JPH11211942A - 面型光デバイス及び光ファイバとの光結合方法 - Google Patents
面型光デバイス及び光ファイバとの光結合方法Info
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- JPH11211942A JPH11211942A JP1670498A JP1670498A JPH11211942A JP H11211942 A JPH11211942 A JP H11211942A JP 1670498 A JP1670498 A JP 1670498A JP 1670498 A JP1670498 A JP 1670498A JP H11211942 A JPH11211942 A JP H11211942A
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Abstract
型光デバイスとの調芯を容易にできる面型光デバイス及
び光結合方法を提供する。 【解決手段】 本面型光デバイスは、基板12に垂直な
光を放射し又は入射する面型光デバイスで、基板裏面に
垂直に突起する突起部18を、その縦方向中心線がビー
ム中心線に実質的に一致するように備えている。本光結
合用コネクタ20は、一方の板面から内方に垂直に延在
する第1ガイド穴22とその延長上で他方の板面から延
在する第2ガイド穴24とを有する板状体として形成さ
れ、第1ガイド穴は突起部とほぼ同じ径を有して突起部
と嵌合する中空部として形成され、第2ガイド穴は面型
光デバイスと光結合する光ファイバとほぼ同じ径を有し
て光ファイバを挿入する中空部として形成されている。
本光結合方法は、上述の面型光デバイスの突起部を上述
の光結合用コネクタの第1中空部に嵌合し、光ファイバ
を第2中空部に挿入して突起部の先端面と光ファイバの
結合端とを直接又は隔壁を介して当接させ光結合する。
Description
光結合用コネクタ、及び光結合用コネクタを使った面型
光デバイスと光ファイバとの光結合方法に関し、更に詳
細には、光ファイバと光結合する際に、高い結合効率を
維持しつつ調芯が容易な面型光デバイス、及び調芯を容
易にする光結合用コネクタに関し、加えて高い結合効率
を維持しつつ調芯が容易な女光結合方法に関するもので
ある。
射する、又は入射させる光素子又はそのような光素子か
らなるデバイスであって、その一例として、基板と垂直
にレーザ光を放出する面発光型半導体レーザがある。特
に、面発光型半導体レーザは、出射光の放射角度が小さ
いので、光ファイバとの結合に際してレンズを使わない
直接結合によって高い結合効率が期待できるという利点
を有する。ところで、光ファイバを面発光型半導体レー
ザに光結合する際、高い結合効率を維持しつつ、光ファ
イバと面発光型半導体レーザとの調芯が容易な光結合方
法が盛んに研究、開発されているものの、しかし、容易
な調芯と高い結合効率とを満足させる、光ファイバと面
発光型半導体レーザとの実用的な光結合方法は、未だ報
告されていない。
バに光結合するに当たり、面発光型半導体レーザを面上
に多数配列した半導体レーザアレーを形成し、一方、半
導体レーザアレーに対応するように光ファイバをアレー
状に集束して光ファイバアレーとし、半導体レーザアレ
ーと光ファイバアレーとを光結合するやり方が試みられ
ている。そして、光結合する際に、光ファイバアレーと
面発光型半導体レーザアレーとの調芯を容易にする光結
合方法が、例えば特開平9−15459号公報等により
提案されている。それは、面発光型半導体レーザから出
射されるレーザ光の中心とほぼ同じ基板位置に、ファイ
バの外径とほぼ等しいガイド穴を形成し、光ファイバを
そのガイド穴に挿入することにより、面発光型半導体レ
ーザと光ファイバの無調芯接続を行おうとするものであ
る。基板に形成するガイド穴は、液体によるウエットエ
ッチング、又はガスによるドライエッチングなどのエッ
チング技術により形成することを提案している。
に際し、以下に説明するように技術的な問題があると思
われる。例えば、ガイド穴形成に際し、基板途中でエッ
チングを停止してガイド穴を基板内盲孔とする場合に
は、ガイド穴の底面の僅かな凹凸によりレーザ光が散乱
されてしまい、光ファイバに対して高い光結合効率で光
結合することが難しい。また、面発光型レーザ素子の共
振器積層構造と基板の間にエッチングストップ層を予め
形成しておき、エッチングストップ層に到達するまで基
板をエッチングしてガイド穴を基板貫通穴とすることに
より、ガイド穴の底面を極めて平滑な鏡面にする方法も
ある。しかし、基板上にエピタキシャル成長させた半導
体層の積層構造の膜厚はたかだか10μm 程度であるの
で、半導体層の積層構造だけを残して、半導体基板をエ
ッチングしてファイバの直径である100μm 程度の大
きさのガイド穴を形成すると、ガイド穴上の積層構造が
薄いために、面発光型半導体レーザ素子の機械的な強度
が著しく低下してしまい、光ファイバを挿入して光結合
することが強度的に実際上で難しい。
半導体レーザを例にして説明しているが、面型受光素子
についても同様な問題があり、光ファイバと面型光デバ
イスとの調芯を容易にする光結合方法は、従来、種々、
報告されているものの、実用的に満足できるレベルに達
しているものは、未だ見当たらないのが現状である。そ
こで、本発明の目的は、高い結合効率を維持しつつ、光
ファイバと面型光デバイスとの調芯を容易できる面型光
デバイス及び光結合方法を提供することである。
イスは、基板に垂直に光を放射する、又は入射させる面
型光デバイスであって、基板裏面から垂直に外方に突起
する突起部を、その縦方向中心線が基板からの放射光又
は基板への入射光のビーム中心線に実質的に一致するよ
うに備えていることを特徴としている。
る光結合用コネクタの第1ガイド穴に嵌合し、又は第1
溝部に保持し、光ファイバの結合端を光結合用コネクタ
の第2ガイド穴に挿入し、又は第2溝部に保持すること
により、高い光結合効率を維持しつつ、実質的に無調芯
で光結合することができる。本発明で基板裏面とは、面
型光デバイスの光素子とは反対側の基板面を言う。面型
光デバイスの構造、形成材料、及び発振波長には制限は
なく、本発明を適用でき、また、面発光型半導体レーザ
に限らず、面発光型ダイオード(LED)、或いは面型
フォトダイオード(PD)にも同じように適用できる。
例えば、発振波長1.3μm のInP系面発光型半導体
レーザと光ファイバとの接続にも有効である。
線に直交する平面状の鏡面研磨面、又はビーム中心線に
曲面中心を有し、かつ曲面中心での接線がビーム中心線
に直交する曲面状の鏡面研磨面である。面発光半導体レ
ーザ素子の場合には、突起部の先端面をビーム中心線に
直交する平面状の鏡面研磨面にすることにより光結合効
率が向上する。また、面発光型LEDの場合には、突起
部の先端面を、ビーム中心線に曲面中心を有し、かつ曲
面中心での接線がビーム中心線に直交する曲面状の鏡面
研磨面にすることにより光結合効率が向上する。更に好
適には、突起部が、基板に垂直に放射する光又は基板に
垂直に入射する光に対して低反射率の膜厚の薄膜を先端
面に有する。突起部の断面形状は、位置ずれを起こすこ
となく、第1ガイド穴との嵌合できる形状である限り制
約はなく、円形、楕円形、三角形、又は四角形などの多
角形でも良い。
面型光デバイスと光ファイバとを光結合する際に使用す
るコネクタである。本光結合用コネクタは、一方の板面
から垂直に内在する第1ガイド穴と第1ガイド穴の延長
上で他方の板面から内在する第2ガイド穴とを有する板
状体として形成され、請求項1から3のうちのいずれか
1項に記載の面型光デバイスと光ファイバとを第1及び
第2ガイド穴を介して光結合するコネクタであって、第
1ガイド穴は面型光デバイスの基板裏面の突起部とほぼ
同じ径を有して突起部と嵌合する中空部として形成さ
れ、第2ガイド穴は面型光デバイスと光結合する光ファ
イバとほぼ同じ径を有して光ファイバを挿入する中空部
として形成されていることを特徴としている。
質であれば材質に制約はなく、例えば単結晶シリコン
板、石英板等のガラス系板、ステンレス鋼等の金属板、
セラミック板、熱硬化性プラスチック、熱可塑性プラス
チック等を使用する。光ファイバを挿入する第2ガイド
穴は、光ファイバの位置ずれが起きない形状であれば良
く、第2ガイド穴の横断面は、例えば円形、四角形など
でも良い。また面型光デバイスを嵌合する面の第1ガイ
ド穴と、光ファイバを挿入する第2ガイド穴とは同じ内
径である必要はない。
イド穴と第2ガイド穴とが連通していても良く、また、
第1ガイド穴と第2ガイド穴とが放射光又は入射光に対
して透明な隔壁により不連続になっていて、隔壁が板状
体又はレンズ状体として形成されていても良い。第1ガ
イド穴と第2ガイド穴とを隔壁により不連続にすること
により、光結合用コネクタの機械的強度を高めることが
できる。また、レンズ状体にすることにより一層の光結
合効率を向上させることができる。
一方の端縁から対向する他方の端縁まで延在する溝を板
面上に有する板状体として形成され、面型光デバイスと
光ファイバとを溝を介して光結合するコネクタであっ
て、溝は、面型光デバイスの基板裏面の突起部を溝に沿
って保持する第1溝部を一方の端縁側に備え、かつ面型
光デバイスと光結合する光ファイバを溝に沿って保持す
る第2溝部を他方の端縁から第1溝部まで備えている。
好適には、溝が半円形溝であって、第1溝部が面型光デ
バイスの基板裏面の突起部とほぼ同じ直径を有して溝に
沿って嵌合させる溝として形成され、第2溝部が光ファ
イバの結合端とほぼ同じ直径を有して溝に沿って保持す
る溝として形成されている。
バイスと光ファイバとを光結合する本発明に係る方法
は、上述のように特定した面型光デバイスの突起部を同
じく上述のように特定した光結合用コネクタの第1中空
部に嵌合し、面型光デバイスと光結合する光ファイバを
第2中空部に挿入して突起部の先端面と光ファイバの結
合端とを直接又は隔壁を介して当接させ、面型光デバイ
スと光ファイバとを光結合することを特徴としている。
に特定した面型光デバイスの突起部を、第1及び第2溝
部を光結合用コネクタの第1溝部で保持し、面型光デバ
イスと光結合する光ファイバを光結合用コネクタの他方
の端縁から第2溝部に挿入して突起部の先端面と光ファ
イバの結合端とを当接させ、面型光デバイスと光ファイ
バとを光結合することを特徴としている。
図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細
に説明する。実施形態例1 本実施形態例は、本発明に係る面型光デバイス及び光結
合用コネクタ、並びに両者を使って実施する本発明に係
る光結合方法の実施形態の一例である。図1(a)は面
型光デバイスの基板裏面の平面図、図1(b)は面型光
デバイスの側面図、図2は光結合用コネクタの断面図、
及び図3は光結合方法を説明する模式図である。本実施
形態例の面発光型半導体レーザアレー10(以下、簡単
にレーザアレー10と言う)は、n−GaAs基板12
と、n−GaAs基板12上に形成された多数の離散し
た発振波長が約980nmのGaAs系面発光型半導体
レーザ素子14とから構成されている。面発光型半導体
レーザ素子14の各々は、GaAs/AlGaAsから
なる1対の多層膜反射鏡と、GaInAsからなる量子
井戸発光層とから形成されている。レーザアレー10
は、基板裏面、即ちレーザ素子14とは反対側の基板1
2の基板面16に、各レーザ素子14からの出射光のビ
ーム中心線に沿って縦方向中心線を有し、直径が約12
0μm 、高さが30μm の円柱状突起部18をそれぞれ
備えている。突起部18の先端面18aはSiNx 膜を
有し、ビーム中心線に直交する平面状の鏡面研磨面とな
っている。また、基板面16には、基板側電極19が設
けてある。
mm の単結晶シリコン板で形成され、一方の板面から内
方に垂直に延在する第1ガイド穴22と第1ガイド穴2
2の延長上で他方の板面から延在する第2ガイド穴24
とを有する板状体として形成されている。第1ガイド穴
22は、レーザアレー10の基板裏面の突起部18とほ
ぼ同じ径を有して突起部18と嵌合する中空部として、
レーザアレー10の各突起部18に対応する配置で形成
されている。第2ガイド穴24は、第1ガイド穴22と
連通し、レーザアレー10と光結合する光ファイバを挿
入する中空部として形成されている。本実施形態例で
は、第1ガイド穴22と第2ガイド穴24とは同じ内径
の円筒状中空部であって、端部で相互に連通している。
また、光結合用コネクタ20は、レーザアレー10との
対向面上にレーザアレー10の基板側電極19と電気的
に接触して導通する電極26を備えている。
レーザアレー10の作製方法を説明する。先ず、従来の
方法に従って、図1に示すように、n−GaAs基板1
2上にGa As系半導体レーザ素子14を形成する。次
いで、基板厚さが約100μm の厚さになるように基板
裏面からGaAs基板12を研磨して、レーザアレー1
0の基板面16となる基板面(以下、基板裏面を基板面
16という)を研磨面にする。次いで、基板面16に鏡
面仕上げ処理を施して、鏡面研磨面とする。鏡面仕上げ
処理を施した基板面16に、プラズマCVD法(プラズ
マ化学気相堆積法)によりSiNx膜を成膜する。Si
Nxの膜厚は、波長980nmのレーザ光に対して低反
射率となるように、約170nmとする。上述のよう
に、突起部18の先端面18aとなる基板面16を平坦
化し、更にレーザ光に対して低反射構造とすることによ
り、光ファイバと接続する際の反射損失を低減すること
ができる。
し、続いて、両面マスクアライナー装置を用いて、レー
ザアレー10の各半導体レーザ14のレーザ光の中心線
と突起部18の縦方向中心線とがほぼ一致する配列で、
フォトリソグラフィ技術により突起部18の円形パター
ンを感光レジスト膜に転写する。次いで、SiNx薄膜
をフッ酸でエッチングし、円形パターンを有するSiN
x薄膜マスクを形成する。これをマスクとして、硫酸:
過酸化水素水:水(5:1:1)の混合液を用いてGa
As基板を約30μm エッチングする。これにより、S
iNx膜を有する、直径約130μm 、高さ約30μm
の突起部18を基板面16上に形成することができる。
20の製作方法を説明する。光結合用コネクタ20を形
成するには、先ず、単結晶シリコン板の表面を熱酸化し
てSiO2 膜を成膜する。次いで、突起部18の円形パ
ターンと同様にして、フォトリソグラフィ技術により円
形のガイド穴パターンを有するSiO2 膜マスクを形成
する。続いて、SiO2 膜マスクをマスクにしてドライ
エッチングにより単結晶シリコン板をエッチングして、
第1ガイド穴22及び第1ガイド穴22と連通した第2
ガイド穴24を形成する。次に、必要な領域にスパッタ
法により金属を堆積して電極26を形成する。
ー10を光ファイバに接続するには、図3に示すよう
に、先ず、レーザアレー10に設けた各突起部18を光
結合用コネクタ20の第1ガイド穴22の嵌合し、次い
で、レーザアレー10とは反対側から光ファイバを光結
合用コネクタ20のガイド穴22に挿入し固定する。こ
れにより、面倒な調芯を行うことなく、レーザアレー1
0と光ファイバとの厳密な芯合わせを維持して、レーザ
アレー10と光ファイバとの接続を完了することができ
る。
実施形態例1のレーザアレー10と、8芯ファイバリボ
ン8本からなるコア直径が約50μm の多モード光ファ
イバとの光結合を光結合用コネクタ20を使って行った
際の結合効率を求めたところ、各半導体レーザ素子の結
合効率の平均値85%であり、最大で約90%と高い結
合効率を得ることができた。本実施形態例では、突起部
18の先端面が低反射率のSiNx膜を有し、しかも鏡
面仕上げの状態になっているので、光結合に際して、レ
ーザ光の散乱を引き起こしていない。これが結合効率の
高い一因である。
発光ビームが広い角度で放射される。そこで、面発光型
LEDと光ファイバとを光結合する際には、実施形態例
1の突起部18の平面状の先端面18aに代えて、図4
に示すように、突起部18の先端面18bをレンズ形状
にすることにより、発光ビームの放射角度を狭め、光フ
ァイバとの結合効率を向上させることができる。尚、図
4中、28は発光部または受光部である。図5から図7
でも同じである。
24は円形で、第1ガイド穴22の内径は同じ内径であ
ったが、これに限る必要はなく、例えば図5に示すよう
に、第1ガイド穴30の径と第2ガイド穴32の径とが
相互に異なるようにしても良い。これにより、光ファイ
バと突起部18との当接を避けて、損傷を防止すること
ができる。
て透明であれば、第1ガイド穴22と第2ガイド穴24
とが光結合用コネクタ20内で連通している必要はな
く、第1ガイド穴22と第2ガイド穴24とが隔壁によ
り不連続になっていても良い。隔壁は、図6に示すよう
に、板状体34でも良く、また図7に示すように、レン
ズ状体36として形成されていても良い。特に、図7で
は、レンズ状体36を設けることにより光を集束して結
合効率を向上させることができる。
合用コネクタ、並びに両者を使って実施する本発明に係
る光結合方法の実施形態の別の例である。図8及び図9
は光結合方法を説明する模式図である。本実施形態例
は、実施形態例1の光結合用コネクタ20とは異なる構
成の光結合用コネクタ40を使用して、実施形態例1の
レーザアレー10と、光ファイバとを光結合している例
である。本実施形態例の光結合用コネクタ40は、一方
の端縁42から対向する他方の端縁44まで延在するV
字状の溝46を板面上に有する板状体として形成されて
いる。溝46は、レーザアレー10の突起部18を溝に
沿って保持する第1溝部48を一方の端縁44側に備
え、かつ、レーザアレー10と光結合する光ファイバを
溝に沿って保持する第2溝部50を他方の端縁46から
第1溝部48まで備えている。
起部18を光結合用コネクタ40の第1溝部48で保持
し、光ファイバを光結合用コネクタ40の他方の端縁4
4から第2溝部50に挿入して突起部18の先端面と光
ファイバの結合端とを当接させ、レーザアレー10と光
ファイバとを光結合する。
第1溝部48がレーザアレー10の突起部18とほぼ同
じ直径で溝に沿って嵌合させる半円形溝として形成さ
れ、第2溝部50が光ファイバの結合端と同じ直径で溝
に沿って保持する半円形溝として形成されている。本例
では、保持レーザアレー10の突起部18を光結合用コ
ネクタ40の第1溝部48に嵌合し、光ファイバの結合
端を他方の端縁44から第2溝部50に挿入して突起部
18の先端面と光ファイバの結合端とを当接させ、レー
ザアレー10と光ファイバとを光結合する。本例では、
突起部18を嵌合しているので、V字状の溝の例より、
突起部18及び光ファイバを強固に保持できる。
の突起部を光結合用コネクタの第1中空部に嵌合し、又
は第1溝部で保持し、そして光ファイバを第2中空部に
挿入し、又は第2溝部で保持し、突起部の先端面と光フ
ァイバの結合端とを直接又は隔壁を介して当接させ、面
型光デバイスと光ファイバとを光結合することにより、
精密な位置合わせをすることなく、面型光デバイスと光
ファイバとを高い結合効率で容易に接続することができ
る。
板裏面の平面図及び図1(b)はレーザアレーの側面図
である。
る。
ある。
る。
ある。
ある。
ある。
図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 基板に垂直に光を放射する、又は入射さ
せる面型光デバイスであって、 基板裏面から垂直に外方に突起する突起部を、その縦方
向中心線が基板からの放射光又は基板への入射光のビー
ム中心線に実質的に一致するように備えていることを特
徴とする面型光デバイス。 - 【請求項2】 突起部の先端面が、ビーム中心線に直交
する平面状の鏡面研磨面、又はビーム中心線に曲面中心
を有し、かつ曲面中心での接線がビーム中心線に直交す
る曲面状の鏡面研磨面であることを特徴とする請求項1
に記載の面型光デバイス。 - 【請求項3】 突起部が、基板に垂直に放射する光又は
基板に垂直に入射する光に対して低反射率の膜厚の薄膜
を先端面に有することを特徴とする請求項1又は2に記
載の面型光デバイス。 - 【請求項4】 一方の板面から垂直に内在する第1ガイ
ド穴と第1ガイド穴の延長上で他方の板面から内在する
第2ガイド穴とを有する板状体として形成され、請求項
1から3のうちのいずれか1項に記載の面型光デバイス
と光ファイバとを第1及び第2ガイド穴を介して光結合
するコネクタであって、 第1ガイド穴は面型光デバイスの基板裏面の突起部とほ
ぼ同じ径を有して突起部と嵌合する中空部として形成さ
れ、第2ガイド穴は面型光デバイスと光結合する光ファ
イバとほぼ同じ径を有して光ファイバを挿入する中空部
として形成されていることを特徴とする光結合用コネク
タ。 - 【請求項5】 第1ガイド穴と第2ガイド穴とが連通し
ていることを特徴とする請求項4に記載の光結合用コネ
クタ。 - 【請求項6】 第1ガイド穴と第2ガイド穴とが放射光
又は入射光に対して透明な隔壁により不連続になってい
て、隔壁が板状体又はレンズ状体として形成されている
ことを特徴とする請求項4に記載の光結合用コネクタ。 - 【請求項7】 一方の端縁から対向する他方の端縁まで
延在する溝を板面上に有する板状体として形成され、請
求項1から3のうちのいずれか1項に記載の面型光デバ
イスと光ファイバとを溝を介して光結合するコネクタで
あって、 溝は、面型光デバイスの基板裏面の突起部を溝に沿って
保持する第1溝部を一方の端縁側に備え、かつ面型光デ
バイスと光結合する光ファイバを溝に沿って保持する第
2溝部を他方の端縁から第1溝部まで備えていることを
特徴とする面型光デバイスと光ファイバとの光結合用コ
ネクタ。 - 【請求項8】 溝が半円形溝であって、第1溝部が面型
光デバイスの基板裏面の突起部とほぼ同じ直径を有して
溝に沿って嵌合させる溝として形成され、第2溝部が光
ファイバの結合端とほぼ同じ直径を有して溝に沿って保
持する溝として形成されていることを特徴とする請求項
7に記載の光結合用コネクタ。 - 【請求項9】 請求項1から3のうちのいずれか1項に
記載の面型光デバイスの突起部を請求項4から6のうち
のいずれか1項に記載の光結合用コネクタの第1中空部
に嵌合し、面型光デバイスと光結合する光ファイバを第
2中空部に挿入して突起部の先端面と光ファイバの結合
端とを直接又は隔壁を介して当接させ、面型光デバイス
と光ファイバとを光結合することを特徴とする面型光デ
バイスと光ファイバとの光結合方法。 - 【請求項10】 請求項1から3のうちのいずれか1項
に記載の面型光デバイスの突起部を請求項7又は8に記
載の光結合用コネクタの第1溝部で保持し、面型光デバ
イスと光結合する光ファイバを光結合用コネクタの他方
の端縁から第2溝部に挿入して突起部の先端面と光ファ
イバの結合端とを当接させ、面型光デバイスと光ファイ
バとを光結合することを特徴とする面型光デバイスと光
ファイバとの光結合方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1670498A JP3884155B2 (ja) | 1998-01-29 | 1998-01-29 | 面型光デバイス、光結合用コネクタ、光ファイバとの光結合方法、光デバイスアレー |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP1670498A JP3884155B2 (ja) | 1998-01-29 | 1998-01-29 | 面型光デバイス、光結合用コネクタ、光ファイバとの光結合方法、光デバイスアレー |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11211942A true JPH11211942A (ja) | 1999-08-06 |
JP3884155B2 JP3884155B2 (ja) | 2007-02-21 |
Family
ID=11923674
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP1670498A Expired - Fee Related JP3884155B2 (ja) | 1998-01-29 | 1998-01-29 | 面型光デバイス、光結合用コネクタ、光ファイバとの光結合方法、光デバイスアレー |
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3884155B2 (ja) |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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