JP2005517966A - 高密度光ファイバーアレイ - Google Patents

Abstract

本発明の一実施形態における光ファイバーアレイは、ハウジングと、第１のパターンに従って配される複数の第１の穴が貫通する第１プレートと、第２のパターンに従って配される複数の第２の穴が貫通するシリコン・プレートを備える。第１プレートはハウジングに取り付けられる。シリコン・プレートは、複数の第２の穴のそれぞれが複数の第１の穴における対応する穴と略心合するように第１プレートに取り付けられる。光ファイバーアレイは複数の光ファイバーを更に備え、複数の光ファイバーのそれぞれが、複数の第１の穴における対応する穴を貫通し、複数の第２の穴における対応する穴から突出する。

Description

本発明は光ファイバーに関する。より詳細には、本発明は光ファイバーアレイに関する。

通常、通信ネットワークのような光ファイバーネットワークは、例えば光ファイバースイッチや他の光ファイバーアレイのクロスコネクトのような他の光学デバイスにカップリングされる光ファイバーアレイを備える。

通常、光ファイバーから放射された光は、光ファイバーの開口数（ＮＡ＝ｎ・ｓｉｎ（θ_ｍａｘ）によって決定される円錐形のパターンに発散する。ここで、ｎはファイバーが光を放射する媒体の屈折率であり、θ_ｍａｘは円錐形の放射パターンの半値角である。光学系に光ファイバーアレイを接続する際の損失を最小限にするために、アレイ中の光ファイバーによって放射され発散したビームは通常、レンズによってコリメートされ、および／または、再結像する。放射された光を効率よく他の光学系にカップリングするために、光ファイバーアレイの複数のファイバーから放射されたビームを同時にコリメート、および／または、再結像させるには、複数の光ファイバーのそれぞれが、（１）それぞれの光ファイバーからの光が、アレイ中の正確に知られている位置から放射され、（２）それぞれの光ファイバーからの光が、ほぼ同じ角度で放射され（即ち、光ファイバーは相互に平行になるように整列され）、（３）それぞれの光ファイバーからの光が、コリメーションおよび／または再結像用レンズから略等しい距離から放射され、および／または、（４）各光ファイバーは略等しい開口数を有する、という条件を満たすように整列される事が通常必要である。

例えば、特許文献１に開示されているＶ字溝型光ファイバーアレイのような公知の精密光ファイバーアレイは、単一の平面上に平行に配置された少数の光ファイバー（例えば６４本以下）を通常備える。
米国特許第６０２７２５３号明細書

光ファイバーの本数が増加するとともに、このような単一平面型アレイは急速に使用しにくいものとなっている。例えば、テレコミュニケーションにおける多くの実施例において、１００本以上（もしくは１０００本以上）の光ファイバーを備える光ファイバーアレイが必要となると予想される。残念ながら、単一平面型アレイはそのような実施例に対して非実用的である。さらに、少数の光ファイバーのみを取り扱う場合と比べて、大量の光ファイバーを配列する場合、光ファイバーアレイによる光出力を別の光学系へ効率的にカップリングすることがより困難になる。

別の光学のデバイスまたは光学系に効率良く光接続され得る大量の数の光ファイバーを備える光ファイバーアレイが必要となっている。

本発明における光ファイバーアレイは、ハウジングと、第１のパターンに従って配される複数の第１の穴が貫通する第１プレートと、第２のパターンに従って配される複数の第２の穴が貫通するシリコン・プレートを備える。第１プレートはハウジングに取り付けられる。シリコン・プレートは、複数の第２の穴のそれぞれが複数の第１の穴における対応する穴と略心合するように第１プレートに取り付けられる。光ファイバーアレイは複数の光ファイバーを更に備え、複数の光ファイバーのそれぞれが、複数の第１の穴における対応する穴を貫通し、複数の第２の穴における対応する穴から突出する。

一実施形態において、ハウジングはステンレス鋼から製作され、第１プレートはアンバー合金から製作される。例えば、第１プレートはハウジングに鑞付されて良い。シリコン・プレートは、例えばインジウムのようなハンダ材の層を備えた第１プレートに取り付けられて良い。ハンダ材は、第１プレートおよびシリコン・プレート上に配された金属層に付着する。ハンダ材は、光ファイバとシリコン・プレートの間の気密封止を実現しても良い。シリコン・プレートの複数の穴は、深い反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）および水酸化カリウムによるエッチングの組み合わせによって形成されて良い。１つの実施例において、複数の光ファイバは、ハウジングに挿入されて複数の第１の穴を貫通して複数の第２の穴に挿入されるよりも前に、複数の略平面状のアレイに整形される。

本発明の他の形態において、本発明における光ファイバアレイによって用いられるのに適当なシリコン・プレートは、第１面および第２面を備える。シリコン・プレートの複数の穴の複数の側壁は、第１面に近接している複数の第１部分と、第２面に近接している複数の第２部分を備える。複数の側壁の複数の第１部分は相互に略平行である。複数の側壁の複数の第２部分は、シリコン・プレートの第２面に複数の面取りされた穴を形成する。一実施形態において、シリコン・プレートの厚さは約０．５ミリメートルより厚い。また、複数の側壁の複数の第１部分は複数の略円筒状のチャネルを形成する。好都合な事に、複数の光ファイバの複数のストリッピングされた部分は、シリコン・プレートの複数の面取りされた穴に容易に挿入され、複数の略円筒状のチャネルに自動的に案内される。さらに、シリコン・プレートに挿入された複数の光ファイバの位置は約±１μｍより高い精度で認識されて良く、複数の光ファイバーの方向は、平行誤差が１ミリラジアン以内になるように維持されて良い。

本発明の他の形態において、本発明における光ファイバアレイによって用いられるのに適当な光ファイバの単一平面型アレイは複数の光ファイバーを備え、複数の光ファイバーのそれぞれは、第１部分および第２部分を有する。単一平面型アレイは例えばポリイミド・フィルムまたはテープのような封入材を更に備える。複数の第１部分が略等間隔に離間しかつ略平行に配置されるような１個のシートを形成するために、複数の光ファイバーの複数の第１部分が封入材に封入さる。複数の光ファイバーの複数の第２部分が複数のリボンを形成するために封入材に封入され、複数のリボンのそれぞれは、複数の光ファイバーの複数の第２部分の部分集合を含む。このような単一平面型のアレイは容易に取り扱う事が出来る。特に、シート形状の複数の光ファイバは、上述したシリコン・プレートの複数の穴に容易に挿入されて良い。さらに、複数のリボンは、複数の標準型の光ファイバリボンに容易に結合されて良い。

図中の寸法は必ずしも一定の縮尺では無い点に留意するべきである。様々な図中の同一の参照番号は、様々な実施形態における同一の部品を示している。

図１を参照して、本発明の一実施形態における光ファイバーアレイ１０（本明細書においてはファイバーブロックアセンブリとも称される）は、金属ハウジング１２と、金属プレート１４と、シリコン・プレート１６と、単一平面型アレイ１８−１〜１８−ＮのようなＮ個の単一平面型アレイ中に配列された複数の光ファイバーとを備える。単一平面型アレイ１８−１〜１８−Ｎは、部分的にハウジング１２に挿入される。従って、ハウジング１２の内部にある単一平面型アレイ１８−１〜１８−Ｎの一部は、図１において不可視である。単一平面型アレイ１８−１〜１８−Ｎのうち２つのみが図１の中で明示的に示されているが、一実施形態において、光ファイバーアレイ１０は、相互に平行に配列されるＮ＝３０個の単一平面型アレイを備える。他の実施例において、Ｎは３０よりも大きいか、または３０未満である。以下に記述されるように、単一平面型アレイの光ファイバーの一部分は金属プレート１４中の穴およびシリコン・プレート１６中の穴を貫通し、シリコン・プレート１６の表面２０上で光ファイバーの２次元の配列を形成する。

単一平面型アレイ１８−１の例が、図２（ａ）および図２（ｂ）により詳細に示される。例示された実施形態において、単一平面型アレイ１８−１は、４０本の光ファイバー２２−１〜２２−４０を備えるが、他の実施形態においては、単一平面型アレイ１８−１は、４０本を超える、あるいは４０本未満の光ファイバーを備える。例えば、光ファイバー２２−１〜２２−４０は、従来型の、コア径８．３μｍ、クラッド径１２５±１μｍのコーニング社製のシングルモード光ファイバーＳＭＦ−２８である。ある実施例において、光ファイバー２２−１〜２２−４０は、クラッド径が１２５±０．２μｍのシングルモード光ファイバーである精密型ＳＭＦ−２８である。

光ファイバー製造業者は、同一ロットまたは同一スプールのファイバーの開口数を良好に制御する事は出来るものの、複数ロット間の再現性はそれほど良好ではない。従って、ファイバーブロックアセンブリの全ての光ファイバーがおおよそ同じ開口数を有するように、光ファイバー２２−１〜２２−４０は通常、同一スプールの光ファイバーから得られる。通常、光ファイバー２２−１〜２２−４０の開口数の、平均値からの変動は約１０％未満である。また、光ファイバーは通常、光ファイバーのコアの位置を正確に識別するために、クラッドおよびコアが優れた同心度を持つように選定される。１つの実施例において、コア−クラッド間の同心度は±１μｍ未満である。このような同心度の高い光ファイバーは通常高価なので、光ファイバー２２−１〜２２−４０の長さは通常比較的短い（約１５ｃｍ未満）。

光ファイバー２２−１〜２２−４０は、可撓性テープ２４の中に封入され、テープ２４は光ファイバーの相互の位置を維持する。テープ２４は、例えば従来のポリイミド・フィルムあるいは市販のカプトン（登録商標）テープのようなテープである。光ファイバーをリボン状にするのに適当な他の材料が使用されてもよい。図解の便宜のために、テープは、図２Ａにおいては透明な様態で、図２Ｂにおいては不透明な様態で示される。

単一平面型アレイ１８−１の一部分１８ａにおいて、光ファイバー２２−１〜２２−４０の先頭部分は、相互に略平行かつ隣接する光ファイバー間の間隙が１±０．１ミリメートル（ｍｍ）となるように、略平面状の可撓性シート中に配列される。他の実施例においては、他の間隙の値が使用されてもよい。爾後、光ファイバーの先頭部分の一部分が、ファイバーアレイ１０の組立ての際中に金属ハウジング１２に挿入される。通常、単一平面型アレイの一部分１８ａにおける光ファイバー間の間隔は、金属プレート１４およびシリコン・プレート１６における一列に配列された穴の間隔と略一致するように選択される。このように間隔を選択することによって、ファイバーアレイ１０を容易に組み立てる事が可能になる。

単一平面型アレイ１８−１の一部分１８ｇにおいて、テープ２４は光ファイバーから取り除かれる（あるいは最初から貼付されない）。光ファイバー２２−１〜２２−４０のこれらの開放部分は、光ファイバーの外側のバッファ層の一部分が取り除かれた後に、金属プレート１４およびシリコン・プレート１６に挿入されても良い。いくつかの実施例において、シリコン・プレート１６の穴に挿入される光ファイバーの一部分は、従来のメタライゼーション・プロセスを使用して、例えば金によって金属化される。このようなメタライゼーションによって、後続のハンダ付けプロセスの際に、ファイバーとシリコン・プレートの１６の間に気密性のあるソルダーシールを形成することが容易になる。適切な光ファイバーメタライゼーション・プロセスは、当業者にとって公知である。光ファイバー２２−１〜２２−４０の後続部分は、それぞれ８本の光ファイバーを備える５つの従来型の光ファイバーリボン１８ｂ〜１８ｆとして配列される。好都合なことに、これらの従来型の光ファイバーのリボンは、任意のタイプのシングルモードのリボン状の光ファイバーに接合し得る。

光ファイバー２２−１〜２２−４０が単一平面型アレイ１８に高精度に配列されることによって、４０本の光ファイバーのクラッド層およびバッファ層を同時に取り除く（ストリッピングする）ことが出来る。従って、破損の危険を伴う個々の光ファイバーの取り扱いを最小限に抑える。さらに、４０本の光ファイバーは、１グループとして金属ハウジング１２、金属プレート１４およびシリコン・プレート１６に挿入され得、それによって、挿入ステップの複雑さを低減する。

例えば、単一平面型アレイ１８は、バックプレーン技術用のリボン状の光ファイバーを製作するために通常使用される従来型のリボナイザを使用して製造されても良い。このようなリボン化工程およびリボナイザは、当業者にとって公知である。多くのベンダーがこのようなリボン化に関するサービスを提供することができる。

図３（ａ）〜図３（ｃ）においてより詳細に示される金属ハウジング１２は、例えば、従来の方法でステンレス鋼から機械加工されても良い。例示された実施形態において、金属ハウジング１２は矩形状の断面を有し、側面２４Ａおよび２４Ｂの長さＬ_１は４３．５ｍｍであり、側面２４Ｃおよび２４Ｄの長さＬ_２は３３．５ｍｍである。４つの側面の高さＨ_１は３５．０ｍｍであり、厚さＴ_１は３．０ｍｍである。金属ハウジング１２は、高さＨ_２＝５ｍｍ、幅Ｗ_１＝７．０ｍｍのフランジ２６を備える。フランジ２６は、深さＤ_１＝１．０ｍｍ、幅Ｗ_２＝２．０ｍｍの凹部２８を備える。他の寸法が適宜使用され得るのは明らかである。組み立てられた光ファイバーアレイ１０（図１）において、金属プレート１４が凹部２８（図３Ａ〜３Ｃ）に設置される。複数のネジが切られていない穴３０（図中では、そのうちの１つのみに参照番号が付される）がフランジ２６を貫通し、光ファイバーアレイ１０を、例えばボルト、ねじ、ピンによって別の光学部材または光学系に取り付け可能なようになされている。一実施形態において、穴３０の直径は通常３．０ｍｍであり、フランジ２６の各エッジに沿って８．０ｍｍの間隔を有する。フランジ２６の対抗するコーナ部分に２個のネジが切られていない穴３２が貫通している。通常、穴３２の直径は１．０ｍｍであり、金属ハウジング１２を光ファイバーアレイ１０の他の構成要素と再現的に整列させ、または、光ファイバーアレイ１０を光学系の他の光学部材および光学系に再現的に整列させるためのアライメントピン（図示せず）と一緒に用いられて良い。

金属プレート１４が、図４（ａ）、図４（ｂ）により詳細に示される。例示された実施形態において、矩形状に、縦３０行・横４０列に配列された１２００個の穴３４（図中では、そのうちの１つのみに参照番号が付される）が金属プレート１４を貫通している。組み立てられた光ファイバーアレイ１０において、単一平面型アレイ１８−１〜１８−Ｎに含まれる光ファイバーの一部分は、穴３４を貫通し、以下に記述されるようにシリコン・プレート１６の対応する穴に達する。穴３４の直径はそれぞれ０．４５±０．０５ｍｍであり、隣接する穴との間隔は１．００ｍｍ±０．０１ｍｍである。他の穴径および間隔が使用されてもよい。本実施形態において、金属プレート１４は通常、各辺の長さＬ_３＝４５．０ｍｍ、Ｌ_４＝３５．０ｍｍ、および厚さＴ_２＝３．０ｍｍの矩形形状を有するように、アンバー合金（〜３６％ニッケル、鉄６４％〜）から従来の方法で機械加工される。穴３４は、当業者にとっては公知である従来のレーザー穴あけ技術によって作り上げられる。このような従来のレーザー穴あけ技術によって、小口径穴の精度良い位置決め、および累積位置決め誤差を伴わないアンバープレートの高アスペクト比を達成する事が出来る。アンバー合金は、シリコンと略等しい熱膨張率を有するので、本実施形態において選定されている。

図４（ａ）、（ｂ）において、金属プレート１４を貫通する１２００個の穴３４が示されているが、他の実施例においては、１２００個よりも多い、または少ない数の穴を金属プレート１４に形成しても良い。さらに、ある特定の行列パターンで配置された穴３４が例示されているが、他のパターンが使用されても良い。図４（ａ）、（ｂ）において、穴３４を備える金属プレート１４は単体で示されているが、以下に記述されるファイバーアレイ１０の組立てにおいて、穴３４が金属プレート１４に形成されるのは、金属プレート１４が金属ハウジング１２に取り付けられた後である、と言う事が理解されるべきである。

一実施形態において、以下に記述するように、ファイバーアレイ１０の組立て中に、金属プレート１４の上部の表面３６が、ハンダ材による層３８によってコーティングされる。１つの実施例において、層３８は、金属プレート１４の上に堆積した厚さ１０００マイクロインチのニッケル層と、ニッケル層の上に堆積した厚さ５００マイクロインチのインジウム層を備える。インジウムは、比較的低温でハンダとして用いられ得る柔らかい材料であるので、本実施例において選定されている。例えば、ニッケルとインジウムは、当業者にとっては公知である従来の無電解ニッケルメッキ技術によって堆積される。

組み立てられた光ファイバーアレイ１０（図１）において、シリコン・プレート１６に機械的に取り付けられた金属プレート１４はシリコン・プレート１６を支持・補強する。これによって、シリコン・プレート１６が、特に以下に記述される研摩プロセスの間に湾曲・変形する事を防ぐ。

図５は、２つのシリコン・プレート１６の製作が可能なシリコン・ウェーハ４０の概略図である。点線は、完成したシリコン・プレート１６の形状を示す。例示された実施形態において、各シリコン・プレート１６は、辺の長さがＬ_３およびＬ_４の矩形であり、その寸法は金属プレート１４と同一である。金属プレート１４の穴３４のパターンと合致するようなパターンで配置されている穴４２が、各シリコン・プレート１６を貫通する。好都合にも、シリコン・プレート１６は、以下に記述される当業者にとって公知の従来のプロセスによってバッチ製作されても良い。さらに、これらの公知のプロセスによって、略平行なチャネルを有し、位置および直径の精度の高い穴４２を、シリコン・プレート１６に形成することが出来る。

穴４２のうちの１つを含んだシリコン・ウェーハ４０の一部分の断面図が図６に示される。本実施形態において、シリコン・ウェーハ４０の厚さＴ_３は約７００μｍである。穴４２のそれぞれは、垂直な壁に囲まれた（例えば、円筒状の）チャネル部分４２Ａおよび面取りされた部分４２Ｂを備える。穴４２のチャネル部分４２Ａの壁４３はそれぞれ互いに略平行である。具体的には、チャネル部分４２Ａの平行誤差は約１ミリラジアン未満である。例示された実施形態において、チャネル部分４２Ａの壁４３はウェーハ４０の表面４４対して略垂直であるが、チャネル部分４２Ａが、表面４４に関して他の角度を有するようになされてもよい。

チャネル部分４２Ａは、ウェーハ４０の表面４４に従来型の深い反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）プロセスを施す事によって製作される。このようなＤＲＩＥプロセスは当業者にとって公知であり、詳述する必要は無い。例示された実施形態において、チャネル部分４２Ａの長さＬ_５は約４００μｍであり、表面４４に対して平行な平面における断面は略円形であり、その直径Ｌ_６は約１２７μｍ±１μｍである。Ｌ_６の大きさは、爾後に穴４２に挿入される光ファイバーの直径よりもわずか大きくなるように通常は選択される。表面４４のチャネル部分４２Ａの開口部の位置は、通常±１μｍより高い精度で認識される。

チャネル部分４２Ａが形成された後、側壁４７を有する面取りされた部分４２Ｂを形成するために、水酸化カリウム（ＫＯＨ）による異方性エッチングがシリコン・ウェーハ４０の裏側の表面４６（表面４４の反対の面）に施される。このような水酸化カリウムによる異方性エッチング・プロセスは当業者にとって公知であり、詳述される必要は無い。例示された実施例において、面取りされた部分４２Ｂの深さＬ_７は約３００μｍである。面取りされた部分４２Ｂのシリコン・ウェーハ４０の表面４６に対して平行な平面における断面は略正方形である。面の位置が表面４６の方向へ移動するにつれて、正方形断面の一辺の長さは増加する。表面４６において、面取りされた部分４２Ｂの正方形断面の一辺の長さＬ_８は、通常約７００μｍである。即ち、穴４２のチャネル部分４２Ａへの光ファイバーの容易な挿入およびセルフアライメントを考慮に入れて、穴４２は、シリコン・ウェーハ４０（即ちシリコン・プレート１６）の裏側の表面において広くなっている。通常、面取りされた部分４２Ｂの側壁４７は、光ファイバーが穴４２へ挿入されている間に如何なる障害物にも引っかかる事がないように、光ファイバーをチャネル部分４２Ａへ案内する。

シリコン・ウェーハ４０、シリコン・プレート１６および穴４２の部分４２Ａおよび４２Ｂは、適宜他の寸法を有してもよい。通常、シリコン・プレート１６の厚さおよび穴４２の部分４２Ａおよび４２Ｂの寸法は、光ファイバーが容易に挿入可能であり、かつ光ファイバーの方向を平行誤差１ミリラジアン以内に保つように選択される。通常、シリコン・ウェーハ４０およびシリコン・プレート１６の厚さＴ_３は、約５００μｍよりも大きい。

一実施形態において、穴４２が上述されたように成形された後に、金属層４８が例えばスパッタリングによってシリコン・ウェーハ４０の表面４６に堆積される。金属層４８によって、シリコン・プレート１６を金属プレート１４に容易にハンダ付けすることが出来る。いくつかの実施例において、側壁４７の一部分を覆うために、金属層４８が穴４２の面取りされた部分４２Ｂへ延長する。このような実施例において、側壁４７上の金属層４８の一部分によって、後に続くハンダ付けプロセスの際に、光ファイバーとシリコン・プレート１６の間の気密性のあるソルダーシールの形成が容易になる。いくつかの実施例において、金属層４８は、表面４６上へ堆積する厚さ約５００Åのチタン層と、チタン層の上に堆積する厚さ約２０００Åのニッケルの層と、ニッケル層の上に堆積する厚さ約２０００Åの金の層を備える。従って、通常このような実施例においては、金属層４８の全体の厚さＴ_４は約４５００Åとなる。シリコン・プレート１６と金属プレート１４の接合を容易にする他の金属が組み合わされた金属層が使用されても良い。いくつかの実施例において、金属層４８は、従来の無電界めっき法によって堆積されるニッケルとインジウムの層を更に備える。

穴４２が形成された後、シリコン・プレート１６は公知の方法、例えば、切断、またはケガキと劈開によって、シリコン・ウェーハ４０から分離させられ得る。

図７に示されるフローチャートを参照して、光ファイバーアレイ１０は、本発明の一実施形態に係る以下の方法４９によって上述された構成要素から組み立てられ得る。最初に、ステップ５０において、金属プレート１４が金属ハウジング１２に取り付けられる。例示された実施形態において、図８に示されるように、金属プレート１４は金属ハウジング１２の凹部２８に設置され、凹部２８を形成する金属ハウジング１２の表面に従来の方法で鑞付けされる。次に、ステップ５２において、穴３４が金属プレート１４の中に上述された様態で形成される。図８は、ステップ５２が終了した時点における部分的に組み立てられた光ファイバーアレイを示す。

次に、ステップ５４において、金属プレート１４の表面３６（図４Ｂ）は、穴３４の形成によって生じた屑を取り除くために研摩される。通常、表面３６は、従来の方法によって機械的に研摩されるかラッピングされ、続いて、従来の方法によって電解研摩される。ステップ５４に続くステップ５６において、ハンダ材の層３８（例えば、上述されたようなニッケルとインジウムの層）が、例えば上述さたような従来の無電界めっき法によって表面３６上に堆積する。

次に、ステップ５８において、シリコン・プレート１６の穴４２が金属プレート１４の穴３４と心合するように、シリコン・プレート１６が金属プレート１４上のハンダ材層３８に接触して配置される。さらに、シリコン・プレート１６は、シリコン・プレート１６上の金属層４８が金属プレート１４のハンダ材層３８と面するように配向される（図１）。このような穴３５と穴４２のアラインメントは、図８に示されるアラインメントリング６８によって達成され得る。アラインメントリング６８は例えば従来の方法でステンレス鋼から機械加工され、金属プレート１４に関して所望の位置にシリコン・プレート１６を一時的に保持するために、金属ハウジング１２から突出する金属プレート１４の一部の周囲に嵌め込まれる。いくつかの実施例において、後続するハンダリフロープロセスを容易にするために、従来のハンダ溶剤が組立て前に金属層４８に配される。

ステップ５８に続くステップ６０において、例えば図１、図２（ａ）および図２（ｂ）に示される単一平面型光ファイバーアレイ１８−１のような複数の単一平面型光ファイバーアレイが金属ハウジング１２に挿入され、光ファイバーの自由端（図２の１８ｇ）が、金属プレートの穴１４と、金属プレート１４の穴と対応するシリコン・プレート１６の穴を貫通してシリコン・プレート１６から突出するようなされる。自由端を金属プレート１４およびシリコン・プレート１６に挿入するのに先立って、光ファイバーの自由端のクラッド層を露出させるために、光ファイバーの外側のバッファ層が取り除かれる。いくつかの実施例において、自由端における露出したクラッド層の表層面が、挿入に先立って上述されたように金属化される。光ファイバーは、例えば手によって容易に取り付けられる。例示された実施形態において、４０本の光ファイバーをそれぞれ備える３０個の単一平面型光ファイバーアレイが、金属ハウジング１２に挿入される。本実施形態において、単一平面型アレイ内の４０本の光ファイバーは、金属プレート１４中の同一の段にある４０個の離間用の穴３４に挿入され、また、シリコン・プレート１６中の同一の段にある４０個の離間用の穴４２に挿入される

ステップ６０に続くステップ６２おいて、シリコン・プレート１６は金属プレート１４に取り付けられる。例示された実施形態において、金属プレート１４およびシリコン・プレート１６は、従来のハンダリフロープロセスによって相互にハンダ付けされ、ハンダ材層３８のインジウムが金属層４８に付着することになる（図１、図５、図６）。いくつかの実施形態において、穴４２の面取りされた部分４２Ｂの側壁４７（あるいは側壁４７上の金属化層４８）（図６）と同様に、シリコン・プレート１６に挿入された光ファイバーの一部分（または光ファイバーの金属化された部分）が、インジウムによって濡らされても良い。このような実施形態において、ハンダによって光ファイバーおよびシリコン・プレート１６の間の気密封止を実現する。シリコン・プレート１６が金属プレート１４に取り付け付けられた後、アラインメントリング６２が撤去され得る。

光ファイバーがシリコン・プレート１６に挿入され、シリコン・プレート１６が金属プレートに取り付けられた後、ステップ６４において、光ファイバーは、金属ハウジング１２の中の適当な箇所に固定される。一実施形態において、当業者にとって公知の従来の方法によってエポキシ樹脂が金属ハウジング１２に注入され、その後、光ファイバーを固定するために養生される。いくつかの実施例において、エポキシ樹脂は金属プレート１４の穴３４に浸透し、シリコン・プレート１６の穴４２の一部分に侵入しても良い。

いくつかの実施形態において、ステップ５８および６０の順序は逆になっても良い。即ち、シリコン・プレート１６は、光ファイバーの挿入に先立って金属プレート１４に取り付けられてもよい。このような実施形態において、ファイバーは、例えばステップ６４において注入されるエポキシ樹脂によって金属プレート１４およびシリコン・プレート１６内に固定されて良い。

光ファイバーが適当な箇所に固定された後、ステップ６６において、シリコン・プレート１６から突出する光ファイバーの一部分を、表面２０（図１）と同一平面上に位置させるために、従来の機械研磨方法によって研磨する。

本発明が特定の実施形態によって例示される一方、本発明は添付の特許請求の範囲に属する全ての相違および変更を含むことが意図されている。例えば、例示された実施形態において、金属プレート１４に形成される光ファイバーのための穴の数はシリコン・プレート１６に形成される光ファイバーのための穴の数と等しいが、他の実施形態において、金属プレート１４に形成される光ファイバーのための穴の数がシリコン・プレート１６に形成される光ファイバーのための穴の数と異なっても良い。このような実施形態において、使用する光ファイバーの数は、光ファイバーのための穴の数がより少ない方のプレートによって通常は制限されるであろう。さらに、ハウジング１２およびプレート１４が金属で製作されると記載したが、他の実施形態においては、ハウジング１２およびプレート１４はセラミックやガラスのような他の材料から形成されてもよい。加えて、例示された実施形態は特定のハンダ材および特定の金属層を使用したが、他のハンダ材および他の金属層を使用しても良い。

本発明における光ファイバアレイは、大量の光ファイバーと、光学的スイッングファブリックのような光学系とを、効率的かつ確実にカップリングすることが出来る。アレイ中の光ファイバーの位置を認識し得る精度が高いと言う事などの理由により、このように効率的なカップリングが実現される。また、光ファイバアレイ中の光ファイバは、略同一方向に光を放射し、効率的な光学的カップリングを容易にするように配列され得る。さらに、光ファイバは略同一の開口数を有するように選択され得る。従って、放射された光は効率的コリメートされ、および／または、再結像し得る。本発明のいくつかの実施形態おける光ファイバアレイの更なる利点は、ハンダリフロープロセスによって実現される光ファイバとシリコン・プレートの間の気密封止である。この気密封止によって、光ファイバアレイがカップリングされる光学系または光学デバイスに水分が侵入するのを防ぐ事が出来る。

本発明の一実施形態における光ファイバーアレイの概略図である。 本発明の一実施形態における光ファイバーアレイに備えられる単一平面型光ファイバーアレイの概略図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）はぞれぞれ、本発明の一実施形態における光ファイバーアレイに備えられる金属ハウジングの斜視図、平面図および側面図である。 （ａ）、（ｂ）はぞれぞれ、本発明の一実施形態における光ファイバーアレイに備えられる金属プレートの平面図および側面図である。 本発明の一実施形態におけるパターンの描かれたシリコン・ウェーハの概略図である。 図５のシリコン・ウェーハの一部分の断面図である。 本発明の一実施形態における光ファイバーアレイの製造方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態における光ファイバーアレイの数個の構成要素、およびこれらの組立てに使用されるアライメントリングの斜視図である。

Claims (32)

1. 装置であって、
   ハウジングと、
   第１のパターンに従って配される複数の第１の穴が貫通し、前記ハウジングに取り付けられる第１プレートと、
   第２のパターンに従って配される複数の第２の穴が貫通し、前記複数の第２の穴のそれぞれが、前記複数の第１の穴における対応する穴と略心合するように前記第１プレートに取り付けられるシリコン・プレートと、
   複数の光ファイバーを備え、前記複数の光ファイバーのそれぞれが、前記複数の第１の穴における対応する穴を貫通し、前記複数の第２の穴における対応する穴から突出する、
   装置。
2. 前記ハウジングがステンレス鋼から製作される、請求項１に記載の装置。
3. 前記第１プレートがアンバー合金から製作される、請求項１に記載の装置。
4. 前記第１プレートが前記ハウジングに鑞付される、請求項１に記載の装置。
5. 前記複数の第２の穴のそれぞれの直径が、前記複数の光ファイバーにおける対応する光ファイバーの直径と略等しい、請求項１に記載の装置。
6. 前記複数の第２の穴のそれぞれの、前記第１プレートに近接する部分が面取りされる、請求項１に記載の装置。
7. 前記シリコン・プレートの、前記第１プレートに隣接している側の表面の上に配される金属層を更に備える、請求項１に記載の装置。
8. 前記第１プレートと前記シリコン・プレートの間に配されるハンダ材の層を更に備える、請求項１に記載の装置。
9. 前記ハンダ材が、前記光ファイバーと前記シリコン・プレートの間の気密封止を実現する、請求項８に記載の装置。
10. 前記ハンダ材がインジウムを含む、請求項８に記載の装置。
11. 前記金属ハウジング中において前記複数の光ファイバーを固定するエポキシ材を更に備える、請求項１に記載の装置。
12. 前記複数の光ファイバーの一部分が複数の略平面状のアレイに整形され、前記複数の略平面状のアレイのそれぞれが複数本の光ファイバーを含む、請求項１に記載の装置。
13. ステンレス鋼のハウジングと、
    第１のパターンに従って配される複数の第１の穴が貫通し、前記金属ハウジングに鑞付けされるアンバー合金のプレートと、
    第２のパターンに従って配される複数の第２の穴が貫通し、前記複数の第２の穴のそれぞれが面取りされた部分およびチャネル部分を備え、前記複数の第２の穴のそれぞれが前記複数の第１の穴における対応する穴と略心合するように前記アンバー合金のプレートに取り付けられるシリコン・プレートと、
    複数の光ファイバーを備え、
    前記複数の光ファイバーのそれぞれが、前記複数の第１の穴における対応する穴を貫通し、前記複数の第２の穴における対応する穴から突出する、
    装置。
14. ハウジングに第１プレートを取り付けるステップと、
    シリコン・プレートと前記第１プレートを、前記第１プレートを貫通する複数の第１の穴のそれぞれが前記シリコン・プレートを貫通する複数の第２の穴における対応する穴と略心合するように取り付けるステップと、
    複数の光ファイバーのそれぞれを、前記ハウジングに挿入し、前記複数の第１の穴における対応する穴を貫通させ、前記複数の第２の穴における対応する穴に挿入するステップと
    を備える、光ファイバーアレイを製作する方法。
15. 前記ハウジングをステンレス鋼から製作し、前記第１プレートをアンバー合金から製作するステップを更に備える、請求項１４に記載の方法。
16. 前記第１プレートを前記ハウジングへ鑞付けするステップを更に備える、請求項１４に記載の方法。
17. 前記第１プレートを、前記シリコン・プレート上に配された金属層に、ハンダ材を用いてハンダ付けするステップを更に備える、請求項１４に記載の方法。
18. 前記ハンダ材がインジウムを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 深い反応性イオンエッチングによって前記複数の第２の穴のそれぞれの一部分を形成するステップを更に備える、請求項１４に記載の方法。
20. 水酸化カリウムによるエッチングによって前記複数の第２の穴のそれぞれの面取りされた部分を形成するステップを更に備える、請求項１４に記載の方法。
21. エポキシ材によって前記複数の光ファイバーを前記金属ハウジングの内部において固定するステップを更に備える、請求項１４に記載の方法。
22. 前記複数の光ファイバーの端部が前記シリコン・プレートの表面と略同一平面上に位置するようになされるために、前記複数の光ファイバーの端部を研磨するステップを更に備える、請求項１４に記載の方法。
23. 前記複数の光ファイバーを前記ハウジングに挿入する前に、前記複数の光ファイバーを複数の略平面状のアレイに整形するステップを更に備える、請求項１４に記載の方法。
24. 装置であって、
    第１面および第２面を有し、複数の側壁をそれぞれに有する複数の穴が貫通するシリコン・プレートを備え、
    前記複数の側壁の、前記第１面に近接する側の複数の第１部分が相互に略平行であり、前記複数の側壁の、前記第２面に近接する側の複数の第２部分が複数の面取りされた開口部を前記第２面に形成する、
    装置。
25. 前記シリコン・プレートが、約０．５ミリメートルより大きい厚さを有する、請求項２４に記載の装置。
26. 前記複数の側壁の前記複数の第１部分が略円筒状の複数のチャネルを形成する、請求項２４に記載の装置。
27. 前記複数の面取りされた開口部が略正方形状の断面を有する、請求項２４に記載の装置。
28. 前記第２面上に配される金属層を更に備える、請求項２４に記載の装置。
29. 装置であって、
    複数の光ファイバーと、
    封入材と
    を備え、
    前記複数の光ファイバーのそれぞれが第１部分および第２部分を備え、
    前記複数の第１部分が略等間隔に離間しかつ略平行に配置されるような１個のシートを形成するために、前記複数の光ファイバーの前記複数の第１部分が前記封入材に封入され、
    前記複数の光ファイバーの前記複数の第２部分が複数のリボンを形成するために前記封入材に封入され、前記複数のリボンのそれぞれが、前記複数の光ファイバーの前記複数の第２部分の部分集合を含んでいる、
    装置。
30. 前記シートが略平面状である、請求項２８に記載の装置。
31. 前記シートが可撓性を有する、請求項２８に記載の装置。
32. 前記複数の光ファイバーの開口数の、前記複数の光ファイバーの開口数の平均値からの変動が、約１０％未満である、請求項２８に記載の装置。

Images