JP2018045240A - 光回路スイッチコリメータ装置および光学レンズアレイ - Google Patents

Abstract

【課題】所望の性能特性を満たす光回路スイッチ用のコリメータ装置およびコリメータレンズアレイを提供する。【解決手段】コリメータは、ホールアレイに配置された複数の光ファイバーを含むファイバーアレイを含む。光学レンズアレイがファイバーアレイに整列され、結合される。スペーサがファイバーアレイと光学レンズアレイとの間に配置され、光学レンズアレイにおけるレンズとファイバーアレイにおける対応するファイバーとの間に実質的に均一の間隔を提供する。複数のパッドが、光学レンズアレイに面するスペーサの表面の縁に沿って位置付けられ、スペーサと光学レンズアレイとの間に第１の分離間隙を規定する。第１のエポキシがスペーサを光学レンズアレイに接合し、第２のエポキシがスペーサをファイバーアレイに接合する。光学レンズアレイは、２次元アレイにおいてレンズを規定する第１の表面を有するガラス基板を含む。【選択図】図２Ｂ

Description

本明細書は一般に光ネットワークに関し、より特定的には光回路スイッチコリメータに関するものの、それに限らない。

光回路スイッチ（optical circuit switch：ＯＣＳ）は、光回路スイッチングネットワークの中核である。ＯＣＳは複数の光コリメータ（たとえば受動コリメータ）を含み、それらは、ＯＣＳに結合された光ファイバーの中に、および光ファイバーから外に光信号を方向付ける。ファイバーコリメータの例示的な性能特性は、挿入損失、ビームウエスト径の不変性、ＯＣＳ光路の中央に対するビームウエストの位置、およびランダムビーム指向誤差の程度を含む。エッチングされたシリコンまたはポリマーレンズアレイを使用している既存のＯＣＳコリメータは、所望の性能特性を満たさない場合がある。

米国特許第５０７７６２２号明細書 米国特許第６４８３０７１号明細書 米国特許第６５９７５１０号明細書 米国特許第７１７６４０７号明細書 米国特許第８１６２６５６号明細書 米国特許出願公開第２００１／００２４５４８号明細書 中国特許第１０１４０８６４７号明細書 特開平０７−３１８８６０号公報 特開平０８−１５２５８１号公報

本技術のさまざまな局面によれば、光回路スイッチ用のコリメータ装置およびコリメータレンズアレイが提供される。本技術の一局面によれば、コリメータは、ホールアレイ（hole array）に配置された複数の光ファイバーを含むファイバーアレイを含む。光学レンズアレイがファイバーアレイに整列され、結合される。スペーサがファイバーアレイと光学レンズアレイとの間に配置され、光学レンズアレイにおけるレンズとファイバーアレイにおける対応するファイバーとの間に実質的に均一の間隔を提供する。複数のパッドが、光学レンズアレイに面するスペーサの表面の縁に沿って位置付けられ、それにより、スペーサと光学レンズアレイとの間に第１の分離間隙を規定する。第１のエポキシがスペーサを光学レンズアレイに結合し、第２のエポキシがスペーサをファイバーアレイに結合する。

本技術の別の局面によれば、光学レンズアレイは、２次元アレイにおいて配置された複数のレンズを規定する第１の表面を有するガラス基板を含む。レンズは実質的に同一であり、それぞれの曲率半径は各々、光学レンズアレイにおける他のレンズの曲率半径と１％以下しか違わない。レンズは、２次元アレイにおいてピッチ誤差が１マイクロメートル（μｍ）未満で均一に配置される。

本技術の他の構成は、本技術のさまざまな構成が例として図示され説明される以下の詳細な説明から当業者には容易に明らかとなるであろう、ということが理解される。認識されるように、本技術は他のおよび異なる構成が可能であり、そのいくつかの詳細は、さまざまな他の点で、本技術の範囲からまったく逸脱することなく変更が可能である。したがって、図面および詳細な説明は、本質的に例示的であり、限定的ではないと見なされるべきである。

一層の理解を提供するために含まれ、本明細書に援用されてその一部を構成する添付図面は、開示された局面を例示し、明細書とともに、開示された局面の原理を説明するよう機能する。

本技術の１つ以上の局面に従った光回路スイッチ（ＯＣＳ）の一例を示す図である。 本技術の１つ以上の局面に従ったＯＣＳコリメータアセンブリの一例を示す図である。 本技術の１つ以上の局面に従ったＯＣＳコリメータアセンブリの分解図を示す図である。 本技術の１つ以上の局面に従ったファイバーコリメータの一例を示す図である。 本技術の１つ以上の局面に従った、ファイバーコリメータに含まれるコリメータアレイの正面図を示す図である。 本技術の１つ以上の局面に従った成型ガラス光学レンズアレイを示す図である。 本技術の１つ以上の局面に従った、成型ガラスレンズおよびスペーサを通る光平行化を示す図である。 本技術の１つ以上の局面に従った、図３Ｃの成型ガラス光学レンズアレイを製造する例示的な方法を示すフロー図である。 本技術の１つ以上の局面に従った、図２のＯＣＳコリメータ装置を製造する例示的な方法を示すフロー図である。 本技術の１つ以上の局面に従った、図２のコリメータの反射減衰量の例示的なチャートを示す図である。 本技術の１つ以上の局面に従った、反射防止（anti-reflection：ＡＲ）コーティングがある場合、およびない場合の、図２のコリメータの反射減衰量の例示的なチャートを示す図である。

詳細な説明
ここに開示されるのは、光回路スイッチ用のコリメータ装置およびコリメータレンズアレイである。本技術の１つ以上の局面では、コリメータ装置は、ホールアレイに配置された複数の光ファイバーで形成されたファイバーアレイを含む。光学レンズアレイがファイバーアレイに整列され、光学的に結合される。スペーサがファイバーアレイと光学レンズアレイとの間に配置される。スペーサは、光ファイバーとの屈折率整合、および、光学レンズアレイとファイバーアレイとの間の均一な平行化距離（collimation distance）を提供し、コリメータ装置のビームのビームウエストサイズおよび位置の制御を可能にする。

いくつかの実現化例では、光学レンズアレイは、表面形状誤差が２００ナノメートル（ｎｍ）未満であることを特徴とする、好適な形状に成型された実質的に同一の複数のガラスレンズを含む。ガラスレンズは、光学レンズアレイにおいてピッチ誤差が１マイクロメートル（μｍ）未満で均一に配置される。ガラスレンズの曲率半径は実質的に同一である。すなわち、レンズアレイ全体にわたって、ガラスレンズの曲率半径は１％以下しか違わない。第１のエポキシ層は、スペーサと光学レンズアレイとの屈折率整合を提供し、第２のエポキシ層は、スペーサと光ファイバーとの屈折率整合を提供し得る。第１および第２のエポキシ接合剤は、ここにより詳細に説明されるように、スペーサの第１および第２の表面全体にわたって均一に施される。

図１は、本技術の１つ以上の局面に従った光回路スイッチ（ＯＣＳ）１００の一例を示す図である。ＯＣＳ１００は全光スイッチングマトリクスであり、入力受動コリメータ１１０（たとえば、１１０−１、１１０−２…１１０−Ｎ）と、ミラーアレイ１２０と、出力受動コリメータ１３０（たとえば、１３０−１、１３０−２…１３０−Ｎ）とを含む。入力受動コリメータ１１０は、（たとえば約１２８〜１０００という範囲にある）Ｎ本の光ファイバーに結合された複数の受動コリメータを含む。入力光１０８が、光ファイバーを通って入力受動コリメータ１１０に入射する。各光ファイバーを通って伝送された光は、１つ以上の光波長（λ_ｉ）を含む。出力受動コリメータ１３０からの出力光１３２が１組の出力光ファイバーに提供され、それらは各々、１つ以上の光学波長（λ_ｉ）の光を搬送する。コリメータは別々の個々のコリメータであってもよく、または、たとえば図２Ａに示すようなコリメータアレイになるよう組合されてもよい。入力受動コリメータ１１０と出力受動コリメータ１３０とは構造上同様であり、以下により詳細に説明される。ミラーアレイ１２０は、入力受動コリメータ１１０に結合された個々の光ファイバからの光ビームを、出力受動コリメータ１３０に結合された選択された光ファイバーに選択的に方向付けることができる、微小電気機械システム（micro-electro-mechanical system：ＭＥＭＳ）ベースのマイクロミラーアレイである。ＭＥＭＳベースのマイクロミラーアレイ（以下「ＭＥＭＳアレイ」）１２０は、基板１２４上に形成された複数のマイクロミラー１２２を各々有する２組のマイクロミラーアレイを含む。各マイクロミラー１２２の状態は、ＭＥＭＳアレイ１２０における各ミラーに関連付けられた２つの電極間に電圧を印加することによって制御され得る。たとえば、ＭＥＭＳアレイ１２０におけるミラーを回転させることにより、入力受動コリメータ１１０に結合された任意の入力ファイバーからの光が、出力受動コリメータ１３０に結合された任意の出力ファイバーに結合され得る。点線の経路１１２は、潜在的なビーム指向誤差の結果であり、それは、ＭＥＭＳアレイ１２０の個々のミラーの位置を制御する制御システムによって補正され得る。

図２Ａ〜図２Ｂは、本技術の１つ以上の局面に従った、ＯＣＳコリメータアセンブリ２００Ａの一例、およびその分解図２００Ｂを示す図である。図２Ａに示すＯＣＳコリメータアセンブリ２００Ａ（以下「コリメータ２００Ａ」）は、コリメータアレイ２５０と、取付フランジ２４０と、光ファイバー２３２とを含む。フランジ２４０は、ステンレス鋼、インバー、または任意の他の好適な材料で作成可能であり、コリメータアレイ２５０をＯＣＳアセンブリ２００Ａに固定する。コリメータアレイ２５０のさらなる詳細が分解図２００Ｂに示され、分解図２００Ｂに関して説明される。コリメータアレイ２５０は、分解図２００Ｂに示すように、光学レンズアレイ２１０と、スペーサ２２０と、ファイバーアレイ２３０と、ホールアレイ２４２と、第１のエポキシ２１２と、第２のエポキシ２２２とを含む。図１に示す出力コリメータ１３０といった、ＯＣＳの出力コリメータに使用される場合、平行化された入力光ビームが自由空間から光学レンズアレイ２１０に入射し、集束された出力光がファイバーアレイ２３０の光ファイバー２３２に結合される。図１に示す入力コリメータ１１０といった、ＯＣＳの入力コリメータに使用される場合、入力光は光ファイバーアレイ２３０の光ファイバー２３２から入射し、図１に示すＭＥＭＳアレイ１２０への平行化された出力光ビームとして光学レンズアレイ２１０から出射する。光学レンズアレイ２１０は、好適な形状の複数の（たとえば１５０〜２００個の）マイクロレンズ（「小型レンズ」とも呼ばれる）を含み、約１５×１５ｍｍ^２〜２５×２５ｍｍ^２であり得る、２次元（２Ｄ）マイクロレンズアレイである。いくつかの実施形態では、光学レンズアレイ２１０は、ガラス、たとえば、１５５０ｎｍでの屈折率が１．７８である高屈折率ガラスを使用して、（たとえば成型を介して）作製される。１つ以上の実施形態では、小型レンズは、約３．３８ｍｍという有効焦点距離と、光学レンズアレイの全小型レンズにわたって１％以下しか違わない約２．６３ｍｍという同一の曲率半径とを有する球形である。いくつかの実施形態では、曲率半径および有効焦点距離の他の値が使用されてもよい。高屈折率ガラスは、球形レンズが、球面収差による著しい挿入損失代償なく使用されることを可能にする。レンズ表面形状誤差は２００ｎｍ未満であり得る。この精密作製は、向上したファイバー結合効率および低挿入損失（たとえば、＜０．５ｄＢ）をもたらし得る。

１つ以上の実施形態では、光学レンズアレイ２１０は、所望のレンズ曲率半径と同様の曲率半径を有する形作られた（たとえば球形の）チップを使用して好適な材料でマイクロ機械加工されたレンズアレイ金型を使用して作製される。いくつかの実現化例では、＜２００ｎｍ以内で小型レンズの完全な（またはほぼ完全な）球形を達成するために、金型は、１ミクロン刻みで再度機械加工され、次に、各機械加工の試みの後に再度測定される。金型の完全な（またはほぼ完全な）形がいったん達成されると、金型は、多くの（たとえば数千もの）レンズアレイを作るために使用され得る。ガラスは好適な温度で成型され、後処理される。後処理は、反射防止コーティングをレンズに追加することと、縁を最終的な所望の寸法にダイシングすることとを含む。

スペーサ２２０は、光学レンズアレイ２１０の寸法に整合する表面寸法（たとえば、〜２０×２０ｍｍ）と好適な厚さ（たとえば、４ｍｍ）とを有するガラス（たとえば、ショット（Schott）Ｂ３３ガラス）で作られた、パターン化されたスペーサであり得る。スペーサに使用されるガラスは、その屈折率がファイバーアレイ２３０の光ファイバー（たとえば、ＳＭＦ２８タイプ）のドープされたコアに良好に整合される（たとえば、１％未満以内）ように選択される。スペーサ２２０は、好適な材料（たとえば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）／クロム（Ｃｒ））で作られた複数のパッド２２４を含む。パッド２２４は、光学レンズアレイ２１０とスペーサ２２０との間に、均一で制御された分離間隙を設定する。パッド２２４は、スペーサ２２０の第１の表面の縁（たとえば隅）にリソグラフィでパターン化される。いくつかの実施形態では、パッド２２４の寸法は、約５×１ｍｍ×高さ５μｍである。材料は、均一の厚さを形成するために当業者には公知の化学蒸着（chemical vapor deposition：ＣＶＤ）または物理層堆積（physical layer deposition：ＰＬＤ）手法を使用して堆積され、次にエッチングされて、均一の高さのパッドを提供する。パッド２２４は、光学レンズアレイ２１０の小型レンズを通って伝搬する光を妨げないように、スペーサ２２０および光学レンズアレイ２１０の外寸の内側であるものの、光学レンズアレイ２１０の開口の外側に作成され得る。いくつかの実施形態では、スペーサガラスは、およそ＋／−２μｍの厚さ公差で精密研磨される。第１のエポキシ２１２は光路連結エポキシであり、その屈折率はスペーサ２２０に整合される（２％未満以内）。第１のエポキシ２１２はスペーサ２２０を光学レンズアレイ２１０に結合する。第２のエポキシ２２２はスペーサ２２０を、１５５０ｎｍでのコア屈折率が約１．４６８である光ファイバーを有するファイバーアレイ２３０に結合する。

いくつかの実施形態では、コリメータアセンブリ２００Ａは、ファイバーアレイ２３０を集団で形成する、ホールアレイ２４２の穴に固定された最大１７６本の光ファイバーで作られ得る。光ファイバー２３２は、穴の配置が光学レンズアレイ２１０のレンズの幾何学的配置に整合し、当該レンズの幾何学的配置が次に図１のＭＥＭＳアレイ１２０の幾何学的配置に整合するように、（たとえば、シリコン、ガラス、または金属製の）ホールアレイにおいて組み立てられたシングルモードファイバー（たとえば、ＳＭＦ２８）であり得る。コリメータアレイ２５０は、取付フランジ２４０に装着されている。

図３Ａ〜図３Ｄは，本技術の１つ以上の局面に従った、ファイバーコリメータ３００Ａの一例、ファイバーコリメータ３００Ａに含まれるコリメータアレイ２５０の正面図３００Ｂ、成型ガラス光学レンズアレイ３００Ｃ、ならびに、成型ガラスレンズ３３２およびスペーサ３７０を通る光平行化を示す図である。図３Ａのファイバコリメータ３００Ａは、光ファイバー２３２と、取付フランジ２４０と、コリメータアレイ２５０とを含む。光ファイバー２３２はＳＭＦ２８光ファイバーなどのシングルモードであってもよく、上述のホールアレイにおいて組み立てられ、取付フランジ２４０に装着されている。光ファイバー２３２は、全光またはハイブリッド光電気ネットワークにおける用途に適するように、任意の所望の長さで作られ得る。コリメータアレイ２５０は、光学レンズアレイ２１０と、スペーサ２２０と、第１のエポキシ２１２および第２のエポキシ２２２と、ホールアレイ２４２に取り付けられたファイバーアレイ２３０とを含み、それらはすべて図２Ｂに示され、上述されたものである。

図３Ｂの正面図３００Ｂに示すコリメータアレイ２５０は光学レンズアレイ２１０を含み、それは第１のエポキシ２１２を使用してスペーサ（たとえば図２の２２０）に結合され、第２のエポキシ２２２を介してファイバーアレイ２３０に結合され、ファイバーアレイ２３０は次にホールアレイ２４２に固定される。光学レンズアレイ２１０は、図示されるように、多くの（たとえば１７６個の）小型レンズ３３２を含む。例示的な小型レンズ３３２も、分解図３３０に示す。小型レンズ３３２は、ファイバーアレイ２３０のファイバーに整列される。ファイバーアレイ２３０とのレンズアレイ２１０の整列および装着は、たとえば、６つの自由度と、線形ステージ上の５０ｎｍのステップサイズと、回転ステージ上の７μｒａｄのステップサイズとを有する自動レンズ整列ロボットを使用して行なわれる。レンズ整列ロボットは、スペーサ２２０の第２の（たとえば、レンズアレイから遠位の）表面とファイバーアレイ２３０の第１の（たとえば、ホールアレイに近位の）表面との間に均一の間隙高さを設定するために、精密接触センサを使用できる。いくつかの実施形態では、精密接触センサは、２つの表面を共平坦化し、次に、それらの間に一定の１５μｍの間隙高さを設定するために使用され得る。

１つ以上の実施形態では、光学レンズアレイ２１０は、ファイバーアレイ２３０に対する光学レンズアレイ２１０の水平整列、垂直整列、および回転整列を向上させるために、ファイバーアレイの上段および下段における複数の（たとえば、３０〜３５本の）ファイバーのファイバー結合効率の測定に基づく光フィードバックシステムを使用して、ファイバーアレイ２３０に整列される。最後に、光路連結エポキシ（たとえば、図２Ｂのエポキシ２２２）が２つの表面間に塗布される。接触センサを使用して１５μｍの接合ラインが再設定され、エポキシがＵＶ硬化され、次に熱硬化されて、アセンブリを完成させる。いくつかの実施形態では、コリメータアセンブリ（たとえば、図２Ａの２００Ａ）は、光学レンズアレイ２１０から所望の距離（たとえば、およそ１１０ｍｍ）に設定されたビームウエスト位置と、１５５０ｎｍの波長で測定されたおよそ４００μｍのビームウエスト（たとえば、最大ビーム幅の１／ｅ^２）径とを有する。図１のＯＣＳ１００のミラーアレイを横断する光路の中央での一定のビームウエストサイズおよび位置は、ＯＣＳ１００における２つのコリメータ（たとえば、図１の１１０および１３０）間での向上したファイバー結合効率および低挿入損失（たとえば、＜０．５ｄＢ）を、すべてのまたはほぼすべての起こり得るポート接続のために提供する。

図３Ｃに示す成型ガラス光学レンズアレイ３００Ｃは、２Ｄアレイにおいて配置された好適な形状の複数の（たとえば１７６個の）小型レンズ３３２を含む。小型レンズ３３２は、基板３３４から突出するように形成される。いくつかの実施形態では、２Ｄレンズアレイ３００Ｃは約２０×２０ｍｍ角であり、屈折率が高い（たとえば、１５５０ｎｍで〜１．７８）ガラスで作製される。いくつかの実施形態では、小型レンズ３３２は、およそ２．６３ｍｍという同一の曲率半径（たとえば１％以内）と、およそ３．３８ｍｍという有効焦点距離とを有する球形である。いくつかの実施形態では、小型レンズ３３２の曲率半径および有効焦点距離は、他の値を有し得る。高屈折率ガラスは、球形レンズが、球面収差による著しい挿入損失代償なく使用されることを可能にする。＜２００ｎｍという測定されたレンズ表面形状誤差は精密作製の表われであり、それは、以下に説明される最適なファイバー結合効率および実質的に低い挿入損失をもたらす。表面形状誤差は、レンズの表面上の複数の測定点での、レンズの所望の（たとえば球形の）形状と実際の形状との誤差の積分値である。表面形状誤差は、干渉法により、光学プロファイラーなどの干渉顕微鏡を使用して測定され得る。

スペーサ３７０および光学レンズアレイ３００Ｃの成型ガラスレンズ３３２を通る光平行化を、図３Ｄに示す。図１の１１０−１などのコリメータ１１０の場合、ファイバー２３２の終点３８０からの光学光ビームが、エポキシ層３３５を介して結合されたスペーサ３７０および小型レンズ３３２によって形成された光路を通って平行化され得る。平行化された光は、ＭＥＭＳアレイ（たとえば、図１に示す１２０）のミラー３６０から反射された平行ビームである。図１の１３０−１などのコリメータ１３０の場合、光はミラー３６０から反射され、次に、平行ビームとして小型レンズ３３２に入射し、小型レンズ３３２、第１のエポキシ３３５、スペーサ３７０、および第２のエポキシ３７５を通る光路を介して光ファイバー２３２の終点３８０に集束され得る。

図４は、本技術の１つ以上の局面に従った、図３Ｃの成型ガラス光学レンズアレイを製造する例示的な方法４００を示すフロー図である。方法４００は、レンズアレイ金型を準備するステップ（ステップ４１０）から始まる。レンズアレイ金型は、所望のレンズ曲率半径と同様の曲率半径を有する形作られた（たとえば球形の）チップを使用して好適な材料でマイクロ機械加工される。いくつかの実現形態では、たとえば＜２００ｎｍ以内で小型レンズの完全な（またはほぼ完全な）所望の形を達成するために、金型は、１ミクロン刻みで再度機械加工され、次に、各機械加工の試みの後に再度測定される。

ガラスは好適な温度で成型され、初期レンズアレイがレンズアレイ金型を使用して形成される（ステップ４２０）。所望のレンズアレイ（たとえば、図３Ｃの３００Ｃ）のレンズ位置精度は、レンズアレイ上の各レンズの絶対位置に対して所望の位置精度以内（たとえば、＜＋／−１μｍ）に維持される。所望の位置精度を達成するために、金型は、それが冷える際のガラスの収縮を補償するように機械加工される。形成された初期レンズアレイは、レンズ位置誤差を判断するために特徴付けられる（ステップ４３０）。いくつかの実施形態では、特徴付けは、ガラス収縮によって生じるレンズ位置誤差を判断するために、５０ｎｍのステップサイズを有する自動整列ロボットを使用して行なわれる。冷却後のガラス収縮を補償するために、較正されたレンズアレイ金型が（たとえば金型を調節すること、または新規の金型を作成することによって）準備される（ステップ４４０）。たとえば、金型は、ガラス収縮率を補償する調節されたレンズピッチで機械加工され得る。１つ以上の実施形態では、レンズアレイを測定し、次に、ガラス収縮のために金型を較正することは、たとえば誤差が２０ｍｍで＜１μｍ（０．００５％）である、表面形状測定装置などの利用可能な計測ツールを使用して行なわれ得る。

最終レンズアレイが、較正されたレンズアレイ金型を使用して（ステップ４５０）、および好適な高屈折率ガラスを使用して準備される。最終レンズアレイは次に、後処理される（ステップ４６０）。後処理は、上述のようなレンズにＡＲコーティングを追加することと、縁を最終的な所望の寸法にダイシングすることとを含む。

図５は、本技術の１つ以上の局面に従った、図２ＡのＯＣＳコリメータアセンブリ２００Ａを製造する例示的な方法５００を示すフロー図である。方法５００は、図４に関して上述された方法４００に従って、レンズアレイ、たとえば図３Ｃのレンズアレイ３００Ｃを準備するステップ（ステップ５１０）から始まる。コリメータアセンブリ２００Ａはスペーサ（たとえば、図２Ｂの２２０）も含み、スペーサは、その好適な屈折率（たとえば、１５５０ｎｍで１．４５６）のために選択された好適なガラス（たとえば、ショットＢ３３）を使用して準備される（ステップ５２０）。スペーサは、光学レンズアレイ（たとえば、図２Ｂの２１０）とファイバーアレイ（たとえば、図２Ｂの２３０）との間の平行化距離を維持し、図２Ａのコリメータアセンブリ２００のビームのビームウエストサイズおよびビームウエスト位置の制御を可能にする。スペーサがファイバーアレイに接合されるのに先立って、スペーサの第１の側の縁（たとえば隅）上に好適な材料（たとえばＳｉＯ２／Ｃｒ）の層をリソグラフィでパターン化することにより、複数のパッドがスペーサ上に作成される（ステップ５３０）。パッドは、小型レンズを通って伝搬する光を妨げないように、図２Ｂのスペーサ２２０および光学レンズアレイ２１０の外寸の内側であるものの、レンズアレイの開口の外側に位置付けられる。いくつかの実施形態では、スペーサガラスは、およそ＋／−２μｍの厚さ公差で精密研磨される。

レンズアレイをスペーサの第１の側に接合するために、第１のエポキシ（たとえば、図２Ｂの２１２）の層が使用される（ステップ５４０）。第１のエポキシ２１２は、スペーサに屈折率整合される（２％未満以内）。いくつかの実施形態では、第１のエポキシ２１２の屈折率値は、スペーサの屈折率の値（たとえば、約１．４５６）とレンズアレイのガラス材料の屈折率（たとえば、約１．７８）とのほぼ中間にある。１つ以上の実施形態では、スペーサが工具取付具に配置され、制御された量の第１のエポキシがスペーサの第１の側に施され、次に、施されたエポキシ上にレンズアレイが配置され、工具取付具の上におもりがセットされて、レンズアレイとスペーサとの間の第１のエポキシを加圧する。エポキシはＵＶ硬化され、次に熱硬化されて、装着が完了する。次に、図３Ｂに関して上述されたように、たとえば、６つの自由度と、線形ステージ上の５０ｎｍのステップサイズと、回転ステージ上の７μｒａｄのステップサイズとを有する自動レンズ整列ロボットを使用して、レンズ−スペーサアセンブリがファイバーアレイ２３０と整列される（ステップ５５０）。レンズ整列ロボットは、スペーサの第２の表面とファイバーアレイ２３０の第１の表面との間に均一の間隙高さを設定するために、精密接触センサを使用できる。いくつかの実施形態では、精密接触センサは、２つの表面を共平坦化し、次に、それらの間に一定の１５μｍの間隙高さを設定するために使用され得る。スペーサの第２の側をファイバーアレイ（たとえば、図２Ｂの２３０）に接合するために、第２のエポキシ層（たとえば、図２Ｂの２２４）が使用される（ステップ５７０）。

図６は、本技術の１つ以上の局面に従った、図２のＯＣＳコリメータ２００の反射減衰量の例示的なチャート６００を示す図である。チャート６００は、各ユニットが図２Ｂに示す光学レンズアレイ２１０の小型レンズとファイバーアレイ２３０のそれぞれの光ファイバーとの間の光路を含む、図１のコリメータ１１０または１３０（たとえば、図１の１１０−１または１３０−１などのコリメータ）の複数の（たとえば１７６本の）ファイバーについての反射減衰量（return loss（ＲＬ）、単位：ｄＢ）の変動を示す。プロット６１０、６２０、６３０および６４０は、Ｏバンド（１２７０〜１３６０ｎｍ）およびＣＬバンド（１５３０〜１６２０ｎｍ）の光についての平均ＲＬ値、ならびに、ＯバンドおよびＣＬバンドの光についての最小ＲＬ値にそれぞれ対応する。本技術のコリメータは、光ファイバー／スペーサ界面での反射減衰量の減少のためのエポキシ屈折率を有する第２のエポキシ（たとえば、図２の２２２）と、レンズアレイの平坦側の反射防止（ＡＲ）コーティングとを使用する。

上述のように、いくつかの実施形態では、ファイバーアレイは、１５５０ｎｍでの屈折率が１．４６８であるＳＭＦ２８ウルトラファイバーで作られ、一方、レンズアレイは、１５５０ｎｍでの屈折率が１．７８であるガラスで作られている。ファイバーアレイ２３０および光学レンズアレイ２１０はガラススペーサによって分離され、ガラススペーサは、ビーム平行化のためにレンズアレイをファイバーアレイから必要な距離離して位置付けるとともに、屈折率整合解決策も提供する。スペーサは、１５５０ｎｍでの屈折率が１．４５６であるショットＢ３３ガラスで作られる。第２のエポキシの屈折率は１．４６２であり、それは、スペーサの屈折率（たとえば、約１．４５６）と光ファイバーの光学コアの屈折率（たとえば、約１．４６８）とのほぼ中間にあり、スペーサ／ファイバー界面での反射減衰量を減少させることができる。また、開示されたコリメータは、スペーサ層における建設的干渉からの反射減衰量を減少させるために選択された、レンズ／スペーサ界面にあるレンズ基板（たとえば、図３の３３４）のために設計されたＡＲコーティングを利用する。

いくつかの実施形態では、エポキシ（たとえば、第１および第２のエポキシ）の屈折率は調節可能であり、薄膜転送行列計算で示されるように、ファイバー／エポキシ／スペーサ界面の最小の反射減衰量のために最適化され得る。最適化は、ファイバー／エポキシ界面およびエポキシ／スペーサ界面でエポキシの屈折率が等しい反射率（Ｒ）値をもたらす場合に生じ、Ｒ＝（（ｎ_{ｅｐｏｘｙ}−ｎ_{ｆｉｂｅｒ}）／（ｎ_{ｅｐｏｘｙ}＋ｎ_{ｆｉｂｅｒ}））^２＝（（ｎ_{ｅｐｏｘｙ}−ｎ_{ｓｐａｃｅｒ}）／（ｎ_{ｅｐｏｘｙ}＋ｎ_{ｓｐａｃｅｒ}））^２である、ということが理解される。適用されるモデルは、例示的な光ファイバー（たとえば、ｎ_{ｆｉｂｅｒ}＝１．４６８であるＳＭＦ２８ウルトラファイバー）、エポキシ（たとえば、ｎ_{ｅｐｏｘｙ}＝１．４６２であるエポキシ）、およびスペーサ（たとえば、ｎ_{ｓｐａｃｅｒ}＝１．４５６であるショットＢ３３スペーサ）についての分散を含む。光学レンズの平坦側（たとえば第２の表面）のＡＲコーティングは、例示的なエポキシ（たとえば、ｎ_{ｅｐｏｘｙ}＝１．４６２であるエポキシ層）を使用して、例示的な基板（たとえば、ｎ＝１．７８であるガラス）およびスペーサ（たとえば、ｎ_{ｓｐａｃｅｒ}＝１．４５６であるショットＢ３３）入射媒体について決定され得る。レンズ／エポキシ／スペーサ界面からファイバーに戻る反射のファイバー結合効率は、およそ−３２．４ｄＢである。これがフレネル反射率に追加されて、この界面からの総反射減衰量が生成される。

コリメータ反射減衰量は、波長可変レーザを１２７０〜１３６０ｎｍ（Ｏバンド）または１５３０〜１６２０ｎｍ（ＣＬバンド）から１０ｐｍの分解能で掃引し、反射減衰量振動を測定することによって特徴付けられる。次に、各光ファイバーについての、ＯバンドおよびＣＬバンドに対する平均および最小ＲＬ値が、プロット６１０、６２０、６３０および６４０に示されるように求められる。いくつかの実施形態では、反射減衰量仕様を満たさないファイバーポートが排除され得る。１つ以上の実施形態では、コリメータにおける反射減衰量がより多い領域を空間的に突き止めるために、光学後方散乱反射率計が使用される。

図７は、反射防止（ＡＲ）コーティングがある場合、およびない場合の、図２のＯＣＳコリメータの反射減衰量の例示的なチャート７００を示す図である。 チャート７００は、ＡＲコーティングがあるレンズに対応するプロット７１０と、ＡＲコーティングがないレンズに対応するプロット７２０とを含む。反射減衰量値は、Ｏバンドにおける複数の波長について、ｄＢで与えられる。

測定結果は、エポキシ層の１５μｍの厚さによって設定される３８ｎｍの周期を有する、エポキシ層における建設的干渉に起因する遅い反射減衰量振動が存在する、ということを示す。また、スペーサの厚さ（この例では４．１４６ｍｍ）によって決定される（プロット７２０の速い振動について示されるような）０．１１ｎｍの周期を有する、スペーサ層における建設的干渉に起因する速い反射減衰量振動も存在する。これらの振動は重ねられる。

この明細書は多くの具体的な実現詳細を含んでいるが、これらは、あらゆる発明の範囲または請求され得るものの範囲に対する限定として解釈されるべきでなく、むしろ、特定の発明の特定の実現化例に特有の特徴の説明として解釈されるべきである。この明細書で別々の実現化例の文脈において説明されたある特徴はまた、単一の実現化例において組合されて実現され得る。反対に、単一の実現化例の文脈において説明されたさまざまな特徴はまた、複数の実現化例において別々に、または任意の好適な部分的組合せで実現され得る。また、特徴はある組合せで作用するとして上述され、さらには、そのようなものとして当初請求され得るものの、請求される組合せからの１つ以上の特徴が、場合によってはその組合せから削除されることがあり、また、請求される組合せが部分的組合せに、または部分的組合せの変形に向けられることがある。

同様に、図面には動作が特定の順序で図示されているが、これは、望ましい結果を達成するために、そのような動作が図示された特定の順序でまたは順番に行なわれること、もしくは、図示されたすべての動作が行なわれることを必要とするものとして理解されるべきではない。特定の状況では、マルチタスキングおよび並行処理が有利であり得る。また、上述の実現化例におけるさまざまなシステムコンポーネントの分離は、すべての実現化例においてそのような分離を必要とするものとして理解されるべきではなく、説明されたコンポーネントおよびシステムは一般に、単一の製品に一体化され、または複数の製品へとパッケージ化され得る、ということが理解されるべきである。

「または」という用語への言及は、「または」を用いて説明された任意の用語が、説明された用語のうちの１つ、２つ以上、およびすべてのいずれかを示すように、包括的なものとして解釈され得る。「第１の」、「第２の」、「第３の」などといった表示は必ずしも順序を示すよう意図されてはおらず、一般に、同じまたは同様の品目または要素を単に区別するために使用される。このように、主題の特定の実現化例が説明されてきた。他の実現化例は、請求の範囲内にある。場合によっては、請求項に記載されたアクションは、異なる順序で行なうことができ、依然として望ましい結果を達成することができる。加えて、添付図面に示されたプロセスは必ずしも、望ましい結果を達成するために、図示された特定の順序または順番を必要とはしない。ある実現化例では、マルチタスキングまたは並行処理が使用され得る。

１００：光回路スイッチ（ＯＣＳ）、２１０：光学レンズアレイ、２１２：第１のエポキシ、２２０：スペーサ、２２２：第２のエポキシ、２２４：パッド、２３０：ファイバーアレイ、２３２：光ファイバー、２４２：ホールアレイ、２５０：コリメータアレイ、３３２：小型レンズ。

Claims (20)

1. 光回路スイッチコリメータ装置であって、前記装置は、
   ホールアレイに配置された複数の光ファイバーを含むファイバーアレイと、
   前記ファイバーアレイに整列され、結合された光学レンズアレイと、
   前記ファイバーアレイと前記光学レンズアレイとの間に配置され、前記光学レンズアレイにおけるレンズと前記ファイバーアレイにおける対応するファイバーとの間に実質的に均一の間隔を提供するように構成されたスペーサと、
   前記光学レンズアレイに面する前記スペーサの表面の縁に沿って位置付けられ、前記スペーサと前記光学レンズアレイとの間に第１の分離間隙を規定する複数のパッドと、
   前記スペーサを前記光学レンズアレイに結合する第１のエポキシと、
   前記スペーサを前記ファイバーアレイに結合する第２のエポキシとを含む、光回路スイッチコリメータ装置。
2. 前記光学レンズアレイは、表面形状誤差が２００ナノメートル（ｎｍ）未満であることを特徴とする実質的に同一の複数のガラスレンズを含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記実質的に同一の複数のガラスレンズは、前記光学レンズアレイにおいてピッチ誤差が１マイクロメートル（μｍ）未満で均一に配置される、請求項２に記載の装置。
4. 前記実質的に同一の複数のガラスレンズは、球形レンズを含む、請求項２に記載の装置。
5. 前記光学レンズアレイにおけるレンズのそれぞれの曲率半径は、前記光学レンズアレイにおける他のレンズの曲率半径と１％以下しか違わない、請求項１に記載の装置。
6. 前記第１のエポキシは、前記スペーサおよび前記光学レンズアレイのガラス材料のそれぞれの屈折率の値のほぼ中間にある第１の屈折率値を有する、請求項１に記載の装置。
7. 前記第２のエポキシは、前記スペーサの屈折率の値と前記ファイバーアレイの前記複数の光ファイバーの光学コアの屈折率の値とのほぼ中間にある第２の屈折率値を有する、請求項１に記載の装置。
8. 前記光学レンズアレイの第１の表面は、前記光学レンズアレイの前記第１の表面と前記スペーサとのレンズ／スペーサ界面での反射を防止するように構成された第１の反射防止（ＡＲ）コーティングでコーティングされ、前記第１の表面は前記スペーサに面しており、前記第１のエポキシは、前記スペーサのそれぞれの屈折率の値と等しい第１の屈折率値を有しており、前記光学レンズアレイの第２の表面は、レンズ／空気界面での反射を防止するように構成された第２のＡＲコーティングでコーティングされる、請求項１に記載の装置。
9. 前記光学レンズアレイ、前記スペーサ、前記第１のエポキシ、前記第２のエポキシ、および前記光ファイバーの屈折率は、約１５５０ｎｍの光学波長で、それぞれおよそ１．７８、１．４５６、１．４６２、１．４６２、および１．４６８である、請求項１に記載の装置。
10. 前記第１の分離間隙は、約５μｍである、請求項１に記載の装置。
11. 前記スペーサはさらに、前記光学レンズアレイと前記ファイバーアレイとの間の平行化距離を維持し、前記装置のビームのビームウエストサイズおよびビームウエスト位置の制御を可能にするように構成される、請求項１に記載の装置。
12. 前記ホールアレイは、シリコン、ガラス、または金属のうちの少なくとも１つを含む材料を含む、請求項１に記載の装置。
13. ２次元アレイにおいて配置された複数のレンズを規定する第１の表面を有するガラス基板を含む、光学レンズアレイであって、
    前記複数のレンズは実質的に同一であり、それぞれの曲率半径は、前記光学レンズアレイにおける他のレンズの曲率半径と１％以下しか違わず、
    前記複数のレンズは、前記２次元アレイにおいてピッチ誤差が１マイクロメートル（μｍ）未満で均一に配置される、光学レンズアレイ。
14. 前記基板の前記第１の表面とは反対側の第２の側に、および前記第１の表面に、反射防止（ＡＲ）コーティングをさらに含む、請求項１３に記載の光学レンズアレイ。
15. 前記２次元アレイの幾何学的配置は、ファイバーアレイの光ファイバーの幾何学的配置、および光回路スイッチのミラーアレイの幾何学的配置に整合するように構成される、請求項１３に記載の光学レンズアレイ。
16. 前記ガラス基板は、１５５０ナノメートル（ｎｍ）の光学波長での屈折率が約１．７８であるガラス材料を含む、請求項１３に記載の光学レンズアレイ。
17. 前記ガラス基板は、周囲温度よりも実質的に高い温度および周囲湿度よりも実質的に高い湿度に影響されない実質的に低い熱膨脹係数を有するガラス材料を含む、請求項１３に記載の光学レンズアレイ。
18. 前記複数のレンズは実質的に同一であり、表面形状誤差が約２００ｎｍ未満であることを特徴とする、請求項１３に記載の光学レンズアレイ。
19. 前記複数のレンズは、前記光学レンズアレイにおいてピッチ誤差が１マイクロメートル（μｍ）未満で均一に配置される、請求項１３に記載の光学レンズアレイ。
20. 前記複数のレンズは、球形レンズを含む、請求項１３に記載の光学レンズアレイ。