TWI230811B - Devices and methods for side-coupling optical fibers to optoelectronic components - Google Patents
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Description
1230811 玫、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明總體上係關於光學裝置及製造光學裝置之方法。 更具體而言，本發明係關於用於將光電部件（例如，半導體 光源、偵測器）或其他光學裝置（例如波導）側耦合至安裝於 各形成於一矽基板中之凹陷式v形槽通道中之光傳輸線路 (例如光纖）的裝置及方法。 【先前技術】 小型而有效之光傳輸線路（例如光纖）之發展已促使光通 信廣泛應用於諸如電信等衆多需要（例如）遠距離、高數據率 傳輪之應用中。光纖通常包括一被一透明包覆材料包繞之 透明纖核，其中該透明包覆材料之折射率小於該纖核之折 射率。另外，光纖（纖核及包覆材料）通常包覆有一直徑爲25() 微米之聚合物緩衝層及一外部聚合物套，以進一步保護光 纖亚提供機械強度。光纖傳輸線路可達成低成本、低(電 磁干擾）且南速之緊密式、遠距離資料傳輸。 通㊉，一光電收發器組件包含一介接一光纖連接器之接 收器及/或一發射器。一般而言，發射器包括一具有可發射 光信號之多個光源之半導體晶粒，該等光信號藉由光纖傳 輸。多種發光二極體（LED)及雷射皆可用作光源。例如，垂 直共振腔面射型雷射（VCSEL)即爲一種已開發用於提高光 纖通信中之效率及資料速率的專用雷射二極體。藉由設 什，可使一 VCSEL垂直於各半導體層之間之邊界發射其同 凋此里。VCSEL通常具有一直徑約爲10至15微米之發射
O:\89\89066.DOC 1230811 面積，且光被耦合入一光纖（多模光纖通常具有一直徑約爲 50微米之纖核）中。 另外接收器包含一具有多個光偵測器（例如光二極體） 之半導肢日日粒，該等光偵測器可接收來自光纖之光信號。 通常，所容許之光二極體直徑端視信號速度而定。對於一 W Gb/s信號，光二極體之直徑通常約爲35微米（或更小）。 § ^號速度增加時，必須減小光二極體直徑以降低偵測器_ 之電容。 ° 當光收發器（及其他光學裝置）安裝於一 pCB(印刷電路板）春 上時，平行於PCB表面（與垂直於PCB相反）放置光纖通常較 佳。藉此，複數個PCB(其上安裝有光纖及光學裝置）可相互 平行地緊密間隔排列。例如，可使用一氮化矽基座（sub -mount)或於一撓性電路上彼此平行地側立安裝各光電裝置· (例如VCSEL陣列及PD(測光器）陣列）。 當一光纖平行於PCB表面放置時，存在多種可用於耦合 光源/偵測器與光纖之間的光之耦合技術。例如，在其中半 導體光源爲頂部或底部表面發射器（例如VCSEL)之光學裝修 置中，一種耦合技術係平行於一 PCB放置光纖並設置一 9〇 - 度彎曲，以使光纖末端可對接至光源或偵測器。該方法因β 光纖之最小彎曲半徑較大而要求各pCB之間之間隔較大， 亚致使光損失增加，而這在多種應用中可能無法令人接受。 其他耦合技術包括「側耦合」方法，在「側耦合」方法 中，光纖的一端部鄰近光源/福測器放置，且光（其垂直於光 纖軸射出）在使用或未使用鏡子之情形下被耦合入光纖中
O:\89\89066.DOC 1230811 2自其中耦合出。例如’圖la及圖關釋一種藉由沿光纖 八端設置-銳角切口來舞合進出光纖該侧的光之習知側搞 :方法，例如於！ 978年5月3〇日頒予D. s㈣㈤之美國專利 4,〇92,〇61號#所揭示者，該專利案之標題爲「光纖之光 之側轉合（slde-Coupllng of Light F〇r An 州㈣㈣」， 其以引用方式倂入本文中。 」 、更具體而言’如圖la及圖lb中所示，—光纖1(其包含— 被透明包覆材料3包繞之光纖纖核2)包含一形成於其— 端部上的反射性㈣小平面4，該小平面用作—用於側搞合 進:出-光電裝置5(例如一頂部或底部表面發射器光源、偵 測器）的光之反射鏡。光纖丨被設置爲平行於一光電裝置5之 表面（或平行於-包含裝置5之模組、晶片等），丨中該表面 大體平行於光纖軸6’以使光電裝置5面對反射小平面4之一 内向表面對準鄰近域1的㈣。—反射性材料沈積於小平 面4的一外表面上。 在圖la及圖113所闡釋之側耦合方法之狀況下，在垂直於 光纖中心軸6之平面内所發射的光較佳基本平行於光纖^ _ 心軸6反射入光纖纖核2中。並且，在光纖内平行於光纖軸6 〃 朝反射性角切口4傳播的光自光纖纖核2經包覆層3反射至 一偵測器。如圖la中所示，曲面形光纖包覆材料3(其位於 光電裝置5與光纖纖核2之切口端4的内表面之間）發揮一圓 柱透鏡之作用，以部分校準自一光源進入光纖纖核2的光並 降低自光纖朝偵測器5傳播的光的發散。 若基板被移除或對相關光之波長完全透明，則光電裝置5
O:\89\89066.DOC 1230811 既可面（或接面）朝上放置（如圖la及圖lb所示），亦可面（或 接面）朝下放置。對於高速電信號，儘管將光電裝置面朝上 安裝更易於後續組裝及校準，但將光電裝置面朝下安裝並 用：t干點凸塊將光電裝置直接附裝至一 VCSEL驅動器或光二 極體放大器晶粒具有許多潛在優點。 各種利用光纖端部的一 45度斜面來耦合進出一光纖的光 之方法闡釋於美國專利第4,329,659號、第5，163，113號、第 6,031，953號、第 6,081，637 號及第 6,389,202 號中。 上述專利中所闡釋的光耦合系統及方法均具有下述缺 點。其中一缺點爲，光電裝置5與光纖1之中心之間的最小 T月b間距受到光纖1 (包括纖核2及包覆層3二者）之半徑的限 制。 另一缺點爲，除非使用一折射率匹配材料，否則自光纖工 _ a至一測光的光在平行於光纖軸6之方向上之發散較 垂直於光纖之方向之發散嚴重。由此導致不對稱發散，使 得難以使用其他光學器件來聚焦光線。況且，即使在光纖 (在其一端具有一 45度小平面）與光二極體之間使用一折射 率匹配材料，由光傳播距離引起的光發散亦會使得光點大 小增加。 例士 VCSEL之半峰全幅分佈（fuH width half maximum dmnbution)在空氣中約爲+/-15度。一具有一 5〇微米纖核直 徑及標準包覆層的標準光纖之總直徑爲125微米。因此，假 疋光纖之外表面直接接觸測光器表面，則自光纖纖核中心 至測光器之光程長約62.5微米。若光學折射率爲丨.5，則無
O:\89\89066 DOC 1230811 導向光傳播62 ·5微米將使得光點大小增加11微米/每側，即 直從爲50微米的光點之直徑將增加至72微米。該較大的 光點大小將不能被未來的高速光通信系統（其中光耦合損 失需較低）所接受。 將來’可能使用纖核直徑更小（例如3 〇微米）的多模光纖。 在該情形下，由無導向光經包覆層之傳播而造成的光點直 徑增加對最終光點大小之影響甚至會更大。 因此，需要一種用於當側耦合光時使光纖纖核與光電裝 置之間的距離最小化的裝置，以最大程度地將進出光纖或 光纖陣列的光耦合至光電裝置或光電裝置陣列。 通常，當製造積體光學裝置時，將光纖安裝並固定至蝕 刻於一矽基板上之V形槽中。例如，圖3爲一習知矽V形槽 陣列之例不性端視圖，該V形槽陣列可用於安裝一光纖陣 列。該矽V形槽陣列包含一其一側形成有複數個乂形槽通道 21之矽基板20。使用習知方法將一光纖22(包含一纖核23及 包覆層24)固定於各v形槽通道21中。該安裝方法可使陣列 中各光纖之中心軸精確地間隔一預期的中心距離c，此與每 一 V形槽21各側壁之會聚點之間的距離一致。 上述光纖間隔/安裝技術可用於衆多應用中。例如，該方 法可用於使一光纖之斜端與一雷射二極體精確對準以側耦 合光，例如於1992年11月1〇日頒予ρ· Melman之標題爲「雷 射至光纖耦合裝置（LasenFlber c〇upHng Appals)」的 美國專利第5，1 63，113號中所揭示者。 此外，V形槽通道安裝方法可用於形成光學連接器。例
O:\89\89066.DOC -10- 1230811 如’圖2爲-習知光纖陣列連接器ι〇之透視 含兩片板"及12(例如石夕 接』匕 MM其中母板的一表面上皆形成 —_支撐ititua、12a(v形槽）陣列’該等V形槽與欲 其中安裝的光纖之縱向相對應。使用習知 法將複數個細固定於板u、_的對應通道二方a 中0 二如圖2所示的基於IV形槽陣列之連接 —下述形成·（ 1)在一矽基板中蝕刻多個v形槽通道並 自晶圓切割出石夕板（具有該等通道）；⑺將該（等）光纖固定於 頂部板與底部板之對應V形槽之間；及然後（3)研磨並抛光 该連接器之配合端以使該（等）光纖之端部與V形槽板u、12 1邊緣共面。而對於—並非永久性與-折射率匹配材料結 合之連接器，較佳使光纖略微突出於¥形槽板邊緣之外以確 保所連接光纖間無間隙。 因舄可藉由各向異性蝕刻單晶矽而輕易地製成具有高精 度的矽V形槽陣列，故較佳使用矽V形通道陣列來形成例如 圖2及圖3中所示的矽間隔晶片及連接器。更具體而言，在 矽中形成v形槽係基於下列知識：在晶格之不同表面(1〇〇、 11 〇、π 1)上，矽晶圓晶體具有不同之單位面積原子密度， 且沿晶格不同方向之蝕刻速度不同。並且，矽爲一種剛性 極強之材料且熱膨脹係數較低，該等特性使矽極適合於安 裝光纖。 用於在矽基板中形成V形槽通道之方法已爲吾人所熟知 並揭示於（例如）C.M.Mlller所著之「使用蝕刻矽晶片編接之 O:\89\89066.DOC -11 - 1230811 光纖陣列（Fiber-Optic Array Splicing with Etched Silicon Chips)」一文（貝爾系統技術雜誌（丁he Bell System Technical Journal)，第 57卷，Νο·1，1978年！月，第 75-9〇 頁）、C M. Schroedex*所著之「用於一光纖電纜連接器之精確矽間隔晶 片（Accurate Smcon Spacer Chlps f0r an 0ptlcal Flber Cable
Connector)」一文（貝爾系統技術雜誌（丁以Ben㈣ 丁eChniCaW〇Urna1)，第 57卷，Νο·1，1978年 1月，第 91 至 97 頁）、及Marc Madou所著之「濕體微切削Βι^
MlC~hlning)」第 4章，「微加工基礎（Fundamentals of M1Crofabricatlon)」（CRC出版社，1997)中，所有該等文獻 皆以引用方式倂入本文中。 對於可附j至其他連接^及裝置並可自該等連接器及裝 置上拆除之連接器，較佳形成定位銷或其他結構以便可精 確對準。對於永久連接，則可塗敷—光學透明黏合劑（例如 一 UV(紫外線）固化膠）至光纖端部及V形槽基板邊緣，其中 該組件「以活動方式對準」’即當調節一組件相對於一第二 組：，位置時監控光傳輸以最佳化耦合效率。當對準令人 滿意時’若使用一uv膠，則可將結合點曝露於⑽光下以固 化之。 使用UV膠具有下述顯著優勢：可於溫度不 況下迅速在校準夾具中形成結合點。由於經由結 耗合效率隨黏合劑厚度增加而降低(此由 =限:：光纖中的光之發散所致)，故較佳™: 導致一顯著問題’因爲若將_由矽v形編
0 \89\89066 D0C -12- 1230811 口疋之光纖陣列連接至另—不能透射uv光之組件，則在層 較薄（例如小於5至10微米）時難以或不可能正確曝光並固^ UV备來形成結點。另外，對於—使用定位鎖之連接器，當 將各V形槽塊置於-起時，很難從上方看見需在其中穿入導 向鎖之空腔。 轉明提供i解決所有上述問題及其他與習知側相合 技術及習知光纖連接器有關之問題之方法。 【發明内容】 本發明之一目的係：當側耦合光時，使一光纖纖核與一 光學部件（例如光電裝置（或陣列）、成像裝置、光導裝置等） 之間之距離最小，以便最大限度地將進出光纖或光纖陣列 的光輕合至該光學部件。 本發明之另一目的係：提供一種用於安裝光纖之改進型 矽V形槽通道（或改進型矽V形槽通道陣列），其使得能夠使 用一基板表面作爲一拋光終止面來移除包覆層的一精確受 控。卩刀，以便減小光纖纖核與一側耦合至該光纖纖核的光 學部件（例如光電裝置）之間之間距，由此改良光耦合。 本發明之再一目的係提供改良光纖連接器及使用本發明 之改良V形槽通道製造該等連接器之方法。 本發明係關於用於使用一改良石夕V形槽或石夕v形槽陣列 來安裝光纖及側耦合進出光纖的光之光學裝置、部件及方 法，其中該等V形槽（用於精確對準/間隔排列光纖）「凹陷」 於矽表面以下。 在本發明的一態樣中，一種用於側耦合一光纖至一光學 O\89\89066.DOC -13- 1230811 部件之方法包含..# 道，並將—光纖1 —弟一基板中形成一凹陷式v形槽通 先、義女扁於該凹陷式V形槽中，苴安 該光纖之包覆声的—如、 八女袅方式須使 ㈣n 4練之表面外；拋 A板夺基本去除該包覆層伸出該第- 暴板表面外的部分。盥 牙 光該凹陷式v形柙的二軸成一央角來切割及/或拋 小平面… 4，以在光纖的-端形成-反射性斜 其* 將該第—基板黏結至-包含-光學部件之第 二結方式須使該光纖之反射性斜小平面對準該 =:::光纖之抛光面實質接觸該光學部件之-表面。 裝置。 ）光毛裝置、一光成像裝置或一光導 该凹陷式V形槽較佳藉由 渴姓刻該第—A… 形成.以各向異性方式 Μ 2 形成—Μ槽通道，然後乾姓刻 基板以使該V形槽通道凹陷至該第一基板表面以下 所W度。另外，該拋光步驟包含將 之 一拋光終止面。 卞 明的另一態樣中’一種製造—凹陷式光纖陣列之· 3·在—基板中形成一凹陷式V形槽通道陣列，並將 光纖安裝於該等凹陷式V形槽通道中，其安裝方式須使每一 所安裝光纖 ^包覆層的-部分皆伸出該基板的一表面。然 後拋光光纖以去除光纖包€層中伸出基板表面之部 分。可將基板表面用作一抛光終止面。然後與光纖軸成— 夹角來切割及/或抛光該基板的-端，以在各光纖的-端形 成一反射性斜小平面。 O:\89\89066.DOC -14- 1230811 # — 卜冑$成$凹陷式光纖陣列，視情況可在基板中在 並 > 凹陷式v形槽通道的一端部處形成一空腔，以暫時 ’、中搭、’、"《纖電纜之聚合物緩衝層部分，同時將自該 緩衝層σ(5分伸出之光纖c纖核及包覆層）安裝於該等 式幵少槽通4中。然後可切割基板以去除基板中包含該 其中文裝有緩衝層之空腔的部分。 -本毛月的再一恶樣中，一種製造一光學連接器的方法 包含·形成一第-基板，其中在該第-基板的一第一部分 中-、有f ν形槽通道陣列，在該第一基板的一第二部分 中具有一第一空腔；及形成-第二基板，纟中在該第二基 板的第一部分中具有一第二v形槽通道陣列，在該第二基 板的 第一部分中具有一第二空腔。然後剝除該光纖電纜 端4的外皮，以提供一包含-緩衝聚合物層（具有纖核、 9及緩衝層之光纖）之光纖電纜部分，其中光纖（纖核及 匕覆層)自錢衝聚合物層伸出。然後，將已剝除外皮之光 :電纜安裝於該第一基板及該第二基板之間以形成一連接 為’其中遠緩衝聚合物部分安裝於該第-基板及該第二基 板之凹陷式空妒：由 ^ 上T ’而自該緩衝聚合物部分伸出之光纖（纖 ^匕覆層）則安裝於該第一基板及該第二基板之對應V形 槽通道中。 本毛月的另一恶樣中，一種用於製造一光學連接器之 方法包含：㉞刻_基板，以在該基板的—第—部分中形成 、第漸縮V形槽通道陣列並在該基板的一第二部分中形 成第一漸縮V形槽通道陣列，其中該第一陣列及該第二陣
O\89\89066.DOC -15 - 1230811 列中之每-漸縮v形槽通道皆相對於該基板表面傾斜（即v 形槽通道之深度沿通道之-軸向變化），且其中該第一陣列 中之每一漸縮V形槽皆軸向對準該第二陣列中的一漸縮V ::。然後蝕刻該第一陣列之漸縮V形槽，以在該基板之第 π刀中形成多個凹陷式V形槽。蝕刻該基板之第二部分及 該第二陣列之漸縮V形槽通道，以在該基板中形成一其1底 部部分形成有一凹陷式V形槽陣列之空腔。然後，剝除一光 :電纜-端部的外皮，以使該端部包含—緩衝聚合物層部 分(孕具有纖核、包覆層及緩衝層之光纖)，其中光纖(纖核及 包後層）自該缓衝聚合物層部分伸出。然後，將一光纖電纜 之=剝除外皮的端部安裝於基板中，其安裝方式須使該緩 衝聚合物部分安裝於該基板第二部分之凹陷式空腔中，而 自該緩衝聚合物部分伸出之《纖則安冑於該基板第一部分 之凹式V形槽通道中。藉由抛光或研磨去除伸出基板表面 以外的光纖及聚合物緩衝層之部分。然後以一角度切割並 抛光其中安裝有光纖之基板的一端部，以在每一光纖之端 部形成—斜小平面並在該斜小平面上形成-反射性表面。 後可將由此形成之光學連接器直接側耦合至一光學部件 (例如一包含一光電裝置陣列之基板）。 在本1明的再一態樣中，一種用於在一光纖與一光學部 2之間側耦合光之裝置包含：一包含一凹陷式V形槽通道之 第一基板及一安裝於該凹陷式V形槽通道中之光纖。該光 •截I 3光纖纖核及包覆層，其中該包覆層的一部分包含 人/第基板之表面大體共面之已拋光平面。該光纖在
O:\89\89066.DOC -16- 1230811 其一端包含一反射性斜小平面。該第-基板包含-配合端 部，該配合端部被以大體垂直於該光纖軸之方式抛光且附 裝至-光纖連接器。可將該第一基板之表面黏結至一包含 -光學部件之第：基板的—表面’其黏結方式須使該光纖 之反射性斜小平面對準該光學部件且該光纖之經抛光表面 貫質接觸該光學部件的一表面。 在本發明的另一態樣中，一種光學連接器包含··一第一 基板，其中該第一基板的一第一部分中具有一第一V形槽通 道陣列，該第一基板的一第二部分中具有一第一空腔；9及 一第二基板，其中該第二基板的一第一部分中具有一第二V 形槽通道陣列，該第二基板的一第二部分中具有一第二空 腔。一光纖電纜安裝於該第一與第二基板之間，其中該光 纖電纜的一緩衝聚合物部分安裝於該第一基板及該第二基 板之凹陷式空腔中，而自該緩衝聚合物部分伸出之光纖則 安裝於該第一基板及該第二基板中對應的V形槽通道中。 在本發明的再一態樣中，一種光學連接器包含一基板， 3基板包含一位於该基板的一第一部分中的第一凹陷式v 形槽通道陣列及一位於該基板的一第二部分中的第二凹陷 式V形槽通道陣列。該第一陣列及該第二陣列中之每一凹陷 式V形槽通道皆相對該基板之表面傾斜，且該第一陣列中之 每一凹陷式V形槽皆軸向對準該第二陣列中的一凹陷式v 形槽。一光纖電纜安裝於該基板上，其中該光纖電纜的一 緩衝聚合物部分安裝於該基板第二部分中的該等凹陷式V 形槽通道中，該光纖電纜中的多個光纖皆包含一纖核、包
〇A89\89066 DOC -17- 1230811 覆層及緩衝層；且其中多個光纖皆包含一光纖纖核及包覆 2，該等光纖自該光纖電纜之緩衝聚合物部分伸出，且安 裳於該基板第-部分之凹陷式V形槽通道中。將光纖包覆層 及緩衝層伸出該基板表面之一部分拋光至大體與該基板: 表面共面》該光學連接器可直接側耦合至一光學部件（例如 -包含-光電裝置陣列之基板)，且其内安裝有光纖之斜凹 陷式V形槽通道可達成充分的應力釋放以防光纖斷裂。 下文將闡述本發明之該等及其他態樣、特徵及優點，結 合附圖閱讀下文對較佳實施例之詳細闡釋，即易知本發明。 之該等及其他態樣、特徵及優點。 【實施方式】 本發明係關於用於使用一改進型矽V形槽或矽V形槽陣 列來安裝光纖及側耦合進出光纖之光的光學裝置、部件及 方法，其中V形槽（用於精確對準/間隔排列光纖）「凹陷」於 矽表面以下。用於形成凹陷式矽V形槽或¥形槽陣列之本發 明方法可使光纖凹陷於矽基板表面以下，以便可使用矽表 面作爲一拋光終止面來去除（研磨掉）包覆層伸出矽表面的 一精確受控部分。去除包覆層可降低光纖纖核與光電裝置 之間之間距，由此可在將光纖矽陣列連接至一光電裝置陣 列（例如一 VCSEL·陣列）時增強光耦合。 更具體地舉例而言，圖4闡釋一根據本發明一實施例的矽 V形槽陣列之端視圖，該矽v形槽陣列包含一其一側中形成 有複數個支撐通道31(或凹陷式V形槽通道）的矽基板3〇。一 光纖22(如圖所示，包含包覆層24及纖核23)藉助本文所述方
O:\89\89066.DOC -18- 1230811 法固定於各支樓通道31中。每一支撐通道31皆包含—具有 ⑽垂直之_32之上部（凹陷部分）及_包含收束斜側壁 33之下部，該下部可包括或不包括一平坦或近乎平坦之底 部。基本上可將支撐通道31視爲凹陷於矽基板川之表面以 下的V形槽。 通常，根據本發明—態樣之—種用於切基板30中形成 支撐通道31之方法使用濕蝕刻及乾蝕刻之組合：首先使用 一各向異性濕蝕刻製程在基板3〇中形成V形槽，然後使用一 定向矽反應性離子蝕刻（RIE)製程使該v形槽凹陷至一所需 深度。該方法可使光纖22凹陷於矽基板3〇表面以下一所需 量，然後使用矽表面作爲一「抛光終止面」去除包覆層Μ 的一精確受控部分24a(其伸出矽基板30表面以上）。此提供 一顯著優於圖3所示習知V形槽之優點，在圖3中，當拋光晶 圓表面以去除伸出基板表面之包覆層部分24a時很難將矽 基板20之表面用作一拋光終止層。 具體而言，在圖3中考慮光纖22的一陣列，其中光纖22 具有125微米標準直徑及一 62·5微米之纖核，且其中該等光 纖之中心相距250微米（以「C」表示該間距），該間距爲當 前帶狀光纖電纜中的標準光纖間距。爲使光纖之中心低於 矽表面41.25微米（即在纖核23之邊緣與矽基板2〇之表面之 間留出10微米之包覆層（以「Ε」表示）），含納光纖之槽需寬 211.43微米（以「〇」表示），或在各槽之間保留約38 57微米 (以「Β」表示）的初始矽表面。在向下研磨至到達矽表面後 包覆層區域之寬度（以「Α」表示該寬度）將約爲94微米，故 O:\89\89066.DOC -19- 1230811 田到達矽表面日夺’被拋光之玻璃或矽之面積將增加約 4〇%(即自約該面積之38%增至約該面積之训）。此種面積 增加亚不顯著_1_在研磨作業期間很難偵測到，當慮及以下 因素時尤其如此：用於將光纖固定至V形槽中之黏合劑有可 此在某一位置處伸出矽表面之平面以上且被拋光之玻璃光 纖之面積量亦將不斷增加。缺少_充分之「拋光終止面」 使部件製造更爲困難、良率降低且會增大保留於光纖纖核 上之玻璃包覆層之厚度變化。 -種用於形成凹陷式V形槽光纖陣列之本發明方法可較 有利地使用⑪表面作爲—抛光終止面來研磨掉伸出石夕表面 以上的包覆層。參照圖4所示例示性實施例’其中假設光纖 22的直徑為一 125微米且具有62 5微米之纖核，以使光纖中 心低於矽基板30之表面41.25微米(即在纖核23邊緣與矽基 板30表面之間留有1〇微米之包覆層(％))，且各光纖之甲 心相距25G微米（「C」）。在使用各向異性濕㈣及定向石夕 RIE之組合來形成凹陷式v形槽通道31之情況下，凹陷區（其 以V形槽爲中心）寬度爲135微米（以「d，」表示該寬度）或在 各槽之間保留有約115微米的初始矽表面(以「B，」表示)。 如上所述’當向下研磨包覆層至矽基板3〇之表面後，包覆 層區域之寬度（「A」）將約爲94微米，但此時當到達基板3〇 ^表面時’被拋光之玻璃或矽之面積將增加約12〇%(即自約 该面積之38%增至約該面積之84%)。 圖5a、5b、5d5d闡釋一種製造_用於側耦合光的本發 明-實施例之凹陷式V形槽之方法。通常，在—起始步驟(圖
O:\89\89066.DOC -20- 1230811 h)中，使用習知技術以各向異性方式濕蝕刻一矽基板4〇, 以形成_矽v形槽41。接下來，實施—定向矽rie(反應性離 子蝕刻）製程使V形槽41「凹陷」至所需深度，以形成一凹 陷式V形槽42(圖5(b))。由於斜側壁上之矽蝕刻速度高於平 土一矽表面上之蝕刻速度，故可在凹陷式v形槽42之底部形成 一平坦區域43。 更具體而言，較佳使用一熱K〇H(氫氧化鉀）或一 TMAH(氫氧化四曱基銨）及水溶液實施一初始各向異性濕 蝕刻製程。該單晶矽基板較佳具有一 [1〇〇]取向且各槽之光 罩邊緣對準{100}方向。該各向異性濕蝕刻形成由（111)平面 約束而成的V形槽，該等平面構成與晶圓表面成54 75。角的 内向傾斜的壁。可將一氮化矽層用作光罩K0H及水之光罩 層，亚可將一層二氧化矽或氮化矽層用作光罩TMAH及水蝕
刻/合液之光罩層。假定光罩平行或垂直於{100}方向，則V 形槽之寬度由光罩層中開孔之尺寸及各向異性蝕刻期間發 生的任何光罩底切確定。v形槽之深度則由豎直蝕刻速度及 I虫刻時間確定。 爲使V形槽凹陷，一較佳反應性離子蝕刻法使用sf6、Ν]ρ3 或CF4及〇2之組合及載流子氣體（例如αγ)。或者，亦可使用 以仏或C1爲主之姓刻劑（例如SiCl4/Cld BC13/C12或HBr/02) 或任何其他適當化合物實施RIE。操作壓力通常爲約100毫 陶爾（milliTorr)。 在凹陷式v形槽通道42形成後，採用任何適當黏結技術並 使用黏結材料44將一光纖22黏結至凹陷式v形槽通道42中
O:\89\89066.DOC -21 - 1230811 (圖5c)。凹陷式V形槽42之形狀有助於精確定位光纖22。然 後研磨或拋光去除光纖包覆層2 4中伸出矽表面以外之部分 24a，並於矽基板40之表面上或接近該表面處終止研磨或拋 光（圖5d)。被拋光面與光纖纖核23之間的距離（以「E」表示） 較佳大於或等於1〇微米。 通常認爲剩餘包覆層之較佳厚度E係由多種因素確定。例 如，就光耦合效率而言，較佳在光進出纖核層之位置處將· 厚度E降至最小。事實上，由於光在無導向地傳播穿過包覆， 層時將發散，所以會致使進/出纖核之光耦合降低。 修 另應考慮因素係關於光在一漸變型折射率光纖或階變 型折射率光纖内之傳播，其中較佳應使纖核層上包覆層之 厚度保持最小，以防光被耦合出纖核。儘管已精確界定一 光纖之纖核尺寸，但與傳播光相關之電磁場會超出纖 - 核進入包覆層。該等EM場在包覆層内以指數方式減弱，然 而仍可能有一顯著數量之光功率在包覆層内傳播。較佳使 包覆層厚度保持最小（例如，約丨〇微米），以痛保在光纖中正 確導引光。 · 較佳地，使用下列材料實施機械拋光或研磨來研磨包覆· 層·安裝於拋光盤上或置於一拋光板上的研磨漿或膏中的 . 金剛石、氮化矽或其他研磨材料，其中用固定件使工件相 對於旋轉的拋光盤或板保持於一所需取向並施加一適當 力。對於一初始拋光/研磨周期，使用一相對較粗之磨料（粒 徑約爲3微米）以獲得一較快的移除速度。然後，漸次使用 漸細之磨料來達成一所需表面光潔度。
O:\89\89066.DOC -22- 1230811 …由於黏合劑會因磨料顆粒嵌入黏合劑中並阻礙進一步拋 光而干擾拋光製程，故較佳儘可能減小凸出至矽表面以上 光、截黏σ劑里。若必要，可增加一附加處理步驟來藉由 (例如Η虫刻或機械去除方式去除任何凸出至梦表面以上之 ° 萄研磨光纖包覆層時，一種可用於偵測終點（即到 達矽表面時）之方法係監控用於旋轉拋光盤或拋光板之馬 達之電流，例如美國專利第5,3〇8,438號中所揭示者。另一 種方法係監控拋光速度，此乃因當到達碎表面時拋光速度 將由於表面積增大而降低。 圖6a闡釋-種根據本發明—實施例之用於側搞合光之凹 陷式V形槽陣列’該陣列可使用㈣至圖㈣述方法形成。. 一種根據本發明一實施例之凹陷式V形槽陣列45包含於一 矽基板40形成上之複數個凹陷式v形槽通道“，其中每一通 道42中皆安裝有一經抛光之光纖22'。 然後，與光纖軸成一夾角φ(例如45度）來切割並抛光其中 含有待耦合至*電裝置之凹陷式光纖的V形豸通道⑽5d) 或V形槽陣列(圖6a)的端部，且較佳使用—反射性材料塗覆 由此産生的表面以形成一反射鏡。例如，圖6b爲沿剖面線 BB剖開的圖6a之凹陷式v形槽陣列45之剖面圖。垂直於光 纖軸拋光V形槽陣列45之另一端，以提供一可附裝一連接器 之表面，從而最終形成例如圖化所示的用於側耦合光之改 進型V形槽陣列。 應瞭解’如美國專利第5，163，113號中所述，可藉由全内 反射在光纖之斜端（斜小平面）處將光耦合入及耦合出光 O:\89\89066.DOC •23- 1230811 纖，而毋需使用形成於該小平面上之反射鏡（如圖6⑻所 丁）’、體而。u女-角度形成該斜端，該角度須使(例如) 由-雷射二極體發射之光入射於該斜端之内表面並完全内 反射至光纖纖核中。在該情形下，毋須在該斜端之外表面 上形成反射性材料來形成一反射鏡。然而，由於所得小平 面上之灰塵或其他物質（例如黏合劑）會散射光，且端視光源 之發散度而定，並非所有光皆可被反射人光纖纖核中或反 射至測光器’故此並非-種用於輕合進出光纖之光的較佳
方法。 應瞭解，本文所用術語「反射性斜小平面」係指一可使 用下列兩者之一的光纖端部的斜小平面：⑴使用一形成於 该小平面上的反射鏡來將光反射入或反射出光纖纖核或（^) 自其一斜表面使用光的全内反射來將光反射入或反射出光 纖纖核，而無需使用一形成於該斜小平面的一表面上的反 射鏡。 圖7a、7b及7c闡釋一種根據本發明一實施例用於側耦合 光纖至光電裝置之光纖連接器裝置及其製造方法。更具體 而言，圖7a爲一用於側耦合光纖至矽載體52之光學連接器 5 0之側視圖，該連接器包含一凹陷式光纖陣列5丨及v形槽陣 列連接器54。舉例而言，矽載體52可包含一用於平齊安裝 一 Ο/E陣列53之凹槽。Ο/E陣列晶片53可包含（例如）一面朝 上女裝之VCSEL及/或光二極體或其他光電裝置之陣列。石夕 載體52進一步包含用於連接至凹陷中平齊安裝式〇/E裝置 53之表面佈線，及例如VCSEL驅動器、PD接收器、多工晶 O:\89\89066.DOC -24- 1230811 片及解多工晶片等其他支援晶片，該等裝置亦可安裝在石夕 載體52上或凹陷於矽載體52内。 凹陷式光纖陣列5 1包含複數個經拋光之光纖，該等光纖 固定於一矽基板中形成之多個凹陷式V形槽通道中（例如上 文夢照圖5及6所述）。凹陷式光纖陣列5丨被黏結至矽載體 52，其黏結方式須使凹陷式光纖陣列5丨中之經拋光光纖的 斜切口鈿對準Ο/E裝置陣列53。如上所述，可將〇/E裝置陣 列53黏結至一形成於矽載體52中之凹槽中，然後可於其中 製作Ο/E裝置陣列53之電接點。 在凹陷式光纖陣列51對準並黏合矽載體52後，將V形槽陣 列連接器54對準並附裝至凹陷式光纖陣列51。可使用習知 技術對準並黏結凹陷式光纖陣列51與¥形槽陣列連接器 54。例如，如圖7b(爲圖^之俯視圖，其展示凹陷式光纖陣 在㈣rG」中的一部分及v形槽陣列連接器μ的一 卩）中所不# —疋位鎖55插人—形成於凹陷式光纖陣列 51中的^位通道56中以對準裝置51與54。應注意，定位鎖 55之末端應爲圓形或略呈錐形以助於對準（未圖示）。 圖7:爲凹陷式光纖陣列”與卩形槽陣列連接器，之配合 纖示）之端視^ °爲準確對準，經拋光光纖22'之 ㈣^ 陣列連接器54之光纖22之纖核。較佳地，如 圖（a)所不，在矽載體52 在一毫f ^心 列連接器54之間至少存 • 之㈣G°該間隙叫有多種功能。 σ，如圖7(b)中所示，間隙 55所用空間，以# 永^美供V形槽塊54之定位銷 使疋位鎖55不會嵌入石夕載體52中。確實，
OA89\89066.DOC -25- 1230811 在石夕載體5 2中爲疋位銷5 5提供一開孔非吾人所欲，此乃因 為此一設計將對光纖陣列5 1與黏結於矽載體52中之〇/E陣 列晶片53之對準施加一第二限制。此種設計需要將〇/e陣列 晶片53更精確地定位於矽載體52上之空腔中，以提供所需 之總體位置精確度。較佳地，如圖7(c)中所示，定位銷乃 具有與光纖22相同的直徑，促使銷55可同時對準v形槽陣列 連接器54及光纖陣列5 1上光纖之中心。用於定位銷的v形槽· 之寬度可與用於光纖的V形槽之寬度相同。 、 間隙G的另一用途係，使得在組裝及黏結過程期間，能夠鲁 觀測V形槽陣列連接器54中定位銷55相對於凹陷式光纖陣 列5 1上之匹配v形槽5 6之位置。依據在使用顯微鏡或其他光 i波置觀測疋位銷5 5與對應槽5 6之相對位置時所需的開孔 來確疋間隙G之袁小寬度。較佳情況係，凹陷式光纖陣列5工 凸出矽載體52端部一定距離，以便其可直接抵靠v形槽連接 杰54之拋光面。若矽載體52伸出凹陷式光纖陣列51以外， 則將無法使V形槽陣列連接器54接觸凹陷式光纖陣列5 1。 通常，爲形成一如圖7所示之矽v形槽連接器54，將去除修 一帶狀光纖一部分上的緩衝層及夾套層（若存在），留下一凸 · 出之玻璃光纖部分。然後去除鄰接裸玻璃光纖的另一光纖 · 4刀之Λ套層’留下一存在緩衝層之區域。製備一對石夕V 形槽陣列’將該等陣列設計爲在光纖數量及光纖間距上與 帶狀光纖相匹配，其中各ν形槽之尺寸與各光纖之尺寸相適 宜。將凸出之玻璃光纖組裝於該對矽ν形槽陣列之間並使一 適當黏合劑（例如環氧樹脂）流入或「浸吸」至該結構中以將
O:\89\89066.DOC -26- 1230811 切割或研磨該組件以形 步研磨並拋光由此形成 /、钻結在一起。在黏合劑固化後， 成—垂直於光纖之平面。然後進-之端平面 〇 應瞭解，根據本發明的 ^ 心“ Θ的-貫域，可在V形槽後形成一接 ::::更深的開口式第二空腔，以將-緩衝層固定至: 成靡1 佳地’將—緩衝層附裝至料形槽陣列以達 ^釋放。具體而言，該設計可防止在光纖繼續延 =端部（如在習知V形槽連接器中當光纖相對於v形槽連 斷L略心折時之狀況）之點處出現應力集中（其會使光纖 圖8、9及10闡釋一種根據本發明一實施例之製造一凹陷 式V形槽光纖陣列之方法。該方法可用於形成圖7所示凹陷 式光纖陣列5卜首先，如圖8⑷所示，使用習知方法各向異 性蝕刻-矽基板60,以在基板60中形成—v形槽。之陣列。 在圖8(a)之例示性實施例中，矽基板在v形槽61軸向上之長 度爲12毫#，當然亦可考慮其他長度。所形成的該陣列中 各V形槽61之中心間距大體爲25〇微米且寬約11〇微米。另 外，如圖8(b)所示，最初形成的v形槽通道之深度較佳低於 基板60(厚約725微米）之表面約78微米（dl)。_寬度約爲丨！〇 微米之全蝕刻V形槽61之深度將約爲7 8微米，且一置於此一 槽中直徑爲12 5微米的光纖之中心軸將高出矽表面約3 〇微 米。應注意，對於一其側壁與矽表面成54·75。夾角的槽，一 置於該V形槽中直徑爲125微米之光纖與該等側壁的各接觸 點之間相隔約102微米。 O:\89\89066.DOC -27- 1230811 然後，如圖9⑷及9⑻所示，藉由進— 至光纖中心軸凹陷於矽表面？形槽61 形槽⑴因此，對於-62.5微;而形成凹陷式v 將留存約1G微米 =纖’在拋光後 山、日 思’所需最終光纖深产將 端視所用光纖類型(一 5〇微米 尤，義-度將 多模弁繃七Λ 識匕夕核先纖、62.5微米纖核 Α先纖或-9微米纖核單模光纖）Μ 下，留存於矽表面以下夕4帝 種隋升^ 上。確切钱刻深产將端視在 皆較佳爲約Μ微米或以 又將鳊視在疋向乾蝕刻步 陷式v形槽底部上的平坦 r &成於凹 (右有）之大小而定（參見圖5(c) 、、之取終疋位深度端視下列兩點而定··最初以 方式㈣而成之乂形槽斜側壁之凹陷程度及-藉 由〜寻斜側壁相互遠離而形成的平坦區域之大小。 =後’如圖1〇⑷及10(b)所示，使用一種石夕咖來㈣區 5及^，以分別形成如側視圖10(b)所示之空腔63⑷及 6、4(a)。7由钮刻圖1〇(a)所示區域63及64,去除通道62之斜 而另外，所形成空腔63&之深度爲d2(約200微米）， 層事^ 乂谷内暫時黏結至空腔63a中之聚合物缓衝《 、 心秉解藉由在黏結光纖至V形槽中時使緩衝 層保留於光纖上可簡化組裝程序。 與爲最終製成該凹陷式光纖陣列，取用一定長度的光纖電 、:向下剝除5亥光纖電纜的一部分的外皮直至光纖（去除 ^〜缓衝層^且向下剝除該光纖電纜另一部分的外皮直至 友衝永合物（去除套）。然後，參照圖⑻，將已剝除外皮 缓之緩衝層部分放置（可能黏結）於基板空腔—
O:\89\89066.DOC -28- 1230811 中，同時將自由伸出該段光纖電纜之緩衝層部分之光纖（僅 玻璃）安裝於通道62中。裸光纖部分之長度須足以使其伸出 L1切割線以外。
在將光纖安裝於通道62中後，沿（例如(或匕㈠及。 切割基板（若沿L1，切割，則可於抛光期間形成斜小平面）。 然後研磨或抛光光纖，^除伸出基板6()之表面以上的包 覆層’然後拋光該等光纖以形成一凹陷式光纖陣列(例如圖 7所不陣列5 1 )，該陣列具有一用於側耦合至一 〇化裝置陣列 之斜端用於連接至—光纖之配合端（其垂直於光纖軸）。
應主思，可使用圖8及圖丨〇所示步驟但不實施用於使v形 槽凹之姓刻步驟來製成V形槽連接器54(示於圖7(勾中）。 更具體而言，#由首先如圖8所示在一矽基板上蝕刻v形 槽，其中V形槽之寬度較佳約爲145微米，以使光纖之中心 门出矽基板表面約6微米（一種用於確定V形槽與光纖之幾 何之方法顯示於圖14中)。當各具有V形槽之矽基板相 配D日’，石夕表面間之黏合劑厚度t將約爲Η微米（參見例如圖 7c)— 在该實施例中，無需實施一用於使槽凹陷之乾蝕刻（圖 9) λ轭乾蝕刻（例如圖10所示）以形成一可將聚合物緩衝 層黏結於其中的空腔（其深度約爲15〇微米）。 :成V开/槽連接器54，沿線L1'垂直切割矽且亦在圖1 〇 所示區域的另一娃香 鳊貫轭切割。如上所述，準備一帶狀光纖 並將其膠結於兩片石夕夕士 乃7之間，以使光纖黏結於V形槽中且緩衝 區黏結於空腔中。妙、义 Μ後切除凸出之光纖端並重新垂直於光 纖拋光沿線L1，切判之#加 ^部，以形成一配合端。然後將定位
O:\89\89066.DOC -29- 1230811 銷插入並黏合至設置用於銷對準之空槽中。 圖14闡釋一 v形槽通道與一直徑爲D之光纖之間的幾何 關係。更具體而言，對於一直徑爲D之光纖，圖14闡釋一種 確定用於構建V形槽溝道之幾何參數（例如v形槽溝道斜側 壁之角度（α)、溝道寬度W及光纖直徑D)，以使光纖中心軸 高出矽表面一距離Ζ之方法。 在本發明的另一實施例中，一用於側耦合光之凹陷式V · 形槽陣列直接附裝至一帶狀光纖電纜之端部，而無需使用、 一連接器。帶狀光纖電纜上的連接器所存在的一關鍵問題_ 係需提供充分之應變釋放。如上所述，玻璃光纖（纖核及包 覆層）通常包覆有一直徑爲250微米之聚合物緩衝層並增覆 有一外部聚合物套以進一步保護光纖並提供機械強度。如 下文將要詳細闡述者，在本發明的另一實施例中，一用於 ‘ 側耦合光之凹陷式V形槽陣列直接附裝至一帶狀光纖之末 端。較佳地，凹陷式V形槽逐漸收縮以使光纖軸與矽基板表 面略成一夾角。藉此，光纖中心凹陷於矽基板表面以下之 沬度將沿光纖長度方向增加，由此可有利地達成已剝除外籲 皮之光纖（即僅存在玻璃，無緩衝層）與仍具有緩衝層之光纖· 之間的轉變，此可用於提供充分的應變釋放。 . 更具體而言，圖11、12及13闡釋一種根據本發明的一態 樣用於製造一使用漸縮凹陷式V形槽來側耦合光的光纖陣 列連接器之方法’該光纖陣列連接器直接附裝至一帶狀光 纖電纜之末端。首先，如圖n(a)&11(b)所示，在一矽基板 70中形成一漸縮V形槽71a、7 lb之陣列，其中該等通道之底
O:\89\89066 DOC -30- 1230811 部相對基板表面傾斜。該等漸縮v形槽係心❹ 石夕基板而形成。 圖11⑷所示漸縮形狀之敍刻光罩來以各向異性方式酬 應瞭解，圖U所示形狀爲例示性，其代表—因在各向異 性石夕姓刻中不同方向上具有不同姓刻速度而於各向里性钮 刻後獲得之較佳最終形狀。初始光罩形狀可能略有不同， 以補償該等影響並達成所需之最終形狀。 所形成之漸縮V形槽陣列包含一由中心距較佳爲25〇微米 之軸向對準漸縮V形槽對（71a，71b)形成之陣列。在圖u(句 之例示性實施例中，基板70在V形槽軸向上之長度較佳約爲 4毫米（但依據設計需求亦可使用其他長度），且每一漸縮v 开y槽7 1 a、71 b之軸向長度大體相同。如側視圖丨丨（b)所示， 每一漸縮V形槽71a、71b之深度皆較佳自深度们（較佳約。 微米）變化至深度d4(較佳約141微米），從而提供一約18度 之斜坡。 此外，在圖1 la中，每一 v形槽7la之窄端皆寬約11〇微米 且每一槽71 a之寬端皆寬約200微米。並且，在蝕刻後每一 槽71a之長度皆約爲1990微米。在一漸縮v形槽71a之窄端 處’一 125微米直徑的光纖（舉例而言）將擱靠於該槽中，從 而使該光纖之中心軸高出基板70表面約3丨微米，而在漸縮V 形槽71 a之寬端處，該光纖之中心軸將低於基板7〇表面約33 微米。 漸縮V形槽7 lb設計用於容納一其緩衝層直徑爲（例 如）250微米之標準光纖。假定直徑爲250微米，漸縮v形槽 O:\89V89066. DOC -31- 1230811 7 lb之深度d3約爲81微米、深度d4,約爲165微米。另外，每 一 V形槽71b之窄端皆寬約110微米且每一 v形槽7比之寬端 白I約240微米。並且，在|虫刻後每一 v形槽71 b之長度皆約 爲1990微米。自一V形槽71b之窄端看去，在起始處各側面 皆爲曲面形，直至各邊緣間之距離降至小於約2〇5微米，各 側自此處皆又變成直面。設置該轉變係因爲：在V形槽7lb 之窄端處，所置放的一 250微米直徑光纖的中心軸將高出矽 基板70之表面約112微米，且光纖緩衝層之邊緣可接觸頂面 與漸縮側壁之隅角。而在71bi寬端處，所置放的一 25〇微 米直径光纖的中心轴將高出石夕基板表面約Ο微米。 另外，在漸縮槽71 b之寬端處，光纖將倚靠於斜矽側壁與 矽表面間的隅角上。對於其中光纖倚靠於隅角上之區域， 漸縮V形槽之形狀爲一拋物線，該形狀由一圓柱以一角度收 束一平面而形成。對於其中漸縮V形槽變寬之區域，所期望 側壁形狀爲直線形並具有一朝内的較小錐度。 然後，參照圖12及圖13，將每一漸縮V形槽71a、71b皆凹 陷至不同深度，以容納已剝除外皮之光纖或包括聚合物緩 衝層之光纖。更具體而言，參照圖丨2⑷，使每一漸縮V形 才曰7la的一部分72凹陷，以形成如圖12(b)所示的凹陷式漸縮 V形槽72a。假定凹陷式漸縮v形槽72a僅欲用於容納直徑爲 125微米之玻璃（纖核及包覆層），則漸縮v形槽7丨&之凹陷方 式須使光纖中心軸位於矽基板7〇表面以下之深度約爲48至 112微米，即光纖額外凹陷71微米。v形槽7ia深度之變化亦 使已剝除外皮之光纖之包覆層伸出矽基板7〇以上之量發生
O:\89\89066 DOC -32- 1230811 變化，由此使欲去除之包覆層之量沿光纖軸變化。對於其 中EM能量進一步擴散入包覆層内的單模光纖而言，此有助 於最大限度減小所去除包覆層之總長度，從而最大限度降 低傳輸損失。 & 然後’參照圖13(a)及13(b)，藉由蝕刻區域73使漸縮v形 槽71b凹陷，以形成一其底部具有一凹陷式漸縮v形槽陣列 之空腔73b，如圖13(b)所示。假定空腔73b欲用於容納光纖. 及直徑爲250微米之聚合物緩衝層，則空腔7补底部上凹陷 式漸縮V形槽較佳凹陷至光纖中心軸低於基板7〇表面之深麵 度爲112微米至約176微米，即光纖額外凹陷224微米。另 外，蝕刻（與區域73同時）區域74(圖13(a))以形成空腔74<圖 13(b))。藉由蝕刻區域73及74(圖13(a))來基本去除槽μ端部 之斜小平面。 根據本發明之一種用於在將矽基板蝕刻以形成圖13所示 矽邛件後組裝本發明連接器之方法包含··沿線乙〕（或及 L4切割石夕部件，剝除光纖一部分上的緩衝層及套，並剝除 鄰近該區域的一部分套。應注意，在該例示性實施例中，修 假定緩衝層單獨形成於每—光纖上^其直徑爲㈣微米，或· 使用具有直徑爲250微米之緩衝層之單獨光纖。 然後，將已剝除外皮的帶黏結至矽部件中，其中將裸光 齡包覆有緩衝層之光纖置於恰當區域中。然後研磨所得 乂牛之表面，以去除凸出矽表面以上之裸光纖及包覆有緩 衡曰之光纖。然後將該組件黏結至工作基板以保護經研磨 之表面。以一恰當角度（例如，一約45度之角度）拋光該組件
O:\89\89066.DOC -33 - 1230811 ，並如上所述對光纖 然後可將所得組件對 、一光成像裝置、一 之光纖端以確保光沿光纖軸向下傳播 端敷鍍金屬以形成一反射性小平面。 準並將其表面黏結至（例如）_ 〇/e裝置 光導裝置等。 ' 心-^ g上文所論述者爲多模光纖（50或62.5微米纖 祆直位）仁σ亥等相同結構亦同樣適用於具有不同纖核直徑 之光、截W如單核光纖（9微米纖核直徑）或高級多模光纖（約 3 0微米纖核直徑）。 “本文已芩照附圖闡釋了例示性實施例，然而應瞭 解本t月並非僅限於彼等精確實施例，且熟習此項技術 者可在〃中實苑各種其他改變或修改而不背離本發明之範 可或精神例如’儘管本文已參照具有⑼或仏⑽来纖核 直佐之多杈光纖闡釋例示性實施例，但凡熟習此項技術者 ，白易瞭解本發明之裝置及方法可與具有不同纖核直徑之 光纖共用’例如單模光纖（9微米纖⑯直徑）或高級多模光纖 (約30微米纖核直徑）。所有該等改變及修改皆意欲包括於隨 附申請專利範圍所界定之本發明範轉内。 【圖式簡單說明】 圖la及lb闡釋一種用於在一光纖與一光電裝置之間側耦 合光之習知方法。 圖2爲一習知矽v形槽連接器之端視透視圖。 圖3爲一用於側耦合光之習知矽v形槽陣列之端視圖。 圖4爲一根據本發明一實施例的用於側耦合光之凹陷式v 形槽陣列之端視圖。
O:\89\89066.DOC -34- 1230811 一 ^於側#人Γ及％闡釋—種根據本發明之—實施例製造 閣釋二 陷式¥形槽通道之方法，其中圖⑽b 闡釋種用於形成一凹陷式V艰描、s、爸 §|, „ ^ 丨曰式丨形槽通道之方法，而圖5c及5d 貝J闡釋一種在凹陷式 形槽通道中安裝及拋光一光纖之方 法0 圖6a及6b闡釋一種根 每 ^ ^ ^ 貝轭例形成一用於側 =光之凹陷式V形槽陣列之方法，其中圖63閣釋一包含複 數個已拋光光纖之凹陷式v形槽陣列之傾斜端之端視圖，而 圖6b則爲圖以的沿剖面線郎剖切的剖面圖。 圖閣釋一種根據本發明一實施例用於側搞合 光之光纖連接器裝置及方法’其中圖7⑷爲—光纖連接器之 側視圖，該光纖連接器包含_連接至—凹陷式v形槽連接器 开v槽陣列連接器’用於側耦合光至一光電裝置陣列，圖 7(b)爲圖7⑷之俯視圖’其__種用於連接該v形槽連接 器至該凹陷式V形槽連接器之方法，而圖7⑷則爲該凹陷式 V形槽連接器與該V形槽連接器之配合端之端視圖。 圖8、9及10闡釋-種根據本發明_實施例製造一凹陷式v 形槽光纖陣列之方法’其中圖8⑷及8(b)分別爲該製造方法 中-步驟之俯視圖及側視圖，圖9⑷及9⑻分別爲該製造方 法中另-步驟之俯視圖及側視圖’而圖1G⑷及1()⑻則分別 爲該製造方法中再一步驟之俯視圖及側視圖。 圖11、12及13闡釋一種用於製造一使用漸縮凹陷式v形槽 來側耦合光之光纖陣列連接器之方法，該光纖陣列連接器 直接附裝至一帶狀光纖電纜之端部，其中圖丨以勾及丨以…分 O:\89\89066 DOC -35- 1230811 別爲5玄製造方法中一步驟夕π、日 乂鄉之俯視圖及側視圖，圖12(a)及 1 2(b)刀別爲该製造方法中另一步驟之俯視圖及側視圖，而 圖13(&)及13(b)則分別爲該製造方法中再一步驟之俯視圖 及側視圖。 間的幾 圖14闡釋一 V形槽通道與一安裝於其中的光纖 何關係。 【圖式代表符號說明】 1 光纖 2 光纖纖核 3 包覆層 4 反射小平面 5 光電裝置 6 光纖中心軸 10 習知光纖陣列連接器 11 V形槽板 11a V形槽 12 V形槽板 12a V形槽 13 光纖 20 S夕基板 21 V形槽 22 光纖 22? 經拋光光纖 23 光纖纖核
O:\89\89066.DOC -36- 241230811 24a 30 31 32 33 40 41 42 43 44 45 50 51 52 53 54 55 56 60 61 62 63 63a 包覆層 光纖包覆層24伸出矽表面之部分 矽基板 支撐通道 大體豎直之側壁 斜側壁 $夕基板 矽V形槽 凹陷式V形槽通道 平坦區域 黏結材料 凹陷式V形槽陣列 光學連接器 凹陷式光纖陣列 矽載體 Ο/E裝置陣列 V形槽塊 定位銷 槽 矽基板 V形槽 凹陷式V形槽 區域 空腔 O:\89\89066.DOC -37- 1230811 64 64a 70 71a 71b 72 72a 73 73b 74 74a 區域 空腔 碎基板 漸縮V形槽 漸縮V形槽 漸縮V形槽71a的一部分 凹陷式漸縮V形槽 區域 空腔 區域 空腔 O:\89\89066 DOC -38-
Claims (1)
1230811 拾、申請專利範圍： 1· 一種用於側耦合一光纖至一光學部件之方法，包含丁列 步驟： 在一第一基板中形成一凹陷式V形槽； 將一光纖安裝於該凹陷式V形槽中，以使該光纖的一 包覆層的一部分伸出該第一基板的一表面以外； 拋光該光纖，以基本去除該包覆層伸出該第一基板表 面以外的部分； 與該光纖的一軸成一夾角來切割或拋光該凹陷式V形 槽通道的一端，以在該光纖的一端上形成一反射性斜小 平面；及 將該第一基板黏結至一包含一光學部件之第二美 板，其黏結方式須使該光纖之反射性斜小平面對準該光 學部件，且該光纖之已拋光表面實質接觸該光學部件的 一表面。 凹陷式V 根據申請專利範圍第i項之方法，其中該形成一 形槽通道之步驟包含：
V形槽通道；及 以形成一 乾钱刻該第一
一基板以使該V形槽通道凹陷至該第
根據申晴專利範圍第1項之方 其中該凹陷式V形槽通 其中該凹陷式V形槽通 O:\89\89066.DOC 丨811 道爲漸縮式 、、节％專利範圍第1項之方法，其中該凹陷式V形槽通 :、軸相對该第一基板之表面傾斜，且其中所去除包 ' 之里Ik距该反射性斜小平面之距離之增大而沿該 光纖輛降低。 根據申請專利範圍第1項之方法，進一步包含：以垂直 於该光纖之一軸方式拋光該第一基板的一端部之步 驟；及 對準並附裝一光纖連接器至該第一基板之已抛光端 部。
8. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該拋光該光纖之 步驟包含使用該基板之表面作爲—拋光終止面。 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該光學部件包含 9. 一光電裝置、一光成像裝置及_ 根據申請專利範圍第8項之方法 光導裝置之一。 ’其中該光電裝置包含 一 VCSEL(垂直共振腔面射型雷射）陣列。 10· 一種用於製造一凹陷式光纖陣列之方法 驟： 包含下列步 在一基板上形成一凹陷式V形槽通道陣列； 將一光纖安裝於該等凹陷式v形槽通道之一或多個 中，以使每一所安裝光纖的一&覆層#一部分皆伸出該 基板的一表面以外；及 拋光該等光纖，以去除該等光蝓4^ 寸尤纖包覆層伸出該基板表 面之部分。 O:\89\89066.DOC 1230811 11·根據申請專利範圍第1〇項之方法，其中該形成一凹陷式 V形槽通道陣列之步驟包含下列步驟： 濕蝕刻該基板以形成一 V形槽通道陣列；及 章乙姓刻该基板以使該等V形槽凹陷。 12·根據申請專利範圍第1〇項之方法，進一步包含下述步 驟：，該光纖的-軸成一夹角來切割及/或抛光該基板的 端以在每一光纖的一端部形成一反射性斜小平面。 13.根據申請專利範圍第1〇項之方法，進一步包含下述步 驟：在該基板中蝕刻一空腔，該空腔鄰近每一凹陷式V 形槽通道的-端部，且其中該安裝光纖之步驟包括將一 聚合物緩衝層安裝於該空腔中。 根據申請專利範圍第13項之方法，進一步包含下述步 驟：垂直於該等光纖的一軸切割該基板，以去除該具有 該空腔的基板之部分，該空腔中安裝有該缓衝層。 15. 根據中請專利範圍第_之方法，其中該抛光光纖之步 驟包含使用該基板之表面作爲—抛光終止面。 16. 一種用於製造-光學連接器之方法，包含下列步驟： 形成一第一基板，該第—基板的-第-部分中具有- 第-v形槽通道陣列，且該第—基板的一第二部分中具 有一第一空腔； *形成第一基板，該第二基板的一第一部分中具有一 第二V形槽通道陣列’且該第二基板的―第二部分中具 有一第二空腔； 剝除光纖電缓-端部的外皮，以提供一包含一緩衝聚 O:\89\89066.DOC 1230811 合物層部分之光纖電纜之一部分，其中光纖自該緩衝聚 合物層部分伸出；及 將該已剝除外皮之光纖電纜安裝於該第一與第二夷 板之間以形成一連接器，其中該緩衝聚合物部分安裝於 该第一基板及該第二基板之凹陷式空腔中，且自該緩衝 聚合物部分伸出之光纖安裝於該第一基板及該第二基 板中的對應v形槽通道中。 17· —種用於製造一可側耦合至一光學部件之光學連接器 的方法，包含下列步驟： 蝕刻一基板，以在該基板的一第一部分中形成一第一 漸縮v形槽通道陣列，並在該基板的一第二部分中形成 一第二漸縮V形槽通道陣列，其中該第一陣列及該第二 陣列中之每一漸縮V形槽通道皆相對該基板之表面傾 斜，且其中該第一陣列中之每一漸縮V形槽皆軸向對準 該第二陣列中的一漸縮V形槽； 蝕刻該第一陣列之漸縮V形槽，以在該基板之第一部 分中形成凹陷式V形槽通道； 蝕刻該基板之第二部分及該第二陣列之漸縮V形槽通 道，以在該基板中形成一空腔，在該空腔的一底部部分 中形成有一凹陷式V形槽通道陣列； 除一光纖電纜一端部的外皮，以使該端部包含一緩 衝？K合物層部分，其中光纖自該缓衝聚合物層部分 出； 刀T 將光纖電纜之已剝除外皮之端部安裝於該基板 O:\89\89066.DOC 1230811 中’以使該緩衝聚合物部分安裝於該基板第二部 陷式空腔中，且將自該緩衝聚合物部分伸出之；光： 安裝於該基板第—部分之凹陷式V形槽通道中^截 一該光纖及聚合物緩衝層伸出該基板表面以外的 18. 19. 20. 根據申請專利範圍第17項之方法，進一步包 度抛光及/或㈣其中m該等光纖之該基板的= 部’以在每-光纖之該端部上形成—反射性斜小平面。 根射請專利範圍第17項之方法，進—步包含將該光學 連接裔側耦合至一光學部件之步驟。 一種用於在一光纖與一光學部件之間側耦合光之裝 置，該裝置包含： 一包含一凹陷式V形槽通道之第一基板；及 一安裝於該凹陷式v形槽通道中之光纖，該光纖包含 一光纖纖核及包覆層，其中該包覆層的一部分包含一與 該第一基板的一表面大體共面之已拋光表面，該光纖的 一知上包含一反射性斜小平面； 其中該第一基板包含一配合端部，以大體垂直於該光 纖之一軸方式拋光該配合端部，該配合端部可附裝至一 光纖連接器；及 其中該第一基板之表面可黏結至一包含一光學部件 之第二基板的一表面，其黏結方式須使該光纖之反射性 斜小平面對準該光學部件且該光纖之已拋光表面實質 接觸該光學部件的一表面。 O:\89\89066.DOC 1230811 21·根據申請專利範圍第20項之裝置，纟中該凹陷式v形槽 通道基本平行於該基板之表面。 22. 根據中請專利範圍第2G項之裝置，其中該凹陷〇形槽 通道爲漸縮式。 23. 根據申請專利範圍第20項之裝置，其中該凹陷式V形槽 通道的一軸相對該第一基板之表面傾斜。 24·=據申請專利範圍第20項之裝置，其中該光學部件包含 -光電裝置、一光成像裝置及一光導裝置之一。 25· 一種光學連接器，包含： 第基板，泫第一基板的一第一部分中具有一第一 :形槽通道陣列，且㈣_基板的ϋ分中具有一 第一空腔； 第一基板，該第二基板的一第一部分中具有一第二 V形槽通道陣列，且該第二基板的—第二部分中具有一 第二空腔； 光、截電纜，其女裝於該第一與第二基板之間，其中 該光纖電镜的-緩衝聚合物部分安裝於該第一基板及 該第二基板之該等凹陷式空腔中，且其中自該緩衝聚合 物部分伸出之該等光纖安裝於該第一基板及該第二基 板中的對應V形槽通道中。 26. —種可側轉合至一光學部件之光學連接器，包含： 一基板，該基板包含：一位於該基板的一第一部分中 的第一凹陷式V形槽通道陣列，及一位於該基板的一第 二部分中的、二凹陷式V形槽通道陣列，其中該第一陣 OA89\89066.DOC -6- 1230811 列及該第二陣列中之每一凹陷式V形槽通道皆相對該基 板之表面傾斜，且其中該第一陣列中之每一凹陷式V形 槽皆軸向對準該第二陣列中的一凹陷式V形槽；及 一安裝於該基板中之光纖電纜，其中該光纖電纜的一 緩衝聚合物部分安裝於該基板第二部分中的該等凹陷 式V形槽通道中，該光纖電纜中的多個光纖皆包含一纖 核、包覆層及緩衝層；且其中多個光纖皆包含一光纖纖 核及包覆層，該等光纖自該光纖電纜之緩衝聚合物部分 伸出，且安裝於該基板第一部分中的該等凹陷式V形槽 通道中； 其中將該等光纖之包覆層及緩衝層伸出該基板表面 的一部分拋光至大體與該基板表面共面。 27. 根據申請專利範圍第26項之光學連接器，其中安裝於該 第一凹陷式V形槽通道陣列中之主 平幻甲之母一光纖的一端部皆包 含一反射性斜小平面。 O:\89\89066.DOC
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