JPH1010362A

JPH1010362A - 受動的に調整されたファイバーを有する光集積回路

Info

Publication number: JPH1010362A
Application number: JP9069608A
Authority: JP
Inventors: Stephen Clement Mettler; クレメントメトラーステファン; Ian Arthur White; アーサーホワイトイアン
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1997-03-24
Publication date: 1998-01-16
Also published as: EP0798579A1; US5703973A

Abstract

(57)【要約】【課題】受動的に調整されたファイバーを有する光集
積回路【解決手段】本発明では、光集積回路（ＯＩＣ）10と
光ファイバーアレー20（以下、ＯＩＣ等とする。）が、
平面ブリッジ構造30上に装着され、他デバイスへ容易に
接続可能なデバイスを形成する。ＯＩＣ等は、基準領域
14、24を含むシリコン基板100、200と、複数の光路16、
50を含む頂部側から成る。光路は、正確な距離を隔て各
基準領域上に位置する。ＯＩＣ等の底部基板内には、エ
ッチングが施され、アライメント特徴13、23を含む。平
面ブリッジ構造は、ＯＩＣ等の基準表面と接し、光路の
縦方向のアライメントがなされる。アレーのファイバー
を適切に選択すると、優れたアライメントが実現され。
全体構造は、ＯＩＣ上にブリッジ基板400を置き、スプ
リングクリップ60を付し、単一構造となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバーアレ
ーに相互接続された光集積回路に関する。本発明はま
た、ファイバーアレーと光集積回路の間の受動的整合
（調整）を精密に実現する方法に関する。

【従来の技術】

【０００２】光集積回路は、平面基板（例えば、「チッ
プ」）上に配置され、導波路により相互接続されてい
る、１×Ｎスプリッター、スイッチ、波長分割多重化
器、等々といったデバイスからなっている。一方、これ
らの導波路は、ガラス、あるいは光を導くためチップよ
りも僅かに高い屈折率を有する光ポリマーのような、そ
の他の伝送媒体でできており、チップ上に配置された、
光路に過ぎないのである。

【０００３】光集積回路は、よりコンパクトで、信頼性
があり、丈夫なため、さらには、光デバイスの集積によ
り、精密な構成要素形式が反復的に製造できるようにな
ることから、個々の光学的対応部品を実施するため、次
第に利用されるようになっている。

【０００４】光集積回路上での導波路への光ファイバー
の相互接続は、光集積回路の幅広い応用を妨げる主要な
問題の一つである。整合の方策については、次の２つの
種類が存在している。ｉ）能動的整合ここでは、接続部分の光伝送を可視的
にモニターするか、あるいは導波路コアの相対的位置を
観測する一方で、光ファイバーは、プレーナー形導波路
へ能動的に調整されている。ｉｉ）受動的整合ここでは、光ファイバーは、接続部
分の光伝送をモニターすることなく、導波路に関して何
らかの形で置かれている。

【０００５】一般的に、能動的整合の手法は、低損失の
相互接続を生み出すものの、結果としては、各相互接続
毎により高いコストとなることが認められるところであ
る。さらに、光集積回路のための、高性能、低損失、環
境的に安定な、受動的整合の方策について、成功した実
証は、これまでに存在しない。

【０００６】受動的整合における以前の試行では、製造
に適していない、非常に多数の部品を必要とする接続部
分からなるものである。チップの頂部表面上に二次加工
された、典型的には１０μｍ未満である、物理的な整合
特徴は、確実な整合を行うにはあまり信頼性の高いもの
とはいえない。とりわけ、手作業による（マニュアル
で）組立てが所望されている場合には、そうである。

【発明が解決しようとする課題】

【０００７】必要とされているものは、複数の光ファイ
バーに接続されている光集積回路であり、ここで光ファ
イバーは、光集積回路上の回路へのアクセスを提供して
いる。接続部分は、低損失かつ、環境的に安定でなくて
はならない。さらに、これらの相互接続の質は、手作業
により（マニュアルで）、加えて、接続部分の光伝送を
モニターする必要なしに、実現されるべきである。

【課題を解決するための手段】

【０００８】光集積回路と光ファイバーアレーが、終端
間で結合されており、平面ブリッジ構造上に装着され、
従来の光コネクターを用いている他のデバイスへ容易に
接続可能なデバイスを形成している。光集積回路とファ
イバーアレーのそれぞれは、基準表面を含む底部側と複
数の光路を含む頂部側を持つ基板から成っている。これ
らの光路は、各基準表面上に正確な距離をもって位置さ
れている。

【０００９】加えて、光集積回路とファイバーアレーの
底部側は、基板内にエッチングが施され、光路に関して
固定した水平関係を持つ整合特性を含んでいる。平面ブ
リッジ構造はまた、光集積回路とファイバーアレーの基
準表面に面を接している基準表面を含んでおり、光路が
縦方向の整合にある（縦方向に配向している）ことを確
実にしている。さらに、平面ブリッジ構造は、光集積回
路とファイバーアレーの整合特徴とかみ合う、相補的な
特徴を含んでおり、光路が縦方向の整合にあることを確
実にしている。

【００１０】本発明の望ましい実施例においては、基板
材料としてシリコンが用いられている。もっとも、ガラ
スも同様に用いられ得る。ファイバーアレー内のファイ
バーが最小の離心（例えば、０．１５ミクロン未満）と
類似する直径（例えば、０．３ミクロンの（誤差）範囲
内）を有するように念入りに選択されると、結果として
のデバイスは、能動的整合を行うことなしに、優れた整
合（すなわち、平均で０．１ｄＢ未満）を実現するので
ある。全体的なデバイスは、光集積回路とファイバーア
レーの頂部側上に、もう一つのブリッジ構造を置き、フ
ァイバー端と導波路間に屈折率整合材料を張りつけて、
さらに、機械的なクランプを取り付けることで構造的に
は完成される。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明は、スプリッター及びＷＤ
Ｍといった、光集積回路上の回路が容易にアクセスされ
ることが可能なように、光ファイバーを光集積回路へ接
続させる技術における改良を説明しているものである。
これまで、低損失な接続部分を有するには、光ファイバ
ーと導波路の間の光集積回路上で相互接続を、能動的に
調整させることが必要であった。本発明では、図７と結
びつけて以下で論じられるように、整合を行う部署に関
する資本コストと、整合及び硬化プロセス（キュアリン
グプロセス）の間に消費される時間（およそ３０分）に
対する労働コストを削減している。

【００１２】一般に、本発明では、精密な厚みのシリコ
ン部品、精密なフォトリソグラフィー、精密な光ファイ
バーにより、比較可能な程度あるいは、より良い性能を
実現している。もっとも、これらの領域のそれぞれにお
ける精密さについては、すでに実証されてきたところで
あるが、組み合わせることで、光ファイバーを光集積回
路へ接続する際の受動的整合、及びそれに伴うコストの
節約を実現することは、これまで決してなかったのであ
る。

【００１３】図１は、ファイバーアレー(２０)と光集積
回路(１０)の分解透視図（分解見取り図）であり、それ
らの相互接続はブリッジ構造３０により支持されてい
る。ファイバーアレー(２０)は、シリコン基板(２００)
からなり、これは、その頂部側上に縦方向に拡がる溝
（トラフ）(２６)を複数有している。各溝は、光ファイ
バー(５０)を保持しており、光ファイバーの保護コーテ
ィング（保護被覆）は、終端部分からはがされている。
（光ファイバーは、典型的には、コンタミナント（混入
物）及び摩耗からガラスを保護する、アクリル材料の層
で被覆されていることに留意されたい。）

【００１４】横断面では、溝(２６)はＶ字形状をしてお
り、機械加工により、あるいは、製造上の経済性のた
め、望ましくは、エッチングにより、容易に形成され
る。溝(２６)の寸法は、はがされたガラスファイバー
(５０)が、溝内に適切に装着されている際に、ファイバ
ーの頂部が溝の頂部よりも僅かに上に延びている程度に
なるように選択される。すなわち、ファイバー(５０)の
頂部が溝２６の頂部よりも下にある場合には、保護カバ
ー(２５０)（図４参照。）は、ファイバー上に何らの力
も及ぼすことが不可能となるであろうし、そこで、保護
カバーは、溝内に確実にファイバーを保持する効果がな
くなってしまうであろう。

【００１５】さらに、ファイバーの頂部が溝の頂部と同
じ高さにあるに過ぎない場合には、保護カバーと接触を
することが考えられるが、そのような接触にしても、保
護カバー(２５０)と基板(２００)の頂部側の間におけ
る、ダスト粒子の存在によって妨げられ得る場合があ
る。

【００１６】ファイバー(５０)が、溝(２６)内に置かれ
た後には、それらを適切な位置に保持するため、頂部カ
バー(２５０)が用いられる。図４に示されているよう
に、柔軟性接着材料(２７)が、カバー(２５０)の下側に
張りつけられ、これが、当該カバーをファイバーアレー
(２０)に結合し、過度の応力を与えることなく光ファイ
バー(５０)を適切な位置に保持する。アレー(２０)の端
面(２１)を超えて延びている光ファイバーは、固着され
ており、端面全体は研磨されている。端面(２１)は、後
方反射を低減させるため、シリコン基板(２００)の主表
面に対する垂直方向について、６゜よりも大きい角度
で、できれば８゜−１２゜の間の角度で研磨されている
ことが望ましい。

【００１７】光集積回路(１０)は、シリコン基板(１０
０)から成り、その上には、多数の光回路が形成されて
いる。光導波路(１６)は、これらの光回路へ、及び、こ
れらの光回路から、光信号を導くのに用いられる。光導
波路(１６)は、光を導くため、周囲の材料よりも僅かに
高い屈折率を有するガラスからできている、基板(１０
０)上に配置された、光路よりなる。これらの光路にお
ける急なターン（急旋回）は、光の一部が導波路から逃
れることを生じさせることから、例えば、別の導波路へ
光を結合させることが望まれているような場合でなけれ
ば、一般には、このような急なターン（急旋回）は避け
られる。

【００１８】光回路の集まりは、大きなシリコン基板上
に配置され、ダイシングによりそれぞれ分離される。で
きれば、ダイシングの前に、シリコンかその他の適切な
材料からできた保護板(１５０)が、基板(１００)に接着
されることが望ましい。重要な点は、保護板(１５０
が)、基板(１００)と実質的には同じ熱膨張係数を有す
るということである。図５に示されているように、エポ
キシのような接着剤(１７)が、保護板(１５０)と基板
(１００)の間に張りつけられている。接着剤が硬化され
た後には、基板(１００)と保護板(１５０)は個々の光集
積回路部品へとダイシングされる（切り分けられる）。

【００１９】加えて、上述のファイバーアレーのよう
に、光集積回路の端面(１２)は、後方反射を低減させる
ため、シリコン基板(１００)の主表面に対して垂直であ
る方向に関して、６゜よりも大きい角度で、できれば８
゜−１２゜の角度で研磨されている。しかしながら、端
面(１２)は、端面(２１)の方向に対し反対の方向に傾い
ている。このことは、これらの端面が、共に隣接して接
触されている場合には、それぞれの表面上のすべての点
において互いに接触することを確実としているというこ
とである。不完全性に適応させる（不完全さを受け入れ
る）ため、これらの端面(１２、２１)の間の境界（イン
タフェース）には、ＧＥ６１８６のような屈折率整合材
料が張りつけられている。

【００２０】光集積回路のもう一方の端面(１１)は、端
面１２と全く同様の手法で扱われていることに留意され
たい。加えて、図面を簡略化し、冗長性（繰り返し）を
避けるため、端面(１１)に接続されたファイバーアレー
は、示されていないが、端面(１１)へ延びている光導波
路(１６)は、ファイバーアレー（ファイバーアレー２０
に類似する）あるいは別の光集積回路へ接続しているこ
とは理解されるところである。

【００２１】水平方向の整合なお図１を参照すると、ブリッジデバイス（構造）(３
０)は、シリコン基板(３００)から成っており、これ
は、その頂部側上に、水平方向の整合を実現可能として
いる特徴(３３)を多数有している。相補的な特徴(１
３、２３)は、光集積回路(１０)及びファイバーアレー
２０の底部側上に、それぞれ存在している。これは、３
つの構造(１０、２０、３０)のすべてが共に結合されて
いるとき、ファイバーアレー(２０)内にあるファイバー
が、光集積回路上の導波路(１６)に関して、水平方向に
調整されるようにするものである。

【００２２】手作業による（マニュアルでの）組立てが
可能である場合には、触感（接触）による確実な整合を
確保するため、これらの特徴のサイズは、５０から７５
ミクロン（１ミクロン＝１０^-6メートル＝１μｍ）のオ
ーダーとされる必要がある。（要求される特徴のサイズ
を減らす為、機械による視覚が利用されることができる
が、自動化についての付加的なコストを伴う。）さら
に、これらの特徴は、シリコン基板にエッチングされる
か、あるいは機械加工されることが望ましいが、一方
で、同一の目的を実現するのに、基板上に材料が配置さ
れることもなされうる。

【００２３】整合特徴が水平方向の正確な整合を確実に
するため、光集積回路の基板の底部側上に形成されたも
の（整合特徴）は、その頂部側上の光導波路の水平方向
の位置を０．５ミクロンの範囲内に固定しなくてはなら
ない。これは、当該技術分野でよく知られている、両面
フォトリソグラフィー及びエッチング技術により実現可
能である。同様に、ファイバーアレー基板上の光導波路
の水平方向の位置を０．５ミクロンの範囲内に固定する
にも、両面フォトリソグラフィー及びエッチング技術は
用いられる。

【００２４】縦方向の整合ブリッジデバイス(３０)の頂部側は、縦方向の整合を実
現可能にする基準表面(３４)を含んでいる。基準表面
(３４)は、光集積回路とファイバーアレーの各基板上の
基準表面(１４、２４)のそれぞれと合わさっており、フ
ァイバーアレー(２０)内のファイバーが、光集積回路
(１０)内の導波路(１６)に関して、縦方向に調整される
ことを確実にしている。

【００２５】図４について簡潔な参照をすると、ここで
は、基準表面(２４)と、光ファイバー５０の中心軸を通
して切り取る平面との間で測定される距離ｄ₂（典型的
には、２０−４０ミル）を示している。本発明を実施す
る際に必須とされないが、溝(２６)は、そこに存在して
いる光ファイバー(５０)の中心軸がすべて、基板(２０
０)の頂部側と同一平面にあるように、エッチングが施
されている。

【００２６】また図５についても参照をすると、ここで
は、光集積回路基板(１００)の底部側上の基準表面(３
４)と、光導波路(１６)の中心部分を通して切り取る平
面との間の距離ｄ₁を示している。ｄ₁及びｄ₂の正確な
寸法は、それぞれおよそ(３０)ミル（すなわち、０．７
６ミリメートル）であることが望ましく、より重要な仕
様（細目）は、ｄ₁＝ｄ₂±０．５ミクロン（±０．５ミ
クロンの誤差範囲内でｄ₁＝ｄ₂）とするということであ
る。

【００２７】図２は、加工段階の間における、平面ガラ
ス基板(２００)の横断面図を開示している。このような
基板は、光ファイバーアレーを構成する際に用いられ、
できれば、シリコンのような結晶材料でできていること
が望ましい。頂部表面は、エッチングが施された、光フ
ァイバー保持用のＶ字形状の溝(２６)のアレーを含んで
いる。底表面は、整合特徴(２３)のアレーを含んでお
り、これもまた、エッチングにより形成されている。

【００２８】マスク材料(２５)は、シリコン基板上に配
置されており、さらにこれは、公知のエッチング及びフ
ォトリソグラフィー技術を用いて選択的に取り除かれ
る。図１に示されたアセンブリの水平方向の整合が精密
なものとなるよう、溝(２６)と整合特徴(２３)は、水平
方向において、互いについて精密に位置されなくてはな
らないという点が極めて重要である。溝と整合特徴との
間で、一旦水平方向の関係が固定されると、それは、±
０．５ミクロンの範囲内に維持される。

【００２９】多数の整合特徴(２３)が示されているが、
一つのみが必要とされているということに留意すべきで
ある。さらに、シリコン基板の底部側上での縦方向の突
出部が望まれている場合には、光ファイバーを保持する
溝(２６)に対して、それらの縦方向の突出部が、正確な
水平方向の関係を有している限りにおいて、基板内ある
いは基板上において、異なる種類の特徴が用いられう
る。

【００３０】基板材料に、シリコンのような結晶を用い
ると、ある結晶平面を利用することにより、溝表面を精
密に形成することが可能となる。例えば、（１，０，
０）結晶（学的）平面にある主表面を持ったシリコン基
板は、異方性をもってエッチングが施され、（１，１，
１）平面にある表面を持つ溝を形成するであろう。この
ようなことから、溝の２つの傾斜壁の角度は、主表面に
エッチングを施す時間に関わらず、主要構造に関する結
晶表面の向き（ここでの例では、およそ５５゜）によ
り、常に精密に決定されるであろう。

【００３１】そこで、開口（開き）のサイズも、主にエ
ッチング用マスクの開口（開き）のサイズにより決定さ
れるであろう。平らな底部を有する溝は、結晶平面につ
いて完全なエッチングが施されるに至らないで、エッチ
ングのプロセスを止めることで形成される。そのような
場合でも、同じ向きを有する傾斜側壁が、依然生成され
るであろう。結晶のエッチングについては、例えば、E.
J.Murphyらによる、Journal of Lightwave Technology,
Vol.LT-3,No.4(1985)の"PermanentAttachment of Singl
e-Mode Fibers to Waveguides,"で論じられている。

【００３２】ファイバーの選択ファイバーアレーの光ファイバーと光集積回路上に配置
された導波路の間で、低損失な接続を実現することが、
望ましいといえる。このような接続は、各導波路に対し
て各光ファイバーを接合させることで実現される。理想
的には、各ファイバーの縦方向の軸は、各導波路の縦方
向の軸と同一直線上にある。これは、一部分において
は、同一の外径と最小の離心を持つ光ファイバーを選択
することで実現される。また、このようにすることは、
費用がかかるようにもみえるが、そうではない。

【００３３】光ファイバーが製造される際には、外径及
び離心に関しての測定がなされる。これらの、及びその
他の測定値は、ファイバーの各スプール（リール、巻き
枠）毎に付随するものである。各光集積回路では、すべ
ての接続をなすのにおよそ１メートル程度のファイバー
しか必要としないことから、念入りに選択されたファイ
バーの一つのスプール（リール、巻き枠）で、何千もの
光集積回路には十分足りるのである。さらに、ファイバ
ー生産プロセスについては、たとえコストが増加して
も、ファイバーの外径と離心が厳密に制御可能であると
いうことは、十分によく理解されているところである。

【００３４】ファイバーの外径が関係する限りにおいて
要求される精度を例示すると、ここでは、図３について
の参照がなされる。これは、光ファイバー(５０)の横断
面図であり、その外部コーティング（外部被覆）は取り
除かれており、基板(２００)の頂部側におけるＶ字形状
の溝(２６)内に存在している。光ファイバー(５０)の幾
何学的中心(５００)は、支持溝(２６)のちょうど底部を
通過する線(５１０)上に存在する。通信用に用いられる
光ファイバーは、光搬送コア(５０２)とその周辺に配置
されたクラッディングを含んでいる。そのような光ファ
イバーは、１２５ミクロンの公称外径（呼び外径）を持
っており、単一モードファイバーの場合には、コア直径
は、およそ９ミクロンである。

【００３５】光ファイバー(５０)の直径における増減に
より、それに対応する量だけ、幾何学的中心(５００)
は、線(５１０)に沿ってそれぞれ上下に動くこととな
る。光ファイバーのコア(５０２)と調整されることにな
る導波路は、同程度の厚みを持っていることから、光フ
ァイバーの外径における変化から生じる光伝送損失は、
およそ１．０ミクロンの外径の変化について、およそ
０．１ｄＢである。そこで、光ファイバーの外径は、適
切な受動的整合のため１２５±０．３ミクロンとなるこ
とが望ましい。

【００３６】図３はまた、ファイバーの離心が関係する
限りでの、要求される精度を例示している。ファイバー
(５０)の光搬送コア(５０２)は、ファイバーの中心(５
００)とは異なる中心(５０１)を有していることに留意
されたい。さらに、ファイバーがＶ字形状の溝(２６)内
に、回転する上でどのように置かれるかによって、コア
の中心(５０１)が線(５１０)の左側か右側になりうる。
中心(５００)と(５０１)の間の距離は、離心として知ら
れており、典型的な製品としてのファイバーでは、およ
そ１ミクロン程度となりうる。しかしながら、適切な受
動的整合を行うためには、離心が０．１５ミクロン未満
である光ファイバーを受動的整合のために選択する必要
がある。

【００３７】図４は、ブリッジ構造の基板(３００)上に
装着されたファイバーアレーの基板(２００)の横断面図
を開示している。柔軟性材料２７の層は、保護カバー
(２５０)の底部側に付着されており、ファイバー(５０)
のそれぞれを付随したＶ字形状の溝(２６)へ押し込むた
めに用いられている。柔軟性材料は、例示的には、ポリ
カーボネイトのようなプラスチックのシートから成って
いる。基板(２００)上の基準表面(２４)は、基板(３０
０)上の基準表面(３４)と合わさっており、図５で示さ
れた導波路(１６)との精密な縦方向の整合を確かなもの
とするため、ファイバー(５０)の中心軸が、正確な距離
ｄ₂だけ、ブリッジ構造よりも上部にあることを確実に
させている。

【００３８】図５は、図４で示されたものと同じブリッ
ジ構造の基板(３００)上に装着された光集積回路基板
(１００)の横断面図を開示している。エポキシ層(１７)
は、保護カバー(１５０)を光集積回路基板(１００)に付
着させるのに用いられる。光導波路(１６)は、ベース
(１９)、コア(１６)、クラッディング(１８)の３つの層
から形成されている。ベース層(１９)は、シリコン基板
(１００)から基本モードを分離し、それにより光信号
が、シリカ−基板の境界（界面、インタフェース）を通
じてリークすることを防いでいる。

【００３９】このシリカ−基板の境界は、導波路の他の
境界と異なって、完全に反射するものではない。クラッ
ディング層１８の反射率は、ベース層(１９)の当該値と
ほぼ等しくなるように選択される。光学的な閉込め（コ
ンファインメント）を実現するため、コア層の反射率
は、僅かな量だけ増やされている。これは通常は、クラ
ッディングに関する、コアの反射率におけるパーセンテ
ージ上の増加であるΔとして記述される。

【００４０】Ｐ（リン）がドープされたコアについて
は、Δ〜０．６０−０．７０％である。Δを増加させる
と、より小さい光学モード、より小さい曲げ半径、より
コンパクトな光集積回路及び損失の増加を生み出す。ベ
ース層１９は、アンドープシリカ（ＳｉＯ₂）からでき
ている。これがもっとも硬い層であり、それに付着され
るコア１６が、パターンを形成された後に動かないよう
にするものである。

【００４１】他のガラスは、ドープシリカからできてお
り、均一で低損失の材料を形成するのに役立つプロセス
である、アニーリングの間に生じる。密な間隔のコアの
間の充填を促進させるため、コアとベース層が硬いまま
留まる一方で、クラッディングはすぐに生じるべきであ
る。クラッディングはまた、反射率においてもベース層
と適合するべきである。前に論じられたように、光導波
路が図６で示されたように機械的に結合された後に、光
導波路(１６)が光ファイバー(５０)（図４）と縦方向に
調整されることを確実にするため、±０．５ミクロンの
範囲内でｄ₁＝ｄ₂となる。

【００４２】図６は、ファイバーアレー基板(２００)と
その保護カバー(２５０)に相互接続された、光集積回路
１００とその保護カバー(１５０)を示している。基板
(１００)、(２００)の厚さ、整合特徴(１３、２３、３
３)、光ファイバー(５０)の直径及び離心を適切に制御
することで、優れた受動的整合が低コストで実現され
る。底部のブリッジ構造(３００)は、頂部のブリッジ構
造(４００)と働き合って、光集積回路とファイバーアレ
ーをはさみ込む。一方、一対のスプリングクリップ(６
０)は、全体のアセンブリを共に単一の構造として保持
する。

【００４３】スプリングクリップは、ステンレス鋼製で
あることが望ましい。有利なことに、そのような組立て
は、実験室環境を必要とするものではなく、代わりに、
実用として組み立てられることが可能である。光集積回
路及びファイバーアレーの端面は、あらかじめ研磨され
ており、組立の間にそれらの境界に屈折率適合材料を張
りつけることで、僅かな摩耗が克服される。

【００４４】伝送出力モニターによる能動的整合図７では、光ファイバーアレー(７２、７４)内の光ファ
イバー(５０)を光集積回路(７３)の光導波路へ調整させ
る装置が開示されている。望ましくはＵＶ（紫外線）に
より硬化可能な種類の、接着剤が、光集積回路(７３)の
一方及び両方の端あるいは光ファイバーアレー(７２、
７４)それぞれの向かい側へ張りつけられている。

【００４５】図７では、光集積回路(７３)及び光ファイ
バーアレー(７２、７４)は、それぞれマイクロポジショ
ナー（小型位置決め器）(６２、６３、６４)に装着され
ており、これらのマイクロポジショナーは、イギリス、
ケンブリッジ（Cambridge）のMelles-Griot,Inc.から市
販されている。できれば、マイクロポジショナー(６３)
は、図７の左手側から右手側へと延びる水平軸、言い換
えれば、光集積回路(７３)の長手方向に平行な軸、につ
いて回転可能な回転ステージであることが望ましい。マ
イクロポジショナー(６２、６４)はできれば、光ファイ
バーアレー(７２、７４)のそれぞれを三次元において適
切に位置させることが可能なＸ−Ｙ−Ｚステージである
ことが望ましい。

【００４６】レーザー源(７０)は、光ファイバー(５０)
の端部へ結合されており、選択された任意の光ファイバ
ー(５０)において、選択的にレーザー光を生成可能であ
る。レーザー源(７０)は、所定の周波数でレーザー光の
強度変調を行い、レーザー光の変調周波数を示す電気信
号を生成する。レーザー源(７０)は、レーザー光の変調
周波数を示す電気信号をロックインアンプ（ロックイン
増幅器、ロックインアンプリファイヤー）(６１)へ提供
するため結合されている。

【００４７】レーザー源(７０)により生成されたレーザ
ー光は、選択された光ファイバー(５０)を通過して、光
ファイバーアレー(７２)と、それに接触している光集積
回路(７３)の端部の間にある、光ファイバー／接着剤／
光導波路という境界（界面）へと伝わる。光ファイバー
／接着剤／光導波路という境界から散乱されたレーザー
光は、前記境界に隣接して配置された光検出器(６７)に
より検出される。散乱光の大きさを元にして、光検出器
(６７)は信号を生成し、この信号は、スイッチ(６８)を
えてロックインアンプ(６１)へと供給される。できれ
ば、レーザー源(７０)は、室内光、例えば２ｋＨｚにお
いて顕著に存在しない周波数でレーザー光を変調するこ
とが望ましい。

【００４８】ロックインアンプ(６１)は、レーザー源
(７０)より生成された電気信号を受け取り、レーザー源
(７０)により生成された光のみを検出するのに、この信
号を用いた。光検出器(６７)により検出された、光ファ
イバー／接着剤／光導波路という境界から散乱されたレ
ーザー光の量を元に、ロックインアンプは、散乱光の量
を示すディスプレー（表示）(６１０)を生成する。光フ
ァイバー／接着剤／光導波路という境界から散乱された
光が最小値となるまで、マイクロポジショナー(６２)を
操作し、ディスプレー(６１０)をモニターすることによ
り、選択された光ファイバー(５０)は、光集積回路(７
３)上の対応する一つの導波路と調整されることが可能
となるのである。

【００４９】マイクロポジショナー(６３)は、調整され
た光ファイバーと光導波路により定まる軸について、光
ファイバー／接着剤／光導波路という境界により散乱さ
れた光が最小値となるまで、マイクロポジショナー(６
３)の回転ステージを回転することで操作される。スイ
ッチ(６８)は、さらに手動で動作され、光検出器(６９)
により生成された光信号をロックインアンプ(６１)へ供
給する。

【００５０】光検出器(６９)により生成された信号は、
光ファイバーアレー(７４)と、それに接触する光集積回
路(７３)の終端部分の間にある、光ファイバー／接着剤
／光導波路という境界から受け取られた散乱光を元にし
ている。上述の整合の手順は、この境界についても繰り
返される。光ファイバーアレー(７２、７４)と光集積回
路(７３)が調整された後には、接着剤（ＵＶ、紫外線で
硬化可能な）には、紫外線（ＵＶ）が照射されて、硬化
し、それにより整合を維持する。

【００５１】光検出器(６５)は、相互接続アセンブリ
(７２、７３、７４)を通じて伝送されたレーザー光の強
度を示す信号を生成する。光検出器(６５)に結合された
出力メーター(６６)は、相互接続アセンブリを通じて伝
送されたレーザー光の強度を決定し、ディスプレー（表
示）するため用いられる。

【００５２】レーザー源(７０)により生成されたレーザ
ー光の強度を出力メーター(６６)で受け取られるレーザ
ー光の強度と比較することで、相互接続アセンブリの質
が決定されることが可能となり、相互接続アセンブリ上
に配置されるか、あるいは付随されたラベル（標識）で
示されることが可能となって、例えば、技術者あるいは
サービス要員が、当該相互接続アセンブリが特定の応用
例に適した質を有するものであるかを容易に判断できる
ようになるのである。

【００５３】

【発明の効果】本発明により、従来、コストの高い能動
的整合によってのみ提供されていた、複数の光ファイバ
ーに接続された光集積回路の光ファイバーとの接続部分
における、高性能、低損失、環境的に安定な質を有する
相互接続が、初めて受動的整合により実現され、製造も
簡略かつ信頼性の高いものとなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に従った相互接続用の、ファイ
バーアレー、光集積回路、及びブリッジ構造の分解透視
図（分解見取り図）である。

【図２】図２は、加工の間における、ファイバーアレー
で利用される平面ガラス基板の横断面図を開示してい
る。

【図３】図３は、ファイバーアレーにおけるＶ字形状の
支持溝内に存在している光ファイバー、ファイバーの縦
軸と光搬送コアの中心軸の間の距離、についての横断面
図であり、明確にするため誇張されている。

【図４】図４は、ブリッジ構造上に装着されたファイバ
ーアレーの横断面図である。

【図５】図５は、ブリッジ構造上に装着された光集積回
路の横断面図である。

【図６】図６は、受動的に調整されている光集積回路と
ファイバーアレーを含む、相互接続アセンブリの透視図
である。

【図７】図７は、光集積回路の光導波路端部を光ファイ
バーアレーの光ファイバー端を能動的に調整させる、先
行技術における装置についてのブロック線図及び側面図
である。

【符号の説明】

１０光集積回路１１、１２端面１３相補的特徴（整合特徴）１４基準表面１６光導波路（コア層）１７接着剤（エポキシ層）１８クラッディング層１９ベース層２０ファイバーアレー２１端面２３整合特徴２４基準表面２５マスク材料２６溝（トラフ）２７柔軟性接着材料３０ブリッジ構造３３整合特徴３４基準表面５０光ファイバー６０スプリングクリップ６１ロックインアンプ（ロックイン増幅器、ロックイ
ンアンプリファイアー）６２６３、６４マイクロポジショナー６５光検出器６６出力メーター６７、６９光検出器６８スイッチ７０レーザー源７２、７４光ファイバーアレー７３光集積回路１００シリコン基板１５０保護板（保護カバー）２００シリコン基板２５０保護カバー３００シリコン基板（底部ブリッジ構造）４００頂部ブリッジ構造５００幾何学的中心５０１中心５０２光搬送コア５１０線６１０ディスプレー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 ＭｏｕｎｔａｉｎＡｖｅｎｕｅ, ＭｕｒｒａｙＨｉｌｌ，ＮｅｗＪｅｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者イアンアーサーホワイトアメリカ合衆国，30338 ジョージア，マンハセットプレイスダンウッディー 1730

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】底部側上に基準表面（１４）を有し、
頂部側上に複数の導波路（１６）を有する基板（１０
０）を有し、前記導波路は、所定の距離ｄ₁だけ前記基準表面より上
に位置された平面に存在する中心軸を有し、光集積回路（１０）の底部側が、前記導波路の横方向位
置を固定する整合特徴（１３）を有していることを特徴
とする光集積回路（１０）と、底部側上に基準表面（２４）を有し、光ファイバー(５
０)を含む複数の溝(２６)を頂部側上に有する基板(２０
０)を有し、前記光ファイバーが、所定の距離ｄ₁だけ前記基準表面
より上に位置された平面に存在する中心軸を有し、ファイバーアレーの底部側が、前記光ファイバーの横方
向位置を固定する整合特徴(２３)を有していることを特
徴とするファイバーアレー(２０)と、前記光集積回路と前記ファイバーアレーの前記基準表面
(１４、２４)をかみ合わせ、導波路(１６)と光ファイバ
ー(５０)を縦方向の整合に保持する基準表面(３４)を、
頂部側上に有し、平面ブリッジ構造の頂部側が、前記光集積回路と前記フ
ァイバーアレーの整合特徴(１３、２３)をかみ合わせ、
それらを横方向の整合に保持する相補的な整合特徴(３
３)を有していることを特徴とする第一の平面ブリッジ
構造(３０)と、からなることを特徴とする装置。
【請求項２】前記光ファイバー(５０)と前記光導波
路(１６)の間のジャンクション（結合部分）に、屈折率
適合材料を、さらに有することを特徴とする請求項１の
装置。
【請求項３】前記光集積回路(１０)が、その頂部側
に接着されている保護カバー(１５０)を有し、前記保護カバーは、前記光集積回路において用いられた
基板(１００)の熱膨張係数に実質的に等しい熱膨張係数
を有している、ことを特徴とする請求項１の装置。
【請求項４】前記ファイバーアレー(２０)が、その
頂部側に接着されている保護カバー(２５０)を有し、前記保護カバーは、前記ファイバーアレーにおいて用い
られた基板(２００)の熱膨張係数に実質的に等しい熱膨
張係数を有している、ことを特徴とする請求項１の装
置。
【請求項５】前記光集積回路(１０)と前記ファイバ
ーアレー(２０)の頂部側の上に装着され、前記第一の平
面ブリッジ構造と働き合って、それらの間にある前記光
集積回路と前記ファイバーアレーをはさみ込む、第二の
平面ブリッジ構造(４００)を、さらに有することを特徴
とする請求項１の装置。
【請求項６】前記光集積回路(１０)、前記ファイバ
ーアレー(２０)、前記第一及び前記第二のブリッジ構造
(３０)、(４００)を単一システムとして支持する保持手
段(６０)を、さらに有することを特徴とする請求項８の
装置。
【請求項７】前記保持手段(６０)は、スプリングク
リップを有することを特徴とする請求項９の装置。
【請求項８】光集積回路(１０)とファイバーアレー
(２０)の両方が、ブリッジ構造(３０)上に装着されてお
り、前記光集積回路が、その頂部側上に配置された、縦方向
に延びる光導波路(１６)を複数有するシリコン基板(１
００)を有し、前記ファイバーアレーが、その頂部側上の縦方向に延び
る溝(２６)に配置された光ファイバー(５０)を前記導波
路と同じ数の複数有するシリコン基板(２００)を有し、前記ブリッジ構造は、平面シリコン基板(３００)を有
し、（Ａ）前記光集積回路の基板の底部側上に、前記光導
波路の水平方向の位置を０．５ミクロンの範囲内に固定
する整合特徴(１３)を形成するステップと、（Ｂ）前記光集積回路の基板の底部側上に、前記光導
波路の中心軸を通過する平面よりも、第一の所定の距離
ｄ₁下にある基準表面(１４)を形成するステップと、（Ｃ）前記ファイバーアレーの基板の底部側上に、前
記光ファイバーの水平方向の位置を０．５ミクロンの範
囲内に固定する整合特徴(２３)を形成するステップと、（Ｄ）前記ファイバーアレーの基板の底部側上に、前
記光ファイバーの中心軸を通過する平面よりも、第二の
所定の距離ｄ₂下にある基準表面(２４)を形成するステ
ップと、（Ｅ）前記ブリッジ構造の基板(３００)の頂部側上
に、前記光集積回路の基板及び前記ファイバーアレーの
基板の底部側上の整合特徴に相補的な整合特徴(３３)を
形成するステップと、（Ｆ）前記ファイバーアレーの溝(２６)内に配置され
る、所定の直径±０．３ミクロンの範囲にある値に等し
い外径を有する光ファイバー(５０)を選択するステップ
と、（Ｇ）光ファイバーの選択を、０．１５ミクロン未満
の離心を持つものに狭めるステップと、（Ｈ）前記光集積回路(１０)、前記ファイバーアレー
(２０)、保護カバー(１５０)、(２５０)及び前記ブリッ
ジ構造(３０)、ブリッジ構造(４００)を単一構造に結合
させるステップと、を有しており、前記第一の所定の距離と前記第二の所定の距離は、互い
に０．５ミクロンの範囲内で等しい、ことを特徴とする、前記光集積回路(１０)と前記ファイ
バーアレー(２０)の間の精密な受動的整合を提供する方
法。
【請求項９】前記整合特徴(１３、２３、３３)を形
成する前記各ステップが、前記シリコン基板の結晶（学的）平面に沿ってエッチン
グを施すステップ、を有することを特徴とする請求項８の方法。