JP3078490B2 - 光波パスを突き合わせ接合する方法および光波パスのアレイを互いに接続する方法 - Google Patents
光波パスを突き合わせ接合する方法および光波パスのアレイを互いに接続する方法Info
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- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
- Mechanical Coupling Of Light Guides (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は集積光回路（ＩＯ
Ｃ）と光ファイバを含む、光伝送パスのアレイの相互接
続の装置及び方法に関する。
Ｃ）と光ファイバを含む、光伝送パスのアレイの相互接
続の装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】集積光回路（ＩＯＣ）の設計及び製造の
進歩は、光伝送システムの応用に対して非常に魅力的な
候補である。しかし、ＩＯＣをファイバ通信システムに
組み込む場合、この素子をガラスファイバに接続する実
用的、且つ市販可能なシステムが不可欠である。今日、
シリコン基板に堆積されたドープされたシリカで造られ
た集積光素子のガラスコア導波路は、一般的にＵＶ硬化
性エポキシまたは熱硬化性エポキシのようなボンディン
グ材料により、入出力光ファイバのアレイに突き合わせ
接続する。光デバイスの導波路を隣接する光ファイバに
接合するのに使用される物質は、突き合わせ接続部に存
在するギャップを充填する機能をも有すべきである。論
文"Fiber Attachment for Guided Wave Devices"(E.J.
Murphy, Journal of Lightwave Technology, Vol.6, N
o.6, June 1988)では、導波デバイスにファイバを接着
する現状を述べた。この論文においては、低いファイバ
−導波路の挿入損失を実現する最新方法について説明
し、ファイバを配置し、永久的に接着する技術について
記述している。著者は、ボンディング材料及びボンディ
ング方法は、ファイバ−導波路結合の安定性及び信頼性
に影響するため、その適用は重要であることを述べてい
る。著者はまた、エポキシはファイバの配列を維持せず
急速に硬化するため、信頼性が悪いと強調している。エ
ポキシは高温、高圧、高湿度の環境で使用する場合、そ
の信頼性が問題となる。そのため、ボンディング材料の
破壊またはその光学特性の劣化が起こると、例えば、海
底ケーブルのような場合、その修理は非常に高価とな
り、このような材料は使用出来ない。
進歩は、光伝送システムの応用に対して非常に魅力的な
候補である。しかし、ＩＯＣをファイバ通信システムに
組み込む場合、この素子をガラスファイバに接続する実
用的、且つ市販可能なシステムが不可欠である。今日、
シリコン基板に堆積されたドープされたシリカで造られ
た集積光素子のガラスコア導波路は、一般的にＵＶ硬化
性エポキシまたは熱硬化性エポキシのようなボンディン
グ材料により、入出力光ファイバのアレイに突き合わせ
接続する。光デバイスの導波路を隣接する光ファイバに
接合するのに使用される物質は、突き合わせ接続部に存
在するギャップを充填する機能をも有すべきである。論
文"Fiber Attachment for Guided Wave Devices"(E.J.
Murphy, Journal of Lightwave Technology, Vol.6, N
o.6, June 1988)では、導波デバイスにファイバを接着
する現状を述べた。この論文においては、低いファイバ
−導波路の挿入損失を実現する最新方法について説明
し、ファイバを配置し、永久的に接着する技術について
記述している。著者は、ボンディング材料及びボンディ
ング方法は、ファイバ−導波路結合の安定性及び信頼性
に影響するため、その適用は重要であることを述べてい
る。著者はまた、エポキシはファイバの配列を維持せず
急速に硬化するため、信頼性が悪いと強調している。エ
ポキシは高温、高圧、高湿度の環境で使用する場合、そ
の信頼性が問題となる。そのため、ボンディング材料の
破壊またはその光学特性の劣化が起こると、例えば、海
底ケーブルのような場合、その修理は非常に高価とな
り、このような材料は使用出来ない。
【０００３】米国特許第５２０８８８５号では、より信
頼性のあるファイバ−導波路の突き合わせ結合を開示
し、ガラスがファイバを導波路に溶着するのに使用され
る。ガラス材料の溶融温度は、導波路の安全性を保つ温
度より低く、それを光ファイバ及び／または導波路にか
ける。そして、ガラス材料を加熱して、溶融されたガラ
スは、ファイバと導波路を接続させる。最近、米国特許
出願第０８／１０５７８８号において、別の溶融ガラス
を使用せずに、直接に光ファイバを溶融して導波路に接
着する方法を開示した。
頼性のあるファイバ−導波路の突き合わせ結合を開示
し、ガラスがファイバを導波路に溶着するのに使用され
る。ガラス材料の溶融温度は、導波路の安全性を保つ温
度より低く、それを光ファイバ及び／または導波路にか
ける。そして、ガラス材料を加熱して、溶融されたガラ
スは、ファイバと導波路を接続させる。最近、米国特許
出願第０８／１０５７８８号において、別の溶融ガラス
を使用せずに、直接に光ファイバを溶融して導波路に接
着する方法を開示した。
【０００４】前述したファイバを導波路に突き合わせ接
合する２つの方法は、エポキシを使用する方法より優れ
るが、それを取り扱うときの丈夫さ及び耐環境性を保証
するために、結合に対してさらに補強及び保護が必要で
ある。そのため、導波路構造体の接合は、直接に安定性
及び丈夫さが望ましい。
合する２つの方法は、エポキシを使用する方法より優れ
るが、それを取り扱うときの丈夫さ及び耐環境性を保証
するために、結合に対してさらに補強及び保護が必要で
ある。そのため、導波路構造体の接合は、直接に安定性
及び丈夫さが望ましい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、光導波パスのアレイ間の接合の安定性及び丈夫さを
有する接合方法を提供することである。
は、光導波パスのアレイ間の接合の安定性及び丈夫さを
有する接合方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、接続パッドを
用いて結合される光ファイバの接合を保証する。本発明
の一実施形態によれば、接続パッドは各アレイ上に保持
される。そして、このアレイは自由に配置され、２つの
パッドは互いに固められて、頑丈且つ安定の機械的結合
を形成する。本発明による接続パッドを用いることによ
り、２つの光アレイを互いに接合することは光導波パス
の外側で行われる。それ故に、光学的相互接続の品質が
劣化し、低下することは一切なくなる。
用いて結合される光ファイバの接合を保証する。本発明
の一実施形態によれば、接続パッドは各アレイ上に保持
される。そして、このアレイは自由に配置され、２つの
パッドは互いに固められて、頑丈且つ安定の機械的結合
を形成する。本発明による接続パッドを用いることによ
り、２つの光アレイを互いに接合することは光導波パス
の外側で行われる。それ故に、光学的相互接続の品質が
劣化し、低下することは一切なくなる。
【０００７】適切なエポキシを用いて、接続パッドはア
レイに接合することができ、接続パッド同士の接合も可
能である。本発明の実施形態においては、パッドはアレ
イ及び他のパッドに固着される。また、様々な接続パッ
ドの配置は可能である。パッドの精密な構造は光学アレ
イの物理的構造及び光学回路の需要に依存する。
レイに接合することができ、接続パッド同士の接合も可
能である。本発明の実施形態においては、パッドはアレ
イ及び他のパッドに固着される。また、様々な接続パッ
ドの配置は可能である。パッドの精密な構造は光学アレ
イの物理的構造及び光学回路の需要に依存する。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は本発明に関連する集積光回
路の典型的な構成を示す。一般的にこの素子は、標準の
酸化物／シリコン（ＳｉＯ2／Ｓｉ）の方法によりシリ
コン基板にドープされたシリカ導波路を堆積することに
より製造される。これについては、論文"Silia Wavegui
des On Silicon And Their Application to Integrated
Optical Components"(M. Kawachi, Optical and Quant
um Electronics,22,1990,391-416)では詳述されてい
る。これらの素子は様々な実用の光回路に構成され、通
信及び信号処理ネットワークなど分野に利用される。図
１において、相互作用領域１０は詳細に示していない。
路の典型的な構成を示す。一般的にこの素子は、標準の
酸化物／シリコン（ＳｉＯ2／Ｓｉ）の方法によりシリ
コン基板にドープされたシリカ導波路を堆積することに
より製造される。これについては、論文"Silia Wavegui
des On Silicon And Their Application to Integrated
Optical Components"(M. Kawachi, Optical and Quant
um Electronics,22,1990,391-416)では詳述されてい
る。これらの素子は様々な実用の光回路に構成され、通
信及び信号処理ネットワークなど分野に利用される。図
１において、相互作用領域１０は詳細に示していない。
【０００９】光信号は１つまたは複数の導波路１１−
１、１１−２、…１１−ｎ及び１２−１、１２−２、…
１２−ｍにより領域１０に入、出力する。しかしなが
ら、導波路アレイ１１と１２の出入口と結合するために
は、ファイバ接合端は素子に固定される。図２に示すよ
うに、接合端は短い光ファイバ２０であり、この光ファ
イバ２０は１対のＶ溝チップ２１と２２により保持され
る。ファイバは隣接した導波路１１−１、１１−２…及
び１２−１、１２−２…の間隔と同等な距離で間隔配置
される。この間隔は通常２５０μｍである。
１、１１−２、…１１−ｎ及び１２−１、１２−２、…
１２−ｍにより領域１０に入、出力する。しかしなが
ら、導波路アレイ１１と１２の出入口と結合するために
は、ファイバ接合端は素子に固定される。図２に示すよ
うに、接合端は短い光ファイバ２０であり、この光ファ
イバ２０は１対のＶ溝チップ２１と２２により保持され
る。ファイバは隣接した導波路１１−１、１１−２…及
び１２−１、１２−２…の間隔と同等な距離で間隔配置
される。この間隔は通常２５０μｍである。
【００１０】本発明によれば、導波路のアレイに接合端
のアレイを固着するために、図３に示す接続パッドを用
いる。図３は本発明により結合される光アレイの組立図
を示す。この光アレイには集積光回路３０と、ファイバ
接合端アレイ３１と、２つの接続パッド３２、３３とを
含む。集積光回路３０の導波路３４のアレイにファイバ
接合端アレイ３１のファイバを固着するために、１つの
接続パッド３２はファイバ接合端アレイ３１の上部に固
着され、他の接続パッド３３は集積光回路３０の上部に
固着される。そして、２つのファイバ接合端アレイ３１
と導波路３４は自由に配置され、２つの接続パッド３２
と３３は相互に接続される。これにより得られた構造体
は図４に示す。図４はファイバ接続端３１に突き合わせ
接続されたＩＯＣ３０を示し、接続パッド３２と３３は
それぞれ集積光回路３０とファイバ接合端アレイ３１に
固着され、互いに接合される。接続は塗りつぶした領域
３５と３６により示される。前述したように、すべての
機械的接続は光導波パスの外部で行われるため、光パス
を干渉する材料はそれぞれの要素には固着されない。エ
ポキシの伝送特性が経時的に劣化するため、それは、接
続パッド３２と３３がそれぞれ集積光回路３０及びファ
イバ接合端アレイ３１へ、及びその間が瞬間固着するの
に使用される。しかし、あるエポキシは高温で使用され
る必要がある。これにより、配列プロセスにおいて、す
べての部品を高温に加熱する必要がある。さらに、ある
応用において、接続の解除も重要である。そのため、本
発明の実施形態においては、局所の加熱のみが必要なハ
ンダを用いて様々な接合を形成する。この方法により形
成された接点は頑丈且つ安定な結合を形成できると同時
に、簡単に分離され、やり直される。また、光学配置は
標準の配置設備及び方法により室温で行われる。
のアレイを固着するために、図３に示す接続パッドを用
いる。図３は本発明により結合される光アレイの組立図
を示す。この光アレイには集積光回路３０と、ファイバ
接合端アレイ３１と、２つの接続パッド３２、３３とを
含む。集積光回路３０の導波路３４のアレイにファイバ
接合端アレイ３１のファイバを固着するために、１つの
接続パッド３２はファイバ接合端アレイ３１の上部に固
着され、他の接続パッド３３は集積光回路３０の上部に
固着される。そして、２つのファイバ接合端アレイ３１
と導波路３４は自由に配置され、２つの接続パッド３２
と３３は相互に接続される。これにより得られた構造体
は図４に示す。図４はファイバ接続端３１に突き合わせ
接続されたＩＯＣ３０を示し、接続パッド３２と３３は
それぞれ集積光回路３０とファイバ接合端アレイ３１に
固着され、互いに接合される。接続は塗りつぶした領域
３５と３６により示される。前述したように、すべての
機械的接続は光導波パスの外部で行われるため、光パス
を干渉する材料はそれぞれの要素には固着されない。エ
ポキシの伝送特性が経時的に劣化するため、それは、接
続パッド３２と３３がそれぞれ集積光回路３０及びファ
イバ接合端アレイ３１へ、及びその間が瞬間固着するの
に使用される。しかし、あるエポキシは高温で使用され
る必要がある。これにより、配列プロセスにおいて、す
べての部品を高温に加熱する必要がある。さらに、ある
応用において、接続の解除も重要である。そのため、本
発明の実施形態においては、局所の加熱のみが必要なハ
ンダを用いて様々な接合を形成する。この方法により形
成された接点は頑丈且つ安定な結合を形成できると同時
に、簡単に分離され、やり直される。また、光学配置は
標準の配置設備及び方法により室温で行われる。
【００１１】必要ならば、屈折率マッチゲルが使用で
き、ファイバと回路光波パス間の反射を減少させる。図
５は突き合わせ接合の２つの光アレイに１つの接続パッ
ドを用いる本発明の第２実施形態を示す。この構成にお
いては、単一の橋形接続パッド５０はファイバアレイを
集積光回路５２の一端に接続させる。同様に、第２の単
一の橋形接続パッド５３は第２ファイバアレイ５４を集
積光回路５２の他端に接続させる。
き、ファイバと回路光波パス間の反射を減少させる。図
５は突き合わせ接合の２つの光アレイに１つの接続パッ
ドを用いる本発明の第２実施形態を示す。この構成にお
いては、単一の橋形接続パッド５０はファイバアレイを
集積光回路５２の一端に接続させる。同様に、第２の単
一の橋形接続パッド５３は第２ファイバアレイ５４を集
積光回路５２の他端に接続させる。
【００１２】図６は各接続の側面図を示す。橋形接続パ
ッド５０は２つの突き合わせ接続のアレイ５１と集積光
回路５２の界面５５を跨っており、それぞれのアレイの
隣接した表面５６と５７を結合させる。
ッド５０は２つの突き合わせ接続のアレイ５１と集積光
回路５２の界面５５を跨っており、それぞれのアレイの
隣接した表面５６と５７を結合させる。
【００１３】一般的にシリコン系からなるアレイの熱膨
張に適合するために、接続パッドをシリコンで形成する
ことが有利である。もし、パッドはファイバアレイにハ
ンダ付けされれば、ハンダを受けるためにパッド及びア
レイチップはまず金属化する必要がある。これは標準の
スパッタリング法により行われる。この特殊の構成にお
いては、橋形接続パッド５０の底面の部分及び対応する
光アレイの上部表面５６と５７の部分は金属化される。
そして、ハンダ５８はパッドとアレイとの間に配置され
る。アレイは光学配列に保持されている内に、ハンダに
局所的に熱を与える。ハンダをペーストの形で付けるの
が便利である。本発明で使用するハンダは４２％錫と５
８％ビスマスを含む。しかしながら、この特殊のハンダ
合金はこれに限定されず、他の種類の合金も使用でき
る。
張に適合するために、接続パッドをシリコンで形成する
ことが有利である。もし、パッドはファイバアレイにハ
ンダ付けされれば、ハンダを受けるためにパッド及びア
レイチップはまず金属化する必要がある。これは標準の
スパッタリング法により行われる。この特殊の構成にお
いては、橋形接続パッド５０の底面の部分及び対応する
光アレイの上部表面５６と５７の部分は金属化される。
そして、ハンダ５８はパッドとアレイとの間に配置され
る。アレイは光学配列に保持されている内に、ハンダに
局所的に熱を与える。ハンダをペーストの形で付けるの
が便利である。本発明で使用するハンダは４２％錫と５
８％ビスマスを含む。しかしながら、この特殊のハンダ
合金はこれに限定されず、他の種類の合金も使用でき
る。
【００１４】シリコン表面の金属化は接着剤層としての
５００〜１５００Ａ（ここで、Ａはオングストロームを
示す）のチタン層と、バリアとしての１５００〜３００
０Ａのプラチナ層とバリア層の酸化防止層としての５０
０〜２０００Ａの金層を含む。同様に、厚さ及び材料は
限定されるものではない。他の寸法及び材料は当業者に
とって所望の金属化を得るために使用される。接続パッ
ドの厚さは約２５ミル（０．６３ｍｍ）である。熱はホ
ットエアトーチランプにより局所的に与えられる。
５００〜１５００Ａ（ここで、Ａはオングストロームを
示す）のチタン層と、バリアとしての１５００〜３００
０Ａのプラチナ層とバリア層の酸化防止層としての５０
０〜２０００Ａの金層を含む。同様に、厚さ及び材料は
限定されるものではない。他の寸法及び材料は当業者に
とって所望の金属化を得るために使用される。接続パッ
ドの厚さは約２５ミル（０．６３ｍｍ）である。熱はホ
ットエアトーチランプにより局所的に与えられる。
【００１５】界面５５に屈折率マッチゲルを使用するこ
とにより、突き合わせ接合部の伝送特性が改善される。
接続パッドは図７に示すように防水接続を形成するのに
使用される。この実施形態において、パッド１、２、
３、４は、矩形の包囲体７０を形成するために一体に接
続される。この包囲体７０には光アレイ７１と７２が取
り囲まれている。光学配列を行ってから、包囲体７０と
アレイ７１、７２間の間隔はシールされて密閉の接続を
形成する。本発明の実施形態においては、包囲体の内縁
及び隣接する表面は金属化され、密閉のハンダシールが
形成される。
とにより、突き合わせ接合部の伝送特性が改善される。
接続パッドは図７に示すように防水接続を形成するのに
使用される。この実施形態において、パッド１、２、
３、４は、矩形の包囲体７０を形成するために一体に接
続される。この包囲体７０には光アレイ７１と７２が取
り囲まれている。光学配列を行ってから、包囲体７０と
アレイ７１、７２間の間隔はシールされて密閉の接続を
形成する。本発明の実施形態においては、包囲体の内縁
及び隣接する表面は金属化され、密閉のハンダシールが
形成される。
【００１６】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の接続パッド
は光伝送パスのアレイを接続するのに使用することによ
り、安定、頑丈な接続が得られる。この方法は高速、簡
単且つ廉価であり、電流配列プロセスとの互換性があ
る。ハンダを用いてパッドをアレイに、及びパッド同士
を固着することにより、接続を解除したり、やり直した
りすることができる。すべての接続は光学パスの外部で
行われるため、光学接続の経時劣化が起こらない。最後
に、図３に示すようにアレイの外でパッドを配置するこ
とにより、実装プラットフォームは便利に提供される。
は光伝送パスのアレイを接続するのに使用することによ
り、安定、頑丈な接続が得られる。この方法は高速、簡
単且つ廉価であり、電流配列プロセスとの互換性があ
る。ハンダを用いてパッドをアレイに、及びパッド同士
を固着することにより、接続を解除したり、やり直した
りすることができる。すべての接続は光学パスの外部で
行われるため、光学接続の経時劣化が起こらない。最後
に、図３に示すようにアレイの外でパッドを配置するこ
とにより、実装プラットフォームは便利に提供される。
【図１】本発明に関連する従来の集積光回路を表す図。
【図２】従来の光ファイバの接続端を表す図。
【図３】本発明の方法により接合する光学アレイを表す
組立図。
組立図。
【図４】図３に示したアレイの結合状態を表す図。
【図５】単一の接続パッドを用いる本発明の第２の実施
形態を表す図。
形態を表す図。
【図６】図７の実施形態を表す側面図。
【図７】接続パッドを用いて密閉シールされた結合を形
成することを表す図。
成することを表す図。
１、２、３、４ 接続パッド １０ 結合領域 １１、１２ 導波路 ２０ 光ファイバ ２１、２２ Ｖ溝チップ ３０ 集積光回路 ３１ ファイバ接合端アレイ ３２、３３ 接続パッド ３４ 導波路 ３５、３６ 接続領域 ５０、５３ 橋形接続パッド ５２ 集積光回路 ５４ ファイバアレイ ５５ 界面 ５６、５７ 上部表面 ５８ ハンダ ７０ 矩形包囲体 ７１、７２ 光アレイ
フロントページの続き (72)発明者 ハーマン メルヴィン プレスビー アメリカ合衆国，08904 ニュージャー ジー，ミドルセックス カウンティー, ハイランド パーク，リンカーン アヴ ェニュー467 (56)参考文献 実開 昭63−160507（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 6/12 G02B 6/30
Claims (6)
- 【請求項１】 接続パッドを用いて、光波パスの第１の
アレイ中の光波パスを光波パスの第２のアレイ中の各光
波パスにしっかりと突き合わせ接合する方法において、 前記第１のアレイの一端を前記第２のアレイの一端に近
接させて配置し、前記各アレイ中の光波パスを整列させ
るステップと、 単一の接続パッドを、前記第１のアレイに沿うある位置
から前記突き合わせ接合の反対側へ、前記第２のアレイ
に沿うある位置まで延びるように配置するステップと、 前記単一の接続パッドを前記アレイの両方にボンディン
グするステップとを含むことを特徴とする光波パスを突
き合わせ接合する方法。 - 【請求項２】 前記ボンディングするステップは、はん
だ付けにより行われることを特徴とする請求項１記載の
方法。 - 【請求項３】 接続パッドを用いて、光波パスの一対の
アレイを互いに接続する方法において、 ４個の接続パッドをボンディングして、前記アレイを受
け入れるために充分に大きい矩形の囲いをつくるステッ
プと、 前記アレイを前記囲いの両側の端部に挿入するステップ
と、 前記アレイの光波パスを光的に整列させるステップと、 前記囲いと前記アレイとの間の空間をシールするステッ
プとを含むことを特徴とする光波パスのアレイを互いに
接続する方法。 - 【請求項４】 前記囲いと前記アレイとの間の空間は、
はんだでシールされることを特徴とする請求項３記載の
方法。 - 【請求項５】 前記シールするステップは、気密性シー
ルを形成することを特徴とする請求項３記載の方法。 - 【請求項６】 前記接続パッドは、シリコンからできて
いる ことを特徴とする請求項１記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US35086994A | 1994-12-07 | 1994-12-07 | |
| US350869 | 1994-12-07 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08240741A JPH08240741A (ja) | 1996-09-17 |
| JP3078490B2 true JP3078490B2 (ja) | 2000-08-21 |
Family
ID=23378551
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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