JPS63501385A - 光素子と光導波路の結合装置 - Google Patents

光素子と光導波路の結合装置

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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】 光素子と導波路きの配置方法 本発明は、一つの光素子と少なくとも一つの光導波路とを軸合わせさせて配置す る方法に関する発明である。
光通信の分野における最近の進歩は、単一モード光ファイバのような単一モード 導波路の用途を広めている。この場合には、レーザーチップまたは光センサーの ような光素子を光導波路に正確に軸合わせさせて配置させる方法を工夫すること が特に重要である。
この発明の一面は、光素子と少なくとも一つの先導波路を互いに軸合わせさせる 手段とを提供するもので、その構成は、ａ）　共通基板内で少なくとも一つの長 手の導波路と位置設定構造を成形すること、 ｂ）　位置設定構造内で光素子を取付けることを含み、使用状態において光ビー ムが、光素子と導波路との間に連続するような位置設定構造および導波路の適切 な位置設定を与えるものである。
位置設定構造を使用することで、素子と光導波路とを正確に軸合わせさせること が可能になる。その理由として導波路と同じ基板内での構造によって、素子は固 定されているので、位置設定構造が、イオンエツチング技術を使用することによ り、基板内で正確に作られることになる。基板が単結晶構造であることは、特に 好ましい。
たとえば、シリコンの単結晶は、多数の理由により、特に好ましい基板である。
その理由の一つはシリコンは、純度および完成度について最も厳しい標準につい て、大形の基板を供給できる。さらに別の理由は、表面と表面下の外面的形態を 定めるフォトリソグラフィ技術あるいはエツチング技術が、高度に発達している からである。
さらに別の理由は結晶内の結晶軸間に存在する異方性エツチング速度がきわめて 大きいことである。なおその上に、シリコンはその結晶体を電子−光変調器のよ うな光−電子部分品装置に対し、使用するとき、とりわけ有用な電気性質、機械 的性質または光学的性質を備えているからである。
本発明は、光素子を他の光装置と同一基板内に取付けることをも可能にする。
特に有用な他の基板は、変調器と他の電子−光変換素子に対する基板として共通 に使用される、リチウムとニオブの化合物である。
リチウムとニオブの化合物の場合は、イオンエツチング技術では通常好ましくな く、位置設定構造は、イオンビームミＩＪング方法を使用することにより成形さ れ得る。
本発明は、チップのきわめて小さい発光点から光線放射のあるレーザーチップと の使用する場合に特に好ましい。この発光点を光導波路に正確に軸合わせするこ とは、かなり難しい。
その手段は、上記構成に加え、光素子からの光出力を少なくとも一つの導波路と の間に結合させるためには、少なくとも一つまたはおのおのの導波路の位置を正 確に整えること、最大能力結合に適した配置を決めるために、素子と少なくとも 一つの導波路との間の結合された光パワーを監視することを含む。
光素子は、たとえば典型的なハンダによって、位置設定構造内で取付けられるだ ろう。
少なくとも一つの光導波路が、基板の屈折率を変えるため、その基板に好ましい 物質を拡散させることにより、または、基板内で実質的にＶ形溝を成形し溝内で 光ファイバを取付けることにより成形されるだろう。
便利なことに、前者の場合において、位置設定構造が、長手の光導波路の成形に 続いて成形され、それによって、位置設定構造が、長手の導波路を二つの補助導 波路へ分割する。後者の場合においては、位置設定構造が、Ｖ形溝の構造につづ いて成形される。それによって、位置設定構造が、■形溝を二つの補助Ｖ形溝へ 分割し、溝のそれぞれ１つずつに光ファイバが、取付けられる。
これらの手段のいずれに関しても、二つの光導波路は、正確に軸合わせされ製造 され、光素子が、レーザーチップを含む場合には、レーザーチップの隣接した対 向面に終端される。これは、多くの理由に対し有用である。すなわち第一に、両 面への接近は、レーザーチップのスペクトル反応を向上させることを助長する。
第二に、単なるレーザーチップは、光通信システム内の送信および受信に対し、 使用されることが可能であり、第三に、レーザーチップの監視が実行され得る。
よって、互いに軸合わせして位置している光素子と少なくとも一つの光導波路を 含む。
むしろ、位置設定構造は、実質的にＶ形横断面をもち、■の夾角は、光素子の表 面を指示する角度に実質的に等しい。
これは、光素子が、レーザーチップまたは、光検出チップを含む場合に特に有用 である。なぜなら、これらのチップは、典型的に、チップを位置設定構造内で正 確に位置させる一対の曲げられた支持表面を持つからである。
他の配置において、二つの先導波路が、その導波路の隣接末端が横に分かれ出る ようにし与えられ、そこで、局在構造が、構造内に位置した光素子が光学的に両 溝波路に結合するように、導波路の隣接末端を横切る。
本発明に関するいくつかの実施例を、次の図を参照して説明する。
第１図は、第一の例の分解構造斜視図であり、第２図は、第１図に示された例の 側面図であり、第３図と第４図は、第２図に類似した構造の別の例の側断面図で あり、第５図は、二番目の例の斜視図であり、第６図は、第５図においてへ方面 から見た図である。
第１図に示されている例は、光ファイバ３０を受ける長手のＶ形溝２９を成形し た単結晶シリコンチップによる基板２８を備える。三角プリズム形状をもつ凹部 ３１は、異方性エツチング技術を使って、溝２９の中間部分に基板にエツチング される。凹部３１の深さは、エツチングされる基板２８の表面域を定める伝統的 な手法である選択エツチングによる。その深さは、凹部３１の対向面３２．３３ の間の夾角が正確に識別できるように選択される。検出チップ３６は、その側壁 ３４．３５の間に矛盾のない夾角を生み出すよう組み立てることが必要とされ、 これは、必要な角度でシリコン薄片をチップに切り分けるダイヤモンド工具を使 用することにより達成される。その深さは、単にチップ３６を凹部３１へさし込 むことによって、光ファイバ３０に対して、わずか５０厘であるチップ３Ｇの感 光部に整合できる程度である。前に述べたように、チップ３６と光ファイバ３０ の間の軸合わせは、自らの性質で制限されたへりに対し使用される表面窓によっ て定められた、■形溝２９と凹部３１の適切な深さによってなされる。
そのうえ、溝２９と凹部３１との間の正確な軸合わせは、異なる窓サイズを使用 することで、互いにそれらをエツチングすることによって達成される。
チップ３６およびファイバ３０は、その表面に適当な金属メッキを施すことによ って、シリコン基板２８に付着される。チップ３６は典型的には５００即の正方 形でその厚みが２００μｍである。
第２図は、凹部３１の端面３７の構造を結合および低い接触表面がわかるように 図解する。傾斜した検出面によって生じるどの受光エネルギの損失も、チップ３ ６上の無反射コート　（反射防止コート）とファイバ３０の末端に設けたレンズ の使用によって最小にされる。
もし必要ならば、第３図に示すように、鏡対称の基板３８を設けて、チップ３６ をクランプするように基板２８上に取つけることができる。
この構造ではおのおの基板２８および３８内の溝２９は、隣接する外回路へ電気 接続用の経路を与えるように使用されるが、しかし、基板２８．３８双方かまた は一方の表面上に金属通路を含むようにする他の配列も可能である。
第３図に示されている原理を拡張すると、溝とファ・イバの平行配置を利用する ことにより、第４図に示すような並列的な平衡光ダイオード配置となる。第４図 において、第二の検出器３６′は、面３７に対向する凹部３１の表面に結合し、 おのおのの検出器３６．３６′は、上部の基板３８内の相補的凹部３９．４０に おいて受け止められる。加えて、第二の光ファイバ３０′　は、基板２８．３８ の間において検出器３６′方向へ伸びている。
初段の増幅器がバイポーラシリコントランジスタまたは電界効果トランジスタで ある光受信機においては、連続する回路が、光ダイオード３６に隣接するシリコ ンチップ２８に拡散成形することができる。
光ダイオードによる受光回路ではなく、レーザーダイオードによる光放射回路を 設けるには、チップの二つの対向側に位置する領域がきわめて小さく、面の一つ から約１．５ミクロンに位置されている。
レーザーダイオード取付は時の主要な必要条件の一つは、光放射領域の中央線が 、隣接した光ファイバの軸に軸合わせされていることである。第５図と第６図が 、この取付配置を達成する別の組立て構造を模式化して示している。この場合に は、二つの■形溝４１および４２が、シリコン基板４３にエツチングされ、二つ の溝は平行で、互いに埋めあわせる構造となっている。レーザーダイオードチッ プ４６は、溝４２の傾斜側４４へ結合され、光ファイバ４５は、溝４１に位置し ている。
前のように、溝４１と４２の深さは、水平マスク工程により定められ、加えて、 ファイバ直径と中心集中性が正確に定義される。このようにして軸合わせの正確 さは、チップ４６の幅によって決定される。光ファイバ４５の末端レンズはやや 傾斜され、レーザーとファイバとの間に適当な間隔が得られるように先細に成形 される。
国際調査報告 ＋−＋−”ｖ１１ｅｐｍｌＡ＃Ｉ”ｃａｌｌ＠ｅｌｌ＠、　ＰＣＴ／ＧＢ　１３ ６１００６２６−２−ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＴＨＥ　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ 　５ＥＡＲＣＨＲ三ＰＯＲＴ　０ＮＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　ＡＰＰＬＩＣ ＡＴＩＯＮ　Ｎｏ、　ＰＣＴ／ＣＢ　８６１００６２６　（ＳＡ　１４８Ｂ４） ＤＥ−Ａ−３３０７６６９０６１０９／８４　Ｎｏｎ＠

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. １．光素子と少なくとも一つの光導波路を互いに軸を合わせて位置させる方法に おいて、 ａ）共通基板内で、少なくとも一つの長手の導波路と位置設定構造を成形するこ と、 ｂ）この位置設定構造内に光素子を取付けることを含み、上記位置設定構造は使 用状態において光ビームが上記光素子と導波路との間に連続する適切な配置であ ることを特徴とする光素子と光導波路との配置方法。
  2. ２．基板が単結晶であり、この基板を異方性エッチングして上記位置設定構造を 成形するステップを含む請求の範囲第１項記載の方法。
  3. ３．少なくとも一つの導波路が、好ましい物質を基板に拡散することにより成形 される請求の範囲第１項または第２項に記載の方法。
  4. ４．位置設定構造は、長手の光導波路を成形した後に成形され、それによって位 置設定構造は長手の導波路を二つの補助導波路に分割する請求の範囲第３項に記 載の方法。
  5. ５．少なくとも一つの導波路が、基板内で実質的にＶ形溝を成形し、溝内で光フ ァイバを取付けることにより成形される請求の範囲第１項または第２項に記載の 方法。
  6. ６．Ｖ形溝の成形の後に位置設定構造が成形され、それによって、位置設定構造 はＶ形溝を二つの補助Ｖ形溝に分割し、光ファイバを溝の適する位置に取付ける 請求の範囲第５項に記載の方法。
  7. ７．少なくとも一つの溝は、基板をイオンビームミリングまたは反応性イオンエ ッチングによって成形される請求の範囲第５項または第６項記載の方法。
  8. ８．光素子と少なくとも一つの光導波路を互いに軸を合わせて位置させる方法に おいて、 位置設定構造が、上記光導波路の軸に対してオフセットを与える光素子と光導波 路との配置方法。
  9. ９．前記各請求項のいずれかに記載の方法によって成形され、互いに軸合わせさ れて配置された光素子と少なくとも一つの導波路とを含む構造の光装置。
  10. １０．基板は、リチウムニオブ化合物またはシリコンを含む請求の範囲第９項に 記載の装置。
  11. １１．光素子が、レーザーチップまたは光受光素子である請求の範囲第９項また は第１０項に記載の装置。
  12. １２．位置設定構造が実質的にＶ形横断面をもち、このＶ形横断面の夾角は実質 的に光素子の表面を指示する角度に等しい請求の範囲第９項ないし第１１項のい ずれかに記載の装置。
  13. １３．位置設定構造が凹んだ三角柱の構造であり、光素子がこの構造の表面に結 合する請求の範囲第１２項に記載の装置。
  14. １４．一対の光導波路が、位置設定構造の反対側から伸び、それぞれの光素子が 、この構造の対向面に結合する請求の範囲第９項ないし第１３項のいずれかに記 載の装置。
  15. １５．二つの光導波路が、横に分かれ出ている導波路の末端に隣接し、位置設定 構造が、その構造内に配置する光素子が光学的に両導波路に連続するように導波 路の隣接末端を横切る請求の範囲第９項ないし第１４項のいずれかに記載の装置 。
  16. １６．位置設定構造が、光導波路軸に関して横断方向のオフセットを与える光装 置。
JP61505474A 1985-10-16 1986-10-16 光素子と光導波路の結合装置 Expired - Lifetime JP2514343B2 (ja)

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