JPH0875957A - 光子装置を結合した光導波路 - Google Patents
光子装置を結合した光導波路Info
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Abstract
点を解消する光子装置を結合した光導波路を提供するこ
と。 【解決手段】 光導波路101に第1の湿潤パッド10
9をボンド113で光を透過する遠端103から側方距
離D1の位置に機械的に結合するとともに、光子装置1
05の中心領域から側方距離D2の位置にボンド113
により第2の湿潤パッド111を機械的に結合して第1
の湿潤パッド109と第2の湿潤パッド111を整列す
るとともに、光導波路101の遠端103と光子装置1
05の中心領域とを光学的に整列する。
Description
関するものであり、更に詳細に述べれば、光導波路を光
子装置と光学的に結合する光子装置を結合した光導波路
に関する。
装置の性能の増大は装置構成要素の電気的相互接続の制
約により制限される。このような制限は要求されるデー
タ速度が毎秒100万ビットの範囲から毎秒10億ビッ
トの範囲に増大するにつれて一層重大になる。
るデータ速度に対する要求を満足する高いデータ帯域幅
を与える。光学的相互接続技術の高いデータ帯域幅に拘
らず、その商業的受容に対する主な障害の一つは光学構
成要素を実装するコストが高いことである。たとえば、
光ファイバの光学パッケージ内のレーザと能動的に人手
で整列させるのは時間がかかり、かつ労働集約的であ
り、これが光学パッケージのコストに追加される。さら
に、必要な時間および労力が光学構成要素の大量生産を
制限している。
素の大量生産を低コストで行なう、光導波路と光子装置
とを受動的に自動整列する光子装置を結合した光導波路
である。
装置とを受動的に自動整列する光子装置を結合した光導
波路を提供する。従来技術の幾つかの教示とは対照的
に、本発明は、光ファイバとレーザまたは他の光子装置
との時間がかかりかつ労働集約的な能動的な人手による
整列を必要としない。したがって、本発明は光学構成要
素の大量生産を低コストで行なう。
を透過させる遠端を備えた光導波路を備えている。第1
の湿潤パッドが光導波路と機械的に結合され、光導波路
の遠端から所定の側方距離に設置されている。本発明は
さらに表面に中心領域のある光子装置を備えている。第
2の湿潤パッドが光子装置と機械的に結合され、光子装
置の中心領域から所定の側方距離に設置されている。光
子装置の中心領域から第2の湿潤パッドまでの側方距離
は実質上光導波路の遠端から第1の湿潤パッドまでの側
方距離と同じである。
1の湿潤パッドを第2の湿潤パッドと整列して保持し、
光導波路の遠端と光子装置の中心領域との所要光学整列
を行なうようになっている。選定された材料は第1およ
び第2の湿潤パッドと接触して設置されるとき液体形態
をなしている。選定された材料の調節された体積の表面
張力が第1の湿潤パッドを第2の湿潤パッドとの整列に
引き込み、それにより実質上光導波路の遠端と光子装置
の中心領域とを整列させている。たとえば、蝋は第1お
よび第2の湿潤パッドと接触して設置されると液相まで
加熱され、調節された体積の蝋の表面張力により両湿潤
がパッドを整列させるようにしている。選定された材料
は次に固化されて両湿潤パッドを整列して保持する。た
とえば、蝋は固体まで冷却されて湿潤パッドを整列して
保持する。
第2の湿潤パッドは各々基板と機械的に結合されて光子
装置と第2の湿潤パッドとの機械的結合を行なうように
している。他に、或る実施例では、複数の光導波路を互
いに機械的に結合し、複数の光子装置を互いに結合して
いる。第1の湿潤パッドは第2の湿潤パッドと整列して
保持され、実質上各光導波路と光子装置のそれぞれの一
つと所要の光学整列を行なうようにしている。
なうには、光導波路はフレキシブル光導波路を備えてい
ることが望ましい。他に、有利な費用節減を行なうに
は、光導波路は光学的に透明なポリマーを備えているこ
とが望ましい。
用いて本発明の原理を図解する添付図面と関連して行な
う以下の詳細な説明から明らかである。
側面図である。図示のとおり、光導波路組立体101は
光を透過させる遠端103を備えている。光学構成要素
のフレキシブル相互接続を行なうには、光導波路組立体
はフレキシブル光導波路を備えているのが望ましい。他
に、有利な費用節減を行なうには、光導波路組立体は光
を光導波路の遠端と光導波路の他の遠端(図1には図示
してない)との間に広がっている光導波路の長手寸法に
沿って導くのに光学的に透明なポリマを備えていること
が望ましい。
絡している光子装置105を示している。一般に、光子
装置は光の基本粒子、光子、が主要な役割を演ずるもの
である。したがって、本発明に採用している光子装置は
光信号を電子プロセスにより検出する、光検出器のよう
な、装置の他に、電気エネルギを光放射に変換する、発
光ダイオードおよび半導体レーザのような、装置を備え
ている。図解の目的で、図1に例として示した光子装置
は好適な半導体表面放出レーザ(以下、SELという)
である。図1に示す実施例では、破線により代表的に図
示した光ビームSはSEL光子装置から放出され、光導
波路の遠端を透過し、光導波路内部で内部反射により伝
播する。図1にはSELを図示してあるが、他の光子装
置を図1に示すSELの位置に置き換えて有利な結果が
得られることを理解すべきである。たとえばSELを光
を受けるためその中心領域が光導波路の遠端と光学的に
整列している光検出器で有利に置き換えられる。
領域107を備えている。電子的プロセスにより光信号
を検出する、光検出器のような、光子装置の場合、光子
装置の表面の中心領域で受け取る光に対して所要の高い
光検出感度が存在する。同様に、電気エネルギを光放射
に変換する、発光ダイオードまたは半導体レーザのよう
な、光子装置の場合、光子装置の表面の中心領域からの
所要の高い放出がある。
る。第1の湿潤パッド109は光導波路に機械的に結合
され、光導波路の遠端から所定の側方距離、D1、に設
置されている。第2の湿潤パッド111は光子装置に機
械的に結合され、光子装置の中心領域から所定の側方距
離、D2、に設置されている。図示のとおり、光子装置
の中心領域から第2の湿潤パッドまでの側方距離は光導
波路の遠端から第1の湿潤パッドまでの側方距離に実質
上同じであるように選定されている。
ッドを第2の湿潤パッドと整列して保持し、実質的に光
導波路の遠端と光子装置の中心領域との所要の光学的整
列を行なうようにするボンド113に選定され、使用さ
れている。好適には、蝋は本書で後に更に詳細に説明す
るように、フリップチップ蝋ボンドを設けるのに使用さ
れる。
詳細底面図である。図2は破断して適切な形状および幅
寸法、W1、を有する第1の湿潤パッド109を示して
いる。たとえば、図2に示すように、第1の湿潤パッド
は円形で、その幅寸法W1はほぼ100ミクロンであ
る。
波路の表面の所定位置にホトリソグラフィック法で設置
されている。好適に、光導波路の表面の位置は第1の湿
潤パッドを設置する前にイオンミリングされ、第1の湿
潤パッドと光導波路の表面の位置との接着を促進するよ
うにしている。
マスク整列技術が第1の湿潤パッドを光導波路の遠端か
ら所定距離に設置するのに使用されている。好適な設置
精度は10乃至20ミクロン以内にあり、光導波路の遠
端と光子装置の中心領域との光学的整列および光学的結
合の効率を良くするようにしている。好適に第1の湿潤
パッドは金属を適切に整列したマスクを通してスパッタ
することにより光導波路の表面に設置される。たとえ
ば、厚さ約1500オングストロームのタングステンの層を
最初に設置し、続いて厚さ約20000オングストロー
ムのニッケル・ヴァナジゥムの層を、続いて厚さ約50
0オングストロームの金の層を蒸着する。
破断上面図である。好適に第2の湿潤パッド111は第
1の湿潤パッドに関して先に本書で説明したと同じ仕方
で光子装置上にホトリソグラフィック法で設置される。
ホトリソグラフィック・マスク整列技術を有利に利用し
て第2の湿潤パッドを光子装置の中心領域から所定距離
に設置するようにしている。好適に、第2の湿潤パッド
の形状および寸法W2は第1の湿潤パッドと合ってい
る。
プ蝋ボンドをマスクすることを示す詳細断面図である。
図4は光導波路組立体101のおよび図2の第1の湿潤
パッド109の詳細断面図を示す。図5は光子装置10
5のおよび図3の第2の湿潤パッド111の詳細断面図
を示す。第2の湿潤パッドの上方で調節された体積の蝋
を気化させる影として厚さ数ミルのモリブデンのマスク
を好適に使用している。図6に示すように、マスクを除
去し、ボンド113を残す。好適に蝋のボンド113の
層の厚さは約3ミルである。図7に示すように、蝋をそ
の融点より上に加熱し、溶融バンプ上にリフロさせ、次
にこれを冷却する。
および第2の湿潤パッドと接触して付着させ、調節され
た体積の蝋の表面張力が第1の湿潤パッドを第2の湿潤
パッドとの整列に引き込み、それにより光導波路の遠端
を光子装置の中心領域との実質的に光学的に整列するよ
うにしている。たとえば、図8に示すように、蝋を液相
まで加熱し、第1および第2の湿潤パッドを隣接して設
置する。図9に示すように、蝋の表面張力は第1の湿潤
パッドを第2の湿潤パッドとの整列に向けて引くように
動作する。図10に示すように、第1、第2の湿潤パッ
ドが一旦整列すれば、蝋ボンドは固化する。更に詳細に
述べれば、蝋はボンド113で固相まで冷却し、第1の
湿潤パッドを第2の湿潤パッドと整列して保持し、それ
により光導波路の遠端を光子装置の中心領域と実質的に
光学的整列をなして保持するようにしている。
寸法が約100ミクロンの第1および第2の湿潤パッド
を与えると、蝋ボンドの高さはほぼ70乃至80ミクロ
ンの範囲内に入る。湿潤パッドの幅寸法および蝋体積を
制御することにより、光導波路の遠端と整列している光
子装置の中心領域との間の垂直分離が制御されることを
理解すべきである。光導波路の遠端と光子装置の中心領
域との間の光の結合はそれらの間の垂直分離が減るにつ
れて改善される。光導波路の遠端が光子装置の中心領域
にほとんど接触するように蝋体積を更に減らすことは可
能であるが、蝋体積が減れば弾性も減り、これは光導波
路と光子装置との熱膨張の差により生ずる剪断力に応じ
蝋ボンドの不必要な破壊を生ずることがあるので、これ
は望ましくない。
ことは可能であるが、蝋の体積が増せば光導波路と光子
装置との間の垂直分離が増大し、光導波路と光子装置と
の間の光の結合が不必要に減少するので、それは好まし
くない。したがって、蝋ボンドの弾性の増大と光導波路
と光子装置との間の光の結合の増大との間には兼ね合い
がある。約70乃至80ミクロンの範囲内の好適な高さ
を有する蝋ボンドは蝋ボンドの良好な弾性と光導波路と
光子装置との間の光の良好な結合との双方を有利に備え
ている。
であり、基板415に支持された光導波路組立体401
および光子装置405を示している。基板はさらにに複
数の集積回路、たとえば、図11に示すように光子装置
と電気的に結合されたトランシーバ集積回路417を支
持している。
ある。図示のとおり、光子装置にはその表面に中心領域
407がある。光子装置の中心領域407は光導波路の
遠端403と光学的に連絡してそれを通して光を透過さ
せる。
示しており、第1の湿潤パッド409は光導波路と機械
的に結合している。第2の湿潤パッド411および光子
装置405は各々基板415と機械的に結合しており、
基板は光子装置と第2の湿潤パッドとの間接な機械的結
合を行なっている。図12に示すように、第1の湿潤パ
ッドは光導波路の遠端から所定の側方距離D1に設置さ
れている。同様に、第2の湿潤パッドは光子装置の中心
領域から所定の側方距離D2に設置されている。光子装
置の中心領域から第2の湿潤パッドまでの側方距離は光
導波路の遠端から第1の湿潤パッドまでの側方距離に実
質上同じであるように選定されている。適切な材料、た
とえば蝋、を第1の湿潤パッドを第2の湿潤パッドと整
列して保持し、光導波路の遠端と光子装置の中心領域と
の光学的整列を行なうようにするボンド413に選定
し、使用している。
潤パッドを示している。第3の湿潤パッド417が光導
波路と機械的に結合し、光導波路の遠端から所定の側方
距離に設置されている。第4の湿潤パッド419が光子
装置と機械的に結合して光子装置の中心領域から所定の
側方距離に設置されている。光導波路の遠端から第3の
パッド417までの側方距離D3は光子装置の中心領域
から第4の湿潤パッド419までの側方距離D4に実質
上同じである。所定の材料が第3の湿潤パッド413を
第4の湿潤パッド419と整列して保持し、光導波路と
光子装置との光学的整列をさらに行なうようにしてい
る。
である。図示のように、複数の光導波路402が光導波
路組立体401の中で互いに機械的に結合されている。
好適に、複数の光導波路402は図13に示すように単
一ポリマ層上に単一マスクを使用して当業者に周知の仕
方でホトリソグラフィック法で形成されている。好適に
はポリマ層を次に図13に示すようにバッファ層の間に
挟み込む。役に立つ背景情報が、米国特許第5,01
6,136号「Moisture Sealing of OpticalWaveg
uide Devices with Doped Silicon Dioxide(ド
ープド・シリコン・オキサイドを有する光導波路装置の
水分封止)」のようなBruce L. Booth(ブルース・
エル・ブース)に対して発行された特許に見られる。こ
の特許を本書に引用して取り入れてある。
結合してある。たとえば、図13で光子装置は各々基板
に機械的に結合され、光子装置を互いに機械的に間接的
に結合するようにしている。丁度ホトリソグラフィック
・マスク整列技術が第1の湿潤パッドを光導波路の遠端
から所定距離に設置する際に有利に利用されるように、
ホトリソグラフィック・マスク整列技術は光子装置を基
板に機械的に結合するのに使用される湿潤パッドを正確
に設置するのにも同様に利用される。簡単にするため図
13には3個の光子装置および3個の光導波路だけを図
示してあるが、更に多数の光導波路および光子装置を採
用して有益な結果が得られることを理解すべきである。
湿潤パッドと整列して保持する蝋は実質上各光導波路と
光子装置のそれぞれの一つとの所要光学的整列を行な
う。図13はさらに共に蝋付けされて更に所要光学的整
列を行なう他の一対の湿潤パッドを示している。
破断前面図である。図14に示す実施例は全般的に図1
3に図示し先に本書で詳細に説明したものと同じであ
る。ただし、図14では複数の光子装置を共に光子装置
組立体に製作していることに注目すべきである。
面図である。図15に示す実施例は全般的に図11に図
示し先に本書で詳細に説明したものと同じである。ただ
し、図15では光子装置と結合するため基板上に設置さ
れた湿潤パッド610が光導波路と結合するため基板に
設置された湿潤パッド611と実質上共面整列し、光子
装置と光導波路との簡潔な光学的整列を有利に行なって
いることに注目すべきである。
び本発明の装置に適用される方法はは光導波路と光子装
置との受動的整列を自動化して光学構成要素を低コスト
で大量生産を行なう。本発明の特定の実施例を説明し、
かつ図解してきたが、本発明はそのように説明し図解し
た特定の形態または部品の配置に限定されるものではな
く、本発明の範囲および精神を逸脱することなく各種修
正および変更を行なうことができる。それ故、特許請求
の範囲の範囲内で本発明を特に説明し図解したもの以外
で実用することができる。
が、ここで各実施例の理解を容易にするために、各実施
例ごとに要約して、以下に列挙する。
路、表面に中心領域がある光子装置、光導波路に機械的
に結合され、光導波路の遠端から所定の側方距離に設置
されている第1の湿潤パッド、および光子装置に機械的
に結合され、光子装置の中心領域から所定の側方距離に
設置されている第2の湿潤パッド、から構成されている
1対の湿潤パッド、第1の湿潤パッドを第2の湿潤パッ
ドと整列して保持し、光導波路の遠端と光子装置の中心
領域との所要の光学的整列を実質的に行なうようにする
ボンド、から構成されている光子装置を結合した光導波
路である。
パッドまでの側方距離は実質上光導波路の遠端から第1
の湿潤パッドまでの側方距離と同じである上記1に記載
の光子装置を結合した光導波路である。
えている上記1に記載の光子装置を結合した光導波路で
ある。
から構成されている上記1に記載の光子装置を結合した
光導波路である。
第1の湿潤パッドは光導波路の表面にホトリソグラフィ
ック法により設置されている上記1項に記載の光子装置
を結合した光導波路である。
置および第2の湿潤パッドは各々基板に機械的に結合さ
れて光子装置の第2の湿潤パッドとの前記機械的結合を
行なうようになっている上記1に記載の光子装置を結合
した光導波路である。
れ、光導波路の遠端から所定の側方距離に設置されてい
る第3の湿潤パッド、および光子装置に機械的に結合さ
れ、光子装置の中心領域から所定の側方距離に設置され
ている第4の湿潤パッド、から構成されている他の1対
の湿潤パッド、第3の湿潤パッドを第4の湿潤パッドと
整列して保持し、光導波路と光子装置との光学的整列を
さらに行なうようにする他のボンド、を備えている上記
1に記載の光子装置を結合した光導波路である。
ドまでの側方距離は実質上光子装置の中心領域から第4
の湿潤パッドまでの側方距離と同じである上記3に記載
の光子装置を結合した光導波路である。
いる複数の光導波路、互いに機械的に結合されている複
数の光子装置、を備えており、第1の湿潤パッドを第2
の湿潤パッドと整列して保持するボンドは実質上各光導
波路と光子装置のそれぞれの一つとの所要の光学的整列
を行なう上記1に記載の光子装置を結合した光導波路で
ある。
波路を設ける工程、表面に中心領域を備えている光子装
置を設ける工程、第1の湿潤パッドを光導波路と連絡し
て整列する工程、第2の湿潤パッドを光子装置と連絡し
て整列する工程、光導波路の遠端を光子装置の中心領域
とが実質的に光学整列するために、液体形態を成す材料
の調節された体積を基板の湿潤パッドおよび光導波路の
湿潤パッドに接触して設置し、材料の調節された体積の
表面張力が第1の湿潤パッドを第2の湿潤パッドとの整
列に引き込む工程、から構成されている光子装置を結合
した光導波路に適用される光学的整列方法である。
械的に連絡して整列する工程は、第1の湿潤パッドを光
導波路の表面の所定位置にホトリソグラフィック法によ
り設置することを含む上記10に記載の光学的整列方法
である。
械的に連絡して整列する工程は、光導波路の表面の所定
位置をイオンミリングして光導波路の表面への第1の湿
潤パッドの接着を促進するようにすることを含む上記1
0に記載の光学的整列方法である。
は、第1の湿潤パッドを光導波路の遠端から所定の側方
距離に設置することを含み、第2の湿潤バッドを整列す
る工程は第2の湿潤パッドを光子装置の中心領域から所
定の側方距離に設置し、光子装置の中心領域から第2湿
潤のパッドまでの側方距離が実質上光導波路の遠端から
第1の湿潤パッドまでの側方距離と同じになるようにす
ることを含む上記10に記載の光学的整列方法である。
体積を設置する工程は、蝋を液相までに加熱することを
含む上記10に記載の光学的整列方法である。
置の中心領域と実質的光学整列して保持するために、材
料を固体化して第1の湿潤パッドを第2の湿潤パッドと
整列して保持するようにすることを含む上記10に記載
の光学的整列方法である。
相まで冷却することを含む上記15に記載の光学的整列
方法である。
湿潤パッドを光導波路の遠端から所定の側方距離に設置
して光導波路と機械的に結合するとともに、第2の湿潤
パッドを光子装置の中心領域から所定の側方距離に設置
して光子装置を機械的に結合して、ボンドにより第1の
湿潤パッドを第2の湿潤パッドに整列して保持し、光導
波路の遠端と光子装置の中心領域との光学的配列を行う
ようにしたので、光学構成要素の大量生産低コストで行
うことができ、光導波路と光子装置とを受動的に自動整
列することができる。
る。
グを図解する詳細断面図である。
グを図解する詳細断面図である。
グを図解する詳細断面図である。
グを図解する詳細断面図である。
グを図解する詳細断面図である。
グを図解する詳細断面図である。
ングを図解する詳細断面図である。
図である。
である。
である。
Claims (1)
- 【請求項1】 光を透過させる遠端を備えた光導波路、 表面に中心領域がある光子装置、 光導波路に機械的に結合され、光導波路の遠端から所定
の側方距離に設置されている第1の湿潤パッド、および
光子装置に機械的に結合され、光子装置の中心領域から
所定の側方距離に設置されている第2の湿潤パッド、か
ら構成されている1対の湿潤パッド、 第1の湿潤パッドを第2の湿潤パッドと整列して保持
し、光導波路の遠端と光子装置の中心領域との所要の光
学的整列を実質的に行なうようにするボンド、から構成
されている光子装置を結合した光導波路。
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