JP2010540991A - ２基板パラレル方式の光学サブアセンブリ - Google Patents

Abstract

頂面および底面を有し、底面に複数の溝を含む構造、それぞれが複数の溝のうちの対応する溝に埋め込まれ、一端に結合面を有する複数の光導波路、および複数の光導波路のうち対応の光導波路群の結合面と実質的に１対１の関係で位置合わせされた光学コンポーネントのアレイを取り付けられ、互に間隔を保って少なくとも１つのギャップを形成する少なくとも２つの基板から成り、少なくとも１つのギャップがその長さに沿って非定常の幅を有することにより、少なくとも２つの基板のそれぞれに取り付けられている光学コンポーネントのアレイを対応の光導波路群の結合面と位置合わせすることができる、光学アセンブリを開示する。

Description

本願は米国特許法第１２０条の規定に従い、２００７年９月２７日付け米国特許出願第１１／８６２，５９４号に基づく優先権を主張し、この米国出願の内容は本願明細書において参考として援用される。本願は２００７年２月２０日に付与された米国特許第７，１７８，２３５号「ＭＥＴＨＯＤ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ ＡＮ ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＰＡＣＫＡＧＥ」および２００７年３月２７日に付与された米国特許第７，１９７，２２４号「ＯＰＴＩＣＡＬ ＦＥＲＲＵＬＥ」と関連し、これら特許の内容は本願明細書において参考として援用される。

本明細書の記載は、複数のデバイスの精密アラインメントの分野に係わる。より具体的には、３つ以上の素子の光学的アラインメントの分野に係わる。

最大量のカップリングと、これに続く光ファイバーに沿った光伝送を提供するため、レーザー（または光検出器）と光ファイバーのアラインメントに関して多くの製品が開発されている。これらの製品の多くは単一のレーザーと単一の光ファイバーとのアラインメントに基づくものであり、その１例として、正しく位置合わせされた送信モジュールと正しく位置合わせされた受信モジュールとを有するＳＦＰ光学送受信機が挙げられ、それぞれのモジュールがＬＣコネクタ・ハウジングに単一の光ファイバー・カップリングを有する。

しかし、帯域幅に対し全体の容積をより小さくすること（ｈｉｇｈｅｒ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ−ｄｅｎｓｉｔｙ（高帯域幅密度）として知られる）への高まる需要ゆえに、単一のモジュールにおいて複数の光ファイバーに複数のレーザーを位置合わせしたパラレル光学モジュールを目指す傾向が増えている。その１例は、約１ｃｍ×１ｃｍの面積に１２本の光チャネルを有するＳＮＡＰ−１２パラレル光学送受信器である。単一光学チャネル・モジュールおよび多重光学チャネル・モジュールの両方とも、正しく配置され且つ十分な公差を有するサブコンポーネントおよびホルダーを必要とする。さらにまた、これらは、最も高能率の（挿入損失が最も少ない）結合を達成すべく、通常、光ファイバーへのまたは光ファイバーからの光パワーレベルをアクティブにモニタリングしながら位置合わせされる。複数のレーザーと光ファイバーとのアラインメントには多大な時間を要し、パターン形成（ｐａｔｔｅｒｎｒｄ）マイクロレンズ・アレイ、ＭＴ型光ファイバー・フェルール、精密ピック・アンド・プレイス技術などの複雑なパラレル・ホルダーおよびリレー光学素子を必要とし、さらに、アクティブ・アラインメントのためにレーザーの電源を入れる必要がある。

従って、従来よりも容易且つ迅速なアラインメント方法が望まれる。

本明細書において、２つ以上の光学デバイスを、多数の光導波路または光ファイバーを含む単一構造と位置合わせする方法および装置を説明する。この方法および装置は、双方向光学コンポーネントのための入出力電気信号および入出力光信号の両方を含む光学サブアセンブリを製造するための、公差がミクロン（またはサブミクロン）レベルまでである多重光結合操作を必要とする光の光結合に係わる。

本明細書において、双方向光学サブアセンブリの量産を目指す概念を説明する。このアセンブリは、多様な光学モジュールに使用できる薄型の堅牢なサブコンポーネントを提供する。さらに、この方法は、低コスト製造を可能にするサブコンポーネントの構築を説明する。

ここでは、少なくとも２本の光チャネルを使用し、電気的相互接続基板に取り付けたチップに設けた少なくとも１つの発光デバイスと、電気的相互接続基板に取り付けたチップに設けた少なくとも１つの光検出デバイスと、少なくとも２本の光チャネルを保持する光導波構造とを備え、少なくとも１本の光チャネルが出力光信号のための光チャネルであり、他の１本の光チャネルが入力光信号のための光チャネルである、双方向光データ通信用の手段を説明する。レンズ・アレイを含むポリマー導波路または構造のような、多重光路を含む構造もまた、想定される。

３つ（またはそれ以上）の独立した対象物を位置合わせする場合、特に、それぞれのコンポーネントが１本以上の光チャネルを含む場合、高価なピック・アンド・プレイス装置を使用せずに光学アラインメントを実施する幾つかの態様がある。

光電子チップ、発光チップおよび検出チップはそれぞれ独立に光導波構造と位置合わせする。すべてを固定したら、最終アセンブリを共通のキャリヤ（典型的にはプリント回路板）に取り付け、電気的に接続し得る。このようにすれば、光電子チップのような極めて小さいデバイスを極めて精密に機械的に取り付ける作業を不要にすることができ、コストも所要時間も節約できる。光導波構造の光インターフェースまでの発光アレイのアクティブ領域の垂直方向間隔は、検出器アレイのアクティブ領域と同じ光導波路構造の光インターフェースとの垂直方向距離と異なっていてもよい。光電子デバイス・アレイとこれが取り付けられている基板との間の電気的接続手段（例えば、ワイヤーボンド）は完成状態の光学アセンブリと共通キャリヤとの間の電気的接続手段としての理想的な位置から大きくずれていても許容され得る。本発明の提唱する光学アラインメントとプリント配線への電気的接続の位置が自由に変更可能にすることとを両立させることにより、精密ピック・アンド・プレイス装置の必要がなくなり、組立て時間が縮小される。

本願の第１発明は、以下のステップを包含する、光学アセンブリのコンポーネントを組み立てる方法を提供する。頂面および底面を有し、前記底面に複数の溝を含む構造を供給するステップ、それぞれが前記複数の溝のうちの対応する一つの溝に埋め込まれており且つ一端に結合面を有する複数の光導波路を供給するステップ、第１光学コンポーネントの第１アレイを第１基板に取り付けるステップ、前記第１基板における前記第１光学コンポーネントの前記第１アレイの位置とは独立に第２光学コンポーネントの第２アレイを第２基板に取り付けるステップ、前記第１光学コンポーネントの前記第１アレイが前記複数の光導波路のうちの第１光導波路群の結合面と実質的に１対１の関係で位置合わせされるように前記第１基板を配置するステップ、前記第１基板を前記構造に取り付けるステップ、前記第２光学コンポーネントの前記第２アレイが前記複数の光導波路のうちの第２光導波路群の前記結合面と実質的に１対１の関係で位置合わせされ、前記第１基板と前記第２基板とが互に間隔を保ってギャップを形成し、前記ギャップの存在が前記第２基板における前記第２光学コンポーネントの前記第２アレイの位置が前記第１基板における前記第１光学コンポーネントの前記第１アレイの前記位置に左右されないように前記第２基板を配置するステップ、および前記第２基板を前記構造に取り付けるステップ。

本願の第２発明は、以下を備えた光学アセンブリを提供する。頂面および底面を有し、前記底面に複数の溝を含む構造、それぞれが前記複数の溝のうちの対応する溝に埋め込まれており且つ一端に結合面を有する複数の光導波路、および前記複数の光導波路のうち対応の光導波路群の結合面と実質的に１対１の関係で位置合わせされた光学コンポーネントのアレイを取り付けられた少なくとも２つの基板。前記少なくとも２つの基板は、互に間隔を保って少なくとも１つのギャップを形成しており、前記少なくとも１つのギャップは、その長さに沿って非定常の幅を有する。上記構成により、前記少なくとも２つの基板のそれぞれに取り付けられている前記光学コンポーネントのアレイを、前記対応の光導波路群の結合面と位置合わせすることが可能になる。

本願の第３発明は、以下を備えた光学アセンブリを提供する。頂面および底面を有し、第１構造端から第２構造端へ延びる複数のＶ字溝を前記底面に備え、前記第１構造端および前記第２構造端のいずれか一方が鋭角構造端である光導波構造、それぞれが前記複数のＶ字溝のうちの対応の溝に埋め込まれており且つ一端に斜面を有するとともに前記斜面と隣接する結合面を有し、前記斜面と前記鋭角構造端とが同一平面関係に配置されている複数の光ファイバー、前記複数の光ファイバーのうちの第１光ファイバー群の前記結合面と実質的に１対１の態様で位置合わせされるように発光器アレイを取り付けられた第１基板、および前記複数の光ファイバーのうちの第２光ファイバー群の前記結合面と実質的に１対１の関係で位置合わせされるように光検出器アレイが取り付けられた第２基板。前記第１基板および前記第２基板は、ともに前記光導波構造に取り付けられて、互に間隔を保ってギャップを形成しており、前記ギャップがその長さに沿って非定常の幅を有する。上記構成により、前記発光器アレイを前記第１光ファイバー群の結合面と１対１の関係で位置合わせするとともに、前記光検出器アレイを前記第２光ファイバー群の結合面と１対１の関係で位置合わせすることが可能になる。

ここに使用する語「基板」は光学コンポーネントを取り付けることのできる材料片を定義する語である。基板の表面積は光学コンポーネントの表面積よりも大きい。光学コンポーネントは寸法が小さいため、これを操作するには精密なピック・アンド・プレイス装置が必要であるが、基板は手で操作できる。従って、光学コンポーネントが基板に取り付けられていれば、基板を操作することによって光学コンポーネントを手で操作することができる。

図１ａは、２基板パラレル方式光学サブアセンブリの一実施例を示す斜視図である。 図１ｂは、図１ａの２基板パラレル方式光学サブアセンブリにおける光電子チップおよび光結合機構を示す拡大図である。 図２ａは、図１ａおよび図１ｂのアルミナ基板の頂面図であり、許容最大限の位置公差で発光チップが基板に配置されている状態を示す。 図２ｂは、図１ａおよび図１ｂのアルミナ基板の頂面図であり、最大限の位置公差で光検出チップが基板に配置されている状態を示す。 図３は、それぞれのアルミナ基板における、図５ａおよび図５ｂの光検出チップに対する発光チップの理想的な位置を示す頂面図である。 図４ａは、図１ａおよび図１ｂの２基板パラレル方式光学サブアセンブリの頂面図であり、基板と光ファイバー・フェルールが完全に位置合わせされ且つ配置されている状態を示す。 図４ｂは、図１ａおよび図１ｂの２基板パラレル方式光学サブアセンブリの頂面図であり、基板と光ファイバー・フェルールが位置合わせされているが、完全に配置されていない状態を示す。 図５ａは、代替の形状の基板を有する、図１ａおよび図１ｂの２基板パラレル方式光学サブアセンブリの頂面図である。 図５ｂは、レーザーが光ファイバーの下方に位置する時、レーザー光が光導波構造の光ファイバー内へ結合する実施形態を示す説明図である。 図５ｃは、光検知器が光ファイバーの下方に位置する時、導波構造の光ファイバーからの光が光検出器に結合する実施形態を示す説明図である。 図５ｄは、レーザーが光ファイバーとアラインメント関係にある時、レーザー光が光導波構造の光ファイバーに結合する実施形態を示す説明図である。 図６は、図１ａおよび図１ｂの２基板パラレル方式光学サブアセンブリの正面から見た断面図であり、両基板と光ファイバー・フェルールとの間の高さの差を示す。 図７は、組立て前の状態における図１ａおよび図１ｂの２基板パラレル方式光学サブアセンブリの斜視図であり、発光アパーチュアと光ファイバー・フェルールの光ファイバー端部とを位置合わせする段階を示す。 図８は、組立て前の状態における図１ａおよび図１ｂの２基板パラレル方式光学サブアセンブリの斜視図であり、光検出アパーチュアと光ファイバー・フェルールの光ファイバー端部とを位置合わせする段階を示す。

一実施形態において、レーザーアレイ光電子チップと、光検出器アレイ光電子チップと、構造の結合側を介して多重光チャンネルをそれぞれのチップと互に結合する手段を含む２基板パラレル方式光学サブアセンブリについて説明する。

この２基板パラレル方式光学サブアセンブリは、複数の、固定された、十分に位置合わせされているかまたはパラレルの、光導波チャンネル（すなわち、光ファイバー）を含む単一の光導波構造を使用する。これらの光導波チャンネルは、この構造に埋め込まれていてもよい。この構造における光ファイバーの配置は、変更され得る。

光導波構造は多くの場合、高い帯域幅密度比を維持するための、例えば、マルチターミナル（ＭＴ）方式のパラレル光コネクタのような単一の「外部」光インターフェースを有する。

図１ａは、２基板パラレル光学アセンブリ（本明細書中以下で光学アセンブルと略称する）の例を示す。この光学アセンブリは、光学フェルールを有する光導波構造を備える。このフェルールは、２つのダウエル・ピン（３）を有するマルチターミナル（ＭＴ）光コネクタ（１）（図１にのみ示す）と、短い光ファイバー・リボン部分（５）と、シリコンＶ字溝構造（７）から成る。構造（７）は、結合側を有し、ここから光が結合される。この構造はまた、結合側に沿って埋め込まれた光ファイバーの鋭角の先端（または端部）（２１）を結合側に沿って保持しており、それぞれの光ファイバーの結合面が、この構造の勾配付きの面と実質的に隣接している。光電子デバイス、ＶＣＳＥＬレーザー・アレイ（９）および光検出器アレイ（１１）は各々、それぞれのアルミナ基板（１３）および（１５）に取り付けられ、金プリント配線（１７）および（１９）にワイヤーボンドしている。

図１ｂに示すように、この実施形態の場合、ここで使用される光ファイバー・フェルールは、０．２５ｍｍのピッチで一線上に並列しており且つ４５°の鋭角の先端（２１）を有する１２本の位置合わせされたパラレル光ファイバー（５）を有する。この光ファイバー先端の拡大図を、図１ｂに示す。

図１ａおよび図１ｂによれば、光ファイバー・フェルールの他端は、ＭＴフェルールと呼ばれる単一のマルチターミナル光コネクタ（１）と対応する。この場合、１２本の光チャンネルのうち、８本、即ち、４本の送信チャンネル（光ファイバー）と４本の受信チャンネル（光ファイバー）だけが使用され、中央の４本は使用されないチャンネル（光ファイバー）である。使用されない光ファイバー群は、送信光ファイバー群と受信光ファイバー群との間の間隙（２３）（ギャップ長を有するギャップとも呼ばれる）として利用され、両アルミナ基板にアラインメント間隔を与える。光導波構造内の２組の光ファイバーは、ギャップを画定する一定の間隔（２３）をおいて固定される。

それぞれのアルミナ基板の表面には、光電子チップ、即ち、発光チップ、ＶＣＳＥＬアレイ（９）および光検出チップが固定されている。但し、波長の違いに応じて、発光チップと発光チップとの組み合わせまたは検出器チップと検出器チップとの組み合わせのような他の組み合わせも想定される。これらの基板は、光学的アラインメントの過程において、互に独立して取り扱い可能であり且つ他方を邪魔しないように設計されている。この特定の実施形態においては、アルミナ基板が細長く形成され、基板の各縁の近傍に光電子チップが配置される。

上記基板における光電子チップの許容され得る位置公差および振れ公差（ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）は、アセンブリを構成するすべてのサブコンポーネントの外形寸法および形状に応じて異なる。この特定の実施形態において、図２ａおよび図２ｂに示すように、上記基板は互に鏡像関係にある。それぞれの基板における各光電子チップの名目上の位置公差および振れ公差を、図３では、ＶＣＳＥＬチップ（９）および光検出チップ（１１）をそれぞれ囲む破線の楕円（２５）および（２７）で示した。

この特定の実施形態の場合、一方の基板は、フットプリントが１ｍｍ×０．３ｍｍであり、対応するアルミナ基板の一方の縁付近に配置され、金のプリント配線にワイヤーボンド接合された、１×４ ＶＣＳＥＬアレイを備える（ワイヤーボンドは図示しない）。他方の基板は、面積が１ｍｍ×０．３ｍｍであり、対応するアルミナ基板の一方の縁付近に配置され、金のプリント配線にワイヤーボンド接合された、１×４ ＰＤアレイを備える（ワイヤーボンドは図示しない）。光電子チップ（９）および（１１）は、いずれも対応するアルミナ基板の縁に配置され、互に隣接して鏡像パターンを形成する。

図３に示すように、ＶＣＳＥＬチップ（９）および光検出器チップ（１１）のアクティブ領域の中心は、破線で示す水平線（２９）に沿って存在するが、光電子チップの側縁を位置合わせしてもアクティブ領域の中心を位置合わせしたことにはならない。大抵の場合、半導体チップのダイスカットは±２５ミクロンを超える公差を有するから、チップの側縁は、アクティブ領域を互に正確に位置合わせするには充分ではない。

アラインメントに際して考慮すべき第２の点は、デバイス間のピッチである。１２本の垂直破線（３１）は、両チップにおいて隣接するアクティブ領域の中心間の０．２５ｍｍのピッチを示す。破線３１は、図３に示すように、２つの独立した基板の間の間隙（ギャップとも呼ばれる）にまで延びている。ピッチは、破線で示す水平線（２９）に沿ったアクティブ領域の中心間距離とも呼ばれる。従って、線（２９）に沿ったギャップ長は、線（２９）に沿ったアクティブ領域の中心間距離よりも長い。

一例として、面積が７ｍｍ×７ｍｍの光ファイバー・フェルール内に１２本の光ファイバーがパラレルに且つ垂直方向における中心上に０．２５ｍｍのピッチで配置され、それぞれ４本の光ファイバーから成る２つの外側ファイバー群間のギャップが１．１２５ｍｍであるとする。それぞれのアルミナ基板の所定の長さ（Ｌ）が１０ｍｍであるとすれば、それぞれの理想位置に対するＶＣＳＥＬレーザー（９）およびＰＤアレイ（１１）の位置公差がｘ方向にもｙ方向にも約±０．３ｍｍであり、振れ公差が±２°であると算出され得る。

結果として、光電子チップは、光ファイバー・フェルールのＶ字溝構造（７）内の光ファイバー（５）と正しく位置合わせされ、対応する基板（１３）または（１５）とも正しく位置合わせされ、図４ａに示すオリエンテーションが得られる。

光電子チップが、対応する基板に低い位置精度および振れ精度で（但し、図６に示す破線で示す楕円境界（２５）および（２７）内に）配置された場合、一旦、それぞれのチップ（９）または（１１）のアクティブ領域が光ファイバー・フェルールの光ファイバーと位置合わせされ、図４ｂに示すオリエンテーションが得られる。この場合、基板（１３）および（１５）間のギャップ（２３）の幅はその全長に沿って一定ではない。基板（１３）および（１５）が平行でなくても、ギャップ（２３）が存在することで、各チップ（９）または（１１）のアクティブ領域を光ファイバーと位置合わせすることができる。

一実施形態において、アルミナ基板（１３）および（１５）は、１つの隅部（３３）においてのみ互に接触する。この場合、位置公差が比較的大きいので、高精度ピック・アンド・プレース装置を使用せずに光電子デバイス（９）および（１１）を配置することができ、組立てに要するコストと時間とが節約される。

アルミナ基板（１３）および（１５）の幾何的形状は他にも存在する。但し、製造の可能性とアラインメントの容易さとの間に、トレードオフを伴う。別の幾何学的形状の具体例として、図５ａに示すように突出頂点（３５）を有する基板を採用し、それぞれの基板（１３）または（１５）の頂点近傍に光電子チップを配置した幾何形状が挙げられる。この場合、（基板が互に干渉する可能性が極めて低いので）両基板の位置公差および振れ公差が大きくなる。しかし、このような形状の基板の製造はより困難である。基板の形状およびそれに関するトレードオフの他の例もまた、存在し得る。

図５ｂ，５ｃおよび５ｄは、一実施形態における光電子デバイスと構造（７）の光導波路との間の光結合を示す説明図である。図５ｂに示すように、構造（７）に埋め込まれた光ファイバーなどの光導波路（２１）の下方に、アレイ（９）のレーザー（５２）が、配置されている。レーザー（５２）は、光ファイバー（２１）の斜面（５４）の下方に配置されている。レーザー（５２）から発せられた光は、被覆を通して光ファイバーの周壁を通過し、斜角の先端で反射して、光ファイバーの芯部に達する。光ファイバー（２１）の周壁のうち、斜面（５４）の下方に位置する領域（２２）が、結合面を画定し、光が斜面（５４）で反射する前にこの結合面を介してファイバー内に進入する。一実施形態では、レーザー（５２）のアクティブ領域の中心は、実質的に光ファイバーの斜面（５４）の中心の真下に配置されて、ファイバー（２１）への光結合を促進する。

一実施形態では、斜面を４５°に設定することによって、ファイバー先端（５４）に反射性のガラスと空気との界面を形成する。この界面は、保たれていれば全反射（ＴＩＲ）によって、さもなければファイバーの露出先端に反射性の金属層を設けることによって、光を９０°で反射させることができる。反射性金属層は、金、銀などで形成することができる。

図５ｃは、光ファイバー（２１）から光検出器アレイ（１１）の光検出器（５６）への光結合を示す説明図である。光検出器（５６）は、光ファイバー（２１）の斜面（５４）の下方に配置される。斜面（５４）に向かって光ファイバー（２１）内へ伝搬する光は、ＴＩＲまたは金属面によって斜面（５４）で反射し、光ファイバー（２１）の軸と直交方向に向かう。光は、結合領域（２２）において被覆を通して光ファイバー（２１）の周壁外に進み、光検出器（５６）によって集光される。一実施形態において、光検出器（５６）のアクティブ領域の中心を、実質的に光ファイバー（２１）の斜面（５４）の中心の真下に配置することによって、光検出器（５６）への光結合を促進する。

光導波路が光ファイバー（２１）である場合、光ファイバー（２１）の湾曲が、光結合を助けるレンズ効果を発揮する。但し、光導波路と光電子デバイスとの間にレンズ系を補足することによって、光結合を促進してもよい。

図５ｄは、レーザー（５２）を光ファイバー（２１）の端部（５８）と位置合わせした場合におけるレーザー（５２）から発せられた光の結合を示す説明図である。この実施形態では、端部（５８）をほぼ直角に切断し、光ファイバー（２１）の結合面に対応させ、この結合面を介してレーザー（５２）から発せられた光を光ファイバー（２１）内へ結合させる。

厚さの異なるスペーサーを使用することによって、発光光電子チップと検出光電子チップとの高さの違いに対応することができる。スペーサーは、ガラスまたは任意の他の膨張係数の低い精密切断材料で形成することができる。スペーサーはまた、最適発散度または最適レンズ系条件の差にも対応することができる。

例えば、図６は、図４ａおよび図４ｂに示した２基板光学サブアセンブリの正面図であり、間隙（またはギャップ）（２３）およびワイヤーボンド接合（３７）された２つの隣接する光電子チップ（９）と（１１）とを拡大して略示する。厚さが２００ミクロン、レーザー・アパーチュア（またはチップ（９）におけるレーザー素子のアクティブ領域）と光ファイバーの中心との間の距離（４４）が１３２．５ミクロンの１×４ ＶＣＳＥＬアレイ・チップの場合、２８０ミクロンの精密スペーサー（３９）を使用する。

厚さが１５０ミクロン、検出素子のアクティブ領域と光ファイバーの中心との間の距離（４６）が１０２．５ミクロンの１×４ 光検出器アレイ（１１）の場合、１９０μの精密スペーサー（４１）を使用する。

両基板（１３）および（１５）間に僅かな高さの差（４３）があっても、電気的機械的接続を維持するための多様な手段（例えば、厚さの異なる基板を使用するか、またはチップと対応する基板（３７）との間に使用するエポキシ量の加減および／またはワイヤーボンドまたは電気的接続手段の長短を使用する）によって、対処可能である。

（アラインメントの手順）
光導波路構造が上記のような光ファイバー・フェルールを有し、光ファイバー・フェルールの使用可能なチャンネルが左側４本の光ファイバーと右側４本の光ファイバーであり、中央４本の光ファイバーが使用されない場合、３つの部分（それぞれが光電子デバイスを含む２つのパッケージを有する光ファイバー・フェルールと、基板と、任意のスペーサーと）のアラインメントは、以下のようにして確立される：

ワイヤーボンド接合された１×４ ＶＣＳＥＬアレイ・チップ（９）を、第１基板（１３）に取り付け、ワイヤーボンド接合された１×４ 光検出器アレイ・チップ（１１）を、第２基板（１５）に取り付ける。第２基板（１５）におけるアレイ・チップ（１１）の位置は、第１基板（１３）におけるアレイ・チップ（９）の位置に左右されない。

ワイヤーボンド接合された１×４ ＶＣＳＥＬアレイ・チップ（９）を取り付けられた第１アルミナ基板（１３）を、視覚システムを利用して位置合わせすることにより、それぞれのＶＣＳＥＬのアクティブ領域の中心を図７に示すように光ファイバー・フェルール本体の一方の側に位置する４本の光ファイバーの中心とほぼ一致させる。

フェルール（７）に埋め込まれた光ファイバーは、３つの群に分割される。４本の光ファイバーから成る第１群を４つのＶＣＳＥＬと連携させ、第２群をギャップと連携させ、第３群を４つの光検出器と連携させる。

一実施形態において、第１アルミナ基板（１３）を所定位置に固定したまま光ファイバー・フェルール本体を操作することによって、上記アラインメントを行なう。即ち、ｘおよびｙ軸に沿ってフェルール（７）を移動させ、ｚ軸を中心にフェルール（７）を回転させることによって、破線矢印（４５）で示すように４本の光ファイバーを４つのＶＣＳＥＬと位置合わせすることができる。結果として、それぞれのＶＣＳＥＬが第１群の対応の光ファイバーの斜面（２１）の下方に配置される。ＶＣＳＥＬに対する光ファイバーの斜面（２１）のアラインメントは、ＶＣＳＥＬを電源オフのまま、アラインメント方法を使用するユーザーが視覚的に実行する。一実施形態において、それぞれのＶＣＳＥＬのアクティブ領域を、対応する光ファイバーの中心のほぼ真下に配置する。

ここでは、第１アルミナ基板（１３）を所定位置に固定したまま光ファイバー・フェルール本体（７）を操作するとしているが、当業者には明らかなように、逆もまた可能である。即ち、この場合には、光ファイバー・フェルール（７）本体を所定位置に固定したまま、第１アルミナ基板（１３）を操作する。

一実施形態において、例えば顕微鏡のような視覚システムを利用することによってアラインメントを行なうことができる。電源オフの状態で視覚的にアラインメントを行なうことを可能にする、視覚システムは、任意のシステムを利用することができる。従って、受動的なメカニカル・ストッパーや位置の境界を使用する必要はない。また、このようなシステムでは、アラインメントを行なうために最大光パワーをブラインド・サーチする必要はない。

対応の光ファイバー（２１）の斜面（２１）と向き合うようにＶＣＳＥＬを配置したら、構造（７）を基板（１３）に取り付ける。基板（１３）と構造（７）とを互に固定するには、当業者に公知の任意の機械的手段を利用し得る。

一実施形態において、基板（１３）と構造（７）との間にスペーサー（３９）を配置する。ＶＣＳＥＬを対応の光ファイバーと位置合わせする過程で、構造（７）においてスペーサー（３９）と隣接し、スペーサー（３９）を固定することにより、例えば、真空チャックを利用して光ファイバー・フェルールを操作することによって行なわれるアラインメントの過程における光ファイバー・フェルールの総移動量は、僅か約３°に制約される。次いで、第１基板（１３）は、図８に黒色材料（４７）で示される場所に硬化されたエポキシによって、光ファイバーに固定される。

同じく図８に示すように、ワイヤーボンド接合された１×４ 光検出器アレイ・チップ（１１）が取り付けられている第２アルミナ基板（１５）を所定位置に固定したまま、破線矢印（４９）で示すように光ファイバー・フェルールと第１基板（１３）とのアセンブリを操作する。第１基板（１３）と一緒にフェルール（７）をｘおよびｙ軸に沿って移動させ、ｚ軸を中心にフェルール（７）を回転させることによって、４本の光ファイバーを４つの光検出器と位置合わせさせることができる。その結果、アレイ（１１）のそれぞれの光検出器が、第３群の対応の光ファイバーの斜面（２１）の下方に配置される。光ファイバーの斜面（２１）とＶＣＳＥＬとのアラインメントは、ＶＣＳＥＬを電源オフのまま、アラインメント方法を使用するユーザーによって視覚的に行なわれる。一実施形態において、それぞれの光検出器のアクティブ領域を、これと対応する光ファイバーの中心のほぼ真下に配置する。

尚、第２基板（１５）ではなく、光ファイバー・フェルールを、第１基板（１３）と一緒に所定位置に固定してもよい。この場合、アルミナ基板（１５）を操作することによって、光検出器を対応の光ファイバーと位置合わせすることができる。

対応の光ファイバー（２１）の斜面（５４）と向き合うように光検出器を配置した後、構造（７）を基板（１５）に取り付ける。基板（１５）と構造（７）とを互に固定するには、当業者に公知の適当な機械的手段を利用し得る。

この方法の一実施形態において、第２基板（１５）と構造（７）との間にスペーサー（４１）を配置する。光検出器を対応の光ファイバーと位置合わせする過程で、光ファイバー・フェルールがスペーサー（３９）上に置かれることにより、例えば、真空チャックを利用して光ファイバー・フェルールを操作することによって行なわれるアラインメントの過程において、光ファイバー・フェルールの総移動量は僅か約３°に制約される。一旦、光ファイバー・フェルールを第２基板（１５）上に配置して位置合わせした後、例えば、真空吸引ホルダーを使用して光ファイバー・フェルールを所定位置に固定することによって、例えば、４本の光ファイバーから成る第２群における各ファイバーの中心（光ファイバーの結合面中心とも呼ばれる）を光検出器チップ（１５）の素子アレイを構成する各素子のアクティブ領域上に配置可能になる。

次いで、第１基板（１３）と並ぶように光ファイバー・フェルール本体に第２基板（１５）を取り付けるかまたはエポキシ接合することによって、図４ａ（エポキシの図示を省く）に示すようなアセンブリを得る。取り付け手段の他の組み合わせは、特定のアセンブリに必要な取り付けの確実性の高さに応じて選択することができる。例えば、接合手段は、ソニックボンド、サーマルボンドまたは機械的クランプであってもよい。

基板（１３）および（１５）を構造（７）に取り付ける任意の手段が使用可能であることに、留意すべきである。また、アラインメントの間に、構造（７）ならびに／または基板（１３）および（１５）を固定する任意の手段も、任意使用可能である。

一旦、第１基板（１３）と並べて第２基板（１５）が光ファイバー・フェルール本体に取り付けられた場合、両基板間に画定されたギャップが存在するが、その正確な形状は、それぞれの基板におけるＶＣＳＥＬチップおよび光検出器チップの初期位置によって決定される。このギャップが存在することにより、第２基板におけるアレイ・チップ（１１）の位置は、第１基板（１３）におけるアレイ・チップ（９）の位置に左右されることなく、アレイ（９）および（１１）が対応の光ファイバー（２１）の結合面と位置合わせされることを可能にする。

この構成に関しては、レンズ・アレイおよびポリマー光導波材から成る部品を含む光導波路構造も、想定され得る。基本の前提は、２つの極めて小さい部品を、同じ光導波路構造と位置合わせすることである。例えば、それぞれの部品が、各々の比較的大きいサブ・マウントに取り付けられており、アセンブリにおいてそれぞれのサブ・マウントの独立した移動を可能にする想定量の位置公差が、存在する場合である。これは、極めて小さい部品を互に位置合わせした後、光導波路構造と位置合わせする場合とは対照的である。

以上の説明における光電子チップ（９）および（１１）は、対応する基板（１３）および（１５）と共に、素子アレイを有するパッケージとなることが、当業者には理解される。光学的コンポーネントは、発光能力、光検出能力または光導波能力（例えば、マイクロレンズ）を有する任意のタイプの半導体デバイスであり得る。それぞれの素子はさらに、パッケージが構造と隣接した状態で、構造中の光ファイバーの鋭角端と位置合わせされるアクティブ領域を有することを、特徴とする。

それぞれが素子を取り付けられている２つの基板、またはそのような基板を各々含む２つのパッケージを有する、光学アセンブリを、以上に説明した。本発明の範囲を逸脱することなく、３つ以上のパッケージを有するアセンブリを形成することもできることが、理解される。基板の材料は、所要の素子の取り付けに好適であれるアルミ内外の任意の材料であってもよく、例えば、シリコンまたはゲルマニウム合金であってもよい。

さらにまた、上述した態様以外の態様でパッケージと構造とを隣接させてもよく、パッケージの素子と構造中の光ファイバーとの間にスペースを設けるのに、スペーサーデバイスを使用してもしなくてもよい。

ここでは鋭角端を有する構造（７）を説明したが、構造端部は、任意の形状を有し得る。この場合、光電子デバイスのアレイを配置するため、構造（７）を通してユーザーが斜面２１を視認できるように、構造を透明な材料で形成する。また、構造（７）が透明である場合、鋭角端２１を、溝に沿った任意の位置に配置することができる。

構造（７）には、任意の光導波路を埋め込むことができることが、理解される。光導波路は、任意の寸法および断面形状を有し得る。

光学素子アレイ（９）および（１１）を収容可能な任意のパッケージが、基板（１３）および（１５）の代わりに使用され得る。パッケージは、任意の材料で形成され得、そして任意の形状を有し得る。一実施形態において、パッケージまたは基板（１３）および（１５）の寸法は、アレイ（９）および（１１）の寸法よりも大きい。

Ｖ字溝構造に関連して本発明を説明したが、光導波路を収容可能な任意の形状および寸法の溝が使用され得ることが、理解される。溝は、平行に配置されても、平行でなく配置されてもよい。

Claims (28)

1. 光学アセンブリであって、
   光学構造を含み、前記光学構造は、頂面および底面を有し、前記底面に複数の溝を含み、
   複数の光導波路を含み、前記複数の光導波路の各々は、前記複数の溝のうちの対応する溝に埋め込まれていて、一端に結合面を有し、
   少なくとも２つの基板を含み、前記少なくとも２つの基板は、前記複数の光導波路のうち対応の光導波路群の前記結合面と実質的に１対１の関係で位置合わせされた光学コンポーネントのアレイを取り付けられ、
   前記２つの基板は、互に間隔を保って少なくとも１つのギャップを形成し、
   前記少なくとも１つのギャップは、その長さに沿って非定常の幅を有することにより、前記少なくとも２つの基板のそれぞれに取り付けられている前記光学コンポーネントのアレイを、前記対応の光導波路群の前記結合面と位置合わせすることが可能になる、前記光学アセンブリ。
2. 前記複数の光導波路のそれぞれが、前記一端に鋭角端を含み、前記結合面が前記鋭角端と隣接する、請求項１に記載の光学アセンブリ。
3. 前記複数の光導波路が、複数の光ファイバーを含む、請求項１または２に記載の光学アセンブリ。
4. 前記複数の溝が、平行に配置されている、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の光学アセンブリ。
5. 前記少なくとも２つの基板のそれぞれが、光電子コンポーネントのアレイを含む、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の光学アセンブリ。
6. 前記少なくとも２つの基板のうちの第１基板が発光素子を含み、前記少なくとも２つの基板のうちの第２基板が光検出器を含む、請求項５に記載の光学アセンブリ。
7. 前記光学コンポーネントが、中心を有するアクティブ領域を含み、前記アクティブ領域の前記中心は、一線上に等間隔に配置されており、前記ギャップの幅が、２つの隣接する前記中心の間の距離よりも大きい、請求項１に記載の光学アセンブリ。
8. 前記構造と前記少なくとも２つの基板のうちの少なくとも１つとの間に配置されたスペーサーデバイスをさらに含み、前記スペーサーデバイスが、前記光学コンポーネントのうちの１つと前記光導波路のうちの１つとの間にスペースを形成する、請求項１に記載の光学アセンブリ。
9. 前記光学コンポーネントのアレイが、レンズ・アレイを含む、請求項１に記載の光学アセンブリ。
10. 前記少なくとも２つの基板が、２つの基板を含み、前記２つの基板が、鏡像関係にある、請求項１に記載の光学アセンブリ。
11. 前記光学コンポーネントのアレイを２つの基板のうちの対応の基板の縁に配置した請求項１０に記載の光学アセンブリ。
12. 前記２つの基板のそれぞれが光電子コンポーネントのアレイを含み、前記光電子コンポーネントのアレイが、電気的接続を介して前記２つの基板のうちの対応の基板と接続している、請求項１１に記載の光学アセンブリ。
13. 前記電気的接続が、前記２つの基板のうちの前記対応の基板に対する前記光電子コンポーネントの位置公差を与える電気的接続である、請求項１２に記載の光学アセンブリ。
14. 前記構造が、前記複数の光導波路の前記斜面と同一平面関係にある鋭角端を有する、請求項２に記載の光学アセンブリ。
15. 前記構造における前記鋭角端とは反対側のコネクタ端部に設けられた、精密端部結合フェルール部材をさらに含み、前記精密端部結合フェルール部材は、相補関係にあるフェルール部材を導いて前記コネクタ端部において複数の光ファイバーをファイバー対ファイバーの関係で端部結合させ、同時に、結合側もまた前記コネクタ端部と隣接する、請求項１４に記載の光学アセンブリ。
16. 頂面および底面を有し、前記底面に複数の溝を含む構造を供給するステップ、
    それぞれが前記複数の溝のうちの対応する一つの溝に埋め込まれており且つ一端に結合面を有する複数の光導波路を供給するステップ、
    第１光学コンポーネントの第１アレイを第１基板に取り付けるステップ、
    前記第１基板における前記第１光学コンポーネントの前記第１アレイの位置とは独立に第２光学コンポーネントの第２アレイを第２基板に取り付けるステップ、
    前記第１光学コンポーネントの前記第１アレイが前記複数の光導波路のうちの第１光導波路群の前記結合面と実質的に１対１の関係で位置合わせされるように前記第１基板を配置するステップ、
    前記第１基板を前記構造に取り付けるステップ、
    前記第２光学コンポーネントの前記第２アレイが前記複数の光導波路のうちの第２光導波路群の前記結合面と実質的に１対１の関係で位置合わせされ、前記第１基板と前記第２基板とが互に間隔を保ってギャップを形成し、前記ギャップの存在が前記第２基板における前記第２光学コンポーネントの前記第２アレイの位置が前記第１基板における前記第１光学コンポーネントの前記第１アレイの前記位置に左右されないように前記第２基板を配置するステップ、および
    前記第２基板を前記構造に取り付けるステップ
    を包含する、光学アセンブリのコンポーネントを組み立てる方法。
17. 前記第１基板を配置するステップおよび前記第２基板を配置するステップの少なくとも一方において、視覚システムを使用する、請求項１６に記載の方法。
18. 前記第１基板を配置するステップにおいて、前記第１光学コンポーネントの少なくとも１つのアクティブ領域の中心を、前記第１群のうち対応の光導波路の前記結合面の中心と実質的に位置合わせする、請求項１６に記載の方法。
19. 前記第２基板を配置するステップにおいて、前記第２光学コンポーネントの少なくとも１つのアクティブ領域中心を、前記第２群のうち対応の光導波路の前記結合面の中心と実質的に位置合わせする、請求項１８に記載の方法。
20. 第１基板を配置するステップおよび第２基板を配置するステップの少なくとも一方において、前記構造と前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方との間に少なくとも１つのスペーサーデバイスを設ける、請求項１６に記載の方法。
21. 前記第１基板を配置するステップにおいて、
    前記第１基板および第１スペーサーデバイスを固定位置に保持し、
    前記第１コンポーネントの前記第１アレイが前記第１群の光導波路の前記結合面と１対１の関係で位置合わせされるまで前記構造を移動させ、前記移動と前記保持とは同時的に行われ、
    前記移動を行なう間、前記第１コンポーネントの前記第１アレイが前記第１スペーサーデバイス上に置かれる、
    請求項２０に記載の方法。
22. 前記構造の前記移動に、真空化デバイスを使用する、請求項２１に記載の方法。
23. 前記第２基板を配置するステップにおいて、
    前記第２基板および第２スペーサーデバイスを固定位置に保持し、
    前記第２光学コンポーネントの前記第２アレイが前記第２群の光導波路の前記結合面と１対１の関係で位置合わせされるまで前記構造を移動させ、前記移動と前記保持とは同時的に行われ、
    前記移動を行なう間、前記第２コンポーネントの前記第２アレイが前記第２スペーサー上に置かれる、
    請求項２０に記載の方法。
24. 前記複数の光導波路を供給するステップは、複数の光ファイバーを提供するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
25. 前記複数の光導波路を供給するステップは、それぞれが前記一端に鋭角端を有し、前記鋭角端が前記結合面と隣接する、複数の光導波路を提供するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
26. 前記構造を供給するステップは、鋭角端を有する勾配付きの構造を供給するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
27. 前記勾配付きの構造の前記鋭角端と前記複数の光導波路の前記斜面とが同一平面関係に配置される、請求項２６に記載の方法。
28. 頂面および底面を有し、第１構造端から第２構造端へ延びる複数のＶ字溝を前記底面に備え、前記第１構造端および前記第２構造端のいずれか一方が鋭角構造端である光導波構造、
    それぞれが前記複数のＶ字溝のうちの対応の溝に埋め込まれており且つ一端に斜面を有するとともに前記斜面と隣接する結合面を有し、前記斜面と前記鋭角構造端とが同一平面関係に配置されている複数の光ファイバー、
    前記複数の光ファイバーのうちの第１光ファイバー群の前記結合面と実質的に１対１の関係で位置合わせされるように発光器アレイを取り付けられた第１基板、および
    前記複数の光ファイバーのうちの第２光ファイバー群の前記結合面と実質的に１対１の関係で位置合わせされるように光検出器アレイを取り付けられた第２基板、
    を備え、
    前記第１基板と前記第２基板とは、ともに前記光導波構造に取り付けられて、互に間隔を保ってギャップを形成しており、前記ギャップがその長さに沿って非定常の幅を有することによって前記発光器アレイを前記第１光ファイバー群の前記結合面と１対１の関係で位置合わせするとともに、前記光検出器アレイを前記第２光ファイバー群の前記結合面と１対１の関係で位置合わせすることが可能になる、
    光学アセンブリ。

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