JP2000266965A

JP2000266965A - 光情報コネクタ

Info

Publication number: JP2000266965A
Application number: JP11070015A
Authority: JP
Inventors: Toshihisa Hamano; 利久浜野; Masanori Hirota; 匡紀廣田; Junji Okada; 純二岡田; Takayuki Yamada; 高幸山田; Takekazu Shiotani; 剛和塩谷
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1999-03-16
Filing date: 1999-03-16
Publication date: 2000-09-29

Abstract

(57)【要約】【課題】簡易な構成で、光ファイバーと受発光素子と
を高精度で位置合せして、高効率に光結合するための着
脱自在な光情報コネクタを提供する。【解決手段】光ファイバー30を挿入する貫通孔26を設
けた平板18と平板20とを相互に平行に配置した光ファイ
バー保持部材12により、光ファイバー30を所定の方向に
向けて保持し、位置合せピン16により、光ファイバー保
持部材12と受発光素子42を保持する受発光素子保持部材
14とを接合し、光ファイバー30と受発光素子42とが光結
合する構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバーと受
発光素子とを光結合するための光情報コネクタに関し、
詳しくは、大容量光通信の受発光情報モジュールとして
有用な２次元構成の光情報コネクタに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザ等の光受発光素子の入射・
出射角度は小さく、また、光ファイバーの出射端面も小
さいため、これらの結合を効率よく行うためには、光フ
ァイバーと光受発光素子との位置関係を正確に制御して
接続しなければならない。このため光ファイバーと光受
発光素子との接続装置が種々提案されている。

【０００３】K.Matsuda et.al., IEDM 95,22.8, p587-5
90に記載された従来の光ファイバーと面発光レーザ素子
との接続装置を図１０に示す。この装置では、複数本の
光ファイバー100がMulti‐Fiber Tape102に保持されて
おり、GaAs単結晶を用いて作製されたフェルール104
は、その下部には面発光レーザ素子108が付設され、光
ファイバー100と対向する位置にはGuidingHole106が設
けられている。光ファイバー100はMulti‐Fiber Tape10
2に保持された状態で、GuidingHole106により光ファイ
バー100と対向する位置に位置合わせされフェルール104
上に固定される。

【０００４】しかし、この従来の装置では、光通信の受
発光情報モジュールの２次元化が進み光ファイバーの本
数が増えれば増えるほど、その光ファイバーの向く方向
を制御するのが困難となる。また、この装置では、一旦
取りつけた光ファイバーを取り外すことになった場合は
すべてバラバラにせざるを得ない。このため半固定型の
光インターコネクションのような領域には何とか利用す
ることもできるが、現在Ethernetを使用しているような
構内LANなど着脱自在であることが必要とされる用途に
は適用できない。更に、この装置では、面発光レーザ素
子を搭載した基板上に直接ファイバーを載せるため、か
なり大きなGaAs基板を使うことになりコストも高くなっ
た。

【０００５】また、多数本の光ファイバーを光素子に接
続する方法が、特開平５−８８０４９号公報等に提案さ
れているが、光ファイバーと光素子の具体的接続形態に
は言及されておらず、具体的な位置制御の方法は開示さ
れてはいない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点に鑑み、このようなxyz方向の各ファイバー
に対する位置決め制御を特に測定器などを用いずに治具
により容易に行い、また２次元の複数本のファイバーに
対しても、確実にその精度を維持したまま実装していく
方法を示すものである。すなわち、本発明の目的は、簡
易な構成で、光ファイバーと受発光素子とを高精度で位
置合せして、高効率に光結合するための着脱自在な光情
報コネクタを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、鋭意検討
の結果、下記手段により上記課題が解決されることを見
出した。

【０００８】本発明の光情報コネクタは、光ファイバー
を挿入する貫通孔を設けた平板を２以上相互に平行に配
置し、光ファイバーを所定の方向に向けて保持する光フ
ァイバー保持部材と、保持基板上に戴置された半導体基
板上に、受発光素子を保持する受発光素子保持部材と、
前記光ファイバーと前記受発光素子とが光結合するよう
に位置合せする位置合せ部材と、を備えたことを特徴と
する。

【０００９】前記平板は、２次元に配列された貫通孔を
有する構成とすることにより、２次元に配列された光フ
ァイバーを所定の方向に向けて保持し、固定することが
できる。前記貫通孔は、光ファイバーを容易に貫通させ
るため、その挿入側の径がファイバーの径より大きいこ
とが好ましい。

【００１０】前記位置合せ部材は、位置合わせの精度を
上げるため、少なくとも3点で前記光ファイバーと前記
受発光素子とを位置合せするようにすることが好まし
い。

【００１１】前記位置合せ部材が、前記光ファイバー保
持部材の平板に設けられ、前記受発光素子保持部材の半
導体基板上に設けられた凹部と嵌合するピンであること
が好ましい。

【００１２】また、前記貫通孔及び前記凹部は、位置合
わせの精度を上げるため、半導体からなる平板のフォト
リソグラフィーまたは異方性エッチングにより形成され
ることが好ましい。

【００１３】本発明の光情報コネクタにおいては、光フ
ァイバー保持部材に、光ファイバーを挿入する貫通孔を
設けた平板を２以上相互に平行に配置したことで、光フ
ァイバーのXY面上での位置決めを行うことができ、光フ
ァイバーを所定の方向に向けて保持することができる。
例えば、特開平５−88051号公報に記載されているよう
な従来の一枚構成の平板では、ファイバーの増加に伴っ
て、その方向性に大きなばらつきをもたらすことになる
が、複数の平板で光ファイバーを保持することにより、
これを改善することができ、何本光ファイバーが使用さ
れる場合でも、精度良く方向をそろえてならべることが
できる。

【００１４】また、前記光ファイバーと前記受発光素子
とが光結合するように位置合せする位置合せ部材を設け
たことにより、充分な精度で、光ファイバー保持部材と
受発光素子保持部材とを接合することができ、ファイバ
ーと光受発光素子を高い効率で光結合させることができ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明を具体的に説明する。

【００１６】図１は、本発明の光情報コネクタの実施形
態の一例を示す概略断面図である。図1に示すように、
光情報コネクタ10は、光ファイバー保持部材12と受発光
素子保持部材14と、位置合せ部材としての位置合せピン
16とから構成されている。

【００１７】光ファイバー保持部材12は、(100)のSiか
らなる半導体平板18と半導体平板20とからなり、半導体
平板18と半導体平板20とは、スペーサ22とスペーサ24と
によって相互に平行になるように離間された状態で配置
されている。半導体平板18と半導体平板20にはそれぞれ
貫通孔26及び貫通孔28が設けられている。貫通孔26には
光ファイバー30が挿入され所定の位置に保持され、貫通
孔28には位置合せピン16が挿入され固定されている。ま
た、半導体平板20の下部にはガイドピン32が設けられて
いる。

【００１８】受発光素子保持部材14は、保持基板34と、
保持基板34上に戴置された半導体基板36とから構成され
ている。保持基板34にはガイドピン32と対向する位置に
凹部38が設けられ、半導体基板36には位置合せピン16と
対向する位置に凹部40が設けられている。また、半導体
基板36上には、位置合せピン16が凹部40に嵌められた状
態で光ファイバー30の出射端面に対向する位置に受発光
素子42が保持されている。

【００１９】この装置において、位置合せピン16を凹部
40に嵌め込み、光ファイバー保持部材12と受発光素子保
持部材14とを接合すると、光ファイバー30の出射端面が
受発光素子42と高効率で光結合できる位置に配置される
ようになる。

【００２０】以下、図２〜７を参照して、上記光情報コ
ネクタの製造方法を説明する。なお、ここでは上記光情
報コネクタの主要構成部分について説明し、外形のプラ
スチック成形部品については説明を省略する。

【００２１】（光ファイバー保持部材12の作製）(100)
のSi半導体平板の全面を熱酸化し、その表面をSiO₂で覆
った後、光ファイバー30と位置合わせピン16を並べるピ
ッチに応じて、図２(a)に示すように円形にSiO₂膜が除
かれたレジストパターンを形成する。位置合わせピン16
は図２(a)に示すように３箇所に設ける。なお、円形に
するのは、(110)方向のオリエンテーションに対する僅
かな角度のずれが貫通孔26の最終的な開口形状に与える
バラツキを除去するためである。なお、ＳＭファイバー
のコア材の直径は10μmであったので、これに合わせる
ようにウエハ厚を約100μｍとした。

【００２２】形成したレジストパターンを用い、エチレ
ンジアミン、ピロカテコール、及び水のエッチャントを
用いて循環系でエッチングを実施し、250μmピッチで16
個の貫通孔26と、位置合わせピン用の３つの貫通孔28と
を開け、半導体平板18を得た。図２(b)に示すように、
貫通孔26及び貫通孔28の断面形状のテーパー角度は約53
度である。

【００２３】貫通孔26、28の設けられた半導体基板20を
同様の方法で形成した。

【００２４】半導体基板20上に膜厚5mmのスぺーサ22と
スペーサ24とを固定し、各基板の貫通孔26が重なるよう
にアライメントし、２枚の基板を貼り合わせた。アライ
メントは、２枚の基板に合わせマークを作製しておき、
これを利用して赤外顕微鏡を用いて２枚の基板の貫通孔
を合わせることにより行った。スぺーサ22とスペーサ24
の膜厚は5mmとしたが、この値はファイバーの固定に充
分な長さがあれば良く、これより長くても短くても構わ
ない。

【００２５】次に、図３に示すように、光ファイバー30
をその先端が基板20からはみ出す長さが定尺になるよう
に治具を用いて調製し紫外線硬化樹脂で固定した。基板
20の下側に平面板を置き、そこに光ファイバー30の先端
を突き当てることにより、基板20の下側の出口でファイ
バーの長さを制御している。また、図４に示すように、
基板20の下側に適当な厚さのスぺーサをおくことで、基
板表面から光ファイバー先端までの長さは自由に制御す
ることができる。

【００２６】また、図３に示すように、位置合わせピン
16は、光ファイバー30の先端よりも位置合わせピン16の
先端が長く出るようにして、光ファイバー30と同様に紫
外線硬化樹脂で固定し、光ファイバー保持部材12が完成
する。

【００２７】（受発光素子保持部材14の作製）図５に示
すように、化合物半導体よりなる半導体基板36上に、位
置合わせピン16を受ける凹部40を形成する位置を予めパ
ターンニングしておく。このパターンを用い、通常のウ
エットエッチング（H₂SO₄:H₂O₂＝1:1を水で希釈したも
ので約3分）により凹部40を形成した。ここでは、ウエ
ットエッチングにより凹部40を形成したが、ドライエッ
チングでもよく、成形精度を上げるためSi基板で使った
ような異方性エッチング技術を使っても良い。

【００２８】次に、図６に示すように、この半導体基板
36上の所定の位置に、面発光レーザ素子42とフォトダイ
オード素子42とを集積配置し、図７に示すように、化合
物半導体基板36を、ガイドピン32を受ける凹部38が設け
られたSUS製の保持基板34に接着剤で固定し、受発光素
子保持部材14が完成する。

【００２９】以上の方法により作製された光情報コネク
タは、光ファイバー保持部材12には、光ファイバー30用
の貫通孔26と位置合わせピン16用の貫通孔28とがフォト
リソグラフィーの精度（約0.1μm程度）で形成され、ま
た、受発光素子保持部材14には、受発光素子42と位置合
わせピン16を受ける凹部40も同じくフォトリソグラフィ
ーの精度で形成されている。従って、位置合わせピン16
と凹部40とを嵌合することで、充分な精度で、光ファイ
バー保持部材12と受発光素子保持部材14とを接合するこ
とができる。また、光ファイバー保持部材12と受発光素
子保持部材14との接合は嵌め込み式であるため、取り外
しも容易である。

【００３０】本実施形態では、光ファイバーを保持する
平板に高精度で貫通孔を形成するために、Si半導体基板
を用いこれに異方性エッチングを行う例を示している
が、それに限定される訳ではなく、高精度で貫通孔を形
成することができるのであれば、基板材料はSi半導体以
外の材料でもよく、加工方法もエキシマレーザーによる
加工や機械的加工としてもよい。

【００３１】本実施形態では、同方向にテーパのある半
導体平板18と半導体平板20とを用いたが、図８(a)に示
すように、口径が大きい側を外側に向けて重ね合わせて
もよく、また、半導体平板は２枚に限られず、図８(b)
に示すように、３枚以上使用してもよいことは自明であ
るが、加工費・材料費とのバランスを考慮すれば、制限
された枚数にするべきである。

【００３２】本実施形態では、位置合わせピン16を貫通
孔28に挿入固定し、位置合わせピン16と半導体平板18、
半導体平板20とで保持する構成としたが、図９に示すよ
うに、位置合わせピン16を半導体平板20の下部に最後に
取り付けることも可能である。

【００３３】また、位置合わせピンの破損等、ハンドリ
ング不良によるトラブルを防ぐためには、位置合わせピ
ン16と同様に、ガイドピン32とこれを受ける凹部38も３
箇所以上設けることが好ましい。このような構成とする
ことによって、光ファイバー保持部材12と受発光素子保
持部材14とが真っ直ぐ上から合わされることになりコネ
クタ接続上のトラブルが防止される。

【００３４】さらに、光ファイバー保持部材12と受発光
素子保持部材14とが結合された後は、それらが垂直方向
に離れないように、例えば特開平8−75956などに記載さ
れているようなワンタッチ式のばね式保持機具等で固定
するのが好ましい。

【００３５】本実施形態では、受発光素子42として面発
光レーザとフォトダイオードを用いた例を示したが、受
発光素子42が基板に対して垂直な方向の入射・出射デバ
イスであれば適用することができる。また、基板に対し
て垂直な方向に光路変更することができる光デバイスに
も適用することができる。

【００３６】本実施形態では、光ファイバー30と受発光
素子42との間が空間的に結合される例を示したが、更に
有効な結合を得る目的で、光ファイバー30の先端部分に
加工を施したり、光ファイバー30と受発光素子42との間
にマイクロレンズを挿入してもよい。また、光ファイバ
ー30と受発光素子42との間に、適当な結合デバイスを挿
入し、光ファイバー30と受発光素子42のピッチ変換を行
うこともできる。

【００３７】以上、説明したように、本発明の光情報コ
ネクタによれば、光ファイバー保持部材と受発光素子保
持部材とを予め作製しておくことにより、2次元的に配
列された光ファイバーと受発光素子を精度良く、且つ取
外し可能に接続することができる。従って、この光情報
コネクタを用いると、近い将来に期待される空間多重を
用いた大容量伝送において、ユーザーが現在の電力コン
セントのように簡易に情報伝送を扱えるようになる。

【発明の効果】本発明の光情報コネクタは、簡易な構成
で、光ファイバーと受発光素子とを高精度で位置合せし
て、高効率で光結合するという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光情報コネクタの実施形態の一例を
示す概略断面図である。

【図２】 (a)は本発明の実施形態に係る光情報コネク
タの光ファイバー保持部材の平板部分の構成を示す平面
図であり、(b)はその概略断面図である。

【図３】本発明の実施形態に係る光情報コネクタの光
ファイバー保持部材の構成を示す概略断面図である。

【図４】光ファイバーの長さを調節する機構を示す概
略断面図である。

【図５】本発明の実施形態に係る光情報コネクタの受
発光素子保持部材における受発光素子等の配置を示す平
面図である。

【図６】本発明の実施形態に係る光情報コネクタの受
発光素子保持部材の半導体基板部分の構成を示す概略断
面図である。

【図７】本発明の実施形態に係る光情報コネクタの受
発光素子保持部材の構成を示す概略断面図である。

【図８】（ａ）及び（ｂ）は、平板に設けられる貫通
孔の開口形状のパターン示す概略断面図である。

【図９】本発明の光情報コネクタの他の実施形態を示
す概略断面図である。

【図１０】従来の光ファイバーと面発光レーザ素子との
接続装置の概略断面図である。

【符号の説明】

10 光情報コネクタ 12 光ファイバー保持部材 14 受発光素子保持部材 16 位置合せピン 18 半導体平板 20 半導体平板 22 スペーサ 24 スペーサ 26 貫通孔 28 貫通孔 30 光ファイバー 32 ガイドピン 34 保持基板 36 半導体基板 38 凹部 40 凹部 42 受発光素子 100 光ファイバー 102 Multi‐Fiber Tape 104 フェルール 106 GuidingHole 108 面発光レーザ素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡田純二神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーンテクなかい富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者山田高幸神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーンテクなかい富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者塩谷剛和神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーンテクなかい富士ゼロックス株式会社内Ｆターム(参考） 2H036 JA04 LA01 LA04 LA05 LA07 QA12 QA15 QA20 QA23 QA49 QA59 2H037 BA02 BA11 DA02 DA04 DA12 DA33

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ファイバーを挿入する貫通孔を設けた
平板を２以上相互に平行に配置し、光ファイバーを所定
の方向に向けて保持する光ファイバー保持部材と、保持基板上に戴置された半導体基板上に、受発光素子を
保持する受発光素子保持部材と、前記光ファイバーと前記受発光素子とが光結合するよう
に位置合せする位置合せ部材と、を備えた光情報コネクタ。
【請求項２】前記平板は、２次元に配列された貫通孔
を有する請求項１記載の光情報コネクタ。
【請求項３】前記貫通孔は、その挿入側の径がファイ
バーの径より大きい請求項１または２に記載の光情報コ
ネクタ。
【請求項４】前記位置合せ部材は、少なくとも3点で
前記光ファイバーと前記受発光素子とを位置合せする請
求項１から３までのいずれか1項に記載の光情報コネク
タ。
【請求項５】前記位置合せ部材がピンであり、該ピン
は前記光ファイバー保持部材の平板に設けられ、前記受
発光素子保持部材の半導体基板上に設けられた凹部と嵌
合する請求項１から４までのいずれか1項に記載の光情
報コネクタ。
【請求項６】前記貫通孔が半導体からなる平板のフォ
トリソグラフィーまたは異方性エッチングにより形成さ
れる請求項１から５までのいずれか1項に記載の光情報
コネクタ。
【請求項７】前記凹部が半導体平板のフォトリソグラ
フィーまたは異方性エッチングにより形成される請求項
５に記載の光情報コネクタ。