JPH0271203A - 基板により支持された光導波体を有する装置 - Google Patents

基板により支持された光導波体を有する装置

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JPH0271203A
JPH0271203A JP1050197A JP5019789A JPH0271203A JP H0271203 A JPH0271203 A JP H0271203A JP 1050197 A JP1050197 A JP 1050197A JP 5019789 A JP5019789 A JP 5019789A JP H0271203 A JPH0271203 A JP H0271203A
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JP
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waveguide
optical
optical fiber
groove
substrate
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JP1050197A
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Greg E Blonder
グレッグ イー.ブロンダー
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AT&T Corp
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American Telephone and Telegraph Co Inc
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Publication date
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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】 皮閤豆I 本発明は基板により支持された光導波体を有する装置に
関する。
発明の背景 実際上、安価な低損失光ファイバ導波体の開発で始まっ
て、光通信技術は特に長距離「交換機間」通信において
十分に確立されている。特に最近、例えば、個々の加入
者電話、ファクシミリ端末及びデータ処理装置のような
それらの最終目的地のより近くへ光信号を送ることに関
心が大きくなりつつある。主な利用分野、即ち、いわゆ
る局部ループにおいては、単一モードの光信号を加入者
まで送ることが望まれる。そして、いわゆる局部領域回
路網(LAN)においては多モード信号が、例えば、ビ
ルディング又は工場の内部のような比較的短い距離にわ
たる通信において使用されつつある。
長距離通信においては光フアイバ伝送媒体の費用は商業
的実現性を決定するものではあるが、局部的な用途の全
費用は、例えば、光源、検出器、コネクタ及びカプラの
ような要素の費用によって支配される。従って、局部状
態における光通信の商業的な実現性は低価格の光学的要
素の利用可能性と光ファイバに要素を接続する安価な方
法に大いに依存する。これに関して特に望ましいと考え
られるのは光ファイバ及び他の光学的要素を基板に支持
された導波体に接続する安価な手段であり、導波体に対
する要素の適切な整列はこれらの接続における主な関心
事である。この分野における初期の著作については、例
えば、次のものを参照されたし。
L、 P、 Boivin、  r Thin−Fil
m La5ter−to−FiberCoupler 
J、 Appled 0ptics、 Vow、 13
 (19741゜pp、 391−395 : H,P、 Hsu、 et al、、 r 0ptai
cal  Fibers  andChannel  
Waveguides J、 Electronics
  Letters。
Vol、 12 (19761,Imp、 404−4
05 :及びJ、 T、 Boyd et al、、 
r 0ptical Coupling fromFi
bers  to  Channel  Wavegu
ides  Formed  onSilicon J
、  Appled  0ptics、  Vol、 
17 (19871゜pp、  895−898 光BJI(7υ塾豹 本発明は、例えば、光ファイバ又は光検出器ダイオード
のような少な(とも1つの光要素が基板により支持され
た導波体と好適な整列状態にあり、この整列が軸方向、
共線形、対向的、直角であり、又は相対位置の任意の他
の適当な仕様に関して定義される装置である。本発明に
よれば、結晶学的選択によるエツチングに従うほぼ単結
晶基板が好ましく、特に、シリコン基板の使用は便利で
ある。整列は一般的にはV溝のような選択的にエツチン
グされた溝により容易となる。
光ファイバの接続の場合には、このV溝は傾斜したエツ
チング面の上に張り出す出っ張り又は口唇部に対して光
ファイバの突合せ結合を可能にするように導波体の下を
カットする。(突合せ結合は光フアイバモードの直径を
越えない光フアイバ導波体の距離にわたるものであり、
この直径は光ファイバのコアの直径にほぼ等しいと理解
される)。
詳細な説明 次の説明は、薄膜導波体がシリコン基板、導波体本体と
シリコン基板との間の光学的クラディングとして働く二
酸化ケイ素の層、及びこのクラディング構造を完でする
付着二酸化ケイ素の層により支持されている好適な実施
例についてなされる。この好適な構造の製造はC,H,
Henry−R,A、 Levy8−12. rDev
ice Including a 5ubstrate
−supportedOptical Wavegui
de、 and Device Manufactur
eJとして指定された特許出願で更に詳しく開示されて
いるように層付着及びパクーニングを含む処理によって
容易にされる。
第1図はシリカカバー層22により覆われたシリコン基
板11、このシリコン基板11に配置されて上記のシリ
カカバー層22の下に存在する薄膜の導波体12と13
、及びシリコン基板110)エツチングされたV溝に配
置された導波体12と13と整列させられた光ファイバ
14.15.16及び17を示す。
第2図はシリコン基板11.二酸化ケイ素の層21、導
波体12と13、及びシリカカバー層22を示す。層2
1と22は光学的タラディング層として働(。より高い
屈折率の導波体材料としてはケイ酸燐ガラスでもよい。
1.3マイクロメタの波長での光放射の場合、好適な寸
法は次の通りである。即ち、二酸化ケイ素の層21につ
いては約10〜15マイクロメータの厚さ、導波体12
と13については約5マイクロメータの幅、導波体12
と13の間の約7〜8マイクロメータの中心対中心間隔
(互いに並べた導波体12と13の間の有効な漸減電界
結合1 evanescentfield coupl
ing)のために)及びシリカカバー層22の場合には
約5マイクロメータの厚さである。
第3図は■溝31を持つシリコン基板11.二酸化ケイ
素の層12、導波体12及びシリカカバ層22を示す。
円形の破線により示されるように、そして、第5図にお
いて更に明確に描いたように、光ファイバ14はこのフ
ァイバのコアの部分が導波体12と整列されるように位
置付けられている。
溝のエツチングはガラス層の導波体構造にわたる真っす
ぐなエツチング、次に、異方性のエツチングによりシリ
コン基板におけるV溝の形成を含む。好都合にも、ガラ
ス層構造にわたるエツチングはクロムのマスク層の存在
での反応性イオンエツチングにより行なわれる。このク
ロムのマスク層は又続いて、例えば、水酸化カリウムの
溶液による選択的なエツチングの間マスク層としても働
く。
■溝への光ファイバの取り付けはなるべくならガラス対
ガラス又は金属対金属の接触とすることが好ましく、こ
の後者の金属対金属の接触は、例えば、クロム塗布の光
ファイバとV溝の表面との間におけるはんだ付けによる
ファイバの取り付けの場合に好適である。あるいは又、
インデックスマツチングエポキシ又はシリコンゴムもV
溝における光ファイバの取り付けに使用することができ
る。ガラスファイバに接触するV溝の壁に関連する他の
問題はガラスファイバの強さであり、そして、この点で
いわゆるオレンジ皮剥きエツチングによるガラスファイ
バの表面への凹凸の形成は有利に利用することができる
第4図と第5図は本発明による好適な光フアイバ対導波
体の結合を示し、この結合はエツチングされた溝の傾斜
端面の上に突き出る出っ張り41により容易にされ、そ
れにより上に引用したり。
P、Boivinによる論文で知られた難点が克服され
る。特に、第4図は■溝31を持つシリカカバーにより
覆われたシリコン基板11、このシリカカバーの下の導
波体12、及び光ファイバ14の位置を示す。出っ張り
41はシリコンのアンダーカットエツチングにより形成
されたものとして特に示され、一方、導波体の構造は変
らず、そのままである。
第5図はシリコン基板11、二酸化ケイ素の層21、導
波体12、カバー層22、及びコア部141及びタラデ
ィング部142を持つ光ファイバ14を示す。出っ張り
41は第4図に関して上に述べたごとくである。図示は
してないが、光ファイバと導波体との間のギャップには
インデックスマツチング物質を使用してもよい。
第4図と第5図において、光ファイバ14はこの光ファ
イバの軸心にほぼ直角な面を持つものとして示したが、
光ファイバはテーパ状に終って、更に突合せ結合を容易
にするようにしてもよい。
しかしながら、なるべくなら、光ファイバの少なくとも
コア部はこの光ファイバの軸心にほぼ直角な面で終るこ
とが望ましい。いずれの場合にも、本発明による整列は
、例えば、突合せが角張った光フアイバ面に依存する場
合にそうであるように、光ファイバの配置する場合に光
ファイバの方位を考慮する必要はない。(本発明の方位
の自由度は、例えば、偏光保持ファイバの好適な配置の
場合に効果的に使用することができる。)第6図は溝3
1を有する基板11、クラディング層の間に導波体を有
する導波体構造64、金属化層23、及び接触金属化層
611と612及び感光領域613を持つ光検出器ダイ
オード61を示す。この光検出器ダイオード61は溝3
1の側壁に乗るように示しである。満31の場所、深さ
、長さは導波体12から発生する光と感光領域613の
積極的、受動的整列が与えられるように選ばれる。金属
化層23と611はばんだ62により結合され、そして
、いわゆるフライングワイヤポンド63は接触層24と
612を結合する。
破線は光路な示す。
第7図は、溝の対向側壁に対し光検出器ダイオドの位置
決めに適した第6図と同じ特徴を示す。第6図の構成で
は光検出器ダイオード61は導波体構造64に突合せ結
合されてはいるが、第7図はかなりの距離にわたる光結
合を示す。両方の場合及び軸方向のファイバ導波体の整
列とは異なり、整列は導波体の方向に直角なかなりの成
分をもつよう向きを決められたエツチング溝により容易
になる。
第8図はシリコン基板11、このシリコン基板11の上
にある導波体構造81、光ファイバ14と15、シリコ
ンゴム82及びモールドされた力プセル83を示す。
第9図はシリコン基板11、このシリコン基板11上の
導波体構造81、光ファイバ14と15、シリコンゴム
82、空間91、セラミックカプセル92、このセラミ
ックカプセル92と光ファイバ14.15の間のガラス
密封部93を示す。
第10図はシリコン基板11、このシリコン基板ll上
の導波体構造81、光ファイバ14と15、取り付はブ
ロック101と102及びシリコンM103を示す。
シリコン技術に基づく好適な実施例について上に説明し
たが、本発明は異方性的に作用するエツチング材が利用
できる例えば、III −V族及びII −vI族の半
導体材料のような他の基板材料に基づ〈実施例を含む。
好適な基板は、結晶学的転位及び他の欠点が選択的なエ
ツチングによる所望の溝の形成に干渉しないかぎり、こ
れらの転位及び短所は見逃してもよいという意味で単結
晶又は本質的に単結晶である。■溝の中で光ファイバを
整列させるために、基板の方向はなるべくなら(100
)にした方が望ましいが、他の基板の向きも除外される
わけではない。例えば、(110)の向きには光検出器
及び光源の整列配置に好適となる可能性のある垂直壁を
持つ溝の選択的なエツチングがもたらされる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の好適な実施例として、そして、薄膜導
波体と整列されたファイバの4つの場合としての光ファ
イバカプラの略式の頂面図、第2図は第1図の光フアイ
バカプラの略式の断面図、 第3図は第1図の光フアイバカプラに対する4つのファ
イバ結合部の1つの略式の端面図、第4図は第3図のフ
ァイバの結合部の略式の頂面図、 第5図は第3図の結合部の略式の断面図(この断面は基
板に直角で、第2図の断面にも直角である)、 第6図は光学的結合が薄膜の導波体から光検出器ダイオ
ードになされる、本発明の好適な実施例としての検出器
の略式の断面図、 第7図は第5図の実施例の代りとなる好適な実施例を表
す検出器の略式の断面図、 第8図はモールドされたパッケージに含まれる本発明の
装置の略式の断面図、 第9図はセラミックパッケージに含まれる本発明の装置
の略式の断面図、及び 第1O図はシリコンパッケージに含まれる本発明の装置
の略式の断面図である。 主要部分の符号の説明 11・・・ ・・・・・ ・・・・・・・・・・・・シ
リコン基板、12.13・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・導波体、14−17・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・光ファイバ、21 
・・・・・・・・・・・・・・・・・二酸化ケイ素の層
、22・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・シリカカバー層、23・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・金属化層、31・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・V溝、41・・・・−・・・ ・・・・ ・ ・・
・・ ・・・・・・・・出っ張り、61・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・光検出器ダイオード、2・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・−・・はんだ、3・・・・・・・・・・・・・・・フ
ライングワイヤポンド、4.81・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・導波体構造、2・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・シリコンゴ
ム、3・・・・・・・・・・・・・・・モールドされた
カプセル、1・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・空間、2・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・カプセル、
3・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・ガラス密閉部、41・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・コア部、2・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・クラディング
部、11.612・・・・・・・・・・・・・・・・接
触金属化層、13・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・感光領域。 ■ 手続補正書 別紙の通り正式図面を1通提出致しまず。 平成 1年 4月27日

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ほぼ単結晶の基板(11)上の光導波体(12)及
    びこの光導波体(12)と軸方向に整列された光ファイ
    バ(14)を備え、 この整列は基板(11)における選択的にエッチングさ
    れた溝(31)に前記光ファイバ(14)を配置したと
    きに生ずる装置において、 前記溝(31)は前記導波体(12)と前記光ファイバ
    (14)との間の光学的突合せ結合を可能にするに十分
    な距離にわたり前記導波体(12)をアンダーカットし
    ており、突合せ結合は前記導波体(12)と前記光ファ
    イバ(14)との間における物理的接触又は前記光ファ
    イバ(14)のモードの直径よりも小さい前記導波体(
    12)と前記光ファイバ(14)との間に或距離をもた
    らすものとして定義されることを特徴とする基板により
    支持された光導波体を有する装置。 2、請求項1において、前記光ファイバ(14)は前記
    光ファイバ(14)の少なくともコア領域(141)に
    わたって、前記光ファイバの軸心にほぼ直角である表面
    で終端していることを特徴とする装置。 3、請求項2において、前記光ファイバ(14)はテー
    パで終端していることを特徴とする装置。 4、請求項1において、前記基板(11)は(100)
    のシリコン基板であることを特徴とする装置。 5、請求項1において、前記溝(31)はV溝であるこ
    とを特徴とする装置。 6、ほぼ単結晶の基板(11)上の光導波体(64)及
    びこの光導波体(64)と光結合関係に整列された光学
    的要素(61)を備え、 この整列は基板(11)における選択的にエッチングさ
    れた溝(31)に前記光学的要素(61)を配置したと
    きに生ずる装置において、 前記溝(31)の向きは前記光導波体(64)内の光の
    伝ばん方向に直角なかなりの要素を有していることを特
    徴とする基板により支持された光導波体を有する装置。 7、請求項6において、前記光学的要素(61)は光検
    出器であることを特徴とする装置。 8、請求項6において、前記溝(31)はV溝であるこ
    とを特徴とする装置。 9、請求項6において、前記溝(31)は垂直溝である
    ことを特徴とする装置。 10、請求項6において、前記光学的要素(61)は前
    記導波体(64)と突合せ結合の関係にあることを特徴
    とする装置。 11、請求項6において、前記導波体(64)と前記光
    学的要素(61)との光結合はかなりの距離にわたって
    いることを特徴とする装置。
JP1050197A 1988-03-03 1989-03-03 基板により支持された光導波体を有する装置 Pending JPH0271203A (ja)

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