JP2022509357A - アラインメントカプラを用いた光学コネクタおよび光学ベンチベースコネクタの取外し可能な接続 - Google Patents

Abstract

光学コネクタへの光学ベンチの能動的なアラインメントを促進するためにアラインメントカプラが提供される。光学ベンチおよびカプラは共に、光学ベンチベースのコネクタを形成する。光学ベンチベースのコネクタへの光学コネクタの取外し可能な接続方法は、以下の工程を含む：カプラを提供する工程であって、カプラは、光学ベンチを受容するようサイズ決めされた開口を有し、アラインメントを促進するために光学ベンチとカプラとの間で相対移動するためのクリアランスがあり、カプラは、コネクタに取外し可能に結合するよう構成された受動的なアラインメント構造を備える、工程；コネクタにカプラを取外し可能に結合する工程；カプラの開口中に光学ベンチを配置する工程；光学ベンチとコネクタとの間で光路を能動的にアラインメントし、カプラの開口のクリアランス内で光学ベンチの位置を調整することにより、光学ベンチとコネクタとの間で所望の光学アラインメントに達する、工程；所望の光学アラインメントにおいてカプラに対して光学ベンチの位置を固定し、光学ベンチがカプラを用いてコネクタに光学的にアラインメントされ、それにより、カプラの取外し可能な結合によってコネクタへの光学ベンチのその後の取外し可能な結合が可能となる、工程。

Description

関連出願との相互参照

本願は、（ａ）２０１８年１０月２３日出願の米国仮特許出願第６２／７４９６１６号、および（ｂ）２０１８年１０月２３日出願の米国仮特許出願第６２／７４９６１８号に基づく優先権を主張するものである。これらの出願は、参照により、それらの内容が本明細書に完全に記載されているかのように、完全に組み込まれているものとする。以下で言及するすべての刊行物は、参照により、それらの内容が本明細書に完全に記載されているかのように、完全に組み込まれているものとする。

本発明は、取外し可能な光接続に関するものであり、より詳細には、光学ベンチベースコネクタへの光学コネクタの光接続に関するものであり、さらに、フォトニック回路基板（photonic circuit board）のための光接続に関する。

フォトニック集積回路（photonic integrated circuit；ＰＩＣ）または光集積回路は、動作の基礎として電流ではなく光を用いるエマージング技術の一部である。ＰＩＣデバイスは、複数（少なくとも２つ）のフォトニック機能を統合し、したがって、電子集積回路に類似する。上記の２つの主な違いは、フォトニック集積回路は、通常は可視スペクトルまたは近赤外の８５０ｎｍ～１６５０ｎｍにおける光学波長に与えられる情報信号のための機能を提供することである。

ＰＩＣは、遠距離通信、計測、および信号処理の分野において様々な用途に使用される。ＰＩＣデバイス（フォトニックチップパッケージの形態で）は通常、光導波路を用いて、様々のオンチップ（on-chip）素子、例えば、導波路、オプティカルスイッチ、カプラ、ルータ、スプリッタ、マルチプレクサ／デマルチプレクサ、モジュレータ、増幅器、波長変換器、光－電気（Ｏ/Ｅ）および電気－光（Ｅ/Ｏ）信号変換器（例えば、フォトダイオード、レーザ）等を、実装および／または相互接続する。ＰＩＣデバイス中の導波路は通常、導波路のコアとクラッディングとの間の屈折率コントラストにより光をガイドするオンチップソリッド導光体である。

ＰＩＣデバイスはしばしば、光通信の組織化ネットワークの形態で、他のＰＩＣデバイスへの光接続を有することが必要とされる。接続距離は、チップ間接続の場合の数ミリメートルから、最大で長距離用途の場合の数キロメートルまでの範囲でありうる。低損失光ファイバによって長距離に亘って非常に高いデータ転送速度（＞２５Ｇｂｐｓ）で光ファイバ内を光が通過できるので、光ファイバは、有効な接続方法を提供できる。適切な動作のために、ＰＩＣデバイスは、外部光ファイバと１つまたは複数のオンチップ導波路との間で光を効率よく接続する必要がある。ＰＩＣデバイスにおいて回路動作の基礎として光を用いる利点は、高速信号伝達のためのエネルギー費が、電子チップのものよりも実質的に低いということである。したがって、この利点を維持する、ＰＩＣデバイスと光ファイバのような他の光学デバイスとの間の有効な接続が、ＰＩＣの重要な態様である。

現行技術水準は、ポリマーコネクタ要素を用いて厳しいアラインメント許容誤差を達成しようとするが、ポリマーにはいくつかの根本的な不利点がある。第１に、ポリマーは伸縮自在であり、外部の印加された負荷の下で容易に変形する。第２に、ポリマーは寸法安定性ではなく、特にコンピューティングおよびネットワーキングハードウェアで見られるような高温にさらされるとサイズおよび形状を変え得る。第３に、ポリマーの熱膨張率（ＣＴＥ）は、ＰＩＣデバイスで通常使用される物質のＣＴＥよりもはるかに大きい。したがって、温度サイクルによって、光ファイバとＰＩＣデバイス上の光学要素との間にアラインメントずれが生じる。場合によっては、ポリマーは、ＰＩＣデバイスをプリント回路基板上にはんだ付けする間に用いられる処理温度に耐えることができない。

光ファイバをＰＩＣデバイス（またはＰＩＣチップパッケージ）に結合する１つのアプローチは、光ファイバアレイをＰＩＣチップに直接取り付けることである。従来、光ファイバアレイは、能動的なアラインメントアプローチを用いてＰＩＣ上の光学要素とアラインメントされ、このアプローチにおいて、光ファイバアレイの位置および配向は、光ファイバとＰＩＣとの間で伝達される光の量が最大となるまで機械的に調整される。接続は一旦行われると恒久的であり、接続の完全性を破壊する可能性やＰＩＣチップへ光ファイバを再び取り付ける希望なしに、取り外し、分離しまたは着脱することができない。言い換えれば、光ファイバは、ＰＩＣデバイスに取外し可能に取り付けることができず、ファイバ接続および分離は、破壊的であり可逆的でない（すなわち、再接続可能でない）。

必要とされるのは、光学コネクタを正確に接続するための改善されたアプローチであって、許容誤差、製造性、使用容易性、機能性および信頼性をより低いコストで改善するアプローチである。

本発明は、光学コネクタと光学ベンチとの間に取外し可能／分離可能かつ再接続可能な接続を提供することにより、従来技術の欠点を克服する。光学コネクタへの光学ベンチの能動的なアラインメントを促進するために、アラインメントカプラが提供される。光学ベンチおよびカプラは共に、光学ベンチベースコネクタを形成する。光学コネクタは、フォトニック装置に結合された別の端部において別の終端を有する光ファイバアレイの終端に位置してもよく、光学ベンチのためのカプラは、外部接続点に結合された別の端部において別の終端を有する別の光ファイバアレイの終端に位置してもよく、あるいは、コネクタとカプラとが逆でもよい。

コネクタは、（ａ）フォトニック回路基板の端面、（ｂ）フォトニック回路基板の上部、（ｃ）フォトニック回路基板の支持体の端面、および（ｄ）フォトニック回路基板の支持体の上部、の少なくとも１つを備えてもよい。カプラを備えた光学ベンチは、配置されたコネクタに結合されうる。あるいは、カプラを備えた光学ベンチは、（ａ）フォトニック回路基板の端面、（ｂ）フォトニック回路基板の上部、（ｃ）フォトニック回路基板の支持体の端面、および（ｄ）フォトニック回路基板の支持体の上部の少なくとも１つを備えてもよい。コネクタは、配置された光学ベンチおよびカプラに結合されうる。

本発明の１つの態様は、光学コネクタ（光学ベンチを伴うまたは伴わない）および光学ベンチベースのコネクタの取外し可能な接続方法を提供し、この方法は、以下の工程を含む：カプラを提供する工程であって、カプラは、光学ベンチを受容するようサイズ決めされた開口を有し、アラインメントを促進するために光学ベンチとカプラとの間で相対移動するためのクリアランスがあり、カプラは、コネクタに取外し可能に結合するよう構成された受動的なアラインメント構造を備える、工程；コネクタにカプラを取外し可能に結合する工程；カプラの開口中に光学ベンチを配置する工程；光学ベンチとコネクタとの間で光路を能動的にアラインメントし、カプラの開口のクリアランス内で光学ベンチの位置を調整することにより、光学ベンチとコネクタとの間で所望の光学アラインメントに達する、工程；所望の光学アラインメントにおいてカプラに対して光学ベンチの位置を固定し、光学ベンチがカプラを用いてコネクタに光学的にアラインメントされ、それにより、カプラの取外し可能な結合によってコネクタへの光学ベンチのその後の取外し可能な結合が可能となる、工程。カプラに対する光学ベンチの位置は、例えば、エポキシ、はんだ付けおよび溶接によって、所望の光学アラインメントにおいて固定されてもよい。

カプラ中の開口は、光学ベンチの少なくとも一部を受容するようにサイズ決めおよび構成され、所望の光学アラインメントを達成するために光学ベンチの位置の予想される調整のための十分なクリアランスがある。開口は、溝、スルーホール、部分的な孔、チャネルの形態でもよい。一実施形態において、カプラは、光学ベンチの側面の少なくとも一部を囲むように馬蹄（すなわちＵ字形状）のように形成されてもよい。一実施形態において、光学ベンチは、以下を含む：ベース；ベース上に規定されたミラーのアレイであって、各ミラーがアレイ中で光ファイバに対応し、各ミラーが、ベースの上面に実質的に平行な平面における第１の方向に沿った第１の光路と当該平面の外側の第２の方向に沿った第２の光路との間で光の向きを変える構造反射表面プロファイルを含む、アレイ；第１の光路に沿って対応するミラーと光学的にアラインメントされた光ファイバのセクションをそれぞれ受容する溝のアレイ。一実施形態において、コネクタは、光ファイバのアレイの端部セクションを保持し、光学ベンチ間で光路を能動的にアラインメントする工程が、対応するミラーと光ファイバとの間の第２の光路を能動的にアラインメントし、光学ベンチとコネクタとの間で所望の光学アラインメントに達する工程を含む。

一実施形態によれば、光学ベンチのベースは金属で作製されてもよく、溝およびミラーの第１のアレイは、可鍛性金属材料にスタンピングを施すことによりベース上に一体的に規定される。ミラーの構造反射正面プロファイルは、光学ベンチ中の光ファイバのモードフィールドをコネクタ中の光ファイバに一致させるために光を再整形するよう構成される。一実施形態において、構造反射表面プロファイルまたはミラーは、以下のプロファイル：（ａ）楕円体、（ｂ）軸外放物線、または（ｃ）他の自由形状の光学表面の１つを含む。

一実施形態において、コネクタは、コリメート光ビームを受容および出力するよう構成された拡張型ビームコネクタであり、各ミラーの構造反射表面プロファイルは、光学ベンチ中の対応する光ファイバからの入射光ビームを拡張およびコリメートし、反対に、拡張型ビームコネクタから受容されたコリメート光ビームを光学ベンチ中の対応する光ファイバに集光するよう形成される。

一実施形態において、コネクタがカプラに結合された状態で、コネクタは、コネクタの光ファイバを支持して、第２の光路に沿って第２の方向に光を入力／出力する構造を含み、コネクタの光ファイバと光学ベンチとの間の光は、光学ベンチ内のミラーの第１のアレイを介して、第１の光路および第２の光路によって規定される光路をたどる。したがって、カプラおよび光学ベンチは、取外し可能な直角コネクタを形成することができる。

コネクタは、カプラがコネクタに結合されているときに、カプラの表面と向かい合う表面を有する。コネクタの端面は、後方反射を防ぐためにある角度（通常は８度）で研磨することができ、次いでカプラの表面を同様に角度付けてコネクタの端面の角度に一致させる。

コネクタは、カプラ上の受動的アラインメント構造に相補的な受動的アラインメント構造を含み、コネクタは、コネクタおよびカプラ上の相補的な受動的アラインメント構造に基づいて受動的アラインメントによってカプラに取外し可能に結合され、カプラを介してコネクタを光学ベンチに光学的に結合する。一実施形態では、カプラ上の受動的アラインメント構造は、アラインメントピン、アラインメントピンホールおよび表面特徴の少なくとも１つを含み、キネマティック結合、準キネマティック結合、または弾性平均結合を提供し、コネクタ上の受動的アラインメント構造は、アラインメントピンホール、アラインメントピンおよび表面特徴の少なくとも１つを含み、カプラの対応する受動的アラインメント構造に相補的な、キネマティック結合、準キネマティック結合、および弾性平均結合を提供する。

別の態様では、取外し可能な直角コネクタは、カプラを介して光学ベンチをコネクタにアラインメントすることによって形成することができ、カプラに対する光学ベンチの位置は、上記の方法に従って固定される。

好ましい使用態様に加え、本発明の特性および利点のより完全な理解のために、添付の図面と共に読まれる以下の詳細な説明を参照されたい。以下の図面においては、図面全体に亘り、類似の参照文字および／または参照番号は、同様または類似の部分を指している。

本発明の１つの実施形態に従うＰＩＣチップを支持する回路基板の端面における直角コネクタを概略的に示す図 本発明の１つの実施形態に従うＰＩＣチップを支持する回路基板の上部における直角コネクタを概略的に示す図 本発明の１つの実施形態に従うカプラおよび光学ベンチを含む直角コネクタを示す図 本発明の１つの実施形態に従うカプラおよび光学ベンチを含む直角コネクタを示す図 本発明の１つの実施形態に従う直角コネクタおよび光学コネクタの結合を示す図 本発明の１つの実施形態に従う直角コネクタおよび光学コネクタの結合を示す図 本発明の１つの実施形態に従う直角コネクタおよび光学コネクタの結合を示す図 本発明の１つの実施形態に従う直角コネクタおよび光学コネクタの結合を示す図 本発明の１つの実施形態に従うカプラおよび光学ベンチを含む直角コネクタを示す図 本発明の１つの実施形態に従うカプラおよび光学ベンチを含む直角コネクタを示す図 本発明の１つの実施形態に従う直角コネクタおよび光学コネクタの結合を示す図 本発明の１つの実施形態に従う直角コネクタおよび光学コネクタの結合を示す図 本発明の１つの実施形態に従う直角コネクタおよび光学コネクタの結合を示す図 本発明の１つの実施形態に従う直角コネクタおよび光学コネクタの結合を示す図 本発明の１つの実施形態に従う複数の光学ベンチを支持するカプラを備えた直角コネクタを示す図 本発明の別の実施形態に従う複数の光学ベンチを支持する直角コネクタカプラを示す図 本発明の１つの実施形態に従う直角コネクタおよび複数の光学コネクタの結合を示す図

以下、図面を参照しつつ、様々な実施形態を参照しながら本発明を説明する。本発明は、本発明の目的を達成するための最良の態様（ベストモード）に関して説明されているが、当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、これらの教示内容を考慮して複数のバリエーションを実現できることを理解できるであろう。

本発明は、光学ベンチＯＢの光学コネクタＣに対する能動的なアラインメントを促進するためにアラインメントカプラＡを用いて光学コネクタＣと光学ベンチＯＢとの間に取外し可能／分離可能かつ再接続可能な接続を提供することにより、従来技術の欠点を克服する。

図１Ａおよび１Ｂを参照すると、光学ベンチおよびカプラは共に、光学ベンチベースのコネクタＢＣを形成する。図１Ａにおいて、コネクタＣは、光ファイバアレイＦＡ１の終端にありフォトニック装置ＰＡ（例えば、支持フォトニック回路基板ＰＣＢおよびバックプレーン（backplane）支持体Ｓ上に支持された、インターポーザＩ上に支持されたフォトニック集積回路（ＰＩＣ）Ｐ）に結合された別の端部で別の終端を有してもよく、コネクタＢＣは、別の光ファイバアレイＦＡ２の終端にあり外部接続点（図１Ａに図示せず）に結合された別の端部で別の終端を有してもよい。図１Ｂにおいて、コネクタＢＣおよびコネクタＣの役割が入れ替わる。図１Ｂにおいて、コネクタＢＣは、光ファイバアレイＦＡ２の終端にありフォトニック装置ＰＡ（例えば、フォトニック集積回路（ＰＩＣ））に結合された別の端部で別の終端を有してもよく、コネクタＯは、別の光ファイバアレイＦＡ１の終端にあり外部接続点（図１Ｂに図示せず）に結合された別の端部で別の終端を有してもよい。

図１Ａおよび１Ｂに示されるように、コネクタＣおよびコネクタＢＣは、以下の少なくとも１つを備えうる：（ａ）フォトニック回路基板ＰＣＢの端面（図１Ａ）、（ｂ）フォトニック回路基板ＰＣＢの上部（図１Ｂ）、（ｃ）フォトニック回路基板ＰＣＢのバックプレーン支持体Ｓの端面（図示せず）、および（ｄ）フォトニック回路基板のバックプレーン支持体Ｓの上部。光学ベンチＯＢは、配置されたコネクタＣに結合されうる。

本発明の１つの態様は、光学コネクタＣ（光学ベンチを伴うまたは伴わない）および光学ベンチベースのコネクタＢＣの取外し可能な接続方法を提供する。図２および３の実施形態を参照すると、コネクタＢＣは、光学ベンチＯＢおよびアラインメントカプラＡを含む。（２つの実施形態が多くの共通の特徴を共有することを考えると、図２におけるカプラＡ１およびコネクタＣ１と図３におけるカプラＡ２およびコネクタＣ２とは、これらの実施形態に共通の特徴を称する際にカプラＡおよびコネクタＣと集合的に称されてもよい。）

図２Ａおよび２Ｂを参照すると、カプラＡ１は、開口Ｏを有する本体Ｄを含み、開口Ｏは、光学ベンチＯＢを受容するようサイズ決めされ、アラインメントを促進するために光学ベンチＯＢとカプラＡ１との間で相対移動（例えば、開口Ｏ内での３並進および３回転の移動）をするためのクリアランスがある。これに関して、カプラＡ１の開口は、光学ベンチＯＢの少なくとも一部を受容するようにサイズ決めおよび構成されており、所望の光学アラインメントを達成するために光学ベンチＯＢの位置の予想される調整のための十分なクリアランスがある。開口Ｏにおけるクリアランスは、光学ベンチＯＢおよびカプラＣの寸法変化を構成するのに十分な大きさである必要がある。例えば、開口Ｏは、カプラＣの最大実体状態、光学ベンチＯＢの最大実体状態、および光学ベンチＯＢおよびカプラＣ内のファイバの位置許容誤差を構成するのに十分なスペースを確保する必要がある。開口Ｏは、溝、スルーホール、部分的な孔、またはチャネルの形態でもよい。説明される実施形態において、カプラＡ１の本体Ｄは、光学ベンチＯＢの側面および後側の一部を囲むように馬蹄（すなわちＵ字形状）のように形成されてもよい。コネクタＣは、カプラＡがコネクタＣに結合されたときに、カプラＡの表面に対向する表面を有する。この実施形態（図２）において、図２Ａおよび２Ｂに図示されるカプラＡ１の上面Ｔは、結合されたときにコネクタＣ１の相補的な傾斜した／角度のある対向面と一致するように、ある角度（例えば、８度）で傾斜している。

図３の実施形態では、コネクタＣ２は、コリメート光ビームを受信および出力するよう構成された拡張型ビームコネクタである。このコネクタＣ２に適応するために、各ミラーＭの構造反射表面プロファイルは、光学ベンチＯＢ中の対応する光ファイバＯＦからの入射光ビームを拡張およびコリメートし、反対に、拡張型ビームコネクタＣ２から受け取ったコリメート光ビームを光学ベンチＯＢ中の対応する光ファイバＯＦに集光するよう形成される。図３Ａおよび３Ｂに図示される実施形態において、カプラＡ２の上面Ｔ２は、傾斜／角度付けされていない。拡張型ビームタイプのフェルールコネクタには、傾斜／角度付けは必要ない。

説明される実施形態において、光学ベンチＯＢは、ベンチまたはベースＢ（例えば、シリコン、ガラス、コバール、インバー、アルミニウム、ステンレス鋼などの可鍛性金属で作製される）、およびベース上に規定されたミラーＭのアレイを含む。さらに、溝ＶのアレイがベースＢ上に規定されている。各溝Ｖは、光ファイバＯＦの端部セクションを受容し、第１の光路Ｌ１に沿って対応するミラーと光学的アラインメントをとる。透明なガラス、石英、またはサファイアプレートＧは、ベースＢ上の露出面を覆う。一実施形態では、光学ベンチＯＢは、ミラー表面ＭとガラスプレートＧとの間において屈折率整合エポキシで満たされてもよい。各ミラーＭは、ベースＢの上面に実質的に平行な平面内（または光ファイバＯＦの光軸に沿った方向）の第１の（水平）方向に沿った第１の光路Ｌ１と当該平面の外側の第２の（垂直）方向に沿った第２の光路Ｌ２との間で、光を（例えば、９０度だけ）回転させる構造反射表面プロファイルを含む。

一実施形態によれば、光学ベンチＯＢのベースＢは金属製でもよく、表面特徴（ミラーＭおよび溝Ｖ）は、可鍛性金属材料の単一のモノリシックブロック（例えば、ストック金属材料または金属ブランク）をスタンピングすることによってベースＢ上に一体的に規定されうる。ミラーＭの構造反射表面プロファイルは、光学ベンチＯＢ内の光ファイバのモードフィールドをコネクタＣ内の光ファイバＦに一致させるように光を再整形するように構成されてもよい。

一実施形態では、各ミラーＭは、ベースＢの露出した自由表面（すなわち、空気に露出した表面、または光学ベンチのベースの本体の内部ではない表面）であり、光学ベンチＯＢのベースＢ上で対応する光ファイバＯＦに面する露出した反射自由側を有する。露出した反射自由側は、光が光学ベンチ内の対応する光ファイバＯＦに出入りするよう方向付けられる構造反射表面プロファイルを含む。各ミラーＭは、入射光を曲げ、反射し、および／または再整形する。構造反射表面プロファイルの構成および形状（例えば、曲率）に応じて、ミラーＭは、入射光ビームを、コリメート、拡張、または集光しうる。例えば、構造反射表面プロファイルは、以下の幾何学的形状／プロファイルのうちの１つを含み得る：（ａ）楕円体、（ｂ）軸外放物線、または（ｃ）他の自由形状光学表面。例えば、ミラー表面は、光パワーを提供するために、次のいずれかの表面幾何学的曲率関数を個別に、または重ね合わせて有してもよい：楕円体または双曲線円錐焦点、さまざまな数の偶数または奇数の非球面項を持つトロイダル非球面、さまざまな数の偶数または奇数項を持つＸ－Ｙ非球面曲線、さまざまな次数のゼルニケ多項式、およびこれらの関数に含まれるより単純な表面のさまざまなファミリ。表面はまた、任意の平面またはベクトルに沿って対称性のない自由形状の表面であってもよい。

本明細書に記載のすべての実施形態において、構造反射表面は、平坦、凹面または凸面、またはそれらの組み合わせであるように構成されて、複合反射表面を構成しうる。一実施形態では、構造反射表面は、滑らかな（研磨仕上げに似た仕上げを有する）鏡面を有する。代わりに、反射型のテクスチャ表面でもよい。構造反射表面は、均一な表面特性、または表面に亘って滑らかさおよび／またはテクスチャの程度が変化するような変動表面特性、あるいは、構造反射表面を構成する滑らかかつテクスチャ加工の表面の様々な領域の組み合わせを有してもよい。構造反射表面は、以下の同等の光学要素のうちの少なくとも１つに対応する表面プロファイルおよび／または光学特性を有し得る：ミラー、集束レンズ、発散レンズ、回折格子、または前述の組み合わせ。構造反射表面は、異なる同等の光学要素に対応する複数の領域（例えば、発散している環状領域に囲まれた集束している中央領域）を規定する複合プロファイルを有し得る。一実施形態では、構造反射表面は、表面を通して光を透過しない不透明な材料上に規定される。

ミラーＭは、可鍛性金属材料をスタンピングすることによってベースＢ上に規定され得る。工具鋼または炭化タングステン工具でスタンピング可能なさまざまの可鍛性金属は、ミラーの本体を構成することができ、任意の３００または４００シリーズのステンレス鋼、コバールの任意の組成、任意の沈殿または固溶硬化金属、およびＡｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕの任意の合金を含む。１３１０ｎｍを超える長波長では、アルミニウムは反射率が高く（＞９８％）、スタンピングによって経済的に成形される。ミラーを構成する金属の部分の反射表面は、上記の金属のいずれか、または、スパッタリング、蒸着、またはめっきプロセスによって適用される反射率の高い金属の任意のコーティングであり得る。

本願と同様に本願の譲受人に譲渡された、米国特許第７，３４３，７７０号明細書は、許容誤差の小さい部品を製造するための、新規な精密スタンピングシステムを開示している。その米国特許第７，３４３，７７０号明細書に開示されているようなエッジカプラの構造（上述の光学ベンチＢのための構造、並びに以下に論じる構造を含む）を生成するため、そのような新規なスタンピングシステムを実装することができる。これらのスタンピング処理は、最終的な表面特徴（他の規定された表面特徴形状と精密なアラインメントが取られる所望の幾何学形状を有する反射表面を含む）を、厳しい（すなわち小さな）許容誤差で形成するために、可鍛性バルク金属材料（例えば、金属ブランクまたはストック）をスタンピングする処理を包含する。本願と同様に本願の譲受人に譲渡された、米国特許出願公開第２０１６／００１６２１８号明細書は、異種の金属材料の主要部分と補助部分とを有するベースを含む、複合構造をさらに開示している。ベースおよび補助部分は、スタンピングにより成形される。補助部分がスタンピング形成されると、補助部分はベースとインターロックし、それと同時に補助部分上に所望の構造特徴形状（たとえば、構造反射面や、光ファイバのアラインメントのための特徴形状等）を形成する。このアプローチにより、比較的重要性の低い構造特徴形状は、比較的大きな許容誤差を維持する少ない労力により、ベースのバルク上に成形され得る一方、補助部分上に存在するより重要性の高い構造特徴形状は、より小さな許容誤差で寸法、幾何学形状および／または仕上げ状態を規定するさらなる考察をもって、より精密に成形される。補助部分は、異なる構造特徴形状をスタンピング形成するための異なる特性を伴う２つの異種の金属材料の、さらなる複合構造を含むものとされてもよい。このスタンピング形成のアプローチは、それより前の米国特許第７３４３７７０号明細書における、スタンピングに供されるバルク材料が均質材料（例えば、コバールやアルミニウム等の、金属のストリップ）であるスタンピング形成のアプローチに対し、改良をもたらすものである。スタンピング処理は、単一の均質材料から構造特徴形状を生成する。したがって、異なる複数の特徴形状がその材料の特性を共有することとなり、その特性は、１つ以上の特徴形状にとって最適な特性ではないかもしれない。例えば、アラインメントのための特徴形状をスタンピング形成するのに適した特性を有する材料は、光信号の損失を低減するのに最適な光反射効率を有する反射性の表面特徴形状をスタンピング形成するのに適した特性を、有していないかもしれない。本明細書に記載されるように、開示された複合構造を採用して、光学ベンチＯＢおよび／またはカプラＡ（例えば、図２および３における）および光学ベンチＯＢを有する光ファイバコネクタＢＣを生成しうる。

カプラＡの本体Ｄは、上述の光学ベンチＯＢ内のベースＢの表面特徴（溝ＶおよびミラーＭ）の形成に関して論じたのと同様の方法で、スタンピングにより形成しうる。

ミラーＭの構造反射表面プロファイルは、光学ベンチＯＢ内の光ファイバＯＦからの光ビームを再整形して、光ファイバコネクタＣ（例えば、ＭＴフェルール）内の光ファイバＦのモードフィールドにより厳密に一致するモードフィールドを生成するように構成され得る。さらに、以下でさらに説明するように、コネクタＣが拡張型ビームタイプである場合、光学ベンチＯＢ内のミラーＭは、例えば、コネクタＣに保持された光ファイバＦの先端／端面のコアに光ビームを集束させることにより、光ファイバＦからの光ビームを拡張またはコリメートし、コネクタＣ内のファイバＦに出力するための、反射表面プロファイルを備えて構成されうる。この拡張されたビーム結合構成によって、ミラーＭと拡張型ビーム光ファイバコネクタＣに保持された光ファイバとの間の光学アラインメント許容誤差の要求が低減される。

図２Ｆおよび３Ｆに示されるように、光ファイバアレイＦＡ１は、光学ベンチを伴わないフェルールコネクタＦＣ（図示せず；例えば、ＭＴＰおよびＭＰＯファイバ－光学コネクタ内で使用されるようなＭＴフェルール）を有し、光学ベンチを有する光学コネクタＢＣに結合するための露出したむき出しの端面を備えた光ファイバを保持するために使用される。この実施形態では、ミラーＭの構造反射表面プロファイルは、光ファイバＯＦからの光ビームを再整形して、光学ベンチからの光ビームを、光ファイバフェルールコネクタＣ内に保持された光ファイバの露出した先端／端面のコアに直接集束させるように構成することができる。光ファイバコネクタＣは、光ファイバＦを支持して、第２の（光学ベンチＯＢ内の光ファイバＯＦに対して実質的に垂直）光路Ｌ２に沿って第２の方向に光を入力／出力する構造を備え、光ファイバコネクタＣはカプラＡに取外し可能に結合された状態で、光ファイバアレイＦＡ１と光学ベンチＯＢの光ファイバＯＦとの間の光は、カプラＡによって支持される光学ベンチＯＢ内の第１のアレイのミラーＭを介して第１の光路Ｌ１および第２の光路Ｌ２によって規定される光路をたどる。

フェルールコネクタＦＣが光学ベンチを伴わない拡張型ビームタイプである場合、ミラーＭの構造反射表面プロファイルは、ＰＩＣチップＰからの光ビームを再整形し、ミラーＭと拡張型ビーム光ファイバコネクタＦＣ内に保持される光ファイバとの間の光学アラインメント許容誤差要件を低減するように構成することができる。この実施形態では、フェルールコネクタＦＣ内の光ファイバＯＦの先端は、エッジカプラＥのガラス板Ｇと物理的に接触する必要はないが、接触してもよい。この実施形態では、エッジカプラＥのベースＢは、フェルールコネクタＦＣ上の相補的なアラインメントピンＡを収容するために、アラインメントピンＡの代わりにアラインメントホールＡＡを備える。

光学ベンチＯＢ内のミラーＭの反射表面プロファイルの様々な設計または修正を行って、所望の光学効果のための所望のビーム形状／構成を得ることができる。

コネクタＣは、カプラＡ上の受動的アラインメント構造に相補的な受動的アラインメント構造を含み、コネクタＣは、それぞれコネクタおよびカプラ上の相補的な受動的アラインメント構造ＨおよびＨＨに基づく受動的アラインメントによってカプラＡに取外し可能に結合され、カプラＡを介してコネクタＣを光学ベンチＯＢと光学的に結合する。一実施形態では、カプラＡ上の受動的アラインメント構造は、アラインメントピンＨ、アラインメントピンホールＨＨおよび表面特徴（図示せず）の少なくとも１つを含み、キネマティック結合、準キネマティック結合、または弾性平均結合を提供し、コネクタ上の受動的アラインメント構造は、アラインメントピンホール、アラインメントピンおよび表面特徴の少なくとも１つを含み、カプラの対応する受動的アラインメント構造に相補的な、キネマティック結合、準キネマティック結合、および弾性平均結合を提供する。

一実施形態では、コネクタＣは、光ファイバＦのアレイの端部セクションを保持し（図２Ｆを参照）、光学ベンチＯＢとコネクタＣとの間の光路を能動的にアライメントすることは、対応するミラーＭとコネクタＣ内の光ファイバＦとの間の第２の光路を能動的にアラインメントし、光学ベンチＯＢとコネクタＣとの間の所望の光学アラインメントに達する工程を含む。

本発明によれば、光学コネクタ（光学ベンチを伴うまたは伴わない）および光学ベンチベースのコネクタの取外し可能な接続方法は、以下の工程を含む：カプラＡを提供する工程であって、カプラＡは、光学ベンチＯＢを受容するようサイズ決めされた開口Ｏを有し、アラインメントを促進するために光学ベンチＯＢとカプラＡとの間で相対移動するためのクリアランスがあり、カプラＡは、コネクタＣに取外し可能に結合するよう構成された受動的なアラインメント構造ＨまたはＨＨを備える、工程；コネクタＣにカプラＡを取外し可能に結合する工程；カプラＡの開口中に光学ベンチＯＢを配置する工程；光学ベンチＯＢとコネクタＣとの間で光路（Ｌ１＋Ｌ２）を能動的にアラインメントし、カプラＡの開口Ｏのクリアランス内で光学ベンチＯＢの位置を調整することにより、光学ベンチＯＢとコネクタＣとの間で所望の光学アラインメントに達する、工程；所望の光学アラインメントにおいてカプラＡに対して光学ベンチＯＢの位置を固定し、光学ベンチＯＢがカプラＡを用いてコネクタＣに光学的にアラインメントされ、それにより、カプラＡの取外し可能な接続によってコネクタＣへの光学ベンチＯＢのその後の取外し可能な結合が可能となる、工程。カプラＡに対する光学ベンチＯＢの位置は、例えば、エポキシ、はんだ付けおよび溶接によって、所望の光学アラインメントにおいて固定されてもよい。

コネクタＣがカプラＡに取外し可能に結合される場合、コネクタＣは、ダイ２の光路Ｌ２に沿って第２の方向に光を入力／出力するようにコネクタＣの光ファイバＦを支持する構造を含み、コネクタＣの光ファイバＦと光学ベンチＯＢとの間の光は、光学ベンチ内のミラーＭの第１のアレイを介して第１の光路および第２の光路によって規定される光路をたどり、したがって、カプラおよび光学ベンチは、取外し可能な直角の光学ベンチベースのコネクタＢＣを形成しうる。

別の態様では、取外し可能な直角コネクタは、カプラを介して光学ベンチをコネクタにアラインメントすることによって形成することができ、カプラに対する光学ベンチの位置は、上記の方法に従って固定される。

図４は、本発明の一実施形態による、複数の光学ベンチＯＢを支持するカプラＡ３を備えた直角コネクタＢＣ３の実施形態を示す。

図５Ａは、本発明の別の実施形態による、複数の光学ベンチＯＢを保持するカプラＡ４を備えた直角コネクタＢＣ４の別の実施形態を示す；図５Ｂは、本発明の一実施形態による、直角コネクタＢＣ４と複数の光学コネクタＣとの結合を示している。

上記のすべての実施形態について第１の光路Ｌ１および第２の光路Ｌ２は双方向である。

以上、好ましい実施形態を参照して、本発明を具体的に示し説明してきたが、当業者であれば、本発明の精神、範囲および教示内容から逸脱することなく、形態および詳細に関し様々な変更が可能であることを理解できるであろう。したがって、ここに開示された発明は単に説明目的のものと捉えられるべきであり、添付の請求項で規定されるとおりにのみ、範囲が限定されるべきである。

Claims (20)

1. 光学コネクタおよび光学ベンチの取外し可能な接続方法であって、
   カプラを提供する工程であって、該カプラは、前記光学ベンチを受容するようサイズ決めされた開口を有し、アラインメントを促進するために前記光学ベンチと前記カプラとの間で相対移動するためのクリアランスがあり、前記カプラは、前記コネクタに取外し可能に結合するよう構成された受動的なアラインメント構造を備える、工程；
   前記コネクタに前記カプラを取外し可能に結合する工程；
   前記カプラの開口中に前記光学ベンチを配置する工程；
   前記光学ベンチと前記コネクタとの間で光路を能動的にアラインメントし、前記カプラの開口のクリアランス内で前記光学ベンチの位置を調整することにより、前記光学ベンチと前記コネクタとの間で所望の光学アラインメントに達する、工程；
   前記所望の光学アラインメントにおいて前記カプラに対して前記光学ベンチの位置を固定する工程、
   を含み、
   前記光学ベンチが前記カプラを用いて前記コネクタに光学的にアラインメントされ、それにより、前記カプラの取外し可能な結合によって前記コネクタへの前記光学ベンチのその後の取外し可能な結合が可能となる、
   ことを特徴とする、方法。
2. 前記カプラ中の開口が、前記光学ベンチの少なくとも一部を受容するようにサイズ決めおよび構成され、前記所望の光学アラインメントを達成するために前記光学ベンチの位置の予想される調整のための十分なクリアランスがあることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記光学ベンチが、
   ベース；
   前記ベース上に規定されたミラーのアレイであって、各ミラーが前記アレイ中で光ファイバに対応し、各ミラーが、前記ベースの上面に実質的に平行な平面における第１の方向に沿った第１の光路と前記平面の外側の第２の方向に沿った第２の光路との間で光の向きを変える構造反射表面プロファイルを含む、アレイ；
   前記第１の光路に沿って対応するミラーと光学的にアラインメントされた光ファイバのセクションをそれぞれ受容する溝のアレイ
   を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記コネクタが、光ファイバのアレイの端部セクションを保持し、前記光学ベンチ間で前記光路を能動的にアラインメントする工程が、対応するミラーと光ファイバとの間の前記第２の光路を能動的にアラインメントし、前記光学ベンチと前記コネクタとの間で所望の光学アラインメントに達する工程を含む、ことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 前記ベースが金属で作製され、前記溝および前記ミラーの第１のアレイが、可鍛性金属材料にスタンピングを施すことにより前記ベース上に一体的に規定される、ことを特徴とする、請求項３または４に記載の方法。
6. 前記ミラーの構造反射正面プロファイルが、前記光学ベンチ中の前記光ファイバのモードフィールドを前記コネクタ中の前記光ファイバに一致させるために光を再整形するよう構成されることを特徴とする、請求項３～５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記構造反射表面プロファイルが、以下のプロファイル：（ａ）楕円体、（ｂ）軸外放物線、または（ｃ）他の自由形状の光学表面の１つを含むことを特徴とする、請求項３～６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記コネクタが、コリメート光ビームを受容および出力するよう構成された拡張型ビームコネクタであり、各ミラーの前記構造反射表面プロファイルが、前記光学ベンチ中の対応する光ファイバからの入射光ビームを拡張およびコリメートし、反対に、拡張型ビームコネクタから受容されたコリメート光ビームを前記光学ベンチ中の対応する光ファイバに集光するよう形成される、ことを特徴とする、請求項３～７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記コネクタが前記カプラに結合された状態で、前記コネクタが、該コネクタの前記光ファイバを支持して、前記第２の光路に沿って前記第２の方向に光を入力／出力する構造を含み、前記コネクタの前記光ファイバと前記光学ベンチとの間の光が、前記光学ベンチ内の前記ミラーの第１のアレイを介して、前記第１の光路および前記第２の光路によって規定される光路をたどる、ことを特徴とする、請求項３～８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記コネクタが、前記カプラ上の受動的アラインメント構造に相補的な受動的アラインメント構造を含み、前記コネクタが、前記コネクタおよび前記カプラ上の前記相補的な受動的アラインメント構造に基づいて受動的アラインメントによって前記カプラに取外し可能に結合され、前記カプラを介して前記コネクタを前記光学ベンチに光学的に結合する、ことを特徴とする、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記カプラ上の前記受動的アラインメント構造が、アラインメントピン、アラインメントピンホールおよび表面特徴の少なくとも１つを含み、キネマティック結合、準キネマティック結合、または弾性平均結合を提供し、前記コネクタ上の前記受動的アラインメント構造が、アラインメントピンホール、アラインメントピンおよび表面特徴の少なくとも１つを含み、前記カプラの対応する受動的アラインメント構造に相補的な、キネマティック結合、準キネマティック結合、および弾性平均結合を提供する、ことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. 前記コネクタが、（ａ）フォトニック回路基板の端面、（ｂ）前記フォトニック回路基板の上部、（ｃ）前記フォトニック回路基板の支持体の端面、および（ｄ）前記フォトニック回路基板の支持体の上部、の少なくとも１つに提供され、前記カプラを備えた光学ベンチが、配置された前記コネクタに結合されうる、ことを特徴とする、請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記カプラを備えた光学ベンチが、（ａ）フォトニック回路基板の端面、（ｂ）前記フォトニック回路基板の上部、（ｃ）前記フォトニック回路基板の支持体の端面、および（ｄ）前記フォトニック回路基板の支持体の上部の少なくとも１つに提供され、前記コネクタが、配置された前記光学ベンチおよび前記カプラに結合されうる、ことを特徴とする、請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記コネクタが、前記カプラが前記コネクタに結合されているときに、前記カプラの表面と向かい合う表面を有し、前記コネクタの表面が角度付けされ、前記カプラの表面が前記コネクタの表面の角度に一致するように角度付けされる、ことを特徴とする、請求項１～１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記コネクタが、フォトニック装置に結合された別の終端を有する光ファイバアレイの終端に位置し、前記カプラが、外部接続点に結合された別の終端を有する別の光ファイバアレイの終端に位置する、あるいは、前記コネクタと前記カプラとが逆である、ことを特徴とする、請求項１～１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記カプラおよび前記光学ベンチが共に、取外し可能な直角コネクタを形成することを特徴とする、請求項１～１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記カプラに対する前記光学ベンチの位置が、エポキシ、はんだ付けおよび溶接によって、前記所望の光学アラインメントにおいて固定されることを特徴とする、請求項１～１６のいずれか一項に記載の方法。
18. カプラおよび光学ベンチを含み、前記カプラに対する前記光学ベンチの位置が、請求項１に記載の方法によって固定されることを特徴とする、取外し可能な直角コネクタ。
19. 前記光学ベンチが、
    ベース；
    前記ベース上に規定されたミラーのアレイであって、各ミラーが前記アレイ中で光ファイバに対応し、各ミラーが、前記ベースの上面に実質的に平行な平面における第１の方向に沿った第１の光路と前記平面の外側の第２の方向に沿った第２の光路との間で光の向きを変える構造反射表面プロファイルを含む、アレイ；
    前記第１の光路に沿って対応するミラーと光学的にアラインメントされた光ファイバのセクションをそれぞれ受容する溝のアレイ
    を含むことを特徴とする、請求項１８に記載の直角コネクタ。
20. 前記各ミラーの構造反射表面プロファイルが、前記光学ベンチ内の対応する光ファイバからの入射光ビームを拡張およびコリメートし、反対に、前記コリメート光ビームを前記光学ベンチ内の前記対応する光ファイバに集光するよう形成されることを特徴とする、請求項１９に記載の直角コネクタ。

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