JP2006522364A

JP2006522364A - ２次元光ファイバアレイ

Info

Publication number: JP2006522364A
Application number: JP2006507039A
Authority: JP
Inventors: エムガーナー，ショーン; エスサザーランド，ジェイムズ
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2004-03-10
Publication date: 2006-09-28
Also published as: WO2004095101A1; EP1609009A1; US20040190851A1; CN1768284A

Abstract

光学素子の２次元アレイを形成するための器具および方法を開示する。この器具および方法は、光ファイバを保持する大きさに形成された開口部を形成するように可撓性グリッパが内周に埋め込まれたアパーチャを有する位置合わせ基板を形成する段階を含んでいる。この器具および方法は、光ファイバを備える光学素子アレイを作成する場合および光学デバイスを製造する場合に有用である。

Description

関連出願の説明

本出願は、２００４年３月３１日に出願された、名称を「２次元光素子アレイ（Ｔｗｏ−ＤｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＯｐｔｉｃａｌＥｌｅｍｅｎｔＡｒｒａｙｓ）」とする、ガーナーらの米国特許出願第１０／４０３１３９号の利益を主張するものである。

本発明は、光学素子の２次元アレイ、そのようなアレイを提供する方法、およびそのようなアレイを含んでいるデバイスに関する。

多くの光通信用途では、光ファイバの１次元および２次元アレイと光を入出力する光学素子とを正確に位置合わせする必要がある。そのような光学素子の例として、限定するものではないが、レンズ、検出器、レーザソース、他の光ファイバなどが掲げられる。光ファイバのアレイと光学素子との正確な位置合わせを要する特別な例として、光データまたは光通信用途における２次元ファイバアレイコネクタ、３次元光交差接続スイッチ用の２次元ファイバ-レンズアレイ、ならびに配信およびネットワーク相互接続機構のための２次元ファイバ-センサアレイなどが掲げられる。

２次元光学素子アレイの組立てにおける課題は、位置合わせプロセス中および装着プロセス中に各ファイバを正確に位置決めすることである。通常の用途では、各ファイバを位置精度１０マイクロメートル未満で２次元アレイ上に配置する必要がある。通常のシングルモードファイバの（他のファイバまたはレンズもしくはレーザソースなどの光学素子に対する）位置合わせ用途では横方向の位置精度が１〜２マイクロメートル未満であることが要求されるが、別の用途ではマイクロメートル未満の位置精度が要求される。エッチングされたシリコン製の位置合わせ構造、ファイバを案内するための孔を備えた位置合わせブロック、およびファイバガイドを形成する積重ね構造をはじめとする数多くのデバイスおよび方法が、ファイバを２次元アレイ状に位置決めするために提供されてきた。これらのデバイスおよび方法のいずれにおいても、位置合わせ構造はファイバの位置合わせのために比較的"硬質"で曲がらない表面を提供するが、これによって、アレイの両側の光学素子の大きさが僅かに異なる場合に小さな軸ずれを生じる。

これらの制限に鑑み、改良された光学素子アレイ位置合わせ方法および器具が必要とされている。

本発明は、２次元光学素子アレイを形成するための方法および器具、ならびにそのような方法および器具を使用して形成されるデバイスに関するものである。ある実施形態によれば、位置合わせ基板にアパーチャアレイが設けられており、アパーチャの周囲に可撓性材料が含まれている。可撓性材料でライニングされているこのアパーチャは、光ファイバなどの光学素子を保持する大きさに形成された開口部を提供する。本発明のさまざまな実施態様により、光学素子および光ファイバのアレイを形成するための、比較的簡素で安価な方法および器具が提供される。また、本発明の方法および器具は、素子を基板に固定するための接着剤を要しない。上述の全般的説明及び以下の詳細な説明は例示であり、特許請求される本発明を詳しく説明するためのものであることを理解されたい。

いくつかの例示実施形態を説明するのに先立ち、本発明は以下の説明に記載されている構成または工程段階の細目に限定されるものでないことを理解されたい。本発明は他の実施形態をとることも可能であるし、また、さまざまな態様で実施または実行することも可能である。

本発明のさまざまな実施形態は、光学素子の２次元アレイを形成するための器具および方法に関するものである。ここでアレイとは、一般的な２次元配列のことを言うが、この配列は必ずしも行列状態に並べられているとは限らない。本発明の一実施形態にしたがって光学素子の２次元アレイを形成するために使用される基板すなわちプレート１０が図１に示されている。図１は、複数のアパーチャ１２を含んでいる基板すなわちプレート１０を示す。ここでアパーチャとは、一般に、この位置合わせ基板１０を途中までまたは完全に貫通する、いずれかの形状の開口部のことを言う。アパーチャ１２の断面は必ずしも一様ではない。基板１０は、アパーチャを形成するのに適した種々の材料から作製できる。基板に適した材料として、限定するものではないが、硬質の低膨張ガラス、セラミック、金属材料、半導体基板、ならびに充填および非充填高分子系が掲げられる。基板は、固定ピッチまたは可変ピッチのアパーチャの２次元アレイを提供する。基板１０のアパーチャ１２は、限定するものではないが、打ち抜き、フォトリソグラフィ、フォトリソグラフィによるパターンニングを利用した湿式または乾式の化学エッチング、または成形をはじめとする数多くの方法で作製できる。基板内のアパーチャ１２の直径は、光ファイバ、光ファイバフェルール、または他のさまざまな光学素子の直径よりも僅かに大きくなるように選択される。

ここで図２を参照すると、硬化性のポリマーまたはモノマーなどの硬化性材料１４を、アパーチャ１２が材料で満たされるように基板１０に堆積させることができる。表面張力によって硬化性材料１４がアパーチャ基板１０内のアパーチャ１２に引き込まれるので、アパーチャ１２が硬化性材料で埋まる。硬化性材料は熱または紫外（UV）線によって硬化させることができる。好適な実施形態では、硬化性材料は紫外線によって硬化する。図３を参照すると、好適な実施形態において、マスキングされた領域１８を有するフォトマスク１６が紫外線硬化性材料１４の上に配置されている。マスキングされた領域１８は、図１に示される基板内のアパーチャ１２の上に位置決めされる。硬化性材料１４の厚さは、マスク１６と基板１０の間に配置されるかまたは基板またはマスクと一体に形成された、精密隔離ブロックまたはロッド（不図示）を使用して調節できる。あるいは、硬化性材料を基板に堆積させる前に、基板上に配置されるかまたは基板と一体に形成された精密隔離ブロックの上にマスクを降ろすことも可能である。その後、マスクとアパーチャプレートの間に形成された空所に表面張力によって硬化性材料が引き込まれる。

マスキングされた領域１８は円形で、基板に形成された各アパーチャに位置合わせされることが好ましい。この位置合わせでは、完全な心合わせは要求されないが、円形のマスクパターンの周縁と基板内のアパーチャの側面との間に、いくらかの最小マージン幅（margin distance）が確実に存在している必要がある。このマージン幅により、各アパーチャの周囲に沿って硬化性材料が硬化できる。別の実施形態において、マスキングされた円形の領域１８の直径は、基板１０に形成されたアパーチャ１２の直径よりも小さく、よって各アパーチャ１２の周囲に沿ってこの周囲を囲む材料が容易に硬化される。

硬化性材料が紫外光２０で硬化された後、硬化性材料（ポリマーグリッパ材料であることが好ましい）の、マスクによって紫外線照射から遮断された領域のアパーチャ領域内の未硬化のままの部分を取り除くために基板１０を溶剤に浸漬する。図４は未硬化の材料が取り除かれた後の基板１０を示す。基板１０内のアパーチャ１２に位置合わせされた、硬化性材料を貫通する開口部２２が残っている。開口部２２は、光ファイバ、光ファイバフェルール、または他のさまざまな光学素子などの光学素子を保持するような大きさに形成される。基板の側面図が図５に示されている。照射および処理を変えることによって開口部２２にテーパ角度を形成でき、また、このテーパ角度は光ファイバ保持および案内要件に合うように調節できる。図５に示されるように、開口部２２は、プレート１０の底部からプレート１０の上部に向かって先細になっている。また、基板の厚さおよび側壁角は、挿入されたファイバが確実に互いに平行となるように選ばれる。

別の実施形態が図６に示されている。この実施形態では、基板１０が提供され、硬化性材料はアパーチャを埋めるだけである。基板上部に余分な材料が存在しない。このようなデバイスは、硬化性材料をアパーチャに流入させることによって形成できる。余分な硬化性材料は、マスクプレート、スキージ、ドクターブレード、または剥離コーティングを使って取り除くことができる。マスクを通した熱または紫外線の照射および現像による硬化性材料の硬化およびパターニングは上述プロセスと同様であり、よってアパーチャは、その周囲に硬化した可撓性材料を有し、ファイバが挿通される開口部２２を提供する。先述の実施形態のように、照射および現像条件を調節することによって開口部２２のテーパ角度を変えることができる。

図７に示される別の実施形態にしたがえば、両面成形法を使用して、テーパ付きの２次元ファイバガイド孔をポリマーの基板３０に作ることもできよう。機械的安定性をアレイに与えるために、内部に開口部３２が形成された基板３０が使用され、開口部内のテーパ付き硬化性材料３４がファイバを受動的に案内し、心合わせする。このような基板は、ピン３７を有する上型３６とピン３９を有する下型３８を最初に用意することによって製造する。ピン３７、３９は、基板３０の開口部３２内に位置決めされる。下型３８に対する上型３６の横方向の位置決めを正確に行うことにより、ファイバを基板開口部の両側に挿入するときのファイバ結合損失が最小限に抑えられる。また、ピン３７、３９が取り出された後に開口部３２が残留硬化性材料３４によって塞がっていることがないことがないように、ピン３７、３９は互いに接触する必要がある。ピン３７、３９の周りで硬化性材料３４が硬化される。ピン３７、３９の形状により、多種多様な側壁角および接触面積が可能となる。図８に示される別実施形態において、ピン４１を有する片側型押プレート４０を基板４２の開口部４３内に位置決めできる。ピン４１の周りに硬化性材料４４を堆積して硬化させる。好適な実施形態において、開口部は円筒状のテーパを有し、これによって、ピンアレイ内のピンの直径および位置に小さな変動があっても、優れたファイバ−ファイバ位置合わせが提供される。また、モールドピン４１を剥離できる十分な可撓性を硬化性材料４４が備えている場合には、ピンの形状またはテクスチャを変えることによって、多種多様な側面テクスチャ、正の側壁角、および負の側壁角を形成できる。

基板の開口部の周囲の内側およびこの周囲沿いに可撓性材料を備えている２次元位置合わせ基板を使用して、多種多様な光学素子と光ファイバを相互接続できる。ここで図９を参照すると、光ファイバ５０を保持するようにした開口部２２の内周に弾力性材料５６を備えたテーパ付き開口部２２を有する基板１０が、ファイバ５０を基板１０内の開口部２２に案内するための導管５３、５５を有する２つのファイバガイド５２、５４の間に、ファイバガイドと接した状態で挟まれている。ファイバガイド内の導管５３,５５は、成形、型押、穿孔、またはフォトリソグラフィによるパターンニングを利用したエッチングによって形成できる。使用時、アパーチャプレートの片側にあるファイバガイドプレート５２に挿入されたファイバ５０のアレイは、反対側からファイバガイドプレート５４に挿入されたファイバに受動的に位置合わせされる。可撓性材料の開口部のテーパ角度は、導管５３、５５への挿入時にファイバと開口部２２との中心が合うように調節できる。

図１０に示される別の実施形態にしたがえば、一対のファイバ位置合わせ基板１０、１１をつなぎ合わせることができる。ファイバ位置合わせ基板１０、１１は、つなぎ合わせる前に、２つ以上の精密位置合わせピン（例えば、光ファイバ）を使用して位置合わせすることが好ましい。これらの位置合わせピンは、アパーチャプレートをつなぎ合わせた後に取り除くこともできるし、ピン用の適切なクリアランスが後から形成されるのであれば、所定の位置に残しておくこともできる。次いで、ファイバ位置合わせ基板１０、１１を２つのファイバガイド５２、５４間に挟持できる。このツーピース式位置合わせプレートの両側から成形ファイバガイド内に挿入されたファイバ５０は、位置合わせ基板内の開口部内で位置合わせされる。開口部はテーパ付きの開口部であることが好ましい。ファイバアレイの挿入を簡単にするために、ファイバガイド５２、５４をテーパ付き導管と一緒に成形することも可能である。

別の実施形態において、図１１に示されるように、ファイバガイド構造をファイバ位置合わせ基板と一体にすることもできる。位置合わせ構造６０は、構造６０の片側に形成されたテーパ付き開口部６２と、構造６０の反対側に形成されたまっすぐなアパーチャ６４とを備えている。この構造は、ちょうど導管５３、５５のように、さまざまな成形法、型押法、機械加工法、およびフォトリソグラフィ法によって形成できる。毛管作用により硬化性材料６６をアパーチャ６４に流入させるか、または図１２に示されるように成形することによって、この構造内に光ファイバグリッパを形成できる。硬化後、図１３に示されるように、フォトマスクを使用する紫外線照射または成形型によって、グリッパ材料にテーパ付き開口部６８を形成することが好ましい。広がった領域を完全貫通する開口部６８が硬化性材料６６によって完全に埋まってしまったり、狭く形成されることがないように、例えば成形型を使用することもできよう。上述したように、テーパ付き開口部６２は、ファイバをポリマーグリッパ孔に大雑把に位置合わせできるテーパ付きの輪郭をこの開口部に与える、成形法、型押法またはいずれか他の方法によって形成できよう。グリッパ孔に対して完璧に位置決めする必要はない。上述したように、孔への硬化性材料の移動は毛管作用または成形によって制限できる。毛管作用の場合、位置合わせ構造６０の、まっすぐなアパーチャ６４に最も近い表面を、硬化性材料でコーティングできよう。硬化性材料はまっすぐなアパーチャに引き込まれるものの、テーパ付き開口部６２のテーパ輪郭の角度および硬化性材料の粘度によっては、毛管作用によるテーパ付き開口部６２への硬化性材料の引き込みは一部分にしか達しない。硬化性材料を成形する場合、別のテーパ付き成形型（図面には示されていない）をテーパ付き開口部６２に押し込んで、まっすぐなアパーチャ６４およびテーパ付き開口部６２内に堆積された硬化性材料を形づくることができよう。挿入されたファイバは、成形後の硬化性材料の所望テーパ形状によって大雑把に案内され、後から形成される精密な紫外線形成テーパ６８に誘導される。

本発明の２次元光ファイバアレイ位置合わせ基板を使用して、さまざまな光学素子およびデバイスを光ファイバのアレイに相互接続できる。２次元光ファイバアレイの相互接続部の組立てを示す全体図が図１４に示されている。一対のファイバガイド７２、７４が、光ファイバ７８を保持するようにした開口部を備えた位置合わせ基板７６を挟持している。光ファイバ７８は各ファイバガイド７２、７４に挿入され、位置合わせ基板７６を通して、互いに、または中間の屈折率整合層に突き合わされる。位置合わせ基板７６の開口部（不図示）の周囲のポリマー材料の可撓性により、突き合せられる両ファイバ７８の正確な位置合わせが可能となる。

位置合わせ基板内のファイバ保持用の開口部の形状を非円形とすることができることが分かるであろう。基板の開口部内の硬化性材料を硬化させる前にマスクまたは型の形状を変化させることによって、さまざまな非円形ファイバグリッパ形状が可能となる。いくつかの形状例が図１５に示されている。図１５（ａ）〜（ｄ）はファイバグリッパをあけたパターン形状を示し、図１５（ｅ）〜（ｈ）は、その中にファイバ７９を挿入した状態を示している。これらのさまざまな形状により、ファイバ挿入中にグリッパ材料をさらに変形させることが可能となる。これにより、ファイバの固定および位置合わせに付加的な利点を提供するであろう、もっとしっかりしたポリマーグリッパ材料を使用できる。例えば、位置合わせ基板および保持用の構造は１種類の材料だけで申し分なく作製することができ、これによって組立段階数が減り、位置合わせプレートの全体コストが下がる。非円形開口部の場合の開口部形成プロセスは、上述のように、マスクまたは型の形状が所望の開口部形状と一致していることを除き、円形開口部の場合とまったく同じである。

図１６に示されているように、グリッパ付き開口部が内部に形成されている位置合わせ基板を使用して、２次元ファイバアレイ８０を２次元マイクロレンズアレイ８２に位置合わせすることも可能である。図１〜５に関して上に説明された通りに位置合わせ基板８４を作製する。内部に開口部が形成されている基板を用意し、マスクを通して硬化性材料を硬化させてアパーチャの周囲を囲む可撓性材料を設け、光ファイバを保持するようにした開口部を形成できる。光ファイバ８６を基板内の開口部に挿入する。このプロセスは、位置合わせ基板８４をレンズアレイ８２に取り付ける前または後に実施できる。いずれの場合においても、位置合わせマーク、位置合わせピン、または有効な位置合わせ技術を使用して、位置合わせ基板およびファイバアレイがレンズアレイに位置合わせされることが好ましい。別実施形態では、マイクロレンズ基板の裏面８３に硬化性材料層が施され、グリッパの開口位置を画定する不透明領域を備えたフォトマスクまたは型がマイクロレンズ基板の上に配置される。横方向の僅かな軸ずれがアレイ全体の位置決めエラーを引き起こすので、マスクまたは型はマイクロレンズ８７に位置合わせされる。マイクロレンズ基板内にエッチングによる基準マーク（不図示）を形成すれば、このマスク−基板位置合わせプロセスに役立つであろう。マスクまたは型の位置合わせ後、紫外光を使用してポリマーのグリッパ材料を硬化させることが好ましい。照射完了後、マスクまたは型が取り外され、照射されていないグリッパ材料が現像によって除去される。このプロセスにより、マイクロレンズ８７に位置合わせされた、硬化した可撓性材料の中に、テーパ付き開口部８５が残る。図１６〜１８には、テーパ付き開口部８５が示されており、大きな方の直径がファイバ端部と並んでいる。この構成によって正確なファイバ位置合わせが行われるが、一方、小さい方の直径がファイバ端部と並ぶ構成も、ファイバ挿入中のちょっとしたファイバ案内となる。照射および現像条件を変えることによってテーパの角度を調節することも可能である。この別実施形態では、テーパ付きグリッパ孔に挿入されたファイバ８６は、マイクロレンズ基板上のレンズに受動的に位置合わせされる。挿入後、ファイバアレイを所定の位置に固定するか、または張力緩和として機能するのに必要であれば、接着剤８９をファイバアレイ全体に施すことも可能である。

グリッパに挿入されたファイバアレイの安定性を高め、また、波形の形状を与えるために、マイクロレンズ基板に複数のファイバグリッパ材料層を設けることもできる。図１７はこの手法の使用を示すものであり、第２の硬化性材料層９０が第１の層８４の上で硬化している。同様の形状は、適切な剥離機構を用いる成形法を使用して作成できる。図１７では、層９０および８４の開口部のテーパにおいて、開口部８５のテーパ方向は各層同一である。隣接する層の開口部のテーパ方向を逆にして、直径が大きい方の端部同士が接するように２つのテーパを位置合わせすることも可能であることが分かるであろう。

本発明の位置合わせ基板は、光ファイバの２次元アレイを、検出器アレイ、VCSEL（垂直共振器型面発光レーザ）アレイ、またはいずれか他の光学素子もしくはオプトエレクトロニクス部品のアレイに位置合わせするために使用することもできる。光ファイバを保持するようにした開口部を内部に備えた状態で硬化させることができる硬化性材料層は、別個に位置合わせされて装着された光検出器基板またはVCSEL基板と一緒に、光学的に透明な基板上に作製できる。あるいは、貫通孔を備えた、図５、６、または１３と同様の位置合わせ基板をオプトエレクトロニクス基板に、光学的に透明な基板を必要とせずに直接位置合わせすることもできよう。図１８に示される一体型デバイスの一例において、光ファイバ１０４を保持するようにした開口部１０２が内部に形成されている基板１００が、光検出器基板またはVCSEL基板１０６の上部に直接作製されており、安定性を増して張力を緩和するために基板１００上に接着剤１０８が使用されている。

光ファイバ位置合わせ基板は、他の光学素子を光ファイバアレイに位置合わせするために使用することもできる。図１９を参照すると、フェルール１１２に入っている光ファイバ１１０が、共通基板１１６内のボールレンズ１１４に位置合わせされている。図１９に示されているように、各ボールレンズ１１４は、基板１１６内に形成されたグリッパ開口部１１８内の各光ファイバ１１０と位置合わせされている。フェルール１１２は省略することもできるが、ボールレンズ１１４の直径を光ファイバ１１０に合わせるために使用されている。フェルールへのファイバ挿入は、フェルールをテーパ付きグリッパ開口部１１８に挿入する前または後に行うことができる。組立後にファイバとフェルールを所定の位置に固定して張力を緩和するために、接着剤１２０を使用しても差し支えない。組立品全体を基板１２２に取り付けてもよい。この基板１２２はシリカプレートまたは他の適切な基板とすることができる。図１９に示される配置と同様に、レンズ付きファイバをフェルールに直接入れることも可能である。この場合、レンズ付きファイバが入っているフェルールは、ボールレンズを必要とせずにグリッパ開口部１１８に挿入できる。なお、この場合、レンズ付きファイバの作動距離が比較的短くなることがあるので、付加的な基板１２２は省くべきである。

図２０に示される別実施形態において、異なる２つの保持領域を備えたグリッパ開口部を設けることによってファイバフェルールを無くすことができる。図２０では、第１の狭いグリッパ開口部１３２内にファイバ１３０が保持され、シリカ基板１３８上に取り付けられた位置合わせ基板１３１内に形成された、広がった、すなわちより広いグリッパ開口部１３６内に各レンズ１３４が保持されている。ファイバグリッパ開口部１３２およびボールレンズグリッパ開口部１３６を含む位置合わせプレ―トの構造は、レンズをファイバに位置合わせするテーパ付きチャンバが形成されるように硬化性材料を型押または成形することによって作製できる。この場合、図１３で説明されたものと同様に位置合わせプレートを作製できる。構造を安定化させて張力を緩和するために接着剤１３９を使用することもできよう。

別の実施形態では、図２１に示されているように、基板の第１の面にファイバグリッパ開口部が作られ、基板の反対の面にレンズグリッパ開口部が作られている。図２１は、省略できるフェルール１４６内に入っている光ファイバ１４４を位置合わせするための第１の位置合わせ基板１４２を有する基板１４０を示す。基板１４０の反対側には、ボールレンズ１５２を保持する大きさに形成されたグリッパ開口部１５０を含んでいる第２の位置合わせ基板１４８が形成されている。

本発明のさまざまな実施形態にしたがって多種多様な２次元アレイを製造できることが分かるであろう。光学素子を支持する導管の数を増やすために基板上のグリッパ開口部の個数を増加させことができる。図面では光ファイバが示されているが、本発明は、例えば、レンズ、光ファイバフェルール、ボールレンズ、薄膜フィルタなどのフィルタ、検出器、グレーティングなど、他の光学素子に装着された光ファイバを固定するようにした器具を含み得ることも分かるであろう。本発明のこの器具は、一体形成されているレンズを少なくとも一端に含む光ファイバの積み重ねアレイを形成するために使用できよう。本発明の器具は同様の形状を使用するので、光学素子部品のアレイを光ファイバの２次元アレイに簡単に位置合わせして光学系を作成できる。図１９の基板１１６または図２１の基板１４０で示されているように、多数の２次元光学素子アレイと２次元ファイバアレイを共通基板によって接合してもよいし、接合しなくてもよい。

基板のアパーチャの内周に形成される保持要素は、光重合性組成物等を使用する周知のリソグラフィ法を使って形成できる。例えば、光重合性組成物を基板表面にほぼ均一に堆積させることができる。その後、この光重合性組成物を化学線に像様露光するためにレーザとコンピュータに制御されるステージとを使用し、組成物の精密領域に紫外レ―ザ光線を照射するか、またはほぼ透明な領域とほぼ不透明な領域から構成されるパターンを有するフォトマスクと組み合わせて平行紫外線照射ランプを照射する。次に、少なくとも１つの保持要素の態様の画像形成領域を基板表面上に残し、画像が形成されなかった領域を溶剤で除去する。

重合性組成物は、成形型と組み合わせて、化学線または熱などのさまざまな手段によって硬化させることができる。硬化した組成物から成形型を外した後、パターンの性質に応じて、少なくとも１つの保持要素が基板上に残る。成形型のパターンは、ファイバまたはレンズのアレイを位置合わせするための基板を形成するための複数の保持要素を含んでいてもよい。保持要素を作るのに適したポリマー組成物は、本願と同一の譲受人に譲渡された米国特許第６２６６４７２号明細書に開示されている。

ある実施形態にしたがえば、光ファイバのアレイを組み込んだ光学デバイスを製造するために本発明の方法および器具を使用できる。複数の光ファイバを基板内に形成された複数の開口部に挿入し、個々のファイバを開口部内で固定することによって、典型的な光学デバイスを作ることができる。実施形態の中には、複数の薄膜フィルタを備えるプリズム、およびＭＥＭＳスイッチ、電子ホログラフィスイッチ、またはＬＣＤスイッチなどのスイッチング素子などの光学素子に対して光ファイバを位置決めするものもある。本発明のさまざまな実施形態にしたがえば、光ファイバの２次元アレイを他の光ファイバ、レンズ、光検出器、ＶＣＳＥＬまたは他のオプトエレクトロニクスデバイスに相互接続するためのさまざまな部品および方法が提供される。テーパ付き側壁またはまっすぐな側壁を備えた可撓性の保持構造は、未硬化のポリマーまたはモノマーグリッパ材料を使って、比較的簡単な製造法（例えば、フォトリソグラフィによるパターンニングおよび現像、型押、または成形）によって基板上に作製される。その後、光学素子は基板に位置合わせされ、可撓性のグリッパ材料によって所定の位置に固定される。ポリマーグリッパ材料が僅かに変形して光ファイバまたは光学素子を保持し、各ファイバまたは素子を２次元格子内の所定の位置に位置合わせする。この自己位置合わせプロセスは、光ファイバボールレンズの直径の変化など、対称形の光学素子の幾何学的変動を補償するものでもある。

本発明の器具および方法により、大量のスプライス接続、ピグテイル接続、またはレンズアレイとの接続を可能とする多用途の構造が提供される。この器具は、２次元光ファイバアレイスプライス接続装置または２次元光ファイバアレイコネクタに組み込むことができる。基板の開口部内に弾性のあるグリッパ材料を使用することにより、ファイバの位置決めと固定が容易となり、チャネル均一性に必要な平行度の高いファイバ出力がもたらされる。また、この構造を作製するために複雑な微細加工は不要である。この構造は標準的なフォトリソグラフィ法または微細複製法を使って形成できる。

また、開口部内に可撓性材料を使用したことにより、ベースプレートの孔の許容範囲が小さくなり、さまざまなベースプレート材料を使用できることとなり、ファイバをアレイに何回も挿抜できるようになり、許容範囲の狭いさまざまなベースプレート作製工程を使用でき、ファイバ同士の受動的位置合わせが保証される。ある実施形態にしたがえば、基板内に形成された開口部内にファイバを案内して固定するために、ポリマーまたはモノマーグリッパ材料から可撓性のフラップを作製できる。これらの可撓性グリッパ構造の作製には、低材料費と低労賃につながる高い歩留まりをもたらす自動化工程を使用できるので、本質的に費用がかからない。

当業者には、本発明の範囲および精神から逸脱せずに本発明に対してさまざまな変更および変形を施せることが分かるであろう。例えば、多くの実施形態で、アパーチャまたは開口部が貫通している位置合わせ基板を示したが、実施形態によっては、アパーチャの孔が基板を完全貫通していない。位置合わせ機構がレンズの上に直接作製される図１６のタイプがこの例である。この場合、貫通孔を備えた自己支持型のアパーチャ基板は存在しない。また、保持構造を形成する前に、一様でないアパーチャを備えた位置合わせ基板を作製することも有用であろう。例えば、アパーチャの底に物理的な棚状突起を備えた位置合わせ基板を作ることもできよう。これらの棚状突起は、ファイバまたはファイバフェルールを所定の位置に押し込むときの「止め具」として機能する。このように、本発明は、添付される特許請求の範囲またはその均等物の範囲内に入る本発明の変更例および変形例を網羅するものである。

本発明の一実施形態にしたがって２次元光学素子アレイを作成するために使用される複数のアパーチャを備えた基板を示す部分斜視図である。本発明の一実施形態にしたがって硬化性材料が基板に堆積されてアパーチャを埋めた状態にある、図１の基板の斜視図である。本発明の一実施形態にしたがってマスクを通して硬化性材料を硬化させる段階を示す、図２の基板の斜視図である。本発明の一実施形態にしたがって硬化性材料を硬化させた後の、図３の位置合わせ基板の斜視図である。図４に示される位置合わせ基板の側面図である。本発明の別の実施形態にしたがって２次元光学素子アレイを形成するための位置合わせ基板の部分斜視図である。別実施形態にしたがって２次元光学素子アレイを形成するための方法を示す側面図である。別の実施形態にしたがって２次元光学素子アレイ位置合わせ基板を形成する方法を示す側面図である。本発明の一実施形態にしたがって位置合わせ基板およびファイバガイドに挿入される光ファイバを示す側面図である。本発明の一実施形態にしたがってツーピース式位置合わせ基板およびファイバガイドに挿入される光ファイバを示す側面図である。一実施形態にしたがって位置合わせ基板と一体に成形されたファイバガイド構造を示す側面図である。位置合わせ基板の開口部内に未硬化の硬化性材料が入っている状態の、図１１に示されるデバイスの側面図である。マスクを通して硬化性材料を硬化させた後の、図１２に示されるデバイスの側面図である。本発明の一実施形態にしたがって一対の組立式位置合わせ基板を使用する組立式の２次元光ファイバアレイ相互接続具の斜視図である。（ａ）〜（ｄ）は、アパーチャを含んでいる基板内の光ファイバ保持構造を形成するために使用できる開口部の断面図である。（ｅ）〜（ｈ）は、光ファイバが挿入された状態の（ａ）〜（ｄ）の開口部を示す図である。一実施形態にしたがう位置合わせ基板を使用してマイクロレンズアレイに位置合わせされた２次元光ファイバアレイの側面図である。一実施形態にしたがう位置合わせ基板および付加的な可撓性保持材料層を使用してマイクロレンズアレイに位置合わせされた２次元光ファイバアレイの側面図である。一実施形態にしたがって光検出器またはVCSEL基板に受動的に位置合わせされた光ファイバの側面図である。別の実施形態にしたがう位置合わせ基板を使用してボールレンズに受動的に位置合わせされた、フェルール内の光ファイバの側面図である。別の実施形態にしたがう位置合わせ基板と硬化性材料内に形成された型押チャンバとを使用してボールレンズに位置合わせされた光ファイバの側面図である。一実施形態にしたがって、シリカ基板下の硬化性材料に固定されたボールレンズに位置合わせされた、フェルール内の光ファイバの側面図である。

符号の説明

１０位置合わせ基板
１２アパーチャ
１４硬化性材料
１６フォトマスク
２２開口部

Claims

光学素子アレイを形成するための器具であって、
２次元アレイ状に配列されたアパーチャの２次元アレイを内部に有する基板を備え、各アパーチャは、内部に配置される光学素子を保持するようにした開口部を前記基板に形成するように、前記各アパーチャの内周に沿っておよびこの内周の周りに材料を有していることを特徴とする器具。
前記材料が紫外光照射によって硬化し得ることを特徴とする請求項１に記載の器具。
前記硬化性材料が光重合性ポリマーであり、前記基板の少なくとも片面に含まれていることを特徴とする請求項２に器具。
前記光学素子が光ファイバを含み、前記基板と接するファイバガイドをさらに備え、前記ファイバガイドが、前記基板の開口部に位置合わせされる導管を内部に有することを特徴とする請求項１に記載の器具。
２次元の光学素子アレイデバイスを形成する方法であって、
基板の両面を貫通したアパーチャの２次元アレイを形成する工程と、
各アパーチャに硬化性材料を堆積させる工程と、
前記硬化性材料を硬化させて、光学素子を保持するようにした可撓性のグリッパを各アパーチャの内周に形成する工程と
を有してなる方法。
前記可撓性材料が紫外線によって硬化され、マスクを前記硬化性材料の上に配置する必要があることを特徴とする請求項５に記載の方法。
前記マスクが、前記アパーチャの上に位置決めされる、マスキングされた領域を前記マスク上に含んでいることを特徴とする請求項６に記載の方法。
前記硬化性材料を硬化させる前記工程後に未硬化の前記硬化性材料を前記開口部から洗い流す工程と、開口部を含んでいる硬化性材料層を前記基板の少なくとも片面に形成する工程とをさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の方法。
前記基板内にテーパ付き開口部が形成されるように硬化条件が選択されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
光ファイバを前記開口部に挿入する工程をさらに備えていることを特徴とする請求項５に記載の方法。