JP6639416B2 - 垂直光結合構造を製造するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、光学又は光電子部品（ｏｐｔｉｃａｌ ｏｒ ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｏｒｏｎｉｃ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）間の光結合構造の分野に関する。本発明は、特に、小寸法で、垂直照明を有する高速光検出器のマトリックスか、あるいは、小寸法で、表面を介して発する垂直共振器を有する高速レーザーダイオード、つまり、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ‐Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）のマトリックスに、集合的又は受動的に、光ファイバのマトリックスを接続することに適用される。

結合デバイスは、能動的又は受動的に、発光用光ファイバ束と、別の受光用光ファイバ束との間か、あるいは、コネクタ、発光ダイオード又はレーザーダイオードなどの１つ以上の光学又は光電子部品間に光信号を送信することを目的とするということが知られている。

光学的位置ずれ（ｏｐｔｉｃａｌ ｍｉｓａｌｉｇｎｍｅｎｔ）、後方反射又は他の光形状効果（ｏｐｔｉｃａｌ−ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ ｅｆｆｅｃｔｓ）に起因する、光ファイバの入力又は出力での信号損失を最小化するために、結合デバイスは、光ファイバの軸の精密な位置合わせを提供しなければならず、かつ、光ファイバのコアと外部媒質との間の屈折率における不連続を防がなければならない。光ファイバとＶＣＳＥＬ（垂直共振器面発光レーザー）との結合は、一般的に、シングルモードファイバのためのミクロン未満（ｎｅａｒｅｓｔ ｍｉｃｒｏｎ）及びマルチモードファイバのための数ミクロン未満（ｎｅａｒｅｓｔ ｆｅｗ ｍｉｃｒｏｎｓ）の位置合わせを必要とする。また、結合デバイスの大部分は、明白な実用的理由から、かつ、光電子デバイスの高まる小型化に従うように、できるだけ減らされなければならない。

２つの配向機構（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）を用いてファイバ及びレーザー発光器を整列させる既知の能動的な技術がある。レーザー発光器は、光ファイバに能動的に配向されるビームを生成し、該光ファイバはまた、能動的に配向される。両配向機構は、レーザー及びファイバを整列する機能を有し、最大出力を得る。位置合わせが得られると、ファイバは、溶接または結合によって、レーザー発光器に取り付けられる。この能動的な位置合わせ技術は、得られるアセンブリへの高コストにつながる。

また、例えば、ボールレンズといった、従来技術の結合システムでは、３つの部品、つまり、発光部品（ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）、受光部品（ｒｅｃｅｐｔｉｏｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）及びレンズそのものにおける位置合わせの問題が発生してしまう。次いで、これは６つの自由度（ｓｉｘ ｄｅｇｒｅｅｓ ｏｆ ｆｒｅｅｄｏｍ）を有する位置合わせである。

受動的な位置合わせ技術が提案されてきた。Ｔ．Ｏｕｃｈｉ著の「厚膜フォトレジストにパターン化した案内孔を用いたプラスチック光ファイバへのＶＣＳＥＬの直接結合（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｏｆ ＶＣＳＥＬｓ ｔｏ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒｓ Ｕｓｉｎｇ Ｇｕｉｄｅ Ｈｏｌｅｓ Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ ｉｎ ａ Ｔｈｉｃｋ Ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）」と題する文献では、例えば、裏面を通って発光するＶＣＳＥＬと、ＶＣＳＥＬの基板に案内孔を形成することを構成する光ファイバとを結合するためのプロセスが記載される。案内孔は、デバイスを支える基板内に穿孔され、光ファイバはこれら孔内に滑り込む。案内孔は、ファイバの案内を高めるようにテーパー付けされる。

しかし、この技術がファイバを案内するが、直接接触、いわゆる、「突合わせ結合（ｂｕｔｔ−ｃｏｕｐｌｉｎｇ）」によって光結合を提供するだけである。また、その技術は、光学ビームを集中させず、小寸法又はファイバから分岐するＶＣＳＥＬか、あるいは、１つのファイバを有し、該ファイバのコアがシングルモードファイバ又はファイバよりも小さな寸法の光検出器を有するファイバなどの低減された寸法であるＶＣＳＥＬかのいずれかの効率的な結合を可能にしない。

文献（英国特許第１４０９７９３号、欧州特許第１７２２２５８号、米国特許出願公開第２００８０１２３１９８号、国際公開第２０１１／００２５０８Ａ２号）は、互いに取り付けられる機械部品から構成される光結合構造に関する。これらの文献は、光検出器又はレーザーの受動的結合を提案し、後者がより大きな寸法、つまり、５０μｍより大きな寸法である条件での能動的結合を提案する。これは、文献（英国特許第１４０９７９３号、欧州特許第１７２２２５８号及び米国特許出願公開第２００８０１２３１９８号）の場合、単一発光器又は受光デバイスとファイバとの結合を生成することに関するか、あるいは、国際公開第２０１１／００２５０８Ａ２号の場合、定量化され、限定的な数（１、２、４、通常１６未満）の群の光学発光器又は受光デバイスをファイバと結合することにまさに関する。

上記の文献のいずれも、マトリックスＮのファイバをマトリックスＮの光学デバイス、ソース又は検出器に結合するための構造の製造を可能にする集合的な解決策（ｃｏｌｌｅｃｔｉｖｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を提案していない。

従って、集合的に生産されることができ、容易に適応可能で、厚さが小さく、光学ビームを集中させることができ、かつ、能動的な位置合わせを要することなく結合度を高めることができる、簡易な結合デバイスに対するニーズがある。

本発明の一目的は、簡易かつ低コストの方法で、つまり、集合的及び受動的に、ＶＣＳＥＬレーザー及び光ファイバなどの２つの光学又は光電子部品を結合することを可能にすることである。この目的は、２つの光学又は光電子部品間の垂直光結合構造のおかげで、本発明のコンテクストで達成され、該結合構造は、一般的に空気といった周囲媒質の屈折率よりも大きな屈折率を有する材料から構成される、全体的に円錐台形（ｔｒｕｎｃａｔｅｄ ｃｏｎｅ ｓｈａｐｅ）の結合部を含み、該結合部は、第１の光学又は光電子部品の発光又は受光面（ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｏｒ ｒｅｃｅｉｐｔｉｏｎ ｓｕｒｆａｃｅ）と接触することを目的とする第１横断面と、第２の光学又は光電子部品の発光又は受光面と接触することを目的とする第２横断面とを有することを特徴とする。

本発明は、光ファイバ、特にシングルモード又はマルチモードの光ファイバを結合することを可能にする。シングルモード光ファイバの結合で得られる低出力を考慮すると、本発明は、特にこのタイプの光ファイバに適し、かつ、有利である。

技術的に可能な組み合わせのうちの任意のいずれか１つ、あるいは、個々にみると、本発明は、以下の特徴によって有利に完成される。
‐結合部の材料は、１．２〜４．２の屈折率を有する。
‐結合部の材料は、２つの光学又は光電子部品の発光又は受光面の屈折率間の屈折率を有する。
‐結合部の材料は、ポリマーである。
‐結合部の材料は、感光性樹脂である。
‐結合部の材料は、ＳＵ−８、ベンゾシクロブテン、パリレン、ポリメタクリル酸メチル又はシリコンから作られる。
‐垂直光結合構造は、光学部品の発光又は受光面に関連して、結合位置に結合部を保持するために、光学部品のうちの１つを受容する基板を圧迫するのに適した支持部を更に含む。
‐支持部は、基板を圧迫するのに適したフレームと、フレームに結合部を接続し、かつ、結合部から放射状に延びるサスペンションアームとを含む。
‐サスペンションアームは、三角形断面を有し、その三角形の１つの頂点は、結合部の切欠面（ｔｒｕｎｃａｔｅｄ ｆａｃｅ）の側で配向される。
‐支持部は、その中心に光ファイバの１つの端部を受容するのに適した筒状ハウジングを有するファイバを保持するための構造を更に含む。
‐垂直光結合構造は、ファイバ保持構造と支持体との間に分離層を更に含む。
‐結合部は、円形又は矩形の断面を有する円錐台形である。
‐結合される光学又は光電子部品のマトリックスを受容する基板における集合的な製造の単一のステップにおいて、結合部及びその支持部は、マトリックスとして製造される。

本発明は、上述のような垂直光結合構造を製造するための方法に関し、例えば、光学部品のうちの１つを受容する基板の、リソグラフィー、フォトリソグラフィー及び／又は物理化学的エッチングによって製造される。このようにして、集合的かつ受動的な結合を生み出す。

つまり、本発明は、第１の光学又は光電子部品と第２の光学又は光電子部品との間に垂直光結合構造を製造するための方法に関し、マトリックスと呼ばれる、モノリシック型集合的結合デバイスを生産すことを可能にする。前記垂直結合構造は、以下によって生産されている。
‐ステップ（i）において、第２の光学又は光電子部品を含む基板上に主要層を堆積することによって、
‐ステップ（ii）において、主要層のリソグラフィー及び／又は物理化学的エッチングによって、製造され、
各垂直光結合構造は、基板に置かれる第２の光学部品と面して、かつ、接触して、基板に置かれるように製造され、
モノリシック主要層は、ステップ（iii）を行った後の空気の屈折率よりも大きい屈折率を有する材料から構成される全体的に円錐台形の結合部を含み、
結合部は、それぞれ、第１の光学又は光電子部品の発光又は受光面と接触することを目的とした第１横断端面と、第２の光学又は光電子部品の発光又は受光面と接触する第２横断端面とを有する。

用語「主要層（ｍａｉｎ ｌａｙｅｒ）」とは、樹脂などの変形可能な層、あるいは、基板上に転写され、かつ、エッチングされる、シリコンウエハなどの固体層を意味するように理解される。

この主要層は、基板全体の上に堆積され、いかなる種類のいかなるモールド内にも収容されない。

用語「堆積（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）」とは、基板上への可鍛層（ｍａｌｌｅａｂｌｅ ｌａｙｅｒ）の堆積と同様に関連し、かつ、例えば、シリコンで作られるソリッドウエハ（ｓｏｌｉｄ ｗａｆｅｒ）を基板上に設置することと同等な転写に関する。

主要層のリソグラフィー及び／又は物理化学的エッチングのステップは、フォトリソグラフィーによって行われる。

主要層のリソグラフィー及び／又は物理化学的エッチングのステップは、各垂直光結合構造に対し、基板を圧迫するのに適した懸垂フレームと、フレームに結合部を接続するサスペンションアームとを備える支持部を製造することを可能にする。

第２層Ｂが、主要層上に堆積され、この第２層は、リソグラフィー及び／又は物理化学的エッチングによって、筒状のハウジング内の第１の光学又は光電子部品を受容することを目的とする保持構造を製造することを可能にする。

主要層は、感光性樹脂又は非感光性樹脂である。

主要層は、シリコンにより形成される。

インプリントフォトリソグラフィー及び／又はナノインプリントフォトリソグラフィー技術は、垂直結合構造を製造するように使用される。

主要層は、反応性イオンエッチング及び／又は深掘り反応性イオンエッチング技術によって機械加工される。

基板は、ハウジングでくり抜かれて、基板の上面と同一平面上に、これらハウジング内に、さまざまな第２の光学又は光電子部品を配置し、第２の光学又は光電子部品は、金属トラックによって互いに接続されている。

第１の光学又は光電子部品若しくは第２の光学又は光電子部品は、２０μｍ未満の寸法を有する

本発明はまた、２つの光学又は光電子部品間の垂直光結合のための構造に関し、該構造は上記で定義された方法から作られている。

本発明はまた、以下を含むアセンブリに関する。
‐発光又は受光面を有する、第１の光学又は光電子部品と、
‐発光又は受光面を有する、第２の光学又は光電子部品と、
‐請求項１１〜１７のいずれか一項によって定義されるような垂直結合構造であり、所定の高さ（Ｈ）を有し、かつ、空気の屈折率よりも大きい屈折率を有する材料から構成される全体的に円錐台形の結合部を含む、垂直結合構造と、を含み、
結合部は、第１直径を有し、かつ、第１の光学又は光電子部品の発光又は受光面と接触することを目的とする、第１横断面と、第２直径を有し、かつ、第２の光学又は光電子部品の発光又は受光面と接触することを目的とする、第２横断面とを有し、
アセンブリは、第１横断面及び第２横断面の寸法が、第１の光学又は光電子部品の出力光フィールドの横方向の分布と、第２の光学又は光電子部品の発光又は受光面との重なりを最大化するように最適化される一方で、第１の光学又は光電子部品と第１横断面との間の位置決めと、第２の光学又は光電子部品と第２横断面との間の位置決めとにおける変化を可能にすることを特徴とし、かつ、２つの光学又は光電子部品間の最大結合の位置に関連して、多かれ少なかれ、少なくとも５マイクロメータの２つの光学又は光電子部品間の位置ずれの変化のために、所定の波長の光学ビームにおける所定の第２直径に関し、高さ対第１直径の割合が、第１の光学又は光電子部品と第２の光学又は光電子部品との間において、少なくとも６０％の光結合を提供するような方法で決定されることを特徴とする。

本発明はまた、いくつかの結合構造を含むマトリックスに関する。

本発明はまた、いくつかの結合構造を有するマトリックスと、基板内に置かれる第２の光学部品のマトリックス及び／又は第１の光学部品を受容することを目的とした保持構造のマトリックスとを含むアセンブリに関し、これらのマトリックスは、互いを圧迫する。

他の目的、特徴及び利点は、例示及び非限定的なものとして提示される図面を参照して、以下の詳細な説明から明らかになるだろう。
図１は、本発明の潜在的な実施形態に従った結合構造を表す。 図２は、ファイバに結合される結合構造の断面図を表す。 図３は、光学又は光電子部品に結合される結合構造の断面図を表す。 図４は、光学又は光電子部品に光ファイバを結合する結合構造の断面図を表す。 図５は、光学又は光電子部品に結合される本発明の潜在的な実施形態に従ったいくつかの結合構造を表す。 図６は、光ファイバを案内するためのハウジングを有する本発明の一実施形態に従った結合構造を表す。 図７は、光ファイバに結合される図６の結合構造を表し、ファイバコアは円錐台結合部の上部の幅よりも小さい幅を有する（この場合のファイバは、光線の発光器として使用される）。 図８は、テーパー付けされた保持構造を有する本発明の別の実施形態に従った結合構造を表す。 図９は、図８の結合構造を表し、ファイバコアは円錐台結合部の上部の幅よりも小さい幅を有する（この場合のファイバは、光線の発光器として使用される）。 図１０ａは、本発明の別の実施形態に従った結合構造を表す図である。 図１０ｂは、本発明の別の実施形態に従った結合構造を表す図である。 図１１ａは、本発明の一実施形態に従った結合構造を製造するためのリソグラフィー方法を表す。 図１１ｂは、本発明の一実施形態に従ったファイバ保持構造及びサスペンションアームを有する結合構造を製造するためのリソグラフィー方法を表す 図１２は、マルチモードファイバと光検出器との間の結合度における位置合わせ許容値（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）の曲線を表し、その能動的な検出面は、１０μｍの辺を有する正方形であり、第１に（左側部分）、２５μｍの長径と、２５μｍの高さと、１０μｍの短径とを有する円形結合構造で、第２に（右側部分）、２５μｍの長辺、２５μｍの高さ及び１０μｍの基部を有する正方形結合構造である。 図１３は、本発明の一実施形態に従った結合構造における光電子部品の電気接触の位置決めを表す。 図１４は、９μｍのコア径を有するシングルモード光ファイバ間で５μｍの受光器と結合する場合を表す。 図１５は、図１４の条件と同じであるが、結合部の上方基部は２０μｍの寸法を有する。 図１６は、１０μｍの直径を有する断面の場合に得られる結果を表し、１０μｍの直径を有する受光器と互換性がある。 図１７は、１０μｍの直径を有する断面の場合に得られる結果を表し、１０μｍの直径を有する受光器と互換性がある。 図１８は、９μｍのコア径で１５５０μｎｍの波長を有するシングルモードファイバを結合するようにＳＵ８樹脂を使用して得られる予備実験結果を表す。

図１は、潜在的に異なる寸法の発光又は受光面を有する２つの光学又は光電子部品間の基本的な垂直結合構造を表し、図５及び図１３に記載するように、この垂直光結合構造は、本発明に従った方法によって、マトリックス状にＮ回製造されている。

図２は、第１の光学又は光電子部品は、光ファイバ及び第２ＶＣＳＥＬである。

用語「垂直（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」光結合は、結合構造が製造される基板の平面に対して垂直であることを意味すると理解され、それはまたファイバ保持構造のそれでもある。

ステップインデックス型光ファイバ（ｓｔｅｐ‐ｉｎｄｅｘ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ）は、指数Ｎ_２＜Ｎ_１の同心状シース２２によって囲まれる定常指数Ｎ_１の透明な筒状コア２３から構成される。コア２３は、例えば、Ｎ_１＝１．４５６の屈折率及び９μｍのコア径を有するシリカから作られ、シース２２は、Ｎ_２＝１．４１０の屈折率及び１２５μｍの直径を有するシリカから作られる。シングルモード光ファイバのコア２３は、通常、９μｍの直径を有する一方で、ＶＣＳＥＬは、約８μｍ〜１２μｍの直径を有する発光面を有する。本発明は、通常、１〜１０μｍのより小さな寸法のレーザー又は光検出器と結合するのに特に有利である。

結合構造１は、周囲媒質の屈折率よりも大きな屈折率を有する材料で充填される体積を画定する全体的に円錐台形の結合部１２を含み、周囲媒質は、概して、空気である。

結合部１２は、その回転軸に対して垂直な平面によって切り取られた錐体である。

用語「円錐台（ｔｒｕｎｃａｔｅｄ ｃｏｎｅ）」とは、異なる大きさの２つの平行な平面を接続する、角台（ｐｒｉｓｍｏｉｄ）、角錐台形又は先細形状（ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｔ ｓｈａｐｅ）に誤って伝えられ得る（ｅｒｒｏｎｅｏｕｓｌｙ ｅｘｔｅｎｄｅｄ）。

図２を参照すると、錐体の基部１２１は、より大きな表面の回転軸に対して垂直な面であり、第２の光学又は光電子部品２の発光又は受光面２１との接触をもたらすように意図される。

図３を参照すると、切欠面１２２は、より小さな表面の回転軸に垂直な面であり、第１の光学又は光電子部品３の発光又は受光面３１との接触をもたらすように意図される。

錐体の基部１２１の面積は、第１の部品２の発光又は受光面２１の面積よりも、概略的に小さい。同様に、錐体の切欠面１２２は、第２の部品３の発光又は受光面３１の面積よりも、小さいか、あるいは、等しい。また、錐体の基部１２１は、第１の部品２の発光又は受光面２１によって全体的に覆われているのに適している。同様に、錐体の切欠面１２２は、第２の部品３の発光又は受光面３１によって覆われているのに適している。

図２、図３及び図４を参照すると、光ファイバ２とＶＣＳＥＬ３との間の結合中、ＶＣＳＥＬの発光面３１は、切欠面１２２に接合され、その一方で、光ファイバ２のコア２３は、錐体の基部１２１に接合され、ファイバのシース２２は、支持構造１５を圧迫する。錐体の基部１２１は、ファイバのコア２３よりも小さい寸法の断面を有する。ＶＣＳＥＬの場合、コアの切欠面１２２は、ＶＣＳＥＬの発光面よりも大きいか、あるいは、等しい表面積を有する。

図７及び図９に図示するように、光検出器の場合、切欠面１２２は、光検出器の表面積よりも小さいか、あるいは、等しくなければならず、錐体の上方基部１２１は、光線を発するファイバコア２３の表面積よりも大きいか、あるいは、等しい。

結合部１２の屈折率は、周囲媒質の屈折率よりも大きくなければならない。例えば、周囲媒質が空気であるという状況において、結合部１２の屈折率は、１より大きい。好ましくは、ファイバの受光コーン（ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ ｃｏｎｅ）における角度のより良い維持を可能にするために、結合部１２の屈折率は高くなければならない。従って、結合部１２の屈折率は、１より大きく、好ましくは２より大きく、より好ましくは３より大きい。

更に、屈折損失を最小化するために、結合部１２の屈折率と、発光又は受光面２１及び３１を形成する材料の屈折率との間の分離は、低くなければならない。従って、結合部１２の屈折率は、２つの光学又は光電子部品２及び３の発光又は受光面２１又は３１を形成する材料の屈折率間で、２０％未満、有利に１０％未満に構成される。光ファイバ２とＶＣＳＥＬ３との間の結合の場合、ファイバコアの屈折率は、通常、約１．５であり、ＶＣＳＥＬの発光面の材料の屈折率は、約３．５であり、結合部１２の屈折率は、従って、１．２０〜４．２０の間であり、好ましくは、１．３５〜３．８５である。結合部１２は、例えば、感光性樹脂で作られることが好ましい。

部品２及び３が円形の発光又は受光面を有する場合、結合部１２は、円形断面を有する円錐台形であることが有利である。光学部品のうちの１つが矩形の発光又は受光面を有する場合、結合部１２は、矩形断面を有することができる。更に、発せられる光が好適な偏波軸（ａｘｉｓ ｏｆ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）を有する場合、結合部１２は、有利に、好適な偏波軸を保持するような方法で配向される矩形又は楕円形の断面を有する。

用語「全体的な円錐台形（ｏｖｅｒａｌｌ ｔｒｕｎｃａｔｅｄ ｃｏｎｅ ｓｈａｐｅ）」とは、その基部に対して平行な平面とその基部との間に含まれる錐体の一部の形状を有する構造を意味すると理解され、錐体は、生成器によって画定される体積であり、頂点と呼ばれる固定点と、囲まれた平面曲線を表す可変点とを通過する。生成器は、５％未満の曲率の直線及又は曲線である。

この用語は、特に円形、矩形、正方形又は楕円形の断面を有する円錐台形を含む。全体的な円錐台形は、部分的に中空（ｈｏｌｌｏｗ）であるが、好ましくは中実（ｓｏｌｉｄ）である。

接触部１２１及び１２２の寸法は、第２の部品の受光面を有する第１の部品の出力光フィールドの横方向の分布の重なりを最大化するように最適化される。

錐体の角度θ及び高さＨは、発光用光学部品の出力でのビームの発散を含むような方法で決定され、従って、発光部品と受光部品との間の許容角度（ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ ａｎｇｌｅ）及びモードの適合を最大化する。

電磁シミュレーションは、発光部品によって発せられるモードと受光部品の形状との関数として、円錐部の寸法及び外形を最適化することを可能にしなければならない。そのような最適化は、ＲＳｏｆｔソフトウェアプログラムなどの当業者に周知のソフトウェアプログラムを使用して行うことができる。

部品３が１０μｍの辺を有する正方形断面を有する高速光検出器である場合、かつ、部品２が５０μｍのコア径を有し、８５０ｎｍの波長の光ビームを発する、マルチモード光ファイバの場合、結合構造１は、有利に、正方形断面と、１０μｍの辺を有する切欠面１２２と、２５μｍ超の高さＨと、１．１７×Ｈ＋３．７μｍ〜５０μｍの間の辺を有する基部１２１とを有するＳＵ−８感光性ポリマーで作られる。この構成において、結合構造１は、有利に、ファイバの結合係数を受光器に加えることを可能にしつつ、光ファイバの位置合わせにおける制約を緩和する。

部品３が、１０μｍの辺を有する正方形断面を有する高速光検出器である場合、かつ、部品２が、９μｍのコア径を有し、８５０ｎｍの波長の光ビームを発する、シングルモード光ファイバの場合、結合構造１は、有利に、正方形断面と、１０μｍの辺を有する切欠面１２２と、可変高さＨと、１５μｍの辺を有する基部１２１とを有するＳＵ−８感光性ポリマーで作られる。この構成において、結合構造１は、有利に、光ファイバの位置合わせにおける制約を緩和することを可能にし、適用可能であれば、直接接触による結合解決策と比較すると、界面での反射を低減させることができる。

部品３が、８５０ｎｍの波長を有する光学ビームを発する、通常８μｍの光学的開口直径Ｄを有する高速ＶＣＳＥＬである場合、かつ、部品２が、５０μｍのコア径を有するマルチモード光ファイバの場合、結合構造１は、有利に、円形断面と、７μｍ〜９μｍの直径を有する切欠面１２２と、３０μｍに近い可変高さＨと、円錐部の生成器と垂直との間の−５°〜＋５°の角度とを有するＳＵ−８感光性ポリマーで作られ、８μｍのＤの値に対して、４μｍ〜１２μｍの基部１２１の寸法を決定することを可能にする。この構成において、結合構造１は、有利に、光ファイバの入力におけるビームの発散を低減させることによって、ＶＣＳＥＬの結合係数をマルチモードファイバに加えることを可能にしつつ、光ファイバの位置合わせにおける制約を緩和させることもできる。また、通常、光学的開口直径の数マイクロメータの小型のＶＣＳＥＬに対する高い結合度を維持することを可能にする。

部品３が、８μｍの光学的開口直径を有し、８５０ｎｍの波長の光学ビームを出射する、高速ＶＣＳＥＬの場合、かつ、部品２が、９μｍのコア径を有するシングルモード光ファイバである場合、結合構造１は、有利に、円形断面と、７μｍ〜９μｍの直径を有する切欠面１２２と、３０μｍ〜５０μｍの高さＨと、４μｍ〜９μｍの直径を有する基部１２１とを有するＳＵ−８感光性ポリマーで作られる。この構成において、結合構造１は、有利に、光ファイバの入力における光学ビームの発散を低減させることによって、ファイバへの結合係数を高く維持することを可能にしつつ、従来の解決策と比較すると、光ファイバの位置合わせにおける制約を緩和することもできる。

光学部品３の発光又は受光面に関連して結合位置に結合部１２を保持するために、結合構造１は、光学部品３のうちの１つを受容する基板３５を圧迫するように適用される支持部１５を更に含む。支持部１５は、基板３５を圧迫するのに適したフレーム１５１と、フレーム１５１に結合部１２を接続し、かつ、結合部１２から放射状に延伸する、サスペンションアーム１５２とを更に含む。結合構造１は、有利に、結合部１２の周りに等角度で配置される３つ又は４つのサスペンションアーム１５２を含む。図５を参照すると、いくつかの光学又は光電子部品が１つ及び同じ基板３５に配置される場合、いくつかの結合構造１２は、集合的な結合を生成するように並置され得る。支持部１５の存在は、結合構造１の硬度（ｓｏｌｉｄｉｔｙ）を高め、それが垂れ下がることを防ぐ。

光ファイバ２とＶＣＳＥＬ３との間に結合かある場合、フレーム１５１は、矩形の外輪郭と円形の内輪郭とを有する断面（円錐台の軸に対して垂直）を有する。サスペンションアーム１５２は、有利に、三角形断面（アームの長手方向に対して垂直な断面）であり、結合部１２とサスペンションアーム１５２との間の界面における発光損失を限定するような方法で、三角形の１つの頂点が結合部１２の切欠面の側で配向される。

図６及び図７を参照すると、第１の光学又は光電子部品２が光ファイバ、第２の３ＶＣＳＥである場合、結合構造１は、結合構造１において一直線の光ファイバ２の位置を固定及び調整するような方法で、光ファイバ２の１つの端部を受容するのに適した筒状ハウジング１７をその中心部に有するファイバ保持構造１８によって完成されている。結合構造１５１の周りの、一般的に空気である外部媒質の性質の封止及び制御を保証するように、選択的な分離層９がファイバ保持構造１８と支持体１５との間に挿入される。

選択的な分離層９は、概して、例えば、ＳＵ８、ＢＣＢ、ＰＭＭＡタイプのシリコン、シリコン酸化物、シリコン窒化物、ガラス、パリレン、ポリマー又は樹脂で作られる。

ファイバ保持構造１８は、概略的に、シリコン又はポリマーで作られる。

結合部１２並びに光学部品２及び３の位置決めは、圧力と共に、あるいは、圧力なしに行われ得る。有利に、結合構造１は、圧力によって光学部品に対する位置に固定されることを可能にする接着性の材料（例えば、ＳＵ８、ＢＣＢ）で作られる。

結合構造１は、より小さい直径の受光面を有する光学又は光電子部品に向かうより大きな直径の発光面を有する光学又は光電子部品によって発せられる光学ビームを制限することを可能にする。提案した構造は、特に、通常５０μｍのコア径で、今まで提案されたプロセスによって得られる効率性よりも大きな効率性のマルチモード光ファイバに、通常推移マイクロメータの小型の高速光検出器を結合することを可能にし、また、これは、光検出器の基板のリソグラフィーによって直接的に製造され得る簡易な結合構造を有し、ファイバとの位置合わせの必要な精度における制約を緩和することと同様に、集合的な結合を想定する（ｅｎｖｉｓｉｏｎ）ことを可能にする。

結合構造１はまた、より大きな直径の受光面を有する光学又は光電子部品に向かうより小さな直径の発光面を有する光学又は光電子部品によって発せられる光学ビームを制約することを可能にする。提案した構造は、特に、今まで提案されたプロセスによって得られる効率性よりも大きな効率性を有するシングルモード又はマルチモードの光ファイバにＶＣＳＥＬを結合することを可能にし、また、これは、ＶＣＳＥＬの基板のリソグラフィーによって直接的に製造され得る簡易な結合構造を有し、ファイバとの位置合わせの必要な精度における制約を緩和することと同様に、集合的な結合を想定することを可能にする。

垂直結合構造１は、ファイバ保持構造１８によって有利に完成される。このファイバ保持構造１８は、追加的な部分として作られ得るか、あるいは、材料１の本体に作られ得る。

いくつかの結合デバイスを含むマトリックスの製造のステップは、選択される材料に依存する。材料が感光性樹脂である場合と、材料がマイクロエレクトロニクス技術（シリコン、非感光性樹脂）によって機械加工されなければならない場合との２つの場合が可能である。

材料が感光性樹脂（ＳＵ８、ＢＣＢなど）である場合、方法は、次いで、重合化されたパターンの縁部を調整するために、紫外線（ＵＶ）への現像及び暴露の回数を制御することを含む。傾斜を得ることができ、その傾きは、暴露不足／暴露過多（ｕｎｄｅｒ／ｏｖｅｒｅｘｐｏｓｕｒｅ）及び現像不足／現像過多（ｕｎｄｅｒ／ｏｖｅｒｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ）の条件によって最適化される。インプリントリソグラフィー（ＩＬ：Ｉｍｐｒｉｎｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）及びナノインプリントリソグラフィー（ＮＩＬ：Ｎａｎｏ−Ｉｍｐｒｉｎｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）技術を代替的に利用することができる。

材料がマイクロエレクトロニクス技術（シリコン、非感光性樹脂）によって機械加工されなければならない場合、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）及び深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ：Ｄｅｅｐ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）は、エッチング縁部を制御するように有利に使用される。シリコンに対するＤＲＩＥ技術は、特に、正の角又は負の角の直線的傾斜形状又は湾曲形状に対して、縁部の精密な制御を可能にする。

樹脂タイプの材料のために、インプリントリソグラフィー（ＩＬ）及びナノインプリントリソグラフィー（ＮＩＬ）技術を代替的に利用することができる。

フォトリソグラフィー生成方法は、例えば、上述したように、図１１を参照して行われる。

ＶＣＳＥＬの基板は、マスクを用いて、第１照射で照射される感光性樹脂の層で被覆され、それにより、光に暴露される部分を重合化する。焼成処理の後、重合化した部分は、現像剤（ｄｅｖｅｌｏｐｅｒ）に対して不可溶性になり、その一方で、感光性樹脂の暴露されない部分は、可溶性のままである。可溶な感光性樹脂部を溶解した後、第１照射で暴露される感光性樹脂部だけが残る。

垂直光結合構造１はまた、圧縮又は接合（感光性材料の場合、ポリマー接合）によって組み立てられるいくつかの部分に製造され得る。垂直光結合構造１は、単一モノリスとして代替的に製造される。モノリス生成（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）は、フォトリソグラフィー及びＲＩＥ技術の組み合わせによってか、あるいは、ＤＲＩＥだけによってか（シリコンの場合）、あるいは、フォトリソグラフィー及びＮＩＬ技術の組み合せによって行われ得る。

図３を参照すると、垂直結合構造１は、結合される光電子部品の電気接点３２を覆わない。その電極は、電気接点の分離か、あるいは、支持部１５の十分な寸法決めかのいずれかによって、支持部１５の外部に置かれる。

結合される光学電気部品の電気接点３２は、さまざまな通常の技術を用いて、特に、フリップチップ技術、熱圧着技術、ワイヤボンディング技術又はフォトリソグラフィー封入及び接触技術を用いて結合され得る。

フリップチップ及び熱圧着技術は、ファイバがそれを介して走ることを可能にするように開口を有するために相互接続の形成のための転写基板を必要とする。この基板は、筒状ハウジングが作製される基板と共通してよく、インターポーザ基板でよく、それ自体は、電気接続を有する。このアプローチは、従って、３Ｄ相互接続アプローチに当てはまる。

寸法に関して、固着構造（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）が光ファイバ全体を支える場合、その寸法は、半径が約６２．５μｍである。この寸法よりも、ＶＣＳＥＬからその電気接点までの距離の方が概略的に大きい。しかし、フォトリソグラフィー封入及び接触技術を用いて、光電子部品の接点をファイバのハウジングの下に置くことを可能にすることができる。このオプションは、ＶＣＳＥＬ及び光検出器のより大きな生成密度を可能にするだろう。

ファイバの位置決めは、受動的方法で機械的に行われ、次いで、ファイバ保持構造１８を最適化するのが望ましい。ファイバは、機械的な転写プロセス（ピックアンドプレースとして知られる）若しくは自動又は手動のプロセスによってもたらされるだろう。この動作を行う装置は、１μｍ未満に精密な位置合わせを有することができ、これは十分容易である。図８及び図９を参照すると、保持構造１８は、テーパー付けされた形状の上方部を有利に有し、これは、位置決め器具への制約を低減させるようにハウジング内にファイバを摺動させることを有利に促進し、かつ、手動の位置決めさえも可能にすることができる。その意味で、行われる位置合わせはない。これは、構造そのものによって、自動及び完全に受動的な方法で行われる。

図１２を参照し、光検出器における結合構造１のフォトリソグラフィーによる位置合わせを考慮すると、精度は、通常、＋／−１μｍであり、最高率との準−完全適合性（ｑｕａｓｉ‐ｔｏｔａｌ ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ）につながる。しかし、ファイバの位置合わせは、異なって得られる（スリット内に案内）。５０μｍのコア径を有するマルチモード光ファイバと、１０μｍの辺を有する活性面を備える光検出器との間の結合のため、ファイバの位置合わせが、基本モードで７０％超、全ての場合で４０％超の結合のため、＋／−１０μｍまで許容され得ることが明らかになる。球面レンズを用いる他の従来技術は、１０μｍの側部を有する寸法の光検出器に対して、ファイバの減少したモード分布と共に、４０％の最大結合度を実証することができた（モード混合器又は結合器を使用せず、５つの横モードで、３０ｃｍのファイバ長を有するレーザーを使用する）。従って、提案した技術は、結合度に関し、有意義な定質的な利点の一因となり、同時に、受動的及び集合的解決策を提供する。

図１０ａを参照すると、２つの結合構造が結合され得る。第１結合構造１の錐体の基部１２１と、第２結合構造１の錐体の基部１２１とは、一緒に押圧され、第１の光学又は光電子部品の発光又は受光面３１は、第１結合構造１の切欠面１２２に対して押圧され、その一方で、第２の光学又は光電子部品の発光又は受光面３１は、第２結合構造１の切欠面１２２に対して押圧される。

この結合は、有利に、図１０ｂに図示したように、２つの光学又は光電子部品のうちの１つとして、その保持ハウジング１８内の光ファイバと共に、かつ、そのインターフェイシング薄膜（ｉｎｔｅｒｆａｃｉｎｇ ｍｅｍｂｒａｎｅ）９と共に有利に行われ得る。

本発明はまた、第１の光学又は光電子部品２と、第１の光学又は光電子部品２とは異なる大きさの第２の光学又は光電子部品３との間に垂直光結合構造１を製造するための方法に関し、いわゆるマトリックスモノリシック型集合結合デバイス（ｍａｔｒｉｘ ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｃｏｌｌｅｃｔｉｖｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）を製造することを可能にする。

前記垂直結合構造１は、以下によって生成される。
‐ステップiにおいて、第２の光学又は光電子部品を含む基板３５上に主要層Ａを堆積させることによって生成される。
‐ステップiiにおいて、主要層のリソグラフィー及び／又は物理化学的エッチングによって生成される。

用語「主要層」Ａは、樹脂などの変形可能な層、あるいは、基板上に転写され、かつ、エッチングされる、シリコンウエハなどのソリッド層（ｓｏｌｉｄ ｌａｙｅｒ）を意味するように理解される。

この主要層Ａは、基板全体の上に堆積され、いかなる種類のいかなるモールド内にも収容されない。

用語「堆積（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）」とは、基板上に可鍛層を堆積することと同様に関し、かつ、例えば、シリコンで作られるソリッドウエハを基板上に設置することと同等な転写に関する。

光結合構造は、リソグラフィー技術を用いて、基板全体の上に集合的にこの主要層の大部分に、有利に、かつ、同時に、作製される。結合構造のパターンは、マスクによって支えられ、かつ、基板を覆う主要層上にリソグラフィーによって再生成され、従って、製造される結合構造の各々によって共有される精度を集合的な動作によって確実にする。特に、フォトリソグラフィー技術は、主要層上にマスク層を転写するように使用されることができ、物理化学的エッチングによって主要層上にマスクのパターンの転写を続けることを可能にし、結合構造１の縁部の角度の制御は、エッチング制御パラメータによって行われている。

主要層上における直接的なフォトリソグラフィーの技術はまた、この層が感光性のときに用いることができ、結合構造１の縁部の角度の制御は、暴露過多／暴露不足及び現像過多／現像不足の条件を調整することによって行われている。

パターンはまた、スタンプ上に予め生成されることができ、結合構造を形成するために、スタンピングによって主要層に適用される、前述の２つの技術のうちの一方によって生成されることが可能である。これは、マイクロメータスケール又はナノメータスケールへのスタンピング技術であり、ナノインプリントリソグラフィー（ＮＩＬ）としても知られている。これら技術の各々は、ウエハ全体へのマイクロメータスケール又は更にナノメータスケールにおける精度と共に結合構造１の集合的な製造を確実にする。

各垂直光結合構造１は、基板３５に置かれる第２の光学部品３１に面し、かつ、それと接触して置かれるように製造される。

ステップii後のモノリシック主要層は、空気の屈折率よりも大きな屈折率を有する材料から構成される全体的に円錐台形の結合部１２を含む。

結合部１２は、それぞれ、第１の光学又は光電子部品２の発光又は受光面２１と接触されるように意図される第１横断端面１２１と、第２の光学又は光電子部品３の発光又は受光面３１と接触する第２横断端面１２２とを有する。

つまり、ステップiでの主要層Ａの堆積と、ステップiiでのこの主要層Ａの形成とにより、この方法は、相互の関連で、かつ、光学部品の小寸法に関し、それらの寸法決めにおいて非常に精密であると同時に、光学部品上に直接的に製造される結合構造を得ることを可能にする。

有利に、第１の部品は光ファイバであり、第２の部品は光学デバイス、ソース又は検出器である。

一実施形態において、モノリシック主要層は、光ファイバ２の１つの端部を受容するのに適した筒状ハウジング１７をその中心に有するファイバ保持構造１８を含む。

アームの最小個数及び寸法（アームを介した光学損失を防ぐため）は、特に、垂直との関連で円錐台結合部の角度θに依存する。

一実施形態において、アームが無いことも可能であり、円錐台結合部は、その寸法（特に、垂直に関して小さい角度）に起因して、アームを必要とすることなく、基板上に自重により置かれている。

このようにして、本発明は、所定の基板に配置される第２の光学又は光電子部品に少なくとも結合される結合構造（結合構造は、相互接続され、かつ、マトリックスとして知られる単一及び同一の要素又はモノリスの一部である）のマトリックスを直接的に製造することを可能する（これらの２つの部品は、この基板と共にマトリックスを形成する）。

保持構造と、これらの保持構造内部に収容される第１の光学又は光電子部品とを有するマトリックスは、次いで、転写され得る。

あるいは、代替形として、結合構造のマトリックスを、選択的に内部に収容される第１の光学又は光電子部品及び保持構造と共に、サブマトリックスと、転写されるマトリックスとに分けられ得る。

しかし、他の実施形態が想定されるだろう。

一実施形態において、結合構造は、一時的な基板上に生成されることができ、かつ、切断前にそれから集合的に取り外され、かつ、分離されることができるか、あるいは、切断後に個々に取り外され、かつ、分離されることができる。

一実施形態において、結合構造１は、マトリックスの各結合構造１を切り取った後に分離されることができ、かつ、２つの光学又は光電子部品間で機械的に個々に位置決めされ、前記結合デバイスの製造の後のステップで、デバイスは光結合を生成する。

別の実施形態において、結合構造のマトリックスは、第１及び第２の光学又は光電子部品の２つのマトリックス間で集合的、かつ、機械的に適用され、前記結合デバイスの製造の後のステップで、デバイスは光結合を生成する。

本発明はまた、所望の結合構造の形状を生成することを可能にする。

提案された製造方法は、錐体の傾斜の寸法決めを行い、直線又は湾曲した傾斜、若しくは、所望の錐体の他の長手方向形状（垂直高さに従う）を有する傾斜を生成することを可能にする。

図５及び図１３に図示するように、マトリックスでは、また、異なる数のアームを有する結合構造と、異なる円錐形状とを有することが可能である。

接触部１２１、１２２の寸法は、第２の部品の受光面を有する第１の部品の出力光フィールドの横方向の分布の重なりを最大化するように最適化される一方で、光ファイバと接触部１２１との間、かつ、光学又は光電子部品２と接触部１２２との間の位置決めの変化を可能にする。

錐体の角度θ及び高さＨは、出射光学部品の出力でビームの発散を含むような方法で決定され、このようにして、発光部品と受光部品との間の許容角度及びモードの適合を最大化する。

つまり、最大結合値から少なくとも５マイクロメータ（多かれ少なかれ）の２つの光学又は光電子部品間の位置ずれの変動のために、所定の波長における所定の第２直径に関し、高さ対第１直径の割合は、２つの光学又は光電子部品間において、少なくとも６０％の光結合を確実にするような方法で決定される。つまり、結合のために、少なくとも１０マイクロメータの全位置ずれは、少なくとも６０％に等しい。

図１４は、縦座標で錐体の基部１２１の直径（ＴＷＦに対応）の関数として、かつ、横座標で錐体高さ（ＴＨに対応）の関数として見込まれる結合度を表すことにより、９μｍのコア径を有するシングルモード光ファイバと、５μｍの直径（ＤＷに対応）で１５５０ｎｍの波長を有する受光器３１とを結合する場合を示す。

使用される材料は、ＳＵ−８感光性ポリマー樹脂である。切欠面１２２の直径（ＴＷＤに対応）は、直径５μｍで固定される。そこで示されるのは、最小１２μｍの寸法が、２０μｍの最小の錐体高さに必要であるということである。

光ファイバの位置ずれに対するより良い許容値を確実にし、従って、受動的結合をより容易にすることを確実にするために、断面１２１の寸法を増大させることが有益である。錐体の高さは、次いで、この曲線の比率で増大されなければならない。このようにして、適合する最大角度を特定することは可能である。

位置ずれは、第１の光学又は光電子部品２３と第２の光学又は光電子部品３１との間の水平距離として定義され得る。

次の図１５は、同じ条件で、かつ、２０μｍの寸法の断面１２１と２５μｍの高さの結合部１２に関し、結合部１２の軸の中心に対する光ファイバの位置における分離の許容値を示す。

結合構造１の存在において、曲線の中間高さ（ｍｉｄ‐ｈｅｉｇｈｔ）で、＋／−５μｍ超のファイバの位置ずれの許容値なしに、４０％未満とは対照的に、９５％超の結合度が見込まれ、基板に対する光ファイバの簡易な機械的位置決めによって、位置合わせの受動的な性質（ｐａｓｓｉｖｅ ｎａｔｕｒｅ）を確実にすることを可能にする。錐体の角度及び高さに関する前図によって与えられた寸法制限を観察することによって、断面１２１の寸法を増大させることが可能である。

続いて図１６及び図１７は、１０μｍの直径を有する断面１２２であり、１０μｍの直径を有する円形の受光器と互換性のある、断面１２２の場合に得られる結果を示す。

続く図１８は、ＳＵ８樹脂を使用して１５５０ｎｍの波長及び９μｍのコア径のシングルモードファイバを結合させて得られた予備実験結果を示す。図１８は、結合構造の中心軸に関連して、ファイバの位置合わせの関数として、１０μｍの直径を有する円形断面と共にダイアフラムによって表される受光器と、ファイバとの間の結合のシムレーション（Ｓ）及び測定（Ｍ）の結果を示す。

アームを有さず、４２μｍの高さと、１１μｍの直径を有する円形断面１２２と、２０μｍの直径を有する円形断面１２１とを有して、前述の曲線に従って、結合構造１が選択された。シミュレーション結果を曲線ｔｗｆ２０ｔｈ４２ｔｗｄ１１（Ｓ）で表す。ほぼ９５％の結合度のピーク値が得られる。

測定結果を曲線ｔｗｆ２０ｔｈ４２ｔｗｄ１１（Ｍ）で表す。

実験理由に関し、ファイバ及び結合構造１は、垂直方向で、約１０μｍのエアギャップによって分離される。このギャップは、効率性のある程度の損失だけでなく、空気とファイバ、かつ、結合構造と空気の両方の界面で、反射を招く。この損失は、接触の際に次第に減少し、測定（Ｍ）とシムレーション（Ｓ）との間の差を説明する。ほぼ８０％の最大結合度が、１０μｍのこのエアギャップの場合に実証される。

測定点は、結合度を最大化するファイバの位置に対し、ファイバを光結合構造１と直接的に接触させることによって作られる。この測定は、実験的にほぼ９０％に達する結合度を有する、分離したブラッククロス（ｂｌａｃｋ ｃｒｏｓｓ）によって特定される。

この結果は、シムレーション結果と一致し、かつ、結合構造１によって光結合の向上を認証する。曲線ｔｗｆ２０ｔｈ４２ｔｗｄ１１（ＣＡＬ）は、測定される直接接触の最適な結合点において測定される曲線ｔｗｆ２０ｔｈ４２ｔｗｄ１１（Ｍ）を標準化するように、要因（ｆａｃｔｏｒ）を適用して計算される。

従って、直接接触の条件下において、光ファイバの光検出器への結合の割合の最終実験曲線であるものの最悪の場合の推定を示す。中間高さでは、曲線は、少なくとも＋／−８μｍ超の位置ずれの許容値を実験的に実証する。理論は、測定条件が保証された一定の接触の状況におけるマッピングを可能にすれば、より大きくなるだろう許容値を予測する。

このようにして、結合構造１の利点が実証される。結合構造は、中間高さで＋／−７μｍを超える検出器に関連して、ファイバの位置ずれの許容値を拡大することを可能にしつつ、一方で、最大結合度を高めることを可能にする。

図１８はまた、結合構造がない同じファイバにこの同じダイアフラムを結合するシミュレーション（Ｓ）及び測定（Ｍ）を比較して示し、結合構造の定量的な貢献（ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）を評価するための基準を作る。１０μｍのエアギャップは、前述と同じように、測定制限に関して、光ファイバと垂直方向のダイアフラムとの間で作られる。シムレーションはこれを考慮する。測定とシムレーションとの間の等価は、シムレーションツールを認証する。また、これらの結果から、下方最大結合度（本明細書では、約６０％）に対して位置合わせのよりよい精度（中間高さで、実験的に＋／−５μｍの許容値）を必要とする直接的な接触の解決策（突き合わせ結合）と比較するとき、結合構造１の存在の利点が確認される。

この結合構造１は、小さなコア寸法又は活性面を有する２つのデバイス間で、例えば、１０μｍの光学ウィンドウを有するＶＣＳＥＬと、５０μｍ又は９μｍのコア径を有するシリカ光ファイバとの間で、５０％超の効率性を得ることを可能にする。

手動の操作（レーザーのスイッチをオンにしてファイバの位置決めを能動的に行うこと）で、コストをポリマーリソグラフィーだけのコストに下げることができ、従って、それは、光電子部品の全体的な製造コストに組み込まれるだろう。その一方で、現在、レーザーのユニットは最終デバイスのコストの８０％がかかるのに対して、本明細書では、本発明が、このコストを少なくとも２の倍数（ａ ｆａｃｔｏｒ ｏｆ ２）で割ることを可能にする。

性能に関して、６０％〜８０％の結合度が、８μｍの開口部を有するＶＣＳＥＬと５０μｍのコアを有するマルチモードファイバとの間の位置合わせ許容値＋／−１０μｍと共に得られる。

Claims (19)

1. 複数の垂直光結合構造を有する集合的結合マトリックスを製造するために第１の光学又は光電子部品と第２の光学又は光電子部品との間に複数の垂直光結合構造を製造するための方法であって、前記垂直光結合構造のそれぞれは、基板に配置された第２の光学又は光電子部品に結合され、
   前記集合的結合マトリックスは：
   ‐ステップ（i）において、前記第２の光学又は光電子部品を含む前記基板上に樹脂であるモノリシック主要層を堆積することによって、
   ‐前記垂直光結合構造を実現するために、ステップ（ii）において、前記モノリシック主要層のリソグラフィーによって、製造され、
   各前記垂直光結合構造は、前記基板に置かれる第２の光学又は光電子部品と面し、かつ、それと接触し、
   前記モノリシック主要層は、ステップ（ii）を行った後の空気の屈折率よりも大きい屈折率を有する材料から構成される全体的に円錐台形の結合部を含み、
   それぞれの前記垂直光結合構造は、前記基板を圧迫するのに適したフレームを備えるとともに、前記フレームに前記結合部を接続するサスペンションアームをさらに有する、支持部を有し、
   前記結合部のそれぞれは、前記第１の光学又は光電子部品の発光又は受光面と接触することを目的とした第１横断端面と、前記第２の光学又は光電子部品の発光又は受光面と接触する第２横断端面とを有する、
   製造方法。
2. 前記ステップ（ii）は、フォトリソグラフィーによって行われる、請求項１に記載の製造方法。
3. 第２層が、ステップ（iii）で、前記モノリシック主要層上に堆積され、この第２層は、ステップ（iv）で、リソグラフィーによって、筒状ハウジング内の第１の光学又は光電子部品を受容することを目的とする保持構造を前記第２層の中に作ることを可能にする、請求項１又は２に記載の製造方法。
4. インプリントリソグラフィーが、前記垂直光結合構造を製造するように使用される、請求項１又は２に記載の製造方法。
5. 前記基板は、ハウジングでくり抜かれて、前記基板の上面と同一平面上に、これらハウジング内に、さまざまな第２の光学又は光電子部品を配置し、前記第２の光学又は光電子部品は、金属トラックによって互いに接続されている、請求項３に記載の製造方法。
6. 前記第１の光学又は光電子部品若しくは前記第２の光学又は光電子部品は、２０μｍ未満の寸法を有する、請求項１又は２に記載の製造方法。
7. 前記ステップ（i）において堆積される前記モノリシック主要層は接着性樹脂を含む、請求項１又は２に記載の製造方法。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の製造方法によって製造される集合的結合マトリックスであって：
   ‐第２の光学又は光電子部品を有する基板であって、前記第２の光学又は光電子部品はそれぞれが発光又は受光面を有する、基板と；
   ‐樹脂であるモノリシック主要層であって、前記基板と接触し、かつ、垂直光結合構造を有する、モノリシック主要層と；を有し、
   それぞれの前記垂直光結合構造は、空気の屈折率よりも大きい屈折率を有する材料から構成される全体的に円錐台形の結合部を含み、
   それぞれの前記垂直光結合構造は、前記基板を圧迫するのに適したフレームを備えるとともに、前記フレームに前記結合部を接続するサスペンションアームをさらに有する、支持部を有し、
   前記結合部の各々は、第１の光学又は光電子部品の発光又は受光面と接触することを目的とした第１横断端面と、前記第２の光学又は光電子部品の前記発光又は受光面と接触する第２横断端面とを有する、
   マトリックス。
9. 前記第２の光学又は光電子部品は、２０μｍ未満の寸法を有する、請求項８に記載のマトリックス。
10. 前記サスペンションアームは、前記サスペンションアームによって保持するために、前記結合部から放射状に延びる、請求項８に記載のマトリックス。
11. 前記サスペンションアームは、前記結合部の前記円錐台形の上底の側に三角形のうちの１つの頂点を有する三角形断面を有する、請求項８に記載のマトリックス。
12. 集合的結合デバイスであって、
    ‐第１の光学又は光電子部品であり、各々は発光又は受光面を有する、第１の光学又は光電子部品と、
    ‐請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の集合的結合マトリックスと、
    ‐第２の光学又は光電子部品であり、各々は発光又は受光面を有し、かつ、基板に置かれる、第２の光学又は光電子部品と、
    前記基板全体と接触して、樹脂のモノリシック主要層に実現される垂直光結合構造であり、各々は、所与の高さを有し、かつ、空気の屈折率よりも大きい屈折率を有する材料から構成される全体的に円錐台形の結合部を含む、垂直光結合構造と、
    を含み、
    各結合部は、
    第１直径を有する第１横断端面であり、前記第１の光学又は光電子部品の前記発光又は受光面と接触する、第１横断端面と、
    第２直径を有する第２横断端面と、を有し、
    ‐各垂直光結合構造に関して、前記第１横断端面及び前記第２横断端面の寸法は、前記第１の光学又は光電子部品と前記第１横断端面との間の位置と、前記第２の光学又は光電子部品と前記第２横断端面との間の位置とにおける変化を許容しながら、前記第２の光学又は光電子部品の前記発光又は受光面との前記第１の光学又は光電子部品の出力光フィールドの分布の重なりを生成するように選択され、
    当該デバイスは、
    ‐前記結合部の前記第２横断端面が第２の光学又は光電子部品の前記発光又は受光面と接触し、
    所与の前記第２直径及び所与の波長の光学ビームにおいて、前記高さ対前記第１直径の割合が、前記の２つの光学又は光電子部品間の最大結合の位置に関して５マイクロメータの前記の２つの光学又は光電子部品間の位置ずれの変動に対して、前記第１の光学又は光電子部品と前記第２の光学又は光電子部品との間において、少なくとも６０％の光結合を提供するような方法で決定され、
    −それぞれの前記垂直光結合構造は、前記基板を圧迫するのに適したフレームを備えるとともに、前記フレームに前記結合部を接続するサスペンションアームをさらに有する、支持部を有する、
    デバイス。
13. 前記第２の光学又は光電子部品は、光検出器であり、前記第１の光学又は光電子部品は、シングルモード光ファイバであり、各結合構造は、シングルモード光ファイバのコアの端面の面積よりも大きいか、あるいは、等しい、第１横断端面と、前記第２の光学又は光電子部品の前記発光又は受光面の面積よりも小さいか、あるいは、等しい、第２横断端面とを含む、請求項１２に記載のデバイス。
14. 前記第２の光学又は光電子部品は、光検出器であり、前記第１の光学又は光電子部品は、マルチモード光ファイバであり、各結合構造は、マルチモード光ファイバのコアの端面の面積よりも大きいか、あるいは、等しい、第１横断端面と、前記第２の光学又は光電子部品の前記発光又は受光面の面積よりも小さいか、あるいは、等しい、第２横断端面とを含む、請求項１２に記載のデバイス。
15. 前記第２の光学又は光電子部品は、ＶＣＳＥＬであり、前記第１の光学又は光電子部品は、マルチモード光ファイバであり、各結合構造は、マルチモード光ファイバのコアの端面の面積よりも小さいか、あるいは、等しい、第１横断端面を含む、請求項１２に記載のデバイス。
16. 前記第２の光学又は光電子部品は、ＶＣＳＥＬであり、前記第１の光学又は光電子部品は、シングルモード光ファイバであり、各結合構造は、シングルモード光ファイバのコアの端面の面積より小さいか、あるいは、等しい、第１横断端面を含む、請求項１２に記載のデバイス。
17. 前記第２の光学又は光電子部品は、光ファイバであり、前記第１の光学又は光電子部品は、光ファイバである、請求項１２に記載のデバイス。
18. 前記第２の光学又は光電子部品は、ＶＣＳＥＬで、それぞれ、光検出器であり、前記第１の光学又は光電子部品は、光検出器で、それぞれＶＣＳＥＬである、請求項１２に記載のデバイス。
19. 当該デバイスは、前記第１の光学又は光電子部品を受容することを目的とした、前記モノリシック主要層上に堆積した第２の層内の保持構造を含む、請求項１２に記載のデバイス。

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