JPH06289259A - 光接続デバイス - Google Patents

光接続デバイス

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JPH06289259A
JPH06289259A JP4304500A JP30450092A JPH06289259A JP H06289259 A JPH06289259 A JP H06289259A JP 4304500 A JP4304500 A JP 4304500A JP 30450092 A JP30450092 A JP 30450092A JP H06289259 A JPH06289259 A JP H06289259A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光ファイバの２次元アレイを持つことのでき
る有用な光接続デバイスを提供する。 【構成】 反対面から突出するピラーを持つスラブ支持
部材４２を有するように成形された光導波材料から構成
することができる。反対面の一方の面上のピラー４８は
他方の面上の対応するピラー５０と光学的に位置合せさ
れている。ピラーの長さはその直径と同程度に小さくす
ることができる。ピラーの終端は平坦または曲面として
レンズを形成でき、各ピラーはいずれの位置でも正確に
配置される。光接続デバイスはチップ間にサンドウィッ
チ状にはさみ込まれて集積回路チップ間接続デバイスと
して２つ以上のチップのスタックを形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光接続デバイスに係わ
り、特に光ファイバのモノリシックアレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】現在２つの光接続デバイスが開発され、
文献などではコロンビア大学デザインおよびハニウェル
デザインとして知られている。コロンビア大学デザイン
は、シングルモード光ファイバが埋め込まれた検出器に
結合されるが、それはチップの面に結合された、精密械
加工されたアルミニウムガイドを介して行われる。また
ハニウェルデザインでは、光ファイバのアレイが単一面
に沿って配置されているが、それは化学的加工されたシ
リコンのＶ溝固定器により位置合せされる。
【０００３】光ファイバの終端は、チップの検出器上に
配置されるが、その終端は光ファイバから検出器に光を
送るように傾斜される。光ファイバのコアは非常に微細
で、それらのコア直径は１５ミクロンより小さい。従っ
て、明らかに現在の光接続デバイスの製造では、チップ
または基板上で検出器または光パスと位置合せを行うよ
うにスロットまたは開口部に光ファイバの終端を配置す
る必要があり、それには高度の正確さが必要であるのみ
ならず、通常それはむつかしく、骨の折れるものであ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】経済的に構成でき、信
頼性のある正確な寸法を有し、かつチップや基板を互に
さらに接近して結合できるようなチップや基板の光接続
に対する要求が明らかにあり、本発明はこれらの要求を
満足させる光接続デバイスを指向するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の光接続デバイス
は、光ファイバの２次元アレイを有するものである。こ
のデバイスは、例えばガラス、プラスチックなどの光導
波材料の一体品からでき、反対面から突出するピラーを
持つスラブ支持部材を有するように形成されるものであ
る。反対面の一方の面上のピラーは、その他方の面上の
対応するピラーと光学的に位置合せして配置される。
【０００６】ピラーの長さはその直径と同程度に小さく
することができる。このピラーの終端は、平坦または曲
面としてレンズを形成し、各ピラーは、いずれの位置で
あっても正確に配置される。この光接続デバイスはチッ
プ間にはさみこまれて、集積回路のチップ間接続デバイ
スとなり２つ以上のチップのスタックを形成することが
できる。
【０００７】
【実施例】図１は、従来技術のコロンビア大学デザイン
を示す。この構造では、シングルモード光ファイバ１２
の終端で、クラッド１０は取除かれてコア１４を露出さ
せる。光ファイバの露出コアは、精密機械加工されたア
ルミニウムガイド１８の開口部１６を通り挿入される
が、これはチップ２０にエポキシセメントなどでしっか
りと結合される。この光ファイバの露出コアはチップの
開口部２２に入り、例えば埋め込まれた検出器に結合さ
れる。
【０００８】シングルモード光ファイバ１２は、接着剤
例えばエポキシセメントでアルミニウムガイド１８に接
合される。図２は、従来技術のハニウェルデザインを示
す。この構造では、位置合せ固定器３０には複数の化学
加工された溝３２があり、それぞれ光ファイバ３４を受
入れ保持するように設けられている。光ファイバの終端
３６は溝により拘束されるが、これは光ファイバのコア
の光を所望の角度で反射させるように傾斜をつけられて
いる。
【０００９】明らかに、もしこの傾斜が４５度の角度を
有する場合には、コア軸に対し９０度の角度で光はファ
イバから出ることになる。ハニウェルデザインを用い
て、単一面に位置合せされている光ファイバアレイをチ
ップまたは基板の外辺部に沿って置かれた集積検出器３
８に結合することができる。従来技術の各光ファイバ接
続の製造組立てには、高度熟練技術者を必要とする。ま
たそれらの構成は高価となり、チップを高密積層させた
い場合にはチップ間結合を行うことができない。
【００１０】図３は本発明の構造４０を示す。本実施例
では、反対面４４、４６を有する支持部材４２は第１の
ピラーアレイ４８と第２のピラーアレイ５０を支える。
第１のピラーアレイは個々の第１のピラー４８Ａ、４８
Ｂ、４８Ｃ、…４８Ｎから構成され、第２のピラーアレ
イは個々の第２のピラー５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、…５
０Ｎから構成されている。面４４から外に突出する多数
の第１のピラー４８Ａ…４８Ｎは、反対面４６から外に
突出する多数の対応する第２のピラー５０Ａ…５０Ｎと
光学的に位置合せされている。
【００１１】支持部材４２、第１のピラー４８Ａ…４８
Ｎおよび第２のピラー５０Ａ…５０Ｎはモノリシック
で、光エネルギーを伝送することのできる普通の材料の
構造のものである。面４８から外に突出しているいずれ
か１つの第１のピラー４８Ｎにより受信された光エネル
ギーは、次のように伝送されていく。それはその第１の
ピラー４８Ｎから、支持部材４２の第１のピラー４８Ｎ
の末端に結合された部分を通り、次に第１のピラー４８
Ｎと光学的に位置合せされた第２のピラー５０Ｎに至り
これがこの光エネルギーを受信する。本発明では、この
ピラーが次のような光ファイバとして動作する。
【００１２】すなわち、各光ファイバの長さとは、第１
のピラー４８Ｎの長さと第２のピラー５０Ｎの長さと支
持部材４２の厚さの和である。図３の実施例では、レー
ザ、イオンミリング、化学エッチング、射出成型、など
のいずれかを用い、ミクロ機械加工によりこのピラーを
形成することができる。ここでいう“ミクロ機械加工”
の用語は、支持部材の反対面から外に突出するピラーア
レイについて次の構造を指すものである。
【００１３】それは、高度に寸法と幾何学的形状の正確
な本発明の構造をつくることのできるプロセスならばそ
のいずれかを用いて形成するものである。エッチングに
よりこの構造を形成するのに用いることのできる材料に
は、（コーニングガラスから入手できる）フォトフォー
ム（商品名、Ｆｏｔｏｆｏｒｍ）ガラスがあるが、これ
に限るものではない。フォトフォーム材料は紫外光によ
る露光後化学エッチングすることにより光パターンの形
成が可能である。
【００１４】６００ミクロンの長さ、４０ミクロンより
小さい直径および５０ミクロンより小さい間隔を有する
ピラーをこの材料を用いて得ることができる。この加工
処理されたガラスは透明で光エネルギーを伝送する。さ
らに具体的に説明すると、フォトフォーム材料を次のよ
うに処理して本発明のデバイスを形成することができ
る。まず、高精度のマスクを通して紫外光にフォトフォ
ーム板の片面または両面のいずれかを露光する。
【００１５】フォトフォームガラス板研削と研磨による
仕上げ面上にマスクにより紫外光の所望のパターンが形
成される。露光板は熱処理されてパターンを形成する。
このガラスの紫外光の露光部分は半結晶性のガラスセラ
ミック材料となり、これはこのガラスの非露光部分に比
べフッ化水素酸の希薄溶液に３０ないし５０倍可溶性で
ある。この溶解性の相違によって露光パターンは差別的
エッチングが可能となる。
【００１６】さらに具体的に説明するとフォトフォーム
は次の性質を持つ。それは紫外光に露光されると、銀原
子は露光部に結晶中心を形成して、それが次の熱処理中
にメタけいさんリチウム結晶の核形成と結晶成長を行
う。一度この熱処理が終ると、紫外光露光部は、非露光
部に比べ３０ないし４０倍もフッ化水素酸の希薄溶液に
可溶となる。１．６mm厚さの板を小さな不透明ディスク
を有する標準的フォトマスクを通して直角に入射の紫外
光平面波に露光させて光接続デバイスを形成する。
【００１７】６００℃に加熱すると、紫外光露光部は結
晶化する。この板は次に撹拌ＨＦにさらされて、両面か
ら結晶化部が急速にエッチングされ、ピラーを残留す
る。紫外光非露光部にも僅かにエッチングが起こり、ピ
ラーに３度のテーパを付ける。従ってピラー底部は、マ
スクディスク（ｄｍ）と同じ直径を有するが、ファイバ
先端部はｄｔ＝ｄｍ−０．１０５ｘｌ、ただしここでｌ
はピラー長さを示す、の直径を有する。
【００１８】エッチング時間は厚さ１７０μｍの支持部
材を残すよう設定された。そしてピラーはそれぞれ長さ
が約７００μｍであった。得られたピラー先端はエッチ
ングによる荒れが生じ、機械研磨が行われた。研磨中フ
ァイバはワックスにより支持されたが、これはファイバ
間に溶融流動され冷却されたものである。全加工処理は
４×４インチ板にわたり実施されたがその変動は僅かな
ものであった。
【００１９】所望ならば、ピラーの終端の形状を平坦と
するよりむしろレンズ状に成形することもできる。レン
ズ状形成の１つの方法は、材料が溶融しはじめ、凸レン
ズ形状を形成するまでピラーの終端を加熱する方法であ
る。先端の公称直径が４０、６０、８０および１００μ
ｍのピラーおよび中心間間隔が４００および１０００μ
ｍのアレイを作成することができた。本発明の接続デバ
イスはまたゼネラルエレクトリック社からのレクサン
（商品名、Ｌｅｘａｎ）ＯＱ−１０２０を用いても形成
することができる。
【００２０】この方法は、射出成形プロセスと組合せ
て、一体成形加工でデバイスを形成する光伝送プラスチ
ックである。成形プロセス中は、完成製品から気泡をす
べて確実に除去するよう注意深く実施されねばならな
い。支持部材上にピラーを形成した後、溶融ワックス状
材料を各面に流して固化させる。このワックス状材料が
多数のピラーを機械的に支え、曲げやたわみに耐えるよ
うにする。その後、光ファイバの終端は最終寸法に研削
されて、研磨される。
【００２１】所望ならば、ワックス状材料を研削や研磨
の操作後も、もしピラー材料の屈折率より小さい屈折率
を有する場合には残したままにしておいてもよい。また
必要に応じ、光ファイバの終端は、成形プロセス中の加
熱または成形のいずれかにより凸レンズの形状に成形す
ることができる。成形プロセス中にこのレンズが形成さ
れる場合には、凹レンズか凸レンズかいずれにすること
ができる。
【００２２】図４は、フォトフォーム材料で形成された
図３のピラー４８Ｎ、５０Ｎの列と支持部材４２を通る
拡大断面図である。エッチングプロセス中では、酸溶液
はまず形成されるファイバの最端から材料を除去する。
従って、酸溶液はファイバの終端とより長時間接触し、
それから次に支持部材４２に結合するファイバの基部と
接触する。その結果、光ファイバは図４に示すように少
しテーパ状となる。
【００２３】一例をあげて説明する。光ファイバの中心
間間隔であるＣの寸法は４００ミクロン、光ファイバの
最終の上面直径ｄの寸法は４０ミクロン、マスク機能の
直径ｍの寸法は１００ミクロン、光ファイバのスタブ長
さＬの寸法は６００ミクロン、および支持部材の厚さｔ
の寸法は２５０ミクロンであった。もしフォトフォーム
材料の場合紫外光露光に１０ミクロンの広さが必要であ
ると仮定すると、光ファイバの最密中心間距離は次のと
おりである。
【００２４】それはｄ＋２Ｌｔａｎ（３。）＋１０ミク
ロンで本デバイスでは約１１２ミクロンである。この関
係の３。は、ピラーのテーパ角度である。フォトフォー
ムを用いてピラーを形成する本発明の別の実施例につい
て説明すると、エッチング抵抗ガラスの層がフォトフォ
ームの２層間に配置されている場合である。このエッチ
ング抵抗ガラスは２５０ミクロンの厚さを有し、フォト
フォームの各シートは６００ミクロンの厚さを有する。
【００２５】熱接合またはエポキシなどの接着剤を用い
てフォトフォームの２枚のシートをエッチング抵抗ガラ
スに取付けることができる。このサンドウィッチ集合体
を紫外光に露光、熱処理、エッチング処理、により本発
明の構造を形成することができる。前述のように、ワッ
クスなどの構造支持材料を光ファイバ間の空間に流し込
み、硬化させて、次の研削や研磨のステップの間に多数
の光ファイバが曲げやたわみを受けぬように保護するこ
とができる。
【００２６】本発明に開示のデバイスは、構成が簡単
で、組立て不要の２次元光ファイバアレイの接続デバイ
スである。一例として、マルチモード光ファイバピラー
が両面からエッチングされるかまたは射出成形により形
成されるかされたガラスまたはプラスチックの一体品で
ある。ピラーすなわちファイバの位置は、リソグラフィ
などの方法により定められ、従ってこのデバイスは集積
回路チップと位置合せが行われる。
【００２７】ここに開示の本発明の光接続デバイスによ
り、単に周辺というよりチップの全域から情報のアクセ
スが可能となるが、それは光が面から垂直に流れ、組立
てる問題のない接続デバイスであり、これを実施するこ
とができるためである。チップ間光通信の全面利用には
光ビームの２次元アレイが必要である。本発明以前で
は、光ファイバ接続デバイスの２次元アレイの大型の構
成が必要で骨の折れるかつコスト高の組立てのものであ
った。従って、本発明以前では、複雑な光学設計の必要
な自由空間光学法に努力が払われた。
【００２８】本発明により、単に一次元でなく二次元に
光ファイバを有する光ファイバ相互接続デバイスを構成
することができ、それらはチップに対し光相互接続に必
要な正確な配置におくものである。本発明のこの接続デ
バイスにより、明らかにチップまたは基板に対する接続
は、末端やエッジに限るものではなく、チップや基板の
面、すなわちその主面に沿って行われるものである。
【００２９】従って、本発明ではチップまたは基板は一
方の上に他方を積重ねて、本発明の接続デバイスを接す
るチップまたは基板の間に挿入し、スタックの多数のチ
ップまたは基板の間に必要な接続を与えることができ
る。所望ならば、チップ間に本発明のデバイスを用いる
ことにより、その間に冷却流体を流すことも可能であ
る。以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、
この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例
が考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に
包含される。
【００３０】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明により従来に比
べより経済的に構成でき、信頼性のある正確な寸法を有
しチップや基板をさらに接近して結合できる光接続デバ
イスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のコロンビア大学デザインと通常呼ばれる
シングルファイバ接続の模式図である。
【図２】従来のハニウェルデザインと通常呼ばれる単一
面アレイ光ファイバ接続の模式図である。
【図３】本発明の二面アレイ光ファイバ接続の構造を示
す模式図である。
【図４】図３に示す構造の拡大断面図である。
【符号の説明】
１０ クラッド １２ （シングルモード）光ファイバ １４ コア １６ 開口部 １８ アルミニウムガイド ２０ チップ ２２ （チップの）開口部 ３０ 位置合せ固定器 ３２ 溝 ３４ 光ファイバ ３６ （光ファイバの）終端 ３８ 検出器 ４０ 構造 ４２ 支持部材 ４４ 第１面 ４６ 第２面 ４８ 第１のピラー ５０ 第２のピラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェームス エー．ウォーカー アメリカ合衆国 07731 ニュージャージ ー ハウエル、バールドライヴ 18

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１面（４４）と第２対向面（４６）と
    を有する支持部材（４２）と、 前記第１面（４４）により支えられかつその面から突出
    する第１のピラーアレイ（４８）と、 前記第２面（４６）により支えられかつその面から突出
    する第２のピラーアレイ（５０）とを有し、 前記第１のピラーアレイのピラーは前記第２のピラーア
    レイの対応するピラーに対し位置合せされ、 および前記ピラー（４８、５０）と前記支持部材（４
    ２）は、所定の周波数のエネルギーに対し透明である材
    料で形成されていることを特徴とする光接続デバイス。
  2. 【請求項２】 前記第１のピラーアレイ、前記第２のピ
    ラーアレイおよび前記支持部材がすべて同一材料で形成
    されていることを特徴とする請求項１に記載のデバイ
    ス。
  3. 【請求項３】 前記第１のピラーアレイと前記第２のピ
    ラーアレイがマルチモード光ファイバであることを特徴
    とする請求項１に記載のデバイス。
  4. 【請求項４】 前記第１のピラーアレイ間にある前記ピ
    ラーより低い屈折率を持つ支持部材をさらに有すること
    を特徴とする請求項３に記載のデバイス。
  5. 【請求項５】 前記第１のピラーアレイのピラーと前記
    第２のピラーアレイは、それらの直径より大きい長さを
    有することを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
  6. 【請求項６】 前記第１のピラーアレイ、前記第２のピ
    ラーアレイおよび前記支持部材は、エッチング可能の透
    明材料で形成されていることを特徴とする請求項３に記
    載のデバイス。
  7. 【請求項７】 前記第１のピラーアレイと前記第２のピ
    ラーアレイは、エッチング可能の透明材料で形成されて
    おり、 前記支持部材は、エッチング不可能な透明材料で形成さ
    れていることを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
JP4304500A 1991-10-30 1992-10-19 光接続デバイス Expired - Fee Related JPH07117630B2 (ja)

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US785352 1991-10-30
US07/785,352 US5170455A (en) 1991-10-30 1991-10-30 Optical connective device

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JPH06289259A true JPH06289259A (ja) 1994-10-18
JPH07117630B2 JPH07117630B2 (ja) 1995-12-18

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JP4304500A Expired - Fee Related JPH07117630B2 (ja) 1991-10-30 1992-10-19 光接続デバイス

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US (1) US5170455A (ja)
EP (1) EP0540236B1 (ja)
JP (1) JPH07117630B2 (ja)
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