DE19860862A1

DE19860862A1 - Verbindungsstruktur zum Verbinden von Lichtleitfasern mit Lichtwellenleitern

Info

Publication number: DE19860862A1
Application number: DE1998160862
Authority: DE
Inventors: Hyung-Jae Lee; Byong-Gwon You; Yeong-Gyu Lee; Tae-Hyung Rhee
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1997-12-31
Filing date: 1998-12-31
Publication date: 1999-07-15
Also published as: JP3065300B2; CN1118715C; KR19990061766A; CA2256585A1; GB9827896D0; CN1221888A; JPH11248963A; FR2773222A1; FR2773222B1; GB2332956A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Struktur, in der Lichtleitfa sern und Lichtwellenleiter miteinander verbunden werden, und insbesondere auf eine Verbindungsstruktur für Lichtleitfasern und Lichtwellenleiter, in der Lichtleitfasern und Lichtwellenleiter auf einer Anordnungsplattform passiv miteinander verbunden werden.

Im allgemeinen dient ein Lichtleitfaserblockmodul, der aus einer Anordnung von Lichtleitfasern in einer den Ein/Ausgangs-Lichtwellenleitern einer Lichtwellenlei tervorrichtung entsprechenden Anzahl besteht, zum Verbindung der Lichtwellenlei tervorrichtung mit den Lichtleitfasern. Der Lichtleitfaserblockmodul wird erzeugt durch Montage von Lichtleitfasern auf einem Block mit V-förmigen Vertiefungen in regelmäßigen Abständen, durch Beschichten der Lichtleitfasern mit einem Klebstoff, dem Befestigen einer Abdeckung auf den Lichtleitfasern und dem Polieren des Blockquerschnitts. Der Eingangs/Ausgangsquerschnitt der Lichtwellenleitervorrich tung erfährt ebenfalls einen Poliervorgang, um Übergangsverluste zu verringern, die auftreten, wenn sie mit dem Lichtleitfaserblockmodul verbunden wird. Nach dem führen von Licht in eine Eingangslichtleitfaser des Lichtleitfaserblockmoduls, werden die Lichtwellenleiter exakt ausgerichtet, so daß ein maximaler Ausgangsstrahl von dem Ausgangsende des Lichtwellenleiters emittiert werden kann. Wenn ein maxima ler Ausgangsstrahl von dem Ausgangsende des Lichtwellenleiters emittiert wird, wer den der Lichtleitfaserblockmodul und die Lichtwellenleitervorrichtung befestigt und endgültig miteinander verbunden.

Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Lichtwellenleitervorrichtung und einen her kömmlichen Lichtleitfaserblockmodul. Hier ist die Anordnung der Lichtwellenleiter vorrichtung 100 und des Lichtleitfaserblockmoduls 110 in einem Zustand unmittelbar vor ihrer Verbindung gezeigt. Im unteren Teil der Fig. 1 sind dreidimensionale Ko ordinaten dargestellt, um die Richtung eines Lichtstrahls, der auf das Eingangsende des Lichtleitfaserblockmoduls 110 gerichtet ist, und die Anordnungsrichtung jedes Moduls anzugeben. Wenn der über das Eingangsende eintretende Strahl aus dem Ausgangsende des Lichtleitfaserblockmoduls 110 über die Lichtwellenleitervorrich tung 100 austritt, wird eine Anordnung mit einem minimalen Verlust gefunden, um die Verbindung herzustellen.

Wie oben beschrieben, ist bei dieser aktiven Verbindung des Lichtleitfaser blockmoduls 110 und des Lichtwellenleiters 100 ein Lichtquelle zum Emittieren von Licht erforderlich, und es muß auch eine Vorrichtung, wie etwa ein Lichtdetektor, zur Bestimmung des optischen Verlustes vorhanden sein. Außerdem ist die Ausrich tung zeit- und arbeitsaufwendig.

Zum Lösen der obigen Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfin dung, eine Verbindungsstruktur für Lichtleitfasern und Lichtwellenleiter zu schaffen, bei der eine Lichtwellenleitervorrichtung und ein Lichtleitfaserblockmodul in einer passiven Anordnung miteinander verbunden werden können, so daß sie schnell und ohne zusätzliche Lichtquelle miteinander verbunden werden können.

Diese und weitere Aufgaben werden entsprechend der vorliegenden Erfindung durch die in den beiliegenden Patentansprüchen definierte Verbindungsstruktur für Lichtleitfasern und Lichtwellenleiter gelöst.

Insbesondere wird zum Lösen der obigen Aufgaben eine Verbindungsstruktur für Lichtleitfasern und Lichtwellenleiter geschaffen, welche umfaßt: Lichtleitfasern; eine Lichtwellenleitervorrichtung, deren einen Wellenleiterkern einschließende Ebene über der Oberfläche eines Substrats vorsteht; und eine Anordnungsplattform, die so angeordnet ist, daß die Mitte jeder Lichtleitfaser der Mitte des Wellenleiterkern der Lichtwellenleitervorrichtung gegenüber zu liegen kommen kann, und die abgesenkte Vertiefungen für die Lichtleitfasern und eine abgesenkte Vertiefung für den vorste henden Bereich der Lichtwellenleitervorrichtung besitzt.

Vorzugsweise dient bei der Montage der Lichtwellenleitervorrichtung auf der Anordnungsplattform ein nicht vorstehender Substratbereich als Abdeckung für die auf der Anordnungsplattform zu montierenden Lichtleiterfasern. Vorzugsweise umfaßt die Anordnungsplattform weiterhin eine Halterung zum Halten eines Lichtleitfaserbereichs, der sich von den abgesenkten Vertiefungen aus erstreckt, wenn die Lichtleiterfaser in die abgesenkten Vertiefungen montiert werden.

Vorzugsweise ist in der Anordnungsplattform die Höhe von der Oberfläche der Vertiefung, die bis zu einer Tiefe geätzt ist, in der der überwiegende Teil des Wellenleiters in diese hineinpaßt, bis zur Mitte des Wellenleiterkerns, wenn der Wellenleiter in die Vertiefung eingepaßt ist, gleich dem Radius des Querschnitts jeder optischen Faser.

Vorzugsweise ist bei der Lichtwellenleitervorrichtung die Höhe von dem Substrat zur Mitte der Lichtwellenleitervorrichtung so groß wie der Querschnittsradi us der Lichtleitfasern.

Insbesondere wird zum Lösen der obigen Aufgaben eine Verbindungsstruktur für Lichtleitfasern und Lichtwellenleiter geschaffen, welche umfaßt: Lichtleitfasern; eine Lichtwellenleitervorrichtung, deren einen Wellenleiter einschließende Ebene über der Oberfläche eines Substrats vorsteht; und eine Anordnungsplattform, die so angeordnet ist, daß die Mitte jeder Lichtleitfaser der Mitte des Wellenleiterkern der Lichtwellenleitervorrichtung gegenüber zu liegen kommen kann, und die V-förmige Vertiefungen für die Lichtleitfasern und eine abgesenkte Vertiefung für die vorste hende Ebene der Lichtwellenleitervorrichtung besitzt und eine Halterung zum Halten des sich erstreckenden Bereichs jeder Lichtleitfaser, wenn die Lichtleiterfaser in die V-förmigen Vertiefungen montiert werden, umfaßt.

Die obigen Aufgaben und die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch eine detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele derselben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlicher werden.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Lichtwellen leitervorrichtung und eines herkömmlichen Lichtleitfaserblockmoduls.

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Verbindungsstruktur für Lichtleit fasern und Lichtwellenleiter nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung.

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht einer Verbindungsstruktur für Lichtleit fasern und Lichtwellenleiter nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegen den Erfindung.

Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Verbindungsstruktur für Lichtleit fasern und Lichtwellenleiter nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegen den Erfindung.

Wie in Fig. 2 gezeigt, umfaßt die Verbindungsstruktur für Lichtleitfasern und Lichtwellenleiter Lichtleitfasern 200, eine Lichtwellenleitervorrichtung 210 und eine Anordnungsplattform 220. Fig. 2 zeigt eine mit dem Eingangsbereich der Lichtwel lenleitervorrichtung 210 zu verbindende Lichtleitfaser 201 und Lichtleitfasern 202, die in einem Bereich angeordnet werden, zu dem ein durch die Lichtwellenleitervor richtung fließendes Signal ausgegeben wird. Die Anzahl der Lichtleitfasern 202 am Ausgangsbereich hängt von der Anzahl der Zweige der Lichtwellenleitervorrichtung 210 ab. Die Lichtwellenleitervorrichtung 210 wird geätzt, bis ein vorstehender Be reich 211 einschließlich des Kerns des Lichtwellenleiters über der Oberfläche eines Substrats 212 vorsteht. Die Anordnungsplattform 220, auf der die Lichtleitfasern 200 und die Lichtwellenleitervorrichtung 210 angeordnet und miteinander verbunden werden, besitzt abgesenkte Vertiefungen 222 zum Anordnen der Lichtleitfasern 200 und eine abgesenkte Vertiefung 221 zum Aufnehmen des vorstehenden Bereichs 211 der Lichtwellenleitervorrichtung 210, der auf dem Substrat mit einer vorgegebenen Dicke geformt ist. Die Tiefe der abgesenkten Vertiefungen zum Anordnen der Licht leitfasern 200 muß gleich oder geringfügig kleiner sein als der Durchinesser der Lichtleitfasern. Die Tiefe der abgesenkten Vertiefung 221, in die der vorstehende Bereich 211 der Lichtwellenleitervorrichtung 210 eingesetzt wird, muß die gleiche wie die der abgesenkten Vertiefungen für die Lichtleitfasern 200 sein. Wenn die Lichtleitfasern 200 und die Lichtwellenleitervorrichtung 210 auf der Anordnungsplatt form 220 angeordnet und miteinander verbunden werden, muß die Mitte jeder Licht leitfaser, also die Mitte des Kerns jeder Lichtleitfaser, genau die Mitte der Lichtwel lenleitervorrichtung 210, also die Mitte des Kerns des Lichtwellenleiters, kontaktie ren. Eine solche Verbindung muß vor dem Ätzen der Vertiefungen in der Anord nungsplattform genau berechnet werden, um ein genaues Ätzen zu gewährleisten. Das Substrat 212 der Lichtwellenleitervorrichtung 210 dient als Abdeckung zum Befesti gen der Lichtleitfasern 200 an der Lichtwellenleitervorrichtung auf 'der Anordnungs plattform.

Wenn die Lichtleitfasern 200 und die Lichtwellenleitervorrichtung 210 auf der Anordnungsplattform montiert und miteinander verbunden werden, werden die Lichtleitfasern 200 durch das Substrat 212 der Lichtwellenleitervorrichtung 210, also dem Substratbereich 212, der nicht von der Lichtwellenleitervorrichtung 210 wegge ätzt worden ist, festgehalten. Der vorstehende Bereich 211 der Lichtwellenleitervor richtung 210 wird in die Absenkung 221 der Anordnungsplattform 220 eingesetzt. Daher muß die Höhe von dem Substrat 212 der Lichtwellenleitervorrichtung 210 zur Mitte des Wellenleiterkerns gleich dem Querschnittsradius der Lichtleitfasern 200 sein.

Fig. 3 zeigt eine Verbindungsstruktur für Lichtleitfasern und Lichtwellenleiter nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, welche um faßt: Lichtleitfasern 300, eine Lichtwellenleitervorrichtung 310 und eine Anord nungsplattform 320. Die Lichtleitfasern 300 und die Lichtwellenleitervorrichtung 310 sind die gleichen wie die im Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen. In der Anord nungsplattform 320 gibt es im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ein Anordnungsteil 322 zum Verbinden der Lichtleitfasern 300 mit der Lichtwellenleiter vorrichtung 310 auf einer Platte 321 zum Halten der Lichtleitfasern. Die Tiefe der Absenkung des Anordnungsteils 322 ist die gleiche wie die im Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebene.

Fig. 4 zeigt eine Verbindungsstruktur für Lichtleitfasern und Lichtwellenleiter nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, welche um faßt: Lichtleitfasern 400, eine Lichtwellenleitervorrichtung 410 und eine Anord nungsplattform 420. Die Lichtleitfasern 400 und die Lichtwellenleitervorrichtung 410 sind die gleichen wie die im Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen. In der Anord nungsplattform 420 gibt ein Anordnungsteil 422 und eine Platte 421 zum Halten der Lichtleitfasern 400. Das Anordnungsteil 422 besitzt geätzte, V-förmige Vertiefungen zur Aufnahme der Lichtleitfasern 400 darin und eine Absenkung, in die der vorste hende Bereich der Lichtwellenleitervorrichtung 410 eingesetzt wird. Die Ätztiefe der V-förmigen Vertiefungen 423 und der abgesenkten Vertiefung 424 für die Lichtwel lenleitervorrichtung muß kleiner oder gleich dem Querschnittsdurchmesser der Licht leitfasern 400 sein. Die Höhe des vorstehenden Bereichs 411 der Lichtwellenleiter vorrichtung 410 muß so eingestellt werden, daß die Höhe von der Oberfläche des Substrats 412 zur Mitte des Wellenleiterkerns genauso groß sein kann wie der Quer schnittsradius der Lichtleitfasern 400. Die Gesamthöhe des vorstehenden Teils 411 der Lichtwellenleitervorrichtung 410 muß etwas geringer als der Querschnittsdurch messer der Lichtleitfasern 400 sein.

Im folgenden werden die Merkmale und das Herstellungsverfahren für Kom ponenten der Vorrichtungen der Fig. 2 bis 4 beschrieben. Insbesondere wird die Verbindung von Lichtleitfasern mit einer Lichtwellenleitervorrichtung beschrieben. Zunächst ist die Anordnungsplattform 220 als Basisblock, in dem die Lichtleitfasern 200 und die Lichtwellenleitervorrichtung 210 angeordnet sind, dadurch gekennzeich net, daß sie eine Vertiefung 221 zur Montage der Lichtwellenleitervorrichtung und Vertiefungen 222 zur Montage der Lichtleitfasern an Ein- und Ausgangsbereichen in vorgegebenen Abständen besitzt. Anisotropes Ätzen eines Siliziumsubstrats kann zum Herstellen der Anordnungsplattform 220 verwendet werden. Die Anordnungsplatt form 220 der Fig. 2 wird hergestellt durch Erzeugen einer Ätzmaske aus Si₃N₄ oder einem anderen Material auf einer Siliziumscheibe ausschließlich der Bereiche, in denen die Wellenleitervorrichtung und die Lichtleitfasern montiert werden sollen, und durch Durchführen der Ätzung unter Verwendung einer Ätzlösung aus KOH oder einer anderen Lösung. Die Anordnungsplattform 420 der Fig. 4 ist ein Beispiel der Bearbeitung einer Siliziumscheibe mittels eines anisotropen Ätzverfahrens. Von den Lichtwellenleitervorrichtungen 210, 310 und 410 der Fig. 2 bis 4 werden die Ränder bis zu einer vorgegebenen Tiefe entfernt, so daß sie genau in die entsprechen de Plattform 220, 320 beziehungsweise 420 eingesetzt werden können. Derartige Lichtwellenleitervorrichtungen werden durch Ätzen der Ränder unter Verwendung eines Trockenätzverfahrens, wie etwa reaktives Ionenätzen (RIE) oder durch Schnei den der Ränder bis zu einer vorgegebenen Tiefe unter Verwendung eines genauen Schleifgeräts hergestellt. Der Querschnitt der Eingangs- und Ausgangslichtwellenlei ter, also der Querschnitt der mit dem Lichtleitfasern im Eingangs- und Ausgangsbe reich zu verbindenden Lichtwellenleiter, muß genau eingehalten werden, um die opti schen Verluste beim Verbinden der Lichtleitfasern mit der Lichtwellenleitervorrich tung zu minimieren. Die Lichtleitfasern müssen ebenfalls einen genauen Querschnitt aufweisen, um die optischen Verluste beim Verbinden mit dem Querschnitt der Ein gangs- und Ausgangslichtwellenleiter zu minimieren.

Nachfolgend wird die Verbindung zwischen den Komponenten der Fig. 2 bis 4 beschrieben. Wenn in den Fig. 2 bis 4 die Lichtleitfasern, die Lichtwellen leitervorrichtung und die Anordnungsplattform miteinander verbunden werden, wer den die Lichtleitfasern in die Vertiefungen zur Montage der Lichtleitfasern auf der Anordnungsplattform eingesetzt, und die Lichtwellenleitervorrichtung wird in die Vertiefungen für die Lichtwellenleitervorrichtung in der Anordnungsplattform einge setzt, wodurch die Verbindung hergestellt wird. Die Querschnitte der Lichtleitfasern und der Lichtwellenleiter entsprechen sich, und insbesondere treffen sich die Kerne der Lichtleitfasern und der Lichtwellenleiter und besitzen dieselben Mittelpunkte. Wenn die Lichtleitfasern in den Vertiefungen der Anordnungsplattform montiert sind, stehen etwa 20 bis 30 µm der Lichtleitfasern über der sich von den Vertiefungen aus erstreckenden Oberfläche vor. Wenn die Lichtwellenleitervorrichtung auf der Anord nungsplattform montiert wird, dient ein weggenommener Bereich (also der Substrat bereich 212 der Fig. 2) am Rand der Lichtwellenleitervorrichtung als Platte zum Befestigen der Lichtleitfasern. Der Durchmesser einer typischen Lichtleitfasern be trägt 125 µm, so daß die Tiefe der Vertiefungen zur Montage der Lichtleitfasern auf der Anordnungsplattform etwa 95 bis 105 µm beträgt. Auf diese Weise wird der her ausgeätzte Randbereich des Substrats der Lichtwellenleitervorrichtung bei der Ver bindung auf den Lichtleitfasern auf der Anordnungsplattform montiert.

Die Tiefe der Absenkung des Anordnungsteils 322 ist die gleiche wie die im Zu sammenhang mit Fig. 2 beschriebene. Wenn der Radius jeder der Lichtleitfasern 62,5 µm beträgt, muß die Mitte des Wellenleitervorrichtungskern 62,5 µm hoch über der Substratoberfläche, also von dort, von wo aus der vorstehende Bereich vorsteht, der Lichtwellenleitervorrichtung liegen, damit der Mittelpunkt des Kerns der Lichtwellen leitervorrichtung mit dem Mittelpunkt der Lichtleitfasern übereinstimmt. Daher sind die Lichtleitfasern und die Lichtwellenleitervorrichtung nach oben und nach unten in der Ausbreitungsrichtung des Lichts auf der Anordnungsplattform angeordnet. Die Länge von links nach rechts der vorstehenden Platte der Lichtwellenleitervorrichtung muß gleich der Länge von links nach rechts der abgesenkten Vertiefung der Anord nungsplattform, also der Länge in einer Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichts sein. Weiterhin muß die Lichtwellenleitervorrichtung vorher hergestellt werden, so daß die Mitten ihrer Eingangs- und Ausgangskerne den Eingangs- und Ausgangsbereichen der Lichtleitfasern gegenüberliegen können, wodurch eine Anord nung der Lichtleitfasern und der Lichtwellenleitervorrichtung in der Richtung von links nach rechts ermöglicht wird. Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, verhindert eine Anordnungsplattformplatte zum Halten der Lichtleitfasern Schäden an den Lichtleitfasern durch die Entfernung der Beschichtung der Lichtleitfasern, wenn die Lichtleitfasern in den Vertiefungen der Anordnungsplattform angeordnet werden. Die zuvor erwähnte Verbindungsstruktur zwischen Lichtleitfasern und einer Wellenleiter vorrichtung wird erreicht durch Verwendung eines passiven Anordnungsverfahrens zur Befestigung der Lichtleitfasern an der Lichtwellenleitervorrichtung anstelle eines aktiven Verfahrens und erfordert daher keine Lichtquelle, keinen Lichtdetektor, keine genaue Anordnung der Vorrichtung usw., was bei einem aktiven Verbindungsverfah ren notwendig ist.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung, die auf einer passiven Verbin dungsstruktur basiert, werden also keine Lichtquelle, kein Lichtdetektor usw. zum Verbinden von Lichtleitfasern mit einer Lichtwellenleitervorrichtung benötigt, was die Kosten verringert. Auch kann eine schnelle Verbindung erreicht werden.

Claims

1. Verbindungsstruktur für Lichtleitfasern und Lichtwellenleiter, welche um faßt:
Lichtleitfasern (200, 300, 400);
eine Lichtwellenleitervorrichtung (210, 310, 410), deren einen Wellenleiter kern einschließende Ebene (211, 411) über der Oberfläche eines Substrats (212, 412) vorsteht; und
eine Anordnungsplattform (220, 320, 420), die so angeordnet ist, daß die Mitte jeder Lichtleitfaser der Mitte des Wellenleiterkern der Lichtwellenleitervorrich tung gegenüber zu liegen kommen kann, und die abgesenkte Vertiefungen (222, 423) für die Lichtleitfasern und eine abgesenkte Vertiefung (221, 424) für den vorstehen den Bereich der Lichtwellenleitervorrichtung besitzt.

2. Verbindungsstruktur für Lichtleitfasern und Lichtwellenleiter nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Montage der Lichtwellenleitervorrich tung auf der Anordnungsplattform ein nicht vorstehender Substratbereich (212, 412) als Abdeckung für die auf der Anordnungsplattform zu montierenden Lichtleiterfasern dient.

3. Verbindungsstruktur für Lichtleitfasern und Lichtwellenleiter nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnungsplattform weiterhin eine Hal terung (321, 421) zum Halten eines Lichtleitfaserbereichs, der sich von den abgesenk ten Vertiefungen aus erstreckt, wenn die Lichtleiterfaser in die abgesenkten Vertie fungen montiert werden, umfaßt.

4. Verbindungsstruktur für Lichtleitfasern und Lichtwellenleiter nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Anordnungsplattform die Höhe von der Oberfläche der Vertiefung, die bis zu einer Tiefe geätzt ist, in der der überwiegende Teil des Wellenleiters in diese hineinpaßt, bis zur Mitte des Wellenleiterkerns, wenn der Wellenleiter in die Vertiefung eingepaßt ist, gleich dem Radius des Querschnitts jeder optischen Faser.

5. Verbindungsstruktur für Lichtleitfasern und Lichtwellenleiter nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Lichtwellenleitervorrichtung die Höhe von dem Substrat zur Mitte der Lichtwellenleitervorrichtung so groß wie der Quer schnittsradius der Lichtleitfasern ist.

6. Verbindungsstruktur für Lichtleitfasern und Lichtwellenleiter, welche um faßt:
Lichtleitfasern (400);
eine Lichtwellenleitervorrichtung (410), deren einen Wellenleiter einschlie ßende Ebene (411) über der Oberfläche eines Substrats (412) vorsteht; und
eine Anordnungsplattform (420), die so angeordnet ist, daß die Mitte jeder Lichtleitfaser der Mitte des Wellenleiterkern der Lichtwellenleitervorrichtung gegen über zu liegen kommen kann, und die V-förmige Vertiefungen (423) für die Lichtleit fasern und eine abgesenkte Vertiefung (424) für die vorstehende Ebene der Lichtwel lenleitervorrichtung besitzt und eine Halterung (421) zum Halten des sich erstrecken den Bereichs jeder Lichtleitfaser, wenn die Lichtleiterfaser in die V-förmigen Vertie fungen montiert werden, umfaßt.