JP3999485B2

JP3999485B2 - 光接続モジュールの製造方法

Info

Publication number: JP3999485B2
Application number: JP2001314933A
Authority: JP
Inventors: 史敏小林; 健一仲間; 奈緒子引地
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2001-10-12
Filing date: 2001-10-12
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2021-10-12
Also published as: JP2003121615A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光接続モジュールの製造方法に関し、特に、一方の面にマイクロレンズが形成されたレンズアレイ基板の他方の面に、光接続モジュール先端の凸部と嵌合する凹部を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通信容量の増大にともなって、複数の光ファイバをレンズアレイを介して複数の光デバイスと接続する種々の光接続モジュールが用いられている。このような光接続モジュールの組立においては、光ファイバとレンズアレイとの調心方法が問題となっている。
【０００３】
レンズアレイが１次元配列の場合は、レンズアレイのレンズピッチに合わせたＶ溝により光ファイバが調心されることが多い。またレンズアレイが２次元配列の場合は、（ファイバ径＋α）の直径のガイド穴を持つガイド穴アレイにより調心される例がある。図１は、ガイド穴アレイを用いる調心方法を説明するための図である。マイクロレンズ１０を形成したガラス製のレンズアレイ基板１２に、テーパ状のガイド穴１４を形成した樹脂製のガイド穴アレイ基板１６を貼り合わせ、テーパ状の穴１４をガイドとして光ファイバ１８を挿入し、ガイド穴１４内に接着剤で固定している。この方法の場合、レンズアレイと光ファイバとの調心を正確に行うには、ガイド穴アレイの位置（ピッチ）精度や穴径の精度が必要とされる。
【０００４】
ガイド穴アレイの位置（ピッチ）精度や穴径の厳密な精度が要求されない方法として、特開平２−１２３３０１号公報には、ガイド穴アレイに加えて、光ファイバの先端をエッチング処理した際に得られる凸部を、レンズアレイ基板の各々のレンズに対応した焦点位置に設けた凹部に嵌合させる方法が提案されている。
【０００５】
しかし、レンズアレイの各々のレンズ焦点に対して精度良く嵌合用の凹部を形成することは困難であり、例えば特開平１０−１２８５６３号公報に示されるようにレーザを利用して、レンズアレイの各々のレンズによりレーザ光を集光させることで、嵌合用の凹部を形成する提案もなされている。図２に、この従来の加工方法を示す。レンズアレイ基板１２のマイクロレンズ１０に、レーザ光源（図示せず）からレーザ光２０を入射させ、レンズアレイ基板１２の他方の面に集光させて、集光部でレンズアレイ基板を溶融，蒸発，またはアブレーションさせて嵌合用凹部２２を形成する。
【０００６】
しかしながら、この方法ではコリメート条件（光ファイバ端面から出射した光がレンズによって平行光に変換される条件、またはマイクロレンズに入射した平行光が光ファイバ端面に集光される条件）においてのみ加工が可能であり、光ファイバから出射した光がマイクロレンズによって再度集光されるような条件等、他の共役条件を任意に設定することは困難であった。
【０００７】
本発明の目的は、任意の共役条件で嵌合用凹部の加工が可能になる、すなわち任意のレンズアレイ基板厚に対して対応可能な光接続モジュールの製造方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、レーザ光を用いて嵌合用凹部を形成する光接続モジュールの製造方法を提供することにある。
【０００９】
本発明のさらに他の目的は、リソグラフィ技術を用いて嵌合用凹部を形成する光接続モジュールの製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
レーザ光を用いる本発明の光接続モジュールの製造方法によれば、レーザ加工時において、レーザ光源とレンズアレイ基板との間に共役比調整用レンズアレイ基板を位置させて加工することで嵌合用凹部を形成する。この共役比調整用レンズアレイ基板を用いることにより、任意の共役条件で嵌合用凹部の加工が可能になる。また、嵌合用凹部のサイズは、共役比調整用レンズアレイ基板のレンズの焦点距離、または共役比調整用の光軸方向位置を調整することにより行うことができる。また、レーザ光には、ＹＡＧレーザの第３高調波を用いるのが好適である。
【００１１】
リソグラフィ技術を用いる本発明の光接続モジュールの製造方法によれば、レンズアレイ基板のレンズの反対面側にレジストを塗布し、レンズ面側から光によりレジストを露光する際に、光源とレンズアレイ基板との間に共役比調整用レンズアレイ基板を位置させ、現像後、レンズアレイ基板をエッチングすることで嵌合用凹部を形成する。この共役比調整用レンズアレイ基板を用いることにより、任意の共役条件で嵌合用凹部の加工が可能になる。また、嵌合用凹部のサイズは、共役比調整用レンズアレイ基板のレンズの焦点距離、または共役比調整用の光軸方向位置を調整することにより行うことができる。また、光には、紫外（ＵＶ）光を用いるのが好適である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の光接続モジュールの基本的な構成の一例を、図３に示す。一方の面にマイクロレンズ１０が形成され、他方の面に嵌合用凹部２２が形成されたレンズアレイ基板１２と、テーパ状のガイド穴１４が形成されたガイド穴アレイ基板１６とが、嵌合用凹部２２とガイド穴１４とが対応するように、貼り合わされている。このようなレンズアレイ基板およびガイド穴アレイ基板の材料は、ガラスまたは樹脂とすることができる。
【００１３】
このような構成の光接続モジュールには、光ファイバ１８がガイド穴１４に挿入され、光ファイバ１８の先端の凸部２４を、レンズアレイ基板１２の凹部２２に嵌合し、ガイド穴１４に封入された接着剤により光ファイバをガイド穴アレイ基板１６に固定する。
【００１４】
図４は、光接続モジュールの他の例を示す。レンズアレイ基板１２とガイド穴アレイ基板１６との間に共役比調整用基板２６を貼り合わせて、共役比調整基板２６に嵌合用凹部２２が設けられている。この構成では、共役比調整用基板に、レーザ加工性やエッチング性の良い材料を使用することが可能になる。
【００１５】
図３および図４の光接続モジュールは、光ファイバ１８からの光をコリメート光として出射することができ、また逆にマイクロレンズ１０に入射した平行光を集光して光ファイバ１８に結合できるため、用途としては光通信分野での光スイッチ等に適用できる。
【００１６】
図５は、図３の光接続モジュールを面発光レーザアレイ基板２８に接続した例を示す図である。各マイクロレンズ１０に対向するように、各面発光レーザ３０が配置される。各面発光レーザ３０からの出射光は、マイクロレンズ１０によって集光され、光ファイバ１８に結合される。
【００１７】
図６は、図４の光接続モジュールを、集光系として使用してコネクタとした例を示す。この場合、レンズアレイ基板１２のマイクロレンズ形成面とは反対側の面に、ガイド穴アレイ基板１６と同様の構造のガイド穴アレイ基板３２を貼り合わせる。一方の光ファイバから出射した発散光は、マイクロレンズにより集光され、他方の光ファイバに結合される。共役比調整板２６は、レンズから出射した光が、レンズアレイ基板と接する面と反対側の面に集光されるように厚みを選ぶ。
【００１８】
【実施例１】
図３，図５，図６に示したタイプの光接続モジュールに用いられるレンズアレイ基板１２に嵌合用凹部を、レーザ光を用いて形成する実施例を説明する。
【００１９】
本実施例においては、通信波長帯域（λ＝１５５０ｎｍ）でコリメート光２０を得るために最適な厚みを持つガラス製のレンズアレイ基板に、ＹＡＧレーザの第３高調波（３５５ｎｍ）により嵌合用凹部の加工を行う。
【００２０】
ＹＡＧレーザ第３高調波の波長は、対象としている通信波長（１５５０ｎｍ）よりも短いため、焦点位置が短くなり、レンズアレイ基板１２のマイクロレンズアレイと反対側の面に焦点を結ばない。このため、基板面上に嵌合用凹部を加工形成することができない。
【００２１】
したがって、図７に示すように、加工対象であるレンズアレイ基板１２のマイクロレンズアレイ側に、マイクロレンズアレイと同一ピッチの、凹レンズのマイクロレンズ３４のアレイが形成されたガラス製の共役比調整用レンズアレイ基板３６を同一光軸上に配置し、さらに、共役比調整用レンズアレイ基板３６のマイクロレンズアレイ側に、ＹＡＧレーザ光源を配置し、波長３５５ｎｍのレーザ光２０が、レーザアレイ基板１２の基板面に焦点を結ぶようにした。このとき、レーザ光は、ガラス基板であるレンズアレイ基板１２を溶融，蒸発またはアブレーションさせるしきい値以上の強度を有するものとする。
【００２２】
なお、凹レンズのマイクロレンズ３４は、ガラス基板に球状凹部を形成する、あるいはこのような球状凹部にガラスの屈折率より低い屈折率の材料（樹脂など）を埋め込むことにより形成できる。
【００２３】
また、レンズアレイ基板１２は、レンズの反対面側（加工面側）にＡｇイオンを含有させてレーザ吸収性を向上させた。
【００２４】
本実施例によれば、レーザ光源より射出したレーザ光２０は、凹レンズ３４により発散され、マイクロレンズ１０により集束されて、レンズアレイ基板１２の加工面に焦点を結ぶ。焦点部分のレンズアレイ基板が溶融，蒸発またはアブレーションされて、嵌合用凹部２２が形成される。その結果、各マイクロレンズに対応して、直径約２０μｍ，深さ７μｍの嵌合用凹部２２を形成することができた。
【００２５】
以上のようにして形成された凹部２２の寸法は、光ファイバ嵌合用として理想的な寸法である。図３に示したように、レンズアレイ基板の凹部２２にファイバ先端の凸部２４を嵌合し、光ファイバ側からλ＝１５５０ｎｍの通信波長帯域の光を入射させたところ、マイクロレンズ１０からコリメートされた平行光が出射した。
【００２６】
また、本実施例によれば、共役比調整用レンズアレイ基板３６のレンズの焦点距離、または共役比調整用レンズアレイ基板の光軸方向の配置位置を選択することで、レンズアレイ基板１２のレンズ反対面側の焦点像のサイズを調整することが可能になるため、加工用レーザと使用する光源の波長の差による焦点像サイズの大きさの修正や、ファイバの嵌合用凸部のサイズに合わせてレンズアレイ基板１２に加工される凹部２２のサイズを任意に選ぶことが可能になる。
【００２７】
なお、以上の実施例では、レンズアレイ基板１２および共役比調整用レンズアレイ基板３６の材料をガラスとしたが、これに限るものではなく樹脂であってもよい。
【００２８】
以上の例では、レンズアレイ基板に嵌合用凹部を形成しているが、図６のタイプの光接続モジュールでは、共役比調整用基板２６に、嵌合用凹部を形成する必要がある。この場合には、レンズアレイ基板１２と共役比調整用基板２６とが貼り合わされたものを、図７のレンズアレイ基板１２に代えれば、上記実施例と同様の方法で、共役比調整用基板２６に嵌合用凹部をレーザ加工で形成することができる。
【００２９】
【実施例２】
図３，図５，図６に示したタイプの光接続モジュールに用いられるレンズアレイ基板１２に嵌合用凹部を、リソグラフィ技術を用いて形成する実施例を説明する。本実施例においても、実施例１と同様に、共役比調整用レンズアレイ基板３６を用いるものとする。
【００３０】
まず、図８（Ａ）に示すように、レンズアレイ基板１２の凹部加工対象面にスピンコートにより感光性のレジスト４２を塗布する。
【００３１】
続いて、図８（Ｂ）に示すように、共役比調整用レンズアレイ基板３６を、レンズアレイ基板１２のレンズ側に配置し、この共役比調整用レンズアレイ基板３６のレンズの焦点距離、または共役比調整用レンズアレイ基板の光軸方向の配置位置によりスポット径を５μｍに調整したＵＶ光４４により感光させた（ＵＶ光源は図示していない）。
【００３２】
その後、図８（Ｃ）に示すように、現像することでレジストの露光部のみを除去することで直径５μｍのパターン４６を形成した。
【００３３】
次に、図８（Ｄ）に示すように、レンズアレイ基板１２のレンズ形成面とは反対側の面および側面をマスキング材４８により覆う。
【００３４】
次に、図８（Ｅ）に示すように、フッ酸によりエッチングする。
【００３５】
最後に、図８（Ｆ）に示すように、レジスト４２およびマスキング材４８を取り除くことで、直径２０μｍ，深さ７μｍの凹部２２を形成することができた。
【００３６】
本実施例において加工された凹部は、実施例１のレーザ加工による凹部と比較して面粗さが良好であった。
【００３７】
なお、以上の実施例では、レンズアレイ基板１２および共役比調整用レンズアレイ基板３６の材料をガラスとしたが、これに限るものではなく樹脂であってもよい。
【００３８】
以上の例では、レンズアレイ基板に嵌合用凹部を形成しているが、図６のタイプの光接続モジュールでは、共役比調整用透明基板２６に、嵌合用凹部を形成する必要がある。この場合には、レンズアレイ基板１２と共役比調整用基板２６とが貼り合わされたものを、図８のレンズアレイ基板１２に代えれば、上記実施例と同様の方法で、共役比調整用基板２６に嵌合用凹部をレーザ加工で形成することができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の光接続モジュールの製造方法によれば、以下のような効果が得られる。
（１）任意の共役条件で凹部加工が可能になる、したがって、任意のレンズアレイ基板厚に対して、対応が可能となる。
（２）加工用のレーザの波長と通信用等に実際に使用する光源の波長が異なることによる焦点像の差をキャンセルすることができる。
（３）任意の凹部サイズを得ることができる。すなわち、焦点位置調整により焦点像のサイズを任意に選べる。
（４）リソグラフィ技術による加工の場合は、凹部の面が滑らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガイド穴アレイを用いる調心方法を説明するための図である。
【図２】レーザ光を用いた従来の加工方法を説明するための図である。
【図３】光接続モジュールの基本的な構成の一例を示す図である。
【図４】光接続モジュールの基本的な構成の一例を示す図である。
【図５】光接続モジュールの基本的な構成の一例を示す図である。
【図６】光接続モジュールの基本的な構成の一例を示す図である。
【図７】本発明の第１実施例の製造方法を説明するための図である。
【図８】本発明の第２実施例の製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１０マイクロレンズ
１２レンズアレイ基板
１４ガイド穴
１６ガイド穴アレイ基板
１８光ファイバ
２０レーザ光
２２嵌合用凹部
２４嵌合用凸部
２６共役比調整用基板
２８面発光レーザアレイ基板
３０面発光レーザ
３４凹レンズのマイクロレンズ
３６共役比調整用レンズアレイ基板
４２レジスト
４４ＵＶ光
４８マスキング材

Claims

一方の面に複数のマイクロレンズが形成され、他方の面に前記各マイクロレンズの光軸に一致する位置に、光ファイバ先端の凸部と嵌合する凹部が形成された平板状の基板を少なくとも備える光接続モジュールの製造方法において、
前記基板のレンズ形成面側にレーザ光源を配置し、
前記レーザ光源と前記基板との間に、前記基板の複数のマイクロレンズと同一ピッチで配列された凹レンズのマイクロレンズが形成された共役比調整用のレンズアレイ基板を配置し、
前記レーザ光源から、前記基板を溶融，蒸発またはアブレーションさせるしきい値以上の強度を有するレーザ光を、前記共役比調整用レンズアレイ基板を経て、前記基板のレンズ形成面側から入射させ、反対側面の光軸上にレーザ光を集光させ、集光位置で前記基板を溶融，蒸発またはアブレーションさせることにより、前記凹部を形成することを特徴とする光接続モジュールの製造方法。
一方の面に複数のマイクロレンズが形成された平板状のレンズアレイ基板と、一方の面が前記レンズアレイ基板のレンズ形成面側に貼り合わされ、他方の面に前記各マイクロレンズの光軸に一致する位置に、光ファイバ先端の凸部と嵌合する凹部が形成された平板状の共役比調整用基板とを少なくとも備える光接続モジュールの製造方法において、
前記レンズアレイ基板のレンズ形成面とは反対側にレーザ光源を配置し、
前記レーザ光源と前記レンズアレイ基板との間に、前記レンズアレイ基板の複数のマイクロレンズと同一ピッチで配列された凹レンズのマイクロレンズが形成された共役比調整用レンズアレイ基板を配置し、
前記レーザ光源から、前記レンズアレイ基板を溶融，蒸発またはアブレーションさせるしきい値以上の強度を有するレーザ光を、前記共役比調整用レンズアレイ基板を経て、前記レンズアレイ基板に入射させ、前記共役比調整用基板の前記他方の面の光軸上にレーザ光を集光させ、集光位置で前記共役比調整用基板を溶融，蒸発またはアブレーションさせることにより、前記凹部を形成することを特徴とする光接続モジュールの製造方法。
前記凹部のサイズは、前記共役比調整用レンズアレイ基板のレンズの焦点距離、または前記共役比調整用レンズアレイ基板の光軸方向位置を調整することにより行うことを特徴とする請求項１または２に記載の光接続モジュールの製造方法。
一方の面に複数のマイクロレンズが形成され、他方の面に前記各マイクロレン
ズの光軸に一致する位置に、光ファイバ先端の凸部と嵌合する凹部が形成された
平板状の基板を少なくとも備える光接続モジュールの製造方法において、
前記基板のレンズ形成面とは反対側の面に、ホトレジストを塗布し、
前記基板のレンズ形成面側に光源を配置し、
前記光源と前記基板との間に、前記基板の複数のマイクロレンズと同一ピッチで配列された凹レンズのマイクロレンズが形成された共役比調整用のレンズアレイ基板を配置し、
前記光源からの光を、前記共役比調整用レンズアレイ基板を経て、前記基板のレンズ形成面側から入射させ、前記レジストを露光し、
前記レジストを現像し前記露光されたレジストを除去してレジストパターンを形成し、
前記基板をエッチングして、前記凹部を形成することを特徴とする光接続モジュールの製造方法。
一方の面に複数のマイクロレンズが形成された平板状のレンズアレイ基板と、一方の面が前記レンズアレイ基板のレンズ形成面側に貼り合わされ、他方の面に前記各マイクロレンズの光軸に一致する位置に、光ファイバ先端の凸部と嵌合する凹部が形成された平板状の共役比調整用基板とを少なくとも備える光接続モジュールの製造方法において、
前記共役比調整用基板の他方の面に、ホトレジストを塗布し、
前記レンズアレイ基板のレンズ形成面とは反対側に光源を配置し、
前記光源と前記レンズアレイ基板との間に、前記レンズアレイ基板の複数のマイクロレンズと同一ピッチで配列された凹レンズのマイクロレンズが形成された共役比調整用レンズアレイ基板を配置し、
前記光源からの光を、前記共役比調整用レンズアレイ基板を経て、前記レンズアレイ基板に入射させ、前記レジストを露光し、
前記レジストを現像し前記露光されたレジストを除去してレジストパターンを形成し、
前記共役比調整用基板をエッチングして、前記凹部を形成することを特徴とする光接続モジュールの製造方法。
前記凹部のサイズは、前記共役比調整用レンズアレイ基板のレンズの焦点距離、または前記共役比調整用レンズアレイ基板の光軸方向位置を調整することにより行うことを特徴とする請求項４または５に記載の光接続モジュールの製造方法。