CN113720581A - 光学探针及其制造方法、光学探针阵列、光学探针卡 - Google Patents

Abstract

提供一种传输模式为单模且能够高效地测定光学器件的光学探针、光学探针阵列、光学探针卡以及光学探针的制造方法。光学探针(10)具备以使传输模式为单模的光波导连续的方式连结的第一区域(11)和第二区域(12)。连续到与光学器件(20)相对的顶端面(100)的第一区域(11)包括在顶端面(100)为最大的模场直径朝向第一区域(11)与第二区域(12)的区域边界(13)逐渐变窄的区域。顶端面(100)为曲面，顶端面(100)的曲率半径被设定为使从顶端面(100)入射的光信号(L)的行进方向与光波导的中心轴方向近似平行。

Description

光学探针及其制造方法、光学探针阵列、光学探针卡

技术领域

本发明涉及在光学器件的测定中使用的光学探针、光学探针阵列、光学探针卡以及光学探针的制造方法。

背景技术

使用硅光子学技术，在晶圆形成输入输出信号为光信号的光学器件。为了测定在形成于晶圆的状态下的光学器件的特性，而使用光学探针。在该情况下，为了降低在作为测定对象的光学器件与光学探针之间传输的光信号的损耗，对光学器件和光学探针进行位置对准、模式场的匹配。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利申请公开第2006/0008226A1号说明书

专利文献2：日本特开62-31136号公报

发明内容

发明要解决的问题

在光信号以单模进行传输的情况下，光学器件的光信号端子的尺寸、光学探针的芯部直径和模场直径为几μm级。因此，光学器件的光信号端子与光学探针的顶端面的位置对准时的误差的容许度低，难以准确地对光学器件与光学探针进行位置对准。其结果，在光学器件的测定中，产生了因位置对准需要时间而造成测定时间变长、或者由于不准确的位置对准而导致连接损耗增大的情况。如此，在光信号以单模进行传输的情况下，存在无法高效地测定光学器件的问题。

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种传输模式为单模且能够高效地测定光学器件的光学探针、光学探针阵列、光学探针卡以及光学探针的制造方法。

用于解决问题的方案

根据本发明的一个方式，提供一种光学探针，具备第一区域和第二区域，所述第一区域和第二区域以使传输模式为单模的光波导连续的方式连结。连续到与光学器件相对的顶端面的第一区域包括在顶端面为最大的模场直径朝向第一区域与第二区域的区域边界逐渐变窄的区域。顶端面为曲面，顶端面的曲率半径被设定为使从顶端面入射的光信号的行进方向与光波导的中心轴方向近似平行。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种传输模式为单模且能够高效地测定光学器件的光学探针、光学探针阵列、光学探针卡以及光学探针的制造方法。

附图说明

图1是示出第一实施方式所涉及的光学探针的结构的示意性剖视图。

图2是用于说明第一实施方式所涉及的光学探针的顶端面处的折射角的示意图。

图3是用于说明最大工作距离的示意图。

图4是示出光学探针的顶端面的曲率半径与数值孔径的关系的曲线图。

图5是示出光学探针的顶端面的曲率半径与光信号的光斑半径的关系的曲线图。

图6是示出位置偏差与连接损耗的关系的曲线图。

图7是示出光学探针的顶端面的曲率半径与光斑长度的关系的曲线图。

图8A是用于说明第一实施方式所涉及的光学探针的制造方法的示意图(其一)。

图8B是用于说明第一实施方式所涉及的光学探针的制造方法的示意图(其二)。

图9A是示出第一实施方式所涉及的光学探针阵列的结构的示意图。

图9B是示出光学器件的光波导的例子的示意性俯视图。

图10是示出比较例的光纤的结构的示意图。

图11是示出使用第一实施方式所涉及的光学探针的测定系统的结构的示意图。

图12是示出第一实施方式的变形例所涉及的测定系统的结构的示意图。

图13是示出第二实施方式所涉及的光学探针的结构的示意图。

图14是示出其它实施方式所涉及的光学探针的结构的示意图。

附图标记说明

10：光学探针；11：第一区域；12：第二区域；15：光学探针阵列；20：光学器件；30：电探针；40：光学探针头；41：光学探针卡；100：顶端面；101：芯部；102：包层部；111：顶端部；112：连结部；120：树脂膜；200：晶圆。

具体实施方式

接着，参照附图来说明本发明的实施方式。在以下的附图记载中，对相同或类似的部分标注相同或类似的附图标记。但是，应注意，附图是示意性的。另外，以下所示的实施方式例示了用于使本发明的技术思想具体化的装置和方法，本发明的实施方式并非将结构部件的构造、配置等特定于下述内容。本发明的实施方式可以在权利要求书的范围中进行各种变更。

(第一实施方式)

第一实施方式所涉及的光学探针10在与光学器件20之间发送接收光信号。下面，说明由光学器件20射出并入射到光学探针10的光信号L在光学探针10的光波导中传输的情况。图1示出光学探针10的端部，该光学探针10的端部包括与光学器件20相对且供光信号L通过的顶端面100。

在图1中，将光学探针10的光波导的中心轴C10设为Z轴方向，将与Z轴方向垂直的平面设为XY平面。另外，将图1的纸面的左右方向设为X轴方向，将与纸面垂直的方向设为Y轴方向。下面，也将X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向统称为“XYZ轴方向”。

光学探针10能够采用光纤、将光纤与透镜组合的结构等。光学探针10具有传输模式为单模的光波导。光学探针10的光波导为在芯部101的外周配置了包层部102的结构。图1所示的包层直径Dr为包括包层部102的光学探针10的外径。

光学探针10的顶端面100与光学器件20的射出光信号L的光信号端子(未图示)光学连接。顶端面100为曲率半径R的凸曲面。在后面叙述曲率半径R的详细说明。光学探针10为使第一区域11与第二区域12连续或连结的构造，第一区域11与顶端面100连续，第二区域12的芯部直径比第一区域11的芯部直径窄。在此，第一区域11的光波导与第二区域12的光波导连续。第一区域11为光学探针10的从顶端面100起的沿着光学探针10的光波导的中心轴C10的延伸方向(以下，也称为“中心轴方向”。)的固定范围。

光学探针10的顶端面100处的模场直径为“第一MF直径Ce”。第一区域11包括在顶端面100为最大的模场直径朝向第一区域11与第二区域12的区域边界13呈锥状地逐渐变窄的区域。在区域边界13处，第一区域11的模场直径与第二区域12的模场直径一致。第二区域12的模场直径沿着中心轴方向固定。第二区域12的模场直径为“第二MF直径Cd”。

从光学器件20射出的辐射角为2α的光信号L入射到顶端面100的入射点Q。光信号L以在入射点Q处的中心半角为ω且与曲率半径方向形成折射角(β+ω)的方式通过入射点Q。如图2所示，角β为通过了顶端面100的光信号L的行进方向与中心轴方向所形成的角。

从光学器件20起沿着Z轴方向间隔工作距离WD地配置光学探针10。工作距离WD设定为光学探针10能够接收光学器件20射出的光信号L的范围。换言之，以使在顶端面100处光信号L的入射范围为光波导的内侧的方式设定工作距离WD。

图3示出光学探针10与光学器件20之间的距离是能够设定的最大的工作距离(下面称为“最大工作距离WDm”。)的状态。使在最大工作距离WDm下的光信号L的最大的辐射角为2αm。因此，顶端面100的数值孔径NA为sin(αm)。

光学探针10的顶端面100的曲率半径R被设定为使从顶端面100入射的光信号L的行进方向与光学探针10的光波导的中心轴方向近似平行。下面，对顶端面100的曲率半径R进行说明。

入射到顶端面100的光信号L以折射角(β+ω)进行折射。根据斯涅耳定律，使用光信号L向顶端面100入射的入射点Q处的芯部101的折射率nr，以下的式(1)的关系式成立：

sin(αm+ω)＝nr×sin(β+ω)…(1)

根据式(1)，得到以下的式(2)：

αm＝sin^-1(nr×sin(β+ω)}-ω…(2)

其中，

NA＝sin(αm)…(3)

使芯部101的折射率nr与包层部102的折射率nd大致相等，得到以下的式(4)：

β＝sin^-1{sin(α0)/nr}…(4)

在式(4)中，sin(α0)是在假定了顶端面100平坦的情况下的顶端面100的数值孔径。

通过满足以下的式(5)的关系式，从顶端面100入射的光信号L的行进方向与中心轴方向近似平行：

ω＝sin^-1(Ce/R)…(5)

因此，光学探针10的顶端面100的曲率半径R被设定为满足以下的式(6)的关系式：

R＝Ce/sin(ω)…(6)

最大工作距离WDm通过WDm＝Ce/tan(αm)的关系式来表示。因此，工作距离WD满足以下的式(7)的关系式：

WD≤Ce/tan(αm)…(7)

此外，曲率半径R与光学探针10的包层直径Dr满足以下的式(8)的关系式：

R≥Dr/2…(8)

通过满足式(8)的关系式，能够防止在光学探针10中传输的光信号L从光学探针10的侧面向外部漏出。

图4示出在光学探针10的第一MF直径Ce为20μm、30μm、40μm的情况的各情况下的顶端面100的曲率半径R与数值孔径NA的关系。如图4所示，曲率半径R越小，数值孔径NA越大。另外，第一MF直径Ce越大，数值孔径NA越大。例如，为了使顶端面100的数值孔径NA为0.2，如下设定曲率半径R。在第一MF直径Ce为20μm的情况下，将曲率半径R设定为30μm左右。在第一MF直径Ce为30μm的情况下，将曲率半径R设定为40μm左右。在第一MF直径Ce为40μm的情况下，将曲率半径R设定为55μm左右。

图5示出光学探针10的顶端面100的曲率半径R与通过了顶端面100的光信号L的光斑半径ω0的关系。如图5所示，顶端面100的曲率半径R越小，光斑半径ω0越小。另外，在光学探针10的第一MF直径Ce为20μm、30μm、40μm的情况下，第一MF直径Ce越大，光斑半径ω0越小。为了高效地将光学器件20与光学探针10光学连接，将光斑直径设为与光信号端子的尺寸相同的程度。因此，例如在光学器件20的光信号端子的尺寸为4μm的情况下，将光斑半径ω0设为2μm。在该情况下，在第一MF直径Ce为30μm的情况下将曲率半径R设定为30μm左右，在第一MF直径Ce为40μm的情况下将曲率半径R设定为45μm左右。

图6示出在第一MF直径Ce为20μm、30μm、40μm的情况的各情况下的光学探针10的中心轴C10与光信号L的光轴C20之间的在X轴方向或Y轴方向上的位置偏差D同光信号L的连接损耗S的关系。此外，图6的Cd＝10μm的曲线图为在模场直径固定为10μm的单模光纤中的连接损耗。在此，顶端面100的数值孔径NA为0.17，工作距离WD为25μm。

如图6所示，第一MF直径Ce越大，连接损耗S相对于位置偏差D的变动越小。根据图6，将连接损耗S的变动抑制在0.1dB以内的位置偏差D的范围如下。在第一MF直径Ce为20μm的情况下，2.5(μm)≥D≥-2.5μm。在第一MF直径Ce为30μm的情况下，3.5μm≥D≥-3.5μm。在第一MF直径Ce为40μm的情况下，5.0μm≥D≥-5.0μm。

在将多个光学探针10进行排列来构成的光学探针阵列中，在光学探针10配置于光学探针阵列的各个位置处产生误差。因此，通过在光学探针阵列中使用连接损耗相对于位置偏差的变动小的光学探针10，能够减小在使用光学探针阵列的光学器件20的测定中的连接损耗的变动。因此，通过在光学探针阵列中使用第一MF直径Ce大的光学探针10，能够减小依赖于位置偏差D的连接损耗S的变动。例如，也可以使用第一MF直径Ce为30μm～40μm的光学探针10来构成光学探针阵列。

另外，能够通过调整工作距离WD，来变更用于降低连接损耗S的变动的位置偏差D的范围的大小。即，工作距离WD越短，例如能够使将连接损耗S的变动降低到0.1dB以内的位置偏差D的范围越大。

图7示出光学探针10的顶端面100的曲率半径R与光斑半径ω0固定的中心轴方向上的范围的长度(下面称为“光斑长度H”。)之间的关系。光斑长度H的2倍是光信号L的焦点深度。如图7所示，曲率半径R越大，光斑长度H越长。另外，第一MF直径Ce越大，光斑长度H越短。

例如，在光学器件20的光信号端子的尺寸为4μm的情况下，将光斑半径ω0设为2μm。根据图5，在第一MF直径Ce为30μm的情况下将光斑半径ω0设为2μm时，曲率半径R为30μm。在该情况下，根据图7，光斑长度H为5μm，因此焦点深度为10μm。因此，即使工作距离沿着Z轴方向变动10μm左右，连接损耗也几乎不变化。如此，根据满足式(6)的关系式的光学探针10，能够增大针对Z轴方向上的位置偏差的容许度。

然而，存在光学探针10的中心轴C10与光信号L的光轴C20不平行而中心轴C10与光轴C20交叉的情况。下面将此时的中心轴C10与光轴C20所形成的角称为“倾斜角”。下面也将因倾斜角导致的光信号L在顶端面100处的入射角的角度偏差称为“旋转偏差”。由于产生倾斜角，还考虑发生了在光学探针10中传输的光信号L的特性的变动(下面称为“入射变动”。)。

然而，在光学探针10中，通过了顶端面100的光信号L的行进方向与中心轴方向近似平行。因此，能够抑制因产生倾斜角导致的入射变动，使光信号L稳定地入射到光学探针10。也就是说，光学探针10针对旋转偏差的容许度大。因此，根据光学探针10，即使在中心轴C10与光轴C20不平行的情况下，也能够抑制光信号L的连接损耗。

如以上所说明的那样，第一实施方式所涉及的光学探针10通过具有扩大了模场直径的第一区域11，来提高针对X轴方向和Y轴方向上的位置偏差的容许度。另外，由于顶端面100为满足式(6)的关系式的曲面，因此入射到顶端面100的光信号L的行进方向与光学探针10的中心轴C10近似平行。因此，在光学探针10中，在工作距离WD从规定的距离起发生了变动的情况下的损耗变动降低。也就是说，针对Z轴方向上的位置偏差的容许度提高。并且，在光学探针10中，针对因倾斜角导致的旋转偏差的容许度大。

因此，根据光学探针10，针对XYZ轴方向上的位置偏差和旋转偏差的容许度提高。因此，能够缩短光学探针10与光学器件20的位置对准所需要的时间，根据情况而不需要精密的位置对准。而且，通过使用光学探针10的测定，能够稳定且精度良好地测定光学器件20射出的光信号L的特性。因此，能够使用光信号L的传输模式为单模的光学探针10，来高效地测定光学器件20。

参照图8A～图8B来说明光学探针10的制造方法。此外，下面描述的制造方法是一例，当然能够通过包括其变形例在内的除此以外的各种制造方法来制造光学探针10。

首先，准备模场直径从一个端部起沿着中心轴方向呈锥状逐渐变窄的光纤。例如，在具有由芯部101和包层部102构成的光波导的光纤中，如图8A所示那样形成第一区域11。第一区域11的形成方法可以采用对芯部101进行局部性加热的方法等。例如，将包层直径为Dr、模场直径为第二MF直径Cd的单模光纤的一个端部加热到1200℃～1400℃左右。通过该加热工序，存在于芯部101内的增大折射率的添加物扩散，芯部101在半径方向上扩大。由此，形成顶端面的模场直径为第一MF直径Ce的第一区域11。扩散的添加物例如为锗(Ge)等。

接着，使用端面研磨机、精密研削机等将通过固定夹具等固定的第一区域11的端部研磨成圆锥形状。由此，形成图8A中由虚线所示的圆锥形状区域110。

此后，以圆锥形顶部为轴，通过利用放电加工的加热成形、精密研削加工等将圆锥形状区域110的表面加工成凸曲面，如图8B所示那样形成顶端面100。此时，可以如图8B所示，将以中心轴C10为中心的直径Lc的范围加工成曲面，加工成曲面的范围的外侧的外缘区域103做成锥状。

在将圆锥形状区域110的表面加工成凸曲面的上述工序中，以使顶端面100的曲率半径R满足式(6)的关系式的方式形成顶端面100。由此，从顶端面100入射的光信号L的行进方向与光学探针10的光波导的中心轴方向近似平行。通过以上来制造光学探针10。

在将圆锥形状区域110的表面加工成曲面的工序中，例如，可以采用基于使用高频放电或二氧化碳(CO₂)激光的加热熔融的方法，基于由研磨机进行的精密研磨的方法等。另外，也可以在研磨加工后进行加热熔融来将圆锥形状区域110的表面加工成曲面。通过在研磨加工后进行加热熔融的方法，改善了因研磨加工造成的面粗糙度，降低了因光信号L在顶端面100处的表面散射造成的连接损耗。

例如，也可以将第一区域11的芯部直径设为25μm左右，将第一MF直径Ce设为30μm左右。也可以将第二区域12的芯部直径设为8μm左右，将第二MF直径Cd设为10μm左右。

通过将排列有多个光学探针10的结构的光学探针阵列用于光学器件20的测定，能够使多个光信号端子同时与光学探针10分别进行位置对准。因此，通过使用光学探针阵列，能够在短时间内测定光学器件20的特性。也就是说，通过由光学探针阵列将光学探针10与光信号端子进行多芯连接，与将光学探针10逐个与光信号端子进行位置对准的测定方法相比，能够大幅地缩短位置对准所需要的时间。

在将多个光学探针10进行排列来构成光学探针阵列的情况下，有可能在配置于光学探针阵列的光学探针10的位置处产生误差。但是，光学探针10针对XYZ轴方向上的位置偏差和旋转偏差的容许度大。因此，根据由光学探针10构成的光学探针阵列，即使光学探针10与光学器件20的相对位置变动，或者中心轴C10与光轴C20形成倾斜角而交叉，也能够降低光信号L的入射变动。因此，能够使用由光学探针10构成的光学探针阵列，来使在晶圆形成有多个的光学器件20的各个光信号端子与光学探针10在降低了入射变动的范围内容易地进行位置对准。

也就是说，根据使用了由光学探针10构成的光学探针阵列的测定，通过使多个光学器件20同时进行位置对准来测定，能够缩短测定时间，且降低连接损耗。其结果是，能够容易地进行光学器件20的测定评价，不仅改善了成品率还提高了生产率。

图9A示出由光学探针10构成的光学探针阵列的例子。在图9A中示出了排列有4个光学探针10的光学探针阵列15，但是构成光学探针阵列的光学探针10的个数并不限于4个。

图9A所示的光学器件20是将各自的射入射出端由衍射光栅构成的光信号端子21以等间隔配置的结构。从光学探针10的顶端面100射出的光输入信号入射到距光学探针10的顶端面100相隔工作距离WD的光信号端子21。入射到光信号端子21的光输入信号被射入射出端的衍射光栅偏转后在形成于光学器件20的光波导(未图示)内进行传输。然后，光输入信号传输到配置在光学器件20的内部的受光元件、光开关、调制元件等功能部件。例如，如图9B所示，将光信号从光信号端子21向光学器件20的功能部件传输的光波导22为模场直径逐渐变细的锥状。

另一方面，从光学器件20的光信号端子21的衍射光栅偏转而射出的光输出信号入射到光学探针10的顶端面100。在光学探针10的内部传输的光输出信号入射到光电转换部50。光电转换部50将光输出信号转换成电信号并进行放大。

关于构成光学探针阵列15的光学探针10，顶端面100的模场直径被扩大，且顶端面100为曲率半径R的曲面。因此，即使在光学探针10与光信号端子21之间产生XYZ轴方向上的位置偏差或产生旋转偏差，损耗变动也小。因此，能够使用光学探针阵列15，来实现稳定且高精度的测定以及短时间处理。此外，能够通过设定工作距离WD来调整将损耗变动抑制在规定的容许范围的容许偏差。通过在满足WD≤WDm＝Ce/tan(αm)的关系式的范围内设定工作距离WD，能够使容许偏差增大。

此外，在图9A中示出了将光学探针10排列成一列的结构的光学探针阵列15的例子，但是光学探针阵列15也可以是其它结构。例如，光学探针阵列15也可以是在X轴方向和Y轴方向上分别排列光学探针10的、将多个光学探针10整列配置成阵列状的结构。

相对于使用光学探针10的测定，在使用没有使模场直径在顶端面处扩大的如图10所示的比较例的单模光纤的光纤10a对光学器件20进行测定的情况下，产生如下问题。关于光纤10a，模场直径从成型为圆锥形状的端部起沿着中心轴方向固定。在使用光纤10a进行的光学器件20的测定中，需要通过XYZ轴方向的各方向上的位置调整以及各轴的旋转微调整的六自由度的亚微米级的精密控制，来进行光纤10a与光学器件20的位置对准。因此，在排列光纤10a来构成光学探针阵列的情况下，难以与光纤10a分别进行精密的位置对准来同时对多个光学器件20进行测定。因此，在对在晶圆形成有多个的光学器件20进行的测定中使用光纤10a的情况下，花费时间和工夫。因此，对于使用光纤10a进行的光学器件20的评价测定，生产率差而难以支持批量生产。

另一方面，光学探针10在XYZ轴方向上的位置对准以及用于调整倾斜角的基于以X轴、Y轴为中心的旋转的位置对准时的误差的容许度大。因此，在将光学探针10使用于光学探针阵列的情况下，光学探针阵列与光学器件20的位置对准由于简化而能够在短时间内进行，并且能够降低损耗变动。

图11中示出使用光学探针10的测定系统的结构例。图11所示的测定系统具备保持光学探针10的光学探针头40。光学探针头40保持将多个光学探针10配置成阵列状的光学探针阵列15。也就是说，虽然未图示，但是还与X轴方向同样地沿着Y轴方向在光学探针阵列15中等间隔地配置光学探针10。

图11所示的测定系统被使用于在搭载于载物台60的晶圆200阵列状地形成的多个光学器件20的测定。配置在光学探针阵列15中的光学探针10的位置与形成在晶圆200的光学器件20的位置对应。

通过光学探针驱动装置45的控制来使光学探针头40在Z轴方向上移动。由此，可以对光学探针10的顶端面100与光学器件20之间的沿着Z轴方向的距离进行微调整。还可以通过载物台驱动装置61使载物台60进行移动来进行光学探针头40与光学器件20的在X轴方向和Y轴方向上的位置对准。并且，通过载物台驱动装置61以Z轴方向为中心轴来使载物台60进行旋转，由此，对于以Z轴方向为中心轴的旋转方向(下面称为“Z轴旋转方向”。)，能够相对于光学探针10调整光学器件20的位置。此外，也可以将载物台60的位置固定，使光学探针头40在X轴方向、Y轴方向、Z轴方向的各方向上移动。

如上所述，能够通过图11所示的测定系统来将光学探针10与光学器件20进行位置对准。此外，也可以采用将光学探针头40的位置固定，并使载物台60沿X轴方向、Y轴方向、Z轴方向、Z轴或X轴、Y轴的旋转方向移动的方法。如此，在光学探针10与光学器件20的位置对准中，能够采用各种调整方法。

在光学探针10与光学器件20的位置对准后，经由图11所示的测定系统传输光信号，来测定光学器件20。例如，光学探针10接收光学器件20射出的光信号L。

光学探针10连接到具有光电转换模块51和电气连接端子52的光电转换部50。光学器件20射出的光信号L经由光学探针10传输到与光学探针10光学连接的光电转换模块51。光电转换模块51将光信号L转换成电信号，将转换得到的电信号输出到电气连接端子52。电气连接端子52与未图示的测试器电连接。光电转换部50经由电气连接端子52向测试器发送将光信号L进行光电转换所得的电信号。

光电转换模块51使用通过光检测器等将光信号L转换成电信号的类型、通过衍射光栅型器件将光信号L进行分光并根据其衍射角方向检测波长变动的类型等。根据测定用途，区分使用光电转换模块51的类型。另外，还能够从光电转换模块51的跟前将光信号L分支，来同时进行多种测定。通过使用光电转换部50来在光学探针头40的附近将光学探针10的输出进行光电转换，能够实现测定系统的简化、测定时间的高速化、测定值的重复再现性的提高。如此，可以使用具备光学探针10和保持光学探针10的光学探针头40的光学探针卡41来进行光学器件20的测定。

<变形例>

为了在晶圆状态下测定传输电信号和光信号的光学器件20的特性，可以如图12所示，将光学探针10与传输电信号的电探针30进行组合来使用。电探针30例如为悬臂类型、垂直针类型、垂直弹簧类型等。电探针30由电探针头31保持。

例如，针对一个光学器件20，构成包括一对光学探针10和电探针30的一个探针单元。探针单元与形成在晶圆200的光学器件20的位置对应地配置。此外，在图12中，例示地示出构成一个探针单元的光学探针10和电探针30的个数各为一个的情况。根据光学器件20的结构和测定内容来设定探针单元所包括的光学探针10和电探针30的个数。

在图12所示的例子中，使用复合探针卡42来测定光学器件20。复合探针卡42具有光学探针10、光学探针头40、电探针30以及电探针头31。例如，如下那样，使用探针单元来测定光学器件20。未图示的测试器输出的电信号经由电探针30被施加到光学器件20的电信号端子。然后，光学探针10接收从光学器件20的光信号端子射出的光信号L。通过使用具有多个探针单元的复合探针卡42，能够将光学探针10与光学器件20的光信号端子进行多芯连接，通过1次位置对准就能够测定多个光学器件20的特性。另外，相反地，也可以使从光学探针10射出的光信号入射到光学器件20的入射端，在光学器件20中对光信号进行光电转换，经由电探针30测定光电转换得到的电信号。由此，提高光学器件20的测定的效率。

在使用复合探针卡42进行的光学器件20的测定中，通过使用光学探针10，针对XYZ轴方向上的位置偏差和旋转偏差的容许度也大。因此，根据使用复合探针卡42的测定，对于多个光学器件20各自射出的光信号L，能够得到稳定的输入输出特性。另外，还能够通过在测试器与光学器件20之间发送接收光信号和电信号这两者，来测定光学器件20的光接收特性、开关特性、振荡特性等。

(第二实施方式)

在第二实施方式所涉及的光学探针10中，如图13所示，第一区域11具有将连续到顶端面100的顶端部111与连结到第二区域12的连结部112接合的结构。顶端部111与连结部112的中心轴C10一致。顶端部111的模场直径固定为第一MF直径Ce。连结部112在顶端部111与连结部112接合的接合面处的模场直径为顶端部111的模场直径以下。并且，连结部112具有模场直径从与顶端部111的接合面起沿着光波导的中心轴方向逐渐变窄的区域。

例如，顶端部111使用将作为顶端面100的第一顶端面加工成曲率半径R的曲面的渐变折射率型(GI型)光纤。而且，将顶端部111的第二顶端面与连结部112的扩大了芯部101的顶端面熔接。连结部112例如使用光纤。

将顶端部111的沿着中心轴方向的长度T设定为使从顶端面100入射的光信号L与中心轴方向平行地通过顶端部111与连结部112的接合面。

例如，在顶端部111使用GI型光纤的情况下，将顶端部111的长度T设定为光信号L能够入射最多的间距长度。间距长度相当于透镜内光路长度的1个周期(2π)。假设间距长度P为0.25间距，则T＝2πP/√A(√A：GI型光纤的折射率分布常数)。由此，光信号L在顶端部111中与中心轴方向大致平行地行进后，作为与中心轴方向平行的平行光而入射到顶端部111与连结部112的接合面。

根据第二实施方式所涉及的光学探针10，通过将具有顶端面100的GI型光纤与扩大了芯部101的光纤接合的结构，能够增长工作距离WD，扩大在顶端面100处的光信号L的入射范围。除此之外，第二实施方式与第一实施方式相同，省略重复的记载。

(其它实施方式)

如上所述，通过实施方式记载了本发明，但是不应理解为构成其公开的一部分的论述和附图是限定本发明的。根据该公开，本领域技术人员可以明白各种代替实施方式、实施例和运用技术。

例如，以上说明了在光学探针10中使用单模光纤的例子，但是光学探针10所使用的光纤并不限定于单模光纤。例如，也可以在光学探针10中使用保偏光纤(日语：偏波面保存ファイバ)、色散位移光纤、光子晶体光纤等。并且，光学探针10也可以是在基板内形成有芯部的光波导构造。还能够通过利用在基板内或基板上形成有光波导和微细的电气布线图案的光学探针10所得的多芯的光学探针阵列、以及与光学探针阵列相同的电探针阵列，来集成地构成光电转换部。如此，能够将测定系统整体小型集成化，另外，能够通过基板将光学探针10、电探针30与晶圆200的光学器件20构成为一体。因此，对于消除或削减位置调整的小型测定构造是有效的。

另外，如图14所示，也可以用树脂膜120覆盖包层部102的表面。通过用树脂膜120覆盖光学探针10的外侧，提高了光学探针10的机械强度。并且，由于用树脂膜120覆盖光学探针10的外侧，因此防止了水分浸入、被吸收到光学探针10内。因此，能够防止因水分的浸入造成的光学探针10的材质劣化，防止连接损耗增大。树脂膜120例如是膜厚为几μm的聚酰亚胺膜等。

如此，本发明当然包括未在此记载的各种实施方式等。

Claims (11)

1.一种光学探针，在与光学器件之间发送接收光信号，所述光学探针的特征在于，

具备第一区域和第二区域，所述第一区域和第二区域以使传输模式为单模的光波导连续的方式进行连结，所述光波导由芯部和配置在所述芯部的外周的包层部构成，连续到与所述光学器件相对的顶端面的所述第一区域包括在所述顶端面为最大的模场直径朝向所述第一区域与所述第二区域的区域边界逐渐变窄的区域，

所述顶端面为曲面，所述顶端面的曲率半径被设定为使从所述顶端面入射的所述光信号的行进方向与所述光波导的中心轴方向近似平行。

2.根据权利要求1所述的光学探针，其特征在于，

在假定所述顶端面的曲率半径为R、所述顶端面的数值孔径为NA、所述顶端面的模场直径即第一MF直径为Ce、向所述顶端面入射的所述光信号的辐射角为2αm、所述光信号入射到所述顶端面的入射点处的所述芯部的折射率为nr、所述顶端面的所述入射点处的中心半角为ω、所述光信号在所述入射点处的折射角为(ω+β)、所述顶端面平坦的情况下，所述顶端面的数值孔径sin(α0)满足以下关系式：

R＝Ce/sin(ω)

NA＝sin(αm)

αm＝sin^-1{nr×sin(ω+β)}-ω

β＝sin^-1{sin(α0)/nr}。

3.根据权利要求1或2所述的光学探针，其特征在于，

在所述区域边界处，所述第一区域的模场直径与所述第二区域的模场直径一致。

4.根据权利要求1或2所述的光学探针，其特征在于，

所述光学器件与所述顶端面的工作距离WD、所述顶端面的模场直径即第一MF直径Ce、向所述顶端面入射的所述光信号的辐射角2αm满足以下关系式：WD≤Ce/tan(αm)。

5.根据权利要求1或2所述的光学探针，其特征在于，

所述顶端面的曲率半径R和光学探针的包层直径Dr满足以下关系式：R≥Dr/2。

6.根据权利要求1或2所述的光学探针，其特征在于，

所述包层部的表面被树脂膜覆盖。

7.根据权利要求1或2所述的光学探针，其特征在于，

所述第一区域具有将连续到所述顶端面的顶端部与连结到所述第二区域的连结部接合的结构，

所述顶端部的模场直径是固定的，

所述连结部的模场直径在与所述顶端部接合的接合面处为所述顶端部的模场直径以下，并且，所述连结部具有模场直径从所述接合面起沿着所述中心轴方向逐渐变窄的区域，

所述顶端部的沿着所述中心轴方向的长度被设定为使从所述顶端面入射的所述光信号与所述中心轴方向平行地通过所述接合面。

8.一种光学探针阵列，其特征在于，是通过将多个根据权利要求1或2所述的光学探针进行排列来构成的。

9.一种光学探针卡，其特征在于，具备：

根据权利要求1或2所述的光学探针；以及

保持所述光学探针的光学探针头。

10.一种光学探针的制造方法，所述光学探针的光波导由芯部和配置在所述芯部的外周的包层部构成，所述光波导的传输模式为单模，所述制造方法的特征在于，包括以下工序：

准备具有模场直径从一个端部起沿着中心轴方向逐渐变窄的区域的光纤；

将所述一个端部研磨成圆锥形状来形成圆锥形状区域；以及

以圆锥形顶部为轴来将所述圆锥形状区域的顶端面加工成凸曲面，

其中，以使入射到所述顶端面的光信号的行进方向与所述光波导的中心轴方向近似平行的方式设定所述顶端面的曲率半径。

11.根据权利要求10所述的光学探针的制造方法，其特征在于，

在假定所述顶端面的曲率半径为R、所述顶端面的数值孔径为NA、所述顶端面的模场直径即第一MF直径为Ce、向所述顶端面入射的所述光信号的辐射角为2αm、所述光信号入射到所述顶端面的入射点处的所述芯部的折射率为nr、所述顶端面的所述入射点处的中心半角为ω、所述光信号在所述入射点处的折射角为(ω+β)、所述顶端面平坦的情况下，所述顶端面的数值孔径sin(α0)满足以下关系式：

R＝Ce/sin(ω)

NA＝sin(αm)

αm＝sin^-1{nr×sin(ω+β)}-ω

β＝sin^-1{sin(α0)/nr}。

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