JPH08240737A - オプチックファイバを光導波体に結合するための装置および結合箇所の製造方法 - Google Patents
オプチックファイバを光導波体に結合するための装置および結合箇所の製造方法Info
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- JPH08240737A JPH08240737A JP312996A JP312996A JPH08240737A JP H08240737 A JPH08240737 A JP H08240737A JP 312996 A JP312996 A JP 312996A JP 312996 A JP312996 A JP 312996A JP H08240737 A JPH08240737 A JP H08240737A
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/30—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 オプチックファイバ12がユニット18の、
ウェットエッチングによるV字形位置整定構造部26に
挿入され、該位置整定構造部はユニットのサブストレー
ト22に、オプチックファイバの光軸がユニットに集積
された光導波体14の光軸に整列して整合配置されてい
るよう配置されている、オプチックファイバを光導波体
に結合する装置において、高い結合効率で自動的な位置
整定が行われるようにする。 【解決手段】 位置整定構造部は、オプチックファイバ
の軸線方向に延在する凹入部34を有し、光導波体は端
面42までサブストレート上に載着され、オプチックフ
ァイバの端面40は少なくともファイバ芯16の領域に
おいて光導波体の端面に突き合わせ結合を介して当接し
ている。
ウェットエッチングによるV字形位置整定構造部26に
挿入され、該位置整定構造部はユニットのサブストレー
ト22に、オプチックファイバの光軸がユニットに集積
された光導波体14の光軸に整列して整合配置されてい
るよう配置されている、オプチックファイバを光導波体
に結合する装置において、高い結合効率で自動的な位置
整定が行われるようにする。 【解決手段】 位置整定構造部は、オプチックファイバ
の軸線方向に延在する凹入部34を有し、光導波体は端
面42までサブストレート上に載着され、オプチックフ
ァイバの端面40は少なくともファイバ芯16の領域に
おいて光導波体の端面に突き合わせ結合を介して当接し
ている。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、請求項1の上位概念に
記載のオプチックファイバを光導波体に結合する装置お
よび請求項4の上位概念に記載の結合箇所の製造方法に
関する。
記載のオプチックファイバを光導波体に結合する装置お
よび請求項4の上位概念に記載の結合箇所の製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】数多くの分野、例えば通信技術におい
て、変調器、方向性結合器、スイッチ、偏光子、分配器
などの集積された光学素子を使用することが公知であ
る。これらは、光学素子および/または電光素子および
/または音響光学素子を有し、これらはユニットに集積
された光導波体を介して制御可能ないし呼び出し可能で
ある。情報伝送のために、光導波体波オプチックファイ
バ、例えばガラスファイバに結合される。
て、変調器、方向性結合器、スイッチ、偏光子、分配器
などの集積された光学素子を使用することが公知であ
る。これらは、光学素子および/または電光素子および
/または音響光学素子を有し、これらはユニットに集積
された光導波体を介して制御可能ないし呼び出し可能で
ある。情報伝送のために、光導波体波オプチックファイ
バ、例えばガラスファイバに結合される。
【0003】ガラスファイバおよび集積された導波体の
結合の際の光入力結合効率は非常に著しく、横方向のず
れの終端面の間隔並びに光軸の相互の角度ずれに依存し
ている。したがってガラスファイバは結合の際に、相互
に無関係に最適化されなければならない5つの自由度を
有している:1つの軸線方向の自由度、2つの横方向の
自由度および2つの角度自由度。ガラスファイバにとっ
て典型的な磁場分布では、例えば僅か1μmの横方向の
ずれで既に、約0.3dBの結合損を来す。
結合の際の光入力結合効率は非常に著しく、横方向のず
れの終端面の間隔並びに光軸の相互の角度ずれに依存し
ている。したがってガラスファイバは結合の際に、相互
に無関係に最適化されなければならない5つの自由度を
有している:1つの軸線方向の自由度、2つの横方向の
自由度および2つの角度自由度。ガラスファイバにとっ
て典型的な磁場分布では、例えば僅か1μmの横方向の
ずれで既に、約0.3dBの結合損を来す。
【0004】“Lightwave Technol.”LT-1 (1983) 479,
“Appl. Phys. Lett.”37 (1980)351, “Quantum Ele
ctron.”QE-22 (1986) 928 および“Appl. Opt.” 17
(1987) 895 から、シリコンのマイクロ機械的な構造化
によってガラスファイバを湿式化学的に異方性にエッチ
ングされたV字溝に収容しかつこれにより相互に相対的
に高い精度で位置決めすることができる方法が公知であ
る。V字溝を製造するために、{100}−表面配向を
有するシリコンウェファが使用される。その辺縁が〈1
10〉−方向に沿って配向されていなければならない窒
化シリコンまたは二酸化シリコンから成る適当な被覆層
における矩形の開口を用いて、例えば水酸化カリウム
(KOH)のようなアルカリ性の腐食剤に、V字形状の
凹入部が高い精度で製造される。
“Appl. Phys. Lett.”37 (1980)351, “Quantum Ele
ctron.”QE-22 (1986) 928 および“Appl. Opt.” 17
(1987) 895 から、シリコンのマイクロ機械的な構造化
によってガラスファイバを湿式化学的に異方性にエッチ
ングされたV字溝に収容しかつこれにより相互に相対的
に高い精度で位置決めすることができる方法が公知であ
る。V字溝を製造するために、{100}−表面配向を
有するシリコンウェファが使用される。その辺縁が〈1
10〉−方向に沿って配向されていなければならない窒
化シリコンまたは二酸化シリコンから成る適当な被覆層
における矩形の開口を用いて、例えば水酸化カリウム
(KOH)のようなアルカリ性の腐食剤に、V字形状の
凹入部が高い精度で製造される。
【0005】上述の方法は、ガラスファイバおよび集積
された導波体が、相互に位置整定されなければならない
別個のサブストレート上に載置されている点で共通して
いる。全体の自由度が低減される自己整定形の方法は、
共通のサブストレートが使用されている場合しか可能で
ない。サブストレートとしてシリコンを使用する場合、
例えば酸窒化シリコン、ドーピングされた酸化シリコン
または窒化シリコンから成る集積された導波体に対する
バッファ層として用いられる酸化シリコン層は同時に、
ウェット法による構造化に対する腐食マスクとして利用
される。したがってガラスファイバおよび集積された導
波体の水平方向の位置は、酸化層のホトリソグラフィッ
クな構造化によって規定されている。
された導波体が、相互に位置整定されなければならない
別個のサブストレート上に載置されている点で共通して
いる。全体の自由度が低減される自己整定形の方法は、
共通のサブストレートが使用されている場合しか可能で
ない。サブストレートとしてシリコンを使用する場合、
例えば酸窒化シリコン、ドーピングされた酸化シリコン
または窒化シリコンから成る集積された導波体に対する
バッファ層として用いられる酸化シリコン層は同時に、
ウェット法による構造化に対する腐食マスクとして利用
される。したがってガラスファイバおよび集積された導
波体の水平方向の位置は、酸化層のホトリソグラフィッ
クな構造化によって規定されている。
【0006】異方性にエッチングされたV字溝は、ウェ
ファ表面に対して54.7°の角度を成す緩慢に腐食作
用する{111}−面によって四方を制限される。この
角度のために、ガラスファイバの申し分ない側方の案内
は保証されることになるが、ファイバの終端面は、被覆
層に載置されている集積された導波体の終端面まで近付
けることができない。したがって、高い結合効率のため
には必要である突き合わせ結合(接合)は可能でない。
2つの導波体の間に、ファイバ半径rと溝面の54.7
°という角度によって次式によって表される最小間隔z
が成り立つ: z=r/tan 54.7° したがって、ファイバ半径が62.6μmの場合、約4
5μmの最小間隔が生じる。しかし高い結合効率を有す
る結合のためには著しく小さな間隔が要求される。
ファ表面に対して54.7°の角度を成す緩慢に腐食作
用する{111}−面によって四方を制限される。この
角度のために、ガラスファイバの申し分ない側方の案内
は保証されることになるが、ファイバの終端面は、被覆
層に載置されている集積された導波体の終端面まで近付
けることができない。したがって、高い結合効率のため
には必要である突き合わせ結合(接合)は可能でない。
2つの導波体の間に、ファイバ半径rと溝面の54.7
°という角度によって次式によって表される最小間隔z
が成り立つ: z=r/tan 54.7° したがって、ファイバ半径が62.6μmの場合、約4
5μmの最小間隔が生じる。しかし高い結合効率を有す
る結合のためには著しく小さな間隔が要求される。
【0007】Boyd および Sriram ( Appl. Opt.″17 (1
978) 895, によって、これによりファイバ芯を突き合わ
せ結合のために集積された光導波体に近付けるために、
ガラスファイバに54.7°だけ傾けられた終端面を備
えることが提案された。この方法は、ファイバの煩雑な
終端面加工が必要でありかつファイバが所定の姿勢にお
いてしか溝内に挿入することができないと云う欠点を有
している。さらに、結合の際に、2つの終端面が相互に
滑って、それ故にファイバが溝から落ちるというおそれ
がある。ファイバばかりでなく、集積された導波体も5
4.7°だけ傾けられた終端面を備える必要があること
から付加的な難点が生じる。
978) 895, によって、これによりファイバ芯を突き合わ
せ結合のために集積された光導波体に近付けるために、
ガラスファイバに54.7°だけ傾けられた終端面を備
えることが提案された。この方法は、ファイバの煩雑な
終端面加工が必要でありかつファイバが所定の姿勢にお
いてしか溝内に挿入することができないと云う欠点を有
している。さらに、結合の際に、2つの終端面が相互に
滑って、それ故にファイバが溝から落ちるというおそれ
がある。ファイバばかりでなく、集積された導波体も5
4.7°だけ傾けられた終端面を備える必要があること
から付加的な難点が生じる。
【0008】さらに、“Microsystem Technologies 9
1”, VDE 社(Berlin, 1991)322 頁から、異方性のウ
ェットエッチングによって製造された構造部の形態がウ
ェファ表面のレーザ加工によって特徴的な手法で影響を
受けるようにすることが公知である。100−表面にレ
ーザ照射によって凹入部を形成するとき、照射されない
表面に対して典型的であるV溝を形成することはできな
い。このために前提条件となることは、レーザによって
惹き起こされる、ウェファ表面の破壊が少なくとも、サ
ブストレート材料において、レーザ照射なしでは溝の腐
食制限面として形成されるはずの111−面もレーザ光
によって破壊される程度の深さに達することである。こ
れにより、特別迅速な腐食作用に曝される凸出した角が
形成される。したがって、制限面は、破壊された面に対
して平行に位置しかつもはやレーザ除去されなかった1
11−面によって形成される。
1”, VDE 社(Berlin, 1991)322 頁から、異方性のウ
ェットエッチングによって製造された構造部の形態がウ
ェファ表面のレーザ加工によって特徴的な手法で影響を
受けるようにすることが公知である。100−表面にレ
ーザ照射によって凹入部を形成するとき、照射されない
表面に対して典型的であるV溝を形成することはできな
い。このために前提条件となることは、レーザによって
惹き起こされる、ウェファ表面の破壊が少なくとも、サ
ブストレート材料において、レーザ照射なしでは溝の腐
食制限面として形成されるはずの111−面もレーザ光
によって破壊される程度の深さに達することである。こ
れにより、特別迅速な腐食作用に曝される凸出した角が
形成される。したがって、制限面は、破壊された面に対
して平行に位置しかつもはやレーザ除去されなかった1
11−面によって形成される。
【0009】
【発明の解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、これまでの述べた従来技術の有する欠点を克服し、
自動的な位置整定結合を高い結合効率で行うことができ
る、オプチックファイバと光導波体との結合を簡単に行
うことができるようにした結合装置および結合箇所の製
造方法を提供することである。
は、これまでの述べた従来技術の有する欠点を克服し、
自動的な位置整定結合を高い結合効率で行うことができ
る、オプチックファイバと光導波体との結合を簡単に行
うことができるようにした結合装置および結合箇所の製
造方法を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1の特徴部分に記
載の構成を有する本発明の、オプチックファイバの結合
装置は、簡単な手法で、オプチックファイバの、集積さ
れた光導波体への結合を行うことができ、しかも高い結
合効率を有する自己位置整定形の結合が実現可能である
と云う利点を有している。サブストレートの端面部分が
位置整定構造部内にオプチックファイバの軸線方向に延
在する凹入部を有し、その結果オプチックファイバの端
面が少なくともファイバ芯の領域において突合せ結合を
介して光導波体に当接することによって有利にも、オプ
チックファイバの終端面の煩雑な加工なしに、オプチッ
クファイバを集積された光導波体に対して定められた位
置および姿勢において高い精度で位置決めすることがで
きる。オプチックファイバの方向に延在する軸線方向の
凹入部よって、オプチックファイバを、高精度のマイク
ロ機械的な位置整定構造部におけるその位置決めを断念
することなしに、集積された光導波体まで接近させるこ
とができる。これにより、光導波体とオプチックファイ
バとの結合間隔が零に向かって低減され、その結果高い
結合効率が得られる。
載の構成を有する本発明の、オプチックファイバの結合
装置は、簡単な手法で、オプチックファイバの、集積さ
れた光導波体への結合を行うことができ、しかも高い結
合効率を有する自己位置整定形の結合が実現可能である
と云う利点を有している。サブストレートの端面部分が
位置整定構造部内にオプチックファイバの軸線方向に延
在する凹入部を有し、その結果オプチックファイバの端
面が少なくともファイバ芯の領域において突合せ結合を
介して光導波体に当接することによって有利にも、オプ
チックファイバの終端面の煩雑な加工なしに、オプチッ
クファイバを集積された光導波体に対して定められた位
置および姿勢において高い精度で位置決めすることがで
きる。オプチックファイバの方向に延在する軸線方向の
凹入部よって、オプチックファイバを、高精度のマイク
ロ機械的な位置整定構造部におけるその位置決めを断念
することなしに、集積された光導波体まで接近させるこ
とができる。これにより、光導波体とオプチックファイ
バとの結合間隔が零に向かって低減され、その結果高い
結合効率が得られる。
【0011】さらに、請求項5に記載の特徴を有する本
発明の結合箇所の製造方法によって、高度な再現性を有
する公知の工学技術的に使用可能な方法を用いて、オプ
チックファイバおよび集積された光導波体に対する結合
箇所を製造することができる。サブストレートにおける
ウェット法によるエッチングの前に、マスクに対して規
定の位置および姿勢を有しかつ位置整定構造部のエッチ
ングに影響を及ぼす凹入部を形成することによって、有
利にも、大量生産に結び付く製造工程を用いて同時に、
集積された光導波体と結合すべきオプチックファイバと
の間の高い結合効率を許容する多数の高精度の結合箇所
を製造することが可能である。唯一の製造工程の付加、
すなわち規定位置への凹入部の形成によって、ウェット
法によるエッチングの後続の工程を、当該結合箇所がオ
プチックファイバと光導波体との間の突き合わせ結合を
許容するように影響を及ぼすことができる。これによ
り、オプチックファイバの加工、付加的な位置整定エレ
メントの取り付け等のような別の付加的な工程は完全に
省略される。
発明の結合箇所の製造方法によって、高度な再現性を有
する公知の工学技術的に使用可能な方法を用いて、オプ
チックファイバおよび集積された光導波体に対する結合
箇所を製造することができる。サブストレートにおける
ウェット法によるエッチングの前に、マスクに対して規
定の位置および姿勢を有しかつ位置整定構造部のエッチ
ングに影響を及ぼす凹入部を形成することによって、有
利にも、大量生産に結び付く製造工程を用いて同時に、
集積された光導波体と結合すべきオプチックファイバと
の間の高い結合効率を許容する多数の高精度の結合箇所
を製造することが可能である。唯一の製造工程の付加、
すなわち規定位置への凹入部の形成によって、ウェット
法によるエッチングの後続の工程を、当該結合箇所がオ
プチックファイバと光導波体との間の突き合わせ結合を
許容するように影響を及ぼすことができる。これによ
り、オプチックファイバの加工、付加的な位置整定エレ
メントの取り付け等のような別の付加的な工程は完全に
省略される。
【0012】別の有利な実施例は、その他の請求項に記
載されている。
載されている。
【0013】
【実施例】次に本発明を図示の実施例につき図面を用い
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【0014】図1には、オプチックファイバ12と光導
波体4との間の結合箇所10が断面図にて略示されてい
る。オプチックファイバ12は例えば、オプチックファ
イバ12の光軸を決めるファイバ芯16を有するガラス
繊維である。オプチックファイバ12は例えば、光源か
ら来ているかまたは受光器に導かれている。光導波体1
4は、ここでは詳しく考察しない手法で1つのユニット
18に集積されており、その際ここでは単に、ユニット
18の光導波体14の接続領域2が図示されているにす
ぎない。このユニット18は、ここには図示されていな
い光学素子、電光素子、音響光学素子等を有することが
できる。これらの素子は、光導波体14を介して結合箇
所10において信号交換、すなわち信号送出および/ま
たは信号受信のためにオプチックファイバ12に結合さ
れている。ユニット18は、有利には単結晶シリコンか
らなるサブストレート22を有している。図示の実施例
において、サブストレート22と光導波体14を有する
層との間に中間層24が配置されている。中間層24
は、サブストレート22の処理すべきでない領域に対し
て、後で説明するマスクに対応するパッシベーションを
形成している。別の実施例によれば、中間層24は、光
導波体14を有する層の上側に配置することもできる。
サブストレート22は、オプチックファイバのそれぞれ
に対して、位置整定構造部26を有している。この位置
整定構造部26は、サブストレート22に設けられた溝
形状の凹入部28によって形成される。この溝形状の凹
入部28は、一般に公知のウェット法(湿式化学的な)
によるエッチングによって形成されるので、例えば水酸
化カリウムのような腐食剤を用いてサブストレート22
の111−結晶面に沿って腐食が進行し、その結果V字
形の溝形状の凹入部28が生じる。該凹入部28に、套
面30を有するオプチックファイバ12が点線状に装着
されていて、該オプチックファイバは正確に配向された
位置をとる。オプチックファイバ12の高さ位置は、凹
入部28の深さによって調整することができる。位置整
定構造部26の端面に、オプチックファイバ12の軸線
方向に延在する凹入部34が設けられている。この場合
この凹入部34は、後で説明する、サブストレート22
の111−結晶面36によって形成される。その際11
1−結晶面36の交点38は、オプチックファイバ12
の套面30が111−結晶面36に接触しないように、
位置決めされている。このことは、オプチックファイバ
12の端面40が光導波体14の端面42まで平行に押
し込められて、その結果端面40と端面42との間に近
似的に零の間隔が生じる場合にも当てはまる。したがっ
てファイバ芯16と光導波体14との間に、鈍い突き合
わせ結合が生じる。オプチックファイバ12をV字形状
の位置整定構造部26に挿入することによって、自動的
な位置整定が行われ、すなわちオプチックファイバ12
の、結合箇所10に関する自由度は低減されている。全
体として、オプチックファイバ12の、光導波体14に
対する高精度の結合が得られ、その結果結合箇所10を
通過する光信号に対する高度な結合効率が生じる。した
がって、オプチックファイバ12の、光導波体14に対
する結合のために、位置整定構造部26の形成が極めて
重要であることが明らかになる。
波体4との間の結合箇所10が断面図にて略示されてい
る。オプチックファイバ12は例えば、オプチックファ
イバ12の光軸を決めるファイバ芯16を有するガラス
繊維である。オプチックファイバ12は例えば、光源か
ら来ているかまたは受光器に導かれている。光導波体1
4は、ここでは詳しく考察しない手法で1つのユニット
18に集積されており、その際ここでは単に、ユニット
18の光導波体14の接続領域2が図示されているにす
ぎない。このユニット18は、ここには図示されていな
い光学素子、電光素子、音響光学素子等を有することが
できる。これらの素子は、光導波体14を介して結合箇
所10において信号交換、すなわち信号送出および/ま
たは信号受信のためにオプチックファイバ12に結合さ
れている。ユニット18は、有利には単結晶シリコンか
らなるサブストレート22を有している。図示の実施例
において、サブストレート22と光導波体14を有する
層との間に中間層24が配置されている。中間層24
は、サブストレート22の処理すべきでない領域に対し
て、後で説明するマスクに対応するパッシベーションを
形成している。別の実施例によれば、中間層24は、光
導波体14を有する層の上側に配置することもできる。
サブストレート22は、オプチックファイバのそれぞれ
に対して、位置整定構造部26を有している。この位置
整定構造部26は、サブストレート22に設けられた溝
形状の凹入部28によって形成される。この溝形状の凹
入部28は、一般に公知のウェット法(湿式化学的な)
によるエッチングによって形成されるので、例えば水酸
化カリウムのような腐食剤を用いてサブストレート22
の111−結晶面に沿って腐食が進行し、その結果V字
形の溝形状の凹入部28が生じる。該凹入部28に、套
面30を有するオプチックファイバ12が点線状に装着
されていて、該オプチックファイバは正確に配向された
位置をとる。オプチックファイバ12の高さ位置は、凹
入部28の深さによって調整することができる。位置整
定構造部26の端面に、オプチックファイバ12の軸線
方向に延在する凹入部34が設けられている。この場合
この凹入部34は、後で説明する、サブストレート22
の111−結晶面36によって形成される。その際11
1−結晶面36の交点38は、オプチックファイバ12
の套面30が111−結晶面36に接触しないように、
位置決めされている。このことは、オプチックファイバ
12の端面40が光導波体14の端面42まで平行に押
し込められて、その結果端面40と端面42との間に近
似的に零の間隔が生じる場合にも当てはまる。したがっ
てファイバ芯16と光導波体14との間に、鈍い突き合
わせ結合が生じる。オプチックファイバ12をV字形状
の位置整定構造部26に挿入することによって、自動的
な位置整定が行われ、すなわちオプチックファイバ12
の、結合箇所10に関する自由度は低減されている。全
体として、オプチックファイバ12の、光導波体14に
対する高精度の結合が得られ、その結果結合箇所10を
通過する光信号に対する高度な結合効率が生じる。した
がって、オプチックファイバ12の、光導波体14に対
する結合のために、位置整定構造部26の形成が極めて
重要であることが明らかになる。
【0015】図2ないし図8に基づいて、この位置整定
構造部26の製造を明らかにしたい。図2には、位置整
定構造部26の構造化の前の接続領域20が側面図にて
略示されている。サブストレート22は、例えば窒化シ
リコンまたは酸化シリコンから成る中間層24を有して
いる。この中間層24はマスク44を有しているので、
サブストレート22の表面46に、中間層24を備えて
いない領域48が残っている(図6)。領域48の内側
に、サブストレート22に凹入部50が設けられてい
る。凹入部50は例えば円形でありかつ直径aおよび深
さtを有している。凹入部50の形成は、例えばレーザ
穿孔、プラズマエッチングまたは別の適当な方法によっ
て行うことができる。凹入部50はさらに、マスク44
の縁52から間隔lを有している。図3には、図2の矢
印54の方向から見た、接続領域20の正面図が示され
ている。ここにおいては、凹入部50の直径aおよび深
さtが、後で説明するように、可変に選択することがで
きることを明らかにするために、意図的に別の寸法比が
選択されている。凹入部50の領域に置かれた切り込み
において、凹入部50が、マスク44の2つの辺縁56
に関して、対称形に形成されていることが明らかであ
る。次に、領域48に凹入部50を有している、図2お
よび図3に示すように形成されたものに、例えば水酸化
カリウムのようなアルカリ性の腐食剤を用いた異方性
の、ウェットエッチングが行われる。この場合サブスト
レート22の表面46は、100−結晶面を形成する。
凹入部50は100−結晶面の破壊を形成し、その結果
処理されない表面46に対して典型的であるV字溝が形
成されることはできない。ここにおいて凹入部50は深
さtを有し、その際tは少なくとも、凹入部50の形成
なしにはV字溝の腐食制限面として形成されるはずの1
11−結晶面が破壊されるような所まで、サブストレー
ト22内に侵入している。これにより、特別迅速な腐食
作用に曝される表面46に平行に延在する凸面の凹入部
が形成される。したがって制限面は、破壊された111
−結晶面に平行に位置しかつまさに、凹入部50の形成
とは関係のない111−結晶面によって形成される。他
方において中間層24の下にあるサブストレート22は
腐食作用に対して保護されているので、111−結晶面
36は表面46まで延在することができない。中間層2
4の下では、腐食により形成された位置整定構造部26
は、111−結晶面36とは109.4°の角度を成し
かつマスク44の辺縁52の下辺縁部から始まっている
別の111−結晶面36′の群によって形成される。1
11−結晶面36および結晶面36′は、図1において
示されていた交点38において交わるので、凹入部34
の形成のために、中間層24の下方においてのみなら
ず、ここでは破線で示されているにすぎない、その前に
形成された凹入部50の領域における側縁56の下方に
おいても形成される。ここにおいて111−結晶面36
ないし36′の交点38の位置は、凹入部50の深さt
および直径aにのみ依存している。
構造部26の製造を明らかにしたい。図2には、位置整
定構造部26の構造化の前の接続領域20が側面図にて
略示されている。サブストレート22は、例えば窒化シ
リコンまたは酸化シリコンから成る中間層24を有して
いる。この中間層24はマスク44を有しているので、
サブストレート22の表面46に、中間層24を備えて
いない領域48が残っている(図6)。領域48の内側
に、サブストレート22に凹入部50が設けられてい
る。凹入部50は例えば円形でありかつ直径aおよび深
さtを有している。凹入部50の形成は、例えばレーザ
穿孔、プラズマエッチングまたは別の適当な方法によっ
て行うことができる。凹入部50はさらに、マスク44
の縁52から間隔lを有している。図3には、図2の矢
印54の方向から見た、接続領域20の正面図が示され
ている。ここにおいては、凹入部50の直径aおよび深
さtが、後で説明するように、可変に選択することがで
きることを明らかにするために、意図的に別の寸法比が
選択されている。凹入部50の領域に置かれた切り込み
において、凹入部50が、マスク44の2つの辺縁56
に関して、対称形に形成されていることが明らかであ
る。次に、領域48に凹入部50を有している、図2お
よび図3に示すように形成されたものに、例えば水酸化
カリウムのようなアルカリ性の腐食剤を用いた異方性
の、ウェットエッチングが行われる。この場合サブスト
レート22の表面46は、100−結晶面を形成する。
凹入部50は100−結晶面の破壊を形成し、その結果
処理されない表面46に対して典型的であるV字溝が形
成されることはできない。ここにおいて凹入部50は深
さtを有し、その際tは少なくとも、凹入部50の形成
なしにはV字溝の腐食制限面として形成されるはずの1
11−結晶面が破壊されるような所まで、サブストレー
ト22内に侵入している。これにより、特別迅速な腐食
作用に曝される表面46に平行に延在する凸面の凹入部
が形成される。したがって制限面は、破壊された111
−結晶面に平行に位置しかつまさに、凹入部50の形成
とは関係のない111−結晶面によって形成される。他
方において中間層24の下にあるサブストレート22は
腐食作用に対して保護されているので、111−結晶面
36は表面46まで延在することができない。中間層2
4の下では、腐食により形成された位置整定構造部26
は、111−結晶面36とは109.4°の角度を成し
かつマスク44の辺縁52の下辺縁部から始まっている
別の111−結晶面36′の群によって形成される。1
11−結晶面36および結晶面36′は、図1において
示されていた交点38において交わるので、凹入部34
の形成のために、中間層24の下方においてのみなら
ず、ここでは破線で示されているにすぎない、その前に
形成された凹入部50の領域における側縁56の下方に
おいても形成される。ここにおいて111−結晶面36
ないし36′の交点38の位置は、凹入部50の深さt
および直径aにのみ依存している。
【0016】図6には、接続領域20の平面図が示され
ている。図2ないし図5の場合と同一の部分には同じ参
照番号が付されておりかつここでは繰り返し説明しな
い。この図は、中間層24がサブストレート22上に被
着されかつそれがマスク44を形成している状態におい
て示されている。マスク44は領域48を形成し、この
領域内では、サブストレート12の表面46が見え、し
たがってウェット法によるエッチングのために露出され
ている。マスク44の構造化は例えば、ここではこれ以
上考察しないホトリソグラフィックな方法によって行う
ことができる。ここではマスク44は幅bを有し、ただ
し既述したように、凹入部50は幅bに対して対称的に
形成されている。この平面図においてさらに、ユニット
18に集積されている光導波体14がわかる。この場合
光導波体14は、中間層24の上或いは中間層24の下
に位置する、導光性の層に配設されている。光導波体1
4の製造はここでは詳しく説明しない手法で、例えば図
示されていない導光性の層の所定の領域のドーピングに
よって行われ、その結果ドーピング領域において、屈折
率の変化が生じて、光導波体14が形成されることにな
る。光導波体14の端面42は、マスク44の辺縁52
と整列して整合配置されている。凹入部50は辺縁52
から間隔lの所に配置されておりかつマスク44の辺縁
56の間に対称形に配置されているので、マスクは光導
波体14の端面42と整合配置されている。図2ないし
図6に基づいて説明したエッチングの結果、図1に示さ
れているような位置整定構造部26が生じる。オプチッ
クファイバ12は、この位置整定構造部26に挿入され
かつその光軸、すなわちファイバ芯16が光導波体14
の端面42に付き合わせ結合される。オプチックファイ
バ12の套面30が下側の111−結晶面36に当たら
ないように、111−結晶面36ないし36′はオプチ
ックファイバ12の端面40から最小間隔dを有してい
なければならない。図7および図8に示されている、結
合箇所10の部分図(ここでも、これまでの図と同じ部
分には同じ参照番号が付されている)から明らかである
ように、凹入部50の深さtと、凹入部50の、マスク
44の辺縁52からの間隔lと、交点38と辺縁50と
の間隔dとの間に次の関係が成り立つ:
ている。図2ないし図5の場合と同一の部分には同じ参
照番号が付されておりかつここでは繰り返し説明しな
い。この図は、中間層24がサブストレート22上に被
着されかつそれがマスク44を形成している状態におい
て示されている。マスク44は領域48を形成し、この
領域内では、サブストレート12の表面46が見え、し
たがってウェット法によるエッチングのために露出され
ている。マスク44の構造化は例えば、ここではこれ以
上考察しないホトリソグラフィックな方法によって行う
ことができる。ここではマスク44は幅bを有し、ただ
し既述したように、凹入部50は幅bに対して対称的に
形成されている。この平面図においてさらに、ユニット
18に集積されている光導波体14がわかる。この場合
光導波体14は、中間層24の上或いは中間層24の下
に位置する、導光性の層に配設されている。光導波体1
4の製造はここでは詳しく説明しない手法で、例えば図
示されていない導光性の層の所定の領域のドーピングに
よって行われ、その結果ドーピング領域において、屈折
率の変化が生じて、光導波体14が形成されることにな
る。光導波体14の端面42は、マスク44の辺縁52
と整列して整合配置されている。凹入部50は辺縁52
から間隔lの所に配置されておりかつマスク44の辺縁
56の間に対称形に配置されているので、マスクは光導
波体14の端面42と整合配置されている。図2ないし
図6に基づいて説明したエッチングの結果、図1に示さ
れているような位置整定構造部26が生じる。オプチッ
クファイバ12は、この位置整定構造部26に挿入され
かつその光軸、すなわちファイバ芯16が光導波体14
の端面42に付き合わせ結合される。オプチックファイ
バ12の套面30が下側の111−結晶面36に当たら
ないように、111−結晶面36ないし36′はオプチ
ックファイバ12の端面40から最小間隔dを有してい
なければならない。図7および図8に示されている、結
合箇所10の部分図(ここでも、これまでの図と同じ部
分には同じ参照番号が付されている)から明らかである
ように、凹入部50の深さtと、凹入部50の、マスク
44の辺縁52からの間隔lと、交点38と辺縁50と
の間隔dとの間に次の関係が成り立つ:
【0017】
【数1】
【0018】他方において、図8に示されているよう
に、例えばオプチックファイバ12の半径を62.5μ
mと仮定した場合、最小間隔dに対して次式が成り立
つ:
に、例えばオプチックファイバ12の半径を62.5μ
mと仮定した場合、最小間隔dに対して次式が成り立
つ:
【0019】
【数2】
【0020】導光性の層構造の厚さ、すなわち光導波体
14を収容する層はここでは考慮しなかった。この層の
厚みは光軸の位置を高くし、このために最小間隔dは多
少小さくすることができるようになる。したがって値2
2.2μmは、それを守れば、オプチックファイバ12
の套面30が111−結晶面36に当接することがない
ことを必ずや保証する下限値である。
14を収容する層はここでは考慮しなかった。この層の
厚みは光軸の位置を高くし、このために最小間隔dは多
少小さくすることができるようになる。したがって値2
2.2μmは、それを守れば、オプチックファイバ12
の套面30が111−結晶面36に当接することがない
ことを必ずや保証する下限値である。
【0021】図5に示されているように、側壁の付加的
な破壊により、位置整定構造部26は拡張されることに
なり、その場合オプチックファイバ12はこの領域にも
はや導かれず、光導波体の方を向いている側の端部は自
由に垂れた状態になる。したがって、側壁ではなくて、
位置整定構造部26の端面のみが、凹入部50の形成お
よび引き続くエッチングによって傾倒されるとき、有利
である。数値例を挙げてオーダ関係について説明する:
レーザ孔の、マスク辺縁52からの間隔lが20μmで
ありかつ間隔d=dminが22.2μmである場合、凹
入部は、111−端面の申し分ない引っ込んだ配置を保
証するために、式(1)に従ってt=91μmの深さで
なければならない。V字溝(位置整定構造部26)の深
さTは、その幅bと関連して次にように表される:
な破壊により、位置整定構造部26は拡張されることに
なり、その場合オプチックファイバ12はこの領域にも
はや導かれず、光導波体の方を向いている側の端部は自
由に垂れた状態になる。したがって、側壁ではなくて、
位置整定構造部26の端面のみが、凹入部50の形成お
よび引き続くエッチングによって傾倒されるとき、有利
である。数値例を挙げてオーダ関係について説明する:
レーザ孔の、マスク辺縁52からの間隔lが20μmで
ありかつ間隔d=dminが22.2μmである場合、凹
入部は、111−端面の申し分ない引っ込んだ配置を保
証するために、式(1)に従ってt=91μmの深さで
なければならない。V字溝(位置整定構造部26)の深
さTは、その幅bと関連して次にように表される:
【0022】
【数3】
【0023】光軸、すなわちファイバ芯16がウェファ
表面の高さにあるべきとき、ファイバ直径Dが125μ
mである場合、溝幅bは153μmでなければならな
い:
表面の高さにあるべきとき、ファイバ直径Dが125μ
mである場合、溝幅bは153μmでなければならな
い:
【0024】
【数4】
【0025】このことは、108μmの溝深さTに相応
する。したがって凹入部50は91μmを以て、溝尖端
部より17μmだけ浅いところに達しているはずであ
る。この場合111−側壁が破壊されないように、凹入
部は最大でa=24μmの直径を有することができる:
する。したがって凹入部50は91μmを以て、溝尖端
部より17μmだけ浅いところに達しているはずであ
る。この場合111−側壁が破壊されないように、凹入
部は最大でa=24μmの直径を有することができる:
【0026】
【数5】
【0027】間隔dの低減により、式(2)に従って、
深さtは低減され、ひいては許容幅aは拡張される。
深さtは低減され、ひいては許容幅aは拡張される。
【0028】本発明は、図示の実施例には制限されな
い。すなわち、位置整定構造部26を凹入部50なしに
形成した後、相応に配向されたレーザ加工によって、凹
入部34を構造化することができ、その場合オプチック
ファイバ12は突き合わせ結合において光導波体14に
結合することができる。さらに、光導波体14を収容す
る層形成を位置整定構造部26の前に行うかまたは後に
行うかは方法技術上の最適化に、任されている。実施例
に図示の例では常に、オプチックファイバ12の、光導
波体14への結合から出発した。しかし、1つのユニッ
ト18に、本発明により設けられた凹入部34を有する
複数の、例えば平行に順次相並んで配置された位置整定
構造部26を同時に構造化することも勿論できる。これ
により、1つのファイバ束に複数のオプチックファイバ
12を同時に接続することが可能になる。
い。すなわち、位置整定構造部26を凹入部50なしに
形成した後、相応に配向されたレーザ加工によって、凹
入部34を構造化することができ、その場合オプチック
ファイバ12は突き合わせ結合において光導波体14に
結合することができる。さらに、光導波体14を収容す
る層形成を位置整定構造部26の前に行うかまたは後に
行うかは方法技術上の最適化に、任されている。実施例
に図示の例では常に、オプチックファイバ12の、光導
波体14への結合から出発した。しかし、1つのユニッ
ト18に、本発明により設けられた凹入部34を有する
複数の、例えば平行に順次相並んで配置された位置整定
構造部26を同時に構造化することも勿論できる。これ
により、1つのファイバ束に複数のオプチックファイバ
12を同時に接続することが可能になる。
【図1】1つのユニットの結合箇所の断面略図。
【図2】エッチングの前の1つのユニットの接続領域の
断面略図。
断面略図。
【図3】エッチングの前の1つのユニットの接続領域の
断面略図。
断面略図。
【図4】エッチングの後の1つのユニットの接続領域の
断面略図。
断面略図。
【図5】エッチングの後の1つのユニットの接続領域の
断面略図。
断面略図。
【図6】エッチングの前の1つのユニットの接続領域の
平面略図。
平面略図。
【図7】結合箇所の断面略図。
【図8】結合箇所の断面略図。
10 結合箇所、 12 オプチックファイバ、 14
光導波体、 16ファイバ芯、 22 サブストレー
ト、 26 位置整定構造部、 34,50凹入部
光導波体、 16ファイバ芯、 22 サブストレー
ト、 26 位置整定構造部、 34,50凹入部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カルステン フンク ドイツ連邦共和国 シュツットガルト レ ハールシュトラーセ12 (72)発明者 フランツ レルマー ドイツ連邦共和国 シュツットガルト ヴ ィティコヴェーク 9 (72)発明者 ベルント−ヨーゼフ シェーファー ドイツ連邦共和国 ロイトリンゲン メー ダーシュトラーセ 28
Claims (8)
- 【請求項1】 オプチックファイバを1つのユニットに
集積されている光導波体に結合するための装置であっ
て、該オプチックファイバは、前記ユニットの、ウェッ
ト法でエッチングされた、V字形状の位置整定構造部に
挿入されており、該位置整定構造部は前記ユニットのサ
ブストレートに、前記オプチックファイバの光軸が前記
光導波体の光軸に整列して整合配置されているように、
配置されている形式のものにおいて、前記位置整定構造
部(26)は、前記オプチックファイバ(12)の軸線
方向に延在する凹入部(34)を有しており、その結果
前記光導波体(14)は端面(42)まで前記サブスト
レート(22)上に載着されており、かつ前記オプチッ
クファイバ(12)の端面(40)は少なくともファイ
バ芯(16)の領域において前記光導波体(14)の前
記端面(42)に突き合わせ結合を介して当接している
ことを特徴とするオプチックファイバを光導波体に結合
するための装置。 - 【請求項2】 前記凹入部(34)は、前記サブストレ
ート(22)のウェット法でエッチングされた111−
結晶面(36、36′)群によって形成される請求項1
記載の装置。 - 【請求項3】 前記111−結晶面(36、36′)の
交点(38)の、前記光導波体(14)の端面(42)
からの間隔(d)は少なくとも、前記オプチックファイ
バ(12)の半径(r)の1/2を前記111−結晶面
(36、36′)の、前記サブストレート(22)の表
面(46)に対する角度位置の正接を除したものである
請求項1または2記載の装置。 - 【請求項4】 オプチックファイバと光学的なユニット
に集積されている光導波体との結合箇所の製造方法であ
って、前記オプチックファイバに対するV字形状の位置
整定構造部をウェット法で前記ユニットのサブストレー
トにエッチングにより形成し、ここにおいて前記サブス
トレートは前記位置整定構造部を生ぜしめるマスクを施
されている形式の、請求項1から3までのいずれか1項
記載の結合箇所の製造方法において、前記サブストレー
ト(22)におけるウェット法によるエッチングの前
に、前記マスク(44)に対して規定位置を有しかつ前
記位置整定構造部(26)のウェット法によるエッチン
グに影響を惹き起こす凹入部(50)を形成することを
特徴とする結合箇所の製造方法。 - 【請求項5】 前記凹入部(50)を、結合すべきオプ
チックファイバ(12)の半径(r)に依存する、前記
マスク(44)の辺縁(52)に対する間隔(l)をお
いて形成する請求項4記載の方法。 - 【請求項6】 前記凹入部(50)を、深さ(t)およ
び直径(a)を以て形成して、前記111−結晶面(3
6、36′)によって形成される、前記位置整定構造部
(26)の側方の制限面の影響を受けないようにしかつ
専ら、端面側の111−結晶面(36、36′)によっ
て形成される、前記位置整定構造部(26)の凹入部
(34)の構造化のみを行う請求項4または5記載の方
法。 - 【請求項7】 前記凹入部(50)をレーザ照射によっ
て形成する請求項4から6までのいずれか1項記載の方
法。 - 【請求項8】 前記凹入部(50)を、プラズマエッチ
ングによって形成する請求項4から6までのいずれか1
項記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19500598.8 | 1995-01-11 | ||
DE1995100598 DE19500598A1 (de) | 1995-01-11 | 1995-01-11 | Anordnung zum Ankoppeln einer Lichtleitfaser an einen Lichtwellenleiter und Verfahren zur Herstellung einer Koppelstelle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08240737A true JPH08240737A (ja) | 1996-09-17 |
Family
ID=7751267
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP312996A Pending JPH08240737A (ja) | 1995-01-11 | 1996-01-11 | オプチックファイバを光導波体に結合するための装置および結合箇所の製造方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0722102A2 (ja) |
JP (1) | JPH08240737A (ja) |
DE (1) | DE19500598A1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000352640A (ja) * | 1999-06-10 | 2000-12-19 | Kyocera Corp | 光部品実装用基板及びそれを用いた光モジュール |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2798741A1 (fr) * | 1999-09-21 | 2001-03-23 | Corning Inc | Procede de raccordement par fusion d'une fibre optique a un dispositif optique integre et structures resultantes |
EP2508925B1 (de) * | 2011-04-07 | 2013-06-12 | Rosenberger-OSI GmbH & Co. OHG | Optisches Kopplungssystem für zwei Lichtwellenleiter |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6396609A (ja) * | 1986-10-14 | 1988-04-27 | Nec Corp | 光接続回路 |
JPH0194305A (ja) * | 1987-10-07 | 1989-04-13 | Hitachi Ltd | 光回路装置 |
US4966433A (en) * | 1988-03-03 | 1990-10-30 | At&T Bell Laboratories | Device including a component in alignment with a substrate-supported waveguide |
US5046809A (en) * | 1989-09-29 | 1991-09-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Coupling arrangement for optically coupling a fiber to a planar optical waveguide integrated on a substrate |
DE4134940A1 (de) * | 1991-10-23 | 1993-04-29 | Bosch Gmbh Robert | Integriertes optisches bauelement sowie verfahren zu seiner herstellung |
DE4309279A1 (de) * | 1993-03-23 | 1994-09-29 | Sel Alcatel Ag | Verfahren zur Herstellung einer Lichtwellenleiterkopplung |
FR2707401B1 (fr) * | 1993-07-09 | 1995-08-11 | Menigaux Louis | Procédé de fabrication d'une structure intégrant un guide optique clivé à un support de fibre optique pour un couplage optique guide-fibre et structure obtenue. |
US5357593A (en) * | 1993-10-12 | 1994-10-18 | Alliedsignal Inc. | Method of attaching optical fibers to opto-electronic integrated circuits on silicon substrates |
-
1995
- 1995-01-11 DE DE1995100598 patent/DE19500598A1/de not_active Withdrawn
- 1995-12-21 EP EP95120337A patent/EP0722102A2/de not_active Withdrawn
-
1996
- 1996-01-11 JP JP312996A patent/JPH08240737A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000352640A (ja) * | 1999-06-10 | 2000-12-19 | Kyocera Corp | 光部品実装用基板及びそれを用いた光モジュール |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0722102A3 (ja) | 1996-08-07 |
EP0722102A2 (de) | 1996-07-17 |
DE19500598A1 (de) | 1996-07-18 |
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