JPH10506723A - 光結合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本結合装置は電気光学的デバイス（１０ｄ）に対する第１の保持体（２）と、光導波路端（２４ｄ）に対する第２の保持体（１２）とを含んでおり、この第２の保持体はその下面（１４）に向けて開いており光導波路端（２４ｄ）のほうに向けられた鏡面（２８）を有する孔（１６）を有する。光導波路端（２４ｄ）とデバイス（１０ｄ）との間の光路（Ｓ）は鏡面（２８）と、この鏡面とデバイスとの間に配置されているレンズ（３１ｄ）とを経て延びている。レンズ（３１ｄ）ば、第３の保持体（３０）を横方向に位置決めするために第２の保持体（１２）の対応する基準面（１６ａ〕と共同作用する基準面（３６ａ）を有する第３の保持体（３０）のなかに含まれている。第３の保持体（３０）の上面（３０ａ）は固定的に第２の保持体（１２）の孔（１６）の下面と結合されており、他方においてレンズ（３１ｄ）を横方向に調節するため第３の保持体（３０）の下面（３０ｂ）は第１の保持体（２）の上面（２ａ）の上で位置をずらされる。

Description

【発明の詳細な説明】 光結合装置 本発明は、電気光学的デバイスを有する第１の保持体と、少なくとも１つの光 導波路端を保持しその下面に向けて開いており光導波路端のほうに向けられた鏡 面を有する孔を有する第２の保持体と、少なくとも１つのレンズを含み第１の保 持体と第２の保持体との間に配置されている第３の保持体とを有し、その際に光 導波路端とデバイスとの間の光路が鏡面およびレンズを経て延びている光結合装 置に関する。 光伝送技術には、光導波路および特にモノモード光導波路を電気光学的デバイ ス（送信器／受信器）に可能なかぎり高い結合効率で連結するという課題がある 。デバイスは車導体レーザー、受信ダイオードまたは電気光学的集積回路であっ てよい。しかしながら守るべき許容差は、経験によれば、たとえば平坦な底面を 有するウェルにおける特にエッチング深さに関する非常に精密に実行かつコント ロールされるシリコン内の異方性のエッチング技術によるだけでは守られない。 従って、これまでに知られている装置では追加的な高い費用のかかる調節が必要 である。 光導波路を電気光学的デバイスに連結するためのドイツ特許第4301456号明細 書から公知の装置は、第１の凹みのなかにエッジ放射レーザーダイオードを、ま た第２の凹みのなかにイメージング光学系を受け入れる第１の保持体を含んでい る。被覆された光屈折する側壁が入射するビームを第１の保持体の下面に向けて 偏向させる。第２の保持体はその上面で第１の保持体の下面に沿って水平面内で 任意に位置をずらすことができ、またその下面に光導波路を受け入れるためおよ びビームを光屈折または反射により偏向させるための凹みを有する。この公知の 結合装置は、光路が主として保持体材料を通って延びているので、保持体材料が 透過性を有する波長にのみ適している。 ヨーロッパ特許出願公開第0395854号明細書から、第１の保持体が、異方性エ ッチングにより形成されその上面から出発する第１の凹みを有し、そのなかに電 気光学的デバイスが配置されている光結合装置が公知である。別のＶ字形の凹み が球レンズを受け入れ、レーザーに対するその位置決めは１ないし２μｍの精度 でのみ予め設定可能である。加えて、レーザーおよび球レンズの幾何学的許容差 も生じ、その際レーザーの放射エッジの高さの差（チップ高さ許容差）はレンズ の結像特性に基づいて斜視角に通ずる。第２の保持体が光導波路を保持し、また その下面で第１の保持体の上面の上に載っており、またその上で位置をずらすこ とができる。光導波路端とデバイスとの間の光路は鏡面およびレンズを経て延び ている。 （約２μｍのレーザー光スポットを有する）デバイスの遠フィールドまたは光 スポットおよび光導波路端（光スポット約１０μｍ）を適合させるためデバイス ／レンズの間隔（物体距離）とレンズ／光導波路端の間隔（像距離）との比は約 １：５の比に選ばれている。幾何学的許容差はレンズの前でビームずれを生じさ せ、このビームずれが物体距離と像距離との比で強められ、また結合効率の著し い悪化に通ずる。少なくとも第２の保持体は組立プロセスの間に裏返さなけばな らない。 ヨーロッパ特許出願公開第0331331号明細書（図１０）から、凹みを有する第 １の保持体を有し、この凹みのなかに電気光学的デバイスが配置されている冒頭 に記載した種類の比結合装置が公知である。第２の保持体は、その下面に向かっ て開いており光導波路端のほうに向けられた鏡面を有する孔を有する。サンドウ ィッチ状の構成において第１の保持体と第２の保持体との間に、少なくとも１つ のレンズを含んでいる第３の平坦な保持体が配置されている。３つの保持体の取 付および保持体により受け入れられるデバイスの調節に関する一層詳細な説明は ヨーロッパ特許出願公開第0331331号明細書には記載されていない。 本発明の課題は、組立または部品許容差、特に電気光学的デバイスの光学的に 活性な範囲の高さの許容差が唯一のかつ可能なかぎり簡単な調節工程で補正する ことのできる光結合装置を提供することにある。 この課題は、冒頭に記載した種類の光結合装置において、本発明によれば、請 求項１に記載した特徴により解決される。一般的な用語“光路”は、本明細書の 範囲内では、送信する電気光学的デバイスではデバイスから光導波路端への光路 が、また受信するデバイスでは逆向きの光路を意味している。 本発明の主要な利点は、特に完全に第１および第２の保持体の材料の外側を延 びており波長に関してこの材料の透過特性に無関係な、光導波路端とレンズとの 間の光路が能動的な調節なしに基準面の共同作用によってのみ許容差内に保たれ ることにある。有利なことに、形状結合的に第２の保持体の孔の下側の開口に嵌 合する突起の側面が直接に第３の保持体の基準面としての役割をしている。直接 にもしくは別の鏡面を経てレンズとデバイスとの間を延びている光路の偏差は、 第３の保持体の下面と第１の保持体の上面との間の光路に関して横方向の相対的 なずれにより補正することができる。光路比のゆえにそのために比較的わずかな 運動しか必要としないので有利である。 第３の保持体は、その上面と第２の保持体の下面との結合により本発明による 結合装置の一体の取り扱いやすいコンパクトなデバイスを形成する。第１の保持 体の凹みのなかのデバイスが既にケースまたは受容体の端子とたとえばボンドに より接触されており、能動的調節のために必要なデバイスの制御が既にこれらの 端子を介して行われるようにすると有利である。本発明の別の利点は、エッジ放 射の送信するデバイスの放射が第１の保持体に構成されている第２の鏡面を経て レンズに到達する場合に生ずる。なぜならば、デバイスの高さの許容差の結果と して相い異なる高さで放射された光信号が第２の鏡面を経て並進的なずれには通 ずるが、角度誤差には通じないからである。並進的なずれは第１の保持体の上面 の上での第３の保持体の横方向の調節により完全に補正可能である。 多重配置（結合マレイ）を顧慮して本発明による装置の有利な実施態様では、 多数の電気光学的デバイスがエッジ放射レーザーダイオードバーおよび相応の多 数の付設されているレンズの形態で設けられており、また第１の保持体の凹みに デバイスとレンズとの間のそのつどの光路を偏向させる第２の鏡面が設けられる 。 特に精密な調節を可能にするため、第３の保持体がシリコンから成っており、 また研磨された下面を有すると有利である。この下面が第２の保持体内の光導波 路端により定められている平面に対して面平行に向けられていると有利である。 本発明の別の実施熊様では、第２の保持体の孔が通し孔であり、またその上側 の開口が光導波路端に対して凹みを正しく合わせる役割をする。 第３の保持体は、二重機能で、本発明の有利な実施態様により第３の保持体が 第１の保持体の凹みを完全に覆うことによって、デバイスを密封する役割もする 。 特にレンズは第３の保持体の上に構成されたフレネルレンズであってよい。し かしレンズは、第３の保持体の好ましくは突起の一体の構成部分であってもよい 。突起の材料厚みは、それによって二重機能で、厚いレンズを構成する役割もす る。 以下、図面に示されている実施例により本発明を一層詳細に説明する。 図１は本発明による結合装置の断面図、 図２は図１中の線II‐IIに沿う断面図、また 図３は部分的に離された第２の保持体における平面図である。 図１ないし図３に示されている方位１００のモノリシックシリコンから成る第 １の保持体２は、異方性エッチングにより形成されその上面２ａから出発する凹 み３のなかに送信アレイ６を受け入れる。送信アレイ６はエッジ放射するレーザ ーダイオードバーとして構成されており、また個々の供給導線８ａ、８ｂ、８ｃ 、８ｄおよびボンドワイヤ（供給導線８ｄと接続されているボンドワイヤ９ｄの みが示されている）を経て個々に制御可能な多数の電気光学的デバイス（レーザ ーダイオード）１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを含んでいる。送信アレイ６は そのデバイスとともに鏡面化された凹み面３ａのほうに向けられている。 第２の保持体１２は両面でパターン化されたシリコンから形成されている。方 位１００を有するモノリシックシリコンから成る第２の保持体２内にはその下面 １２ｂに向かって広がるほぼＶ字状断面の孔１６がエッチングされており、この 孔は上面の開口１８を形成して第２の保持体１２の上面１２ａをも貫いている。 続いて行われるマスクプロセスにより上面１２ａにＶ溝２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 、２２ｄが形成される。これらのＶ溝は、それらのなかに入れられた光導波路端 ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄが数μｍだけ表面２０の平面から突出し、また 横方向に延びている接着されたガラス板片２６により同時にＶ溝のなかに押され また固定されるような深さを有する。Ｖ溝をパターン化するためのマスクは、そ れらの方向付けが開口１８に対して相射的に行われるので、非常に正確に位置決 めされ得る。孔１６のフランジ１６ａ、１６ｂ、１６ｃにより少なくとも光導波 路端２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄと向かい合うフランジ１６ａが金属蒸着に よ り鏡面２８として構成されている。 第１の保持体と第２の保持体との間に配置されている第３の保持体３０は電気 光学的デバイスまたは光導波路端の数に相応する数の直列に配置されているレン ズ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ（いわゆるレンズアレイ）を有する。図示さ れている例とは異なり、レンズ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは第３の保持体 ３０の材料から成る突起３６の範囲内に第３の保持体３０の一体の構成部分とし て形成されずに、第３の保持体３０の表面３０ａ上の相応の個所にフレネルレン ズとして構成することもできる。第３の保持体３０の材料は伝達すべき波長に応 じて最適化されている。第３の保持体はたとえばシリコンから成っており、その なかに電気光学的デバイス１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの遠領域（１ないし ２μｍのスポット直径）が光導波路端の遠領域（たとえば１０μｍのスポット直 径）上の相応の拡大により適合されているレンズが形成されている。表面３０ａ 上の２つの相い続くマスクプロセスにより屈折または回折レンズ３１ａ、３１ｂ 、３１ｃ、３１ｄの側部に異方性にエッチングされた側面（図面中には側面３６ ａ、３６ｂ、３６ｃのみが見られる）が製造される。これらの側面はレンズを含 んでいるピラミッド状の突起３６の側面を形成する。 孔１６は下面１２ｂの範囲内に、突起３６が正確に孔１６のなかに嵌合するよ うに形成されている。側面３６ａ、３６ｂ、３６ｃと側面３６ｂと向かい合って いる別の図示されていない側面とはその際に対応する基準面１６ａ、１６ｂ、１ ６ｃ（および面１６ｂと向かい合っている別の図示されていない面）と共同作用 する基準面としての役割をする。第３の保持体３０はそれにより第２の保持体１ ２に関して横方向に完全に位置決めかつ固定されている。レンズ３１ａ、３１ｂ 、３１ｃ、３１ｄはそれによって鏡面１６ａまたは光導波路端２４ａ、２４ｂ、 ２４ｃ、２４ｄに関して位置決めされている。保持体１２の下面１２ｂおよび保 持体３０の上面３０ａは能動的調節の前にたとえば接着により互いに結合されて いる。 第３の保持体３０の下面３０ｂは研磨されており、また第１の保持体２の上面 ２ａの上で横方向（二重矢印Ａ、Ｂ）に移動可能であり、また凹み３を完全に覆 う。 本発明による装置を横方向に調節するためデバイス１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、 １０ｄは既に形成された接触部（導体８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄおよびボンドワイ ヤ）を経て制御される。光導波路端のなかに入結合された光を測定することによ り、最適な結合効率が達成されるまで、二重矢印Ａ、Ｂの方向に第１の保持体２ に対して相対的な第２の保持体１２と一体のデバイスとしての第３の保持体３０ の横方向の移動が行われる。デバイス１０ｄの図１中に誇張して示されている高 さの差ΔＨは鏡面３ａを経て並進的なずれΔｓには通ずるが、斜視角には通じな い。ずれΔｓは方向Ａの比較的わずかな運動を有する第３の保持体３０の横方向 の調節により補正可能である。 図示されている実施例では光路Ｓは光導波路端（たとえば２４ｄ）とそれに対 応付けられている電気光学的デバイス（たとえば１０ｄ）との間を鏡面２８、レ ンズ３１ｄ、鏡面３ａを経てデバイス１０ｄへ延びている。 本発明による装置は従来通常の仕方でその第１の保持体２により金属性の基板 の上に取付けることができる。その際に光導波路端は水平に装置から突き出る。 保持体２、１２、３０の厚みはデバイスと光導波路端との間の最適な遠領域適合 および必要な結像尺度に相応して最適化される。デバイスの高さの許容差の方向 転換により生ずる結合効率に関してはるかに臨界的でない（光路Ｓまたは光導波 路端の方向の）Ｚ許容差は、必要に応じてＶ溝２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ 内の光導波路端の移動により補正可能である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電気光学的デバイス（１０ｄ）を有する（２ａ）第１の保持体（２）と、 少なくとも１つの光導波路端（２４ｄ）を保持し、またその下面（１２ｈ）に 向けて開いており光導波路端（２４ｄ）のほうに向けられた鏡面（２８）を有す る孔（１６）を有する第２の保持体（１２）と、 少なくとも１つのレンズ（３１ｄ）を含んでおり、また第１の保持体（２）と 第２の保持体（１２）との間に配置されている第３の保持体（３０）とを有し、 その際に光導波路端（２４ｄ）とデバイス（１０ｄ）との間の光路（Ｓ）が鏡 面（２８）およびレンズ（３１ｄ）を経て延びている 光結合装置において、 第３の保持体（３０）が突起（３６）を有し、この突起が形状結合的に第２の 保持体（１２）の孔（１６）の下側の開口のなかに嵌合し、またその側面が第３ の保持体（３０）およびレンズ（３１ｄ）を第２の保持体（１２）に対して横方 向に位置決めするために第２の保持体（１２）の対応する基準面（１６ａ）と共 に共同作用する少なくとも１つの基準面（３６ａ）を形成し、また 第３の保持体（３０）の上面（３０ａ）が固定的に第２の保持体（１２）の下 面（１２ｂ）と結合されており、 他方においてデバイス（１０ｄ）に関してレンズ（３１ｄ）を横方向に調節す るため第３の保持体（３０）の下面（３０ｂ）が第１の保持体（２）の上面（２ ａ）の上で位置をずらすことができる ことを特徴とする光結合装置。 ２．多数の電気光学的デバイス（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ）がエッジ放 射レーザーダイオードバー（６）および相応の多数の対応付けられているレンズ （３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ）の形態で設けられており、また第１の保持 体（２）の凹み（３）がデバイス（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ）とレンズ （３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ）との間のそのつどの光路（Ｓ）を偏向させ る第２の鏡面（３ａ）を設けられていることを特徴とする請求項１記載の装置。 ３．第３の保持体（３０）がシリコンから成っており、またその下面（３０ｂ） が研磨されていることを特徴とする請求項１または２記載の装置。 ４．第２の保持体（１２）の孔（１６）が通し孔であり、またその上側の開口（ １８）が光導波路端（２４ｄ）に対して凹み（２２ｄ）を正しく合わせる役割を することを特徴とする請求項１ないし３の１つに記載の装置。 ５．第３の保持体（３０）が第１の保持体（２）の凹み（３）を完全に覆うこと を特徴とする請求項１ないし４の１つに記載の装置。 ６．レンズが第３の保持体の上に構成されたフレネルレンズであることを特徴と する請求項１ないし５の１つに記載の装置。 ７．レンズ（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ）が第３の保持体（３０）の、好 ましくは突起（３６）の、一体構成部分であることを特徴とする請求項１ないし ６の１つに記載の装置。