JP2014510311A - ２つの光導波路のための光学的カップリングシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、第１のシース（１４，１６）により取り囲まれた第１のコア（１８）を有する第１の光導波路（１４，１６，１８）を、第２のシース（３０）により取り囲まれた第２のコア（２８）を有する第２の光導波路（２６）に接続するための光学的カップリングシステムに関する。ここで、第１の光導波路（１４，１６，１８）の第１のコア（１８）の端面（２０）は、カップリング位置において第２の光導波路（２８，３０）の第２のコア（２８）の端面（３４）に当接し、且つ、第２のコア（２８）は、軸方向において第１のコア（１８）と同一平面上にあり、カップリング位置の領域にて、予め決められた軸方向部分（２３）の少なくとも一部分（２２）にわたり、第２の光導波路（２８，３０）の第２シース（３０）及び第１光導波路（１４，１６，１８）の第１シース（１６）の両方が協働して、予め決められた部分（２２）における光導波路のクラッドを形成する。

Description

本発明は、請求項１の前文に従って、第１のシースにより取り囲まれた第１のコアを有する第１の光導波路を、第２のシースにより取り囲まれた第２のコアを有する第２の光導波路に接続するための光学的カップリングシステムに関する。

集積された光信号接続を有するプリント回路基板は、次世代の基板レベルでの信号接続の代表である。いわゆる光電子プリント回路基板は、さらなる小型化と、製品機能の集積密度の増大とを必要とする非常に複雑なアプリケーションの実現を可能にするように設計され、その結果、プリント回路基板のより高い製品付加価値を達成することを可能にする。光接続部を有するプリント回路基板は、コンポーネント、モジュール又は機能ユニット間で非常に高いデータフローを必要とする用途（例えばハイエンドコンピュータ用のアプリケーション）、電磁場からの干渉への抵抗を必要とする用途（例えば自動車及び航空用のアプリケーション）、又は、接続長さのスペース節約型デザインを必要とする用途（例えばモバイル用のアプリケーション）に、或いは、抵抗性の銅導体トレースと比較してエネルギーの節約が要求される場合に用いられるであろう。

長距離範囲の光学データ伝送は、数十年にわたり既に知られている。例えば、光ファイバ又は光導波路（ＯＷＧ／ＬＷＬ）は、大陸間、大都市間、及び「ローカルエリア」ネットワークにおけるデータ転送のために既に長年使用されている。したがって、プリント回路基板同士の接続、又は、プリント回路基板内の集積された光接続を実現するために光導波路を用いることが、次の段階となる。グラスファイバ又はポリマーファイバが、平面型ポリマー導波路と同様に光導波路として用いられており、これについて、まだ研究が行われている。平面型ポリマー導波路は光減衰に関してグラスファイバよりも劣っているが、例えば、プリント回路基板上で用いられる場合など、短距離においては許容範囲内であり、また、平面型ポリマー導波路は、処理可能性及び製造可能性、小型化、設計自由性、そして、特にコストに関して非常に大きい利点を有する。

集積された光接続をプリント回路基板上で光導波路（平面導波路技術）を用いて実現することの最大の課題は、光電子部品、又は例えば、外部のグラスファイバケーブルなどの「外界」との接続を形成する光コネクタモジュールと、導波路端部との接続である。

本発明の目的は、２つの光導波路のカップリングを改良することである。

この目的は、本発明により、請求項１に記載されている特徴を有する上記のタイプの光学的カップリングシステムを用いることにより達成される。本発明の有利な実施形態が、さらなる請求項に記載されている。

本発明によれば、上記のタイプの光学的カップリングシステムにおいて、第１の光導波路の第１のコアの端面は、カップリング位置において第２の光導波路の第２のコアの端面に当接し、且つ、第２のコアは、軸方向において第１のコアと同一平面上にあり、カップリング位置の領域にて、予め決められた軸方向部分の少なくとも部分にわたり、第２の光導波路の第２シース及び第１の光導波路の第１シースの両方が協働して、予め決められた部分における光導波路のクラッドを形成する。

これは、接続されるべき２つの光導波路が、これらの２つの光導波路を単に互いに押し合わせるだけで、空間における少なくとも２つの方向において、互いに対して正確に位置合わせされることができるという利点を有する。

プリント回路基板上の平面型ポリマー光導波路のグラスファイバ又はポリマーファイバとのカップリングは、以下のように実現される。すなわち、第１の光導波路は、プリント回路基板上に形成され、ポリマーシースにより取り囲まれたポリマーコアを有するポリマー光導波路である。

接続されるべき光導波路のさらなる軸方向の位置合わせは、以下のように達成される。すなわち、第２の光導波路がフェルール内に埋め込まれ、少なくとも１つの第１のガイド装置がフェルール上に配置され、少なくとも１つの第２のガイド装置がプリント回路基板上に配置され、第１のガイド装置及び第２のガイド装置は、空間における少なくとも１つの方向において、第２のコアの位置決めと第１のコアの位置決めとが軸方向に調整されるように相互作用するために設計される。

第２のガイド装置の簡単な製造は、おそらくは、同時に、ポリマー光導波路のために用いられるプロセスと同一の製造プロセス、特に、リソグラフィプロセスにおいて、第２のガイド装置がポリマー光導波路と同一の材料から製造されることにより達成される。

プリント回路基板上の平面型ポリマー光導波路の、外部の信号処理装置への接続は、以下のように達成される。すなわち、第２の光導波路が、シース及び光導波路コアを有する、プリント回路基板に対して外部の光導波路であり、特には、グラスファイバ又はポリマーファイバの光導波路である。

接続されるべき光導波路の正確な位置決めのための接触面の、特に簡単でしかも正確な製造は、以下のように達成される。すなわち、予め決められた軸方向部分の少なくとも一部分において、第２のコアは、第２シースにもともと面していた第２のコアの第１の面を露出させるように第２のシースが取り去られ、また、第１の光導波路は、第１シースの残りの部分が、第１のコアにもともと面していた第２の面を露出させるように第１シース及び第１のコアの一部が取り去られ、第２のコアの第１面は、第１シースの第２面に接触する。

接続されるべき光導波路の正確な位置決めのさらなる単純化が、以下のように達成される。すなわち、予め決められた軸方向部分の少なくとも一部分において、第１のコアは、第１のコアの、第１シースにもともと面していた第３の面を露出させるように第１シースが取り去られ、また、第２の光導波路は、第２の光導波路の第２シースの残りの部分が、第２のコアにもともと面していた第４の面を露出させるように、第２シース及び第２のコアの一部が取り去られ、第１のコアの第３の面は、第２の光導波路の第２シースの第４の面に接触する。

本発明を、図面を参照しつつ、より詳細に説明する。

プリント回路板上のポリマー光導波路の概略部分図である。 本発明による光学的カップリングシステムの例示的な実施形態の組立ての第１段階における概略部分図である。 図２に示した本発明による光学的カップリングシステムの実施形態の組立ての第２段階における概略部分図である。 図１に示したプリント回路板上のポリマー光導波路の上面図である。 図２及び図３に概略的に示したグラスファイバ光導波路を有するフェルールの例示的な実施形態の概略的上面図である。

図１は、硬質の基板１０及び追加の層１２を有するプリント回路基板上に形成されたポリマー光導波路を示す。或いは、層１０，１２は、プリント回路基板上の一部から作ることもできる。ポリマー光導波路は、層１２上に平面型の構造物として構築され、第１のポリマーシース１４及び第２のポリマーシース１６を含み、これらのシースの間にポリマーコア１８が配置される。ポリマーコア１８及びポリマーシース１４，１６は、同一のポリマー材料から製造される。ポリマーコア１８の材料は、ポリマーシース１４，１６の材料よりも屈折率が高く、これにより、光導波路が画成される。

本発明によれば、ポリマー光導波路は、ポリマーコア１８にもともと面していた第１のポリマーシース１４の第２の面２４を露出させるように、ポリマーコア１８の端面２０の付近で、予め決められた軸方向部分２３（図２）の部分２２にわたって第２のポリマーシース１６及びポリマーコア１８が取り去られる。或いは、ポリマー光導波路は、対応する「ステップ（段状部）」により直接製造される。

図２は、フェルール３２内に配置された、グラスファイバコア２８及びシース３０を有するグラスファイバ光導波路２６を示す。本発明によれば、グラスファイバ光導波路２６は、シース３０にもともと面していたグラスファイバコア２８の第１面３６を露出させるように、予め決められた軸方向部分２３の部分２２よりも軸方向において長い、シース３０の予め決められた軸方向部分２３にわたる部分が、グラスファイバコア２８の端面３４付近にて取り去られる。

ポリマー光導波路１４，１６，１８とグラスファイバ光導波路２６とを、光を伝送するように光学的に接続する本発明によるカップリングシステムを製造するために、上記のように作成されたグラスファイバ光導波路２６を有するフェルール３２が、上記のように作成されたポリマー光導波路１４，１６，１８を有するプリント回路基板１０，１２に、図２の矢印３８により示されているように押し付けられ、これにより、第１の面と第２の面と（２４，３６）が互いに当接し、又は互いに接触する。この状態が図３に示されている。任意には、光学的に接続するために、接着剤層（図示せず）が、ポリマーコア１８の端面２０とグラスファイバコア２８の端面３４との間に、さらに配置される。本発明によれば、グラスファイバコア２８は、このようにポリマーコア１８に直接的にカップリングされる。任意には、機械的接続のために、硬質の基板１０の面２５とフェルール３２の面３７との間に接着剤層が設けられる。

すなわち、ポリマー光導波路１４，１６，１８は、部分２２にわたってステップ状に形成され、グラスファイバ光導波路２６は、部分２３にわたってステップ状に形成され、部分２３は部分２２よりも長い。この結果、端面２０と端面３４とが互いに確実に接触する。

図４は、ポリマー光導波路を有するプリント回路基板１０，１２の上面図である。図４におけるｘ−ｙ座標軸４０が、空間における２つの方向、すなわち、ｘ方向及びｙ方向を示し、ｘ方向とｙ方向とは互いに対して垂直であり、且つ、図４の表示面上に配置されている。第３の方向ｚが、図４の表示面に対して垂直方向に向いている。これは、図１及び図２のｚ−ｙ座標軸４２に見られる。第２の面２４は、ｚ方向において、カップリングされるべき２つの光導波路の正確な位置決めを保証する。当接する端面２０と端面３４とが、ｙ方向において、カップリングされるべき２つの光導波路の正確な位置決めを保証する。

ｘ方向において、カップリングされるべき２つの光導波路の正確な位置決めを保証するために、図４に見られるように、水平方向のガイド構造物４４が、プリント回路基板上に、又は、プリント回路基板の層１２上に形成されている。これらの水平方向のガイド構造物４４は、図５に見られるようなフェルール３２内に形成されたガイドボア４６と協働する。

本発明は、プラグ着脱可能な光学的インタフェースに関連し、また、平面型ポリマー導波路システム１４，１６，１８を有するプリント回路基板１０，１２に由来し、これは、光ファイバに接続されるべき導波路端部における特別なステップ（段状）構造を有する。示されている実施形態において、光学的カップリングシステムの、ポリマー光導波路システム１４，１６，１８に光学的及び機械的に接続されるべき第２の部品は、ＭＴフェルール（ＩＥＣ（国際電気標準会議）６１７５４−５に従う規格）又は類似の要素であり、これらの部品は、少なくとも１つのグラスファイバシステム３０，３４を用いて慣用の方法で接続される。グラスファイバ光導波路システム３０，３４を有するフェルール３２と、ポリマー光導波路１４，１６，１８とは、これらがステップ（段状）構造（図１及び図２）であるように仕上げられている。ここで、両方の部品（プリント回路基板１０，１２と、例として、ＭＴフェルール３２）は、正確に、互いに押し付け合わせることができ、こうして、最適な光学的カップリングが、プリント回路基板１０，１２上のポリマー導波路１４，１６，１８と、ＭＴフェルール３２（例として用いる）内のグラスファイバ導波路２６との間に達成される。固定するために、２つの部品は、例えば接着結合される。すなわち、ポリマー導波路１４，１６，１８はプリント回路基板１０，１２上に接着され、グラスファイバ光導波路２６はフェルール３２内に接着される。

両方の部品が、以下の特性を有する。導波路の端面、又は、ポリマーコア１８及び光導波路コア２８の端面２０，３４が、非常に高い光学的品質、基準マーク又はガイド４４，４６を有し、これにより、これらの部品は、部品が機械的に固定されるプリント回路基板（面２５を参照）の導波路及びキャビティに関して正確に位置合わせされる。この概念は、マルチモード及びシングルモード光導波路の両方に適している。

本発明によれば、プリント回路基板１０，１２上の平面型ポリマー導波路１４，１６，１８と、グラスファイバ光導波路２６（例えば、ＭＴフェルール３２内の）との直接的な光学的カップリングを含むインタフェース概念（光学的カップリングシステム）がこのように提示される。

プリント回路基板１０，１２は、平面型光導波路（平面光導波路）１４，１６，１８を備えている。プリント回路基板１０，１２は、例えばＦＲ４などの硬質の基板１０及び、硬質であり、或いは可撓性であってもよく、例えば、ポリイミドからなる追加の層１２を含む。層１２に光導波路１４，１６，１８が付与され、これらは、平坦に付与されたポリマーシース（クラッド）１４、組み込まれた導波路コア又はポリマーコア１８、及び、平坦に付与されたさらなるポリマーシース（クラッド）１６を有する。ポリマーシース又はクラッド層１４、１６は、同一の材料から製造される。導波路コア１８の材料は、クラッド層１４、１６の材料よりも高い屈折率を有し、これが、ポリマー光導波路を画成する。ポリマー光導波路１４，１６，１８と同一の材料からなり、且つ同一のリソグラフィプロセスにより作成された水平方向のガイド構造物１６も付与される。

プリント回路基板１０，１２は、以下の３つの構造特徴が、ポリマー導波路コア１８に対する、接続されるべき部品の位置を正確に画定するように構成される。すなわち、ｙ方向における位置が、第１のレベル４８（図４，図５）により画定される。これは、接続されるべき部分が、端面２０との接触点までガイドされることによる。ｚ方向における位置は、第２面２４により画定される第２のレベル５０（図２）により調整される。ｘ方向における位置は、第３のレベル５２又は水平方向のガイド構造物４４により調整される。これらの３つの位置決め構造４８，５０及び５２は、マーカを用いて間接的に決定されるのではなく、導波路に直接接続されるため、カップリングされるべき光導波路間の非常に正確な位置合わせが実現される。

グラスファイバ光導波路の例示的な実施形態は、図５に示されているような、標準的なＭＴフェルール３２である。この標準ＭＴフェルール３２は、ガイドボア４６を有する。さらに、この標準ＭＴフェルール３２の端面が、フェルール３２内に嵌め込まれたファイバもまた端面３４で光学的に高品質の表面を有するように、公知の方法で研磨される。フェルール３２のさらなる特徴は、例えば研削及び研磨により作成されるステップ（段状部分）である。このステップ（段状部分）の深さは、ファイバコア２８の上側３６により画定され、したがって、第４のレベル５４を形成する。プリント回路基板１０，１２上のポリマー光導波路１４，１６，１８とのカップリングにおいて、第４のレベル５４が、ｙ方向における位置を画定し、したがって、第４のレベル５４は、第１のレベル４８に対応する部分となる。第５のレベル５６（図２）は、ｚ方向における位置を画定し、第５のレベル５６は、第２のレベル５０に対応する部分となる。第６のレベル５８と、ｘ方向における位置（第３のレベル５２に対応する部分）とが、ＭＴフェルール３２内に既に存在する、非常に正確に形成されたガイドボア４６を介して画定される。

２つの部品、すなわち、フェルール３２とプリント回路基板１０，１２とが、互いに容易に押し合わされることができ、これにより、光学的カップリングシステムを形成する。プリント回路基板１９，１２上の平面型ポリマー光導波路１４，１６，１８のポリマーコア１８と、ＭＴフェルール３２内の、グラスファイバからなるグラスファイバコア２８とが、位置ｘ，ｙ及びｚにおいて互いに対して正確に位置合わせされる。２つの部品は、２つの面２５，３７の間の接触領域にて、機械的安定性を高めるために、互いに接着させることができる。導波路コア１８，２８に適合した屈折率を有する光学接着剤を、平面型導波路の端部（端面２０）とファイバ端部（端面３４）との間に付与して、空隙の形成を防止することもできる。

本発明は、光プリント回路基板（平面型の光学的ポリマー光導波路１４，１６，１８を有する光プリント回路基板１０，１２）が、グラスファイバ光導波路のグラスファイバ又はポリマーファイバに、修正された標準的ＭＴフェルール３２又は類似のデザインを有する要素を用いて、受動的に、光学的に接続される。この光学的インタフェースは、光学データ伝送において将来益々重要な役割を果たすであろう光プリント回路基板が、既に数十年も用いられているような標準的な光ファイバに接続されることを可能にする。

本発明は、ポリマー導波路がプリント回路基板に、例えば、光ファイバなどのカップリングモジュールを介して接続される全ての光学用アプリケーションに使用することができる。アプリケーションの範囲は、ハイエンドのコンピュータの分野及びファイバトゥザホーム用のアプリケーションの分野におけるデータ伝送のソルーションから、エンターテイメント分野用の光学的カップリングシステムにわたる。

本発明により、光ファイバとプリント回路基板上のポリマー光導波路との間の、３次元的、すなわち、互いに垂直な３方向における正確な位置合わせのための構造を有する受動的なカップリングシステムが提供される。

Claims (4)

1. 第１のシース（１４，１６）により取り囲まれた第１のコア（１８）を有する第１の光導波路（１４，１６，１８）を、第２のシース（３０）により取り囲まれた第２のコア（２８）を有する第２の光導波路（２６）に接続するための光学的カップリングシステムであって、前記第１の光導波路（１４，１６，１８）の前記第１のコア（１８）の端面（２０）が、カップリング位置において前記第２の光導波路（２８，３０）の前記第２のコア（２８）の端面（３４）に当接し、且つ、前記第２のコア（２８）が、軸方向において前記第１のコア（１８）と同一平面上にあり、前記カップリング位置の領域にて、予め決められた軸方向部分（２３）の少なくとも一部分（２２）にわたり、前記第２の光導波路（２８，３０）の前記第２シース（３０）及び前記第１の光導波路（１４，１６，１８）の前記第１シース（１６）の両方が協働して、前記予め決められた部分（２２）における前記光導波路のクラッドを形成し、前記第１の光導波路（１４，１６，１８）が、ポリマーシース（１４，１６）により取り囲まれたポリマーコア（１８）を有するプリント回路基板上に形成されたポリマー光導波路である光学的カップリングシステムにおいて、
   前記第２の光導波路（２８，３０）がフェルール（３２）内に埋め込まれ、
   少なくとも１つの第１のガイド装置（４６）が前記フェルール（３２）上に配置され、
   少なくとも１つの第２のガイド装置（４４）が前記プリント回路基板（１０，１２）上に配置され、
   前記第１のガイド装置及び第２のガイド装置（４４，４６）は、空間における少なくとも１つの方向において、前記第２のコア（２８）の位置決めと第１のコア（１８）の位置決めとが軸方向に調整されるように相互作用するために設計され、
   前記第２のガイド装置（４４）が前記ポリマー光導波路（１４，１６，１８）と同一の材料から製造されることを特徴とする光学的カップリングシステム。
2. 請求項１に記載の光学的カップリングシステムにおいて、
   前記第２の光導波路（２８，３０）は、シース（３０）及び光導波路コア（２８）を有する、前記プリント回路基板（１０，１２）に対して外部の光導波路であり、特に、グラスファイバ又はポリマーファイバの光導波路であることを特徴とする光学的カップリングシステム。
3. 請求項１又は請求項２に記載の光学的カップリングシステムにおいて、
   前記予め決められた軸方向部分（２３）において、前記第２のコア（２８）は、前記第２シース（３０）にもともと面していた前記第２のコア（２８）の第１の面（３６）を露出させるように、前記第２のシース（３０）が取り去られ、また、前記第１の光導波路（１４，１６，１８）は、前記第１シース（１４，１６）の残りの部分（１４）が前記第１のコア（１８）にもともと面していた第２の面（２４）を露出させるように、前記第１シース（１４，１６）及び前記第１のコア（１８）の一部が取り去られ、
   前記第２のコア（２８）の前記第１面（３６）が、前記第１シース（１４）の前記第２面（２４）に接触することを特徴とする光学的カップリングシステム。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光学的カップリングシステムにおいて、
   前記予め決められた軸方向部分（２３）の少なくとも一部分（２２）において、前記第１のコア（１８）は、前記第１のコア（１８）の、前記第１シース（１４，１６）にもともと面していた第３の面を露出させるように前記第１シース（１４，１６）が取り去られ、また、前記第２の光導波路（２８，３０）は、前記第２の光導波路（２８，３０）の前記第２シース（３０）の残りの部分が、前記第２のコア（２８）にもともと面していた第４の面を露出させるように、前記第２シース（３０）及び前記第２のコア（２８）の一部が取り去られ、
   前記第１のコア（１８）の前記第３の面が、前記第２の光導波路（２８，３０）の前記第２シース（３０）の前記第４の面に接触することを特徴とする光学的カップリングシステム。
   

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