JP2004522202A - 光ファイバとエッチングされたアレイ導波路とのアライメント - Google Patents

Abstract

アレイ導波路内にエッチングで溝を彫って２つまたはそれ以上の光ファイバとアレイ導波路のアライメントを行うデバイスと方法を実現する。リテーナで２つまたはそれ以上の光ファイバをまとめ、アレイ導波路の溝に入れる。アレイ導波路内のチャネルと２つまたはそれ以上の光ファイバと粗アラインメントを行い、また手作業でアライメントの微調整を行うことができる。

Description

【０００１】
発明の背景
１．発明の分野
説明する発明は、光学の分野に関する。特に、本発明は、光ファイバ束をアレイ導波路（「ＡＷＧ」）などの平面フォトニック構造に結合することに関する。
【０００２】
２．関連技術の説明
光ファイバ束とＡＷＧはどちらも光を伝搬させるために使用される。光ファイバ束は光を伝搬する複数の光ファイバからなり、ＡＷＧは光を伝搬するための複数のチャネルを持つ。しかし、光ファイバ束をＡＷＧに結合することは容易でない。手作業でのアライメントでは、光ファイバ束とＡＷＧとの間の光接続性を検出し、最大にする必要がある。適切な接続が得られたら、アライメントを恒久的に固定することが必要になる。
【０００３】
図１Ａは従来技術の光ファイバ束１０を示している。光ファイバ束１０は、２つのリテーナ１６および１８の間に挟まれている複数の光ファイバ１２を備えている。リテーナは、例えば、適当なエッチング・マスクで適切にマスクされているシリコンからなる基板である。基板に対称的に離されているアンマスク領域を、高温のＫＯＨまたはエチレンジアミンなどの選択された異方性エッチング液に晒す。このエッチング液は、シリコン基板の選択された（１００）結晶平面を優先的に攻撃し、Ｖ字型の溝（「Ｖ溝」）が得られるまで垂直方向に優先的にエッチングする。これらのＶ字型溝が完成すると、光ファイバが溝内に配置され、リテーナ１６と１８の間のＶ溝の中心に整列させられる。
【０００４】
図１Ｂは光ファイバがない状態の従来技術の単一リテーナを示している。２つのリテーナ１６および１８が光ファイバを挟み、光ファイバ束の終端ブロックとしている。終端ブロックは、光ファイバの間の間隔を保持し、光ファイバ束を扱いやすくする。光ファイバ２２の端部は一般に終端ブロックにセットされた後で研摩される。
【０００５】
図２はＡＷＧの従来技術の例を示している。ＡＷＧは、そのＡＷＧを通っている複数のチャネル３０を備えている。ＡＷＧは、ガラス、シリコン、酸化物または高分子化合物の基板からなる。チャネルの材質は、ＡＷＧのチャネル以外の部分よりも屈折率がわずかに高い。ＡＷＧおよび光ファイバ束はそのチャネルの数が可変である。
【０００６】
図３は、ＡＷＧ４２とのアライメントがとられている光ファイバ束の側面図である。光ファイバ束の光ファイバとＡＷＧのチャネルは間隔と数が同じである。点線４５は、ＡＷＧ内のチャネルを示している。エポキシ５０を使用して光ファイバ束の終端ブロック４０をＡＷＧ４２にアライメントを維持させて保持している。アライメントを行う、つまり光ファイバをＡＷＧチャネルに光結合し、その後アライメントを失うことなくエポキシで結合することは困難である。
【０００７】
詳細な説明
光ファイバ束とＡＷＧとの間のアライメントを改善する方法がいくつかある。いくつかのケースでは、クイック粗アラインメントをし、後で光ファイバ束とＡＷＧの微調整する。
【０００８】
図４は、光ファイバ束とＡＷＧとのアライメントを行う第１の実施形態の図である。この実施形態では、ＡＷＧ１４２はベース１１０に取り付けられる。光ファイバ束の終端ヘッド１４０も、高粘性エポキシ１２０でベース１１０に取り付けられる。一実施形態では、ベース１１０に取り付けられているスペーサ１２２を使用して、用いるエポキシ１２０の厚さを減らすことができる。
【０００９】
従来技術の図３で使用されているような代表的なエポキシは硬化すると縮む。この接着後の縮みは、終端ヘッド４０をＡＷＧ４２へ近づくように引っ張るので従来技術の図３では問題になっていない。しかし、図４のエポキシが縮む場合、終端ブロック１４０がベース１１０に向かって引かれるため、光ファイバ束とＡＷＧとのアライメントが悪影響を受ける。
【００１０】
ケイ酸塩含有率が７０体積％を超えるエポキシは縮みを少なくすることができることがわかっている。さらに、ケイ酸塩含有率が高いとエポキシは非常に粘度が大きくなり、アライメントが行われた後アライメントを手で維持することができる。したがって、エポキシが熱またはその他の方法で硬化するときに著しい接着後縮みを起こすことなく終端ヘッド１４０とＡＷＧ１４２ろアライメントさせることができる。
【００１１】
エポキシのケイ酸塩含有率を９０体積％まで引き上げると、接着後縮みをなおいっそう小さくできる。しかし、ケイ酸塩含有率を高くすると接着の純然たる強度が低下するので、接着後縮みと純然たる強度との間のバランスをとるようにしなければならない。
【００１２】
上述の高粘性エポキシを使用するアライメント方法は接着領域を強固にし、光ファイバ束とＡＷＧとをアライメントさせ、保持することができる。さらに、屈折率が光ファイバおよびＡＷＧチャネルと整合するゲルを光ファイバ束とＡＷＧの間に塗布することもできる。こうすることで、光ファイバ束とＡＷＧとの間の空隙で光が散乱しないようにできる。
【００１３】
図５Ａは、ピン（またはドエル（合わせ釘）／ロッド）を使用して光ファイバ束とＡＷＧとのアライメントを行う第２の実施形態の図である。一実施形態は、両端の溝を除くすべての溝に光ファイバを入れるように終端ヘッドを形成する。光ファイバの端部を通常どおり研磨する。ピン２００を光ファイバ束の終端ブロックの空の溝の中に挿入する。
【００１４】
図５Ｂは、図５Ａの光ファイバ束に対応するＡＷＧの図である。ＡＷＧには凹み２０２がある。一実施形態では、ＡＷＧの凹みを最初、ＡＷＧの凹み以外の部分とは異なる材料で埋めておく。これによれば、選択的エッチングにより、凹み２０２を形成することができる。しかし、他の方法で凹みを作ることも可能である。
【００１５】
光ファイバ束のピン２００がＡＷＧの凹み２０２にぴったりはまり、粗アラインメントが行われる。さらに手作業で光ファイバ束とＡＷＧのアライメントの微調整を行うこともできる。
【００１６】
図６は、光ファイバ・ブロックと粗アライメントを実行するためピン２００で連結されているＡＷＧの断面図である。光ファイバ束とＡＷＧの間にゲルを塗布すると光結合を改善することができ、またエポキシを使用してそのアライメントを永久固定する。
【００１７】
図７は、光ファイバとＡＷＧとのアライメントを行う第３の実施形態の図である。この実施形態では、光ファイバ束の終端ブロックはリテーナ３００が１つしかなく、光ファイバはその１つのリテーナ３００に取り付けられている。リテーナのエッチングと同じように、エッチングでＡＷＧの基板にＶ溝を形成するが、その際、ＡＷＧのＶ溝はＡＷＧの縁から所定の距離だけ延びるようにする。
【００１８】
１つのリテーナ３００をＡＷＧ３２０のＶ溝の上に置き、リテーナ３００とＡＷＧ３２０とで光ファイバを挟む。光ファイバはＡＷＧ３２０のＶ溝内に固定される。光ファイバ３２２の端がＡＷＧのＶ溝３２４の端に突き当たる。
【００１９】
ＡＷＧ３２０のＶ溝とリテーナ３００との間が結合されやすいので、光ファイバとＡＷＧのチャネル３５０の粗アラインメントを素早く行うことができる。手作業で光ファイバ束とＡＷＧのアライメントの微調整を行うことができる。
【００２０】
図８は、中にチャネル３５０が配置されているエッチングされたＡＷＧ３２０上にリテーナ３００が置かれている側面図である。図９は、ＡＷＧ３２５が、Ｖ溝のエッチング前にＡＷＧ表面よりも所定の長さだけ深くエッチングされている他の実施形態を示す図である。これにより、ＡＷＧ面よりも深い位置にあるチャネル３５５との結合をよくすることができる。
【００２１】
一実施形態では、ＡＷＧの過剰エッチングを行うため、後から光ファイバとＡＷＧのアライメントを手作業で行いやすくなる。前述のように、屈折率が光ファイバおよびＡＷＧのチャネルと整合するゲルまたはエポキシをリテーナとＡＷＧの間に塗布することもできる。
【００２２】
こうして、光ファイバ束の光ファイバと導波路とのアライメントを行うデバイスと方法が開示されている。しかし、本明細書で説明した特定の実施形態および方法は単に説明を目的としたものである。請求項で述べている本発明の範囲から逸脱することなく形態および詳細に多数の修正を加えることができる。むしろ本発明は付属の請求項の範囲でのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】
従来技術の光ファイバ束の図である。
【図１Ｂ】
光ファイバを使用しない従来技術の単一リテーナの図である。
【図２】
ＡＷＧの従来技術の例の図である。
【図３】
ＡＷＧとのアライメントがとられている光ファイバ束の側面図である。
【図４】
光ファイバ束とＡＷＧとのアライメントを行う第１の実施形態の図である。
【図５Ａ】
ピン（またはドエル／ロッド）を使用して光ファイバ束とＡＷＧとのアライメントを行う第２の実施形態の図である。
【図５Ｂ】
図５Ａの光ファイバ束に対応するＡＷＧの図である。
【図６】
光ファイバ・ブロックと粗アラインメントを実行するためピン２００で連結されているＡＷＧの断面図である。
【図７】
光ファイバとＡＷＧとのアライメントを行う第３の実施形態の図である。
【図８】
中にチャネルが配置されているエッチングされたＡＷＧ上にリテーナが置かれている側面図である。
【図９】
ＡＷＧがＶ溝のエッチング前にＡＷＧ表面よりも所定の長さだけ深くエッチングされている他の実施形態を示す図である。

Claims (15)

1. ２つまたはそれ以上の光ファイバとアレイ導波路とのアライメントを行う方法であって、
   エッチングでアレイ導波路に溝を形成することと、
   ２つまたはそれ以上の光ファイバを溝の中に入れ、２つまたはそれ以上の光ファイバをまとめることを含む方法。
2. ２つまたはそれ以上の光ファイバを、エッチングで溝が形成されているリテーナ内に保持する請求項１に記載の方法。
3. アレイ導波路内のチャネルに直接エッチングを行う請求項１に記載の方法。
4. さらに、
   アレイ導波路の溝にゲルを塗布して、２つまたはそれ以上の光ファイバをアレイ導波路のチャネルに結合しやすくすることを含む請求項３に記載の方法。
5. さらに、
   ２つまたはそれ以上の光ファイバを手作業で調整し、２つまたはそれ以上の光ファイバとアレイ導波路との光接続を改善することを含む請求項４に記載の方法。
6. ２つまたはそれ以上の光ファイバと基板内のチャネルとのアライメントを行う方法であって、
   エッチングで基板内に溝を形成することと、
   ２つまたはそれ以上の光ファイバを基板内の溝に入れ、２つまたはそれ以上の光ファイバを互いから所定の距離だけ離して保持するリテーナで２つまたはそれ以上の光ファイバを取り付けることを含む方法。
7. 基板内のチャネルに直接エッチングを行う請求項６に記載の方法。
8. エッチングが基板の一端で行われ、基板の途中まで延びる請求項７に記載の方法。
9. さらに、
   基板内にエッチングで溝の第２の組を形成することを含み、これらの溝は基板の縁から基板の途中まで延びている請求項８に記載の方法。
10. さらに、
    ２つまたはそれ以上の光ファイバの第２の組を第２の溝の組に入れることを含み、２つまたはそれ以上の光ファイバからなる第２の組を２つまたはそれ以上の光ファイバの第２の組の間の間隔を維持する第２のリテーナにより固定する請求項９に記載の方法。
11. デバイスであって、
    チャネルが内部を通っているアレイ導波路であって、アレイ導波路の縁にエッチングでＶ溝が形成されているアレイ導波路と、
    アレイ導波路のＶ溝内に置かれている複数の光ファイバと、
    アレイ導波路との間で複数の光ファイバを挟むリテーナであって、Ｖ溝がアレイ導波路のＶ溝と対応しているリテーナを備えるデバイス。
12. さらに、
    複数の光ファイバとアレイ導波路の間に入れられたゲルを備える請求項１１に記載のデバイス。
13. ゲルの屈折率が複数の光ファイバの屈折率と実質的に一致する請求項１２に記載のデバイス。
14. アレイ導波路の縁にエッチングで第２の組のＶ溝が彫られており、デバイスはさらに、
    アレイ導波路の第２の組のＶ溝内に置かれている第２の複数の光ファイバと、
    アレイ導波路との間で第２の複数の光ファイバを挟む第２のリテーナであって、Ｖ溝がアレイ導波路の第２の組のＶ溝に対応している第２のリテーナを備える請求項１１に記載のデバイス。
15. さらに、
    ゲルを第２の複数の光ファイバとアレイ導波路の間に入れ、ゲルの屈折率が第２の複数の光ファイバの屈折率と実質的に一致している請求項１４に記載のデバイス。

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