JPH02244012A - 光コリメート用光学装置 - Google Patents

光コリメート用光学装置

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JPH02244012A
JPH02244012A JP1304531A JP30453189A JPH02244012A JP H02244012 A JPH02244012 A JP H02244012A JP 1304531 A JP1304531 A JP 1304531A JP 30453189 A JP30453189 A JP 30453189A JP H02244012 A JPH02244012 A JP H02244012A
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receiving
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fiber
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JP1304531A
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フレデリック　アーサー　ランドル
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Plessey Overseas Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ 本発明は、光ファイバのような第１光送信・受信または
伝送装置を、第２のこのような装置例えば集積光学ｉｉ
ｌ！へ光学的に結合させることを行なう装置に藺するも
のである。
［ｖＬ来の技術］ 集積光学ｉｉｍにおいて共通して生ずる１つの問題点は
、光ファイバの端部とこの装置内の例えばレーザ・ダイ
オードまたは光検出器とを整合させることである。この
場合、光ファイバの端部から出た光を、例えば光検出器
に入る前に、集光することが必要である。従来は、光フ
ァイバからの光を集光するのに、光ファイバの直径（通
常は１２５ミクロン）にくらべて比較的大きな直径を有
するレンズを用いることが必要であった。この場合、１
つの基板の上に、光ファイバとレンズを取り付けるさい
に種々の問題点が生ずる。従来の方式では、基板の上に
精密に定めら社た多段光学ベンチを作成しそれにより取
り付けを行なう、または熟練工による操作と取り付けを
行なうことが必要であった。
本発明は出発点において、通常用いられている光ファイ
バは直径８ミクロンの内部コ、アとそれを取り囲む全直
径１２５ミクロンの外側ガラス層とを有する単一モード
伝送ファイバであるとしている。光はコアに沿って伝搬
する。通常用いられているまた別の形式の光ファイバは
、グレーディッド・インデックス材料を有する直径１２
５ミクロンのガラス・コアをそなえた多モード・ファイ
バである。このグレーディッド・インデックス材料とは
、屈折率が半径方向に連続的に変化している材料のこと
である。光はこのような材料に沿って、種々、の伝送モ
ードで伝搬する。このような材料の性質として、その中
を伝搬する光を集光する性質がある。したがって、１つ
の単一モード・ファイバの端部とまた別の光学装置との
間に多モード・ファイバ部分を配置することにより、こ
の多モード・ファイバがコリメート用レンズとして作用
することが可能である。このような配置構成の場合の利
点は、ファイバの物理的な整合を容易にうろことができ
ることである。それは、チップ基板の表面内にエツチン
グによって作成されたＶ形溝の中に、光ファイバの端部
が配置される場合が多いからである。したがって、多モ
ード・ファイバを単一モード・ファイバと整合させるこ
とは容易に可能である。
［発明の要約］ 本発明により、第１送信・受信・伝送装置および第２送
信・受信・伝送装置と、屈折率が半径方向に連続的に変
化している光ファイバ部分と・、前記光ファイバ部分に
隣接して配置されかつ前記光ファイバ部分と同じ直径を
有しかつ前記第１送信・受信・伝送装置と前記第２送信
・受信・伝送装置との間を前記光ファイバ部分を通して
光を伝送する機能を行なう第１光伝送装置および第２光
伝送装置と、前記光ファイバ部分と前記第１光伝送装置
と前記第２光伝送装置とをそれらの光学軸が一致するよ
うに保持する機能を行なう監視装置とを有する、光コリ
メート用光学装置かえられる。
グレーディッド・インデック・レンズを利用する現在の
技術は、比較的大きな直径のレンズを特別に設置するこ
とが必要である。レンズの光軸と、光ファイバまたは光
学装置とを整合させるには、非常に精密な多段光学ベン
チを必要とするか、または非常に精密な操作技術と取り
付け技術とを必要とする。
本発明により、グレーディッド・インデックス・レンズ
として作用する多モード・ファイバ部分を用いることに
よって、これらの問題点が解決される。このレンズは光
ファイバと同じ直径を有することができ、したがって、
外径を整合させるだけで光学軸の整合をうろことができ
る。
光ファイバとレンズとの門の間隔と、レンズと光学装置
との間の間隔を正しく保つために、スペーサを用いるこ
とができる。これらのスペーサはまたレンズおよび光フ
ァイバと同じ外径を有する光ファイバ部分であることが
できるが、そのコアは多モード・ファイバのコアよりも
大きくなければならない、または均一の屈折率のファイ
バでなければならない。また、全くドープされていない
ファイバ、または大きなコア直径を有するステップ・イ
ンデックス・ファイバも用いることは適切である。
［実施例］ 本発明を添付図面を参照して説明する。
第１ａ図は、単一モード光ファイバ２を有する第１光送
信・受信・導波装置の図面である。光ファイバ２は中心
コア４と、それを取り囲む外側ガラス層６とを有する。
中心コア４の直径は８ミクロンであり、そして外側ガラ
ス層６の外径は１２５ミクロンである。第２光送信・受
信・導波装置は光検出８を有する。光検出器８は光ファ
イバ２の軸と同じ軸上に取り付けられる。光ファイバ２
と光検出器８との間に、また別の光ファイバ部分が配置
される。光ファイバ部分１０はグレーディッド・インデ
ックス材料で作成されたコア領域１２を有する多モード
・ファイバである。光ファイバ部分１０は光ファイバ２
からの光を集光し、そして光検出器８に焦点を結ばせる
作用を行なう。
光検出器８が正しい焦点の位置にくるように光ファイバ
部分１０が配置される。そのために、種々の部品を正し
い位置に保持するための装置（図示されていない）がそ
なえられる。
第１ｂ図は１つの変更された実施例の図面であって１ス
ペーサ素子１４が光ファイバ部分１０と光ファイバ６と
の間に配置され、それにより、これらの２つの素子の間
の間隔が確実に定められる。
スペーサ素子１４は、一定の屈折率を有する光ファイバ
の一部分であることができる。
第１Ｃ図はまた別の変更された実施例の図面であって、
光検出器８とレンズ１０との間にまた別のスペーサ系子
１６がそなえられ、それに、より、光検出器８とレンズ
１ｏとの間の間隔が確実に定められる。スペーサ素子１
６は一定の屈折率を有する光ファイバの一部分であるこ
とができる。
第２図において、同等な部品には同じ参照番号が付けら
れている。レンズ部分１０の良さはレンズの屈折率分布
とピッチの要請とによって変えられる。典型的な場合に
は、要求される多モード・ファイバの長さは非常に短い
。それで、多モード・ファイバの長さをより実際的な良
さにまで大きくなるために、第２図に示されているよう
に、ファイバを半ピツチの整数倍に長くすることができ
る。レンズ部分１０′の長さはレンズ部分１０の長さよ
りも大幅に大きい。それは、光線がレンズ部分内の中心
点に焦点を結び、そして光線がこの焦点から出発して、
光検出器８に再び焦点を結ぶからである。
外側直径を整合させることは、共通管やＶ形溝チャンネ
ル装置のような、熟練を要しない工程によって行なうこ
とができる。この共通管はレンズと光ファイバをぴった
りと収容する精＠な寸法寸の穴を有しているか、または
単にＣ形バネ管、または「締め付け」管であることがで
きる。この後者の管は、記憶合金によって作成するのが
より容易である。適切なＶ形溝装置は金属を加工して作
成するか、またはシリコンのような適当な材料を化学的
にエツチングすることによって作成することができる。
もしシリコンまたはそれと同等な材料が用いられるなら
ば、特許、受付番号筒Ｆ２０３８９Ｄ号［ファイバ・ア
レイの整合 （Ａｌｔ（ｌｎｌ１３ｎｔ　ｏｆ　Ｆｉｂｒｅ　Ａｒｒ
ａｌ／Ｓ　）　、ｌ出順番号第８７１９５５７号に開示
されているように、光学装置は半田バンプの方法によっ
て、ファイバ・レンズ５ａｌｌと自己整合を行なうこと
ができるであろう。
したがって、本発明を利用することにより、ファイバは
レンズ素子に対し一定の設定距離の位置において整合を
うることができる。チャンネルとプラットフォームを有
する適切なマイクロベンチにより、ファイバ・スペーサ
・レンズ・スペーサ・１ｉｌｉの組立体を最小の操作で
配置することができる。この技術によりまた、管装置ま
たはＶ形溝装置を用いたのと同じ容易さで、２つのファ
イバを正しく結合させることができる。
第３図は、精密適合管３０を用いて、多モード・ファイ
バ部分１０とスペーサ１４を単一モード光ファイバ６に
どのようにして整合させつるかを示した図面である。こ
のようなｆｔｌ配置は、精密な穴を有する管を用いるこ
とによって、または薄肉管の°縦りリンピングによって
実行することができる。加熱とその後の冷却によってわ
ずかに大きな寸法の管の直径を小さくすることによって
、または記憶合金を使うことによって、部品の整合を行
なうことができる。また、正しい直径を有するＣ形バネ
管を用いることもできる。このような組立体はレンズ作
用を有するファイバとなり、装置６からファイバの中に
光を結合するのに用いることができる。
第４図は、２つのスペーサ１４．１６と適切な装置組立
法を用いることにより、どの部品にも面倒な微ＩＩＩ整
を行なうことが必要なく、集積化された光学装！ｉ４０
を光ファイバ・コア６に完全に整合させることができる
方法を示している。集積光学装置４０は、半田バンブ（
図示されていない）のアレイによって、半導体基板４２
の上に取り付けられる。この取り付け方は、下記の第６
図および第７図のところで説明されるであろう。基板４
２はその上表面に、エツチングによって作成された■形
１１４４を有している。この■形溝４４の中に、光ファ
イバ６がスペーサ素子１４．１６およびレンズ・ファイ
バ部分１０と共に配置される。
これらの素子がＶ形溝４４の中に接着剤または半田によ
って固定され、それにより、光学装置！４０の側面４６
に取り付けられた光送信・伝送・受信１ｉＩｉトコレら
の素子の軸を精密に整合させることができる。
第７図は光学＠１４０を基板４２にどのように取り付け
るかを示した図面である。この取り付け方法は、本出願
人の出願中特許 第８８２０１９６．７号にざらに詳細に開示されている
。この方法では、光学装置４０の下側表面４８が半田パ
ッド５０のアレイを有し、そして基板４．２の上側表面
は半田パッド５４の受は入れアレイを有する。制御され
た量の半田５６が２つのパッド・アレイのパッド間に形
成され、そして半田球５６の寸法を精密に定めることに
より、光学装置４０はこの基板表面の水平面内での位置
が定められるだけでなく、基板表面に対する高さも精密
に定められる。光学装＠５８が導波器である場合が図示
されているが、このようにして光学装置５８は■形溝４
４の中に配置されたファイバ素子の軸に対して精密に位
置を定めることができる。
第５図は、第７図で説明した方法によって基板６４の上
にそれぞれ取り付けられた別々の２つの集積光学装置が
、２つの光学装置の間に配置されかつｌ根６４の表面内
にエツチングによって作成されたＶ形溝６６に取り付け
られたファイバ・レンズ素子１０と２つのスペーサ素子
１４．１６とによって、どのように光学的に結合される
かを小した図面である。
第６図は、第１および第２光送信・受信・伝送装置であ
るそれぞれの単一モード光ファイバ６と単一モード光フ
ァイバ６′が、スペーサ素子１４゜１６と、コリメート
用中央ファイバ・レンズ部分１０で相互に接続された状
態を示している。１つの実施例では、光ファイバ６と光
ファイバ６′および相互接続素子は金属管７０の中に保
持され、そしてこの金属管を所定の位置にすべらせ、そ
して熱収縮によってこれらが正しい位置に配置される。
またはより好ましくは、この金属管が記憶合金とよばれ
ている金属で作成され、そしてこの記憶合金は通常は液
体窒表温度に保持され、そしてファイバ・アレイに取り
付けられて室温に戻された時・収縮してファイバ・アレ
イを所定の位置に保持することである。また第６図に示
された別の実施例では、ファイバ・レンズ・アレイはシ
リコン基板７４の表面内にエツチングによって作成され
たＶ形溝７２の中に取り付けられる。
【図面の簡単な説明】
第１ａ図から第１Ｃ図までの図面は本発明を利用した結
合方式を示す図、第２図は装置と光ファイバの間の結合
をつるために多重ピッチ・レンズがどのように用いられ
るかを示す図、第３図から第６図までの図面は本発明に
よって構成された種棒の光学結合方式を示した立体図、
第７図は集積光学装置を基板に取り付ける方法図。 ［符号の説明１ ２．６．６０ ６’　、８．６２ １０．１０’ 第１光送信・受信・伝送装置 第２光送信・受信・伝送装置 光ファイバ部分 第１光伝送装置、スペーサ素子 第２光伝送装置、スペーサ素子 ３０・　４２．４４，６４，７０，７２．７４取り付け
装置 ３０．７０　　　　中空管部品 ４２．６４．７４　１板 ６０　　　　　　第１集積光学装買 ６２　　　　　　第２集積光学装置 ５０．５４　　　　半田パッド ５６　　　　　　半田球

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）第１送信・受信・伝送装置および第２送信・受信
    ・伝送装置と、屈折率が半径方向に連続的に変化してい
    る光ファイバ部分と、前記光ファイバ部分に隣接して配
    置されかつ前記光ファイバ部分の直径と同じ直径を有し
    かつ前記第１送信・受信・伝送装置と前記第２送信・受
    信・伝送装置との間を前記光ファイバ部分を通して光を
    伝送する機能を行なう第１光伝送装置および第２光伝送
    装置と、前記光ファイバ部分と前記第１光伝送装置と前
    記第２光伝送装置とをそれらの光学軸が一致するように
    保持する機能を行なう取り付け装置とを有する、光コリ
    メート用光学装置。
  2. （２）請求項１において、前記第１光伝送装置および前
    記第２光伝送装置がスペーサ素子を有する、前記光コリ
    メート用光学装置。
  3. （３）請求項２において、前記スペーサ素子が光ファイ
    バ部分である、前記光コリメート用光学装置。
  4. （４）請求項１から請求項３までのいずれかにおいて、
    前記第１光送信・受信・伝送装置およびまたは前記第２
    光送信・受信・伝送装置が光ファイバを有しかつ前記第
    １光伝送装置およびまたは前記第２光伝送装置をそれぞ
    れ構成要素とする、前記光コリメート用光学装置。
  5. （５）請求項１から請求項４までのいずれかにおいて、
    前記取り付け装置が前記第１光伝送装置と前記第２光伝
    送装置と前記光ファイバ部分とを内部に精密に収容する
    中空管部品を有する、前記光コリメート用光学装置。
  6. （６）請求項１から請求項５までのいずれかにおいて、
    前記取り付け装置がその表面にＶ形溝が作成された基板
    を有し、かつ、前記光ファイバ部分と前記第１光伝送装
    置と前記第２光伝送装置とが前記Ｖ形溝の中に配置され
    る、前記光コリメート用光学装置。
  7. （７）請求項６において、前記第１光送信・受信・伝送
    装置およびまたは前記第２光送信・受信・伝送装置が前
    記基板表面に取り付けられたそれぞれ第１集積光学装置
    およびまたは第２集積光学装置を有する、前記光コリメ
    ート用光学装置。
  8. （８）請求項７において、前記集積光学装置の１つまた
    は両方が前記基板に取り付けられるさい、前記基板表面
    上の半田パッドのアレイを前記集積光学装置の前記基板
    に隣接する表面上の半田パッドのアレイに半田付けする
    段階と相互に向き合っている半田パッドを相互に連結す
    る半田球の半田の量を制御する段階とを有する方法によ
    って取り付けが行なわれ、それにより前記集積光学装置
    の前記基板の表面内での位置の整合と前記基板の表面に
    垂直方向の高さ位置の整合とが行なわれる、前記光コリ
    メート用光学装置。
  9. （９）請求項１と添付図面に基づいて事実上開示された
    光コリメート装置。
JP1304531A 1988-11-22 1989-11-22 光コリメート用光学装置 Pending JPH02244012A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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GB888827242A GB8827242D0 (en) 1988-11-22 1988-11-22 Optical coupling of optical fibres & optical devices
GB8827242.2 1988-11-22

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JP (1) JPH02244012A (ja)
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