JP2002503355A - 光学構成エレメントの心合わせ - Google Patents

光学構成エレメントの心合わせ

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Abstract

(57)【要約】 キャリア1の溝9内に取着された光ファイバ7を、レーザ等の光学エレメント5の表面領域と精密に心合わせする時には、変形領域17内の光ファイバの端部で、適当な工具によってキャリアを変位させ、またはこれに作用することによって、板形キャリアを塑性変形させる。塑性変形を容易にするために、変形領域の周りにスロット15を作成し、ほぼ光ファイバの端面の所に脆弱領域16が得られるようにする。誤って配設された光学構成エレメントの位置を補正する、または必ずしも非常に高い精度を達成する必要なく配設された構成エレメントを精密に心合わせするために、精密な心合わせを行うことができる。この心合わせ作業は、レーザ5を活性化して光ファイバ内に光を発出させることによって界面の効率を同時に測定しながら、実行することができる。この光を光検出器25で検出し、光ファイバの末端で最大出力が得られるように変形プロセスを行うことができる。キャリアの材料は、例えば厚さの薄い銅板など、高純度の金属にすることができる。上述の精密な心合わせ手順は、経済面および心合わせ作業の精度の面で利点をもたらし、完成した製品の構成エレメント間の界面では、減衰はほとんど得られない。構成エレメントと一体化されたキャリアは、回路基板上に配設する上で適した光学構成要素を得るために、成形されてカプセルとなるよう意図されている。

Description

【発明の詳細な説明】 光学構成エレメントの心合わせ 技術分野 本発明はオプトエレクトロニクス(光エレクトロニクス)構成部品に係り、と りわけ、能動または受動タイプの別の構成エレメント(具体的には、レーザ・チ ップまたはレーザ・パッケージ)に対する光ファイバの端部の心合わせなど、光 電構成部品中で使用される構成部品の心合わせに関するものである。 背景 レーザ・チップの出力開口に対する光ファイバの端部の心合わせは、光ファイ バを伝播する光がレーザから放射されるときの光損失を回避するために、高精度 で行わなければならない。高精度になると、特にチップに対して光ファイバを適 切位置に配設する際に、それに対応する組立プロセスの条件が生じる。例えば、 単一モード光ファイバと結合するために使用されるようになされたモード・フィ ールドを有するいわゆる「テーパ」レーザを含む方法を使用するなど、構成部品 を配設する際の精度条件を低下させる方法が使用されている。 一般に、既存の組立方法では、光ファイバ、およびチップ形状のレーザ部品が その上に配設された、ある種類のキャリア(担持体)が用意される。このキャリ アには、V字溝やその他のタイプの溝、さらに正確に輪郭を定めた突起やボスな ど、各種の心合わせ手段を設けることができる。このようなキャリアは、それに 異方性付与エッチングされたV字溝およびチップを正確に位置づけることのでき る支持面を形成するためにシリコン板上に被着させた異種層を有するシリコン板 として形成することができる。 キャリア上の所望位置に光電チップを位置づけるために、キャリアに対して光 電チップを取り付けるとともに、おそらくは電気的な接続をも行う手段としての 溶融した鑞材領域(例えば、溶融した小さな球状鑞材)における表面張力をも利 用して、光電チップを配設する時に高精度を与えることができる。斯かるプロセ スでは、使用時に多大の注意が必要であり、したがって、正確に配設された構成 部品(例えば、要求条件の多い用途における構成部品)について十分高い歩留り を得る上で、あるいはまた、十分な利益のある製造を行うためには、制限がある だろう。このプロセスは、被着させた鑞材の厚さを十分に一定の値に維持しなけ ればならないことや、溶融した鑞材で濡らすことのできる領域がチップおよびキ ャリアの上で正確に規定されることなど、幾つかの微妙な要因に依存する。 光学デバイスまたは光ファイバ用の塑性変形可能な支持体を使用する方法が提 案されており、この支持体は変形せしめられ、光学デバイスに対するファイバ端 部の最終的な位置決め、または心合わせがなされる。したがって、公開された国 際特許出願WO91/06022には、小型光学レンズ用のレンズ・マウントが 開示されており、このレンズ・マウントは、基部から起立した平坦なフレームを 含む。このフレームは、レンズが載置された部分を取り囲み、レンズの心合わせ 位置までそのフレームを曲げることによって塑性変形させることができる。この ようなフレーム構造は、平坦な基部の所またはその中にある導波路を、その基部 に剛性に取り付けられたチップ中の光学構成部品と心合わせする場合には適して いない。さらに、このフレーム構造は、垂直方向に大きなスペースを要する。 さらに、公開されたヨーロッパ特許出願第0717297号には、細長い支持 部材を用いてファイバ端部を保持する、レーザ・チップに対する光ファイバの精 密な心合わせが開示されている。この支持部材は、ファイバがその中で保持され る長さ方向スロットを含むシリンダ・ロッド形状を有する。このシリンダ部材は 、基板から起立するアームを有する塑性変形可能なサドルによって、基板から或 る距離に維持される。サドル・アームを変形させて、ファイバ端部を再位置づけ することができる。このデバイスは、基板内または基板位置で導波路を細かく動 かし、基部に堅固に取着された光学構成部品の開口と心合わせするのに十分には 適していない。さらに、このデバイスは複雑であり、複数の配設段階を必要とす る。 概要 本発明の目的は、光学構成エレメントの表面領域を別の光学構成エレメントの 表面領域と心合わせすることができるようにする方法、およびそのための光学構 成エレメント用のキャリアを提供することである。 本発明の別の目的は、追加の配設装置すなわち取付け装置を使用せず、したが って光学構成部品全体の高さを増すことなく、光学構成エレメントの表面領域を 別の光学構成エレメントの表面領域と心合わせすることができるようにする方法 、およびそのための光学構成エレメント用のキャリアを提供することである。 本発明の別の目的は、出力と入力の間の最大伝送を得るためにフィードバック 式測定を行いながら、構成エレメントの入力領域と出力領域を互いに心合わせす ることができるようにする方法、およびそのための光学構成部品中の光学構成エ レメント用のキャリアを提供することである。 本発明によって解決される課題は、どのようにすれば、共通のキャリア上の各 種光学構成エレメント間で良好な心合わせを達成することができるかということ である。この課題は、例えば最終検査において不十分な精度で誤って配設されて いると判定された光学構成部品の精密な心合わせを達成し、かつ構成エレメント を互いに最終的に正しく心合わせすることができるようにして、先行組立プロセ スでは低い精度を維持すればよく、したがって低コストの組立方法を用いること ができるようにすることを含む。また、この課題は、どのようにすれば、単純か つ場所をとらない方法で精密な心合わせを行うことができるかということを含む 。 最終心合わせ方法とも呼ばれる心合わせ方法は、適当な材料を塑性変形させる ことに基づく。この材料は、光学構成エレメント用の板形キャリアに組み込まれ 、したがってキャリアの材料は、塑性的かつ機械的に変形可能であって、変形後 の弾性復帰すなわちスプリング・バックが最小限に抑えられる材料となるように 、選択される。この材料は、後続の光学構成部品の製造における後の段階(特に 、例えばカプセル化封止用のプラスチックまたは人工樹脂材料を硬化させるため に必要になることのある比較的高温の影響)を受けないようにしなければならな い。この条件を換言すれば、実質上機械的記憶のない材料でなければならない。 キャリアは、例えば少なくとも99重量%の銅を含む高純度の銅板で形成できる 。 キャリアは、外部押圧表面によって、キャリアの特定部分(例えば、内側部分 )を異なる方向に変位させることができるように構成される。キャリアに取り付 けられた光ファイバを心合わせしようとする場合には、キャリアの適当な部分を 、ファイバの長さ方向に対して直角方向にのみ変位させる必要がある。このキャ リアの変形は、各種構成エレメントをその上に配設した後で行うことができ、 さらに、キャリアに取り付けられた各種構成エレメント間の光伝達率を測定する ことができ、および各種光学構成エレメントの入力と出力の間で減衰を最小限に 抑えた最大限の光の透過が得られるように、フィードバック法によりキャリアの 変形を制御することが可能である。同じ方法を使用して、例えば入力パワーを光 検出器または光増幅器に適合させるために減衰させることが望ましい場合に、2 つの構成エレメント間の界面で選択された減衰を発生させることもできる。一般 論的に言えば、この方法は、例えば適当な電流および電圧をレーザに提供してそ れが光信号を発信するようにすることによって構成エレメントの一方に適当な信 号が供給されていれば、例えば光ファイバとレーザなど2つの光学構成エレメン ト間の界面における損失を心合わせ作業中に測定することができる。 キャリアは、別の構成エレメントと正しく正確に心合わせするために変位させ なければならないかもしれない構成エレメントの領域の周りに適当に設けたスロ ットを有する板として構成することができる。例えば、スロットは、互いに対向 して配置され、さらにその前の組立作業中に可能な限り互いに接近して、または 突き合わせて配置される表面(surfaces)に対して、ほぼ直角となる長手方向を 有することができる。スロットは、前記領域と平行にそれに近い領域まで延びる 部分を有し、表面付近に狭い領域が形成されるようにしなければならない。この 領域は脆弱領域として働き、変形を容易にする。このようなスロットにより、キ ャリア平面に対して直角方向の変位が可能である。 本発明の別の目的および利点について以下の説明に述べる。その一部はこの説 明から明らかとなる、または本発明を実施することによって判るであろう。本発 明の目的および利点は、添付の請求の範囲に詳細に記載する方法、プロセス、手 段、および組合せによって理解し、達成することができる。 図面の簡単な説明 本発明の新しい特徴については添付の請求の範囲に詳細に記載してあるが、添 付の図面に関連して以下に与える下記の非限定的な実施形態の詳細な説明を考慮 すれば、本発明の構成および内容、ならびに本発明のその他の特徴を完全に理解 することができ、本発明を良く理解されるであろう。 図1は、光ファイバおよびレーザ・チップが配設されたキャリア板を示す斜視 図である。 第2図は、心合わせツール(工具)内に配置されたキャリア板およびレーザを 示す断面図である。 第3図は、心合わせツール内に配置されたキャリア板および光ファイバを示す 断面図である。 詳細な説明 図1に、キャリア(担持体)1が示されており、これは、少なくともその一部 が塑性変形可能な金属製の板またはシート(薄板)で形成されている。キャリア 1は、その短辺の一方に突起3を有する概ね長方形形状である。突起3の上面に 、レーザ・チップ5が、その出力表面をキャリア1の長方形の主要部分に向けて 載置されている。キャリア1の長方形部分の長手方向中心線に光ファイバ7が配 置され、したがって光ファイバ7は長方形部分の長辺と平行に延び、キャリア1 中にエンボス加工またはプレス成形されたV字溝9中に位置する。V字溝9は、 国際特許出願PCT/SE97/02084に記載された方法に従って形成する ことができる。光ファイバ7は、エポキシ接着剤など適当な接着剤を用いてV字 溝9内に取着される。光ファイバ7は、他方の端部で、ファイバ中を伝送される 波長に対して不透明な適当な材料(例えば、セラミックス)で形成した円筒形エ レメントであるフェルール11中に取着される。円筒形フェルール11は、キャ リア1の長方形部分の、突起3が位置する短辺とは反対側の短辺から突出する。 フェルール11をキャリア1上で位置決めするため、およびキャリア1に近くフ ェルールの内端に位置するフランジ13のために、適当なV字溝と凹所が形成さ れている。 光ファイバ7は、通常、外側保護ポリマー・スリーブが除去されているときに は0.125mmの外径を有し、その内端面が、図示の実施形態では、例えば厚 さ0.1〜0.4mmの小さな長方形チップから成るレーザ5の出力開口部に位 置づけられる。ファイバ端部のレーザ5に最も近い部分では、L字型スロット1 5がキャリア1に形成され、その長い方の部分がファイバ7の長さ方向と平行で あり、その短い脚が、ファイバ7に近い領域まで、したがってV字溝9、および レーザ5位置にあるファイバ7の端面に近い領域まで延びている。これにより、 ファイバ7の内側表面に近いキャリア1の領域に、キャリア1の弱い部分16が 得られる。 ファイバ7の長さ方向にx軸をとり、ファイバ7の長さ方向に対して直角でキ ャリア表面と平行な方向にy軸を、またこの表面およびファイバ7の長さ方向に 対して直角な方向にz軸をとって成るxyz座標系を図1に示す。 例えば、極めて小さなレーザ・チップ5をその正しい位置まで移動させるため に溶融したはんだの表面張力を利用する上述の手順によって、レーザ5が配設さ れているものと想定することができる。しかしながら、前記のように、レーザ・ エレメント5と光ファイバ7の相対位置の精度が不十分になる可能性があり、そ の場合には最終調整を行わなければならない。したがって、ファイバ7の内端に 近く、レーザ5に対する境界面にあり、かつスロット15の間に位置する、キャ リアの領域17は変形される。光ファイバ7およびレーザ5を担持するキャリア 1はツール(工具)中に挿入される。その断面を第2図および第3図に示す。こ のツールは、フェルール11およびそのフランジ3の領域と、スロット15の間 の領域17とを除くキャリア1の大部分が載る平坦な支持面を有する静止基部2 7を含む(ただし、前記11,3,17部分に対応する箇所では、基部27の支 持面が凹所すなわち貫通穴を有する)。キャリア1は、同一平面内に位置する、 上側ロック部分29に属する支持面によって、基部27で保持される。このロッ ク部分は、キャリア1を下向きに圧迫して基部27に押圧し、また基部の凹所に 対応する凹所と、さらにレーザ5のための凹所31および光ファイバ7のための 凹所33とを有する。これにより、レーザ5および光ファイバ7は、ツールのど の部分とも接触しない。こうしてキャリア1の下側表面は平坦となり、スロット 間の特定領域17など、キャリア1のファイバ7の内端に近い部分は自由となり 、基部27およびロック部分29のいずれの支持面とも接触しない。 このツールは、制御しながら力によって動かすことのできる、別の変形部分す なわち変形ヒール(かかと状の部材)をさらに備えている。下側変形ヒール35 は、キャリアの領域17の下に位置する基部27の開孔内を垂直方向に(z方向 に)動くことができる。下側変形ヒールは、キャリア1の自由領域17全体に作 用してそれを上向きに正確に変位させることができる上側平坦支持面を有する。 対応する上側変形ヒール37は、特定領域17の上に位置するロック部分の対応 する開孔内を同様に垂直方向に動くことができる。これは下側平坦支持面を有し 、そこに光ファイバ用の凹所39が形成され、これにより光ファイバは上側変形 ヒール37のいかなる表面とも接触しない。上側変形ヒールの支持面は、特定領 域17に作用してそれを下方へ正確に変位させることができる。その場合、下側 変形ヒール35を同時に下方へ動かすることもでき、また上側ヒールが動くスペ ースを与えるために、予め上向ヒールを若干下方に移動させておくこともできる 。下側ヒールを上方へ動かすときにも、これに相当する条件を適用する。このよ うにして、ファイバ7の端部を、高さ方向すなわちZ方向における任意の望まし い位置に位置決めすることができる。 ファイバ7の端部は、横方向変位部分41を用いて、横方向すなわちy方向に も移動させることができる。このような横方向変位部分41は、光ファイバ7の 両側に設けられ、上側変形ヒール37のスロット43中で動くことができる。横 方向変位部分は、その下側領域に、断面図にみられる下縁45を含む尖った形状 を有し、これはファイバ7の長さ方向と平行に延び、特定領域17に作用するこ とができる。ファイバ7を横方向に変位させるときには、先ず、下側変形ヒール 35および上側変形ヒール37を、領域17が上下いずれの方向へも動かないよ うに確実かつ十分に制限されてはいるが堅く保持されてはいない高さ位置にセッ トする。次いで、横方向変位部分41の一方を下方へ動かし、下縁45が、先に V字溝9を形成したのとほぼ同じ方法でキャリアの上側表面に溝を形成するよう にする。次いで、特定領域17における材料が縁部45との接触面から遠ざけら れ、これによりキャリアに取り付けられた光ファイバ7も、y方向に、その下縁 部から、反対側にあるもう一方の横方向変位部分41に向かって遠ざかる。変形 ヒール35、37は、レーザ5位置にあるファイバ7の端面が所期の高さ位置に 存在するように、事前に、それを垂直方向に変位させておくことができる。別の 方法として、この垂直変位を水平変位の後で行うか、または垂直変位と水平変位 を少しずつ交互に行い、例えば後述するフィードバックを使用する測定手順によ って正しい心合わせを得ることができる。 このようにして、心合わせ操作中のレーザ5と光ファイバ7の端面の界面にお ける透過率の測定またはそれと等価な損失の測定を簡単に行うことができる。し たがって、レーザ5は、例えばプローブ線(試験線)21によって電源19に接 続される(図1参照)。光ファイバ7はフェルール11を通り、また破線23で 示す光ファイバは、例えば受光のパワー(大きい)を示す信号を提供する光検出 器25に接続される。光パワーは評価され、例えば、変形ヒール35、37およ び横方向変位部分41に作用して、最大透過が得られる位置まで光ファイバ7の 端面を動かす制御手段(図示せず)に送られる。キャリア1の材料の性質により 、弾性復帰は得られず、このセット位置は後続の処理段階の間正確に維持される 。前記操作で使用する調整ツールは、当然オペレータが手動で操作することがで き、その場合、例えばレーザ5から伝送された光のパワーを示すゲージを観察す る。また、調節を最適化するのに適した制御アルゴリズムを備えた自動機器(図 示せず)を使用することができる。 キャリア1の適当な材料は、その他の物質を有意でない量(例えば、ジルコニ ウム0.5重量%)だけ含むような高純度(例えば、少なくとも99重量%)の 銅板である。このような銅板の適当な厚さは0.2mmにすることができるが、 厚さが0.15〜0.6mmの範囲内の、この品質の銅板であれば、前記心合わ せ作業に適している。銅板は、変形前、例えばファイバ7用のV字溝9を形成す る初期処理段階よりも前に、軟化(焼鈍)しておかなければならない。本明細書 に記載の心合わせを可能にするには、この板の特定領域17の所の部分のみを軟 化させればよい。 本発明の特定の実施形態について本明細書に図示し、説明したが、当業者であ れば、多数の追加の利点、修正および変更を容易に思いつくであろう。したがっ て、本発明は、より広範な観点で、本明細書で図示および説明した特定の詳細、 代表的な装置、および図示の例に限定されない。したがって、請求の範囲および その均等物によって定義される一般的発明概念の精神または範囲を逸脱すること なく、各種の修正を加えることができる。したがって、請求の範囲は、本発明の 神髄および範囲に含まれる全ての修正および変更を含むものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR, NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,KE,L S,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL ,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR, BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,DK,E E,ES,FI,GB,GE,GH,GM,GW,HU ,ID,IL,IS,JP,KE,KG,KP,KR, KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,M D,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL ,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK, SL,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,UZ,V N,YU,ZW 【要約の続き】 し、完成した製品の構成エレメント間の界面では、減衰 はほとんど得られない。構成エレメントと一体化された キャリアは、回路基板上に配設する上で適した光学構成 要素を得るために、成形されてカプセルとなるよう意図 されている。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. 第1の光学構成エレメントの表面領域と第2の光学構成エレメントの表面 領域とを心合わせする方法であって、 変形時に実質上塑性的であり、有意でない程度しか弾性復帰しない材料を選択 する段階と、 この材料でキャリアを作成する段階と、 第1の光学構成エレメントの表面領域と第2の光学構成エレメントの表面領域 とを第1の心合わせ状態にして、第1の光学構成エレメントおよび第2の光学構 成エレメントをキャリア上に直接配設する段階と、 その後キャリアを変形させ、第1の光学構成エレメントの表面領域を第2の光 学構成エレメントの表面に対して変位させ、第1の光学構成エレメントの表面領 域を第2の光学構成エレメントの表面領域に対して精密に心合わせする段階とに よって特徴づけられる方法。 2. キャリア作成中に、キャリアが実質的に板形状を有するようになされるこ とを特徴とする請求項1に記載された方法。 3. 第1の光学構成エレメントおよび第2の光学構成エレメントを配設する際 に、第1の光学構成エレメントおよび第2の光学構成エレメントが、キャリアの 所定の大きな表面上および/または該表面に配設されることを特徴とする請求項 2に記載された方法。 4. キャリアの貫通穴、具体的にはスロットを、第1の光学構成エレメントお よび第2の光学構成エレメントの一方の領域またはその周囲、あるいはその周囲 の一部に形成することを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか一項に 記載された方法。 5. 前記貫通穴を形成する際に、前記領域が、第1の光学構成エレメントおよ び第2の光学構成エレメントのそれぞれの表面領域となるように位置づけられる ように選択されることを特徴とする請求項4に記載された方法。 6. 第1の光学構成エレメントが長さ方向を有する光ファイバである場合に、 貫通穴を形成する段階中に、貫通穴が、光ファイバの長さ方向とほぼ平行に延び るスロットとして作成されることを特徴とする請求項5に記載された方法。 7. 前記貫通穴を形成する際に、第1の光学構成エレメントの表面領域および 第2の光学構成エレメントの表面領域の一方の位置に脆弱領域を生じるように前 記貫通穴が形成されることを特徴とする請求項4から請求項6までのいずれか一 項に記載された方法。 8. 実質的に板形状またはシート形状を有する、光学構成エレメント配設用の キャリアであって、少なくとも部分的に、塑性変形可能で、有意でない程度すな わち無視できる程度しか弾性復帰しない材料から成るキャリア。 9. 光ファイバである光学構成エレメントを取り付けるための、キャリアに加 圧加工または除去加工されたV字溝によって特徴づけられ請求項8に記載された キャリア。 10.光学構成エレメントをキャリア上に載置する領域に作成された貫通穴を特 徴とする請求項8または請求項9のいずれか一項に記載されたキャリア。 11.光ファイバを含む光学構成エレメントが配設されるキャリアであって、光 ファイバの長さ方向とほぼ平行に延びるスロットを含む貫通穴によって特徴づけ られる請求項8に記載されたキャリア。 12.前記貫通穴が、キャリア上に載置される第1の光学構成エレメントの表面 領域の位置に脆弱領域を生じるように形成され、この表面領域が、キャリア上に 配設される第2の光学構成エレメントの表面領域と心合わせされるよう意図され ていることを特徴とする請求項11に記載されたキャリア。 13.キャリアが高純度の銅板であることを特徴とする請求項8から請求項12 までのいずれか一項に記載されたキャリア。 14.銅板が、銅を少なくとも99重量%含むことを特徴とする請求項13に記 載されたキャリア。 15.実質的に板形状を有するキャリアを含み、レーザに接続された光ファイバ をさらに含み、ファイバの端部とレーザがキャリア表面に配設された光学構成要 素であって、キャリアが、塑性変形可能で、有意でない程度すなわち無視できる 程度しか弾性復帰しない材料から成ることを特徴とする光学構成要素。 16.キャリアが、キャリア表面に加圧成形されたV字溝を含み、光ファイバが そのV字溝内に取り付けられていることを特徴とする請求項15に記載された光 学構成部品。 17.レーザ位置にある光ファイバの端部の領域でキャリアに形成された貫通穴 によって特徴づけられる請求項15または請求項16に記載された光学構成要素 。
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