkten Anziehung eine Selbstzentrierung der Strahlführungen bewirken. DE 10 2005 050 274 A1 discloses a device for coupling beam guides of optical systems for unidirectional or bidirectional transmission of beams via a beam transition between the optical systems with a connecting device and mechanical centering means. A magnetic coupling is provided on the connecting device in a coupling area to effect a coupling connection. The centering means are designed and arranged on the opposite optical systems to be coupled in such a way that they cause self-centering of the beam guides when attracted by the magnetic forces.

WO 2013/010634 Al offenbart ein optoelektronisches Modul, in dem optoelektronische Komponenten, insbesondere Chips, auf einem zweidimensionalem Träger aufgebracht sind. Derartige Chip-on-Board Module entsprechen elektrischen Baugruppen, welche mindestens einen Träger und mindestens ein ungehäustes, auf dem Träger montiertes Halbleiterbauelement umfassen. Zur optischen Ankopplung wird hierin beschrieben, wie Linsen zur Ein- und Auskopplung von Licht hergestellt und dort angebracht werden können. WO 2013/010634 A1 discloses an optoelectronic module in which optoelectronic components, in particular chips, are applied to a two-dimensional carrier. Such chip-on-board modules correspond to electrical assemblies which comprise at least one carrier and at least one unhoused semiconductor component mounted on the carrier. For optical coupling, it is described here how lenses for coupling in and out light can be manufactured and attached there.

DE 10 2016 221 464 Al offenbart ein System mit optischen Komponenten und deren Positionierung und Fixierung auf einer gemeinsamen Grundplatte. DE 10 2016 221 464 Al discloses a system with optical components and their positioning and fixation on a common base plate.

Aufgabe der Erfindung Object of the invention

Ausgehend hiervon, besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein mikro- optomechanisches System und ein Verfahren zu seiner Herstellung bereitzustellen, welche die aufgeführten Nachteile und Einschränkungen des Standes der Technik zumindest teilweise überwinden. Based on this, the object of the present invention is to provide a micro-optomechanical system and a method for its production, which at least partially overcome the listed disadvantages and limitations of the prior art.

Insbesondere besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur Herstellung eines mikro-optomechani sehen Systems zur Verfügung zu stellen, mit dem sich mikrooptische Komponenten mit einem hohen Maß an Designfreiheit innerhalb akzeptabler Toleranzen im Submikrometerbereich möglichst präzise positionieren und/oder justieren lassen, um ein mikro-optomechanisches System mit möglichst individueller Funktionalität bereitzustellen. Hierbei wäre es wünschenswert, wenn einzelne Komponenten des mikro- optomechani sehen Systems mittels eines dreidimensionalen Strukturierungsverfahrens, bevorzugt parallelisiert in großer Stückzahl, vervielfältigt werden könnten. In particular, the object of the present invention is to provide a method for producing a micro-optomechanical system with which micro-optical components can be produced with a high degree of design freedom within acceptable Tolerances in the submicrometer range can be positioned and/or adjusted as precisely as possible in order to provide a micro-optomechanical system with the most individual functionality possible. It would be desirable if individual components of the micro-optomechanical system could be reproduced using a three-dimensional structuring process, preferably in parallel in large quantities.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Diese Aufgabe wird durch ein mikro-optomechanisches System und ein Verfahren zu seiner Herstellung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen, welche einzeln oder in beliebiger Kombination realisierbar sind, sind in den abhängigen Ansprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung dargestellt. This object is achieved by a micro-optomechanical system and a method for its production with the features of the independent patent claims. Advantageous further developments, which can be implemented individually or in any combination, are presented in the dependent claims and in the following description.

In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein mikro-optomechanisches System, welches umfasst: In a first aspect, the present invention relates to a micro-optomechanical system comprising:

- mindestens zwei Trägerelemente, wobei jedes der Trägerelemente mindestens ein Verbindungselement aufweist, wobei jedes Verbindungselement über mindestens ein selbstzentrierendes Fügeelement verfügt oder als selbstzentrierendes Fügeelement ausgestaltet ist, wobei die Fügeelemente derart zueinander passen, dass die Trägerelemente mittels der Fügeelemente mechanisch miteinander verbunden sind; und- at least two carrier elements, each of the carrier elements having at least one connecting element, each connecting element having at least one self-centering joining element or being designed as a self-centering joining element, the joining elements fitting together in such a way that the carrier elements are mechanically connected to one another by means of the joining elements; and

- mindestens zwei optische Komponenten, wobei jede der optischen Komponenten an einem der Trägerelemente befestigt ist, wobei jede der optischen Komponenten mindestens eine optische Koppelstelle aufweist, wobei mindestens eine der optischen Koppelstellen mindestens ein mittels eines dreidimensionalen Strukturierungsverfahrens erzeugtes strahlformendes Element umfasst, und wobei an mindestens einer optischen Koppelstelle eine optische Verbindung der optischen Komponenten vorliegt. - at least two optical components, wherein each of the optical components is fastened to one of the carrier elements, wherein each of the optical components has at least one optical coupling point, wherein at least one of the optical coupling points comprises at least one beam-shaping element produced by means of a three-dimensional structuring process, and wherein an optical connection of the optical components is present at at least one optical coupling point.

Erfindungsgemäß werden mindestens zwei einzelne Module miteinander verbunden und bilden somit als Gruppierung das vorliegende mikro-optomechanisches System aus, welches durch Verbinden mindestens eines weiteren Moduls beliebig erweiterbar ist. Der Begriff des „Moduls“ bezeichnet hierbei eine kleinste Einrichtung, welche sich nicht mehr in eine kleinere Einrichtung zerlegen lässt, ohne hierbei die vorgesehene Funktionalität im Hinblick auf eine Verbindung, insbesondere eine Anfügung oder Aneinanderreihung, von mindestens zwei einzelnen Modulen zu verlieren. Jedes Modul umfasst ein Trägerelement, das mindestens ein Verbindungselement aufweist. Hierzu kann das Trägerelement genau ein Verbindungselement oder bevorzugt zwei, vier oder auch mehr Verbindungselemente aufweisen. Der Begriff des „Verbindungselements“ bezeichnet ein mikro-mechanisches Element, das dazu eingerichtet ist, eine mechanische Verbindung zu einem anderen Trägerelement, das ebenfalls mit einem Verbindungselement ausgestattet ist, herzustellen. According to the invention, at least two individual modules are connected to one another and thus form the present micro-optomechanical system as a group, which can be expanded as desired by connecting at least one further module. The term "module" refers to a smallest device that can no longer be broken down into a smaller device without losing the intended functionality with regard to a connection, in particular an attachment or stringing together, of at least two individual modules. Each module comprises a carrier element that has at least one connecting element. For this purpose, the carrier element can have exactly one connecting element or preferably two, four or even more connecting elements. The term "connecting element" refers to a micro-mechanical Element designed to establish a mechanical connection to another support element which is also equipped with a connecting element.

Der Begriff des „Fügeelements“ bezeichnet hierbei ein von dem Verbindungselement umfasstes mikro-mechanisches Element, das die Ausbildung der mechanischen Verbindung zu dem weiteren Modul ermöglicht, wodurch Lage und relative Position der miteinander verbundenen Module zueinander festgelegt wird. Die Fügeelemente sind derart ausgestaltet, dass sie so zueinander passen, dass die Trägerelemente mittels der Fügeelemente mechanisch miteinander verbindbar sind. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung können die Fügeelemente formschlüssig mittels eines dadurch erzielten Formschlusses mechanisch miteinander verbunden sein. Insbesondere kann das Verbindungselement zu einer planaren Aneinanderreihung und/oder Stapelung zueinander passender und bevorzugt untereinander identischer, selbstzentrierender Fügeelemente eingerichtet sein; eine andere Art der Ausbildung der mechanischen Verbindung zwischen zwei Modulen ist jedoch denkbar. Hierzu kann jeweils ein Fügeelement derselben Art oder eine andere Art von Fügeelement verwendet werden. Insbesondere können die Fügeelemente dadurch zueinander passend ausgestaltet sein, dass sie strukturell ineinandergreifen können, insbesondere als identische Paare und/oder als Stecker und Kupplung. The term “joining element” refers to a micro-mechanical element included in the connecting element that enables the formation of the mechanical connection to the further module, thereby determining the location and relative position of the interconnected modules to one another. The joining elements are designed in such a way that they fit together in such a way that the carrier elements can be mechanically connected to one another by means of the joining elements. In a particularly preferred embodiment, the joining elements can be mechanically connected to one another in a form-fitting manner by means of a form-fitting connection achieved thereby. In particular, the connecting element can be designed for a planar arrangement and/or stacking of self-centering joining elements that fit together and are preferably identical to one another; however, another type of formation of the mechanical connection between two modules is conceivable. For this purpose, a joining element of the same type or a different type of joining element can be used. In particular, the joining elements can be designed to fit together in such a way that they can structurally interlock, in particular as identical pairs and/or as a plug and coupling.

Erfindungsgemäß sind die Fügeelemente als selbstzentrierende Fügeelemente ausgestaltet. Der Begriff „selbstzentrierend“ betrifft eine geometrische Eigenschaft des Fügeelements, die darauf gerichtet ist, die mechanische Verbindung von einem Modul zu einem anderen Modul entlang einer vorgesehenen mechanischen Achse auszubilden. Hierzu kann das selbstzentrierende Fügeelement dazu eingerichtet sein, dass ein hieran angebrachtes weiteres Fügelement solange in seiner Position und Orientierung geändert wird, beispielsweise durch Schieben und/oder Drehen, bis die gewünschte mechanische Verbindung mittels des Fügeelements entlang der vorgesehenen mechanischen Achse ausgebildet ist. Zusätzlich können in dem Fügeelement vorhandene veijüngende Strukturen und/oder Hinterschnitte eine Bewegung in mindestens eine hinterschnittene Richtung einschränken und somit die festgelegte Position und Orientierung der miteinander verbundenen Module fixieren. Durch diese Art der mechanischen Verbindung lassen sich rotatorische und translatorische Freiheitsgrade aus einer sehr großen Menge an Ausgangslagen und Ausgangsorientierungen dahingehend einschränken, dass sich vorzugsweise eine statisch bestimmte Endlage ergeben kann, deren Anzahl an Freiheitsgraden geringer ist, als die Anzahl der Freiheitsgrade der Ausgangslage. Insbesondere können bei einer statisch bestimmten Endlage alle Freiheitsgrade dahingehend eingeschränkt sein, dass keine translatorischen und rotatorischen Bewegungen ermöglicht sind. Andere Ausführungen unter Zulassung von ausgewählten rotatorischen und/oder translatorischen Freiheitsraden sind jedoch möglich. Auf diese Weise kann der modulare Charakter des vorliegenden mikro-optomechani sehen Systems verstärkt werden. Insbesondere durch dieselbe vorgegebene Form der Fügeelemente kann mindestens eine optische Achse, insbesondere eine optische Achse, die durch eine optische Koppelstelle zwischen Modulen gleicher oder verschiedener Größe und Form verläuft, eindeutig festgelegt werden. Abhängig von der Funktionalität der beteiligten Module, die insbesondere von dem jeweiligen optischen Aufbau des jeweiligen Moduls abhängt, kann es jedoch vorteilhaft sein, Form und Größe der beteiligten Module, insbesondere der Trägerelemente und der davon umfassten Fügeelemente, entsprechend zu variieren. Eine Variation kann sich insbesondere auf Art, Anzahl, Ausrichtung und/oder Orientierung der optischen Komponenten und der zugehörigen optischen Koppelstellen beziehen. Alternativ oder zusätzlich kann sich die Variation auf eine Ausgestaltung eines mindestens eines Anschlags oder einer Markierung beziehen, wobei bevorzugt mindestens eine vertikale Rampe oder mindestens eine Stufe oder mindestens eine gemeinsam genutzte Fläche als Anschlag dienen kann, und wobei die Markierung insbesondere einen Vermessungsmarker umfassen kann. Weitere Details zu dem mindestens einen Anschlag oder der Markierung finden sich in der nachfolgenden Beschreibung. According to the invention, the joining elements are designed as self-centering joining elements. The term "self-centering" refers to a geometric property of the joining element which is aimed at forming the mechanical connection from one module to another module along a provided mechanical axis. For this purpose, the self-centering joining element can be designed so that a further joining element attached to it is changed in its position and orientation, for example by pushing and/or turning, until the desired mechanical connection is formed by means of the joining element along the provided mechanical axis. In addition, tapered structures and/or undercuts present in the joining element can restrict movement in at least one undercut direction and thus fix the specified position and orientation of the modules connected to one another. This type of mechanical connection allows rotational and translational degrees of freedom to be restricted from a very large number of starting positions and starting orientations in such a way that a statically determined end position can preferably be obtained whose number of degrees of freedom is lower than the number of degrees of freedom of the starting position. In particular, in a statically determined end position, all degrees of freedom can be restricted in such a way that no translational and rotational movements are possible. However, other designs are possible, allowing selected rotational and/or translational degrees of freedom. In this way, the modular character of the present micro-optomechanical system can be enhanced. In particular, the same predetermined shape of the joining elements can clearly define at least one optical axis, in particular an optical axis that runs through an optical coupling point between modules of the same or different size and shape. Depending on the functionality of the modules involved, which depends in particular on the respective optical structure of the respective module, it can be advantageous to vary the shape and size of the modules involved, in particular the support elements and the joining elements they comprise, accordingly. A variation can relate in particular to the type, number, alignment and/or orientation of the optical components and the associated optical coupling points. Alternatively or additionally, the variation can relate to a design of at least one stop or marking, wherein preferably at least one vertical ramp or at least one step or at least one shared surface can serve as a stop, and wherein the marking can in particular comprise a surveying marker. Further details on the at least one stop or marking can be found in the following description.

In einer besonderen Ausgestaltung kann das mikro-optomechani sehe System weiterhin mindestens ein weiteres Trägerelement aufweisen, an dem keine der optischen Komponenten befestigt ist und das keines der strahlformenden Elemente umfasst. Das mindestens eine weitere Trägerelement kann bevorzugt als Platzhalter dienen, um einen gewünschten Abstand zwischen mindestens zwei Modulen und/oder mindestens zwei optischen Komponenten einzustellen, insbesondere um Raum für ein Anbringen mindestens einer weiteren Komponente, vorzugsweise einer weiteren optischen Komponente, bereit zu stellen, bevorzugt auf einer über eine Grundfläche des mindestens einen Trägerelements hinausgehenden Fläche. Zum Überbrücken des Abstandes kann bevorzugt ein kollimierter Lichtstrahl verwendet werden. Andere Ausgestaltungen des mindestens einen weiteren Trägerelements sind jedoch denkbar. In a particular embodiment, the micro-optomechanical system can further comprise at least one further carrier element to which none of the optical components is attached and which does not comprise any of the beam-forming elements. The at least one further carrier element can preferably serve as a placeholder in order to set a desired distance between at least two modules and/or at least two optical components, in particular in order to provide space for attaching at least one further component, preferably a further optical component, preferably on a surface extending beyond a base area of the at least one carrier element. A collimated light beam can preferably be used to bridge the distance. However, other embodiments of the at least one further carrier element are conceivable.

Aufgrund der präzisen Anordnung der Trägerelemente zueinander können die Module derart mit optischen Komponenten versehen werden, dass diese so zueinander ausgerichtet positioniert und orientiert sind, dass die einzelnen Module mittels einer Übertagung von Licht optisch miteinander koppelbar sind. Der Begriff der „Positionierung“ bezeichnet hierbei eine Anordnung eines Elements an einer Stelle im dreidimensionalen Raum, während sich der Begriff der „Orientierung“ auf die Ausrichtung des Elements an dieser Stelle im dreidimensionalen Raum bezieht. Elektromagnetische Strahlung, die hierin der Einfachheit halber meist nur mit dem Begriff „Licht“ bezeichnet wird, ist jedoch nicht auf Wellenlängen im sichtbaren optischen Bereich, = 400 nm bis 800 nm, beschränkt, sondern kann jedwede Art von elektromagnetischer Strahlung umfassen, die sich in einem Wellenleiter führen lassen. Hierfür kann sich außer der elektromagnetischen Strahlung im sichtbaren optischen Bereich insbesondere auch elektromagnetische Strahlung aus dem Ultraviolett- Bereich, = 10 nm bis 400 nm; dem Infrarot-Bereich, = 800 nm bis 1 mm; dem Terahertz- bzw. Millimeterwellen-Bereich, k = 30 pm bis 3 mm bzw. = 1 mm bis 1 cm; und dem Mikrowellen-Bereich, = 1 mm bis 1 m, eignen. Hierbei können sich die optischen Komponenten je nach ausgewählter Wellenlänge selbst bei gleicher Funktionalität in ihrem Aufbau und/oder Wirkungsweise voneinander unterscheiden. Im Folgenden angegebene Zahlenwerte, insbesondere für Abmessungen von Strukturen oder zur Beschreibung von Leistungsparametern eines dreidimensionalen Mikrostrukturierungsverfahren, insbesondere für Auflösung oder Genauigkeit, beziehen sich, soweit nicht anders erwähnt, auf Anordnungen, die für eine Vakuum-Betriebswellenlänge k von ca. 1,5 pm eingerichtet sind. Für eine andere Betriebswellenlänge lassen sich die angegebenen Zahlenwerte proportional zur Wellenlänge, insbesondere unter Berücksichtigung der Brechungsindizes der verwendeten Materialien, skalieren. Due to the precise arrangement of the carrier elements in relation to one another, the modules can be provided with optical components in such a way that they are positioned and oriented in relation to one another in such a way that the individual modules can be optically coupled to one another by means of a transmission of light. The term "positioning" refers to the arrangement of an element at a point in three-dimensional space, while the term "orientation" refers to the alignment of the element at this point in three-dimensional space. Electromagnetic radiation, which for the sake of simplicity is usually referred to here only with the term "light", is not limited to wavelengths in the visible optical range, = 400 nm to 800 nm, but can include any type of electromagnetic radiation that can be guided in a waveguide. In addition to electromagnetic radiation in the visible optical range, electromagnetic radiation from the ultraviolet range, = 10 nm to 400 nm; the infrared range, = 800 nm to 1 mm; the terahertz or millimeter wave range, k = 30 pm to 3 mm or = 1 mm to 1 cm; and the microwave range, = 1 mm to 1 m, can also be suitable for this. Depending on the wavelength selected, the optical components can differ from one another in their structure and/or mode of operation, even if they have the same functionality. The numerical values given below, in particular for dimensions of structures or to describe performance parameters of a three-dimensional microstructuring process, in particular for resolution or accuracy, refer, unless otherwise stated, to arrangements that are set up for a vacuum operating wavelength k of approx. 1.5 pm. For a different operating wavelength, the given numerical values can be scaled proportionally to the wavelength, especially taking into account the refractive indices of the materials used.

Der Begriff der „optischen Komponente“ bezeichnet eine Struktur an einem Element oder eine eigenständige Komponente, die zu Emission, Transport, Empfang, Nachweis und/oder zur Manipulation von Licht eingerichtet ist, während der Begriff des „optomechanischen Systems" eine Anordnung von mindestens zwei optischen Komponenten auf mindestens zwei Trägerelementen bezeichnet. Vorzugsweise ist jede im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendete optische Komponente ausgewählt aus der Gruppe umfassend: optische Glasfasern, insbesondere Einmodenfasern oder Mehrmodenfasem aus organischen oder anorganischen Materialien; integriert-optische Chips, insbesondere Fotodioden, lineare oder flächige Fotodiodenarrays, CCD-Arrays oder Bildsensoren, insbesondere auf der Basis von Halbleitern, vorzugsweise Silizium oder IILV-Verbindungshalbleitem, oder dielektrischen Materialien, bevorzugt Gläser, Siliziumdioxid, Silizium-Nitrid oder Polymeren; Bolometer; Laser, insbesondere oberflächenemittierende Laser (engl. vertical-cavity surface-emitting lasers, VCSEL) oderkantenemittierende Laser; Superlumineszenz-Dioden; optische Leiterplatten; Elemente für die Freistrahl-Optik, insbesondere Linsen, Strahlteiler, Isolatoren, Spiegel oder Beugungsgitter. Andere optische Komponenten sind denkbar. Die optischen Komponenten können bevorzugt optische Wellenleiter mit geringem Indexkontrast, insbesondere glasbasierte optische Wellenleiter, oder mit mittlerem oder hohem Indexkontrast, insbesondere Wellenleiter auf Basis von Halbleitern oder dielektrischen Materialien, umfassen. Eine Einkopplung oder Auskopplung von Licht kann vorzugsweise an einer Kante oder auf einer Oberfläche der optischen Komponente erfolgen; insbesondere an einer Kante eines kantenemittierenden Lasers, an einer Chipkante, oder an einer Facette eines wellenleiterbasierten Systems; alternativ an einer Oberfläche eines oberflächen- emittierenden Lasers oder einer oberflächenbeleuchteten Fotodiode, oder auf der Oberfläche eines wellenleiterbasierten Chips, der über mindestens eine optische Koppelstelle, insbesondere umfassend einen optischen Gitterkoppler oder ein optisches Umlenkelement, verfügt. Andere Arten der Einkopplung oder der Auskopplung von Licht sind jedoch möglich. The term "optical component" refers to a structure on an element or an independent component that is designed to emit, transport, receive, detect and/or manipulate light, while the term "optomechanical system" refers to an arrangement of at least two optical components on at least two carrier elements. Preferably, each optical component used in the context of the present invention is selected from the group comprising: optical glass fibers, in particular single-mode fibers or multi-mode fibers made of organic or inorganic materials; integrated optical chips, in particular photodiodes, linear or planar photodiode arrays, CCD arrays or image sensors, in particular based on semiconductors, preferably silicon or IILV compound semiconductors, or dielectric materials, preferably glasses, silicon dioxide, silicon nitride or polymers; bolometers; lasers, in particular vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSEL) or edge-emitting lasers; superluminescence diodes; optical circuit boards; Elements for free-beam optics, in particular lenses, beam splitters, isolators, mirrors or diffraction gratings. Other optical components are conceivable. The optical components can preferably comprise optical waveguides with low index contrast, in particular glass-based optical waveguides, or with medium or high index contrast, in particular waveguides based on semiconductors or dielectric materials. Coupling or decoupling of light can preferably take place at an edge or on a surface of the optical component; in particular at an edge of an edge-emitting laser, at a chip edge, or at a facet of a waveguide-based system; alternatively at a surface of a surface- emitting laser or a surface-illuminated photodiode, or on the surface of a waveguide-based chip that has at least one optical coupling point, in particular comprising an optical grating coupler or an optical deflection element. However, other types of coupling or decoupling of light are possible.

Der Begriff des „optischen Wellenleiters" bezeichnet eine beliebige Anordnung, die zur Führung einer elektromagnetischen Welle insbesondere in dem oben angegebenen Wellenlängenbereich eingerichtet ist. Hierzu gehören vorzugsweise einzelne optische Wellenleiter, optische Wellenleiter mit Verzweigungen, Polarisationsfilter, Polarisationsstrahlteiler, Polarisationskonverter, Taper, Richtkoppler, Koppler basierend auf Multi- moden-Interferenz (MMI), Wellenleiternetzwerke sowie wellenleiterbasierte Bauelemente, auch in Kombination mit mikro-optischen Elementen wie Linsen, Spiegeln, oder Prismen. Andere Arten optischer Wellenleiter sind jedoch denkbar. Die Führung der elektromagnetischen Welle in dem optischen Wellenleiter kann hierbei insbesondere mittels Totalreflexion an einer optischen Grenzfläche oder mittels Mehrfachreflexion an periodisch angeordneten Elementen, beispielsweise im Falle eines auf einer photonischen Bandlücke oder auf einem photonischen Kristall beruhenden optische Wellenleiters erfolgen. In komplexeren optischen Wellenleitern, wie z.B. in sog. „Sub-Wavelength Grating Waveguides“, kurz „SWG“, beruht die Wellenführung auf einem im Bereich des Wellenleiterkems effektiv erhöhten Brechungsindex. Die Wellenführung mittels optischer Wellenleiter beruht hierbei auf der Tatsache, dass im Gegensatz zu einer Propagation des Lichts im Freiraum die Divergenz des in dem optischen Wellenleiter propagierenden Lichts in lateraler Richtung durch eine fortwährende Interaktion des Lichts mit dielektrischen Grenzflächen verhindert oder, im Falle eines sich verjüngenden oder sich verbreiternden optischen Wellenleiters, kontrolliert wird. Dadurch wird es möglich, Licht in einem in Ausbreitungsrichtung elongierten Bereich in axialer Richtung zu führen, wobei das Verhältnis der axialen Ausdehnung des lichterfüllten Bereichs bevorzugt mehr als 3, besonders bevorzugt mehr als 5, und ganz besonders bevorzugt mehr als 10 oder 20 beträgt. Zusätzlich zu dem mindestens einen optischen Wellenleiter kann die optische Komponente weitere, optische Strukturen aufweisen, insbesondere ausgewählt aus mindestens einem refraktiven, diffraktiven und/oder reflektiven optischen Element, zum Beispiel mindestens eine Linse oder ein Spiegel, die dazu eingerichtet sind, die Ausbreitung der elektromagnetischen Strahlung in der optischen Komponente zusätzlich zu verändern. The term "optical waveguide" refers to any arrangement that is designed to guide an electromagnetic wave, in particular in the wavelength range specified above. These preferably include individual optical waveguides, optical waveguides with branches, polarization filters, polarization beam splitters, polarization converters, tapers, directional couplers, couplers based on multi-mode interference (MMI), waveguide networks and waveguide-based components, also in combination with micro-optical elements such as lenses, mirrors or prisms. However, other types of optical waveguides are conceivable. The electromagnetic wave can be guided in the optical waveguide in particular by means of total reflection at an optical interface or by means of multiple reflection at periodically arranged elements, for example in the case of an optical waveguide based on a photonic band gap or on a photonic crystal. In more complex optical waveguides, such as in so-called “sub-wavelength grating waveguides”, or “SWG” for short, the waveguiding is based on an effectively increased refractive index in the region of the waveguide core. Waveguiding using optical waveguides is based on the fact that, in contrast to propagation of light in free space, the divergence of the light propagating in the optical waveguide in the lateral direction is prevented or, in the case of a tapering or widening optical waveguide, controlled by a continuous interaction of the light with dielectric interfaces. This makes it possible to guide light in an axial direction in an area elongated in the direction of propagation, wherein the ratio of the axial extension of the light-filled area is preferably more than 3, particularly preferably more than 5, and most particularly preferably more than 10 or 20. In addition to the at least one optical waveguide, the optical component can have further optical structures, in particular selected from at least one refractive, diffractive and/or reflective optical element, for example at least one lens or a mirror, which are designed to additionally change the propagation of the electromagnetic radiation in the optical component.

In einer bevorzugten Ausgestaltung kann der optische Wellenleiter eine Schichtdicke für eine Vakuum-Betriebswellenlänge von ca. 1,5 pm bevorzugt von 10 nm bis 1000 nm, besonders bevorzugt von 30 nm bis 500 nm, insbesondere von 50 nm bis 300 nm, aufgebracht auf einer der optischen Komponenten oder auf einem der Trägerelemente, aufweisen. Damit wird es insbesondere möglich, den mindestens einen optischen Wellenleiter mit Abweichungen von weniger als 1000 nm, besonders bevorzugt weniger als 500 nm, insbesondere weniger als 100 nm, zu erzeugen. Die Auflösung eines dreidimensionalen Strukturierungsverfahrens kann hierbei bevorzugt besser als 3 pm, besonders bevorzugt besser als 1 pm, insbesondere besser als 500 nm, sein. Insbesondere hinsichtlich einer durch ein dreidimensionales Strukturierungsverfahren bewirkten Replikation kann die Auflösung weniger als 3 %, besonders bevorzugt weniger als 2 %, insbesondere weniger als 1 % von der zu replizierenden Ursprungsgestalt, bezogen auf eine Ungenauigkeit und/oder Toleranz in der Herstellung, abweichen. Die vorstehend genannten Zahlenwerte beziehen sich auf die Herstellung eines optischen Wellenleiters, der für eine Vakuum-Betriebswellenlänge von ca. 1,5 pm vorgesehen ist. Für andere Betriebsfrequenzen lassen sich die Abmessungen des mindestens einen optischen Wellenleiters und damit die Anforderungen an Genauigkeit und Auflösung des zur Herstellung verwendeten dreidimensionalen Strukturierungsverfahrens entsprechend, ggf. unter Berücksichtigung der Brechungsindizes der verwendeten Materialien, skalieren. In a preferred embodiment, the optical waveguide can have a layer thickness for a vacuum operating wavelength of approximately 1.5 pm, preferably from 10 nm to 1000 nm, particularly preferably from 30 nm to 500 nm, in particular from 50 nm to 300 nm, applied to one of the optical components or to one of the carrier elements. This makes it possible in particular to produce the at least one optical waveguide with deviations of less than 1000 nm, particularly preferably less than 500 nm, in particular less than 100 nm. The resolution of a three-dimensional structuring process can preferably be better than 3 pm, particularly preferably better than 1 pm, in particular better than 500 nm. In particular with regard to a replication brought about by a three-dimensional structuring process, the resolution can deviate by less than 3%, particularly preferably less than 2%, in particular less than 1% from the original shape to be replicated, based on an inaccuracy and/or tolerance in production. The numerical values mentioned above refer to the production of an optical waveguide which is intended for a vacuum operating wavelength of approximately 1.5 pm. For other operating frequencies, the dimensions of the at least one optical waveguide and thus the requirements for accuracy and resolution of the three-dimensional structuring process used for production can be scaled accordingly, if necessary taking into account the refractive indices of the materials used.

Jedes Modul des vorliegenden mikro-optomechani sehen Systems umfasst ferner mindestens eine optische Komponente, die an einem zugehörigen Trägerelement befestigt ist. Hierzu kann das Trägerelement mindestens ein Aufnahmeelement für mindestens eine aufzunehmende Komponente, insbesondere eine aufzunehmende optische Komponente und/oder elektronische Komponente, aufweisen. Der Begriff des „Aufnahmeelements“ bezeichnet ein mikro-mechanisches Element, das dazu eingerichtet ist, eine mechanische Verbindung zwischen einem Element und mindestens einer hiervon aufzunehmenden Komponente herzustellen, insbesondere zwischen mindestens einem Trägerelement und der mindestens einen optischen Komponente und/oder elektronischen Komponente, aber auch zwischen mindestens einem Trägerelement und mindestens einer Trägerebene, zwischen mindestens zwei Trägerebenen, oder zwischen mindestens einer Trägerebene und mindestens einer optischen Komponente und/oder elektronischen Komponente. Die mechanische Verbindung kann hierbei insbesondere eine planare Aneinanderreihung und/oder eine Stapelung betreffen. In einer bevorzugten Ausgestaltung kann hierfür mindestens ein Anschlag verwendet werden, wobei bevorzugt mindestens eine vertikale Rampe oder mindestens eine Stufe oder mindestens eine gemeinsam genutzte Fläche als Anschlag dienen kann, insbesondere um eine vertikale Lage oder eine horizontale Lage zwischen dem Element und der mindestens einen hiervon aufzunehmenden Komponente festzulegen. Alternativ oder zusätzlich kann das Trägerelement mindestens eine in ein Volumen des Trägerelements eingebrachte und/oder eine unmittelbar auf eine Oberfläche des Trägerelements aufgebrachte Komponente umfassen, die insbesondere als strahlformendes Element und/oder als Aufnahmeelement und/oder als Positionierungselement ausgestaltet sein kann. Der Begriff der „elektronischen Komponente“ bezeichnet hierbei eine eigenständige Komponente, die zum Transport und/oder zur Manipulation von Strom eingerichtet ist. Für die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere eine elektronische Komponente, die ausgewählt ist aus einer elektrischen Leiterbahn, einem elektronischen Chip, einer integrierten Schaltung, einer elektrischen Spannungsquelle, einem elektrischen Widerstand, einem elektrischen Kondensator, einer elektrischen Spule, einer elektrischen Diode, einem elektrischen Transistor oder einem Sensor; eine Verwendung mindestens einer anderen elektronischen Komponente ist jedoch möglich. Each module of the present micro-optomechanical system further comprises at least one optical component which is attached to an associated carrier element. For this purpose, the carrier element can have at least one receiving element for at least one component to be received, in particular an optical component and/or electronic component to be received. The term “receiving element” refers to a micro-mechanical element which is designed to establish a mechanical connection between an element and at least one component to be received thereby, in particular between at least one carrier element and the at least one optical component and/or electronic component, but also between at least one carrier element and at least one carrier plane, between at least two carrier planes, or between at least one carrier plane and at least one optical component and/or electronic component. The mechanical connection can in particular relate to a planar arrangement and/or stacking. In a preferred embodiment, at least one stop can be used for this purpose, whereby preferably at least one vertical ramp or at least one step or at least one shared surface can serve as a stop, in particular to establish a vertical position or a horizontal position between the element and the at least one component to be received thereby. Alternatively or additionally, the carrier element can comprise at least one component introduced into a volume of the carrier element and/or applied directly to a surface of the carrier element, which in particular can be used as beam-forming element and/or as a receiving element and/or as a positioning element. The term "electronic component" refers here to an independent component that is designed to transport and/or manipulate electricity. An electronic component selected from an electrical conductor track, an electronic chip, an integrated circuit, an electrical voltage source, an electrical resistor, an electrical capacitor, an electrical coil, an electrical diode, an electrical transistor or a sensor is particularly suitable for the present invention; however, the use of at least one other electronic component is possible.

In einer bevorzugten Ausgestaltung können Größe und Form der Aufnahmeelemente denselben Vorgaben wie für die Fügeelemente entsprechen. Das mindestens eine Aufnahmeelement kann bevorzugt als selbstzentrierendes Aufnahmeelement ausgestaltet sein und hierbei insbesondere an die mindestens eine aufzunehmende Komponente, insbesondere die mindestens eine aufzunehmende optische Komponente und/oder elektronische Komponente, angepasst sein. Das mindestens eine Aufnahmeelement kann nach erfolgter Aufnahme lösbar oder unlösbar mit der mindestens einen aufzunehmenden Komponente verbunden sein. Die Aufnahme kann als planare Aneinanderreihung und/oder als Stapelung erfolgen. In einer besonderen Ausgestaltung kann das mindestens eine Aufnahmeelement mit mindestens einem Hinterschnitt ausgestattet sein, insbesondere um die mindestens eine aufzunehmende Komponente lösbar oder unlösbar mit dem Aufnahmeelement zu verbinden. In einer besonderen Ausgestaltung kann eine optische Komponente, die nicht mittels mindestens eines Aufnahmeelements an dem zugehörigen Trägerelement befestigt ist, vorzugsweise mittels eines dreidimensionalen Strukturierungsverfahrens an und/oder in dem Trägerelement erzeugt werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine optische Komponente, die nicht mittels mindestens eines Aufnahmeelement an dem zugehörigen Trägerelement befestigt ist, mittels eines dreidimensionalen Strukturierungsverfahrens, vorzugsweise in einem Schritt in das Volumen des Trägerelementes integriert, zusammen mit dem Trägerelement, hergestellt werden. In dieser Ausgestaltung können diese Elemente als zusammenhängende dreidimensionale Strukturen ausgestaltet sein, in einem Formgedächtnismaterial repliziert und/oder mittels eines dreidimensionalen Strukturierungsverfahrens erzeugt sein. Andere Verfahren zur Erzeugung der Elemente sind jedoch möglich. In a preferred embodiment, the size and shape of the receiving elements can correspond to the same specifications as for the joining elements. The at least one receiving element can preferably be designed as a self-centering receiving element and in this case can be adapted in particular to the at least one component to be received, in particular the at least one optical component and/or electronic component to be received. The at least one receiving element can be detachably or permanently connected to the at least one component to be received after it has been received. The receiving can take place as a planar series and/or as a stack. In a special embodiment, the at least one receiving element can be equipped with at least one undercut, in particular in order to detachably or permanently connect the at least one component to be received to the receiving element. In a special embodiment, an optical component that is not attached to the associated carrier element by means of at least one receiving element can preferably be produced on and/or in the carrier element by means of a three-dimensional structuring process. Alternatively or additionally, an optical component that is not attached to the associated carrier element by means of at least one receiving element can be produced by means of a three-dimensional structuring process, preferably integrated into the volume of the carrier element in one step, together with the carrier element. In this embodiment, these elements can be designed as coherent three-dimensional structures, replicated in a shape memory material and/or produced by means of a three-dimensional structuring process. However, other methods for producing the elements are possible.

In einer weiteren, besonderen Ausgestaltung kann mindestens eine optische Komponente als eine einsetzbare optische Komponente eingesetzt werden, die mittels einer, sich vorzugweise veijüngenden, Halterung zur Positionierung und/oder Orientierung, die insbesondere Hinter- schnitte aufweisen kann, auf oder an dem Trägerelement angeordnet ist. Hierbei kann das Aufnahmeelement auf dem Trägerelement derart auf die mindestens eine optische Komponente ausgerichtet werden, dass sie das betreffende Modul entlang der optischen Achse mit dem zu verbindenden weiteren Modul verbindet, wobei auf diese Weise die gewünschte optische Kopplung eintritt. In a further, special embodiment, at least one optical component can be used as an insertable optical component, which can be positioned and/or oriented by means of a preferably tapered holder, which in particular can be used for rear- cuts, is arranged on or at the carrier element. In this case, the receiving element on the carrier element can be aligned with the at least one optical component in such a way that it connects the module in question along the optical axis with the further module to be connected, whereby the desired optical coupling occurs in this way.

In einer weiteren, besonderen Ausgestaltung, insbesondere zur Verwendung in Medizintechnik oder Biosensorik, kann das mikro-optomechanisches System, bevorzugt mindestens eines der Trägerelemente, mindestens eine fluidführende Komponente umfassen, welche mit einem Aufnahmeelement ausgestattet sein kann. Die Module können derart ausgestaltet sein, dass mindestens eine Komponente, insbesondere eine optische Komponente und/oder elektronische Komponente, in den Strahlengang eingesetzt werden kann und hierdurch auftreffendes Licht manipuliert und/oder geführt, in mindestens eine Komponente eingekoppelt und/oder auf eine Änderung hinsichtlich der Transmission untersucht werden kann. Weitere Anwendungsfälle, insbesondere in der Datenübertragung, sind möglich. In a further, special embodiment, in particular for use in medical technology or biosensor technology, the micro-optomechanical system, preferably at least one of the carrier elements, can comprise at least one fluid-carrying component, which can be equipped with a receiving element. The modules can be designed in such a way that at least one component, in particular an optical component and/or electronic component, can be inserted into the beam path and incident light can thereby be manipulated and/or guided, coupled into at least one component and/or examined for a change in transmission. Other applications, in particular in data transmission, are possible.

In einer weiteren, besonderen Ausgestaltung kann das mikro-optomechanisches System, bevorzugt mindestens eines der Trägerelemente, mindestens eine thermoelektrische Komponente umfassen, insbesondere ein Heizelement oder ein Peltier-Element. In a further, particular embodiment, the micro-optomechanical system, preferably at least one of the carrier elements, can comprise at least one thermoelectric component, in particular a heating element or a Peltier element.

In einer bevorzugten Ausgestaltung kann das mikro-optomechanisches System mindestens ein Material umfassen, das thermisch stabil oder wenigstens thermisch belastbar sein kann, bevorzugt bis zu einer Temperatur von 350°C, besonders bevorzugt bis 200°C, insbesondere bis 100°C. Die thermische Ausdehnung von Materialien mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten können bei der Konfiguration von Komponenten des mikro- optomechani sehen Systems berücksichtigt werden, insbesondere zur Kompensation von thermisch bedingten Toleranzänderungen, vorzugsweise mittels mindestens einem elastisch nachstellbaren Aufnahmeelement und/oder Positionierungselement, das vorzugsweise in Form eines Klemmelements vorliegen kann. In a preferred embodiment, the micro-optomechanical system can comprise at least one material that can be thermally stable or at least thermally resilient, preferably up to a temperature of 350°C, particularly preferably up to 200°C, in particular up to 100°C. The thermal expansion of materials with different expansion coefficients can be taken into account in the configuration of components of the micro-optomechanical system, in particular to compensate for thermally induced tolerance changes, preferably by means of at least one elastically adjustable receiving element and/or positioning element, which can preferably be in the form of a clamping element.

Erfindungsgemäß weist jede der optischen Komponenten mindestens eine optische Koppelstelle auf. Der Begriffe der „optischen Koppelstelle“ bezeichnet eine räumliche Stelle, an welcher eine Verbindung mittels Licht zwischen zwei optischen Komponenten, die, je nach Strahlengang, als „lichtabstrahlende Komponente“ und als „lichtempfangende Komponente“ bezeichnet werden können, auftritt. Somit ist die optische Koppelstelle dazu eingerichtet, zwei optische Komponenten über eine, durch die mindestens zwei miteinander verbundenen optischen Komponenten erzeugte optische Achse derart miteinander zu verbinden, dass eine optische Koppelung der Module erfolgt, welche jeweils eine der beiden miteinander verbundenen optischen Komponenten umfasst. According to the invention, each of the optical components has at least one optical coupling point. The term “optical coupling point” refers to a spatial point at which a connection by means of light occurs between two optical components, which, depending on the beam path, can be referred to as a “light-emitting component” and a “light-receiving component”. The optical coupling point is thus designed to connect two optical components to one another via an optical axis generated by the at least two interconnected optical components in such a way that connect in such a way that an optical coupling of the modules takes place, each of which comprises one of the two interconnected optical components.

Im vorliegenden mikro-optomechani sehen System umfasst mindestens eine der optischen Koppelstellen ein mittels eines dreidimensionalen Strukturierungsverfahrens erzeugtes strahlformendes Element. Das strahlformende Element ist dazu eingerichtet, das Licht so zu manipulieren, dass es von dem optischen Aufbau eines ersten Moduls in ein zweites Modul gekoppelt werden kann. Die Begriffe „erster“, „zweiter“ usw. werden hier als Beschreibung eines Elements betrachtet, ohne eine Reihenfolge, Wertung oder chronologische Abfolge festzulegen und ohne die Möglichkeit auszuschließen, dass andere Elemente desselben Elements vorhanden sein können. Weiterhin bezeichnet der Begriff des „dreidimensionalen Strukturierungsverfahrens“ ein mikrolithografisches Verfahren zur Erzeugung von Mikrostrukturen in dreidimensionaler Form. Für die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere ein dreidimensionales Strukturierungsverfahren, das ausgewählt ist aus Mikro- 3D-Druck, insbesondere Stereolithografie (SLA), Zwei-Photonen-Polymerisation (2PP oder TPP), Fused Deposition Modeling (FDM) oder Projektions-Mikrostereolithografie (PSL); oder einem Verfahren zur Replikation, insbesondere Heißprägen, Mikrospritzguss oder einem dreidimensionalen Replikationsverfahren durch Verwendung eines Formgedächtniseffekts; einem Ätzverfahren oder einem Abscheidungsverfahren. Der Formgedächtniseffekt kann bei der Herstellung verwendet werden und/oder bei nachgelagerten Verfahrensschritten, vor allem um trotz kleiner Deformierungen oder kleineren nachträglichen Beschädigungen, die ursprüngliche Form und Lage wiederherzustellen. In the present micro-optomechanical system, at least one of the optical coupling points comprises a beam-forming element produced by means of a three-dimensional structuring process. The beam-forming element is designed to manipulate the light in such a way that it can be coupled from the optical structure of a first module into a second module. The terms "first", "second", etc. are considered here as a description of an element, without specifying an order, rating or chronological sequence and without excluding the possibility that other elements of the same element may be present. Furthermore, the term "three-dimensional structuring process" refers to a microlithographic process for producing microstructures in three-dimensional form. A three-dimensional structuring process selected from micro 3D printing, in particular stereolithography (SLA), two-photon polymerization (2PP or TPP), fused deposition modeling (FDM) or projection microstereolithography (PSL) is particularly suitable for the present invention; or a replication process, in particular hot stamping, micro-injection molding or a three-dimensional replication process using a shape memory effect; an etching process or a deposition process. The shape memory effect can be used during manufacture and/or in downstream process steps, in particular to restore the original shape and position despite small deformations or minor subsequent damage.

Auch mindestens eine weitere Komponente oder Teilkomponente kann mittels mindestens eines mikrolithografischen Verfahrens erzeugt werden, insbesondere mittels des hierein beschriebenen dreidimensionalen Strukturierungsverfahrens. Bevorzugt kann ein Modul in einem Polymer, ganz bevorzugt in einem Formgedächtnispolymer, repliziert werden. Bei Verwendung von thermoplastischen Formgedächtnispolymeren können einfach zusammenhängende dreidimensionale Strukturen mit Hinterschnitten repliziert werden. Ebenso wie unter der Verwendung von elastischen Formwerkzeugen in Kombination mit flüssigen UV-Resists. Zur Fabrikation durch ein dreidimensionales Strukturierungsverfahren kann vorzugsweise eine Ausgestaltung gewählt werden, die replizierbar ist. Um Postprozesse, Montagetoleranzen und Fügetoleranzen zu verringern und den Herstellungsprozess zu verkürzen, kann es vorteilhaft sein, möglichst viele Funktionen und Komponenten des optischen Aufbaus in ein Trägerelement zu integrieren und zusammen mit dem Trägerelement in einem gemeinsam Verfahren herzustellen. In einer besonderen Ausgestaltung kann bei einem dreidimensionalen Strukturierungsverfahren vorzugsweise eine Restträgerschicht, auf welcher sich zu replizierende Teile befinden, entfernt werden, insbesondere damit die Trägerelemente dieselbe Höhe und somit eine identische Lage der optischen Achse aufweisen. Hierzu kann die Restträgerschicht vorzugsweise mittels eines Verfahrens ausgewählt aus einem zerspanenden Verfahren, Ätzen oder Auflösen, entfernt werden, bevorzugt in einer Überkopfhaltung, um eine bessere Zugänglichkeit zu erzielen. Alternativ kann eine Restträgerschicht mit definierter Höhe stehen bleiben, insbesondere damit die Trägerelemente und/oder Trägerebenen dieselbe Höhe und somit eine identische Lage der optischen Achse aufweisen. Hierbei kann es vorteilhaft sein, die Restträgerschicht an mindestens einer Kante eines der Trägerelemente zu entfernen. Vorzugsweise kann das Trägerelement und/oder die Trägerebene und/oder das Verbindungselement und/oder das Aufnahmeelement derart ausgestaltet sein, dass es eine zumindest teilweise gerade Schnittkante aufweist, welche bevorzugt zudem möglichst gut zugänglich sein kann. At least one further component or subcomponent can also be produced using at least one microlithographic process, in particular using the three-dimensional structuring process described here. A module can preferably be replicated in a polymer, very preferably in a shape memory polymer. When using thermoplastic shape memory polymers, easily connected three-dimensional structures with undercuts can be replicated. The same applies when using elastic molds in combination with liquid UV resists. For fabrication using a three-dimensional structuring process, a design that is replicable can preferably be selected. In order to reduce post-processes, assembly tolerances and joining tolerances and to shorten the manufacturing process, it can be advantageous to integrate as many functions and components of the optical structure as possible into a carrier element and to manufacture it together with the carrier element in a common process. In a particular embodiment, a residual carrier layer on which parts to be replicated are located can preferably be removed in a three-dimensional structuring process, in particular so that the carrier elements have the same height and thus an identical position of the optical axis. For this purpose, the residual carrier layer can preferably be removed by means of a method selected from a machining process, etching or dissolving, preferably in an overhead position in order to achieve better accessibility. Alternatively, a residual carrier layer with a defined height can remain, in particular so that the carrier elements and/or carrier planes have the same height and thus an identical position of the optical axis. In this case, it can be advantageous to remove the residual carrier layer on at least one edge of one of the carrier elements. Preferably, the carrier element and/or the carrier plane and/or the connecting element and/or the receiving element can be designed in such a way that it has an at least partially straight cutting edge, which can preferably also be as easily accessible as possible.

Die optischen Komponenten sind hierbei derart auf und/oder an und/oder in den mindestens zwei Trägerelementen platziert, dass an mindestens einer optischen Koppelstelle eine optische Verbindung der optischen Komponenten vorliegt. Hierzu kann insbesondere das mindestens eine strahlformende Element zusammen mit dem mindestens einen Fügeelement eines Trägerelements eines ersten Moduls mit mindestens einem dazu passenden Fügeelement, mindestens einem optischen Element und einem optional vorhandenen strahlformenden Element eines Trägerelements eines zweiten Moduls mit diesem optisch gekoppelt werden. Der Strahlengang der optischen Verbindung kann insbesondere folgende Abschnitte aufweisen: i. einen strahl aufweitenden Abschnitt, welcher sich dadurch auszeichnet, dass in diesem Abschnitt der Strahldurchmesser zunimmt. Der strahlaufweitende Abschnitt kann die natürliche Divergenz des aus der optischen Komponente austretenden Lichtfeldes nutzen und/oder das Lichtfeld durch ein Teilelement des strahlformenden Elements modifizieren. Die Divergenz kann insbesondere mittels konkaven Linsen, konvexen Spiegeln oder diffraktiven Elementen vergrößert werden, welche mittels eines dreidimensionalen Strukturierungsverfahrens hergestellt sind. Eine weitere Möglichkeit zur Strahl aufweitung kann eine Herstellung eines optischen Wellenleiters umfassen, welcher den Modenfelddurchmesser zunächst verkleinert. Bei anschließender Propagation des Strahls außerhalb der optischen Komponente im freien Raum kann sich eine hohe Divergenz ergeben. Die Divergenz des Lichtstrahls im strahl aufweitenden Abschnitt und/oder einer fiktiven Fortsetzung des Lichtstrahls in einem Fernfeld kann bevorzugt höchstens 6°, besonders bevorzugt höchstens 15°, insbesondere höchstens 30° betragen, jeweils definiert als halber Öffnungswinkel bezogen auf eine Intensität von 13,5% der maximalen Intensität. ii. einen kollimierten Abschnitt, welcher sich dadurch auszeichnet, dass sich in diesem Abschnitt der Strahldurchmesser nur geringfügig ändert. In einem Übergangsbereich zwischen dem strahl aufweitenden Abschnitt und dem kollimierten, aufgeweiteten Abschnitt kann vorzugsweise eine kollimierende optische Komponente eingesetzt werden, beispielsweise ein konkaver Spiegel oder eine konvexe Linse. Hierbei kann sich beispielsweise eine Strahltaille ausbilden. Die „Strahltaille“ kann sich dabei an einer Position eines Gaußschen Strahls oder eines gaußähnlichen Strahls befinden, an dem eine im Wesentlichen ebene Phasenfront auftritt. Die Größe der Strahltaille, d.h. der Taillendurchmesser, kann dabei bei einer Wellenlänge von 1550 nm bevorzugt einen Wert von 5 pm bis 100 pm, besonders bevorzugt von 10 pm bis 80 pm, insbesondere von 15 pm bis 50 pm annehmen. Die zugehörige Strahl di vergenz bezogen auf den halben Öffnungswinkel ergibt sich aus einschlägigen Formeln für Gaußsche Strahlen und beträgt bevorzugt höchstens 12°, besonders bevorzugt höchstens 6°, insbesondere höchstens 4°. Bei Wellenlängen oberhalb oder unterhalb von 1550 nm können sich diese Werte entsprechend ändern. Vorzugsweise kann die durch das strahlformende Element erzeugte Feldverteilung möglichst gut derjenigen Feldverteilung entsprechen, die in eine der optischen Komponente eingekoppelt wird. iii. einen strahlverengenden Abschnitt, welcher sich dadurch auszeichnet, dass hier der Strahldurchmesser wieder abnimmt. Die Ausgestaltung des strahlverengenden Abschnittes kann hierbei analog zu den Maßnahmen erfolgen, welche unter Punkt i. zu dem strahlaufweitenden Abschnitt beschrieben werden. The optical components are placed on and/or at and/or in the at least two carrier elements in such a way that an optical connection of the optical components is present at at least one optical coupling point. For this purpose, in particular the at least one beam-forming element together with the at least one joining element of a carrier element of a first module can be optically coupled to the latter with at least one matching joining element, at least one optical element and an optionally present beam-forming element of a carrier element of a second module. The beam path of the optical connection can in particular have the following sections: i. a beam-expanding section, which is characterized in that the beam diameter increases in this section. The beam-expanding section can use the natural divergence of the light field emerging from the optical component and/or modify the light field by means of a partial element of the beam-forming element. The divergence can in particular be increased by means of concave lenses, convex mirrors or diffractive elements, which are produced by means of a three-dimensional structuring process. Another possibility for beam expansion can involve producing an optical waveguide which initially reduces the mode field diameter. Subsequent propagation of the beam outside the optical component in free space can result in a high divergence. The divergence of the light beam in the beam-expanding section and/or a fictitious continuation of the light beam in a far field can preferably be at most 6°, particularly preferably at most 15°. in particular a maximum of 30°, each defined as half the opening angle based on an intensity of 13.5% of the maximum intensity. ii. a collimated section, which is characterized in that the beam diameter changes only slightly in this section. In a transition region between the beam-expanding section and the collimated, expanded section, a collimating optical component can preferably be used, for example a concave mirror or a convex lens. In this case, for example, a beam waist can form. The "beam waist" can be located at a position of a Gaussian beam or a Gaussian-like beam at which a substantially flat phase front occurs. The size of the beam waist, i.e. the waist diameter, can preferably assume a value of 5 pm to 100 pm, particularly preferably 10 pm to 80 pm, in particular 15 pm to 50 pm at a wavelength of 1550 nm. The corresponding beam divergence in relation to half the opening angle is derived from relevant formulas for Gaussian beams and is preferably at most 12°, particularly preferably at most 6°, in particular at most 4°. For wavelengths above or below 1550 nm, these values can change accordingly. Preferably, the field distribution generated by the beam-forming element can correspond as closely as possible to the field distribution that is coupled into one of the optical components. iii. a beam-narrowing section, which is characterized by the fact that the beam diameter decreases again here. The design of the beam-narrowing section can be analogous to the measures described under point i. for the beam-expanding section.

In einer besonderen Ausgestaltung des vorliegenden mikro-optomechani sehen Systems kann mindestens eines der Trägerelemente, vorzugsweise alle beteiligten Trägerelemente, auf mindestens einer Trägerebene, vorzugsweise auf genau einer Trägerebene befestigt sein. Hierzu kann die mindestens eine Trägerebene insbesondere zur weiteren Positionierung und/oder Orientierung einzelner oder miteinander verbundener Module, die hierbei auch als „Modulgruppe“ bezeichnet werden, eingerichtet sein. Zur Positionierung und/oder Orientierung können Aufnahmeelemente, insbesondere veijüngende Aufnahmeelemente, verwendet werden, die insbesondere zur Fixierung mindestens einen Hinterschnitt aufweisen können. Die Aufnahmeelemente können derart gestaltet sein, dass sie eine Bewegung der Trägerelemente auf der Trägerebene und/oder der Trägerebene auf einer weiteren Trägerebene zulassen, vorzugsweise eine eindimensional translatorische Bewegung. Die Anordnung benachbarter Module und/oder Module auf der Trägerebene kann planar eben oder vertikal, um 180° gedreht über Kopf, stattfinden. Hierbei können auf der Oberseite der Module und/oder Modulgruppen und/oder der mindestens einen Trägerebene zur Anordnung der Module eingerichtete Positionierungs- und Aufnahmeelemente vorgesehen sein. In dieser Ausgestaltung können die Unterseite des mindestens einen Trägerelements, oder bei einer Überkopfmontage die Oberseite mindestens eines umgedrehten Trägerelements, und die Oberseite der mindestens einen Trägerebene vorzugsweise dieselbe Höhe aufweisen. Hierdurch kann es möglich sein, ein Höhenniveau für die optische Achse zur Verbindung der Module festzulegen. Tritt beispielsweise aufgrund einer weiteren Trägerebene oder wegen eines Höhenunterschiedes im optischen Aufbau, zwischen Trägerelemente oder Trägerebenen ein Höhenversatz der optischen Achse auf, so kann der Höhenversatz der optischen Achse mittels angepasster Modulhöhe, angepasster Höhe des optischen Aufbaus, mittels verschieden hoch angeordneter strahlformender Elemente, Aufnahmeelemente, Halterungen und/oder Plateaus und/oder mittels mindestens einer weiteren Trägerebene kompensiert werden. Trägereben können hierbei vordefinierte Aufnahmeelemente zum Anbringen mindestens einer weiteren Trägerebene umfassen, deren Funktionalität bevorzugt den Fügeelementen entsprechen kann. Weiterhin können die Positionierungs- und/oder Aufnahmeelemente auch zum Schutz und/oder als Abstandshalter der optischen Komponenten dienen. In a special embodiment of the present micro-optomechanical system, at least one of the carrier elements, preferably all of the carrier elements involved, can be attached to at least one carrier plane, preferably to exactly one carrier plane. For this purpose, the at least one carrier plane can be set up in particular for further positioning and/or orientation of individual or interconnected modules, which are also referred to as a “module group”. For positioning and/or orientation, receiving elements, in particular tapered receiving elements, can be used, which can have at least one undercut, in particular for fixing. The receiving elements can be designed in such a way that they allow movement of the carrier elements on the carrier plane and/or the carrier plane on a further carrier plane, preferably a one-dimensional translational movement. The arrangement of adjacent modules and/or modules on the carrier plane can take place in a planar plane or vertically, rotated by 180° overhead. In this case, on the top side of the Modules and/or module groups and/or the at least one support level can be provided with positioning and receiving elements for arranging the modules. In this embodiment, the underside of the at least one support element, or in the case of overhead installation the top side of at least one inverted support element, and the top side of the at least one support level can preferably have the same height. This can make it possible to set a height level for the optical axis for connecting the modules. If, for example, a height offset of the optical axis occurs between support elements or support levels due to a further support level or due to a height difference in the optical structure, the height offset of the optical axis can be compensated by means of an adapted module height, an adapted height of the optical structure, by means of beam-forming elements, receiving elements, holders and/or plateaus arranged at different heights and/or by means of at least one further support level. Support levels can comprise predefined receiving elements for attaching at least one further support level, the functionality of which can preferably correspond to the joining elements. Furthermore, the positioning and/or receiving elements can also serve to protect and/or as spacers for the optical components.

In einer besonderen Ausgestaltung kann mindestens eines der Fügeelemente und/oder der Aufnahmeelemente als Positionierungselement ausgestaltet sein und/oder mindestens ein Positionierungselement aufweisen, das bei einer Herstellung des mikro-optomechani sehen Systems dazu eingerichtet sein kann, die zu montierenden Komponenten möglichst unmittelbar in ihre Endlage zu bringen, indem vordefinierte Positionierungselemente vorgegeben werden, aus denen sich durch eine rotatorische und/oder translatorische Bewegung die Endlage ergeben kann. Hieraus kann sich eine sehr präzise, in drei Dimensionen genau festgelegte Endlage jedes Moduls in dem mikro-optomechani sches System bis auf eine Genauigkeit in Höhe einer gewünschten Positionierungstoleranz, insbesondere in Höhe von 1 dB, möglichst genau zueinander einstellen lassen. Die 1 dB- Positionierungstoleranz beschreibt eine Schwelle an Kopplungsverlusten von 1 dB zwischen zwei optischen Komponenten, bedingt durch eine Ausrichtungspräzision an der optischen Koppelstelle, insbesondere in Bezug auf laterale Abweichungen eines Strahlprofils, laterale Abweichungen in Bezug auf die optische Koppelstelle, Winkel ab weichungen und/oder Kollimierungsfehler, Absorptionsverluste, Reflexionsverluste, Streuungsverluste, insbesondere aufgrund von Rayleigh Streuung. Die Ausrichtungspräzision ergibt sich aus der Summe aller toleranzbedingter Einzelabweichungen, typischerweise umfassend Fertigungstoleranzen, Montagetoleranzen und Umfeldtoleranzen, insbesondere aufgrund von Vibrationen oder Magnetismus oder aufgrund von Temperatur, Feuchtigkeit oder Luftdruck der Umgebung. Der kleinste an der optischen Koppelstelle zwischen zwei optischen Komponenten auftretende Strahldurchmesser kann bevorzugt ein zweifaches, besonders bevorzugt ein fünffaches, insbesondere mehr als das zehnfache, der Ausrichtungspräzision betragen. Hierbei kann der an der optischen Koppelstelle zwischen zwei optischen Komponenten auftretende Strahl durchmesser bevorzugt 1 pm bis 10 mm, besonders bevorzugt 5 pm bis 1 mm, weiter bevorzugt 10 pm bis 200 pm, insbesondere 15 pm bis 100 pm, betragen. Der Begriff des „ Strahl durchmessers“ bezieht sich hierbei auf einen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls gemessenen Durchmesser eines Gebietes, in welchem die Intensität des Lichtes mehr als 1/e2, d.h. mehr als 13,5 % der maximalen, typischerweise auf der Strahlachse auftretenden Intensität beträgt. Alternativ kann sich der Begriff des „Strahl durchmessers“ auf eine Halbwertsbreite (engl. Full width at half maximum, FWHM) oder eine vierfache Standardabweichung der Intensitätsverteilung (D4o-Breite) beziehen. Als Beispiel ergibt sich bei einem Strahldurchmesser von 50 pm eine erforderliche Ausrichtungspräzision der optischen Koppelstelle von mindestens 25 pm, besonders bevorzugt von mindestens 10 pm, insbesondere von mindestens 5 pm. Hierbei kann auch ein Einsatz und/oder ein Einsatzumfeld der optischen Komponenten berücksichtigt werden, insbesondere eine thermische Ausdehnung bei einer Verwendung von Materialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Aus der 1 dB-Positionierungstoleranz ergibt sich die mechanische Positionierungstoleranz der Verbindungselemente. Der Begriff der „Toleranz“ bezeichnet eine Abweichung eines Istzustandes von einem Sollzustand, beziehungsweise einer Ist-Größe von einer Soll-Größe. Form- und Lageabweichungen ergeben sich durch Fertigung und Montage. Der Begriff der „Toleranz“ bezieht hierbei eine Toleranzkette bis zu dem jeweiligen Punkt in der Produktentstehungskette mit ein, welcher sich aus einer Summe aller zeitlich und räumlich vorgelagerten Fertigungs- und Montagetoleranzen ergibt. Durch diese Abweichungen ergeben sich Differenzen zwischen der Ist-Position von optischen Achsen und/oder optischen Koppelstellen zur Soll-Position unter möglichst geringen Übertragungsverlusten. In a special embodiment, at least one of the joining elements and/or the receiving elements can be designed as a positioning element and/or have at least one positioning element which, during production of the micro-optomechanical system, can be set up to bring the components to be assembled into their end position as directly as possible by specifying predefined positioning elements from which the end position can result from a rotary and/or translatory movement. From this, a very precise end position of each module in the micro-optomechanical system, precisely defined in three dimensions, can be set as precisely as possible to one another up to an accuracy of the desired positioning tolerance, in particular of 1 dB. The 1 dB positioning tolerance describes a threshold of coupling losses of 1 dB between two optical components, due to an alignment precision at the optical coupling point, in particular with regard to lateral deviations of a beam profile, lateral deviations with regard to the optical coupling point, angular deviations and/or collimation errors, absorption losses, reflection losses, scattering losses, in particular due to Rayleigh scattering. The alignment precision results from the sum of all tolerance-related individual deviations, typically comprising manufacturing tolerances, assembly tolerances and environmental tolerances, in particular due to vibrations or magnetism or due to temperature, humidity or air pressure of the environment. The smallest at the optical coupling point between two optical The beam diameter occurring at the optical coupling point between two optical components can preferably be twice, particularly preferably five times, in particular more than ten times the alignment precision. The beam diameter occurring at the optical coupling point between two optical components can preferably be 1 pm to 10 mm, particularly preferably 5 pm to 1 mm, more preferably 10 pm to 200 pm, in particular 15 pm to 100 pm. The term "beam diameter" refers here to a diameter of an area measured perpendicular to the direction of propagation of the light beam, in which the intensity of the light is more than 1/e 2 , i.e. more than 13.5% of the maximum intensity typically occurring on the beam axis. Alternatively, the term "beam diameter" can refer to a full width at half maximum (FWHM) or a four-fold standard deviation of the intensity distribution (D4o width). As an example, with a beam diameter of 50 pm, the required alignment precision of the optical coupling point is at least 25 pm, particularly preferably at least 10 pm, in particular at least 5 pm. The use and/or application environment of the optical components can also be taken into account here, in particular thermal expansion when using materials with different thermal expansion coefficients. The mechanical positioning tolerance of the connecting elements results from the 1 dB positioning tolerance. The term "tolerance" refers to a deviation of an actual state from a target state, or an actual size from a target size. Shape and position deviations arise from manufacturing and assembly. The term "tolerance" here includes a tolerance chain up to the respective point in the product creation chain, which results from a sum of all temporally and spatially preceding manufacturing and assembly tolerances. These deviations result in differences between the actual position of optical axes and/or optical coupling points and the target position with the lowest possible transmission losses.

Vorzugsweise kann hierzu ein Positionierungselement verwendet werden, dessen Form zusammen mit der optischen Komponente hergestellt ist und das derart ausgeführt ist, dass ein auf, an oder in der optischen Komponente erzeugter oder bereits vorhandener Punkt, Linie und/oder Fläche zur Positionierung in Form eines Anschlages die optische Komponente unter Aufrechterhaltung der gewünschten Positionierungstoleranz genau positioniert ist, wobei die Form mittels eines Verfahren, ausgewählt aus Umformverfahren wie Ätzungen, Tiefenätzungen oder zerspanenden Verfahren oder aus urformenden Verfahren, herstellbar ist, wobei der Punkt, die Linie und/oder die Fläche vorgeben werden. Die Verwendung mindestens einer anderen formgebenden Herstellungsmethode ist jedoch möglich. Hierbei kann die Ausgestaltung des optischen Aufbaus auf Position und/oder Orientierung der zu fügenden Komponente abgestimmt sein, insbesondere sofern bevorzugte Orientierungen zur Positionierung und/oder Orientierung vorliegen. Insbesondere können zu fügende Komponenten normalliegend oder über Kopf angebracht werden. Preferably, a positioning element can be used for this purpose, the shape of which is produced together with the optical component and which is designed in such a way that a point, line and/or surface created on, at or in the optical component or already present for positioning in the form of a stop, the optical component is precisely positioned while maintaining the desired positioning tolerance, wherein the shape can be produced by means of a process selected from forming processes such as etching, deep etching or machining processes or from primary forming processes, wherein the point, line and/or surface are specified. The use of at least one other shaping production method is, however, possible. In this case, the design of the optical structure can be coordinated with the position and/or orientation of the component to be joined, in particular if preferred Orientations for positioning and/or orientation are available. In particular, components to be joined can be installed in a normal position or overhead.

Die miteinander verbundenen Trägerelemente, das Trägerelement mit der mindestens einen Trägerebene und/oder die mindestens zwei Trägerebenen können untereinander unter Aufrechterhaltung von Form und Funktionalität lösbar miteinander verbunden sein und lassen sich so später für eine weitere Verwendung des mikro-optomechani sehen Systems einsetzen. Alternativ können die miteinander verbundenen Trägerelemente, das Trägerelement mit der mindestens einen Trägerebene und/oder die mindestens zwei Trägerebenen, insbesondere abhängig von Aufbau und Verwendung des mikro- optomechani sehen Systems, untereinander unter Aufrechterhaltung von Form und Funktionalität unlösbar miteinander verbunden sein, um das betreffende mikro- optomechani sehe System auf besonders stabile Weise zu erhalten. The interconnected support elements, the support element with the at least one support level and/or the at least two support levels can be detachably connected to one another while maintaining the shape and functionality and can thus be used later for further use of the micro-optomechanical system. Alternatively, the interconnected support elements, the support element with the at least one support level and/or the at least two support levels, in particular depending on the structure and use of the micro-optomechanical system, can be permanently connected to one another while maintaining the shape and functionality in order to maintain the micro-optomechanical system in question in a particularly stable manner.

Die Funktionalität eines Moduls oder einer Modulgruppe kann insbesondere von dem jeweiligen optischen Aufbau abhängen. Die vorzugsweise hieran angepasste Größe eines Moduls kann von einer bevorzugten Standardgröße von kleiner als 100 cm2, besonders bevorzugt höchstens 20 cm2, und ganz besonders bevorzugt höchstens 5 cm2, insbesondere höchstens 2 cm2, abweichen, solange die optischen Achsen zweier aneinandergefügter Module übereinstimmen. In einer bevorzugten Ausgestaltung können die Außenkanten rechtwinklig sein; alternativ können diese aber einen von 90° verschiedenen Winkel zueinander aufweisen. In einer besonderen Ausgestaltung können Einzelmodule von einer bevorzugten rechteckigen Form, bei welcher die längste ebene Kantenlänge vorzugsweise gleich oder ein ganzzahliges Vielfaches der kürzesten ebenen Kantenlänge ist, abweichen, insbesondere bei der Verbindung zweier Module unter einem festgelegten Winkel, was bevorzugt durch eine Formabweichung der Grundfläche des Trägerelements in Form eines Dreiecks, Trapezes, Parallelogramms oder einer Kombination hiervon ausgeführt werden kann. Weiterhin kann die Größe eines Moduls um einen Betrag erhöht oder verringert werden, um welchen das heuzustellende Modul während der Herstellung wachsen oder schrumpfen kann, insbesondere bei Anwendung einer Überbelichtung bei einem DLP- Druckvorgang (englisch: Digital Light Processing), durch voxelbedingte Größe der kleinsten Schreibeinheit bei einem 2PP-Druckvorgang, oder durch Schrumpfung. Die optischen Komponenten sind oder werden mittels mindestens eines Aufnahmeelements derart auf dem Trägerelement platziert, dass durch Kombination der Fügeelemente des mindestens einen Trägerelements eines ersten Moduls zu den passenden Fügeelementen und dem mindestens einen strahlformenden Element eines zweiten Moduls eine optische Kopplung erreicht wird. Die Größe eines Moduls kann somit auch von der bevorzugten Standardgröße abweichen, solange die optische Koppelstelle zweier Module über die Aneinanderfügung der Fügeelemente eindeutig festgelegt wird. The functionality of a module or a group of modules can depend in particular on the respective optical structure. The size of a module, which is preferably adapted to this, can deviate from a preferred standard size of less than 100 cm 2 , particularly preferably at most 20 cm 2 , and very particularly preferably at most 5 cm 2 , in particular at most 2 cm 2 , as long as the optical axes of two modules joined together match. In a preferred embodiment, the outer edges can be rectangular; alternatively, however, they can have an angle other than 90° to one another. In a special embodiment, individual modules can deviate from a preferred rectangular shape, in which the longest flat edge length is preferably equal to or an integer multiple of the shortest flat edge length, in particular when two modules are connected at a fixed angle, which can preferably be carried out by a shape deviation of the base area of the support element in the form of a triangle, trapezoid, parallelogram or a combination thereof. Furthermore, the size of a module can be increased or reduced by an amount by which the module to be produced can grow or shrink during production, in particular when overexposure is used in a DLP printing process (Digital Light Processing), due to the voxel-related size of the smallest writing unit in a 2PP printing process, or due to shrinkage. The optical components are or will be placed on the carrier element by means of at least one receiving element in such a way that an optical coupling is achieved by combining the joining elements of the at least one carrier element of a first module with the matching joining elements and the at least one beam-forming element of a second module. The size of a module can thus also depend on the preferred Standard size, as long as the optical coupling point between two modules is clearly defined by the joining of the joining elements.

In einer weiteren Ausgestaltung kann ein einzelnes Modul, eine Modulgruppe oder ein gesamtes mikro-optomechanisches System mit einem festen, optisch transparenten Medium ausgefüllt sein, insbesondere zum Schutz des mikro-optomechanischen Systems oder eines Teils hiervon vor äußeren Einflüssen, gegen eine mechanische Deplatzierung gegeneinander ausgerichteter Komponenten oder gegen Deformierung, zur Erleichterung der Handhabung, zur Erzeugung eines Indexkontrasts, zur Ausbildung einer weiteren Koppelstelle zur Montage mindestens eines weiteren Elements, zur Erhöhung von Transmission, oder zur Vermeidung von Rückreflexionen oder ungewollten Auskopplungen. Der Begriff „transparent“ bezeichnet hierbei eine optische Eigenschaft eines Materials, elektromagnetische Wellen derart durchzulassen, dass die Absorption durch das Material möglichst gering ist. Die Materialabsorption des Materials liegt bevorzugt unter 10 dB/mm, besonders bevorzugt unter 5 dB/mm, und ganz besonders bevorzugt unter 2 dB/mm oder 1 dB/mm. In a further embodiment, an individual module, a module group or an entire micro-optomechanical system can be filled with a solid, optically transparent medium, in particular to protect the micro-optomechanical system or a part thereof from external influences, against mechanical displacement of components aligned against one another or against deformation, to facilitate handling, to generate an index contrast, to form a further coupling point for mounting at least one further element, to increase transmission, or to avoid back reflections or unwanted coupling. The term "transparent" here refers to an optical property of a material that allows electromagnetic waves to pass through in such a way that the absorption by the material is as low as possible. The material absorption of the material is preferably below 10 dB/mm, particularly preferably below 5 dB/mm, and most particularly preferably below 2 dB/mm or 1 dB/mm.

In einer weiteren, besonderen Ausgestaltung des vorliegenden mikro-optomechanischen Systems kann mindestens eines der Trägerelemente und/oder mindestens eine Trägerebene vorzugsweise mit mindestens einer metallischen Schicht, die als mindestens eine elektrische Leiterbahn ausgestaltet ist, versehen sein. Die mindestens eine elektrische Leiterbahn kann insbesondere zur elektrischen Kontaktierung mindestens einer optischen Komponente eingerichtet sein. Die mindestens eine elektrische Leiterbahn selbst kann hierzu mit der mindestens einen optischen Komponente, der mindestens einen elektronischen Komponente und/oder mit mindestens einem externen Anschluss, der vorzugsweise als Kontaktpad ausgestaltet sein kann und der bevorzugt zur Zuführung von elektrischer Energie und/oder zur Ableitung von Information eingerichtet sein kann, verbunden sein, insbesondere in Form mindestens eines Bonds, bevorzugt mindestens eines Wire-Bonds. Insbesondere können zwei Trägerelemente, zwei Trägerebenen, oder ein Trägerelement und eine Trägerebene in Form eines Bonds, bevorzugt eines Wire-Bonds, miteinander verbunden sein. Andere Ausgestaltungen der mindestens einen elektrischen Leiterbahn sind jedoch möglich. Die Leiterbahnen können mittels einer Maske hergestellt werden. Vorzugsweise kann zunächst eine Haftschicht, die bevorzugt ein gut haftendes Metall, insbesondere Chrom, umfasst, und anschließend eine Startschicht für eine nachfolgende Galvanik, die bevorzugt ein elektrisch gut leitendes Metall, insbesondere Gold, umfasst, aufgebracht werden. Zur Durchführung der Galvanik können die Leiterbahnen in einem galvanischen Bad bis zur gewünschten Schichtdicke, die insbesondere vom Querschnitt der Leiterbahnen, der angelegten Stromstärke und Spannung abhängen kann, aufgebracht werden. Alternativ oder zusätzlich können Leiterbahnen mittels einem Mikro-Strukturierungsverfahren, bevorzugt mittels Micro-Laser-Sinterung direkt auf ein Trägerelement oder eine Trägerebene aufgebracht werden. In a further, special embodiment of the present micro-optomechanical system, at least one of the carrier elements and/or at least one carrier plane can preferably be provided with at least one metallic layer, which is designed as at least one electrical conductor track. The at least one electrical conductor track can in particular be designed for electrically contacting at least one optical component. The at least one electrical conductor track itself can for this purpose be connected to the at least one optical component, the at least one electronic component and/or to at least one external connection, which can preferably be designed as a contact pad and which can preferably be designed for supplying electrical energy and/or for deriving information, in particular in the form of at least one bond, preferably at least one wire bond. In particular, two carrier elements, two carrier planes, or a carrier element and a carrier plane can be connected to one another in the form of a bond, preferably a wire bond. However, other embodiments of the at least one electrical conductor track are possible. The conductor tracks can be produced using a mask. Preferably, an adhesive layer can be applied first, which preferably comprises a well-adhering metal, in particular chromium, and then a starting layer for subsequent electroplating, which preferably comprises a metal with good electrical conductivity, in particular gold. To carry out the electroplating, the conductor tracks can be applied in a galvanic bath to the desired layer thickness, which can depend in particular on the cross-section of the conductor tracks, the applied current and voltage. Alternatively or additionally Conductor tracks can be applied directly to a carrier element or a carrier plane using a micro-structuring process, preferably by means of micro-laser sintering.

In einer weiteren Ausgestaltung kann mindestens eines der Trägerelemente und/oder eine Trägerebene Aussparungen und/oder Öffnungen vorweisen, um eine Zugänglichkeit des optischen Aufbaus, von optischer Komponenten und/oder elektrischen Komponenten zu ermöglichen. Die Aussparungen und/oder Öffnungen können hierbei derart ausgestaltet sein, dass eine berührungslose Montage der zu fügenden Komponenten gewährleistet ist und/oder dass das mindestens eine Trägerelement und/oder die Trägerebene nur partiell aufliegen können. Diese Ausgestaltung kann ferner eine Platzierungseinheit auf der Oberseite des mindestens einen Trägerelements aufweisen, um eine Platzierung von Komponenten über Kopf zu ermöglichen und/oder um eine Zugänglichkeit von der Unterseite her zu schaffen. In a further embodiment, at least one of the carrier elements and/or a carrier plane can have recesses and/or openings to enable access to the optical structure, optical components and/or electrical components. The recesses and/or openings can be designed in such a way that contactless assembly of the components to be joined is ensured and/or that the at least one carrier element and/or the carrier plane can only partially rest on it. This embodiment can also have a placement unit on the top of the at least one carrier element to enable components to be placed overhead and/or to provide accessibility from the bottom.

Das vorliegende mikro-optomechanische System unterscheidet sich von der Offenbarung in DE 10 2016 221 464 Al, insbesondere von dem in Figur 22 dargestellten System, dadurch, dass dort das Umgebungsmedium primär dazu dient, einen Brechungsindexkontrast zu verringern oder einen präzisen Abstand zwischen den optischen Komponenten einzustellen. In Figur 22 sind zwei Chips mit strahlformenden Elementen versehen, welche in einem Umgebungsmedium eingebettet sind, während die dort dargestellten Ausrichtstrukturen sich direkt in dem Umgebungsmedium, welches die optischen Komponenten vollständig umgibt, befinden. Demgegenüber ist im vorliegenden mikro-optomechanischen System keine Notwendigkeit eines Umgebungsmediums gegeben. Im vorliegenden mikro-optomechanischen System verfügt jedes Trägerelement über ein Verbindungselement, was wiederum ein selbstzentrierendes Fügeelement aufweist oder als selbstzentrierendes Fügeelement ausgestaltet ist. Durch eine Kombination aus zueinander passenden Verbindungselementen, die zudem als Fügeelemente ausgestaltet sind, kann verwirklicht werden, dass eine Endlage alleine aufgrund der Form bestimmt ist, und alleine durch den Fügevorgang zweier Trägerelemente erreicht wird. Demgegenüber sind die in DE 10 2016 221 464 Al beispielhaft dargestellten Ausrichtstrukturen keine Fügeelemente, welche die Teilsysteme ohne weiteres in Position halten und eine statisch bestimmte Endlage ergeben. Schließlich ist es im vorliegenden mikro-optomechanischen System nicht erforderlich, dass das Fixieren der optischen Komponenten auf einer gemeinsamen Grundplatte erfolgt, da sich die Position der Trägerelemente durch den Fügevorgang der selbstzentrierenden Fügeelemente, welche auf den Trägerelementen sitzen, automatisch ergibt. The present micro-optomechanical system differs from the disclosure in DE 10 2016 221 464 A1, in particular from the system shown in Figure 22, in that there the ambient medium primarily serves to reduce a refractive index contrast or to set a precise distance between the optical components. In Figure 22, two chips are provided with beam-forming elements which are embedded in an ambient medium, while the alignment structures shown there are located directly in the ambient medium which completely surrounds the optical components. In contrast, in the present micro-optomechanical system there is no need for an ambient medium. In the present micro-optomechanical system, each carrier element has a connecting element, which in turn has a self-centering joining element or is designed as a self-centering joining element. By combining connecting elements that fit together and are also designed as joining elements, it is possible to achieve an end position that is determined solely on the basis of the shape and is achieved solely by the joining process of two carrier elements. In contrast, the alignment structures shown as examples in DE 10 2016 221 464 A1 are not joining elements that simply hold the subsystems in position and result in a statically determined end position. Finally, in the present micro-optomechanical system, it is not necessary for the optical components to be fixed to a common base plate, since the position of the carrier elements is automatically determined by the joining process of the self-centering joining elements that sit on the carrier elements.

In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines mikro-optomechanischen Systems, welches die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen von mindestens zwei Trägerelementen, wobei jedes der Trägerelemente mindestens ein Verbindungselement aufweist, wobei jedes Verbindungselement über mindestens ein selbstzentrierendes Fügeelement verfügt, wobei die Fügeelemente derart zueinander passen, dass die Trägerelemente mittels der Fügeelemente mechanisch miteinander verbindbar sind; b) Bereitstellen von mindestens zwei optischen Komponenten, wobei jede der optischen Komponenten mindestens eine optische Koppelstelle aufweist; c) Erzeugen mindestens eines strahlformenden Elements an mindestens einer der optischen Koppelstellen mittels eines dreidimensionalen Strukturierungsverfahrens; d) Befestigen jeder optischen Komponente an einem der Trägerelemente; und e) Herstellen einer optischen Kopplung der optischen Komponenten an mindestens einer optischen Koppelstelle mittels einer mechanischen Verbindung der Trägerelemente durch die zueinander passenden selbstzentrierenden Fügeelemente. In a further aspect, the present invention relates to a method for producing a micro-optomechanical system, which comprises the following steps: a) providing at least two carrier elements, each of the carrier elements having at least one connecting element, each connecting element having at least one self-centering joining element, the joining elements fitting together in such a way that the carrier elements can be mechanically connected to one another by means of the joining elements; b) providing at least two optical components, each of the optical components having at least one optical coupling point; c) producing at least one beam-shaping element at at least one of the optical coupling points by means of a three-dimensional structuring process; d) fastening each optical component to one of the carrier elements; and e) producing an optical coupling of the optical components at at least one optical coupling point by means of a mechanical connection of the carrier elements by means of the fitting self-centering joining elements.

Die erfindungsgemäßen Schritte a) bis e) können vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, wobei jedoch auch eine abweichende Reihenfolge, insbesondere eine Durchführung des Schrittes d) vor Schritt c), möglich ist. Darüber hinaus können Schritte auch zumindest teilweise gleichzeitig und/oder weitere Schritte, unabhängig davon, ob diese hierin beschrieben sind oder nicht, ausgeführt werden. The steps a) to e) according to the invention can preferably be carried out in the order given, although a different order is also possible, in particular carrying out step d) before step c). In addition, steps can also be carried out at least partially simultaneously and/or further steps, regardless of whether they are described herein or not.

Für Einzelheiten in Bezug auf das vorliegende Verfahren zur Herstellung eines mikro- optomechani sehen Systems wird auf die übrige Beschreibung des mikro-optomechani sehen Systems verwiesen. Insbesondere sind darin beschriebene besondere Ausgestaltungen auch mit dem vorliegenden Verfahren herstellbar. For details relating to the present method for producing a micro-optomechanical system, reference is made to the remaining description of the micro-optomechanical system. In particular, special embodiments described therein can also be produced using the present method.

Die Begriffe "haben", "aufweisen", "umfassen" oder "einschließen" oder beliebige grammatikalische Abweichungen davon werden hierin in nicht-ausschließlicher Weise verwendet. Dementsprechend können sich diese Begriffe sowohl auf Situationen beziehen, in welchen, neben den durch diese Begriffe eingeführten Merkmalen, keine weiteren Merkmale vorhanden sind, oder auf Situationen, in welchen ein oder mehrere weitere Merkmale vorhanden sind. Beispielsweise kann sich der Ausdruck "A hat B", "A weist B auf', "A umfasst B" oder "A schließt B ein" sowohl auf die Situation beziehen, in welcher, abgesehen von B, kein weiteres Element in A vorhanden ist (d.h. auf eine Situation, in welcher A ausschließlich aus B besteht), als auch auf die Situation, in welcher, zusätzlich zu B, ein oder mehrere weitere Elemente in A vorhanden sind, beispielsweise Element C, Elemente C und D oder sogar weitere Elemente. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „mindestens ein“ und „ein oder mehrere“ sowie grammatikalische Abwandlungen dieser Begriffe, wenn diese in Zusammenhang mit einem oder mehreren Elementen oder Merkmalen verwendet werden, ausdrücken sollen, dass das Element oder Merkmal einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann, in der Regel lediglich einmalig verwendet wird, beispielsweise bei der erstmaligen Einführung des Merkmals oder Elementes. Bei einer nachfolgenden erneuten Erwähnung des Merkmals oder Elementes wird der entsprechende Begriff „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ in der Regel nicht mehr verwendet, ohne Einschränkung der Möglichkeit, dass das Merkmal oder Element einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann. The terms "have", "have", "comprise" or "include" or any grammatical variations thereof are used herein in a non-exclusive manner. Accordingly, these terms may refer both to situations in which, in addition to the features introduced by these terms, no further features are present, or to situations in which one or more further features are present. For example, the expression "A has B", "A has B", "A comprises B" or "A includes B" may refer both to the situation in which, apart from B, no further element is present in A (i.e., to a situation in which A consists exclusively of B), and to the situation in which, in addition to B, one or more further elements are present in A, for example element C, elements C and D, or even further elements. It should also be noted that the terms "at least one" and "one or more" and grammatical variations of these terms, when used in connection with one or more elements or features, are intended to express that the element or feature may be provided once or multiple times, and is usually used only once, for example when the feature or element is first introduced. When the feature or element is subsequently mentioned again, the corresponding term "at least one" or "one or more" is usually no longer used, without limiting the possibility that the feature or element may be provided once or multiple times.

Weiterhin werden hierin die Begriffe „vorzugsweise“, „insbesondere“, „beispielsweise“ oder ähnliche Begriffe in Verbindung mit optionalen Merkmalen verwendet, ohne dass alternative Ausführungsformen hierdurch beschränkt werden. So sind Merkmale, welche durch diese Begriffe eingeleitet werden, optionale Merkmale, und es ist nicht beabsichtigt, durch diese Merkmale den Schutzumfang der Ansprüche und insbesondere der unabhängigen Ansprüche einzuschränken. So kann die Erfindung, wie der Fachmann erkennen wird, auch unter Verwendung anderer Ausgestaltungen durchgeführt werden. In ähnlicher Weise werden Merkmale, welche durch „in einer Ausführungsform der Erfindung“ oder durch „in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung“ eingeleitet werden, als optionale Merkmale verstanden, ohne dass hierdurch alternative Ausgestaltungen oder der Schutzumfang der unabhängigen Ansprüche eingeschränkt werden soll. Weiterhin sollen durch diese einleitenden Ausdrücke sämtliche Möglichkeiten, die hierdurch eingeleiteten Merkmale mit anderen Merkmalen zu kombinieren, seien es optionale oder nicht-optionale Merkmale, unangetastet bleiben. Furthermore, the terms "preferably", "in particular", "for example" or similar terms are used herein in connection with optional features, without limiting alternative embodiments. Thus, features introduced by these terms are optional features, and these features are not intended to limit the scope of the claims and in particular the independent claims. Thus, as the person skilled in the art will recognize, the invention can also be carried out using other embodiments. Similarly, features introduced by "in an embodiment of the invention" or by "in an embodiment of the invention" are understood to be optional features, without limiting alternative embodiments or the scope of the independent claims. Furthermore, these introductory expressions are intended to leave untouched all possibilities of combining the features introduced by them with other features, be they optional or non-optional features.

Vorteile der Erfindung Advantages of the invention

Das hierin beschriebene mikro-optomechanische System bezieht sich auf eine modulare Anordnung von mikro-optischen Komponenten und mikro-mechanischen Komponenten, die vorzugsweise zumindest teilweise durch ein dreidimensionales Strukturierungsverfahren von einfach zusammenhängenden dreidimensionalen Strukturen erzeugt werden können. Unter einer „einfach zusammenhängenden dreidimensionalen Struktur“ wird eine Struktur verstanden, die, unter Berücksichtigung von fertigungsbedingten Abweichungen, insbesondere in vom Licht durchquerten Bereichen keine geschlossenen Hohlkörper, Ringstrukturen oder Tunnel Strukturen umfasst. The micro-optomechanical system described herein relates to a modular arrangement of micro-optical components and micro-mechanical components, which can preferably be produced at least partially by a three-dimensional structuring process of simply connected three-dimensional structures. A "simply connected three-dimensional structure" is understood to mean a structure which, taking into account production-related deviations, does not comprise any closed hollow bodies, ring structures or tunnel structures, particularly in areas through which light passes.

Jedes Modul umfasst hierbei zwei Teile, einerseits ein Trägerelement, das sich über mindestens ein Verbindungselement mit mindestens einem anderen Trägerelement verbinden lässt, und andererseits eine optische Komponente, die insbesondere mindestens einen optischen Wellenleiter aufweist und mindestens ein Aufnahmeelement zur Aufnahme, Positionierung und Orientierung für mindestens eine weitere optische Komponente umfassen kann. Das mikro-optomechanische System kann insbesondere dazu eingerichtet sein, Licht zwischen verschiedenen optischen Komponenten zu übertragen und dieses zu manipulieren. Die Funktionsfähigkeit und Effizienz der mindestens zwei in dem mikro- optomechani sehen System verbundenen Module hängt maßgeblich von einer Positionierungstoleranz der Trägerelemente einschließlich der daran befestigten optischen Komponenten ab, die jeweils zusammen das betreffende Modul ausbilden. Each module comprises two parts, on the one hand a carrier element, which is connected to at least one other carrier element via at least one connecting element and, on the other hand, an optical component which in particular has at least one optical waveguide and can comprise at least one receiving element for receiving, positioning and orienting at least one further optical component. The micro-optomechanical system can in particular be designed to transmit light between different optical components and to manipulate it. The functionality and efficiency of the at least two modules connected in the micro-optomechanical system depends significantly on a positioning tolerance of the carrier elements including the optical components attached to them, which together form the respective module.

Zur Erreichung einer möglichst guten Funktionsfähigkeit und hohen Effizienz eines mikro- optomechani sehen Systems, das eine Vielzahl an Modulen umfasst, sind aufgrund einer Toleranzkette hinreichend kleine Einzeltoleranzen in den einzelnen Modulen erforderlich. Die Toleranzkette umfasst hierbei insbesondere fertigungsbedingte und montagebedingte Variationen als Summe aller anzunehmenden Unsicherheiten, vor allem Fertigungstoleranzen der Trägerelemente einschließlich der davon umfassten Fügelemente, Fügetoleranzen der Verbindung zwischen den Trägerelementen, Fertigungstoleranzen der optischen Komponenten und/oder Positionierungstoleranzen der optischen Komponenten in Bezug auf das jeweilige Trägerelement, an denen sie jeweils befestigt sind. In order to achieve the best possible functionality and high efficiency of a micro-optomechanical system that includes a large number of modules, sufficiently small individual tolerances in the individual modules are required due to a tolerance chain. The tolerance chain includes in particular production-related and assembly-related variations as the sum of all assumed uncertainties, especially manufacturing tolerances of the carrier elements including the joining elements included therein, joining tolerances of the connection between the carrier elements, manufacturing tolerances of the optical components and/or positioning tolerances of the optical components in relation to the respective carrier element to which they are attached.

Das hierin vorgeschlagene erfindungsgemäße mikro-optomechanische System dient bevorzugt als Baukastensystem für die optische Aufbau- und Verbindungstechnik und wird vorzugsweise aus vorkonfektionierten Modulen hergestellt, welche eine Positionierungs- funktionaliät eines optischen Tisches mit der optischen Funktionalität von darauf angeordneten optischen Komponenten verbindet. Dadurch wird es ermöglicht, die optischen Komponenten im mikroskopischen Maßstab innerhalb eines akzeptablen Toleranzfeldes im Submikrometerbereich zu positionieren und/oder zu justieren. Dazu sind die einzelnen optischen Komponenten in ihrer zueinander orientierten Lage vorbestimmt und vorzugsweise nur entlang der optischen Achse verschiebbar, besonders bevorzugt unveränderbar, wofür eine standardisierte Basis mit definierten Abständen zueinander, auf welche die optischen Komponenten ausgelegt werden können, bereitgestellt wird. Durch verschiedene aneinanderreihbare optische Komponenten können mikro-optomechanische Systeme verschiedener Funktionalität hergestellt werden. Hierzu werden vordefinierte Fügeelemente eingesetzt, welche Position und Orientierung der Trägerelemente und folglich hierauf befestigten optischen Komponenten festlegen. Weiterhin kann eine Verwendung eines dreidimensionalen Mikrostrukturierungsverfahrens funktionsrelevante Strukturen in Bezug auf ihre Form und Funktionalität einerseits sehr präzise und andererseits mit einem hohen Maß an Designfreiheit herstellen. Weiterhin können die Module im Falle von einfach zusammenhängenden Strukturen bevorzugt mittels eines dreidimensionalen Strukturierungsverfahrens parallelisiert in großer Stückzahl vervielfältigt werden. The micro-optomechanical system according to the invention proposed here preferably serves as a modular system for optical assembly and connection technology and is preferably manufactured from pre-assembled modules which combine a positioning functionality of an optical table with the optical functionality of optical components arranged on it. This makes it possible to position and/or adjust the optical components on a microscopic scale within an acceptable tolerance field in the sub-micrometer range. For this purpose, the individual optical components are predetermined in their oriented position relative to one another and can preferably only be moved along the optical axis, particularly preferably unchangeable, for which a standardized basis with defined distances from one another, on which the optical components can be designed, is provided. Micro-optomechanical systems with different functionalities can be manufactured by means of various optical components which can be arranged in series. For this purpose, predefined joining elements are used which determine the position and orientation of the carrier elements and consequently the optical components attached to them. Furthermore, the use of a three-dimensional microstructuring process can produce functionally relevant structures with great precision in terms of their shape and functionality, while also offering a high degree of design freedom. Furthermore, in the case of simple coherent structures are preferably reproduced in parallel in large quantities using a three-dimensional structuring process.

Aus dem Stand der Technik ist kein mikro-optomechanisches System bekannt, das eine gegenseitige und universelle Funktionalität im Hinblick auf Positionierung und Orientierung, wie sie im makroskopischen Größenbereich optische Bänke oder optische Tische bieten. Eine einfache Herabskalierung aus dem makroskopischen Bereich ist nicht möglich, insbesondere da mikroskopische Komponenten nicht einfach handhabbar, platzierbar, orientierbar und nachjustierbar sind. Aus diesem Grunde werden bislang mikro- optomechanische Systeme für jeden Einzelfall separat entwickelt, hergestellt und aufgebaut. There is no known micro-optomechanical system from the state of the art that offers mutual and universal functionality in terms of positioning and orientation, such as optical benches or optical tables in the macroscopic size range. Simple downscaling from the macroscopic range is not possible, especially since microscopic components are not easy to handle, place, orient and readjust. For this reason, micro-optomechanical systems have so far been developed, manufactured and constructed separately for each individual case.

Im Gegensatz zu der vorliegenden Erfindung offenbart DE 10 2016 221 464 Al insbesondere keine vordefinierten optischen Koppelstellen sowie keine getrennten mechanischen Verbindungen zum gegenseitigen Positionieren von optischen Komponenten. Weiterhin werden dort keine vorkonfektionierten Einheiten vorgestellt, die vorgefertigt werden und insbesondere dazu eingerichtet sind, dass sie sich bei einfachem Verbinden, insbesondere Aneinanderreihen, Zusammenklicken oder Zusammenstecken, gegenseitig ergänzen. Ebenso besteht dort nicht die Möglichkeit, vordefinierte, positionierende, insbesondere dreidimensionale mikro-optomechanische Strukturen einschließlich den Trägerelementen in einem Verfahrensschritt herzustellen. Weiterhin müssen dort die strahlformenden Elemente nicht zwingend direkt mit den optischen Komponenten verbunden sein. In contrast to the present invention, DE 10 2016 221 464 A1 does not disclose any predefined optical coupling points or separate mechanical connections for the mutual positioning of optical components. Furthermore, it does not present any prefabricated units that are prefabricated and are designed in particular to complement each other when simply connected, in particular by lining up, clicking or plugging together. Likewise, it does not provide the option of producing predefined, positioning, in particular three-dimensional micro-optomechanical structures including the carrier elements in one process step. Furthermore, the beam-forming elements do not necessarily have to be connected directly to the optical components.

Erfindungsgemäß wird demgegenüber vorgeschlagen, eine möglichst universelle Plattform mit vordefinierten mechanischen und hierauf abgestimmten optischen Koppelstellen bereit zu stellen, welche eine gegenseitige zentrierende und ausrichtende Funktion ausüben. Bislang sind keine Standards für optische Kopplungen zwischen verschiedensten optischen Komponenten bekannt. Die hier vorgestellte Erfindung ermöglicht es, ein mikro- optomechanisches System durch einfaches Aneinanderreihen, Zusammenklicken oder Zusammenstecken mit höchster Präzision im Submikrometer-Bereich aufzubauen. In contrast, the invention proposes to provide a platform that is as universal as possible with predefined mechanical and coordinated optical coupling points that perform a mutual centering and aligning function. To date, no standards for optical couplings between a wide variety of optical components are known. The invention presented here makes it possible to build a micro-optomechanical system by simply lining them up, clicking them together or plugging them together with the highest precision in the submicrometer range.

Weiterhin kann durch Auswahl eines Formgedächtnismaterials als Werkstoff eine „selbstreparierende“ Wirkung des mikro-optomechani sehen Systems oder einzelner Module ermöglicht werden. Durch diese Auswahl des Materials in Kombination mit einer einfach zusammenhängenden Struktur wird es zudem möglich, die Module parallelisiert in großer Stückzahl durch dreidimensionale Strukturierungsverfahren herzustellen, insbesondere mit senkrecht zur Entformungsrichtung liegender optischer Achse. Kurze Beschreibung der Figuren Furthermore, by selecting a shape memory material as the material, a "self-repairing" effect of the micro-optomechanical system or individual modules can be made possible. This selection of material in combination with a simple, connected structure also makes it possible to produce the modules in parallel in large quantities using three-dimensional structuring processes, in particular with the optical axis perpendicular to the demolding direction. Short description of the characters

Weitere Einzelheiten und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen, insbesondere in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele sind schematisch in den nachfolgenden Figuren dargestellt. Hierbei bezeichnen gleiche Bezugsziffern in den Figuren gleiche oder funktionsgleiche Elemente bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente. Im Einzelnen zeigen: Further details and features of the present invention emerge from the following description of preferred embodiments, in particular in conjunction with the dependent claims. The respective features can be implemented alone or in combination with one another. The invention is not limited to the embodiments. The embodiments are shown schematically in the following figures. The same reference numbers in the figures designate the same or functionally identical elements or elements that correspond to one another in terms of their functions. In detail:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines mikro- optomechani sehen Systems gemäß der vorliegenden Erfindung in Draufsicht (Figuren la und 1b) und in Seitenansicht (Figur 1c); Figure 1 is a schematic representation of an embodiment of a micro-optomechanical system according to the present invention in plan view (Figures 1a and 1b) and in side view (Figure 1c);

Figur 2 eine schematische Darstellung eines möglichen optischen Aufbaus als Ausführung eines Moduls gemäß der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Darstellung; Figure 2 is a schematic representation of a possible optical structure as an embodiment of a module according to the present invention in perspective representation;

Figur 3 eine bevorzugte Ausführung eines Moduls in schematischer Darstellung, umfassend ein selbstzentrierendes, zur Aufnahme von zylinderförmigen Objekten eingerichtetes Aufnahmeelement in perspektivischer Darstellung;Figure 3 shows a preferred embodiment of a module in a schematic representation, comprising a self-centering receiving element designed to receive cylindrical objects in a perspective representation;

Figur 4 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des mikro- optomechani sehen Systems gemäß der vorliegenden Erfindung in Draufsicht;Figure 4 is a schematic representation of another embodiment of the micro-optomechanical system according to the present invention in plan view;

Figur 5 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des mikro- optomechani sehen Systems gemäß der vorliegenden Erfindung in Draufsicht;Figure 5 is a schematic representation of another embodiment of the micro-optomechanical system according to the present invention in plan view;

Figur 6 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein Aufbringen eines noch nicht mit einer optischen Komponente ausgestatteten Moduls auf einer Trägerebene in perspektivischer Ansicht; Figure 6 is a schematic representation of an embodiment for applying a module not yet equipped with an optical component to a carrier plane in a perspective view;

Figur 7 schematische perspektivische Darstellungen von Ausführungsbeispielen selbstzentrierender Fügeelemente an den Trägerelementen an Modulen; Figure 7 schematic perspective representations of embodiments of self-centering joining elements on the support elements on modules;

Figur 8 Detailansicht zweier gefügter Elemente in Schnittdarstellung; Figure 8 Detailed view of two joined elements in sectional view;

Figur 9 zwei schematische Darstellungen weiterer Ausführungsbeispiele eines Moduls gemäß der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Ansicht; Figure 9 shows two schematic representations of further embodiments of a module according to the present invention in perspective view;

Figur 10 eine schematische Darstellung einer Detailansicht des Ausführungsbeispiels aus Figur 9a in perspektivischer Ansicht; Figure 10 is a schematic representation of a detailed view of the embodiment from Figure 9a in perspective view;

Figur 11 zwei schematische Darstellungen weiterer Ausführungsbeispiele eines Moduls gemäß der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Ansicht; Figure 11 shows two schematic representations of further embodiments of a module according to the present invention in perspective view;

Figur 12 vier schematische Darstellungen des modularen Prinzips mit unterschiedlich positionierten optischen Achsen; Figur 13 drei schematische Darstellungen weiterer Ausführungsbeispiele eines Moduls gemäß der vorliegenden Erfindung in Draufsicht (Figuren 13a und 13b) und in perspektivischer Ansicht (Figur 13c); Figure 12 four schematic representations of the modular principle with differently positioned optical axes; Figure 13 shows three schematic representations of further embodiments of a module according to the present invention in plan view (Figures 13a and 13b) and in perspective view (Figure 13c);

Figur 14 drei schematische Darstellungen, einerseits als Ausführungsbeispiel eines replizierten Moduls direkt nach einem Replikationsvorgang (Figur 14a) und andererseits eine Bearbeitungsvorrichtung zum Entfernen einer Restträgerschicht, perspektivisch (Figur 14b) und als Schnitt (Figur 14c); Figure 14 shows three schematic representations, on the one hand as an embodiment of a replicated module directly after a replication process (Figure 14a) and on the other hand a processing device for removing a residual carrier layer, in perspective (Figure 14b) and as a section (Figure 14c);

Figur 15 eine schematische Ausführung eines Moduls, das ein Trägerelement aufweist, das zur Aufnahme von drei Komponenten eingerichtet ist; Figure 15 shows a schematic embodiment of a module having a carrier element adapted to receive three components;

Figur 16 eine schematische Ausführung eines Moduls zur optischen Kopplung zweier optischer Komponenten; Figure 16 shows a schematic design of a module for optically coupling two optical components;

Figur 17 eine schematische Ausführung des mikro-optomechani sehen Systems zur Kopplung zweier Chips (Figur 17a) und eine schematische Ausführung des in Figur 17a dargestellten Moduls (Figur 17b), beide in perspektivischer Darstellung; Figure 17 shows a schematic embodiment of the micro-optomechanical system for coupling two chips (Figure 17a) and a schematic embodiment of the module shown in Figure 17a (Figure 17b), both in perspective view;

Figur 18 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des mikro- optomechani sehen Systems gemäß der vorliegenden Erfindung in Draufsicht;Figure 18 is a schematic representation of another embodiment of the micro-optomechanical system according to the present invention in plan view;

Figur 19 eine schematische Darstellung eines Schnittes durch ein in einer Fügevorrichtung positioniertes optisches Element; Figure 19 is a schematic representation of a section through an optical element positioned in a joining device;

Figur 20 eine schematische Ausführung eines mikrooptischen Systems in Draufsicht, Figur 21 das in Figur 13a schematisch dargestellte mikrooptische System, schematisch mittels einer räumlich getrennten Trägereinheit erweitert und ein weiteres strahlformendes Element aufweisend; Figure 20 shows a schematic embodiment of a micro-optical system in plan view, Figure 21 shows the micro-optical system shown schematically in Figure 13a, schematically extended by means of a spatially separated carrier unit and having a further beam-forming element;

Figur 22 schematische Darstellungen eines optischen Aufbaus als Ausführung eines Moduls in perspektivischer Darstellung; und Figure 22 schematic representations of an optical structure as an embodiment of a module in perspective representation; and

Figur 23 eine weitere schematische Ausführung eines mikrooptischen Systems in verschiedenen Darstellungen. Figure 23 shows another schematic embodiment of a micro-optical system in different representations.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Description of the embodiments

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines mikro- optomechani sehen Systems 10 gemäß der vorliegenden Erfindung in Draufsicht (Figuren la und 1b) sowie in Seitenansicht (Figur 1c). In Figur 1b sind zwei verschiedene Module 150, 160 als getrennte Einheiten dargestellt, die, wie Figur la zeigt, zu dem gewünschten mikro- optomechani sehen System 10 zusammengefügt werden können. Jedes der beiden Module 150, 160 verfügt über eine optische Komponente 60, 70, wobei jede der optischen Komponenten 60, 70 an einem der Trägerelemente 40, 50 befestigt ist, wobei jede der optischen Komponenten 60, 70 eine optische Koppelstelle 80, 90 aufweist. Die optische Komponente 70 ist auf einem Plateau 35 aufgebracht, welches die Höhe derart ausgleicht, dass die optische Achse 140 mit den optischen Koppelstellen 80, 90 übereinstimmt. Die beiden Module 150, 160 lassen sich gemäß Figur la über die optischen Koppelstellen 80, 90 zwischen strahlformenden Elementen 100, 110 über eine optische Achse 140 an einer optischen Koppelstelle 604 zwischen den beiden Modulen 150, 160 optisch miteinander koppeln, in dieser Ausführung mittels eines kollimierten Lichtstrahls 120, der einen definierten Strahldurchmesser 121 aufweist. Figure 1 shows a schematic representation of an embodiment of a micro-optomechanical system 10 according to the present invention in plan view (Figures 1a and 1b) and in side view (Figure 1c). In Figure 1b, two different modules 150, 160 are shown as separate units, which, as Figure 1a shows, can be combined to form the desired micro-optomechanical system 10. Each of the two modules 150, 160 has an optical component 60, 70, wherein each of the optical components 60, 70 is attached to one of the carrier elements 40, 50, wherein each of the optical components 60, 70 has an optical coupling point 80, 90. The optical Component 70 is mounted on a plateau 35, which compensates the height in such a way that the optical axis 140 coincides with the optical coupling points 80, 90. According to Figure 1a, the two modules 150, 160 can be optically coupled to one another via the optical coupling points 80, 90 between beam-forming elements 100, 110 via an optical axis 140 at an optical coupling point 604 between the two modules 150, 160, in this embodiment by means of a collimated light beam 120 which has a defined beam diameter 121.

Erfindungsgemäß stellt sich die optische Kopplung 604 automatisch durch Aneinanderreihen, Zusammenklicken oder Zusammenstecken der zwei Module 150, 160 entlang der optischen Achse 140 ein, da jedes der Trägerelemente 40, 50 ein Verbindungselement 20, 30 aufweist, wobei jedes Verbindungselement 20, 30 über ein selbstzentrierendes Fügeelement verfügt. Hierbei passen die Fügeelemente jedes Moduls 150, 160 derart zueinander, dass sich die Trägerelemente 40, 50 mittels der Fügeelemente lösbar oder unlösbar mechanisch miteinander verbinden lassen. Wie in den Figuren la und 1b schematisch dargestellt, greifen hierbei die Fügeelemente strukturell ineinander. Wie Figur 1c zeigt, sind die Module 150, 160 des vorliegenden mikro-optomechani sehen Systems 10 zudem auf einer gemeinsamen Trägerebene 130 angeordnet. According to the invention, the optical coupling 604 is automatically set up by lining up, clicking or plugging together the two modules 150, 160 along the optical axis 140, since each of the carrier elements 40, 50 has a connecting element 20, 30, wherein each connecting element 20, 30 has a self-centering joining element. The joining elements of each module 150, 160 fit together in such a way that the carrier elements 40, 50 can be mechanically connected to one another in a detachable or non-detachable manner by means of the joining elements. As shown schematically in Figures 1a and 1b, the joining elements structurally interlock. As Figure 1c shows, the modules 150, 160 of the present micro-optomechanical system 10 are also arranged on a common carrier plane 130.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines optischen Aufbaus als mögliche Ausführung eines Moduls 166, 167, 168 in perspektivischer Darstellung. Dargestellt ist eine optische Kopplung innerhalb des Moduls 166, 167, 168, welche eine montierte Einzelmoden-Faser 61 mit einer zweiten montierten Einzelmoden-Faser 71 optisch koppelt, die jeweils einen Durchmesser von 125 pm aufweisen. Zwischen zwei als Klemmvorrichtungen ausgeführten selbstzentrierenden Aufnahmeelementen 161, 162, in denen jeweils eine Glasfaser 61, 71 als die optische Komponente 60, 70 eingebracht ist, befindet sich das mindestens eine strahlformende Element, das in Figur 2a als einzelne optische Linse 101a, in Figur 2b als Linsensystem aus zwei optischen Linsen 101b, 102b und in Figur 2c als Linsensystem aus drei optischen Linsen 101c, 102c, 103c ausgeführt ist. Sowohl die dargestellten optischen Linsen 101a, 101b, 101c, 102b, 102c, 103c als auch die Aufnahmeelemente 161, 162 bilden jeweils eine dreidimensionale, einfach zusammenhängende Struktur aus. Figure 2 shows a schematic representation of an optical structure as a possible embodiment of a module 166, 167, 168 in perspective. Shown is an optical coupling within the module 166, 167, 168, which optically couples a mounted single-mode fiber 61 to a second mounted single-mode fiber 71, each of which has a diameter of 125 pm. Between two self-centering receiving elements 161, 162 designed as clamping devices, in each of which a glass fiber 61, 71 is introduced as the optical component 60, 70, there is at least one beam-forming element, which is designed in Figure 2a as a single optical lens 101a, in Figure 2b as a lens system of two optical lenses 101b, 102b and in Figure 2c as a lens system of three optical lenses 101c, 102c, 103c. Both the optical lenses 101a, 101b, 101c, 102b, 102c, 103c shown and the receiving elements 161, 162 each form a three-dimensional, simply connected structure.

Figur 3 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung eine bevorzugte Ausführung eines Moduls 150, das das selbstzentrierende Aufnahmeelement 161 umfasst, das insbesondere zur Aufnahme von zylinderförmigen optischen Komponenten 60, vorzugsweise einer Glasfaser 61, eingerichtet ist. In Unterscheidung zu Figur 2 ist der optische Aufbau des Moduls 150, umfassend eine Aufnahmevorrichtung 161 und eine Glasfaser 61, als einzelne Aufnahmevorrichtung 161 für die Glasfaser 61 ausgeführt und dient in dem Ausführungsbeispiel in Figur 3 nur zur Aufnahme einer Singlemoden-Faser 60, 61. Figure 3 shows a schematic perspective view of a preferred embodiment of a module 150 which comprises the self-centering receiving element 161, which is designed in particular to receive cylindrical optical components 60, preferably a glass fiber 61. In contrast to Figure 2, the optical structure of the module 150, comprising a receiving device 161 and a glass fiber 61, is designed as a single Receiving device 161 for the glass fiber 61 and serves in the embodiment in Figure 3 only to accommodate a single-mode fiber 60, 61.

Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des mikro- optomechani sehen Systems 10 gemäß der vorliegenden Erfindung in Draufsicht. Dieses Ausführungsbeispiel umfasst drei Trägerelemente 170, 180, 190, auf die jeweils mindestens eine optische Komponente 171, 181, 191 aufgebracht ist, die über die strahlformenden Elemente 172, 182, 192 verfügen, wobei an den optischen Koppelstellen 170a, 170b, 180a, 190a jeweils eine optische Verbindung von zwei der optischen Komponenten 171, 181, 191 vorliegt. Die Trägerelemente 180, 190 sind jeweils mechanisch mittels zueinander passenden und untereinander identischen Verbindungselementen 20, 30 mit dem Trägerelement 170 verbunden. Die Trägerelemente 170, 180, 190 verfügen zudem über weitere identische Verbindungselemente 20, 30, womit sich weitere Trägerelemente an eines der Trägerelemente 170, 180, 190 ankoppeln lassen. Wie aus Figur 4 hervorgeht, weist das Trägerelement 170 eine Größe auf, die von Größe und Form der Trägerelemente 180, 190, die jeweils in einer bevorzugten Standardgröße und Standardform ausgeführt sind, abweicht. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, unterschiedliche horizontale oder vertikale (nicht dargestellt) Geometrien für die Trägerelemente 170, 180, 190 zu wählen, so dass sich ein Winkel in einer horizontalen Ebene zwischen bevorzugten optischen Achsen 140 der Module 170, 190 einstellen kann. Weiterhin weist in gemäß Figur 4 schematisch dargestellte mikro-optomechanische System 10 die strahlformenden Elemente 195a, 195b auf, die hier als optisches Umlenkelement ausgeführt sind; als innerhalb des strahlformenden Elementes umlenkendes Element 195a oder als außerhalb des strahlformenden Elementes umlenkendes Element 195b; weitere Ausführungen der strahlformenden Elemente 195a und 195 sind jedoch möglich. Die optische Komponente 171 ist hier so ausgeführt, dass sie in den Strahlengang der optischen Achse 140 eingelegt werden kann. Figure 4 shows a schematic representation of a further embodiment of the micro-optomechanical system 10 according to the present invention in plan view. This embodiment comprises three carrier elements 170, 180, 190, to each of which at least one optical component 171, 181, 191 is applied, which have the beam-forming elements 172, 182, 192, wherein at the optical coupling points 170a, 170b, 180a, 190a there is an optical connection of two of the optical components 171, 181, 191. The carrier elements 180, 190 are each mechanically connected to the carrier element 170 by means of matching and identical connecting elements 20, 30. The carrier elements 170, 180, 190 also have further identical connecting elements 20, 30, with which further carrier elements can be coupled to one of the carrier elements 170, 180, 190. As can be seen from Figure 4, the carrier element 170 has a size that differs from the size and shape of the carrier elements 180, 190, which are each designed in a preferred standard size and standard shape. Alternatively or additionally, it is also possible to select different horizontal or vertical (not shown) geometries for the carrier elements 170, 180, 190, so that an angle can be set in a horizontal plane between preferred optical axes 140 of the modules 170, 190. Furthermore, the micro-optomechanical system 10 shown schematically in Figure 4 has the beam-forming elements 195a, 195b, which are designed here as an optical deflection element; as a deflecting element 195a inside the beam-forming element or as a deflecting element 195b outside the beam-forming element; however, other designs of the beam-forming elements 195a and 195 are possible. The optical component 171 is designed here such that it can be inserted into the beam path of the optical axis 140.

Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des mikro- optomechani sehen Systems 10 gemäß der vorliegenden Erfindung in Draufsicht, welches die beiden Trägerelemente 180, 196 umfasst. Während auf dem Trägerelement 180 mittels eines nicht dargestellten Aufnahmeelements ein kantenemittierender Laserchip (engl. distributed feedback laser; DFB) 210 aufgebracht ist, befinden sich auf dem Trägerelement 196 zwei Leiterbahnen 200, 205, die zur elektrischen Kontaktierung des mikro- optomechani sehen Systems 10 eingerichtet sind. Alternativ (nicht dargestellt) kann ein oberflächenemittierender Laserchip verwendet werden, der schräg angeordnet ist oder mittels einer Linse einen Strahl parallel zur Modul Oberfläche auskoppelt. Zwischen den Leiterbahnen 200, 205 und zur elektrischen Kontaktierung des Laserchips 210 eingerichteten Kontaktpads 211, 212 sind entsprechend der Darstellung in Figur 4 elektrische Verbindungen in Form von Wire-Bonds 201, 202 vorgesehen. Figure 5 shows a schematic representation of a further embodiment of the micro-optomechanical system 10 according to the present invention in plan view, which comprises the two carrier elements 180, 196. While an edge-emitting laser chip (distributed feedback laser; DFB) 210 is applied to the carrier element 180 by means of a receiving element (not shown), there are two conductor tracks 200, 205 on the carrier element 196, which are designed to electrically contact the micro-optomechanical system 10. Alternatively (not shown), a surface-emitting laser chip can be used, which is arranged at an angle or couples out a beam parallel to the module surface by means of a lens. Between the conductor tracks 200, 205 and the carrier element 196, which are designed to electrically contact the laser chip 210, Contact pads 211, 212 are provided with electrical connections in the form of wire bonds 201, 202 as shown in Figure 4.

Figur 6 zeigt drei schematische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels für ein Aufbringen eines mit keiner optischen Komponente ausgestatteten Moduls 1202 auf der Trägerebene 130. Die Trägerebene 130 ist hierbei mittels eines selbstzentrierenden Aufnahmeelements 221, 222, 223, 224, 225 zum Anbringen des Moduls 1202 auf der Trägerebene 130 eingerichtet, während das Modul 1202 dazu passende Aufnahmeelemente 230 und 231 aufweist. Zu diesem Zweck umfasst das in Figur 6a schematisch dargestellte Aufnahmeelement zwei Elemente 221 mit in einer Richtung ausgeführten Aufnahmeelementen mit einem horizontalen Freiheitsgrad, in Figur 6b jeweils zwei Elemente 222 und 223 mit in zwei Richtungen ausgeführten Aufnahmeelementen für zwei eindimensionale Freiheitsgrade und in Figur 6c Elemente 224, 225 mit in einer Richtung ausgeführten Aufnahmeelementen für einen eindimensionalen Freiheitsgrad mit Anschlag, die sich zur Positionierung, Orientierung und Fixierung des Moduls 1202 in Bezug auf die Trägerebene 130 eignen. Die Fixierung kann hierbei eine lösbare oder unlösbare Befestigung des Moduls 1202 auf der Trägerebene 130 umfassen. Zudem ist die in Figur 6 schematisch dargestellte Trägerebene 130 mit Verbindungselementen 250, 260 ausgestattet, um an die Trägerebene 130 weitere Trägerebenen anzubringen. Vorzugsweise können viele Module auf der Trägerebene 130 untergebracht werden. Das auf der Trägerebene 130 befestigte Modul 1202 kann wiederum Verbindungselemente zu mindestens einer weiteren Trägerebene aufweisen (nicht dargestellt). Figure 6 shows three schematic representations of an embodiment for applying a module 1202, which is not equipped with an optical component, to the carrier plane 130. The carrier plane 130 is set up by means of a self-centering receiving element 221, 222, 223, 224, 225 for attaching the module 1202 to the carrier plane 130, while the module 1202 has matching receiving elements 230 and 231. For this purpose, the receiving element shown schematically in Figure 6a comprises two elements 221 with receiving elements designed in one direction with one horizontal degree of freedom, in Figure 6b two elements 222 and 223 each with receiving elements designed in two directions for two one-dimensional degrees of freedom and in Figure 6c elements 224, 225 with receiving elements designed in one direction for a one-dimensional degree of freedom with a stop, which are suitable for positioning, orienting and fixing the module 1202 in relation to the support plane 130. The fixation can comprise a detachable or non-detachable fastening of the module 1202 on the support plane 130. In addition, the support plane 130 shown schematically in Figure 6 is equipped with connecting elements 250, 260 in order to attach further support planes to the support plane 130. Preferably, many modules can be accommodated on the support plane 130. The module 1202 attached to the support plane 130 can in turn have connecting elements to at least one further support plane (not shown).

Figur 7 zeigt schematische perspektivische Darstellungen von Ausführungsbeispielen selbstzentrierender Fügeelemente 300, 310, 320, 330 an den Trägerelementen 40, 50 von Modulen. Die in Figur 7 dargestellten Fügeelemente 300, 310, 320, 330 treten bevorzugt paarweise auf, um sinngemäß als zu fügendes Element und die dafür vorgesehene Aufnahme auf einer oder jeweils einer Seite eines Moduls zu wirken. Weitere Ausführungen (nicht dargestellt) sind jedoch denkbar, insbesondere eine wiederholte Ausführung. Weiterhin kann auch eine Positionierungsschräge 1108 in Form einer Montagerampe oder Stufe eine Ausführung eines Fügeelementes darstellen. Figure 7 shows schematic perspective representations of embodiments of self-centering joining elements 300, 310, 320, 330 on the support elements 40, 50 of modules. The joining elements 300, 310, 320, 330 shown in Figure 7 preferably appear in pairs in order to act as the element to be joined and the receptacle provided for it on one or both sides of a module. However, other designs (not shown) are conceivable, in particular a repeated design. Furthermore, a positioning slope 1108 in the form of an assembly ramp or step can also represent a design of a joining element.

Figur 7a zeigt das selbstzentrierende Fügeelement 300, das in vertikaler Richtung veijüngend ausgeführt ist, insbesondere um sowohl eine vertikal, als auch horizontal positionsgebende Funktion einzunehmen, als auch um bei einem dreidimensionalen Strukturierungsverfahren durch eine unterseitig erzeugte durchgehende Kante, welche eine Schnittkante zum definierten Ausschneiden des Moduls von einer Restträgerschicht darstellt, einfacher von der Restträgerschicht trennbar zu sein. Weiterhin ist bei einer invers zu der Form des Verbindungselementes 300 ausgeführtes Aufnahmeelement durch die hinterschnittene vertikale Richtung ein Höhenanschlag definiert, über welchen sich die Höhe der zu fügenden Trägerelemente einstellen lässt. Figure 7a shows the self-centering joining element 300, which is designed to be tapered in the vertical direction, in particular in order to take on both a vertical and horizontal positioning function, as well as to be easier to separate from the remaining carrier layer in a three-dimensional structuring process by means of a continuous edge produced on the underside, which represents a cutting edge for the defined cutting of the module from a remaining carrier layer. Furthermore, in the case of an inverse The receiving element designed to match the shape of the connecting element 300 defines a height stop through the undercut vertical direction, via which the height of the support elements to be joined can be adjusted.

Figur 7b zeigt das selbstzentrierende Fügeelement 310, das eine so genannte „2,5- dimensionale“ Struktur aufweist. Das hier dargestellte Fügeelement 310 umfasst eine einseitige paarweise Anordnung von Aufnahmeelementen 311, 312, welche einen horizontalen Winkelfehler zweier miteinander verbundener und zueinander orientierter Module besser ausgleicht, als mit einem Fügeelement. Diese Anzahl lässt sich beliebig erhöhen. In der 2,5-dimensionalen Ausführung kann die Grundfläche als Anschlag zur Höhendefinition verwendet werden. Figure 7b shows the self-centering joining element 310, which has a so-called "2.5-dimensional" structure. The joining element 310 shown here comprises a one-sided paired arrangement of receiving elements 311, 312, which compensates for a horizontal angle error between two modules connected to one another and oriented to one another better than with one joining element. This number can be increased as required. In the 2.5-dimensional version, the base area can be used as a stop for defining the height.

Figur 7c zeigt das weitere selbstzentrierende Fügeelement 320, das zusätzliche hinterschnittene Strukturen aufweist, die dazu eingerichtet sind, in Verbindung mit den Fügeelementen 300 oder 310 die Trägerelemente der Module auch in vertikaler Richtung in Kombination mit einem weiteren passenden Fügeelement gegen eine Depositionierung zu sichern. Figure 7c shows the further self-centering joining element 320, which has additional undercut structures which, in conjunction with the joining elements 300 or 310, are designed to secure the support elements of the modules against deposition also in the vertical direction in combination with another suitable joining element.

Figur 7d zeigt ein weiteres selbstzentrierende Fügeelement 330, das doppelt hinterschnittene Strukturen aufweist, die dazu eingerichtet sind, die Trägerelemente der Module sowohl in vertikaler Richtung gegen eine Depositionierung, als auch zwei gefügte Einheiten gegen ein horizontales Auseinanderziehen zu sichern. Eine hierzu inverse Struktur (nicht dargestellt) kann nach oben hin offen sein, um das Aufnahmeelement von oben in das Verbindungselement einzuführen. Figure 7d shows another self-centering joining element 330, which has double undercut structures that are designed to secure the support elements of the modules both in the vertical direction against deposition and to secure two joined units against horizontal pulling apart. An inverse structure (not shown) can be open at the top in order to insert the receiving element into the connecting element from above.

Figur 8 zeigt schematisch eine Detailansicht zweier gefügter Elemente in Schnittdarstellung, insbesondere zur Verbindung zweiter Trägerelemente 331, 332. Alternativ kann Figur 8 die Verbindung einer optischen Komponente und/oder einer elektronischen Komponente mit einem Trägerelement und/oder einer Trägerebene zeigen. Dargestellt sind, durch die Mittellinie getrennt, zwei verschiedene Ausführungsformen links und rechts der Mittellinie. Die Positionierung quer zur Fügerichtung wird über Strukturen 333 und 334 in Form von Stecker und Kupplung festgelegt. 333 ist hier als Pyramiden- oder Dreieckstruktur ausgeführt, 334 als Zylinderstruktur; weitere Formen sind jedoch möglich. Die Positionierung in Fügerichtung wird über eine Lage von Strukturflächen 339 definiert, welche mechanisch aneinandergepresst werden. Hierzu werden zwei hinterschnittene Flächenstrukturen 336, 338 in Fügerichtung verwendet. Die Flächenstrukturen 336, 338 sind bevorzugt so ausgestaltet, dass sie sich bei einem Fügevorgang elastisch und/oder elastisch plastisch von der Mittellinie nach außen hin dehnen und/oder strecken und/oder spreizen und in der hinterschnittenen Endlage einrasten. Die Flächenstruktur 336 ist mit einem homogenen Übergang und somit als besser lösbare Verbindung ausgeführt. Die Flächenstruktur 337 weist demgegenüber eine scharfe, hinterschnittene Kante auf, welche eine Lagerung stabiler gestaltet aber, ein Lösen der Verbindung erschwert. Je größer der Winkel 337 eingestellt ist, desto schärfer ist eine hinterschnittene Strukturfläche 335 der Strukturfläche 339 und damit die Lagerung stabiler und schwieriger lösbar. Figure 8 shows a schematic detailed view of two joined elements in a sectional view, in particular for connecting two carrier elements 331, 332. Alternatively, Figure 8 can show the connection of an optical component and/or an electronic component to a carrier element and/or a carrier plane. Two different embodiments to the left and right of the center line are shown, separated by the center line. The positioning transverse to the joining direction is determined by structures 333 and 334 in the form of a plug and coupling. 333 is designed here as a pyramid or triangular structure, 334 as a cylinder structure; however, other shapes are possible. The positioning in the joining direction is defined by a layer of structural surfaces 339, which are mechanically pressed together. For this purpose, two undercut surface structures 336, 338 are used in the joining direction. The surface structures 336, 338 are preferably designed such that they stretch and/or extend and/or spread elastically and/or elastically plastically from the center line outwards during a joining process and engage in the undercut end position. The surface structure 336 is designed with a homogeneous transition and thus as a connection that is easier to release. The surface structure 337, on the other hand, has a sharp, undercut edge, which makes the bearing more stable but makes it more difficult to release the connection. The larger the angle 337 is set, the sharper the undercut structure surface 335 of the structure surface 339 is and thus the bearing is more stable and more difficult to release.

Figur 9 zeigt eine Ausführung eines chipintegrierenden Moduls 420, 430 in perspektivischer Darstellung. Auf einem Trägerelement 421 befindet sich jeweils ein optischer Aufbau, umfassend einen Laserchip 401, Aufnahmeelemente 402, Niederhalter 503, sowie strahlformende Elemente 404a und 404b. Bei der Montage wird der Laserchip 401 positioniert und in einen Niederhalter 503 und die Aufnahmeelemente 402 eingesetzt, anschließend kann der Laserchip 401 nachjustiert werden. Zur Positionierung sind auf oder in der Oberfläche des Laserchips 401 definierte Kanten und Flächen eingebracht, auf welche zur mechanischen Positionierung planare, darauf abgestimmte Anschläge auf dem Trägerelement 421 angebracht sind, welche den Laserchip 401 eben translatorisch und rotatorisch exakt positionieren. Die zur Positionierung des Laserchips 401 verwendete Flächenpaarung ist hierbei zusammen mit diesem hergestellt und in Form von Tiefenätzungen mit vertikal glatten Kanten ausgeführt. Durch die Fügeelemente 405, 406 des Trägerelements 421 lassen sich weitere Module, insbesondere Trägerelemente, durch Anfügen exakt positioniert verbinden. Hierdurch kann eine optische Achse zur Kopplung zwischen beiden Modulen definiert werden. Diese ist in diesem Ausführungsbeispiel durch das strahlformende Element 404a, 404b und hiermit gebildete optischen Koppelstellen definiert und danach ausgerichtet. Das strahlformende Element 404a, 404b manipuliert hier das Licht dahingehend, dass es auf dem angefügten Modul in eine weitere optische Komponente eingekoppelt werden kann. Alternativ (nicht dargestellt) kann mindestens eine Markierung auf dem Trägerelement 421 zur Positionierung und Ausrichtung des Laserchips 401 verwendet werden. Außerhalb des tiefengeätzten Bereiches weist der Laserchip 401 eine raue Undefinierte Sägekante 408 aus, die aufgrund unzureichend definierter Geometrie in Form und Planarität nicht als Positionierungsfläche verwendet werden kann. Figure 9 shows a design of a chip-integrating module 420, 430 in perspective. On a carrier element 421 there is an optical structure comprising a laser chip 401, receiving elements 402, hold-down device 503, and beam-forming elements 404a and 404b. During assembly, the laser chip 401 is positioned and inserted into a hold-down device 503 and the receiving elements 402, after which the laser chip 401 can be readjusted. For positioning, defined edges and surfaces are introduced on or in the surface of the laser chip 401, to which planar, coordinated stops are attached on the carrier element 421 for mechanical positioning, which precisely position the laser chip 401 in a translational and rotational manner. The surface pairing used to position the laser chip 401 is manufactured together with it and is designed in the form of deep etchings with vertically smooth edges. The joining elements 405, 406 of the carrier element 421 allow further modules, in particular carrier elements, to be connected in a precisely positioned manner by attaching them. This allows an optical axis to be defined for coupling between the two modules. In this exemplary embodiment, this is defined by the beam-forming element 404a, 404b and the optical coupling points formed thereby and aligned accordingly. The beam-forming element 404a, 404b manipulates the light so that it can be coupled into a further optical component on the attached module. Alternatively (not shown), at least one marking on the carrier element 421 can be used to position and align the laser chip 401. Outside the deep-etched area, the laser chip 401 has a rough, undefined saw edge 408, which cannot be used as a positioning surface due to insufficiently defined geometry in shape and planarity.

Figur 9a zeigt eine Ausführung des Moduls 420, auf dem mittels eines mikrolithographischen Strukturierungsverfahrens eine Linse auf dem Laserchip 401 als das strahlformende Element 404a erzeugt wurde. Figure 9a shows an embodiment of the module 420 on which a lens was produced on the laser chip 401 as the beam-shaping element 404a by means of a microlithographic structuring process.

Figur 9b zeigt eine Ausführung des Moduls 430 mit einer Linse als das strahlformende Element 404b in Form einer einfach zusammenhängenden dreidimensionalen Struktur, die mittels eines dreidimensionalen Strukturierungsverfahrens, insbesondere mittels einer Replikation, zusammen mit dem Volumen des Trägerelements 421 als Teil des optischen Aufbaus hergestellt wurde. Die Linse ist derart ausgestaltet, dass sie die Koppelstelle des optischen Ausgangs eines kantenemittierenden Laserchips (engl. distributed feedback laser; DFB) berührt. Alternativ (nicht dargestellt) kann ein oberflächenemittierender Laserchip verwendet werden, der schräg angeordnet ist oder mittels einer Linse einen Strahl parallel zur Modul Oberfläche auskoppelt. Weiterhin ist es möglich, den Zwischenraum zwischen dem Laserchips 401 und der Linse mit einem weiteren transparenten Material zu auszufüllen. Figure 9b shows an embodiment of the module 430 with a lens as the beam-forming element 404b in the form of a simply connected three-dimensional structure, which is produced by means of a three-dimensional structuring process, in particular by means of a Replication, together with the volume of the carrier element 421 as part of the optical structure. The lens is designed in such a way that it touches the coupling point of the optical output of an edge-emitting laser chip (distributed feedback laser; DFB). Alternatively (not shown), a surface-emitting laser chip can be used that is arranged at an angle or couples out a beam parallel to the module surface by means of a lens. It is also possible to fill the space between the laser chip 401 and the lens with another transparent material.

Figur 10 zeigt einen Ausschnitt 440 aus Figur 9a in perspektivischer Darstellung mit den Aufnahmeelementen 402, den Niederhaltern 503, dem Laserchip 401 und dem strahlformendem Element 404a. Die Aufnahmeelemente 402 und die Niederhalter 503 verfügen über Flächen mit technischer Funktionalität eines Aufnahmeelements in Form eines mechanischen Anschlags, welche durch Kontakt eine Paarung bilden und den Laserchip 401 positionieren. Eine Paarungsgegenfläche auf dem Laserchip 401 in Form von Tiefenätzungen dient als Aufnahmeelement 403 in Form eines mechanischen Anschlags, ist zusammen mit diesem hergestellt und bildet eine definierte Fläche aus. Außerhalb des tiefengeätzten Bereiches weist der Laserchip 401 eine raue Undefinierte Sägekante 408 aus, die aufgrund unzureichend definierter Geometrie in Form und Planarität nicht als Positionierungsfläche verwendet werden kann. Die über einen Winkel angestellten 407 Niederhalter 503 halten den Laserchip 401 in Position und drücken ihn vertikal nach unten in seine durch die Positionierungselemente definierte Position und verhindern zudem ein Lösen, Verkippen, Verdrehen und Verschieben des Laserchips 401. Figure 10 shows a section 440 from Figure 9a in perspective view with the receiving elements 402, the hold-down devices 503, the laser chip 401 and the beam-forming element 404a. The receiving elements 402 and the hold-down devices 503 have surfaces with the technical functionality of a receiving element in the form of a mechanical stop, which form a pair through contact and position the laser chip 401. A mating counter surface on the laser chip 401 in the form of deep etchings serves as a receiving element 403 in the form of a mechanical stop, is manufactured together with it and forms a defined surface. Outside the deep-etched area, the laser chip 401 has a rough, undefined saw edge 408, which cannot be used as a positioning surface due to insufficiently defined geometry in shape and planarity. The 407 hold-down devices 503, which are set at an angle, hold the laser chip 401 in position and press it vertically downwards into its position defined by the positioning elements and also prevent the laser chip 401 from loosening, tilting, twisting and moving.

Figur 11a zeigt analog zur Figur 9b eine Ausführung eines chipintegrierenden Moduls 450 in perspektivischer Darstellung. Auf dem Trägerelement 421 befindet sich der optische Aufbau, umfassen einen Laserchip 501, Aufnahmeelemente 504, Niederhalter 506 und das strahlformende Element 404b. Im Unterschied zur Figur 9a ist der Laserchip 501 über Kopf, zur Oberseite des Trägerelements 421 hin ausgerichtet, montiert. Weiterhin ist der Laserchip 501 auf einem Plateau 505 aufgebracht, um die Höhe der optischen Achse festzulegen. Figur 11a stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel analog zur Figur 9 dar; die Linse als das strahlformendes Element 404b kann mit dem Volumen des Trägerelements 421 und des optischen Aufbaus zusammen und/oder durch ein mikro-lithografisches Verfahren direkt auf dem Laserchip 501 erzeugt werden. Vorzugsweise ist der Laserchip 501 derart aufgebaut, dass seine Kontaktierungspunkte an der Unterseite des Laserchips 501 liegen und insbesondere bei einer Überkopflagerung von oben zugänglich sind. Figure 11a shows, analogously to Figure 9b, an embodiment of a chip-integrating module 450 in a perspective view. The optical structure is located on the carrier element 421 and comprises a laser chip 501, receiving elements 504, hold-down device 506 and the beam-forming element 404b. In contrast to Figure 9a, the laser chip 501 is mounted upside down, aligned towards the top of the carrier element 421. Furthermore, the laser chip 501 is mounted on a plateau 505 in order to determine the height of the optical axis. Figure 11a shows a further embodiment analogous to Figure 9; the lens as the beam-forming element 404b can be produced together with the volume of the carrier element 421 and the optical structure and/or by a microlithographic process directly on the laser chip 501. Preferably, the laser chip 501 is constructed such that its contact points are located on the underside of the laser chip 501 and are accessible from above, in particular when stored overhead.

Figur 11b zeigt das in Figur 11a dargestellte Trägerelement 421 mit optischem Aufbau vor der Montage des Laserchips 501 in perspektivischer Darstellung als Chiphaltemodul 460 ohne Chip. Der optische Aufbau umfasst die Aufnahmeelemente 504, 509, die Niederhalter 506, das Plateau 505 und das strahlformende Element 404b. Weiterhin ist zu erkennen, dass das Trägerelement 421 und das Plateau 505 eine Öffnung 502 aufweisen, um Komponenten von der Unterseite des Laserchips 501 aus zugänglich zu machen. Ferner kann der optische Aufbau Aussparungen 410 zur Freistahlleitung sowie zur Ermöglichung einer berührungslosen Montage aufweisen. Figure 11b shows the carrier element 421 shown in Figure 11a with optical structure before mounting the laser chip 501 in a perspective view as a chip holding module 460 without a chip. The optical structure comprises the receiving elements 504, 509, the hold-down devices 506, the plateau 505 and the beam-forming element 404b. It can also be seen that the carrier element 421 and the plateau 505 have an opening 502 to make components accessible from the underside of the laser chip 501. Furthermore, the optical structure can have recesses 410 for the free steel line and to enable contactless assembly.

Figur 12 zeigt eine schematische Ausführung eines mikro-optomechanisches Systems in Draufsicht, mit unterschiedlich großen Einzelmodulen 600a, 600b, 600c und eine Modulgruppe 600d mit fünf aneinander gefügten Einzelmodulen. Die Aufnahmeelemente 311, 312 der Trägerelemente wiederholen sich in einem gleichen Abstand zueinander, wodurch sich das mikro-optomechanische System durch Anfügen weiterer Module, insbesondere von weiteren Trägerelementen, erweitern lässt. Durch die oben erwähnte 1 dB- Positionierungstoleranz ergibt sich die Möglichkeit, optische Achsen 140 zur optischen Kopplung 604 von Einzelmodulen zu definieren und hierdurch mindestens zwei Module durch den jeweiligen optischen Aufbau exakt aufeinander abzustimmen und diese durch Aneinanderfügen miteinander zu verbinden. Die optischen Achsen 140 hängen in ihrer Lage und Orientierung von dem jeweiligen optischen Aufbau von zwei aufeinander abzustimmenden Modulen ab. Figure 12 shows a schematic design of a micro-optomechanical system in plan view, with different sized individual modules 600a, 600b, 600c and a module group 600d with five individual modules joined together. The receiving elements 311, 312 of the carrier elements are repeated at the same distance from one another, which means that the micro-optomechanical system can be expanded by adding further modules, in particular further carrier elements. The 1 dB positioning tolerance mentioned above makes it possible to define optical axes 140 for the optical coupling 604 of individual modules and thereby to precisely match at least two modules to one another using the respective optical structure and to connect them to one another by joining them together. The position and orientation of the optical axes 140 depend on the respective optical structure of two modules to be matched to one another.

Figur 13a zeigt eine schematische Ausführung des mikrooptischen Systems 10 in Draufsicht, umfassend das Trägerelement 196 und ein Chipmodul 702a. Auf dem Trägerelement 196 befinden sich analog zur Figur 5 Leiterbahnen 200, 205 aus einem elektrisch leitfähigem Material, welche mit den Kontaktstellen 211, 212 eines Laserchips 210 mittels Wirebonds 201, 202 elektrisch miteinander verbunden sind. Auf dem Laserchipmodul 702a befindet sich ein kantenemittierender Laserchip in nicht dargestellter Halterung und ein Aufnahmeelement 161 für die Lichtwellenleiter 60, 61. Bei dieser Ausführung wird auf eine Anfügung eines separaten Moduls zur Aufnahme 150 einer Glasfaser 60, 61 verzichtet und diese direkt in das Trägerelement 180 integriert. Hierdurch entfällt die Toleranz des Anfügens, was die Positionierungsgenauigkeit und damit die Kopplungseffizienz erhöhen kann. Ein strahlformendes Element 100 am Ausgang des Laserchips 210 ist direkt an dessen Oberfläche gedruckt und derart geformt, dass dieses das aus dem Laserchips 210 ausgekoppelte Licht als nicht-kollimierter Lichtstrahl 120b direkt in die Glasfaser 60, 61 fokussiert und eingekoppelt wird. Diese Ausführung kann durch eine oder mehrere weitere Linsen ergänzt und/oder erweitert werden. Figure 13a shows a schematic design of the micro-optical system 10 in plan view, comprising the carrier element 196 and a chip module 702a. On the carrier element 196, analogous to Figure 5, there are conductor tracks 200, 205 made of an electrically conductive material, which are electrically connected to the contact points 211, 212 of a laser chip 210 by means of wire bonds 201, 202. On the laser chip module 702a there is an edge-emitting laser chip in a holder (not shown) and a receiving element 161 for the optical fibers 60, 61. In this design, there is no need to add a separate module for receiving 150 a glass fiber 60, 61 and this is integrated directly into the carrier element 180. This eliminates the tolerance of the attachment, which can increase the positioning accuracy and thus the coupling efficiency. A beam-forming element 100 at the output of the laser chip 210 is printed directly on its surface and shaped in such a way that the light coupled out of the laser chip 210 is focused and coupled directly into the glass fiber 60, 61 as a non-collimated light beam 120b. This design can be supplemented and/or expanded by one or more additional lenses.

Figur 13b zeigt eine weitere schematische Ausführung des mikrooptischen Systems 10 in Draufsicht, umfassend das Trägerelement 196 und das Chipmodul 702b. Im Unterschied zur Figur 13a ist das strahlformende Element 710 in das Volumen des Chipmoduls 702b integriert und wird mit diesem zusammen repliziert. Figure 13b shows a further schematic embodiment of the micro-optical system 10 in plan view, comprising the carrier element 196 and the chip module 702b. In contrast to Figure 13a, the beam-forming element 710 is integrated into the volume of the chip module 702b and is replicated together with it.

Figur 13c zeigt eine weitere schematische Ausführung des mikrooptischen Systems 10 in perspektivischer Darstellung, umfassend das Trägerelement 196, ein Chipträgermodul 180 und ein Glasfaserhaltermodul 150. Im Unterschied zur Figur 13a ist das Glasfaserhaltermodul 150 separat ausgeführt und an das Chipträgermodul 180 angefügt. Weiterhin ist das komplette mikro-optomechanische System 10 mit einem Material 709 ausgefüllt, welche das mikro-optomechanische System 10 nach außen abschirmt, gleichzeitig die Komponenten fixiert und Verluste im Strahlengang zwischen den optischen Komponenten und/oder den strahlformenden Komponenten verringert. Weiterhin kann diese ausgefüllte Form derart ausgeführt sein (nicht dargestellt), dass sie eine einfache Anbindung an bestehende Vorrichtungen oder Systeme ermöglicht. Figure 13c shows a further schematic embodiment of the micro-optical system 10 in perspective, comprising the carrier element 196, a chip carrier module 180 and a fiber optic holder module 150. In contrast to Figure 13a, the fiber optic holder module 150 is designed separately and attached to the chip carrier module 180. Furthermore, the complete micro-optomechanical system 10 is filled with a material 709, which shields the micro-optomechanical system 10 from the outside, at the same time fixes the components and reduces losses in the beam path between the optical components and/or the beam-forming components. Furthermore, this filled form can be designed in such a way (not shown) that it enables easy connection to existing devices or systems.

Figur 14a zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung eine bevorzugte Ausführung eines Moduls 150, welches das selbstzentrierende Aufnahmeelement 161 umfasst, das insbesondere zur Aufnahme von zylinderförmigen optischen Komponenten 60, vorzugsweise einer Glasfaser 61, eingerichtet ist. Das Modul 150 ist auf einer Restträgerschicht 801 aufgebracht, die bei einem Replikationsvorgang entsteht und welche entfernt werden muss, um eine definierte Höhe des Moduls 150 zu erzielen, damit die optischen Achsen unter Aufrechterhaltung der 1 dB-Positionierungstoleranz vertikal übereinstimmen können. Figure 14a shows a schematic perspective view of a preferred embodiment of a module 150 which comprises the self-centering receiving element 161, which is designed in particular to receive cylindrical optical components 60, preferably a glass fiber 61. The module 150 is applied to a residual carrier layer 801 which is created during a replication process and which must be removed in order to achieve a defined height of the module 150 so that the optical axes can coincide vertically while maintaining the 1 dB positioning tolerance.

Figur 14b zeigt eine schematische Darstellung einer Halterung 809 zur Entfernung der bei dem Replikationsvorgang entstehenden Restträgerschicht 801. Zur Gewährleistung einer effizienten optischen Kopplung ist eine gleichbleibende Modulhöhe hinsichtlich der Höhe der optischen Achse und damit der Trägerelemente mit einer Höhentoleranz unter Aufrechterhaltung der 1 dB-Positionierungstoleranz notwendig. Um dies zu gewährleisten, muss die Restträgerschicht 801 entsprechend entfernt werden. Hierzu kann das Modul einschließlich der Restträgerschicht 801 kopfüber in eine Vorrichtung 809 gelegt werden, bei welcher die Restträgerschicht 801 von oben zugänglich ist und entfernt werden kann. Bei der Überkopfmontage des replizierten Moduls muss gewährleistet sein, dass die optischen Aufbauten 805 nicht beschädigt werden, weshalb diese Bereiche durch eine Aussparung 803 in Form einer Mulde ausgespart werden, so dass das Modul nur auf seinem äußeren und dafür eingerichteten Rand aufliegen kann. Durch Öffnungen 806 im Randbereich der Halterung kann das Modul von unten angesaugt und in Position gehalten werden, so dass sich das Modul während des Bearbeitungsprozesses nicht verschieben kann. Zu einer Unterdruckverteilung kann eine Vertiefung als Verteilkammer 807 auf der Unterseite der Halterung 809 verwendet werden. Für eine noch genauere Positionierung der Module können Positionierungselemente, insbesondere eine inverse Öffnung oder ein Ansatz in Form der Aufnahmeelemente 808 in die Halterung 809 eingearbeitet werden. Bei der hier gezeigten Ausführung gilt die Oberseite der Halterung 809 als einzustellende Höhe, was gleichzeitig die Unterseite des Moduls darstellt, bis zu welcher die Restträgerschicht 801 abgetragen wird. Als dreidimensionales Strukturierungsverfahren kann bevorzugt Heißprägen oder Mikrospritzguss verwendet werden. Die Bohrungen zum Ansaugen des Moduls müssen dabei auf eine planbare Oberfläche auf der Oberseite der Trägerelemente treffen, so dass das Vakuum gehalten werden kann. Hieraus resultiert ein äußerer Randbereich auf den Trägerelementen, der nicht mit optomechani sehen Aufbauten versehen werden kann. Beim Mikrospritzguss oder Heißprägen kann prozessbedingt ein sogenannter Anschnitt verbleiben, welcher, insbesondere in Form einer Restträgerschicht 801, bevorzugt mit einem zerspanenden, schneidenden oder abtragenden Verfahren, entfernt werden kann. Alternativ kann eine Restträgerschicht einer definierten Höhe (nicht dargestellt) in die Zielform aufgenommen werden und kann auf diese Weise ein Plateau ausbilden. Figure 14b shows a schematic representation of a holder 809 for removing the residual carrier layer 801 created during the replication process. To ensure efficient optical coupling, a constant module height is necessary with regard to the height of the optical axis and thus of the carrier elements with a height tolerance while maintaining the 1 dB positioning tolerance. To ensure this, the residual carrier layer 801 must be removed accordingly. For this purpose, the module including the residual carrier layer 801 can be placed upside down in a device 809 in which the residual carrier layer 801 is accessible from above and can be removed. When mounting the replicated module overhead, it must be ensured that the optical structures 805 are not damaged, which is why these areas are recessed by a recess 803 in the form of a trough, so that the module can only rest on its outer edge designed for this purpose. The module can be sucked in from below through openings 806 in the edge area of the holder and held in position so that the module cannot move during the machining process. A recess can be used as a distribution chamber 807 on the Underside of the holder 809 can be used. For even more precise positioning of the modules, positioning elements, in particular an inverse opening or a projection in the form of the receiving elements 808, can be incorporated into the holder 809. In the embodiment shown here, the top of the holder 809 is the height to be set, which simultaneously represents the underside of the module up to which the residual carrier layer 801 is removed. Hot stamping or micro injection molding can preferably be used as a three-dimensional structuring process. The holes for sucking in the module must meet a plannable surface on the top of the carrier elements so that the vacuum can be maintained. This results in an outer edge area on the carrier elements that cannot be provided with optomechanical structures. During micro injection molding or hot stamping, a so-called cut can remain due to the process, which can be removed, in particular in the form of a residual carrier layer 801, preferably using a machining, cutting or abrasive process. Alternatively, a residual carrier layer of a defined height (not shown) can be incorporated into the target shape and can thus form a plateau.

Figur 14c zeigt in schematischer Schnittdarstellung die Vorrichtung 809 zum Nachbearbeiten und Entfernen der Restträgerschicht 801. Dargestellt ist ein repliziertes Modul 804 auf einer Restträgerschicht 801 mit dem optischem Aufbau 805 auf der Restträgerschicht 801, welcher in der Aussparung 803 für die berührungslose Lagerung des optischen Aufbaus 805 liegt. Zur stabilen Lagerung während des Bearbeitungsvorgangs, wird das Modul durch Unterdrück angesaugt. Dieser gelangt über die Verteilkammer 807 durch Bohrungen oder Öffnungen 806 zum Randbereich des Moduls, wo dieses dadurch fest gelagert wird. Anschließend kann die Restträgerschicht 801 bis auf eine definierte Höhe entfernt werden. Figure 14c shows a schematic sectional view of the device 809 for reworking and removing the residual carrier layer 801. This shows a replicated module 804 on a residual carrier layer 801 with the optical structure 805 on the residual carrier layer 801, which lies in the recess 803 for the contactless storage of the optical structure 805. For stable storage during the processing process, the module is sucked in by negative pressure. This passes via the distribution chamber 807 through holes or openings 806 to the edge area of the module, where it is thereby firmly stored. The residual carrier layer 801 can then be removed to a defined height.

Figur 15 zeigt eine schematische Ausführung eines Moduls 910, das ein Trägerelement 900 aufweist, das zur Aufnahme von drei Komponenten, bevorzugt von zwei Lichtwellenleitern in Form von Glasfasern 60, 61, welche von den beiden Aufnahmeelementen 161 aufgenommen werden und in deren optische Achse eine weitere Komponente in das Aufnahmeelement 901 montiert werden kann, insbesondere ein Filter oder ein mikrofluidführender Chip, eingerichtet ist. Das Aufnahmeelement 901 kann durch seine Form eine zusätzliche strahlformende oder strahlmanipulierende Funktion ausüben, bevorzugt eine Strahl aufweitung und/oder Fokussierung und/oder Strahlumlenkung. Weiterhin kann das Modul auch weitere strahlformende Elemente beinhalten. Alle Aufnahmeelemente können wiederum eine positionierende und fixierende Funktion haben. Ebenso ist es möglich, das Aufnahmeelement 901 mit Freiheitsgraden auszuführen, insbesondere beschränkt oder nur in einer Richtung, so dass eine oder mehrere montierte Komponenten verschiebbar sind. Figure 15 shows a schematic design of a module 910, which has a carrier element 900, which is designed to accommodate three components, preferably two optical waveguides in the form of glass fibers 60, 61, which are accommodated by the two receiving elements 161 and in whose optical axis a further component can be mounted in the receiving element 901, in particular a filter or a microfluid-carrying chip. The receiving element 901 can, due to its shape, perform an additional beam-forming or beam-manipulating function, preferably beam expansion and/or focusing and/or beam deflection. Furthermore, the module can also contain further beam-forming elements. All receiving elements can in turn have a positioning and fixing function. It is also possible to design the receiving element 901 with degrees of freedom, in particular limited or only in one direction, so that one or more assembled components can be moved.

Figur 16 zeigt eine schematische Ausführung eines Moduls 920 zur optischen Kopplung zweier optischer Komponenten. Der optische Aufbau umfasst ein Aufnahmeelement 161, optischen Komponenten in Form eines Linsensystems 1002 umfassend zwei mal zwei Linsen und eine weitere optische Komponente 1004, welche nur teilweise zusammen mit dem Trägerelement 1000 in einem Schritt hergestellt werden können. Aufgrund der hohen Aspektverhältnisse der Linsen in dem Linsensystem 1002 können diese nicht repliziert werden und benötigen zudem strukturbedingt weitere Stützstrukturen 1003 zwischen den Linsen des Linsensystems 1002, welche eine dreidimensionale, nicht einfach zusammenhängende Form bedingen. Dies führt dazu, dass das Trägerelement 1000 bevorzugt zusammen mit dem Aufnahmeelement 161 und dem nicht dargestellten Aufnahmeelement der optischen Komponente 1004 hergestellt wird und das Linsensystem 1002 nachträglich mittels eines anderen Mikrostrukturierungsverfahrens erzeugt wird. Hierbei können auf der Oberfläche des Trägerelements 1000 auch Markierungen (nicht dargestellt) zur Orientierung des nachgelagerten Mikrostrukturierungsverfahrens, die insbesondere als Kreuze ausgeführt sind, verwendet werden. Figure 16 shows a schematic design of a module 920 for optically coupling two optical components. The optical structure comprises a receiving element 161, optical components in the form of a lens system 1002 comprising two by two lenses and a further optical component 1004, which can only be partially manufactured together with the carrier element 1000 in one step. Due to the high aspect ratios of the lenses in the lens system 1002, these cannot be replicated and, due to their structure, also require further support structures 1003 between the lenses of the lens system 1002, which require a three-dimensional, not simply connected shape. This means that the carrier element 1000 is preferably manufactured together with the receiving element 161 and the receiving element of the optical component 1004 (not shown), and the lens system 1002 is subsequently produced using another microstructuring process. In this case, markings (not shown) can also be used on the surface of the carrier element 1000 for the orientation of the downstream microstructuring process, which are designed in particular as crosses.

Figur 17a zeigt eine schematische Ausführung des mikro-optomechani sehen Systems 10 zur Kopplung zweier Chips 1100 in perspektivischer Darstellung. Der optische Aufbau des Moduls 1110 umfasst Halterungen 1101 für eine Überkopflagerung des Systems, Vorpositionierungselemente 1102 für jeden Chip 1100 in Form einer Rampe mit Einführungsschrägen, welche jeden Chip 1100 in Richtung und Drehung zu seiner Soll- Endlage vorpositioniert und worüber jeder Chip 1100 in seine Endposition geschoben werden kann, Niederhalter 1103 mit einer angestellten Aufnahmeschräge 1104 für ein Eingleiten jedes Chips 1100, Aufnahmeelemente 1105 und Vermessungsmarker 1109. Die Aufnahmeelemente 1105 im unteren Bereich des optischen Aufbaus bilden Kontaktflächen zur Positionierung an den Stellen tiefgeätzter Kanten an jedem Chip 1100, um diese jeweils horizontal zu positionieren und über die Niederhalter 1103 in Position zu drücken bzw. dort zu halten. Der optische Aufbau ist derart auf die optischen Achsen 140 der beiden Chips 1100 ausgelegt, dass die optischen Achsen 140 fluchten. Die Einführungsschrägen können insbesondere dazu dienen, um eine positionsfindende Bewegung mit definierter Endlage oder Endlagen zu erzielen. Weiterhin sind Verbindungselemente 311, 312 dargestellt. Figure 17a shows a schematic embodiment of the micro-optomechanical system 10 for coupling two chips 1100 in perspective view. The optical structure of the module 1110 comprises holders 1101 for overhead storage of the system, pre-positioning elements 1102 for each chip 1100 in the form of a ramp with insertion bevels, which pre-positions each chip 1100 in the direction and rotation to its desired end position and over which each chip 1100 can be pushed into its final position, hold-down devices 1103 with an inclined receiving bevel 1104 for sliding in each chip 1100, receiving elements 1105 and measurement markers 1109. The receiving elements 1105 in the lower area of the optical structure form contact surfaces for positioning at the locations of deeply etched edges on each chip 1100 in order to position them horizontally and to press them into position or hold them there via the hold-down devices 1103. The optical structure is designed for the optical axes 140 of the two chips 1100 in such a way that the optical axes 140 are aligned. The lead-in slopes can be used in particular to achieve a position-finding movement with a defined end position or end positions. Connecting elements 311, 312 are also shown.

Figur 17b zeigt eine schematische Ausführung des in Figur 17a dargestellten Moduls 1110 in perspektivischer Darstellung. Im Unterschied zur Figur 17a ist nur das Modul 1110 ohne Chip 1100 dargestellt. Der optische Aufbau umfasst Halterungen 1101 für eine Überkopflagerung des Systems, die Vorpositionierungselemente 1102 für jeden Chip 1100 in Form einer Rampe mit Einführungsschrägen, welchen die Chips 1100 jeweils in Richtung und Drehung zu seiner Soll-Endlage vorpositioniert und worüber jeder Chip 1100 in seine Endposition geschoben werden kann, Niederhalter 1103 mit einer angestellten Aufnahmeschräge 1104 für ein Eingleiten der Chips 1100, Aufnahmeelemente 1105 und Vermessungsmarker 1109. Über die Vorpositionierungselemente 1102 in Form der Rampe kann jeder zu montierende Chip 110, bevorzugt durch Aufnahmeschrägen, in seine definierte Endlage gleiten und/oder montiert und/oder gepresst werden. Weiterhin sind Verbindungselemente zu einem weiteren Modul in Form einer Positionierungsschräge 1108 sowie Verbindungselementen 311, 312 dargestellt, ebenso wie Vermessungsmarker 1109 in Form von Linien. Weiterhin hat das Modul 1110 auf der Unterseite eine Öffnung 1106, um eine Zugänglichkeit zu den Chips 1100 zu ermöglichen, beispielhaft für eine durchgeführte Faser 1107. Figure 17b shows a schematic design of the module 1110 shown in Figure 17a in perspective. In contrast to Figure 17a, only the module 1110 is shown without the chip 1100. The optical structure comprises holders 1101 for a Overhead storage of the system, the pre-positioning elements 1102 for each chip 1100 in the form of a ramp with insertion bevels, which pre-position the chips 1100 in the direction and rotation to its desired end position and over which each chip 1100 can be pushed into its end position, hold-down device 1103 with an inclined receiving bevel 1104 for sliding in the chips 1100, receiving elements 1105 and measurement markers 1109. Each chip 110 to be mounted can slide and/or be mounted and/or pressed into its defined end position via the pre-positioning elements 1102 in the form of the ramp, preferably by means of receiving bevels. Furthermore, connecting elements to another module in the form of a positioning bevel 1108 and connecting elements 311, 312 are shown, as well as measurement markers 1109 in the form of lines. Furthermore, the module 1110 has an opening 1106 on the bottom to allow access to the chips 1100, for example for a passed-through fiber 1107.

Figur 18 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des mikro-optomechani sehen Systems 10 gemäß der vorliegenden Erfindung in Draufsicht, welches die vier Trägerelemente 190, 1201, 1204, 1205 umfasst. Während auf dem Trägerelement 190 mittels einem nicht dargestellten Aufnahmeelement ein kantenemittierender Laserchip 210 aufgebracht ist, befinden sich auf dem Trägerelement 1201 keine optischen Komponenten; dieses Modul dient als Platz- bzw. Abstandshalter. Auf der Trägerelement 1204 ist ein optisches Element 1203 angeordnet. Das auf dem Laserchip 210 erzeugte strahlformende Element 100 kollimiert hier die Strahlen entlang der optischen Achse 140, bis diese von dem strahlformenden Element 100 auf Modul 1205 derart fokussiert wird, dass diese in eine auf dem Modul 1205 aufgebrachte optische Komponente, beispielsweise in Form einer Fotodiode 1208, eingekoppelt werden. Das optische Element 1203 umfasst hierbei zwei strahlformende Elemente 1206, die an einer Halterung angebracht sind und dazu eingerichtet sein können, um Indexunterschiede zur optischen Komponente 1203 auszugleichen, eine Kollimation zu erhalten oder als Filter zu dienen. Figure 18 shows a schematic representation of a further embodiment of the micro-optomechanical system 10 according to the present invention in plan view, which comprises the four carrier elements 190, 1201, 1204, 1205. While an edge-emitting laser chip 210 is applied to the carrier element 190 by means of a receiving element (not shown), there are no optical components on the carrier element 1201; this module serves as a placeholder or spacer. An optical element 1203 is arranged on the carrier element 1204. The beam-forming element 100 generated on the laser chip 210 collimates the beams along the optical axis 140 until they are focused by the beam-forming element 100 on module 1205 in such a way that they are coupled into an optical component applied to the module 1205, for example in the form of a photodiode 1208. The optical element 1203 comprises two beam-forming elements 1206, which are attached to a holder and can be configured to compensate for index differences to the optical component 1203, to obtain collimation or to serve as a filter.

Figur 19 zeigt einen schematischen Schnitt durch einen auf einem Trägerelement 40, 50 montierten Laserchip. Zu erkennen ist der Querschnitt des als optischer Komponente dienenden Laserchips 401, 1100, welcher eine raue und Undefinierte Sägekante 1301 aufweist, die nicht zur Positionierung verwendet werden kann. Weiterhin sind glatte Kanten dargestellt, die mit dem Chip selbst, bevorzugt durch ein Tiefenätzverfahren, hergestellt sind. Hierdurch wurde das mit 1302 bezeichnete Volumen entfernt und bildet ein Aufnahmeelement 403 in Form einer definierten Kante oder Fläche in Form eines mechanischen Anschlags aus, an welche der Laserchip 401, 1100 durch Anschlag an die Positionierungselemente 1105, 1310 positioniert wird. Figur 20 zeigt eine schematische Ausführung des mikrooptischen Systems 10 in Draufsicht, umfassend die Trägerelemente 702a und 1405. Auf dem Laserchipmodul 702a befinden sich analog zur Figur 13a ein kantenemittierender Laserchip 210 in nicht dargestellter Halterung und ein Aufnahmeelement 161 mit eingebrachtem Lichtwellenleiter 60, 61. Auf dem Trägerelement 1405 befindet sich ein Aufnahmeelement 161 mit eingebrachtem Lichtwellenleiter 60, 61, ein strahlformendes Element 710, das in das Volumen des Chipmoduls 1405 eingebracht ist, sowie eine optische Komponente 1208. Das Licht wird aus dem Laserchip 210 über das strahlformende Element 100 als nicht-kollimierter Lichtstrahl 120b direkt in die Glasfaser 60, 61 fokussiert und eingekoppelt und an dessen Ausgang über ein strahlformendes Element 710 in die optische Komponente 1208 eingekoppelt. Figure 19 shows a schematic section through a laser chip mounted on a carrier element 40, 50. The cross-section of the laser chip 401, 1100 serving as an optical component can be seen, which has a rough and undefined saw edge 1301 that cannot be used for positioning. Furthermore, smooth edges are shown that are produced with the chip itself, preferably by a deep etching process. As a result, the volume designated 1302 was removed and forms a receiving element 403 in the form of a defined edge or surface in the form of a mechanical stop, on which the laser chip 401, 1100 is positioned by abutting against the positioning elements 1105, 1310. Figure 20 shows a schematic design of the micro-optical system 10 in plan view, comprising the carrier elements 702a and 1405. On the laser chip module 702a, analogous to Figure 13a, there is an edge-emitting laser chip 210 in a holder (not shown) and a receiving element 161 with an inserted optical waveguide 60, 61. On the carrier element 1405 there is a receiving element 161 with an inserted optical waveguide 60, 61, a beam-forming element 710, which is introduced into the volume of the chip module 1405, and an optical component 1208. The light is focused and coupled from the laser chip 210 via the beam-forming element 100 as a non-collimated light beam 120b directly into the glass fiber 60, 61 and at its output via a beam-forming element 710 into the optical component 1208. coupled.

Figur 21 zeigt das in 13a schematisch dargestellte mikrooptische System 10 mit der schematischen Erweiterung einer räumlich getrennten Trägereinheit 1408 und der Unterscheidung eines weiteren strahlformenden Elementes 710, welches einen kollimierten Lichtstrahl in die als Lichtwellenleiter ausgeführte optische Komponente 60, 61 koppelt. Das Modul 1408 umfasst ein Aufnahmeelement 161 mit eingebrachtem Lichtwellenleiter 60, 61, auf welchen ein strahlformendes Element 1406 angeordnet ist, welches aus der als Lichtwellenleiter ausgeführten optische Komponente 60, 61 austretendes Licht kollimiert und über ein weiteres strahlformendes Element 100 in die optische Komponente 1208 einkoppelt. Figure 21 shows the micro-optical system 10 shown schematically in 13a with the schematic extension of a spatially separated carrier unit 1408 and the distinction of a further beam-forming element 710, which couples a collimated light beam into the optical component 60, 61 designed as an optical waveguide. The module 1408 comprises a receiving element 161 with an introduced optical waveguide 60, 61, on which a beam-forming element 1406 is arranged, which collimates light emerging from the optical component 60, 61 designed as an optical waveguide and couples it into the optical component 1208 via a further beam-forming element 100.

Figur 22a zeigt eine schematische Darstellung eines optischen Aufbaus als Ausführung eines Moduls 1510 in perspektivischer Darstellung. Das Trägerelement umfasst einen Strahlteiler 1505, welcher den Lichtstrahl 1502 in eine horizontale Komponente 1503 und in eine vertikale Komponente 1530 aufteilt, sowie ein optisches Umlenkelement 1506, welcher einen vertikalen Lichtstrahl in eine horizontale Richtung 1504 umlenkt, um so eine weitere Ebene der Lichtführung zu erzeugen. Figure 22a shows a schematic representation of an optical structure as an embodiment of a module 1510 in perspective representation. The carrier element comprises a beam splitter 1505, which splits the light beam 1502 into a horizontal component 1503 and a vertical component 1530, as well as an optical deflection element 1506, which deflects a vertical light beam in a horizontal direction 1504 in order to create a further plane of light guidance.

Figur 22b zeigt eine weitere schematische Darstellung eines optischen Aufbaus als Ausführung eines Moduls 1520 in perspektivischer Darstellung. Im Unterschied zu Figur 22b wird hier der Lichtstrahl in der zweiten Ebene lotrecht 1511 zum einfallenden Lichtstrahl 1502 aus dem optischen Umlenkelement 1506 ausgekoppelt. Figure 22b shows a further schematic representation of an optical structure as an embodiment of a module 1520 in perspective representation. In contrast to Figure 22b, here the light beam is coupled out of the optical deflection element 1506 in the second plane perpendicular 1511 to the incident light beam 1502.

Figur 23 zeigt eine weitere schematische Ausführung eines mikrooptischen Systems 10 in Draufsicht (Figur 23a), in perspektivischer Darstellung (Figur 23b), in Seitenansicht (Figur 23c) und in Frontalansicht (Figur 23d). Die Trägereinheiten 1602, 1603, 1604 sind hierbei vertikal gestapelt und leiten Licht über die vertikale Richtung in verschiedene Ebenen, um einen dreidimensionalen Charakter des mikrooptischen Systems zu erzeugen. Hierzu verfügen die Trägerelemente über Verbindungselemente 1605, 1606 sowie über Fügeelemente 1610, welche vertikal positionierbar und/oder stapelbar sind. Das Licht, insbesondere ein beispielhaft dargestellter Lichtstrahl 1611, kann über Strahlteiler 1601 oder weitere strahlformende Elemente, insbesondere optische Umlenkelemente, verteilt werden und über Aufnahmeelemente 161 in einen Lichtwellenleiter (nicht dargestellt) eingekoppelt werden. Figure 23 shows a further schematic embodiment of a micro-optical system 10 in plan view (Figure 23a), in perspective view (Figure 23b), in side view (Figure 23c) and in front view (Figure 23d). The carrier units 1602, 1603, 1604 are stacked vertically and guide light via the vertical direction into different planes in order to to create a three-dimensional character of the micro-optical system. For this purpose, the carrier elements have connecting elements 1605, 1606 and joining elements 1610, which can be positioned vertically and/or stacked. The light, in particular a light beam 1611 shown as an example, can be distributed via beam splitters 1601 or other beam-forming elements, in particular optical deflection elements, and coupled into an optical waveguide (not shown) via receiving elements 161.

Bezugszeichenliste List of reference symbols

10 mikro-optomechanisches System 10 micro-optomechanical system

20, 30 Verbindungselement 20, 30 connecting element

35, 505 Plateau 35, 505 Plateau

40, 50 Trägerelement 40, 50 support element

60, 70 optische Komponente 60, 70 optical component

61, 71 Glasfaser 61, 71 Fiber optic

80, 90 optische Koppelstelle 80, 90 optical coupling point

100, 110 strahlformendes Element 100, 110 beam-forming element

101a, 101b, 101c, 102b, optische Linse 101a, 101b, 101c, 102b, optical lens

102c, 103 c 102c, 103c

120 kollimierter Lichtstrahl 120 collimated light beam

120b Lichtstrahl 120b Light beam

121 Durchmesser eines kollimierten koppelnden Lichtstrahls121 Diameter of a collimated coupling light beam

130 Trägerebene 130 Carrier level

140 optische Achse 140 optical axis

150, 160, 173 Modul 150, 160, 173 Module

161, 162 Aufnahmeelement 161, 162 receiving element

166 Modul mit Faser-zu-Faser Einlinsen-Kopplung 166 Module with fiber-to-fiber single-lens coupling

167 Modul mit Faser-zu-Faser Zweilinsen-Kopplung 167 Module with fiber-to-fiber two-lens coupling

168 Modul mit Faser-zu-Faser Dreilinsen-Kopplung 168 Module with fiber-to-fiber three-lens coupling

170, 180, 190, 196 Trägerelement 170, 180, 190, 196 support element

170a, 170b, 180a, 190a optische Koppelstelle 170a, 170b, 180a, 190a optical coupling point

171, 181 191 optische Komponente 171, 181 191 optical component

172, 182, 192, 195a, 195b strahlformendes Element 172, 182, 192, 195a, 195b beam-forming element

200, 205 Leiterbahn 200, 205 Conductor track

201, 202 Wire-Bond 201, 202 Wire Bond

210 Laserchip 210 Laser chip

211, 212 Kontaktpad , 222, 223, 224, 225 Verbindungselement zwischen Trägerelement und Trägerebene oder Trägerebene und Trägerebene , 231 Verbindungselement zwischen Trägerelement und Trägerebene oder211, 212 Contact pad , 222, 223, 224, 225 Connecting element between support element and support plane or support plane and support plane , 231 Connecting element between support element and support plane or

Trägerebene und Trägerebene , 310, 320, 330 selbstzentrierendes Fügeelement , 312 Verbindungselement , 332 Fügeelement , 334 Strukturen in Form von Stecker und Kupplung hinterschnittene Strukturfläche Support plane and support plane , 310, 320, 330 self-centering joining element , 312 connecting element , 332 joining element , 334 structures in the form of plug and coupling undercut structural surface

Ausführung einer hinterschnittenen Fügevorrichtung mit Übergang Winkel einer hinterschnittenen Fläche ohne Übergang, als unlösbare Ausführung Design of an undercut joining device with transition Angle of an undercut surface without transition, as a non-detachable design

Ausführung einer hinterschnittenen Fügevorrichtung mit scharfemExecution of an undercut joining device with sharp

Übergang Crossing

Außenfläche als Anschlag zur Positionierung der EndlageOuter surface as a stop for positioning the end position

Laserchip Laser chip

Aufnahmeelement des optischen Aufbaus Recording element of the optical structure

Aufnahmeelement in Form eines mechanischen Anschlagsa auf Chip gedruckte Linse b, 710 mit Trägerelement zusammen replizierte Linse , 406 Fügeelement receiving element in the form of a mechanical stop a lens printed on chip b, 710 lens replicated together with carrier element , 406 joining element

Niederhalter des optischen Aufbaus , 1301 ungleichmäßige Oberfläche, insbesondere eine Sägekante Optical structure hold-down device, 1301 uneven surface, in particular a saw edge

Montagenut , 430, 450 Ausführung eines Chiphaltemoduls Mounting groove, 430, 450 Design of a chip holding module

Ausführung einer Trägerelement Execution of a support element

Detail einer Ausführung eines Chiphaltemoduls Detail of a design of a chip holding module

Ausführung eines Chiphaltemoduls Moduls ohne ChipExecution of a chip holding module Module without chip

Laserchip, überkopfmontiert Laser chip, overhead mounted

Öffnung in Modul/Trägerelement zur Unterseite , 506 Niederhalter optischem Aufbau , 509 Positionierungselementen, hier Anschläge optischem Aufbaua, 600b, 600c Einzelmodul d Modulgruppe optische Koppelstellen zwischen Modulen a Ausführung eines Moduls mit Chip und Faserintegration auf einem Modul, Linse auf Chip gedruckt 702b Ausführung eines Moduls mit Chip und Faserintegration auf einemOpening in module/carrier element to the underside, 506 hold-down device optical structure, 509 positioning elements, here stops optical structurea, 600b, 600c single module d module group optical coupling points between modules a design of a module with chip and fiber integration on one module, lens printed on chip 702b Implementation of a module with chip and fiber integration on a

Modul, Linse mit Trägerelement fabriziert Module, lens with carrier element fabricated

709 Material 709 Materials

710 strahlformendes Element 710 beam-forming element

801 Re stträger schi cht 801 Remaining carrier layer

803 Aussparung für einen optischen Aufbau 803 Recess for an optical structure

805 optischer Aufbau 805 optical design

806 Öffnung (für Vakuum) 806 Opening (for vacuum)

807 (Vakuum-) Verteilkammer 807 (Vacuum) Distribution Chamber

808 Aufnahmeelement 808 receiving element

809 Halterung 809 Bracket

804, 810 Repliziertes Modul auf Restträgerschicht 804, 810 Replicated module on residual carrier layer

900 Trägerelement zur Integration eines Fluidchips 900 Carrier element for integration of a fluid chip

901 Aufnahmeelement für Komponenten 901 Component holder

910, 920 Ausführungen eines Moduls 910, 920 Versions of a module

1000 Trägerelement zur Faser zur Faserkopplung 1000 carrier element for fiber for fiber coupling

1002 Linsensystem 1002 lens system

1003 Stützstruktur 1003 Support structure

1004 Optische Komponente 1004 Optical component

1100 (Laser-)Chip 1100 (laser) chip

1101 Halterung für eine Überkopflagerung 1101 Bracket for overhead storage

1102 Vorpositionierungselement 1102 Pre-positioning element

1103 Niederhalter 1103 hold-down

1104 Einführungsschräge 1104 Lead-in slope

1105 Aufnahmeelement 1105 receiving element

1106 Öffnung für Zugänglichkeit von unten 1106 Opening for accessibility from below

1107 (Glas-)Faser für passive Vermessung 1107 (Glass) fiber for passive measurement

1108 Positionierungsschräge 1108 Positioning bevel

1109 Vermessungsmarker 1109 Survey Marker

1110 Ausführung eines (Chiphalte-)Moduls 1110 Execution of a (chip holding) module

1201 Trägerelement ohne optischen Aufbau 1201 Carrier element without optical structure

1202 Modul ohne optischen Aufbau 1202 module without optical structure

1203 optisches Element 1203 optical element

1204, 1205 Ausführung eines Trägerelements 1204, 1205 Execution of a support element

1206 strahlformendes Element 1206 beam-forming element

1302 mittels Tiefenätzung entferntes Volumen 1302 volume removed by deep etching

1310 Positionierungselement 1310 Positioning element

1405,1408 Trägerelement 1406 Strahlformendes Element 1405,1408 Support element 1406 Beam-shaping element

1510, 1520 Ausführung eines Moduls/optischen Aufbaus 1510, 1520 Execution of a module/optical structure

1505 optische Komponente in Form eines Strahlteiler 1505 optical component in the form of a beam splitter

1506 optische Komponente in Form eines optischen Umlenkelementes1506 optical component in the form of an optical deflection element

1502, 1503, 1504 horizontaler Lichtstrahl 1502, 1503, 1504 horizontal light beam

1511, 1530 vertikaler Lichtstrahl 1601 Strahl teiler 1511, 1530 vertical light beam 1601 beam splitter

1602, 1603 ,1604 Trägereinheiten 1602, 1603 ,1604 carrier units

1605, 1606 Verbindungselemente 1610 Fügeelemente 1611 Lichtstrahl 1605, 1606 connecting elements 1610 joining elements 1611 light beam

Claims

Patentansprüche Patent claims 1. Mikro-optomechanisches System (10), umfassend 1. Micro-optomechanical system (10), comprising - mindestens zwei Trägerelemente (40, 50), wobei jedes der Trägerelemente (40, 50) mindestens ein Verbindungselement (20, 30) aufweist, wobei jedes Verbindungselement (20, 30) über mindestens ein selbstzentrierendes Fügeelement (300, 310, 320, 330) verfügt oder als selbstzentrierendes Fügeelement (300, 310, 320, 330) ausgestaltet ist, wobei die Fügeelemente (300, 310, 320, 330) derart zueinander passen, dass die Trägerelemente (40, 50) mittels der Fügeelemente (300, 310, 320, 330) mechanisch miteinander verbunden sind; und - at least two carrier elements (40, 50), each of the carrier elements (40, 50) having at least one connecting element (20, 30), each connecting element (20, 30) having at least one self-centering joining element (300, 310, 320, 330) or being designed as a self-centering joining element (300, 310, 320, 330), the joining elements (300, 310, 320, 330) fitting together in such a way that the carrier elements (40, 50) are mechanically connected to one another by means of the joining elements (300, 310, 320, 330); and - mindestens zwei optische Komponenten (60, 70), wobei jede der optischen- at least two optical components (60, 70), each of the optical Komponenten (60, 70) an einem der Trägerelemente (40, 50) befestigt ist, wobei jede der optischen Komponenten (60, 70) mindestens eine optische Koppelstelle (80, 90, 604) aufweist, wobei mindestens eine der optischen Koppelstellen (80, 90, 604) mindestens ein mittels eines dreidimensionalenComponents (60, 70) is attached to one of the carrier elements (40, 50), wherein each of the optical components (60, 70) has at least one optical coupling point (80, 90, 604), wherein at least one of the optical coupling points (80, 90, 604) has at least one by means of a three-dimensional Strukturierungsverfahrens erzeugtes strahlformendes Element (100, 110) umfasst, und wobei an mindestens einer optischen Koppelstelle (80, 90, 604) eine optische Verbindung der optischen Komponenten (60, 70) vorliegt. structuring process, and wherein an optical connection of the optical components (60, 70) is present at at least one optical coupling point (80, 90, 604). 2. Mikro-optomechanisches System (10) nach dem vorangehenden Anspruch, wobei die mindestens eine optische Verbindung zwischen mindestens zwei optischen Koppelstellen (80, 90, 604) vorliegt, wobei jede der mindestens zwei optischen Koppelstellen (80, 90, 604) mindestens eines der mittels des dreidimensionalen Strukturierungsverfahrens erzeugten strahlformenden Elemente (100, 110) umfasst. 2. Micro-optomechanical system (10) according to the preceding claim, wherein the at least one optical connection is present between at least two optical coupling points (80, 90, 604), wherein each of the at least two optical coupling points (80, 90, 604) comprises at least one of the beam-forming elements (100, 110) produced by means of the three-dimensional structuring method. 3. Mikro-optomechanisches System (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei 3. Micro-optomechanical system (10) according to one of the preceding claims, wherein - die Fügeelemente (300, 310, 320, 330) der Trägerelemente (40, 50) mittels eines Formschlusses mechanisch miteinander verbunden sind; und/oder- the joining elements (300, 310, 320, 330) of the carrier elements (40, 50) are mechanically connected to one another by means of a positive connection; and/or - die Fügeelemente (300, 310, 320, 330) der Verbindungselemente (20, 30) derart ausgestaltet sind, dass sie strukturell ineinandergreifen können; und/oder- the joining elements (300, 310, 320, 330) of the connecting elements (20, 30) are designed such that they can structurally interlock; and/or - die Trägerelemente (40, 50) untereinander unter Aufrechterhaltung von Form und Funktionalität lösbar oder unlösbar miteinander verbunden sind. - the support elements (40, 50) are detachably or permanently connected to one another while maintaining their shape and functionality. 4. Mikro-optomechanisches System (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei Trägerelemente (40, 50) derart miteinander verbunden sind, dass die mindestens zwei optischen Komponenten (60, 70) und das mindestens eine strahlformende Element (100, 110) auf mindestens einer gemeinsamen optischen Achse (140) liegen. 4. Micro-optomechanical system (10) according to one of the preceding claims, wherein at least two carrier elements (40, 50) are connected to one another such that the at least two optical components (60, 70) and the at least one beam-forming element (100, 110) lie on at least one common optical axis (140). 5. Mikro-optomechanisches System (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mindestens eine der Trägerelemente (40, 50) mit mindestens einer metallischen Schicht als elektrischer Leiterbahn (200) versehen ist. 5. Micro-optomechanical system (10) according to one of the preceding claims, wherein at least one of the carrier elements (40, 50) is provided with at least one metallic layer as an electrical conductor track (200). 6. Mikro-optomechanisches System (10) nach dem vorangehenden Anspruch, wobei6. Micro-optomechanical system (10) according to the preceding claim, wherein - mindestens eines der Trägerelemente (40, 50) auf mindestens einer Trägerebene (130) befestigt ist; und/oder - at least one of the support elements (40, 50) is attached to at least one support plane (130); and/or - die Trägerelemente (40, 50) mit der mindestens einen Trägerebene (130) oder die mindestens zwei Trägerebenen (130) untereinander unter Aufrechterhaltung von Form und Funktionalität lösbar oder unlösbar miteinander verbunden sind; und/oder - the support elements (40, 50) are connected to the at least one support plane (130) or the at least two support planes (130) are connected to one another in a detachable or non-detachable manner while maintaining their shape and functionality; and/or - die mindestens eine Trägerebene (130) mit mindestens einer metallischen Schicht als elektrische Leiterbahn (200) versehen ist. - the at least one carrier plane (130) is provided with at least one metallic layer as an electrical conductor track (200). 7. Mikro-optomechanisches System (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mindestens eines der Trägerelemente (40, 50), die mindestens eine daran befestigte optische Komponente (60, 70) und das mindestens eine strahlformende Element (100, 110) von einem zumindest bereichsweise festen, optisch transparenten Medium umgeben ist. 7. Micro-optomechanical system (10) according to one of the preceding claims, wherein at least one of the carrier elements (40, 50), the at least one optical component (60, 70) attached thereto and the at least one beam-forming element (100, 110) is surrounded by an at least partially solid, optically transparent medium. 8. Mikro-optomechanisches System (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend mindestens ein erstes Trägerelement (170), ein zweites Trägerelement (180) und ein drittes Trägerelement (190), wobei das erste Trägerelement (170) mittels den Verbindungselementen (20, 30) mit dem zweiten Trägerelement (180) und mit dem dritten Trägerelement (190) verbunden ist, wobei die auf dem ersten Trägerelement (170) befestigte mindestens eine optische Komponente zumindest eine erste optische Koppelstelle (170a) und eine zweite optische Koppelstelle (170b) aufweist, wobei eine erste optische Verbindung zwischen der ersten optische Koppelstelle (170a) und einer optischen Koppelstelle (180a) der auf dem zweiten Trägerelement (180) befestigten mindestens einen optischen Komponente (181) vorliegt und gleichzeitig eine zweite optische Verbindung zwischen der zweiten optischen Koppelstelle (170b) und mindestens einer optischen Koppel stelle (190a) der auf dem dritten Trägerelement (190) befestigten mindestens einen optischen Komponente (191) vorliegt. 8. Micro-optomechanical system (10) according to one of the preceding claims, comprising at least a first carrier element (170), a second carrier element (180) and a third carrier element (190), wherein the first carrier element (170) is connected to the second carrier element (180) and to the third carrier element (190) by means of the connecting elements (20, 30), wherein the at least one optical component fastened to the first carrier element (170) has at least a first optical coupling point (170a) and a second optical coupling point (170b), wherein a first optical connection is present between the first optical coupling point (170a) and an optical coupling point (180a) of the at least one optical component (181) fastened to the second carrier element (180) and at the same time a second optical connection is present between the second optical coupling point (170b) and at least one optical coupling point (190a) of the at least one optical component (181) fastened to the third carrier element (190) attached at least one optical component (191). 9. Mikro-optomechanisches System (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mindestens eines der Trägerelemente (40, 50) mindestens ein weiteres strahlformendes Element aufweist, das auf dem Trägerelement (40, 50) oder auf einer der an dem Trägerelement (40, 50) befestigten optischen Komponenten (60, 70) angeordnet oder in das Trägerelement (40, 50) oder in eine der an dem Trägerelement (40, 50) befestigten optischen Komponenten (60, 70) eingebracht ist. 9. Micro-optomechanical system (10) according to one of the preceding claims, wherein at least one of the carrier elements (40, 50) has at least one further beam-forming element which is arranged on the carrier element (40, 50) or on one of the optical components (60, 70) fastened to the carrier element (40, 50) or is introduced into the carrier element (40, 50) or into one of the optical components (60, 70) fastened to the carrier element (40, 50). 10. Mikro-optomechanisches System (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin umfassend mindestens ein Positionierungselement, das derart eingerichtet ist, dass eine Position mindestens einer der optischen Komponenten (60, 70) auf einem der Trägerelemente (40, 50) durch eine Teilstruktur festgelegt wird, wobei die Teilstruktur mittels desselben Verfahrens hergestellt ist wie die mindestens eine der optischen Komponenten (60, 70). 10. Micro-optomechanical system (10) according to one of the preceding claims, further comprising at least one positioning element which is arranged such that a position of at least one of the optical components (60, 70) on one of the carrier elements (40, 50) is determined by a partial structure, wherein the partial structure is manufactured by means of the same method as the at least one of the optical components (60, 70). 11. Mikro-optomechanisches System (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin umfassend mindestens ein weiteres Trägerelement, an dem keine der optischen Komponenten (60, 70) befestigt ist und das keines der strahlformenden Elemente (100, 110) umfasst. 11. Micro-optomechanical system (10) according to one of the preceding claims, further comprising at least one further carrier element to which none of the optical components (60, 70) is attached and which does not comprise any of the beam-forming elements (100, 110). 12. Verfahren zur Herstellung eines mikro-optomechani sehen System (10), umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen von mindestens zwei Trägerelementen (40, 50), wobei jedes der Trägerelemente (40, 50) mindestens ein Verbindungselement (20, 30) aufweist, wobei jedes Verbindungselement (20, 30) über mindestens ein selbstzentrierendes Fügeelement (300, 310, 320, 330) verfügt oder als selbstzentrierendes Fügeelement (300, 310, 320, 330) ausgestaltet ist, wobei die Fügeelemente (300, 310, 320, 330) derart zueinander passen, dass die Trägerelemente (40, 50) mittels der Fügeelemente (300, 310, 320, 330) mechanisch miteinander verbindbar sind; b) Bereitstellen von mindestens zwei optischen Komponenten (60, 70), wobei jede der optischen Komponenten (60, 70) mindestens eine optische Koppelstelle (80, 90, 604) aufweist; c) Erzeugen mindestens eines strahlformenden Elements (100, 110) an mindestens einer der optischen Koppelstellen (80, 90, 604) mittels eines dreidimensionalen Strukturierungsverfahrens; d) Befestigen jeder optischen Komponente (60, 70) an einem der Trägerelemente (40, 50); und e) Herstellen einer optischen Kopplung der optischen Komponenten (60, 70) an mindestens einer optischen Koppelstelle (80, 90, 604) mittels einer mechanischen Verbindung der Trägerelemente (40, 50) durch die zueinander passenden selbstzentrierenden Fügeelemente (300, 310, 320, 330). 12. Method for producing a micro-optomechanical system (10), comprising the following steps: a) providing at least two carrier elements (40, 50), each of the carrier elements (40, 50) having at least one connecting element (20, 30), each connecting element (20, 30) having at least one self-centering joining element (300, 310, 320, 330) or being designed as a self-centering joining element (300, 310, 320, 330), the joining elements (300, 310, 320, 330) fitting together in such a way that the carrier elements (40, 50) can be mechanically connected to one another by means of the joining elements (300, 310, 320, 330); b) providing at least two optical components (60, 70), each of the optical components (60, 70) having at least one optical coupling point (80, 90, 604); c) producing at least one beam-forming element (100, 110) at at least one of the optical coupling points (80, 90, 604) by means of a three-dimensional structuring process; d) fastening each optical component (60, 70) to one of the carrier elements (40, 50); and e) producing an optical coupling of the optical components (60, 70) at at least one optical coupling point (80, 90, 604) by means of a mechanical Connection of the support elements (40, 50) by means of the matching self-centering joining elements (300, 310, 320, 330). 13. Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, wobei die mechanische Verbindung der Trägerelemente (40, 50) mittels eines Formschlusses erfolgt. 13. Method according to the preceding claim, wherein the mechanical connection of the carrier elements (40, 50) takes place by means of a positive connection. 14. Verfahren nach einem der vorangehenden Verfahrensansprüche, wobei mindestens eines der Trägerelemente (40, 50) und/oder mindestens eine der optischen Komponenten (60, 70) mittels eines dreidimensionalen Strukturierungsverfahrens hergestellt werden. 14. Method according to one of the preceding method claims, wherein at least one of the carrier elements (40, 50) and/or at least one of the optical components (60, 70) are produced by means of a three-dimensional structuring method. 15. Verfahren nach einem der vorangehenden Verfahrensansprüche, wobei an jeder der mindestens zwei optischen Koppelstellen (80, 90, 604) mindestens ein strahlformendes Element (100, 110) mittels des dreidimensionalen Strukturierungsverfahrens erzeugt wird. 15. Method according to one of the preceding method claims, wherein at each of the at least two optical coupling points (80, 90, 604) at least one beam-forming element (100, 110) is produced by means of the three-dimensional structuring method.
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Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3219399C2 (en) 1982-05-24 1984-05-10 Spindler & Hoyer GmbH & Co, 3400 Göttingen Kit for building a micro-optical bench
DE19820524A1 (en) 1998-05-08 1999-11-11 Daimler Chrysler Ag Micro-optical bench, e.g. for optical transmitters and receivers, enables miniaturized optical components to be adjusted w.r.t. each other and can be incorporated into electrical assembly and connection techniques
US20030148225A1 (en) * 2000-12-20 2003-08-07 Sweatt William C. Microoptical system and fabrication method therefor
US20030231835A1 (en) 2002-06-15 2003-12-18 Khiem Do Micro optical bench for mounting precision aligned optics, optical assembly and method of mounting optics
DE102005050274A1 (en) 2005-10-20 2007-04-26 Robert Bosch Gmbh Device for coupling beam controls of optical systems for transferring beams between the systems used in interferometric measuring devices comprise a connecting unit and mechanical centering units arranged on the optical systems
US20120183256A1 (en) * 2011-01-18 2012-07-19 Avago Technologies Fiber Ip (Singapore) Pte. Ltd. Optical connection system with plug having optical turn
WO2013010634A1 (en) 2011-07-18 2013-01-24 Heraeus Noblelight Gmbh Optoelectronic module with improved optical system
WO2015166130A1 (en) * 2014-04-29 2015-11-05 Consejo Superior De Investigaciones Científicas (Csic) Modular system for analysing beams of light
DE102016221464A1 (en) 2016-11-02 2018-05-03 Karlsruher Institut für Technologie Method of making an optical system and optical system
US20190377142A1 (en) * 2018-06-07 2019-12-12 University College Cork Fiber-less photonic system in an integrated package
US20210302715A1 (en) * 2020-03-31 2021-09-30 Cisco Technology, Inc. Periscope optical assembly with inserted components
US20220269029A1 (en) * 2019-07-24 2022-08-25 Jiaxing Xurui Electronic Technology Co., Ltd. Positioning block, optical positioning system and method based on positioning block, and functional module

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3219399C2 (en) 1982-05-24 1984-05-10 Spindler & Hoyer GmbH & Co, 3400 Göttingen Kit for building a micro-optical bench
DE19820524A1 (en) 1998-05-08 1999-11-11 Daimler Chrysler Ag Micro-optical bench, e.g. for optical transmitters and receivers, enables miniaturized optical components to be adjusted w.r.t. each other and can be incorporated into electrical assembly and connection techniques
US20030148225A1 (en) * 2000-12-20 2003-08-07 Sweatt William C. Microoptical system and fabrication method therefor
US20030231835A1 (en) 2002-06-15 2003-12-18 Khiem Do Micro optical bench for mounting precision aligned optics, optical assembly and method of mounting optics
DE102005050274A1 (en) 2005-10-20 2007-04-26 Robert Bosch Gmbh Device for coupling beam controls of optical systems for transferring beams between the systems used in interferometric measuring devices comprise a connecting unit and mechanical centering units arranged on the optical systems
US20120183256A1 (en) * 2011-01-18 2012-07-19 Avago Technologies Fiber Ip (Singapore) Pte. Ltd. Optical connection system with plug having optical turn
WO2013010634A1 (en) 2011-07-18 2013-01-24 Heraeus Noblelight Gmbh Optoelectronic module with improved optical system
WO2015166130A1 (en) * 2014-04-29 2015-11-05 Consejo Superior De Investigaciones Científicas (Csic) Modular system for analysing beams of light
DE102016221464A1 (en) 2016-11-02 2018-05-03 Karlsruher Institut für Technologie Method of making an optical system and optical system
US20190377142A1 (en) * 2018-06-07 2019-12-12 University College Cork Fiber-less photonic system in an integrated package
US20220269029A1 (en) * 2019-07-24 2022-08-25 Jiaxing Xurui Electronic Technology Co., Ltd. Positioning block, optical positioning system and method based on positioning block, and functional module
US20210302715A1 (en) * 2020-03-31 2021-09-30 Cisco Technology, Inc. Periscope optical assembly with inserted components

Non-Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CARMELO SCARCELLAKAMIL GRADKOWSKILEE CARROLLJUN-SU LEEMATTHIEU DUPERRONDAIVID FOWLERPETER O'BRIEN: "Pluggable single-mode fiber-array-to-PIC coupling using microlenses", IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, vol. 29, no. 22, 2017, pages 1943 - 1946, XP055893574, DOI: 10.1109/LPT.2017.2757082
GERLACH, A.ZIEGLER, P.MOHR, J.: "Assembly of hybrid integrated micro-optical modules using passive alignment with LIGA mounting elements and adhesive bonding techniques", MICROSYSTEM TECHNOLOGIES, vol. 7, no. 1, 2001, pages 27 - 31
KANTY RABENOROSOACEDRIC CLEVYSYLWESTER BARGIELJEAN-PHILIPPE MASCAROPHILIPPE LUTZCHRISTOPHE GORECKI: "Modular and reconfigurable 3d micro-optical benches: concept, validation, and characterization", INTERNATIONAL MANUFACTURING SCIENCE AND ENGINEERING CONFERENCE, 2011, pages 479 - 485
MORITZ KLEINERTDAVID DE FELIPECRISPIN ZAWADZKIWALTER BRINKERJUNG HAN CHOI: "Photonic integrated devices and functions on hybrid polymer platform", PHYSICS AND SIMULATION OF OPTOELECTRONIC DEVICES XXV. SPIE, 2017, pages 220 - 230
NORBERT KEILCRISPIN ZAWADZKIZIYANG ZHANGJIN WANGNELSON METTBACHNORBERT GROTEMARTIN SCHELL: "Optical Fiber Communication Conference", 2011, OPTICA PUBLISHING GROUP, article "Polymer PLC as an optical integration bench", pages: OWM1
PENTTI KARIOJAKIMMO KERÄNENMIKKO KARPPINENKARI KAUTIOVELI HEIKKINENMARKKU LAHTIJYRKI OLLILAJUKKATAPANI, MÄKINENKARI KATAJAJARKKO T: "LTCC toolbox for photonics integration", IMAPS/ACERS INT'L CONF. AND EXHIBITION ON CERAMIC INTERCONNECT AND CERAMIC MICROSYSTEMS TECHNOLOGIES, CICMT
S. BARGIELK. RABENOROSOAC. CLEVYC. GORECKIP. LUTZ: "Towards micro-assembly of hybrid MOEMS components on a reconfigurable silicon free-space micro-optical bench", JOURNAL OF MICROMECHANICS AND MICROENGINEERING, vol. 20, no. 4, 2010, pages 045012
S. SCHÜLEU. HOLLENBACHJ. MOHRJ. LIP. VORREAU: "Modular integration of microactuators and micro-optical benches", MICRO-OPTICS 2008. SPIE, 2008, pages 11 - 22
TOBIAS N. ACKERMANNJORDI VILA-PLANASXAVIER MUNOZ-BERBELERICA ALVAREZ-CONDEDANIEL KOPPHANS ZAPPEANDREU LLOBERA: "CLEO: Science and Innovations", 2016, OPTICA PUBLISHING GROUP, article "A toolbox for fast and simple assembly of a photonic lab on a chip", pages: SW1G
ULRICH K. GENGENBACH: "Automatic assembly of micro-optical components", MICROROBOTICS: COMPONENTS AND APPLICATIONS. SPIE, 1996, pages 141 - 150
WALLRABE, U.MOHR, J.: "Modular Microoptical Systems for Sensors and Telecommunication", SENSORS UPDATE, vol. 12, no. 1, 2003, pages 143 - 174
YASUHIKO AOKITOSHIO KATOROGERIO JUN MIZUNOKENICHI IGA: "Micro-optical bench for alignment-free optical coupling", APPLIED OPTICS, vol. 38, no. 6, 1999, pages 963 - 965

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