JP2018146681A

JP2018146681A - 光学装置、スタブデバイス

Info

Publication number: JP2018146681A
Application number: JP2017039616A
Authority: JP
Inventors: 充遥平野; Mitsuharu Hirano; 章古谷; Akira Furuya
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2017-03-02
Filing date: 2017-03-02
Publication date: 2018-09-20
Also published as: US20180252876A1

Abstract

【課題】光ファイバの傾斜面を用いる光出射及び光入射における低い散乱と光ファイバの固定における良好な接着強度とを提供する光学装置、スタブデバイスを提供する。【解決手段】スタブデバイス１３は、第１端面２１ｄ及び第２端面２１ｅを含む一端と設置面２１ｃとを有するホルダ２１と、第１軸Ａｘ１の方向に延在するようにホルダによって保持される光ファイバ２３を備え、ホルダの第１端面及び光ファイバのコア端２３ｃは第１基準面Ｒ１ＥＦに、ホルダの第２端面は第２基準面Ｒ２ＥＦに、ホルダの設置面は第３基準面Ｒ３ＥＦに沿って延在し、ホルダの設置面は光ファイバのコアから離れ、光ファイバは、第４基準面Ｒ４ＥＦに沿って延在し、第２基準面は第１基準面に対して鋭角Ａ２ＮＧで、第３基準面は第１基準面に対して鋭角Ａ３ＮＧで、第４基準面は第１基準面に対して鋭角Ａ１ＮＧで傾斜し、設置面は、第２端面の表面粗さより大きな表面粗さを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、光学装置及びスタブデバイスに関する。

特許文献１は、光ファイバ及びチップを含む装置を開示する。

米国特許公報７１６２１２４号

特許文献１では、半導体チップは、光ファイバの側面を支持する。光ファイバは、単一の傾斜面を有する端部と、該端部から延在する境界面とを有する。光ファイバそれ自体の調芯は、光ファイバの軸回り角度及び光ファイバの延在方向の両方を調整することを必要とする。このような調芯を非常に細い光ファイバに行うことは煩雑である。

また、光ファイバを半導体チップに光学的に結合するために、特許文献１では、光ファイバの平らな境界面が半導体チップの表面に固定される。この境界面は、乱反射を避けるために研磨又は超精密研削により形成される。しかし、このような境界面は非常に平坦であって、また非常に狭い。高い平坦性は、低い散乱からの要求である。狭い平坦面は光ファイバ自体のサイズに因る。

本発明の一側面は、光ファイバの傾斜面を用いる光出射及び光入射における低い散乱と、光ファイバの固定における良好な接着強度とを提供するスタブデバイスを提供することを目的とし、また、本発明の他の一側面は、スタブデバイスを含む光学装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係るスタブデバイスは、第１端面及び第２端面を含む第１部分と設置面を含む第２部分とを有するホルダと、第１軸の方向に延在するように前記ホルダによって保持される複数の光ファイバと、を備え、前記第１部分及び前記第２部分は、前記第１軸の方向に配置され、前記ホルダの前記第１端面及び前記光ファイバのコア端は、第１基準面に沿って配列され、前記ホルダの前記第２端面は、第２基準面に沿って延在し、前記ホルダの前記設置面は、第３基準面に沿って延在し、前記ホルダの前記設置面は、前記光ファイバの前記コアから離れており、前記光ファイバの前記コアは、前記ホルダの前記第２端面から離れており、前記光ファイバは、第４基準面に沿って配置しており、前記第２基準面は前記第１基準面に対して鋭角を成して傾斜し、前記第３基準面は前記第１基準面に対して鋭角を成して傾斜し、前記第４基準面は前記第１基準面に対して鋭角を成して傾斜し、前記設置面は、前記第２端面の表面粗さより大きな表面粗さを有する。

本発明の別の側面に係る光学装置は、一側面に係るスタブデバイスと、前記スタブデバイスに光学的に結合される光結合素子を含む第１領域と、前記スタブデバイスの前記設置面を支持する第２領域とを有する半導体デバイスと、前記半導体デバイスと前記スタブデバイスとの間に設けられる樹脂体と、を備える。

本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。

以上説明したように、本発明の一側面は、光ファイバの傾斜面を用いる光出射及び光入射における低い散乱と、光ファイバの固定における良好な接着強度とを提供するスタブデバイスを提供できる。また、本発明の他の一側面は、スタブデバイスを含む光学装置を提供できる。

図１は、本実施形態に係るスタブデバイス及び光学装置を示す図面である。図２は、本実施形態に係るスタブデバイス及び光学装置を示す図面である。図３は、本実施形態に係るスタブデバイス及び光学装置を示す図面である。図４は、本実施形態に係る光学装置に適用可能なシリコンフォトニクス素子の一例を示す図面である。図５は、本実施形態に係るスタブデバイスを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。図６は、本実施形態に係るスタブデバイスを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。図７は、本実施形態に係るスタブデバイスを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。

具体例を説明する。

具体例に係るスタブデバイスは、（ａ）第１端面及び第２端面を含む第１部分と設置面を含む第２部分とを有するホルダと、（ｂ）第１軸の方向に延在するように前記ホルダによって保持される複数の光ファイバと、を備え、前記第１部分及び前記第２部分は、前記第１軸の方向に配置され、前記ホルダの前記第１端面及び前記光ファイバのコア端は、第１基準面に沿って配列され、前記ホルダの前記第２端面は、第２基準面に沿って延在し、前記ホルダの前記設置面は、第３基準面に沿って延在し、前記ホルダの前記設置面は、前記光ファイバの前記コアから離れており、前記光ファイバの前記コアは、前記ホルダの前記第２端面から離れており、前記光ファイバは、第４基準面に沿って配置しており、前記第２基準面は前記第１基準面に対して鋭角を成して傾斜し、前記第３基準面は前記第１基準面に対して鋭角を成して傾斜し、前記第４基準面は前記第１基準面に対して鋭角を成して傾斜し、前記設置面は、前記第２端面の表面粗さより大きな表面粗さを有する。

スタブデバイスによれば、第２端面の表面粗さより大きな表面粗さを有する設置面を接着材により支持体に固定できる。スタブデバイスは第１面及び第２面を有する。スタブデバイスの第１面は、ホルダの第１端面及び光ファイバのコア端を含み、第１基準面に沿って延在する。スタブデバイスの第２面は、ホルダの第２端面を含み、第２基準面に沿って延在する。このスタブデバイスでは、第４基準面に対して鋭角を成して傾斜する第１面（第１基準面）の傾斜を設置面（第３基準面）に関連付けて規定する。第１面における反射によれば、第１軸の方向に光ファイバ内を伝搬する光の向きを第１軸と異なる方向に変えて、伝搬光を第２面を介して出射する光に変えることができ、或いは、第１軸と異なる方向から第２面を介して適切な角度で入射する光の向きを第１軸の方向に変えて、入射光を第１軸の方向に光ファイバ内を伝搬する光に変えることができる。これら第１面における反射は、光の伝搬方向を第１軸の方向及び第１軸と異なる方向の一方から他方に変えることができる。第３基準面に沿って延在する設置面を支持する支持体上において、ホルダ内の第１軸の方向（光ファイバが延在する方向）は、設置面（第３基準面）の向きに関連付けられる。スタブデバイスは、第３基準面（設置面のレベル）を越えて外向きに突出する部分を備えない。

具体例に係るスタブデバイスでは、前記設置面の前記表面粗さは、Ｒａで０．０５マイクロメートより大きい。

スタブデバイスによれば、スタブデバイスの第３基準面に沿って延在する設置面は、Ｒａで０．０５マイクロメートより大きい表面粗さを有することが良い。

具体例に係るスタブデバイスは、前記第１端面と前記第２端面との交差線に到達するように前記第１端面上を延在するプロテクト部材を更に備える。

スタブデバイスによれば、プロテクト部材は、第１端面と第２端面との交差線に到達するように第１端面上を延在して、接着材が回り込んで第１端面を覆うことを妨げることができる。

具体例に係るスタブデバイスでは、前記第２端面は前記設置面と前記第１端面とを繋ぎ、前記設置面は前記第１軸の方向に延在する。

スタブデバイスによれば、第２基準面が第４基準面に対してゼロより大きな角度で傾斜することにより、第２端面が設置面と第１端面とを繋ぐようにできる。

具体例に係るスタブデバイスでは、前記ホルダは、前記第２端面を前記設置面に接続する接続面を含み、前記接続面は前記第１軸に交差する第５基準面に沿って延在して、前記第２端面を前記設置面に繋ぐ。

スタブデバイスによれば、設置面と第２端面とを繋ぐ接続面は、第２基準面が第４基準面に対して小さい鋭角を成して延在するようになる。

具体例に係るスタブデバイスでは、前記光ファイバは、前記第１軸の方向に前記接続面まで前記第２基準面に沿って延在するクラッド面を含む。

スタブデバイスによれば、第１端面の反射に係る光は、第１軸に交差する第２軸の方向にスタブデバイスの第１面及び第２面の一方から他方まで光ファイバのクラッド内を伝搬する。

具体例に係るスタブデバイスでは、前記第２端面は、前記光ファイバのクラッド側面から離れている。

スタブデバイスによれば、第１端面の反射に係る光は、第１軸に交差する第２軸の方向にスタブデバイスの第１面及び第２面の一方から他方まで光ファイバのクラッド及びホルダ内を伝搬する。

具体例に係る光学装置は、（ａ）具体例に係るスタブデバイスと、（ｂ）前記スタブデバイスの前記設置面を支持する第１領域と、前記スタブデバイスに光学的に結合される光結合素子を含む第２領域とを有する半導体デバイスと、（ｃ）前記半導体デバイスと前記スタブデバイスとの間に設けられる樹脂体と、を備える。

光学装置によれば、第２端面の表面粗さより大きな表面粗さを有する設置面を接着材により半導体デバイスに固定できる。第４基準面に対して鋭角を成して傾斜する第１面（第１基準面）の傾斜を設置面（第３基準面）に関連付けて規定でき、この第１面における反射によれば、第１軸の方向に光ファイバ内を伝搬する光の向きを第１軸と異なる方向に変えて、伝搬光を第２面を介して出射する光に変えることができ、或いは、第１軸と異なる方向から第２面を介して適切な角度で入射する光の向きを第１軸の方向に変えて、入射光を第１軸の方向に光ファイバ内を伝搬する光に変えることができる。これら第１面における反射は、光の伝搬方向を第１軸の方向及び第１軸と異なる方向の一方から他方に変えることができる。設置面（第３基準面）が支持される半導体デバイス上において、スタブデバイスの光ファイバの延在方向は、設置面（第３基準面）の向きに関連付けられる。スタブデバイスは、第３基準面（設置面のレベル）を越えて外向きに突出する部分を備えない。

本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、光学装置及びスタブデバイスに係る本実施形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。

図１、図２及び図３を参照しながら、本実施形態に係るスタブデバイス及び光学装置を説明する。図１の（ａ）部は、スタブデバイス１３（１３ａ）、並びにスタブデバイス１３（１３ａ）及び半導体デバイス１５を示す斜視図である。図１の（ａ）部では、スタブデバイス１３（１３ａ）の設置面及び光結合面を示すために、スタブデバイス１３（１３ａ）及び半導体デバイス１５は分離されている。図１の（ｂ）部は、スタブデバイス１３（１３ａ）及び半導体デバイス１５を含む光学装置１１ａ（１１）の縦断面を示す図面である。図２の（ａ）部は、スタブデバイス１３（１３ｂ）、並びにスタブデバイス１３（１３ｂ）及び半導体デバイス１５を示す斜視図である。図２の（ａ）部では、スタブデバイス１３（１３ｂ）の設置面及び光結合面を示すために、スタブデバイス１３（１３ｂ）及び半導体デバイス１５は分離されている。図２の（ｂ）部は、スタブデバイス１３（１３ｂ）及び半導体デバイス１５を含む光学装置１１ｂ（１１）の縦断面を示す図面である。図３の（ａ）部は、スタブデバイス１３（１３ｃ）、並びにスタブデバイス１３（１３ｃ）及び半導体デバイス１５を示す斜視図である。図３の（ａ）部では、スタブデバイス１３（１３ｃ）の設置面及び光結合面を示すために、スタブデバイス１３（１３ｃ）及び半導体デバイス１５は離されている。図３の（ｂ）部は、スタブデバイス１３（１３ｃ）及び半導体デバイス１５を含む光学装置１１ｃ（１１）の縦断面を示す図面である。

光学装置１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）は、スタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）、スタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）を搭載する半導体デバイス１５、及び半導体デバイス１５とスタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）との間に設けられる樹脂体１７を備える。半導体デバイス１５は、例えばシリコンフォトニクス素子を含む。

スタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）は、ホルダ２１、及び一又は複数の光ファイバ２３を備える。光ファイバ２３の各々は、コア２３ａ及びクラッド２３ｂを有する。光ファイバ２３は、ホルダ２１内において第１軸Ａｘ１の方向に延在する。ホルダ２１は、第１部分２１ａ及び第２部分２１ｂを有する。第１部分２１ａ及び第２部分２１ｂは、第１軸Ａｘ１の方向に配列される。第１部分２１ａは、光反射に関連する第１端面２１ｄ、及び光結合面として働く第２端面２１ｅを含む。第２部分２１ｂは、設置面２１ｃを有する。光ファイバ２３は、第１軸Ａｘ１の方向に延在するようにホルダ２１によって保持される。

ホルダ２１の第２端面２１ｅは第２基準面Ｒ２ＥＦに沿って延在する。ホルダ２１の設置面２１ｃは、第３基準面Ｒ３ＥＦに沿って延在する。ホルダ２１の設置面２１ｃは、光ファイバ２３のコア２３ａから離れている。光ファイバ２３のコア２３ａは、ホルダ２１の第２端面２１ｅから離れている。光ファイバ２３は、第４基準面Ｒ４ＥＦに沿って延在する。第４基準面Ｒ４ＥＦは第１基準面Ｒ１ＥＦに対して第１鋭角Ａ１ＮＧを成して傾斜する。第２基準面ＲＥＦ２は、第１基準面Ｒ１ＥＦに対して第２鋭角Ａ２ＮＧを成して傾斜する。第３基準面Ｒ３ＥＦは、第１基準面Ｒ１ＥＦに対して第３鋭角Ａ３ＮＧを成して傾斜する。第１端面２１ｄは、第１表面粗さ（Ｓ１ＲＦ）を有する。第２端面２１ｅは、第２表面粗さ（Ｓ２ＲＦ）を有する。設置面２１ｃは、第３表面粗さ（Ｓ３ＲＦ）を有する。設置面２１ｃの第３表面粗さ（Ｓ３ＲＦ）は、第２端面２１ｅの第２表面粗さ（Ｓ２ＲＦ）より大きい。図１の（ｂ）部、図２の（ｂ）部及び図３の（ｂ）部の縦断面は、第４基準面Ｒ４ＥＦに直交する平面に沿って取られる。

スタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）によれば、第２端面２１ｅの第１表面粗さ（Ｓ１ＲＦ）より大きな第２表面粗さ（Ｓ２ＲＦ）を有する設置面２１ｃを接着材の樹脂体１７により半導体デバイス１５といった支持体に固定できる。半導体デバイス１５上にスタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）を搭載することにより、光学装置１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）の高さが大きくなることを避けることができる。スタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）は、ガイドピンといったガイド部品を介して外部の光コネクタに接続される。スタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）に接続されるべき光コネクタは、スタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）の第２部分２１ｂの後端面２１ｈに接続される。光コネクタのファイバリボンは、半導体デバイス１５の主面に直交する方向ではなく、半導体デバイス１５の主面の方向に延在する。ファイバの向きもまた、光学装置１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）の高さが大きくなることを避けることに寄与できる。設置面２１ｃを半導体デバイス１５の主面によって支持することにより、設置面２１ｃを介してホルダ２１内の光ファイバ２３の端部を位置決めできる。発明者の知見によれば、スタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）に光コネクタを接続する際には、半導体デバイス１５の主面上に搭載されたスタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）に光コネクタを介して外力を加える。この外力は、結果的には、半導体デバイス１５の主面上に搭載されたスタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）を半導体デバイス１５から引き離す向きに働く。この剥離力に対抗する接着力を可能にする設置面２１ｃが求められる。

半導体デバイス１５の表面は、例えば酸化膜、窒化膜、ポリイミド膜を備える。半導体デバイス１５を作製するプロセス上の理由、及び半導体デバイス１５の耐湿性といった特性上の理由から、半導体デバイス１５の表面は、このような材料を用いることになる。半導体デバイス１５の表面は、スタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）を半導体デバイス１５上に搭載することからの要求を満たすことができない可能性がある。半導体デバイス１５の表面材料に依存せずに、スタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）を半導体デバイス１５上に搭載することが求められる。

スタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）は、第１面１３ｄ及び第２面１３ｅを有する。スタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）の第１面１３ｄは、ホルダ２１の第１端面２１ｄ及び光ファイバ２３のコア端２３ｃを含み、第１基準面Ｒ１ＥＦに沿って延在する。スタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）の第２面１３ｅは、ホルダ２１の第２端面２１ｅを含み、第２基準面Ｒ２ＥＦに沿って延在する。このスタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）では、第４基準面Ｒ４ＥＦに対して鋭角を成して傾斜する第１面１３ｄ（第１基準面Ｒ１ＥＦ）の傾斜を設置面２１ｃ（第３基準面Ｒ３ＥＦ）に関連付けて規定する。第１面１３ｄにおける反射によれば、第１軸Ａｘ１の方向に光ファイバ内を伝搬する光の向きを第１軸Ａｘ１と異なる方向に変えて、第２面１３ｅを介して出射する光に変えることができ、或いは、第１軸Ａｘ１と異なる方向から第２面１３ｅを介して所望の角度で入射する光の向きを第１軸Ａｘ１の方向に変えて、第１軸Ａｘ１の方向に光ファイバ内を伝搬する光に変更できる。第１面１３ｄにおける反射は、光の伝搬方向を第１軸Ａｘ１の方向及び第１軸Ａｘ１と異なる方向の一方から他方に変えることができる。第３基準面Ｒ３ＥＦに沿って延在する設置面２１ｃを支持する支持体（例えば半導体デバイス１５）上において、ホルダ２１内の光ファイバ２３の第１軸Ａｘ１の方向は、設置面２１ｃ（第３基準面Ｒ３ＥＦ）の向きに関連付けられる。スタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）は、第３基準面Ｒ３ＥＦ（設置面２１ｃのレベル）を越えて突出する部分を備えない。

スタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）の光ファイバ２３、具体的には、光ファイバ２３のコア端２３ｃは、半導体デバイス１５の主面１５ａに設けられた光結合素子１５ｄに光学的に結合される。

具体的には、光ファイバ２３のコア２３ａを伝搬する光Ｌ１は、反射により、スタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）の第２面１３ｅを介してスタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）から出射される。また、スタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）の第２面１３ｅからスタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）に入射する光Ｌ２は、反射により、光ファイバ２３のコア２３ａに閉じ込めされて光ファイバ２３を伝搬する。

スタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）の表面の表面粗さの測定は、レーザ干渉計及び白色干渉計といった干渉計を用いて行われる。設置面２１ｃの第３表面粗さ（Ｓ３ＲＦ）は、Ｒａで０．０５マイクロメートルより大きい。Ｒａが大きい程、設置面２１ｃの表面積が大きくなるので、固定における良好な接着強度が得られるからである。設置面２１ｃの第３表面粗さ（Ｓ３ＲＦ）は、Ｒａで１．０マイクロメートル以上であることが良い。

スタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）の第２面１３ｅ内の第２端面２１ｅは、Ｒａで、ゼロより大きく、０．０５マイクロメート以下の表面粗さを有することが良い。Ｒａが小さい程、光出射及び光入射における散乱（光結合損失）を低くできるからである。スタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）の第１面１３ｄ内の第１端面２１ｄの第１表面粗さ（Ｓ１ＲＦ）は、Ｒａで、ゼロより大きく、０．０５マイクロメートル以下である、発明者の知見によれば、微細な砥粒を使って高精度に研磨した精研磨面の表面粗さは、Ｒａで、０．００１マイクロメートルである。第１端面２１ｄ及び第２端面２１ｅの表面粗さは、Ｒａで、０．０１マイクロメートル以下であることが良い。

ホルダ２１は、設置面２１ｃの反対側にある上面２１ｆを有する。ホルダ２１の設置面２１ｃと光ファイバ２３のコア２３ａ中心との下側間隔ＤＬは、ホルダ２１の上面２１ｆと光ファイバ２３のコア２３ａ中心との上側間隔ＤＵより小さい。下側間隔ＤＬは、例えば３０マイクロメートル以下であることができ、この時、光ファイバ内を伝搬してきて、第２面１３ｅを介して出射した光のスポット径が、半導体デバイス１５の主面１５ａに到達するまでに広がるのを抑えることができるので、光を高効率で結合させることができる。下側間隔ＤＬは、例えば１０マイクロメートル以上であることができ、設置面２１ｃを形成する際の加工による衝撃が、光ファイバ２３のコア２３ａに到達することを抑えられる。

スタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）のサイズ（縦、横、高さ）は、例えば以下のものである。
縦（Ａｘ１の方向）：１〜１０ｍｍの範囲、例えば５ｍｍ。
横：２〜１０ｍｍの範囲、例えば６ｍｍ。
高さ：０．５〜５ｍｍの範囲、例えば１．５ｍｍ。
光ファイバ２３：石英製シングルモード光ファイバ。
ホルダ２１：ガラス又はセラミック、具体的には石英、テンパックス、パイレックス（登録商標）、アルミナまたはジルコニア。
屈折率は物質の種類、波長、温度による。ホルダ２１が光学ガラス製であって、光通信波長帯の１．２５〜１．６５マイクロメートルにおいて室温の常温付近では、ガラスの屈折率は１．４〜１．６であり、好ましくは、ガラスの屈折率は１．４４〜１．４６であることが良い。樹脂体１７の接着剤の屈折率は１．４〜１．６であることが良い。

光学装置１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）では、半導体デバイス１５は、第１領域１５ｂ及び第２領域１５ｃを有しており、第１領域１５ｂ及び第２領域１５ｃは、第１軸Ａｘ１の方向に配列される。第１領域１５ｂは、スタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）の設置面２１ｃを支持する。第２領域１５ｃは、スタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）に光学的に結合されるべき光結合素子１５ｄを含む。スタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）の設置面２１ｃを半導体デバイス１５の第２領域１５ｃ上に搭載するために、第２領域１５ｃの表面は実質的に平坦であることが良く、また半導体デバイス１５を外部素子と接続するためのパッド電極を含まないことがよい。半導体デバイス１５の第１領域１５ｂは、半導体デバイス１５のいずれかの縁に沿って設けられる。樹脂体１７は、接着のために第１領域１５ｂ上に設けられて、スタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）を半導体デバイス１５の第１領域１５ｂに固定すると共に、光学的結合を良好にするために第２領域１５ｃ上の光結合素子１５ｄ上に設けられる。外部光コネクタが、半導体デバイス１５の縁に近い第１領域１５ｂに位置するスタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）に接続される。外部光コネクタをスタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）に接続することを容易にするために、スタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）の後端は、半導体デバイス１５の縁から僅かに突出していることがよい。

光学装置１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）によれば、第２端面２１ｅの表面粗さより大きな表面粗さを有する設置面２１ｃを接着材といった樹脂体１７によりしっかりと半導体デバイス１５の第１領域１５ｂに固定できる。第４基準面Ｒ４ＥＦに対して第１鋭角Ａ１ＮＧを成して傾斜する第１面１３ｄ（第１基準面Ｒ１ＥＦ）の傾斜を設置面２１ｃ（第３基準面Ｒ３ＥＦ）に関連付けて規定でき、この第１面１３ｄにおける反射によれば、第１軸Ａｘ１の方向に光ファイバ２３内を伝搬する光の向きを第１軸Ａｘ１と異なる方向に変えて、第２面１３ｅを介して出射する光に変えることができ、或いは、第１軸Ａｘ１と異なる方向から第２面１３ｅを介して所望の角度で入射する光の向きを第１軸Ａｘ１の方向に変えて、第１軸Ａｘ１の方向に光ファイバ内を伝搬する光に変えることができる。第１面１３ｄにおける反射は、光の伝搬方向を第１軸Ａｘ１の方向及び第１軸Ａｘ１と異なる方向の一方から他方に変えることができる。設置面２１ｃ（第３基準面Ｒ３ＥＦ）が支持される半導体デバイス１５上において、スタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）において光ファイバ２３の第１軸Ａｘ１の方向は、設置面２１ｃ（第３基準面Ｒ３ＥＦ）の向きに関連付けられる。スタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）は、第３基準面Ｒ３ＥＦ（設置面２１ｃのレベル）を越えて突出する部分を備えない。

スタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）は、第１端面２１ｄと第２端面２１ｅとの交差線ＩＴＳＣＴに到達するように第１端面２１ｄ上を設けられるプロテクト部材２５を更に備えることができる。プロテクト部材２５は、第１端面２１ｄと第２端面２１ｅとの交差線ＩＴＳＣＴに到達するように第１端面２１ｄ上を延在して、接着材といった樹脂体１７が第１端面２１ｄに接触することを妨げることができる。プロテクト部材２５は、第１端面２１ｄに向いた反射面２５ａを備えることができる。プロテクト部材２５を用いることなく、反射面として鏡面研磨された第１面１３ｄを形成することができる。或いは、反射面２５ａは、例えば金、銀、アルミ、誘電体多層膜といった反射膜を備えることができる。
プロテクト部材２５の例示。
プロテクト部材２５の材料：ガラス又はセラミック、具体的には石英、テンパックス、パイレックス（登録商標）、アルミナまたはジルコニア。

図１に示されるスタブデバイス１３ａ（１３）を説明する。スタブデバイス１３ａ（１３）では、第２端面２１ｅ（１３ｅ）は設置面２１ｃと第１端面２１ｄ（１３ｄ）とを繋ぐ。第２基準面Ｒ２ＥＦが第４基準面Ｒ４ＥＦに対してゼロより大きな角度Ａ５ＮＧで傾斜することにより、第２端面２１ｅが設置面２１ｃと第１端面２１ｄとを繋ぐようにできる。角度Ａ５ＮＧは、例えばゼロより大きく４５度以下の範囲にあることがよい。光ファイバ２３のクラッド２３ｂが、交差線ＩＴＳＣＴの付近の第２面１３ｅに現れてクラッド面２３ｅを形成し、光ファイバ２３のコア２３ａは現れていない。第２面１３ｅにおいて、クラッド２３ｂは、第２端面２１ｅ（１３ｅ）に楕円の一部を切り取ったような形状を有する。第１端面２１ｄ（１３ｄ）の反射に係る光は、クラッド面２３ｅを通過する。

図２に示されるスタブデバイス１３ｂ（１３）を説明する。ホルダ２１は、第２端面２１ｅを設置面２１ｃに接続する接続面２１ｇを含む。接続面２１ｇは第１軸Ａｘ１に交差する第５基準面Ｒ５ＥＦに沿って延在して、第２端面２１ｅを設置面２１ｃに繋ぐ。接続面２１ｇは、光ファイバ２３に到達しない。設置面２１ｃと第２端面２１ｅとを繋ぐ接続面２１ｇによれば、第２基準面Ｒ２ＥＦが第４基準面Ｒ４ＥＦに対して小さな鋭角又はゼロ度（つまり平行）を成して延在すようになる。第２端面２１ｅは、光ファイバ２３の側面２３ｆから離れている。スタブデバイス１３ａ（１３）では、第１端面２１ｄの反射に係る光は、第１軸Ａｘ１に交差する第２軸Ａｘ２の方向にスタブデバイス１３ｂ（１３）の第１面１３ｄ及び第２面１３ｅの一方から他方まで光ファイバ２３のクラッド２３ｂ及びホルダ２１内を伝搬する。設置面２１ｃと第２端面２１ｅとの距離Ｄ２は、１マイクロメートル以上であることが良く、光ファイバ２３のコア端２３ｃと、半導体デバイス１５の主面１５ａに設けられた光結合素子１５ｄを光学的に結合する際に、第２端面２１ｅと半導体デバイス１５の主面１５ａが接触しないので、光が伝搬する面に、接触による傷が生じるのを防ぐことができるからである。距離Ｄ２は、１０００マイクロメートル以下であることが良く、Ｄ２が大きくなると、光ファイバ２３のコア端２３ｃと半導体デバイス１５の主面１５ａの間の距離が大きくなり、この間を伝搬する光で、この間で吸収又は散乱される量が増えるので、結果的に、光結合損失が低下することになるからである。設置面２１ｃと光ファイバ２３の側面２３ｆとの距離Ｄ３は、１マイクロメートル以上であることが良く、前述のように、Ｄ２が１マイクロメートル以上であることが良いためである。距離Ｄ３は、１０００マイクロメートル以下であることが良く、Ｄ３が大きくなると、光ファイバ２３のコア端２３ｃと半導体デバイス１５の主面１５ａとの間の距離が大きくなり、この間を伝搬する光で、この間で吸収又は散乱される量が増えるので、結果的に、光結合損失が低下することになるからである。距離Ｄ３は、距離Ｄ２より大きい。第２端面２１ｅと光ファイバ２３の側面２３ｆとの距離Ｄ４は、１０００マイクロメートル以下であることが良く、Ｄ４が大きくなると、光ファイバ２３のコア端２３ｃと半導体デバイス１５の主面１５ａとの間の距離が大きくなり、この間を伝搬する光で、この間で吸収又は散乱される量が増えるので、結果的に、光結合損失が低下することになるからである。

図３に示されるスタブデバイス１３ｃ（１３）を説明する。スタブデバイス１３ｃ（１３）では、ホルダ２１は、第２端面２１ｅを設置面２１ｃに接続する接続面２１ｇを含む。接続面２１ｇは、第１軸Ａｘ１に交差する第５基準面Ｒ５ＥＦに沿って延在して、第２端面２１ｅを設置面２１ｃに繋ぐ。接続面２１ｇは、光ファイバ２３に到達する。光ファイバ２３はクラッド面２３ｅを有し、クラッド面２３ｅは第１軸Ａｘ１の方向に延在して接続面２１ｇに到達する。第２端面２１ｅと設置面２１ｃとを繋ぐ接続面２１ｇは、例えば第２基準面Ｒ２ＥＦが第４基準面Ｒ４ＥＦに対してゼロ又は小さい鋭角を成して延在すようになる。設置面２１ｃと第２端面２１ｅとの距離Ｄ２（レベル差）は、１マイクロメートル以上であることが良く、光ファイバ２３のコア端２３ｃに、半導体デバイス１５の主面１５ａに設けられた光結合素子１５ｄを光学的に結合する際に、第２端面２１ｅと半導体デバイス１５の主面１５ａが接触しないので、光が伝搬する面に、接触による傷が生じるのを防ぐことができるからである。距離Ｄ２は、３０マイクロメートル以下であることが良く、Ｄ２を小さくすることで、光ファイバ２３のコア端２３ｃと半導体デバイス１５の主面１５ａの間の距離が小さくなり、この間を伝搬する光のスポット径が、光の伝搬で広がり過ぎるのを抑えて、この間にレンズ等を設けないでも高効率に光結合させることができるからである。設置面２１ｃと光ファイバ２３のコア２３ａとの距離Ｄ５は、１マイクロメートル以上であることが良く、前述のように、Ｄ２が１マイクロメートル以上であることが良いためである。距離Ｄ５は、３０マイクロメートル以下であることが良く、Ｄ５を小さくすることで、光ファイバ２３のコア端２３ｃと半導体デバイス１５の主面１５ａとの間の距離が小さくなり、この間を伝搬する光のスポット径が、光の伝搬で広がり過ぎることを抑えて、この間にレンズ等を設けないで高効率に光結合させることができるからである。距離Ｄ５が３０マイクロメートル以下であるとき、設置面２１ｃには光ファイバ２３のクラッド２３ｂが露出する。距離Ｄ５は、距離Ｄ２より大きい。光ファイバ２３のコア２３ａとクラッド面２３ｅ（第２端面２１ｅ）との距離Ｄ４は、３０マイクロメートル以下であることが良く、Ｄ４を小さくすることで、光ファイバ２３のコア端２３ｃと半導体デバイス１５の主面１５ａとの間の距離が小さくなり、この間を伝搬する光のスポット径が、光の伝搬で広がり過ぎるのを抑えて、この間にレンズ等を設けないで高効率に光結合させることができるからである。

光ファイバ２３は、第２基準面Ｒ２ＥＦに沿って延在するクラッド面２３ｅを含む。クラッド面２３ｅは、第１軸Ａｘ１の方向に延在するストライプ形状を成す。第２端面２１ｅ及び光ファイバ２３のクラッド面２３ｅが、第２面１３ｅを構成して、第２基準面Ｒ２ＥＦに沿って延在する。光ファイバ２３のクラッド２３ｂはスタブデバイス１３ｃ（１３）の外観に露出されるように設けられる。

第１端面２１ｄ及び光ファイバ２３の端面が第１基準面Ｒ１ＥＦに沿って延在し、光ファイバ２３の端面の反射に係る光は、第１軸Ａｘ１に交差する第２軸Ａｘ２の方向にスタブデバイス１３ｃ（１３）の第１面１３ｄ及び第２面１３ｅの一方から他方まで光ファイバ２３のクラッド２３ｂを伝搬する。

図４は、本実施形態に係る光学装置に適用可能なシリコンフォトニクス素子の一例を示す図面である。図４の（ａ）部は、シリコンフォトニクス半導体素子を示す平面図を示す。図４の（ｂ）部は、図４の（ａ）部に示されたＩＶｂ−ＩＶｂ線に沿ってとられたシリコンフォトニクス素子を示す断面図を示す。図４の（ａ）部を参照すると、シリコンフォトニクス素子ＳＩＰＨＤでは、光学結合素子として、光結合素子、例えばグレーティングカプラＧＣ０、ＧＣ１、ＧＣ２、ＧＣ３、ＧＣ４、ＧＣ５、ＧＣ６、ＧＣ７、ＧＣ８、ＣＧ９、ＣＧ１０、ＧＣ１１が示される。本実施例では、グレーティングカプラＧＣ１〜ＣＧ４は、光受信器のために用いられる。

グレーティングカプラＧＣ１〜ＣＧ４からの信号光は光回路ＷＣを介して受光素子ＰＤに提供される。本実施例では、光回路ＷＣは光導波路ＷＧ１〜ＷＧ４を含む。グレーティングカプラＧＣ１〜ＣＧ４は、それぞれ、光導波路ＷＧ１〜ＷＧ４を介してフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４に光学的に結合される。フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４は、導電線ＥＬ１〜ＥＬ４を介して電気回路ＴＩＡ（例えばトランスインピーダンスアンプ）に接続される。電気回路ＴＩＡは、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４からの電気信号（例えば光電流）の処理（例えば電流−電圧変換、増幅）を行って、受信した信号光に対応した電気信号を生成する。

また、グレーティングカプラＧＣ６〜ＣＧ１０は、光送信器のために用いられる。本実施例では、グレーティングカプラＧＣ６からのレーザ光は、複数の光変調器ＭＤに供給される。光変調器ＭＤは、例えばマッハツェンダ変調器ＭＺＩＡ、ＭＺＩＢ、ＭＺＩＣ、ＭＺＩＤを含む。マッハツェンダ変調器ＭＺＩＡ、ＭＺＩＢ、ＭＺＩＣ、ＭＺＩＤは、それぞれ、駆動回路ＤＲＶから電気信号ＥＭ１〜ＥＭ４を受けて、電気信号ＥＭ１〜ＥＭ４に応じて複数の変調光を生成する。これらの変調光は、それぞれ、光導波路ＷＧ７〜ＷＧ１０を伝搬してグレーティングカプラＧＣ７〜ＣＧ１０に到達する。

シリコンフォトニクス素子ＳＩＰＨＤは、第１デバイス軸Ｄｘの方向に一列に配列された第１部分７１ａ、第２部分７１ｂ、第３部分７１ｃ及び第４部分７１ｄを備える。第１部分７１ａは、スタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）を搭載するための領域を提供する。第２部分７１ｂは、グレーティングカプラＧＣ０〜ＣＧ１１の配列を含む領域を備え、グレーティングカプラＧＣ０〜ＣＧ１１は、第１部分７１ａに隣接する第２部分７１ｂに第２デバイス軸Ｅｘに沿って配列される。第２デバイス軸Ｅｘは、第１デバイス軸Ｄｘに交差する。第３部分７１ｃは、半導体受光素子及び／光変調器といった光素子を備える。第４部分７１ｄは、電気回路ＴＩＡ及び駆動回路ＤＲＶといった電気回路を備える。

図４の（ｂ）部を参照すると、シリコンフォトニクス素子ＳＩＰＨＤでは、グレーティングカプラＧＣ０〜ＣＧ１１が光導波路ＷＧに接続されている。

図５、図６及び図７を参照しながら、スタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）を作製する方法を説明する。引き続く説明において、可能な場合には、理解を容易にするために、スタブデバイス１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）における参照符合を用いる。図５の（ｂ）部は、図５の（ａ）部に示されるＶｂ−Ｖｂ線に沿って取られた断面を示す。図５の（ａ）部に示される光ファイバアレイ４１を準備する。準備は、例えば光ファイバアレイ４１の作製によって行われる。光ファイバアレイ４１は以下のように作製される。例えば２枚のガラス板４３ａ、４３ｂの間に複数の光ファイバ２３を配置すると共に、光ファイバ２３を接着樹脂によりガラス板４３ａ、４３ｂに固定する。光ファイバ２３は、基準面ＲＥＦに沿って配列さており、光ファイバアレイ４１の上面４１ｂ及び下面４１ｃは、基準面に実質的に平行である。

図６の（ａ）部に示されるように、光ファイバアレイ４１を研磨器４５に取り付けて、光ファイバアレイ４１の一端４１ａを研磨して、第１面１３ｄ（第１端面２１ｄ）を形成する。研磨は、光ファイバアレイ４１の一端４１ａの上縁が消失すると共に光ファイバ２３の端面が現れるよう行われる。この研磨により、第１端面２１ｄ及び第１面１３ｄが形成される。第１面１３ｄの表面粗さは、例えばＲａで、０．００１マイクロメートルである。

図６の（ｂ）部に示されるように、研磨された光ファイバアレイ４１の第１端面２１ｄ及び第１面１３ｄ上に反射膜４７を形成する。反射膜４７は、例えば蒸着により形成される。反射膜４７は、例えば金、銀、アルミ、誘電体多層膜といった反射層を備えることができる。

図６の（ｃ）部に示されるように、光ファイバアレイ４１を研磨器４５に取り付けて、光ファイバアレイ４１の下面４１ｃを研磨器４５を用いて研磨して、設置面２１ｃを形成する。研磨は、光ファイバアレイ４１の下面４１ｃを研磨して、研磨面と光ファイバ２３との側面の距離を減らしていく。この研磨により、設置面２１ｃが形成される。設置面２１ｃの表面粗さは、例えばＲａで、１マイクロメートルである。

図１に示されるスタブデバイス１３ａ（１３）の作製方法を説明する。スタブデバイス１３ａ（１３）の作製では、設置面２１ｃを形成した後に、図７の（ａ）部に示されるように、光ファイバアレイ４１を研磨器４５に取り付けて、光ファイバアレイ４１の一端４１ａを研磨して、第２面１３ｅ（第２端面２１ｅ）を形成する。研磨では、光ファイバアレイ４１の一端４１ａの下縁が消失すると共に光ファイバ２３のクラッドが現れるように、光ファイバ２３が配列される基準面に対して傾斜した研磨面を形成する。この研磨により、図７の（ｂ）部に示されるように、第２端面２１ｅ及び第２面１３ｅが形成される。第２面１３ｅの表面粗さは、例えばＲａで、０．００１マイクロメートルである。この研磨が完了すると、スタブデバイス１３ａ（１３）が作製される。

図２に示されるスタブデバイス１３ｂ（１３）の作製方法を説明する。スタブデバイス１３ｂ（１３）の作製では、設置面２１ｃを形成した後に、図７の（ｃ）部に示されるように、光ファイバアレイ４１を研磨器４５に取り付けて、光ファイバアレイ４１の一端４１ａを研磨して、第２面１３ｅ（第２端面２１ｅ）を形成する。研磨では、光ファイバアレイ４１の一端４１ａの下縁が消失すると共に光ファイバ２３の一端においてクラッドが現れないように、光ファイバ２３が配列される基準面に対して実質的に平行な研磨面を形成する。この研磨により、図７の（ｄ）部に示されるように、第２端面２１ｅ及び第２面１３ｅが形成される。第２面１３ｅでは、ホルダ２１の表面が現れる。第２面１３ｅの表面粗さは、例えばＲａで、０．００１マイクロメートルである。この研磨が完了すると、スタブデバイス１３ｂ（１３）が作製される。

図３に示されるスタブデバイス１３ｃ（１３）の作製方法を説明する。スタブデバイス１３ｃ（１３）の作製では、設置面２１ｃを形成した後に、図７の（ｅ）部に示されるように、光ファイバアレイ４１を研磨器４５に取り付けて、光ファイバアレイ４１の一端４１ａを研磨器４５を用いて研磨して第２面１３ｅ（第２端面２１ｅ）を形成する。研磨では、光ファイバアレイ４１の一端４１ａの下縁が消失すると共に光ファイバ２３のクラッドが現れるように、光ファイバ２３が配列される基準面に対して実質的に平行な研磨面を形成する。この研磨により、図７の（ｆ）部に示されるように、第２端面２１ｅ及び第２面１３ｅが形成される。第２面１３ｅには、光ファイバ２３のストライプ状のクラッドが現れる。第２面１３ｅの表面粗さは、例えばＲａで、０．００１マイクロメートルである。この研磨が完了すると、スタブデバイス１３ｃ（１３）が作製される。

好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

以上説明したように、本実施形態によれば、光ファイバの傾斜面を用いる光出射及び光入射における低い散乱と、光ファイバの固定における良好な接着強度とを提供するスタブデバイスを提供でき、またスタブデバイスを含む光学装置を提供できる。

１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…光学装置、１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ…スタブデバイス、１５…半導体デバイス、１７…樹脂体、２１…ホルダ、２１ｃ…設置面、２１ａ…第１部分、２１ｂ…第２部分、２３…光ファイバ、２１ｄ…第１端面、２１ｅ…第２端面。

Claims

スタブデバイスであって、
第１端面及び第２端面を含む第１部分と設置面を含む第２部分とを有するホルダと、
第１軸の方向に延在するように前記ホルダによって保持される複数の光ファイバと、
を備え、
前記第１部分及び前記第２部分は、前記第１軸の方向に配置され、
前記ホルダの前記第１端面及び前記光ファイバのコア端は、第１基準面に沿って配列され、
前記ホルダの前記第２端面は、第２基準面に沿って延在し、
前記ホルダの前記設置面は、第３基準面に沿って延在し、
前記ホルダの前記設置面は、前記光ファイバの前記コアから離れており、
前記光ファイバの前記コアは、前記ホルダの前記第２端面から離れており、
前記光ファイバは、第４基準面に沿って配置しており、
前記第２基準面は前記第１基準面に対して鋭角を成して傾斜し、
前記第３基準面は前記第１基準面に対して鋭角を成して傾斜し、
前記第４基準面は前記第１基準面に対して鋭角を成して傾斜し、
前記設置面は、前記第２端面の表面粗さより大きな表面粗さを有する、スタブデバイス。
前記設置面の前記表面粗さは、Ｒａで０．０５マイクロメートより大きい、請求項１に記載されたスタブデバイス。
前記第１端面と前記第２端面との交差線に到達するように前記第１端面上を延在するプロテクト部材を更に備える、請求項１又は請求項２に記載されたスタブデバイス。
前記第２端面は前記設置面と前記第１端面とを繋ぐ、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたスタブデバイス。
前記ホルダは、前記第２端面を前記設置面に接続する接続面を含み、前記接続面は前記第１軸に交差する第５基準面に沿って延在して、前記第２端面を前記設置面に繋ぎ、前記第１端面及び設置面は前記第１軸の方向に延在する、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたスタブデバイス。
前記光ファイバは、前記第１軸の方向に前記接続面まで前記第２基準面に沿って延在するクラッド面を含む、請求項５に記載されたスタブデバイス。
前記第２端面は、前記光ファイバの側面から離れている、請求項５に記載されたスタブデバイス。
光学装置であって、
請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載されたスタブデバイスと、
前記スタブデバイスの前記設置面を支持する第１領域と、前記スタブデバイスに光学的に結合される光結合素子を含む第２領域とを有する半導体デバイスと、
前記半導体デバイスと前記スタブデバイスとの間に設けられる樹脂体と、
を備える光学装置。