DE69734559T2 - Optischer Koppler - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Kopplungsstruktur, die nachfolgend einfach "optischer Koppler" genannt wird, die in einer optischen Kommunikationsvorrichtung oder einem optischen Informationsprozessor verwendet wird. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen optischen Koppler zum optischen Koppeln einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung wie eines Halbleiterlasers mit einem optischen Einmodenhohlleiter oder einer optischen Einmodenfaser. Bei diesen wird das Formhalbleiterlaser-emittierte Licht ein Strahl mit einer Breite. Die Lichtstrahlbreite wird auch eine optische Strahlbreite oder korrekterweise eine optische Strahlbreite des geführten Modus des optischen Hohlleiters oder der Faser genannt.
  • Beschreibung verwandten Standes der Technik
  • Um zwei optische Komponenten vom Einzelmodustyp optisch miteinander bei hoher Effizienz zu koppeln, ist es notwendig, eine Modenanpassung und eine Ausrichtung der optischen Achsen zwischen den zwei optischen Komponenten durchzuführen. Hierbei dient die Modenanpassung dazu, die optischen Intensitätsverteilungen (was auch "Modengröße" genannt wird) in den optischen Komponenten vom Einmodentyp einander anzugleichen und die optische Achsenausrichtung dient dazu, die optischen Achsen der optischen Komponenten zueinander koinzidierend zu machen. Die 1, 2A, 2B, 3, 4, 5, 6, 7A, 8A, 9A und 10A sind schematische Diagramme, um verschiedene Verfahren zur Achsenausrichtung im Stand der Technik zu zeigen.
  • 1 ist ein schematisches Diagramm eines optischen Kopplers des Stands der Technik in einem Fall, wo eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung (200) wie ein Halbleiterlaser optisch mit einer optischen Faser 3 gekoppelt ist, in dem erste und zweite Linsen (41 und 42) verwendet werden. Es wird nachfolgend Fälle geben, wo die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 200 "Halbleiterlaser 200" oder einfach "Laser 200" genannt wird. In 1 sind der Laser 200 und die optische Faser 3 auf einer Zentrumslinie 4 einander gegenüberliegend platziert. Die erste Linse 41 sammelt vom Laser 200 emittiertes Licht; womit sie einen Lichtstrahl praktisch parallel zur Zentrumslinie 4 erzeugt, und die zweite Linse 42 konvergiert den Lichtstrahl auf die Faser 3, was eine geeignete Größe ergibt. Beispielsweise wird beim Eintritt der Faser 3 eine Punktgröße (1,2 μm × 1,7 μm bis 2,1 μm × 3,2 μm) des Lichtstrahls 4-–6-mal durch die Linse 42 vergrößert, um so an eine Modusgröße (ungefähr 10 μm) der Faser 3 angepasst zu werden. Wie oben beschrieben, kann mittels der ersten und zweiten Linsen 41 und 42 die Modenanpassung zwischen dem Halbleiterlaser 200 und der optischen Faser 3 bei hoher Kopplungseffizienz durchgeführt werden.
  • 2A und 2B zeigen jeweils einen Fall, bei dem ein Laser 200 im zur Verfügung stehenden Raum abgedichtet wird, um zu verhindern, dass der Laser 200 aufgrund von Feuchtigkeit und Oxidation beschädigt wird. In den 2A und 2B kennzeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in 1 denselben Teil wie in 1. In den 2A und 2B ist der Laser 200 jeweils auf einem Unterträger 603, der auf einem Montageblock 601 platziert ist, befestigt und der Laser 200, der Unterträger 603 und der Montageblock 601 sind in einer luftdichten Kiste 600 mit einem optischen Fenster 607 installiert. Vom Laser 200 emittiertes Licht wird durch die erste Linse 41 zu einem Lichtstrahl gebündelt und der Lichtstrahl tritt an der zweiten Linse 42 aus, wobei er durch das optische Fenster 607 geht. Der Lichtstrahl wird durch die zweite Linse 42 auf der optischen Faser 3 konvergiert, um so eine geeignete Größe für die Modenanpassung zu haben. Die optische Faser 3 wird in die Faserkopplungseinheit 32 eingeführt, die von einer Quetschhülse 31 gehaltert wird.
  • 3 ist ein anderer optischer Koppler, der eine zulaufende optische Faser mit einer sphärischen Spitze an einem Ende derselben gegenüber einem Halbleiterlaser verwendet. In 3 kennzeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in 1 dieselbe Vorrichtung wie in 1. In 3 läuft eine optische Faser 3A nahe an ihrem Ende zu und eine Spitze des zulaufenden Endes hat eine kleine Linsenstruktur. Wenn die optische Faser 3A so platziert wird, dass die Spitze optisch mit einer lichtemittierenden aktiven Schicht 201 des Lasers 200 gekoppelt ist, die im nachfolgenden einfach "aktive Schicht 201" genannt wird, wird die Modusgröße des von der aktiven Schicht 201 emittierenden Lichtstrahls durch die kleine Linsenstruktur so vermindert, dass sie mit der Modusgröße der optischen Faser 3A koinzidiert. Dies führt zu einer Steigerung der Kopplungseffizienz zwischen dem Laser 200 und der optischen Faser 3A.
  • 4 zeigt einen Fall, wo der Laser 200 luftdicht ist. In 4 bezeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in den 1 und 2A dasselbe Teil wie in den 1 und 2A. In 4 ist die Oberfläche der optischen Faser 3A metallbeschichtet (in 4 nicht dargestellt) und die optische Faser 3A ist am Montageblock 601 mit Lot 611 in der luftdichten Box 600 fixiert.
  • Bis jetzt werden in dem Falle der in den 1, 2A und 2B gezeigten optischen Koppler die Positionseinstellungen präzise durch den Laser 200, die Linsen 41 und 42 und die optische Faser 3 durchgeführt. Im Falle der in den 3 und 4 gezeigten optischen Koppler wird die Positionseinstellung präzise zwischen dem Laser 200 und der optischen Faser 3A durchgeführt. Die Positionseinstellungen werden in den 1, 2A, 2B, 3 und 4 durch tatsächliches Betätigen des Lasers 200 und Messen der Intensität des durch die optischen Koppler hindurchgehenden Lichts bei vorsichtigem Verändern der Positionen des Halbleiterlasers, der Linsen und der optischen Faser, bis die gemessene Lichtintensität maximal wird, durchgeführt.
  • Um die Durchführung der sorgfältigen Positionseinstellung zu vermeiden, ist die Positionseinstellung im Stand der Technik durch verschiedene in den 5, 6, 7B, 8A, 9A und 10A gezeigte Wege verbessert worden.
  • 5 ist eine schematische perspektivische Ansicht zur Illustrierung eines typischen Beispiels der Positionseinstellung, die im Stand der Technik verbessert wurde. In 5 bezeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in 1 dasselbe Teil wie in 1. In 5 sind eine V-förmige Rille 191, Bondierungsflächen und Positionierungsmarkierungen auf einem Siliziumsubstrat 180 ausgebildet. Die Bondierungsflächen und die Positionierungsmarkierungen auf dem Siliziumsubstrat sind in 5 nicht dargestellt, sondern sind in den 11A und 11B mit den Bezugszeichen 102 bzw. 107 dargestellt. Die V-förmige Rille 181 ist auf der Oberfläche des Siliziumsubstrates 180 in einem photolithographischen Verfahren hergestellt, um die optische Faser 3 zu führen. Mittels des Anlegens der V-förmigen Rille 181 an einen optischen Koppler 1B kann die Positionseinstellung der optischen Faser 3 einfach durchgeführt werden.
  • Währenddessen werden, um den Laser 200 auf dem Siliziumsubstrat 180 zu positionieren, andere Bondierungsflächen und Positionierungsmarken auf dem Laser 200 ausgebildet, um so mit den Bondierungsflächen 102 verbunden zu werden und jeweils mit den Positionierungsmarkierungen 107 auf dem Siliziumsubstrat 180 in Übereinstimmung gebracht zu werden. Die Positionsmarkierungen und die Bondierungsflächen auf dem Laser 200 sind in 5 nicht dargestellt, sie sind jedoch ähnlich den Positionierungsmarkierungen (204) und den Bondierungsflächen (202), die in den 11A und 11B gezeigt sind. Die Positionierungseinstellung des Lasers 200 wird unter Verwendung einer Ausrichtungsvorrichtung (in 5 nicht dargestellt), unter Verwendung einer Rille (182), die auf dem Siliziumsubstrat 180 ausgebildet ist, durchgeführt. Die Ausrichtungsvorrichtung bewegt den Laser 200 so, dass die mit auf dem Laser 200 mit den Positionsmarkierungen auf dem Siliziumsubstrat 180 präzise koinzidieren. Nachdem die Positionseinstellung vorbei ist, wird der Laser 200 am Siliziumsubstrat 180 durch Bondieren fixiert. Die obige Positionseinstellung wird in IEEE-TRANSACTIONS ON COMPONENT, HYBRIDS, AND MANUFACTURING TECHNOLOGY, Band 15, Nr. 6, Seiten 944–955 (1992) detailliert dargestellt. Der optische Koppler mit der V-förmigen Rille, den Positionsmarkierungen und den Bondierungsflächen, wie in 5 gezeigt, wird nachfolgend mit "1B" nummeriert.
  • 6 zeigt einen anderen optischen Koppler des Standes der Technik, der dem optischen Koppler in 5 ähnelt, außer, dass die optische Faser eine zulaufende optische Faser 3a ist. Der optische Koppler wird in 6 als "1C" nummeriert.
  • Die 7A und 7B zeigen einen anderen optischen Koppler des Standes der Technik in einem Fall, bei dem der Halbleiterlaser luftdicht ist. In den 7A und 7B bezeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in 5 dieselbe Komponente oder dasselbe Teil wie in 5. 7A zeigt den optischen Koppler 1b vor der Luftabdichtung und 7B zeigt den optischen Koppler 1B nach der Luftabdichtung.
  • Der optische Koppler 1B wird luftabgedichtet durch: Platzieren des optischen Kopplers 1B in einem von einem vorragenden Rahmen (702), der auf dem Substrat 700 ausgebildet ist, ausgebildeten Raum (704) der eine Kerbe (703) an einer Seite des Rahmens 702 bereitstellt, um die optische Faser 3 hindurchzuführen, wie in 7A gezeigt; und Aufbringen eines Epoxy-basierten Adhäsivs (705) auf und um den Rahmen 702 und Legen einer Abdeckung (400) auf das Substrat 700 und Luftabdichten des optischen Kopplers 1B, indem ein Spalt zwischen der Abdeckung 400 und dem Substrat 700 verfüllt wird, wie in 7B gezeigt.
  • Die 8A und 8B zeigen einen anderen optischen Koppler des Standes der Technik, der einen optischen Multimodushohlleiter beinhaltet. 8A ist eine schematische perspektivische Ansicht des optischen Kopplers und 8B ist eine Aufsicht des optischen Kopplers, betrachtet von der linken Unterseite des optischen Kopplers in 8A. In den 8A und 8B kennzeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in 1 dasselbe Teil wie in 1. In den 8A und 8B werden ein optischer Hohlleiter (300) und vier vorstehende Objekte (300A), die nachfolgend "ein Abstand 300A" genannt werden, auf einem Substrat (100) in einer Zweischichtenstruktur ausgebildet, die aus einer Kaschierungsschicht (301) und einem Kern (302) zum Ausbilden des optischen Hohlleiters 300 bestehen. Das heißt, der optische Hohlleiter 300 und der Abstand (300A) werden gleichzeitig auf dem Substrat (100) ausgebildet. Der optische Hohlleiter 300 ist ein Multimodushohlleiter, so dass die Dicke der Kaschierungsschicht 301 mehr als 50 μm ist. Der Abstand 300A wird zur Festsetzung und Positionierung des Lasers 200 auf dem Substrat 100 verwendet. Um den Laser 200 auf dem Abstand 300A zu etablieren, wird ein Ausschnittsbereich (205) an jeder Ecke der Unterseite des Lasers 200 ausgebildet. Der optische Hohlleiter 300 und der Abstand 300A werden mittels IC-Fabrikationstechnologie ausgebildet, so dass sie präzise in der korrekten Position auf dem Substrat 100 platziert werden können. Wenn daher der Laser 200 auf dem Abstand 300A eingerichtet wird, könnte die optische Kopplung zwischen dem optischen Hohlleiter 300 und dem Laser 200 bei hoher Kopplungseffizienz durchgeführt werden. Jedoch ergibt sich das Problem, dass der Laser 200 schwierig in einer korrekten Position einzurichten ist. Dies liegt daran, dass die Abstützbereiche 205 schwierig präzise auszubilden sind.
  • 9A und 9B zeigen einen anderen optischen Koppler des Standes der Technik einschließlich einer anderen Art vom optischen Einzelmodushohlleiter 300. 9A ist eine schematische perspektivische Ansicht des optischen Kopplers und 9B ist eine Aufsicht des optischen Kopplers, betrachtet von der linken Unterseite des optischen Kopplers in 9A. In den 9A und 9B bezeichnen dieselben Bezugszeichen wie in 8A dieselben Teile wie in 8A. In den 9A und 9B ist das Substrat 100 aus Silizium gemacht und die Kaschierungsschicht 301 und der Kern 302 sind aus Quarz gemacht. Wenn ein optischer Einzelmodushohlleiter im optischen Koppler verwendet wird, wie in den 9A und 9B gezeigt, kann eine hohe optische Kopplungseffizienz erreicht werden, wenn das folgende Verhältnis, das eine "relative refraktive Indexdifferenz" genannt wird, zwischen dem refraktiven Index (n1) der Kaschierungsschicht 301 und dem refraktiven Index (n2) des Kerns 302 erfüllt ist: {(n2 – n1)/n1} × 100% ≈ 0,3%~0,75%.und die Größe des Kerns innerhalb von 5 × 5 bis 8 × 8 μm ist. In den 9A und 9B sind die Kaschierungsschicht 301 und der Kern 302 auf dem Siliziumsubstrat 100 so ausgebildet, dass eine Dicke (t) der Kaschierungsschicht 301, die zwischen der oberen Oberfläche des Silikonssubstrats und einer Bodenfläche des Kerns 302 platziert ist, mehr als 30 μm dick wird.
  • 10A und 10B zeigen einen optischen Koppler, der einen optischen Einzelmodushohlleiter 300 beinhaltet, der dasselbe wie in den 9A und 9B ist, außer dass ein Abstandhalter (5) zwischen dem Siliziumsubstrat 100 und dem Laser 200 eingefügt ist. Der Abstandshalter 5 wird verwendet, um eine optische Achse des Lasers 200 anzuheben, um die optische Achse des Lasers 200 mit einer optischen Achse des optischen Hohlleiters 300, bestehend aus der Kaschierungsschicht 301 und dem Kern 302, koinzident zu machen.
  • Wie unter Bezugnahme auf die 1 bis 10 (A und B) beschrieben, sind viele Verfahren und Vorrichtungen für die optischen Koppler im Stand der Technik verwendet worden, um eine gute optische Kopplung zwischen den optischen Komponenten zu erhalten. Jedoch hat es die folgenden Probleme in der Positionseinstellung gegeben: die Ausrichtungsvorrichtung muss verwendet werden, um die Positionen der Linse, des Halbleiterlasers und der optischen Faser präzise einzustellen; die V-förmige Rille muss auf dem Substrat ausgebildet werden, um die optische Faser fest zu positionieren; die Positionsmarkierungen müssen auf dem Halbleiterlaser und dem Substrat ausgebildet sein, um den Halbleiterlaser korrekt zu positionieren; der Abstand muss auf dem Substrat ausgebildet sein, um den Halbleiterlaser korrekt zu positionieren; und der Abstandhalter muss auf dem Substrat ausgebildet sein, um die korrekte Kopplung zwischen dem Halbleiterlaser und dem optischen Hohlleiter zu erzielen.
  • Jedoch hat es zusätzlich zu den obigen Problemen andere unten beschriebene Probleme gegeben.
  • Im Falle der in den 1 bis 4 gezeigten optischen Koppler sind die folgenden Probleme aufgetreten: es erfordert viel Zeit, die Positionseinstellung durchzuführen, weil die Positionseinstellung individuell zwischen dem Halbleiterlaser, der Linse und der optischen Faser und dem Halbleiterlaser und der optischen Faser durchgeführt werden muss und/der Halbleiterlaser ist dafür anfällig, durch fehlerhaften Betrieb verschlechtert oder beschädigt zu werden, was während der Positionseinstellung passieren kann.
  • Im Falle der in den 5 bis 7 (A und B) gezeigten optischen Koppler ist es ein Verdienst, dass der Halbleiterlaser nicht während der Positionseinstellung betrieben werden muss, jedoch hat es das Problem gegeben, dass die mechanische Positionseinstellung zwischen dem Halbleiterlaser und der optischen Faser nicht leicht durchzuführen ist. In einem optischen Koppler gibt es allgemein eine Toleranz, die "Kopplungstoleranz" genannt wird, um die Kopplungseffizienz auf mehr als dem angegebenen Wert, wie etwa 80% der maximalen Kopplungseffizienz, zu halten. Wenn eine optische Faser eine Linsenstruktur, wie im Fall der optischen Faser 3A in 6 aufweist, muss die Kopplungstoleranz weniger als 0,5 μm sein, und wenn eine Spitze der optischen Faser flach ist, wie im Falle der optischen Faser 3 in 5, ist es erforderlich, dass Kopplungstoleranz weniger als 1 μm beträgt. Aus dem Obigen ist ersichtlich, dass die Positionseinstellung mechanisch nicht einfach durchzuführen ist. Insbesondere, wenn der Laser 200 auf dem Substrat 180 bondiert ist, wie in den 5 und 6 gezeigt, ist es nicht einfach, die optische Kopplung zwischen der optischen Faser 3 (oder 3A) und dem Laser 200 mit einer wünschenswerten Kopplungstoleranz durchzuführen. Im Falle von 5 hat es das weitere Problem gegeben, dass die Modusfehlanpassung zwischen dem Laser 200 und der optischen Faser 3 ansteigt, was zum Ansteigen des Kopplungsverlustes auf bis auf zumindest 7 dB führt.
  • Im Falle des in den 8A und 8B gezeigten optischen Kopplers hat es das Problem gegeben, dass die Abschnittsbereiche 205 nicht einfach mit hoher Genauigkeit auszubilden sind, was das Problem des Absenkens der Kopplungseffizienz hervorruft.
  • Im Falle der in 9A und 9B gezeigten optischen Koppler hat es das oben beschriebene Problem gegeben.
  • Wenn der optische Hohlleiter 300 auf den optischen Koppler aufgebracht wird, wie in den 9A und 9B gezeigt, und wenn ein hochrefraktives Indexmaterial, wie etwa Silizium als Substrat 100 verwendet wird, muss die unter dem Kern 302 gebildete Kaschierungsschicht 301 die geeignetste Dicke zum Reduzieren des am Substrat 100 vom Kern 302 eintreffenden Lichts haben. Wenn beispielsweise die relative refraktive Indexdifferenz 0,3%–0,75% und die Größe des Kerns 302 5 μm × 5 μm–8 μm × 8 μm ist, muss die Dicke der Kaschierungsschicht 301 unter dem Kern 302 mehr als 30 μm betragen, wie unter Bezugnahme auf 9B beschrieben. Dieses Kriterium wird auch für den optischen Hohlleiter 300 in den 8A und 8B angenommen. Jedoch gibt es im Falle des Koppelns des optischen Hohlleiters mit dem Halbleiterlaser, wie in 8 (A und B) oder 9 (A, B) gezeigt das Problem, dass es nicht einfach ist, die Höhe der optischen Achse des optischen Hohlleiters mit der Höhe des Halbleiterlasers koinzident zu machen.
  • Um die obige Schwierigkeit zu erläutern, wird ein auf den Halbleiterlaser angewandtes Bondierverfahren unter Bezugnahme auf die 11A und 11B beschrieben und die Bildungselemente und die Dimensionen des Substrats und des Halbleiterlasers, der auf dem Substrat durch die Bondierflächen Flip-Chip bondiert ist und die Höhe der optischen Achse des Halbleiterlasers, werden konkret unter Bezugnahme auf die 12A und 12B beschrieben.
  • 11A ist eine schematische perspektivische Ansicht zum Illustrieren, dass der Laser 200 in 9A dafür bereit ist, auf einem Substrat montiert zu werden und 11B ist eine schematische Aufsicht des auf dem Substrat 100 montierten Lasers. Wie in 11A gezeigt, sind die Bondierungsflächen 202 auf der Unterseite des Lasers 200 als Elektroden und eine Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt (203), wie etwa eine eutektische Gold-Zinn-Legierung zum Bondieren wird auf die Bondierungsflächen 202 aufbeschichtet. Der Laser 200 wird auf das Substrat 100 bondiert, indem die Bondierungsflächen 202 auf die auf dem Substrat 100 als Elektroden ausgebildete Bondierungsflächen 102 gesetzt werden, unter Einfügung des geschmolzenen Materials 203. Dann wird der Laser 200 auf dem Substrat 100 bondiert, wie in 11B gezeigt, durch den Prozess des Erhitzens und Kühlens der Bondierungsflächen 203 und 102 mit dem geschmolzenen Material 203.
  • Die 12A und 12B illustrieren kleinste Schichtstrukturen des unter Bezugnahme auf die 11A bzw. 11B beschriebenen Lasers 200 und des Substrats 100. In den 12A und 12B bezeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in 11A und 11B dasselbe Teil wie in den 11A und 11B. In den 12A und 12B ist ein mit den Bondierungsflächen 102 verbundenes Verdrahtungsmuster (102A) 0,3 μm, eine Isolierschicht (108) ist 0,3 μm, die Bondierungsfläche 102 ist 0,35 μm, das geschmolzene Material 203 ist 2–6 μm, die Bondierungsfläche 202 ist 0,5 μm, eine Isoliermembran (26) ist 0,3 μm, eine Kaschierungsschicht (231) ist 1,5 μm und die aktive Schicht 201 ist 0,14 μm dick. In der obigen Schichtstruktur, wenn der in 12A gezeigte Laser 200 mit dem in 12B gezeigten Siliziumsubstrat 100 bondiert wird, ist die Höhe von einer oberen Oberfläche des Siliziumdioxidfilms (101), der nachfolgend "Siliziumdioxidfilm oder Schicht 101" genannt wird, auf dem Substrat 100 zu einem Zentrum der aktiven Schicht 201 5,32 bis 9,32 μm. Die obige Höhe ist lediglich eine Höhe der optischen Achse des Lasers 200, was lehrt, dass die Höhe der optischen Achse im Vergleich mit einer Höhe des Zentrums des Kerns 302 in 9A oder 9B zu niedrig ist. Mit anderen Worten, wenn der Laser 200 und der optische Hohlleiter 300 direkt auf dem Substrat 100 montiert sind, wie in 9A gezeigt, tritt das Problem auf, dass es sehr schwierig ist, die optischen Achsen des Lasers 200 koinzident zum Kern 302 des optischen Hohlleiters 300 zu machen.
  • Um die Höhe der optischen Achse des Lasers 200 koinzident mit der Höhe des Kerns 302 zu machen, wird der Abstandshalter 5 zwischen dem Laser 200 und dem Substrat 100 eingefügt, wie in 10A gezeigt. Jedoch kann das Einfügen des Abstandshalters 5 aufgrund eines Fabrikationsfehlers des Abstandhalters 5 eine positionelle Abweichung zwischen den optischen Achsen des Lasers 200 und dem Kern 302 erzeugen. Das Ausmaß des Fabrikationsfehlers hängt von der Höhe der optischen Achse des Kerns 302 und eine Dicke des Abstandhalters 5 ab. Falls beispielsweise der jeweilige Fabrikationsfehler des Kerns 302 und des Abstandhalters 5 ±5% ist und wenn die Höhe der optischen Achse des Kerns 302 30 μm beträgt, wird der entsprechende Fabrikationsfehler ±1,5 μm, was dazu führt, dass insgesamt ±3 μm positionelle Abweichung zwischen dem Laser 200 und dem Kern 302 erzeugt werden. Diese positionelle Abweichung ±3 μm ist zum Durchführen des erforderlichen optischen Koppeln zu viel. Die obige Erläuterung ist beispielhaft, jedoch werden diese Ausmaße der Fabrikationsfehler häufig erzeugt, so dass es auch das Problem gibt, dass es schwierig ist, die erforderliche Kopplungseffizienz zu erhalten, wenn der Abstandhalter zwischen dem Halbleiterlaser und dem Substrat eingefügt wird.
  • Die Präambel von Anspruch 1 ist aus der JP-A-2-93415 bekannt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
  • Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Probleme des Standes der Technik, die zwischen einem Halbleiterlaser und einem optischen Hohlleiter in einem optischen Koppler und zwischen einem optischen Koppler und einer optischen Faser, die mit dem optischen Koppler zu verbinden ist, auftreten, zu lösen. Diese Aufgabe wird durch die optische Kopplungsstruktur von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Ein gewünschter Effekt einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es, das Problem zu lösen, das auftritt, wenn die Positionseinstellung zwischen einem Halbleiterlaser und dem Kern eines optischen Hohlleiters sehr präzise durchgeführt wird, was viel Zeit erfordert.
  • Ein anderer gewünschter Effekt einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es, ein anderes Problem zu lösen, dass, wenn die Achsenausrichtung zwischen dem Halbleiterlaser und dem optischen Hohlleiter unter Betrieb des Halbleiterlasers durchgeführt wird, der arbeitende Laser durch Fehlausrichtung zwischen dem arbeitenden Laser und dem optischen Hohlleiter während der Achsenausrichtung beschädigt werden kann.
  • Ein anderer gewünschter Effekt einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es, ein anderes Problem zu lösen, dass, wenn die Modengröße (oder die Punktgröße) des optischen Hohlleiters koinzident mit der Modengröße (oder der Punktgröße) des Halbleiterlasers ist, die Positionsausrichtung des optischen Hohlleiters aufgrund zu kleiner Ausrichtungstoleranz schwierig durchzuführen sein wird.
  • Noch ein anderer gewünschter Effekt einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es, ein weiteres Problem zu lösen, dass, wenn die Achsenausrichtung zwischen dem Halbleiterlaser und dem optischen Hohlleiter im optischen Koppler durchgeführt wird, die Achsenausrichtung sehr schwierig mit hoher Präzision durchzuführen ist, aufgrund der Höhe der aktiven Schicht des Halbleiterlasers, gemessen ab dem Substrat.
  • Ein anderer gewünschter Effekt einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es, die optische Kopplung zwischen dem optischen Koppler und der optischen Faser einfach zu machen.
  • Ein weiterer gewünschter Effekt einer Ausführungsform der vorliegende Erfindung ist es, die Produktzuverlässigkeit des optischen Kopplers zu erhöhen und die Produktionskosten des optischen Kopplers zu senken, was Personalausgaben vermindert und die Arbeitseffizienz vergrößert.
  • Im optischen Koppler wird die Positionsausrichtung oder die Ausrichtung der optischen Achsen des Halbleiterlasers und des optischen Hohlleiters im Betrieb zweigeteilt, von dem einer die Ausrichtung oder Einstellung in einer Horizontalrichtung durchführen soll und der andere diejenige in einer Vertikalrichtung durchführen soll, wobei die Horizontalrichtung eine Richtung rechtwinklig zur optischen Achsen des Halbleiterlasers und des optischen Hohlleiters und auf einer Ebene parallel zur oberen Oberfläche des Substrats zur Montage des Halbleiterlasers und des optischen Hohlleiters ist und die Vertikalrichtung eine Richtung rechtwinklig zu der Ebene ist.
  • Um die horizontale Ausrichtung leicht durchzuführen, sind jeweils eine Mehrzahl Laserelemente und Kerne in einer Anordnung der Halbleiterlaser bzw. der Hohlleiter angeordnet. Wie oben erwähnt, haben die Anordnungen einen Abstand jeweils so, dass der Abstand das ±2-fache der Kopplungstoleranz des Laserelements und des Kerns ist. Mittels der Anordnung der optischen Elemente auf diese Weise ist es nicht mehr notwendig, die Achsenausrichtung durchzuführen. Es ist hinreichend, nur das Laserelement und den miteinander gekoppelten Kern auszuwählen, indem die Laserelemente betätigt werden und Licht vom jeweiligem Laserelement empfangen wird. Da die Anordnung der Kerne in der Achsenausrichtung behandelt wird, kann ein Rotationsfehler aufgrund einer Rotation des Kerns auch vermindert werden. Übrigens war der Rotationsfehler im Stand der Technik sehr schwierig zu entdecken und zu beseitigen. Die Anordnungen aus Halbleiterlaser und optischen Hohlleitern werden verwendet, jedoch beeinflusst die Anzahl dieser Elemente nicht die Produktionskosten. Bei der Integrationstechnologie beeinflusst die Anzahl der Elemente die Kosten nicht so sehr.
  • Um die Modengröße (oder Punktgröße) des Halbleiterlasers mit der Modengröße (oder Punktgröße) koinzident zu machen, wird ein optischer Hohlleiter zum Umwandeln der Modengröße bereitgestellt. Vermittels der Anpassung des umwandelnden optischen Wellenleiters an den optischen Koppler kann die Modengröße so verkleinert werden, dass sie mit derjenigen des Halbleiterlasers koinzidiert. Wenn jedoch die Modesgröße klein wird, wird es schwierig, die optische Kopplung durchzuführen, aufgrund von kleinen Ausrichtungstoleranzen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind eine Mehrzahl von Laserelementen des Halbleiterlasers und Kernen des optischen Hohlleiters jeweils in einer Anordnung ausgerichtet und die angeordneten Laserelemente und die Kerne werden so platziert, dass sie zueinander gegenüberliegend sind. Wie oben erwähnt, sind die Abstände der Anordnungen so eingestellt, dass sie sich voneinander unterscheiden. Dieses Verfahren kann "Ausrichtverfahren vom Vernier-Typ" genannt werden. Das bedeutet, dass die Annahme besteht, dass eine Anordnung einer Art von optischen Elementen ein regelmäßiger Maßstab der Kaliber ist und eine andere Anordnung einer anderen Art von optischen Elementen ein Vernier-Maßstab der Kaliber ist, selbst wenn die positionale Abweichung zwischen einem regulären Maßstab und einem Vernier-Maßstab groß ist, kann zumindest einer der regulären Maßstäbe mit einem Vernier-Maßstab koinzident gemacht werden. So können durch Verwendung dieser Technik der Halbleiterlaser und der optische Hohlleiter miteinander bei sehr hoher Kopplungseffizienz ohne große Zeitverschwendung gekoppelt werden.
  • Um die vertikale Ausrichtung einfach durchzuführen, ist es erforderlich, dass die Gesamtdicke der den Hohlleiter bildenden Schichten klein ist. Um der Anforderung zu genügen, wird ein Kompositkern, der aus einem Hauptkern und einem Unterkern und einer Pufferschicht besteht, auf den Hohlleiter aufgebracht, die refraktiven Indizes der Kerne, der Kaschierungsschicht und der Pufferschicht werden geändert, die Querschnitte und Formen des Hauptkerns und des Unterkerns werden verändert, um zu verhindern, dass Licht aus dem Hohlleiter leckt. Darüber hinaus gibt es einen Fall, bei dem der Hohlleiter zum Koppeln des ausgewählten Kerns mit der optischen Faser in einfacher Weise gebogen wird. In diesem Fall ist die Breite des Subkerns verändert, um die Biegung bei einem kleinen Radius durchzuführen, um die Gesamtgröße des optischen Kopplers klein zu machen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein schematisches Diagramm eines optischen Kopplers des Standes der Technik;
  • 2A ist eine schematische Querschnittsansicht eines optischen Kopplers des Standes der Technik;
  • 2B ist eine schematische Querschnittsansicht eines anderen optischen Kopplers des Standes der Technik;
  • 3 ist ein schematisches Diagramm eines optischen Kopplers des Standes der Technik, der eine zulaufende optische Faser verwendet;
  • 4 ist eine schematische Querschnittsansicht eines optischen Kopplers des Standes der Technik, luftabgedichtet;
  • 5 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers des Standes der Technik zum Illustrieren eines typischen Beispiels der Positionseinstellung;
  • 6 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines anderen optischen Kopplers des Standes der Technik zum Illustrieren eines typischen Beispiels von Positionseinstellung;
  • 7A ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers des Standes der Technik vor Luftabdichtung;
  • 7B ist eine schematische perspektivische Ansicht des in 7A gezeigten optischen Kopplers nach Lichtabdichtung;
  • 8A ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Koppler des Standes der Technik, der einen optischen Multimodenhohlleiter und einen Abstand zum Halten eines Halbleiterlasers aufweist;
  • 8B ist eine Seitenansicht des in 8A gezeigten optischen Kopplers;
  • 9A ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers des Standes der Technik mit einer anderen Art von optischem Multimodenhohlleiter;
  • 9B ist eine Seitenansicht des in 9A gezeigten optischen Kopplers;
  • 10A ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers des Standes der Technik mit einem Abstandhalter zum Anheben des Halbleiterlasers;
  • 10B ist eine schematische Teilseitenansicht des in 10A gezeigten optischen Kopplers;
  • 11A ist eine schematische teilweise perspektivische Ansicht eines Halbleiterlasers, der auf einem Substrat in einem optischen Koppler im Stand der Technik montiert werden soll;
  • 11B ist eine Seitenansicht des auf den in 11A gezeigten Substrat montierten Halbleiterlasers;
  • 12A ist ein partieller Vertikalschnitt eines Halbleiterlasers, der bondiert werden soll;
  • 12B ist ein partieller vertikaler Abschnitt einer auf einem Substrat ausgebildeten Bondierfläche, die dafür bereit ist, mit dem in 12A gezeigten Halbleiterlaser durch Bondierung fixiert zu werden;
  • 13 ist ein schematisches Diagramm von Kernen eines optischen Hohlleiters und von Laserelementen eines optischen Halbleiterlasers, die jeweils in einer Anordnung angeordnet sind, um eine erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren;
  • 14 ist eine Abweichungstabelle zwischen den Kernen und den Laserelementen, die in 13 gezeigt sind;
  • 15 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers zum Illustrieren einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 16 ist eine Grafik zum Zeigen von Veränderungen der optischen Kopplungseffizienz zwischen einem Halbleiterlaser und einem optischen Hohlleiter;
  • 17A ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers, bevor ein Halbleiterlaser zur Luftabdichtung abgedeckt wird, um eine dritte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren;
  • 17B ist eine schematische perspektivische Ansicht des in 17A gezeigten optischen Kopplers, nachdem der Halbleiter beschichtet ist;
  • 18A ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers, bevor ein Halbleiterlaser zur Luftabdichtung beschichtet ist, um eine dritte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren;
  • 18B ist eine schematische perspektivische Ansicht des in 18A gezeigten optischen Kopplers, nachdem der Halbleiterlaser abgedeckt ist;
  • 19 ist eine schematische Aufsicht des in 17A gezeigten optischen Kopplers, optisch verbunden mit einer Photodiode zum Detektieren eines Kerns des optischen Hohlleiters, gekoppelt mit dem Halbleiterlaser, um eine fünfte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren,
  • 20A ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers mit Rillen vor Montage des optischen Kopplers auf einem Substrat und vor Abdeckung eines Halbleiterlasers;
  • 20B ist eine schematische perspektivische Ansicht des optischen Kopplers, der auf einem Substrat montiert ist und mit einer optischen Faser verbunden ist, um eine sechste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren,
  • 21 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers, der auf einem Substrat mit einer optischen Faser montiert ist, um eine siebte bevorzuge Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren;
  • 22A ist eine schematische perspektivische Ansicht eines mit einer optischen Faser gekoppelten und auf einem Substrat montierten optischen Kopplers, um eine achte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren;
  • 22B ist eine schematische vertikale Seitenansicht des mit der optischen Faser verbundenen, in 22A gezeigten optischen Kopplers;
  • 23A ist eine schematische perspektivische Ansicht eines mit einer optischen Faser verbundenen und auf einem Substrat montierten optischen Kopplers, um eine neunte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren;
  • 23B ist eine schematische vertikale Seitenansicht des mit der optischen Faser verbundenen, in 23A gezeigten optischen Kopplers,
  • 24A ist eine schematische perspektivische Ansicht eines auf einem Substrat mit Rillen montierten Halbleiterlasers;
  • 24B ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers einschließlich des in 24A gezeigten Halbleiterlasers, montiert auf einem Substrat, um eine zehnte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren;
  • 25 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers einschließlich eines optischen Hohlleiters mit unter großem Abstand an einem mit einer optischen Faser zu verbindenden Ende angeordneten Kernen, um eine elfte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren;
  • 26 ist eine schematische Aufsicht des in 25 gezeigten, mit einem Auswahlsystem zum Auswählen gekoppelter Kerne und Laserelemente verbundenen optischen Kopplers, um eine zwölfte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren;
  • 27A ist eine schematische perspektivische Ansicht des in 25 gezeigten optischen Kopplers mit Rillen;
  • 27B ist eine schematische perspektivische Ansicht des in 27A gezeigten, auf einem Substrat mit einer optischen Faser montierten optischen Kopplers, um eine dreizehnte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren;
  • 28A ist eine perspektivische schematische Ansicht des in 25 gezeigten Kopplers mit Rillen;
  • 28B ist eine schematische perspektivische Ansicht des in 28A gezeigten, auf einem Substrat in einer Mehrzahl von optischen Fasern montierten optischen Kopplers, um eine vierzehnte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren;
  • 29 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers derselben wie in 25 gezeigten Art mit Rillen derselben Anzahl wie Kernen, um eine optische Faser zu montieren, um eine fünfzehnte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren;
  • 30 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers derselben Art wie in 25 gezeigt, montiert auf einem gemeinsamen Substrat mit Rillen zum Montieren einer optischen Faser, um eine sechzehnte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren;
  • 31 ist eine schematische perspektivische Ansicht des optischen Kopplers, der in 30 gezeigt ist, montiert auf einem gemeinsamen Substrat mit Rillen zum Montieren einer Mehrzahl von optischen Fasern, um eine siebzehnte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren;
  • 32 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers derselben Art wie in 25 gezeigt, einschließlich eines luftabgedichteten Halbleiterlasers mit Rillen, um eine achtzehnte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren;
  • 33 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines mit Rillen zur Montierung einer optischen Faser verbundenen optischen Kopplers, um eine neunzehnte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren;
  • 34 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers mit einem Quarzsubstrat und einer dünnen Unterkaschierungsschicht, um eine zwanzigste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren;
  • 35 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers, der ein einzelnes Laserelement und einen Kern enthält, um eine einundzwanzigste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren;
  • 36 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers, der eine Pufferschicht beinhaltet, um eine zweiundzwanzigste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren;
  • 37A ist ein schematisches Diagramm einer Plattenstruktur beim in 36 gezeigten optischen Koppler;
  • 37B ist eine Grafik, um eine Änderung des refraktiven Index zu zeigen, die über die in 37A gezeigte Plattenstruktur erscheint,
  • 38 ist eine Grafik, um eine Änderung der elektrischen Feldstärke zu zeigen, die über die Plattenstruktur erscheint, um ein Merkmal der 22. bevorzugten Ausführungsform, die unter Bezugnahme auf 36 beschrieben worden ist, zu illustrieren;
  • 39 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers, der ein Laserelement und einen Kern beinhaltet und die Plattenstrukturen von Schichten aufweist, welche dieselbe ist wie in 36;
  • 40 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers zum Illustrieren einer 23. bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 41 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers, der ein einzelnes Laserelement und Kern beinhaltet und dasselbe Merkmal wie das der 23. bevorzugten Ausführungsform aufweist;
  • 42 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers mit einer Slave-Struktur von Schichten, um die vertikale Achsenausrichtung einfach zu machen, um eine 24. bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren;
  • 43 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers, der ein einzelnes Laserelement und einen Kern beinhaltet und dasselbe Merkmal wie bei der 24. bevorzugten Ausführungsform aufweist,
  • 44 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers, der unter Kernen eine Vertiefung aufweist, die mit einer Pufferschicht gefüllt ist, um eine 25. bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren;
  • 45 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers, der ein einzelnes Laserelement und Kern beinhaltet und dasselbe Merkmal wie bei der 25. bevorzugten Ausführungsform aufweist;
  • 46A ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Hohlleiters, der einen Hauptkern von zulaufender Form und einen Subkern beinhaltet;
  • 46B ist eine Aufsicht auf den optischen Hohlleiter in 46A;
  • 46C ist eine Grafik, um eine Änderung des refraktiven Index zu zeigen, welche über den in 46B gezeigten Hohlleiter auftritt;
  • 46D ist eine Plattenstruktur von Schichten und Änderungen der elektrischen Feldstärke, die über die Plattenstruktur an Punkten auftritt, die den in 46A gezeigten Hauptkern beinhalten, nicht beinhalten;
  • 46E ist eine Grafik, um Änderungen des refraktiven Index zu zeigen, die über die in 46D gezeigten Punkte hinweg auftreten;
  • 47A ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Halbleiterlasers, der ein einzelnes Laserelement in direkter Kopplung mit einer optischen Faser beinhaltet;
  • 47B ist eine schematische perspektivische Ansicht des gleichen Halbleiterlasers wie in 47A, der mit der gleichen optischen Faser wie in 47A durch einen optischen Hohlleiter einschließlich eines üblichen Kerns verbunden ist;
  • 47C ist eine schematische perspektivische Ansicht des gleichen Halbleiterlasers wie in 47A, der mit der gleichen optischen Faser wie in 47A durch einen optischen Hohlleiter verbunden ist, der einen zulaufenden geformten Hauptkern und einen Subkern beinhaltet;
  • 48 ist eine Grafik, um eine Veränderung einer Punktgröße von durch den Hohlleiter hindurchgehenden Licht aufgrund einer Änderung eines refraktiven Index des Hauptkerns im Falle einer Dickenänderung des Hauptkerns in 46A zu zeigen;
  • 49 ist eine Grafik, um eine Veränderung der Punktgröße aufgrund einer Änderung des relativen refraktiven Indexes im Falle einer Veränderung der Dicke des Hauptkerns in 46A zu zeigen;
  • 50 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Hohlleiters, der einen zulaufenden Hauptkern und einen Subkern, der partiell unterschiedliche Breiten aufweist, aufweist;
  • 51A ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Hohlleiters, der einen zulaufenden Hauptkern und einen Subkern aufweist, der partiell unterschiedliche Breite aufweist;
  • 51B ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Hohlleiters mit einem zulaufenden Hauptkern und einem Subkern mit einer partiell unterschiedlichen Breite;
  • 52A ist ein Querschnitt eines Einzelkern-Hohlleiters mit elektrischer Feldverteilung um den Hohlleiter herum;
  • 52B ist eine Grafik, um eine Punktgrößenänderung aufgrund einer Änderung der Breite des Einzelkerns des in 52A gezeigten Einzelkern-Hohlleiters zu zeigen;
  • 53A ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Einzelkern-Hohlleiters mit einem gebogenen Kern;
  • 53B ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Einzelkern-Hohlleiters mit einem gebogenen Kern;
  • 54A ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Einzelkern-Hohlleiters mit einem gebogenen Kern;
  • 54B ist eine Aufsicht auf den in 54B gezeigten optischen Einzelkern-Hohlleiter;
  • 55A ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Einzelkern-Hohlleiters;
  • 55B ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Einzelkern-Hohlleiters;
  • 56A ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Einzelkern-Hohlleiters;
  • 56B ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Einzelkern-Hohlleiters;
  • 56C ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Einzelkern-Hohlleiters;
  • 57 ist eine partielle schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers, der eine Mehrzahl von Kernen beinhaltet, die alle aus einem zulaufenden Hauptkern und einem Subkern bestehen, um eine 26. bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren;
  • 58 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers, um eine 27. bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren;
  • 59A, 59B und 59C sind schematische perspektivische Ansichten, um einen Bildungsprozess des in 58 gezeigten optischen Kopplers zu illustrieren;
  • 60A, 60 und 60C sind schematische perspektivische Ansichten, um einen Bildungsprozess eines luftabgedichteten Halbleiterlasers im in 58 gezeigten optischen Koppler zu illustrieren;
  • 61A ist ein schematisches Diagramm einer Plattenstruktur von Schichten, die keine Pufferschicht beinhaltet, des in 34 gezeigten optischen Kopplers;
  • 61B ist eine Grafik, um eine Änderung des refraktiven Index zu zeigen, die über die in 61A gezeigte Plattenstruktur auftritt; und
  • 62 ist eine Grafik, um eine Änderung der elektrischen Feldstärke zu zeigen, die über die in 61A gezeigte Plattenstruktur auftritt.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Zuerst unter Bezugnahme auf 13 wird ein schematisches Diagramm von zwei optischen Komponenten, die miteinander in einem optischen Koppler gekoppelt werden sollen, gezeigt. Das schematische Diagramm in 13 ist eine erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, um einen Aspekt des grundliegenden Konzeptes der vorliegenden Erfindung zu illustrieren. In 13 werden zwei Arten von optischen Komponenten, eine erste optische Komponente 300X und eine zweite optische Komponente 200X im optischen Koppler so platziert, dass sie miteinander optisch gekoppelt sind. Die optischen Komponenten bestehen jeweils aus einer Mehrzahl von optischen Elementen. Die erste optische Komponente 300X besteht aus einer Mehrzahl von ersten optischen Elementen (das erste optische Element wird nachstehend einfach "erste Elemente" genannt), die in einer Anordnung mit gleichem Abstand P1 angeordnet sind und die zweite optische Komponente 200X besteht aus einer Mehrzahl von zweiten Elementen, die in einer Anordnung mit einem gleichförmigen Abstand P2 angeordnet sind, und die Abstände P1 und P2 haben die folgende Beziehung: P2 = P1 ± 2 × T0 (1)
  • Im obigen Ausdruck (1) ist das Symbol T0 eine Toleranz, der gestattet wird, eingehalten zu werden, wenn ein erstes und ein zweites Element einzeln miteinander gekoppelt werden. Der Ausdruck (1) ist ein allgemeiner Ausdruck und 13 zeigt einen Fall, bei dem P2 = P1 + 2 × T0.
  • Wenn ein Kopplungsgrad eines ersten Elementes und eines zweiten Elementes gegenüber dem ersten Element individuell durch die ersten und zweiten Elemente gemessen wird, kann ein Paar von ersten und zweiten Elementen gefunden werden, die den größten Kopplungsgrad haben. Das ausgewählte Paar der ersten und zweiten Elemente bildet den erforderlichen optischen Koppler der ersten und zweiten optischen Komponenten 300X und 200X. Wenn beispielsweise die erste optische Komponente 300X ein optischer Hohlleiter ist, der aus Hohlleiterelementen besteht und die zweite optische Komponente 200X ein Halbleiterlaser ist, der aus Laserelementen besteht und wenn die Leistung des aus dem aktiven Laserelementes emittierten Lichts an einer Seite eines Hohlleiterelementes auf jedem Paar der Laser und Hohlleiterelemente gemessen wird, kann die größte Lichtleistung von einem bestimmten Paar erhalten werden. Das bestimmte Paar bildet einen erforderlichen optischen Koppler der ersten und zweiten optischen Komponenten 300X und 200X.
  • In 13 wird die Anzahl der ersten und zweiten Elemente unter Erwägung der Herstellungstechnik und Genauigkeit der ersten und zweiten Elemente festgelegt. Im Falle der Laser und Hohlleiterelemente, ist eine Anzahl von sieben, wie in 13 gezeigt, genug. Die Anzahl reflektiert fast keinen Einfluss auf die Produktionskosten des optischen Kopplers.
  • 13 zeigt einen Fall, bei dem ein zentrales Paar des ersten und zweiten Elementes einen erforderlichen optischen Koppler der ersten und zweiten optischen Komponenten 300X und 200X bildet, was durch die Formel Δ6 = 0 in 13 erläutert ist. Wobei Δ eine Abweichung ausdrückt, die zwischen den optischen Achsen des ersten und zweiten Elementes auftritt.
  • Wenn das erste und zweite Element wie in 13 gezeigt angeordnet sind, werden die zwischen den ersten und zweiten Elementen hergestellten Abweichungen Δ1, Δ2, ... und Δ11, –10T0, –8T0, –6T0, –4T0, –2T0, 0, 2T0, 4T0, 8T0 bzw. 10T0. Hierauf wird das ± Zeichen der Abweichung auf einer Koordinate bestimmt, die längs der Anordnung der ersten und zweiten Elemente vorgesehen ist. In der Koordinate ist eine Richtung von links nach rechts als eine Plusrichtung und umgekehrt definiert und eine durch Subtrahieren eines Koordinatenwertes des zweiten Elementes von dem des ersten Elementes erhaltener Betrag wird als der Abweichungsbetrag mit dem ± Zeichen definiert.
  • 14 ist eine Tabelle, um Abweichungen (ABWEICHUNG) Δ1, Δ2, ... und Δ11 zu zeigen, die zwischen einem ersten Element und einem zweiten Element gegenüber dem ersten Element in dem Fall existieren, wo die ersten Elemente und die zweiten Elemente im Abstand von P1 bzw. P2 angeordnet sind, die Beziehung P2 = P1 ± 2T0 aufweisen und alle ersten Elemente nach rechts um einen Betrag (SCHIEBEBETRAG) zwischen –11T0 11T0 aus den Positionen der in 13 dargestellten ersten Elemente verschoben sind. In 14 sind die Schiebebeträge der ersten Elemente in einer ersten Spalte aufgeschrieben, die links auf der Tabelle in der 14 lokalisiert ist und die Abweichungen Δ1, Δ2, ... und Δ11, die aufgrund der Schiebebeträge des ersten Elementes erzeugt werden, sind in der zweiten, dritten, ... bzw. zwölften Spalte aufgeschrieben. Daher kann gesehen werden, dass, wenn ein Schiebebetrag der ersten Elemente zwischen –9T0 und –7T0 ist (siehe zweite Reihe der ersten Spalte in 14) beispielsweise die Abweichung Δ11 einen Betrag zwischen –19T0 und 17T0 erreicht (siehe die zweite Reihe der zwölften Spalte in 14). Zu diesem Zeitpunkt in 14 wird bemerkt werden, dass die Abweichung Δ2 den Betrag von ±T0 in der zweiten Reihe der dritten Spalte annimmt. Ähnlich zum obigen Beispiel hat jede Reihe zumindest eine Abweichung ±T0, wie in 14 zu sehen. Als Ergebnis, wenn der Grad der optischen Kopplung an jedem Paar erster und zweiter Elemente gemessen wird und ein Paar mit der höchsten Kopplungseffizienz ausgewählt wird, das ausgewählte Paar eine Paarung der ersten und zweiten Elemente mit der Abweichung von ±T0 ist.
  • Anhand der obigen Beschreibung kann gesagt werden, dass, wenn zwei Arten von optischen Komponenten, eine erste und eine zweite optische Komponente, optisch gekoppelt werden, die Kopplungstoleranz der ersten und zweiten optischen Komponente N-fach erhöht wird, indem: N-Stücke der ersten und zweiten optischen Komponente bereitgestellt werden, die erste bzw. zweite optische Elemente genannt werden, die ersten und zweiten optischen Elemente gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform angeordnet werden; und ein Paar eines ersten und eines zweiten optischen Elementes aus der ersten und zweiten optischen Komponente gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform ausgewählt wird. Dies bedeutet, dass mittels des Anlegens des grundliegenden Konzeptes der vorliegenden Erfindung, die in der ersten bevorzugten Ausführungsform des optischen Kopplers beschrieben ist, die Positionseinstellung der optischen Komponenten im optischen Koppler extrem leicht durchzuführen wird, wobei die erforderliche hohe Kopplungseffizienz erzielt wird.
  • Wenn beispielsweise die zweite optische Komponente 200X ein Halbleiterlaser ist, der aus einer Anordnung von 11 Stücken von Laserelementen als den zweiten Elementen besteht und die erste optische Komponente 300X eine optische Faser ist, die aus einer Anordnung von elf Stücken von Faserelementen als erste Elemente besteht, kann ±1 μm Kopplungstoleranz leicht erhalten werden. Dies liegt daran, dass die Kopplungstoleranz zwischen der ersten und der zweiten optischen Komponente 300X und 200X, mit anderen Worten, zwischen dem Halbleiterlaser und der optischen Faser, auf ±11 μm vergrößert wird. Übrigens erzeugt allgemein ein zum Bondieren von Halbleiterchips, wie etwa den oben beschriebenen Laserelementen verwendete Bondierungsvorrichtung, eine Positionsabweichung kleiner als ±5 μm. Daher wird im obigen Beispiel die Positionseinstellung sehr leicht durchführbar.
  • Da im obigen Beispiel darüber hinaus die optischen Komponenten 200X und 300X in einer Anordnung von jeweils Elementen hergestellt werden, wird die Breite jeder Komponente groß. Als Ergebnis wird ein Rotationsfehler leicht detektiert, was zum Eliminieren des Rotationsfehlers führt. Der Rotationsfehler ist ein Fehler aufgrund des Auftretens einer Komponentenrotation um eine Rotationsachse, die durch die Komponente rechtwinklig zum Zeichenpapier von 13 hindurchgeht. Wenn die Komponente ein einzelnes Element ist, ist der Rotationsfehler schwierig zu detektieren, weil das Einzelelement von sehr kleiner Größe ist. Wenn jedoch die Komponente eine Anordnungsstruktur mit einer großen Breite ist, wird der Rotationsfehler leicht detektierbar, was zum Eliminieren des Rotationsfehlers führt.
  • 15 ist eine schematische perspektivische Ansicht, um einen optischen Koppler (1) für eine zweite bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren. Der optische Koppler 1 soll den optischen Koppler des Standes der Technik, wie den unter Bezugnahme auf 9A beschriebenen, gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform verbessern. In 15 bezeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in 9A dasselbe Teil wie in 9A. Im optischen Koppler 1 ist der Halbleiterlaser 200 eine Laseranordnung, wie aus 15, in 50 ηm Abstand angeordneten Laserelementen besteht, und der optische Hohlleiter 300 ist eine Kernanordnung, die aus 15, in 48 μm Abstand angeordneten Kernelementen besteht. Der optische Hohlleiter 300 und die Bondierungsflächen (nicht dargestellt in 15) werden auf dem Substrat 100 ausgebildet. Der Halbleiterlaser 200 wird mit dem Substrat 100 durch die Bondierungsflächen so bondiert, dass ein zentrales Laserelement des Halbleiterlasers 200 mit einem zentralen Kernelement des optischen Hohlleiters 300 koinzidieren soll. Die positionale Abweichung des Halbleiterlasers 200 von seiner Idealposition wird bei der Herstellung auf weniger als ±15 μm gehalten.
  • In der in 15 gezeigten zweiten bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat 100 aus einem einzelnen Siliziumkristall hergestellt, das so produziert wird, dass sich ein Silizium-Wafer ergibt, der eine {100}-Oberfläche aufweist, der optische Hohlleiter 300 ist aus einem organischen Hochpolymer hergestellt, die Bondierungsflächen bestehen aus Metall und der Halbleiterlaser 200 ist eine Anordnung von spezifischen Laserelementen, die alle aus einem lichtemittierenden Teil bestehen, der aus einer aktiven Schicht und einem Hohlleiterteil besteht, der am lichtemittierenden Teil angebracht ist, um eine Punktgröße zu konvertieren. Der Hohlleiterteil wird nachstehend "der Punktgrößen-konvertierende Teil" genannt. Das spezifische Laserelement ist durch das japanische Patent TOKUKRIHEI 7-66502 patentiert und in der Veröffentlichung 4-262 auf der Herbstversammlung des Japanischen Elektronik Informations- und Kommunikationsinstitutes präsentiert. Gemäß dem obigen Patent oder der Veröffentlichung wird das spezifische Laserelement monolithisch hergestellt, indem der lichtemittierende Teil und der Hohlleiterteil, der einen Kern mit veränderlicher Dicke beinhaltet, integriert werden.
  • Der Siliziumdioxidfilm 101 mit 1 μm Dicke wird auf einer Oberfläche des Siliziumsubstrats 100 ausgebildet und die Bondierungsflächen und das mit den Bondierungsflächen verbundene Verdrahtungsmuster werden auf der Siliziumschicht 101 ausgebildet. (Die Bondierungsflächen und das Verdrahtungsmuster sind in 15 nicht dargestellt.)
  • Der optische Hohlleiter 300 besteht aus einer Mehrzahl von Kernen 302, die alle einen Querschnitt von 5 μm × 5 μm mit einem refraktiven Index von 1,558 aufweisen und die Kaschierungsschicht 301 umgibt die Kerne 302. Die Kaschierungsschicht 301 hat einen refraktiven Index von 1,55 und besteht aus einer Unterkaschierungsschicht, die unter den Kernen 302 abgelegt ist und einer Überkaschierungsschicht, die über den Kernen 302 liegt, mit einer Dicke von jeweils 20 μm.
  • Der Halbleiterlaser 200 besteht aus spezifischen Laserelementen mit derselben Anzahl wie den Kernen 302 im optischen Hohlleiter 300. Der lichtemittierende Teil ist auf einem Streifen der BH-Struktur ausgebildet und der Halbleiterlaser 200 ist durch Anordnen der lichtemittierenden Teile in 50 μm Abstand ausgebildet. In jedem spezifischen Laserelement ist eine Breite des Streifens ungefähr 1,5 μm am lichtemittierenden Teil und wächst graduell auf 4,91 μm an, wenn der Streifen zum Punktgrößen-konvertierenden Teil erweitert wird. Im spezifischen Laserelement werden die Dicke und der refraktive Index des lichtemittierenden Teils so eingestellt, dass die Effizienz zum Bündeln des Lichtes auf den lichtemittierenden Teil auf zumindest 5% gehalten wird und der Punktgrößen-konvertierende Teil hat dieselbe Schichtstruktur wie der lichtemittierende Teil, nur mit dem Unterschied, dass eine Dicke des Kernteils im Punktgrößen-konvertierenden Teil graduell schrumpft, wenn der Streifen zu einem Ausgabeende des spezifischen Laserelementes ausgedehnt wird. Ein Dickenverhältnis des dicksten Teils zum dünnsten Teil des Kernteils ist 2,5:1.
  • In der in 15 gezeigten zweiten bevorzugten Ausführungsform ist die Kopplungseffizienz des Halbleiterlasers 200 und des optischen Hohlleiters 300 in einer Anordnungsrichtung, die nachfolgend eine "horizontale Richtung" genannt wird, der spezifischen Laserelemente oder der Kerne ungefähr 100%. Übrigens wird in der zweiten bevorzugten Ausführungsform, wenn die Kopplungseffizienz auf 90% abgesenkt wird, die Positionsabweichung ungefähr ±1,15 ηm, und falls die Positionsabweichung unterstützt würde, um 5 ηm zu sein, würde die Kopplungseffizienz auf so wenig wie 35% gesenkt werden.
  • Bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform ist fünfzehn als Anzahl der spezifischen Laserelemente oder der Kernelemente genug. Ein an einem optischen Hohlleiter angebrachter Halbleiterlaser kann erhalten werden, indem: die fünfzehn spezifischen Laserelemente werden veranlasst werden, Licht sukszessive zu emittieren; die Lichtintensität an der Ausgabe der Kernelemente gemessen wird; und eine Kopplung des spezifischen Laserelementes und des Kerns mit dem maximalen Ausgabelicht ausgewählt wird.
  • 16 ist eine Grafik, um Änderungen der optischen Kopplungseffizienz zu zeigen, wenn der Halbleiterlaser 200 und der optische Hohlleiter 300 relativ in horizontaler Richtung bewegt werden. In 16 zeigt eine Kurve "a" die optische Kopplungseffizienz in dem Fall an, bei dem ein Halbleiterlaser und ein optischer Hohlleiter einzeln gekoppelt sind, und eine Kurve "b" zeigt die optische Effizienz an, wenn Anordnungen vom Laser- und Kernelementen ihre Positionen in horizontaler Richtung relativ ändern und ein Paar der Elemente optisch gekoppelt ist, wie in der Beschreibung zur zweiten bevorzugten Ausführungsform erläutert.
  • Wie durch die Kurve "a" in 16 gezeigt, ist in dem Fall, bei dem der Halbleiterlaser und der optische Hohlleiter aus jeweils einem Einzelelement bestehen, die Kopplungseffizient auf 90% gesenkt, wenn die Positionsabweichung ±1,15 μm ist. Im Gegensatz zur Kurve "a" wird im Falle der in der Kurve "b" gezeigten bevorzugten zweiten Ausführungsform ein Bereich, um die Kopplungseffizienz auf mehr als 90% zu halten, auf bis zu ±15 μm ausgedehnt. Als Ergebnis können mittels des Anwendens der Weise der zweiten bevorzugten Ausführungsform auf die optische Kopplung der Halbleiterlaser und der optische Hohlleiter optisch leicht gekoppelt werden, ohne die harte optische Einstellung vorzunehmen, wie im Stand der Technik gemacht.
  • Wenn die Weise der zweiten bevorzugten Ausführungsform durchgeführt wird, muss das Material für das Substrat, den optischen Hohlleiter und das Laserelement nicht notwendigerweise auf entsprechend Silizium, Hochpolymermaterial und das Laserelement einschließlich des Punktgrößen-konvertierenden Teils beschränkt sein, wie unter Bezugnahme auf 15 beschrieben. Beispielsweise können Quarzglas und andere Arten von Glas und Keramik für das Substrat verwendet werden, wobei das Material Siliziumdioxid und Siliziumnitrid als Hauptkomponente für den optischen Hohlleiter verwendet werden kann und das Laserelement beinhaltend einen üblichen aktiven Laser als das Laserelement des Halbleiterlasers verwendet werden kann.
  • 17A und 17B sind schematische perspektivische Ansichten zum Illustrieren einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 17A ist eine Figur vor dem Platzieren eines Deckels 400 für die luftdichte Box und 17B ist eine Figur nach Platzieren des Deckels 400. In 17B kann teilweise durch das Innere der luftdichten Box gesehen werden. Die dritte bevorzugte Ausführungsform wird durch Anwenden der Weise der zweiten bevorzugten Ausführungsform, die in 5 gezeigt ist, auf den optischen Koppler des Standes der Technik, der eine lichtdichte Box beinhaltet, für den Halbleiterlaser erhalten, der unter Bezugnahme auf 7A und 7B beschrieben wird. In den 17A und 17B kennzeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in den 7A, 7B und 15 dasselbe Teil wie in den 7A, 7B und 15. Der optische Koppler der dritten bevorzugten Ausführungsform hat die luftdichte Box, die den Halbleiterlaser 200 beinhaltet, so dass solch ein optischer Koppler mit der luftdichten Box für die Anordnung des Halbleiterlasers nachfolgend "1A" nummeriert wird.
  • Wie in den 17A und 17B besteht der optische Koppler der dritten bevorzugten Ausführungsform hauptsächlich aus: dem auf der Oberfläche des Siliziumsubstrates 100 ausgebildeten Siliziumdioxidfilm; elektrischen Verdrahtungsmustern 103 und den Bondierungsflächen 102, die durch den Halbleiterlaser 200 abgedeckt sind, um den Halbleiterlaser 200 auf den Siliziumdioxidfilm 101 zu bondieren, und die auf dem Siliziumdioxidfilm 101 so ausgebildete optische Hohlleiter 300, dass das elektrische Verdrahtungsmuster 103 unter der Kaschierungsschicht 301 des optischen Hohlleiters 300 platziert ist. Der Siliziumdioxidfilm 101 dient dem Isolieren des elektrischen Verdrahtungsmusters gegenüber dem Substrat 100. Die Bondierungsflächen 102 sind auf dem Siliziumdioxidfilm 101 mit derselben Anzahl von auf der Anordnung ausgebildeten Laserelementen angeordnet und die Bondierungsfläche 102 ist elektrisch mit dem elektrischen Verdrahtungsmuster individuell verbunden. Der optische Hohlleiter 300 besteht aus der Kaschierungsschicht 301, die aus Polyimid gemacht ist und einem refraktiven Index von 1,55 aufweist, und den aus Polyimid hergestellten und einen refraktiven Index von 1,558 aufweisenden Kernen 302. Die Form des Querschnitts der Anordnung der Kerne 302, der Abstand der Kerne 302 in der Anordnung und die Dicke der Kaschierungsschicht 301 sind dieselben wie in 15. Die Kernanordnung wird durch Plasmaätzen ausgebildet.
  • Ein rechteckiges Loch (303) wird auf dem optischen Hohlleiter 303 durch RIE (Reaktives Ionen-Ätzen) unter Verwendung von Sauerstoffgasplasma ausgebildet, wie in 17A gezeigt, um die Oberfläche des Siliziumdioxidfilms 101, die Bondierflächen 102 und das elektrische Verdrahtungsmuster 103 dazu zu veranlassen, in der Mitte der Herstellung des optischen Kopplers exponiert zu sein. Der Halbleiterlaser 200 wird auf dem Siliziumdioxidfilm 101 so bondiert, dass er einer Endfläche der Kerne 302 gegenüberliegt.
  • Ein Metallrahmen (304) ist auf dem optischen Hohlleiter 300 ausgebildet, um das Loch 303 zu umgeben. Der Metallrahmen 304 wird durch Zerstäuben von Metall auf einem keramischen Mutterkörper des Metallrahmens 304 hergestellt, um mechanisch mit einem Deckel (400) verbunden zu werden. Der Deckel 304 hat ein Loch (401) innen, wie in 17B gezeigt und ein anderer Metallrahmen (402) wird um das Loch 401 bereitgestellt, um mit dem Metallrahmen 304 verbunden zu werden. Metall, Silizium oder Plastikmaterial können für den Deckel 400 verwendet werden. Wenn Metall verwendet wird, ist der Metallrahmen 402 nicht notwendig. Wenn Silizium oder Plastikmaterial für den Mutterkörper des Deckels 400 verwendet wird, kann der Metallrahmen 402 auf dem Mutterkörper durch Zerstäuben, Plattieren oder Abscheiden eines Metallfilms ausgebildet werden. Der Deckel 400 kann mechanisch mit dem Metallrahmen 304 unter Verwendung von Indium, Zinn oder Lot verbunden werden. Wenn der Mutterkörper des Deckels 400 aus Plastik ist, kann der Deckel 400 direkt an der Oberfläche des optischen Hohlleiters 300 unter Verwendung von Hochpolymerklebstoff angebunden werden, ohne die Metallrahmen 402 und 304 zu verwenden. Wenn Material mit einer hohen Wärmeresistenz, wie etwa Silizium oder Keramik für den Mutterkörper des Deckels 400 verwendet werden, können ein Verfahren zum Durchführen des Sinterns am Mutterkörper nachdem das Siebdrucken vorbei ist oder ein Verfahren zum Verbinden der Metallrahmen 304 und 402 unter Verwendung von Glas mit einem niedrigen Schmelzpunkt verwendet werden. Der Metallrahmen 304 kann durch Stanzen eines Metallblechs hergestellt werden. Im Falle der Verwendung von Metallblech wird der Metallrahmen 304 auf dem Metallrahmen 402 unter Verwendung eines Hochpolymeradhäsivs oder eines Glases mit niedrigem Schmelzpunkt angebunden. Als Ergebnis der Abdeckung des Loches 303 mit dem Deckel 400 in fester Weise kann der Halbleiterlaser 200 luftdicht abgedichtet werden.
  • In der unter Bezugnahme auf die 17A und 17 beschriebenen dritten bevorzugten Ausführungsform wird es, da Polyimid als optischer Hohlleiter 300 verwendet wird, möglich, den optischen Hohlleiter 300 und das Loch 303 nach Ausbilden der Bondierflächen 102, des Verdrahtungsmusters 103 und des Metallrahmens 304 auf dem Substrat 100 durch den Siliziumdioxidfilm 101 auszubilden. Die Bondierflächen 102, das Verdrahtungsmuster 103 und der Metallrahmen 304 werden auf einer flachen Oberfläche ausgebildet, so dass sie durch eine photolithografische Technik gebildet werden können.
  • 18A und 18B sind schematische perspektivische Ansichten des Kopplers 1A, um eine vierte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren. Der optische Koppler 1A der vierten bevorzugten Ausführungsform ist ähnlich demjenigen der dritten bevorzugten Ausführungsform, außer dass der optische Hohlleiter 300 im optischen Koppler 1A aus Quarz hergestellt ist. In den 18A und 18B bezeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in den 17A, 17B dasselbe Teil wie in den 17A, 17B. 18A illustriert, dass der Deckel 4 nicht auf das Loch 303 gesetzt ist und 18B illustriert, dass der Deckel 400 auf das Loch 303 gesetzt ist.
  • Um einen optischen Hohlleiter zu bilden, muss eine Hitzebehandlung beim Herstellprozess bei Temperaturen oberhalb von 1000°C durchgeführt werden. Daher wird das Verdrahtungsmuster 103 nach Ausbilden des optischen Hohlleiters 300 ausgebildet, so dass das Verdrahtungsmuster 103 auf einer oberen Oberfläche der Schicht des optischen Hohlleiters 300 ausgebildet wird. Im optischen Hohlleiter 300 sind die refraktiven Indizes der Kaschierungsschicht 301 und des Kerns 302 1,46 bzw. 1,4673, der Querschnitt des Kerns 302 ist 5 μm × 5 μm rechtwinklig und die Dicke der Unterkaschierungsschicht und der Überkaschierungsschicht ist jeweils 30 μm.
  • Das Verdrahtungsmuster 103 und die Bondierflächen 102 werden am Siliziumdioxidfilm 101 im Loch 303 ausgebildet und der Halbleiterlaser 200 wird am Siliziumdioxidfilm 101 durch die Bondierflächen 102 bondiert. Bei der vierten bevorzugten Ausführungsform werden die Bondierungsflächen 102 ausgebildet, nachdem der optische Hohlleiter 300 und das Loch 303 ausgebildet sind. Das heißt, die Bondierflächen 102 werden durch Anwenden einer photolithographischen Technik auf eine Oberfläche mit einem unterschiedlichen Pegel aufgrund des Loches 303 ausgebildet, so dass die Positionsabweichung der Bondierflächen 102 dazu tendiert, so groß wie ±5 μm zu werden. Da jedoch die Abweichung ±5 μm hinreichend klein im Vergleich mit der Kopplungstoleranz von ±15 μm zwischen dem Halbleiterlaser 200 und dem Kern 302 ist, stellt die Positionsabweichung der Bondierflächen 102 kein Problem bei der Kopplungseffizienz des optischen Kopplers 1A dar.
  • Bei den dritten und vierten bevorzugten Ausführungsformen kann der optische Koppler 1A so klein wie 2 mm × 2 mm × 2 mm in Größe gemacht werden, obwohl sie luftdichte optische Koppler sind. Aufgrund der kleinen Größe kann die Temperatursteuerung durch den optischen Koppler 1A leicht durchgeführt werden, indem der optische Koppler 1A an einem Kühlelement, wie einem Peltier-Effektelement, anzementiert wird.
  • Wenn der optische Koppler der dritten bevorzugten Ausführungsform, der unter Bezugnahme auf die 17A und 17B beschrieben ist, oder die unter Bezugnahme auf 18A und 18B beschriebene vierte bevorzugte Ausführungsform mit einer optischen Faser gekoppelt wird, müssen die optischen Achsen des optischen Kopplers 1A und der optischen Faser ausgerichtet (optional gekoppelt) bei hoher Kopplungseffizienz in einer Horizontalrichtung und einer Vertikalrichtung ausgerichtet werden. Wobei die horizontale Richtung eine Anordnungsrichtung des Halbleiterlasers 200 oder des optischen Hohlleiters 300 ist und die vertikale Richtung eine Richtung rechtwinklig zu einer Ebene ist, die die Anordnung des Halbleiterlasers 200 oder des optischen Hohlleiters 300 beinhaltet. Methoden zum Ausrichten der optischen Achsen des optischen Kopplers und der optischen Faser und Mittel zum Ausführen der Verfahren werden unter Bezugnahme auf die 20 bis 23 beschrieben, welche die Achsenausrichtung in horizontaler Richtung betreffen und unter Bezugnahme auf die 24, 26 bis 31, bezüglich der Achsenausrichtung in vertikaler Richtung (23 beinhaltet teils Mittel zum Ausführen der optischen Kopplung in vertikaler Richtung).
  • 19 ist eine schematische Aufsicht auf den optischen Koppler 1A, der in 17A gezeigt worden ist, um eine fünfte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren. Das heißt, unter Verwendung der fünften bevorzugten Ausführungsform wird ein Mittel zum Auswählen einer Kopplung eines Kernelementes und eines Laserelementes, welche die höchste Kopplungseffizienz aufweisen, erläutert werden. In 19 bezeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in 17A dasselbe Teil wie in 17A. In 19 wird die Intensität des vom optischen Hohlleiters 300 ausgegebenen Lichts durch eine Photodiode (2) mit einem Lichtempfangspunkt von 2 mm Durchmesser gemessen. Da der Durchmesser des lichtempfänglichen Punktes sehr groß im Vergleich zur Breite (ungefähr 0,7 mm) des in einer Anordnung untergebrachten Kerne 302 ist, falls die Photodiode 2 ungefähr am Zentrum eines Ausgabeanschlusses des Kerns 302 platziert ist, kann die gesamte Lichtausgabe von den Kernen 302 durch die Photodiode 2 gemessen werden. Wenn daher ein konstanter Strom durch ein Laserelement des Halbleiterlasers 200 nacheinander zugeführt wird, der in 19 nicht dargestellt ist, und die Lichtausgabe von den Kernen 302 wird durch die Photodiode 2 gemessen wird, kann eine Kopplung eines Laserelementes und eines Kerns mit der höchsten Kopplungseffizienz ausgewählt werden.
  • Als Nächstes werden Mittel zum optischen Koppeln einer optischen Faser mit dem in 17A und 17B gezeigten optischen Koppler 1A unter Bezugnahme auf die 20 (A und B) 21, 22 (A und B) und 23 (A und B) als jeweils eine sechste, eine siebte, eine achte und eine neunte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 20A ist eine schematische perspektivische Ansicht des optischen Kopplers 1A mit einem partiell modifizierten Substrat, um so auf einer gemeinsamen Struktur montiert zu werden, und 20B ist eine schematische perspektivische Ansicht, um die sechste bevorzugte Ausführungsform zu illustrieren, bei welcher der optische Koppler 1A optisch leicht mit einer optischen Faser verbunden werden kann. In den 20A und 20B bezeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in den 17A und 17B dasselbe Teil wie in 17A und 17B.
  • In den 20A und 20B besteht die sechste bevorzugte Ausführungsform aus: einem gemeinsamen Substrat (110) mit Führungsschienen (111) auf einer oberen Oberfläche desselben; einem Substrat (120) zum Befestigen der optischen Faser 3, welche Rillen (122) auf einer unteren Oberfläche desselben aufweist, um das Substrat 120 zum Gleiten auf den Führungsschienen 111 zu bringen, und eine andere Rille (121) zum Montieren der optischen Faser 3 daran, oder einer oberen Oberfläche derselben und der optische Koppler 1A, der ein Substrat (100A) mit Rillen (104) beinhaltet, die auf den Führungsschienen 111 gleiten und einer unteren Oberfläche derselben.
  • Das gemeinsame Substrat 110 ist ein Silizium-Wafer mit einer {11}-Oberfläche. Die Schienen 111 werden durch die folgenden Prozesse ausgebildet: Ausbilden einer Siliziumdioxidschicht durch thermisches Oxidationsverfahren, was in den 20A und 20B nicht dargestellt ist, auf dem gemeinsamen Substrat 110, Ausbilden einer Ätzmaske, die für die richtige Bemusterung verwendet werden soll, durch eine Photolithographie und ein Ätzverfahren; und Ausbilden der Schienen 111 auf dem gemeinsamen Substrat 110 durch einen Prozess des Nassätzens, der anisotroper Ätzprozess genannt wird, der unter Verwendung einer starken Alkaliflüssigkeit durchgeführt wird. Wenn die Schiene 111 ausgebildet wird, wird ein streifenförmiges Ätzmaskenmuster, das aus der Siliziumdioxidschicht hergestellt ist, und sich auf eine Richtung von <110> erstreckt, verwendet.
  • Die Substrate 100A und 120 sind auch das Siliziumsubstrat mit der {100}-Oberfläche und die Rillen 104 und 122 werden auch durch anisotropes Ätzen ausgebildet. Wenn die Ätzmaske für die Rillen 104 und 122 ausgebildet wird, wird eine Vorrichtung dafür, die Masken dazu zu bringen, auf beiden Seiten miteinander zu koinzidieren, so verwendet, dass die Positionen des Musters für die Kerne 302 und die Rille 121 relativ konstant gehalten werden. Die Rille 121 wird so ausgebildet, dass die in der Rille 121 montierte optische Faser 3 korrekt platziert ist, um so dem Kern 302 gegenüber zu liegen, der anhand der vierten bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 19 ausgewählt ist.
  • 21 ist eine schematische perspektivische Ansicht, um die siebte bevorzugte Ausführungsform zu illustrieren, bei der der optische Koppler 1A und die optische Faser leicht optisch verbunden werden können. Die siebte bevorzugte Ausführungsform wird durch teilweises Abändern der sechsten bevorzugten Ausführungsform erhalten. In 21 kennzeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in 20 dasselbe Teil wie in 20.
  • Die siebte bevorzugte Ausführungsform ähnelt der sechsten bevorzugten Ausführungsform, außer dass eine Höhe der Schiene 111 von der oberen Oberfläche niedrig im Vergleich zu der der sechsten bevorzugten Ausführungsform ist und die Anzahl von Rillen 122 und 104 vergrößert ist, so dass die Abstände der Rillen 122 und 104 jeweils dieselben wie die der Kerne 302 sind. Indem das gemacht wird und die in der fünften bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 19 beschriebene Weise angewendet wird, kann ein Kern 302 leicht ausgewählt werden, um optisch mit einem Laserelement des Halbleiterlasers 200 verbunden zu werden. In 21 ist ein Paar der Führungsschienen 111 dargestellt. Jedoch kann eine Mehrzahl von Paaren der Führungsschienen 111 verwendet werden. In diesem Fall ist es notwendig, einen Abstand der Führungsschienen 111 gleich dem Abstand der Kerne 302 zu machen.
  • 22A ist eine perspektivische Ansicht zum Illustrieren der achten bevorzugten Ausführungsform, die durch Modifizieren der siebten bevorzugten Ausführungsform erhalten wird, die unter Bezugnahme auf die 20A und 20B beschrieben worden ist, und 22B ist eine Seitenaufsicht, die von einer Seite der optischen Faser 3 in 22A gesehen wird. In den 22A und 22B kennzeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in den 20A und 20B dasselbe Teil wie in den 22A und 22B.
  • In den 22A und 22B wird eine Mehrzahl von Rillen (123) auf der oberen Oberfläche des Substrats 120 ausgebildet, um die optische Faser 3 unter einem Abstand, der gleich ist dem Abstand der Kerne 302 (siehe 19) zu montieren, und ein Block (130) ist am Substrat 120 vorgesehen, um die optische Faser 3 auf dem Substrat 120 unten zu halten. Eine Mehrzahl von Rillen (132) ist auf der unteren Oberfläche des Blocks 130 mit demselben Abstand der Rillen 123 ausgebildet, so dass die Rillen 132 in Eingriff mit den Rillen 123 kommen, und eine Rille (131) ist auch auf der unteren Oberfläche des Blocks 130 ungefähr am Zentrum der Rillen 132 ausgebildet, um die optische Faser 3 auf einer der Rillen 123 unten zu halten. Die Rillen 123 werden auf der oberen Oberfläche des Substrats 120 ausgebildet, indem ein anisotropes Ätzen des Substrates 120 durchgeführt wird. Der Block 130 besteht aus einem Siliziumsubstrat mit einer {100}-Oberfläche und die Rille 131 und die Rillen 132 werden durch Durchführen anisotroper Ätzung an den Oberflächen ausgebildet.
  • Einer der Kerne 302 kann so ausgewählt werden, dass er typischerweise mit der optischen Faser 3 mit der höchsten Kopplungseffizient optisch gekoppelt wird, indem der Block 130 horizontal verschoben wird, wobei der in der fünften bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 19 beschriebene Auswahlweg angewendet wird.
  • 23A ist eine schematische perspektivische Ansicht, um die neunte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren, die durch Kombinieren der siebten und achten bevorzugten Ausführungsform erhalten wird. 23B ist eine Seitenansicht, die von einer Seite der optischen Faser 3 betrachtet wird. In den 23A und 23B kennzeichnet dasselbe Bezugszeichen dasselbe Teil wie in den 21 und 22A. Das Material des Blocks und das Substrat und die Ausbildung der Rillen sind jeweils dieselbe wie diejenige für die achte und neunte bevorzugte Ausführungsform. Abweichend von der siebten bevorzugten Ausführungsform (21) werden die Rillen 122 in der neunten bevorzugten Ausführungsform (23A und 23B) so ausgebildet, dass die Rillen 122 verschiedene Tiefe für jeden Satz der Rillen 122 aufweisen und ein Intervall zwischen den zueinander angrenzenden Sätzen ein ganzzahliges Vielfaches des Abstandes der Rillen 123 wird. Wobei der Satz von Rillen 122 ein Paar von Rillen 122 bedeutet, die dasselbe Intervall wie das Intervall der Rillen 111 aufweisen.
  • Vermittels des Gebens der unterschiedlichen Tiefe der Rillen 122 wie oben beschrieben, kann die optische Achse der optischen Faser 3 vertikal in ihrer Position verändert werden, was es der Achse der optischen Faser 3 gestattet, vertikal gegenüber einem Laserelement des Halbleiterlasers 200, der in 23A nicht dargestellt ist, eingestellt zu werden. Weiterhin kann, gleich wie bei der achten bevorzugten Ausführungsform, die optische Faser 3 horizontal durch Verschieben des Blockes 130 horizontal auf den Rillen 123 bewegt werden. Daher kann in der neunten bevorzugten Ausführungsform ein Kern 302 so ausgewählt werden, dass er optisch mit dem Laserelement mit der höchsten Kopplungseffizienz gekoppelt ist, indem: zuerst der Satz von Rillen 122 für die vertikale Positionseinstellung der optischen Faser 3 ausgewählt wird; und zweitens der Block 130 auf den Rillen 123 für die horizontale Positionseinstellung der optischen Faser 3 verschoben wird.
  • In der sechsten bis neunten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind Verfahren und Mittel zum Ausführen der optischen Kopplung des optischen Kopplers und der optischen Faser in Horizontalrichtung beschrieben worden. Um jedoch die Kopplungseffizienz weiter zu vergrößern, muss die Achsenausrichtung dieser Teile auch in vertikaler Richtung durchgeführt werden. Die 24 (A, B), 26 bis 31 zeigen bevorzugte Ausführungsformen zum Ausführen der Achsenausrichtung in vertikaler Richtung.
  • 24B ist eine schematische perspektivische Ansicht, um einen optischen Koppler der zehnten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren, der durch Modifizieren der zweiten bevorzugten Ausführungsform (15) und unter Berücksichtigung der Struktur der achten bevorzugten Ausführungsform (22A) erhalten wird. 24A ist eine schematische perspektivische Ansicht des Halbleiterlasers 200, der auf einem Substrat des optischen Kopplers, wie in 24B gezeigt ist, montiert werden soll. In den 24A und 24B kennzeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in den 15 und 22A dasselbe Teil wie in den 15 und 22A. In den 24A und 24B sind der Halbleiterlaser 200 und der optische Hohlleiter 300 auf den Substraten (170) bzw. (140) montiert. Paare von Rillen 134 und 141 sind auf Bodenoberflächen des Substrates 170 bzw. 140 jeweils so ausgebildet, dass die Substrate 170 und 140 auf den Schienen 111 gleiten können, die auf dem gemeinsamen Substrat 110 ausgebildet sind.
  • Vermittels der zehnten bevorzugten Ausführungsform kann die Position der Kerne 302 vertikal eingestellt werden, so dass die Achsenausrichtung der Laserelemente des Halbleiterlasers 200 und der Kerne 302 des optischen Hohlleiters 300 in vertikaler Richtung vorgenommen werden kann. Weiterhin gibt es in der zehnten bevorzugten Ausführungsform den Vorteil, dass das Substrat 170 zum Bondieren des Halbleiterlasers 200 und der optische Hohlleiter 300 unabhängig hergestellt werden können. Falls daher ein Hochtemperaturprozess erforderlich ist, um den optischen Hohlleiter 300 herzustellen, kann der Prozess ohne Einflussnahme auf den Halbleiterlaser 200, der auf dem Substrat 170 montiert ist, gehandhabt werden. Wenn das Substrat 120 zum Montieren der optischen Faser 3 kombiniert wird mit dem optischen Koppler, wie in der siebten bevorzugten Ausführungsform (21) der achten bevorzugten Ausführungsform 22A und der neunten bevorzugten Ausführungsform 23A gezeigt, kann der optische Koppler der zehnten bevorzugten Ausführungsform mit der optischen Faser 3 optisch gekoppelt werden.
  • 25 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers, um eine elfte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren, die durch Modifizieren eines Musters der Kerne 302 in der zweiten bevorzugten Ausführungsform (15) erhalten wird. In 25 kennzeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in 15 dasselbe Teil wie in 25. In 25 ist der Abstand der Kerne 302 derselbe wie in 15 auf einer Laserseite des optischen Hohlleiters 300, jedoch ist der Abstand bis zu 250 μm auf der anderen Seite (einer Außenseite) des optischen Hohlleiters 300 erweitert. Indem das gemacht wird, kann die Achsenausrichtung des optischen Kopplers und der optischen Faser leicht durchgeführt werden, wie unter Bezugnahme auf 26 beschrieben wird.
  • 26 ist eine schematische Aufsicht zum Illustrieren einer zwölften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der der optische Koppler der elften bevorzugten Ausführungsform (25) optisch mit einem Mittel (Auswahlsystem) zum Auswählen eines Paars von Laserelement und Kern, die optisch bei einer Spitzenkopplungseffizienz gekoppelt sind, verbunden ist. In 26 bezeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in 25 dasselbe Teil wie in 25. In 26 sind an der Außenseite des Kerns 302 Photodioden 2 einzeln optisch mit den Kernen 302 verbunden und eine Laserantriebsvorrichtung (21) zum sukzessiven Antreiben des Halbleiterlasers 200 und einer Strommessvorrichtung zum Messen von Strom aus den Photodioden 2 werden bereitgestellt. Ein Paar des Kerns 302 und ein optisch bei der höchsten Kopplungseffizienz gekoppeltes Laserelement wird durch Messen des Stroms aus den Photodioden 2 synchron zum Antrieb eines Laserelementes des Halbleiterlasers 200 ausgewählt. Da die Kerne 302 mit einem großen Abstand am Ausgabeende angeordnet sind, können die Photodioden 2 leicht angeordnet werden, was ein Vorteil der zwölften bevorzugten Ausführungsform ist.
  • Nach Auswählen eines Paars des Kerns 302 und des Laserelements gemäß der zwölften bevorzugten Ausführungsform wird der optische Koppler in 26 optisch mit der optischen Faser 3 gekoppelt, wie in der Beschreibung der sechsten, der siebten, der achten und der neunten bevorzugten Ausführungsform erläutert.
  • 27B ist eine schematische perspektivische Ansicht einer dreizehnten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der der in der elften bevorzugten Ausführungsform (25) verwendete optische Koppler mit der optischen Faser 3 verbunden ist. 27A ist eine schematische perspektivische Ansicht des optischen Kopplers, welche der gleiche ist wie der optische Koppler in der elften bevorzugten Ausführungsform (25), aber die Rillen 104 auf der Unterseite des Substrates 100, gleich wie in 20A, aufweist. In den 27 (A und B) bezeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in 20 (A, B) und 25 dasselbe Teil wie in den 20 (A, B) und 25. In den 27 (A und B) sind die Schienen 111 auf dem gemeinsamen Substrat 110 ausgebildet, sind die Rillen 104 auf dem Substrat 100A des in 27A gezeigten optischen Kopplers ausgebildet und sind die Rillen 122 auf dem Substrat 120 der optischen Faser 3 ausgebildet. Als Ergebnis können der optische Koppler und die optische Faser 3 auf den Schienen 111 in gleicher Weise wie in der sechsten bevorzugten Ausführungsform (20B) gleiten. Weiterhin werden eine Mehrzahl von Rillen zum Führen der optischen Faser 3 auf der oberen Oberfläche des Substrats 120 in 250 μm Abstand ausgebildet, welches derselbe wie bei den Kernen 302 ist. Als Ergebnis kann die optische Faser 3 mit irgendeinem Kern 302 des optischen Kopplers gekoppelt werden, mit anderen Worten, kann die optische Faser 3 leicht dazu gebracht werden, mit dem ausgewählten Kern 302 gekoppelt zu werden.
  • 28B ist eine schematische perspektivische Ansicht einer vierzehnten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der der optische Koppler in der elften bevorzugten Ausführungsform (25) mit einer Mehrzahl der optischen Fasern 3 verbunden ist. 28A ist eine schematische perspektivische Ansicht des optischen Kopplers in der vierzehnten bevorzugten Ausführungsform, ist aber derselbe wie der optische Koppler in der dreizehnten bevorzugten Ausführungsform. Die vierzehnte bevorzugte Ausführungsform ähnelt der dreizehnten bevorzugten Ausführungsform, außer, dass eine Mehrzahl von optischen Fasern 3 vorab auf die Rillen 121 gesetzt werden. Als Ergebnis kann eine Kopplung von Kern 302 und Laserelement durch Detektieren der Lichtintensitätsausgabe aus den optischen Fasern 3 ausgewählt werden. Im Falle der vierzehnten bevorzugten Ausführungsform ist es nicht notwendig, die optischen Dioden 2 und die an den optischen Dioden 2 angebrachte Vorrichtung, wie in der zwölften bevorzugten Ausführungsform (26) beschrieben, vorzubereiten. Da die optischen Fasern 3 nicht so teuer sind, gibt es einen Fall, bei dem die Gesamtausgaben für die vierzehnte bevorzugte Ausführungsform kleiner sind als die für die dreizehnte bevorzugte Ausführungsform.
  • 29 ist eine schematische perspektivische Ansicht, um eine fünfzehnte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren, die durch Modifizieren der dreizehnten bevorzugten Ausführungsform (27) erhalten wird, zu illustrieren. In 29 bezeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in 27 dasselbe Teil wie in 27. In der fünfzehnten bevorzugten Ausführungsform wird ein gemeinsames Substrat (150) direkt für den optischen Koppler und die optische Faser 3 verwendet, anstelle der Verwendung von getrennten Substraten 120 und 100A, wie in 27 gezeigt. Vermittels der Verwendung von nur dem gemeinsamen Substrat 150 gibt es keine Notwendigkeit, eine Positionseinstellung zwischen den Substraten für den optischen Koppler und der optischen Faser durchzuführen.
  • 30 und 31 sind schematische perspektivische Ansichten zum Illustrieren einer sechzehnten bzw. einer siebzehnten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die sechzehnte bevorzugte Ausführungsform und die siebzehnte bevorzugte Ausführungsform werden durch Modifizieren der dreizehnten bevorzugten Ausführungsform (27B) bzw. der vierzehnten bevorzugten Ausführungsform (28B) so erhalten, dass der Halbleiterlaser 200 auf dem Substrat 170, das ausschließlich für den Halbleiterlaser 200 verwendet wird, ausgebildet ist, gleich wie in der zehnten bevorzugten Ausführungsform (24B). In 30 kennzeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in 24B und 27B denselben Teil wie in 24B und 27B und in 31 bezeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in 24B und 28B dasselbe Teil wie in 24B und 28B. In der sechzehnten und siebzehnten bevorzugten Ausführungsform (30 und 31) werden der Halbleiterlaser 200 bzw. der optische Hohlleiter 300 auf den Substraten 170 und 140 ausgebildet, die auf den auf dem gemeinsamen Substrat 110 ausgebildeten Schienen gleiten, gleichermaßen wie in der zehnten bevorzugten Ausführungsform (24B). Dadurch hat die sechzehnte bevorzugte Ausführungsform die Vorteile der dreizehnten und der zehnten bevorzugten Ausführungsform und die siebzehnte bevorzugte Ausführungsform hat die Vorteile der vierzehnten und der zehnten bevorzugten Ausführungsform. Das bedeutet, in der sechzehnten und der siebzehnten bevorzugten Ausführungsform kann die vertikale Positionseinstellung der optischen Faser 300 jeweils gegenüber der Position des Halbleiterlasers durchgeführt werden.
  • 32 ist eine schematische perspektivische Ansicht des optischen Kopplers 1A, um eine achtzehnte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren. Die achtzehnte bevorzugte Ausführungsform wir durch Modifizieren der elften bevorzugten Ausführungsform (25) erhalten, so dass der optische Koppler 1A aus dem luftabgedichteten Halbleiterlaser 200 und dem optischen Hohlleiter 300 besteht, der die Kerne 302 in einem Abstand angeordnet aufweist, der graduell steigt, wenn die Kerne 302 zum Ende des optischen Kopplers 1A kommen, gleichermaßen wie der optische Hohlleiter 300 in der elften bevorzugten Ausführungsform. In 32 bezeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in den 17A und 25 dasselbe Teil wie in den 17A und 25. In 32 ist die Struktur und das Herstellverfahren des luftabgedichteten Halbleiterlasers dasselbe wie dasjenige in der dritten bevorzugten Ausführungsform (17A und 17B).
  • 33 ist eine schematische perspektivische Ansicht des mit der optischen Faser 3 gekoppelten optischen Kopplers 1A, um eine neunzehnte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren. Die neunzehnte bevorzugte Ausführungsform wird durch Anwenden des luftabgedichteten Halbleiterlasers 200 auf die fünfzehnte bevorzugte Ausführungsform (29) erhalten. In 33 bezeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in 29 dasselbe Teil wie in 29. Das Merkmal der neunzehnten bevorzugten Ausführungsform ist dasselbe wie das der fünfzehnten bevorzugten Ausführungsform.
  • Gleichermaßen wie im Fall der optischen Achsenausrichtung des optischen Kopplers und der optischen Faser, die oben beschrieben worden sind, ist die vertikale Richtungseinstellung für die optischen Achsenausrichtung des Halbleiterlasers 200 und des optischen Hohlleiters 300 im optischen Koppler wichtig. Die 34 bis 43 illustrieren Mittel zum Durchführen der optischen Achsenausrichtung des Halbleiterlasers und des optischen Hohlleiters im optischen Koppler in vertikaler Richtung. Die optische Achsenausrichtung in vertikaler Richtung wird nachfolgend einfach als "vertikale Achsenausrichtung" bezeichnet.
  • 34 ist eine schematische perspektivische Ansicht zum Illustrieren des optischen Kopplers 1 einer zwanzigsten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 34 bezeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in 15 dasselbe Teil wie in 15. In 15 besteht der optische Koppler 1 aus einem Substrat (160), das aus Quarz gemacht ist und dem optischen Hohlleiter 300 bzw. dem auf dem Substrat 160 ausgebildeten Halbleiterlaser 200. Der optische Hohlleiter 300 besteht aus der Unterkaschierungsschicht 301A, den Kernen 302 und der Überkaschierungsschicht 301B. Der refraktive Index des Substrats 160 beträgt 1,46 und derjenige der Unterkaschierungsschicht 301A und der Überkaschierungsschicht 301B ist jeweils 1,55 und der Unterschied im relativen refraktiven Index zwischen der Überkaschierungsschicht 301B und dem Kern 302 und zwischen der Unterkaschierungsschicht 301A und dem Kern 102 ist jeweils 0,5%. Es wird Polyimid für die Kaschierungsschichten 301A und 301B und die Kerne 302 verwendet.
  • In der zwanzigsten bevorzugten Ausführungsform, da die Unterkaschierungsschicht 301A ausgedünnt werden kann, aufgrund des kleinen refraktiven Index des Substrates 160, kann eine Höhe der Kerne 302 von der oberen Oberfläche des Substrates 160 so eingestellt werden, dass sie mit einer Höhe des Laserelements übereinstimmt. Wenn die Dicke der Unterkaschierungsschicht 301A auf 4 μm eingestellt wird und die der Kerne 302 auf 5 μm eingestellt wird, kann die Höhe der Kerne 302, die in diesem Fall 6,5 μm wird, gleich der Höhe der optischen Achsen der Laserelemente gemacht werden, die 5,32 μm~9,32 μm ist. In diesem Fall, da die Höhe der optischen Achsen der Kerne so niedrig wie 6,5 μm ist, wird eine Differenz zwischen der Höhe der Kerne 302 und der Höhe der Laserelemente so klein wie etwa kleiner als ±0,4 μm, was kleiner ist als eine gestattete positionale Abweichung im optischen Koppler. Die gestattete positionale Abweichung beträgt ±1 μm, so dass die erforderliche Kopplungseffizienz selbst dann erhalten werden kann, wenn es einige Fehler bei der Herstellung gibt. Die zwanzigste bevorzugte Ausführungsform ist nicht nur für die Achsenvertikalausrichtung der Anordnungen des Laserelementes und der Kerne effektiv, sondern auch für die Achsenvertikalausrichtung eines einzelnen Laserelementes und Kerns, wie in 35 gezeigt.
  • 35 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers einer einundzwanzigstens bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die ein einzelnes Laserelement und einen Kern beinhaltet. In der einundzwanzigstens bevorzugten Ausführungsform kann die Achsenvertikalausrichtung des Laserelementes und Kerns leicht durch Steuern eines Fabrikationsprozesses des optischen Kopplers durchgeführt werden. In 35 bezeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in 34 dasselbe Teil wie in 34. In 35 besteht der optische Koppler aus dem gemeinsamen Substrat 160, dem ein einzelnes Laserelement aufweisenden Halbleiterlaser 200 und dem einen Einzelkern 302 aufweisenden optischen Hohlleiter 300. Der optische Hohlleiter 300 wird durch Ausbilden der Unterkaschierungsschicht 301A, des Kerns 302 und der Überkaschierungsschicht 301B auf dem gemeinsamen Substrat 160 hergestellt. Die refraktiven Indizes des gemeinsamen Substrates 160, der Unterkaschierungsschicht 301A und der Überkaschierungsschicht 301B sind dieselben wie bei der zwanzigstens bevorzugten Ausführungsform (34) und die relativen refraktiven Indexdifferenzen zwischen der Unterkaschierungsschicht 301A und dem Kern 302 und zwischen der Überkaschierungsschicht 301B und dem Kern 302 sind ebenfalls dieselben wie bei der zwanzigstens bevorzugten Ausführungsform.
  • 36 ist eine schematische perspektivische Ansicht des optischen Kopplers 1, der angeordnete Laserelemente und Kerne beinhaltet, um eine zweiundzwanzigste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren. In der zweiundzwanzigsten bevorzugten Ausführungsform kann die Achsenvertikalausrichtung der angeordneten Laserelemente und Kerne leicht durchgeführt werden. In 36 bezeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in 15 und 35 dasselbe Teil wie in den 15 und 34.
  • In 36 ist das Substrat 100 aus Silizium hergestellt, die nicht in 36, aber in 15 dargestellte Siliziumdioxidschicht 101 ist auf dem Substrat 100 in 2 μm Stärke ausgebildet, eine Pufferschicht 310 ist auf der Siliziumdioxidschicht 101 ausgebildet und der aus der Unterschicht 301A, dem Kern 302 und der Oberkaschierungsschicht 301B bestehende optische Hohlleiter 300 ist auf der Pufferschicht 310 ausgebildet. Die Bondierflächen und das Verdrahtungsmuster, die in 36 nicht dargestellt sind, sind auf der Siliziumdioxidschicht 101 ausgebildet. Die Siliziumdioxidschicht 101 wird durch thermisches Oxidieren auf der gesamten oberen Oberfläche des Substrates 100 in 2 μm Stärke ausgebildet. Die Pufferschicht 310 wird partiell auf der thermischen Oxidschicht 101 in 3,2 μm Stärke ausgebildet, um so nur unter dem optischen Hohlleiter 300 zu sein, durch ein konventionelles CVD (Chemische Dampfabscheidung)-Verfahren.
  • Im optischen Hohlleiter 300 sind die refraktiven Indizes der Unterkaschierungsschicht 301 bzw. der Überkaschierungsschicht 301B 1,55, die relative refraktive Indexdifferenz zwischen der Unterkaschierungsschicht 301A (oder der Überkaschierungsschicht 301B) und dem Kern 302 beträgt 0,5%, die Querschnittsgröße ist 6 μm × 6 μm und die Dicke der Unterkaschierungsschicht 301A ist 2 μm.
  • Da der refraktive Index der Pufferschicht 310 niedriger ist als der der Unterkaschierungsschicht 301A, sinkt das elektrische Feld am Substrat 100 plötzlich, wie unter Bezugnahme auf die 37 (A, B) und 38 erläutert wird. 37A zeigt eine Schichtstruktur, die nachfolgend als "Plattenstruktur" bezeichnet wird, bestehend aus der Pufferschicht 310, der Unterkaschierungsschicht 301A, dem Kern 302 und der Überkaschierungsschicht 301B in 36. 37B zeigt die Verteilung der partiellen refraktiven Indizes, die an jeder Position auf der Y-Y'-Linie in 37A auftreten. 38 ist eine Grafik, welche die Beziehung zwischen dem elektrischen Feld und den refraktiven Indizes in der Plattenstruktur des optischen Hohlleiters zeigt. In 38 zeigt die Abszisse den Abstand vom Kern 302, eine Kurve (a) zeigt die Stärkeverteilung des elektrischen Feldes (relativer Wert), die längs der Linie Y-Y' in 37A auftritt, eine Kurve (b) zeigt die Verteilung der refraktiven Indizes in gleicher Weise wie in 37B und P1 gibt den Abstand, wenn die relative Stärke des elektrischen Feldes 10–6 ist, an.
  • Wie aus der Grafik in 38 zu sehen, selbst obwohl die Unterkaschierungsschicht 301 wie in 36 gezeigt dünn ist, sinkt die Stärke des vom Kern 302 an das Substrat 100 übertragenen Lichtes plötzlich, wenn das Licht den Kern 302 verlässt. Dieses Phänomen wird klar durch Vergleichen mit dem in einer üblichen Plattenstruktur ohne Pufferschicht auftretenden Phänomen erkannt werden. 61A zeigt die aus der Unterkaschierungsschicht 301A, dem Kern 302 und der Überkaschierungsschicht 301B, wie in 34 gezeigt, bestehende Plattenstruktur. 61B zeigt die Verteilung der refraktiven Indizes, die an Position auf der Linie Y-Y' in 61 auftreten. 62 ist ein Graph, der die relative Beziehung zwischen dem elektrischen Feld und den refraktiven Indizes in der Plattenstruktur ohne Pufferschicht zeigt. In 62 zeigen Kurve (a), Kurve (b) und Punkt P1 dasselbe wie in 38. Der Vergleich von Kurve (b) in 38 mit dem von 62 lässt erkennen, dass in 38 die elektrische Feldstärke rapide abfällt, wenn die Distanz in einer negativen Richtung steigt und P1 sich dem Kern nähert, jedoch fällt in 62 die elektrische Feldstärke langsam, wenn die Distanz in einer negativen Richtung steigt und P1 vom Kern 302 getrennt wird. Mit anderen Worten kann vermittels der Ausbildung der Pufferschicht 302, wie in 36 gezeigt, das Licht im Kern 302 gehalten werden.
  • Darüber hinaus kann eine durch Zusammenrechnen der Dicke der Pufferschicht 302 und der Unterkaschierungsschicht 301A und einer halben Dicke des Kerns 302 erhaltene Gesamtdicke gleich der Höhe der optischen Achse des Halbleiterlasers 2 gemacht werden, indem der Ausbildungsprozess der Schichten gesteuert wird. Beispielsweise ist üblicherweise die obige Gesamtdicke um die 8,2 μm und die Achsenhöhe ist zwischen 5,32 μm und 9,32 μm, so dass die Gesamtdicke durch die Achsenvertikalausrichtung so eingestellt werden kann, dass sie gleich der Achsenhöhe ist. Weiterhin kann, da der Absolutwert der Gesamtdicke klein ist, ein Fehler aufgrund der Höhe der Plattenstruktur verkleinert werden, was dazu führt, dass die Achsenvertikalausrichtung zwischen dem Halbleiterlaser 200 und dem optischen Hohlleiter 300 einfach gemacht wird. Da Silizium für das Substrat 100 verwendet wird, ist es möglich, Rillen ähnlich den Rillen 104 in 20A durch das anisotrope Ätzen auszubilden, so dass der optische Koppler in 36 leicht mit der optischen Faser durch Verwenden der Rillen und von auf dem gemeinsamen Substrat bereitgestellten Führungsschienen gekoppelt werden kann.
  • Das Merkmal der zweiundzwanzigsten bevorzugten Ausführungsform kann nicht nur auf den optischen Koppler angewendet werden, der aus angeordneten Laserelementen und Kernen besteht, sondern auch auf einen optischen Koppler, der aus einem einzelnen Laserelement und Kern besteht. (Jedoch ist solch eine Anordnung nicht gemäß der Erfindung.)
  • 39 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers. Der optische Koppler besteht aus einem Halbleiterlaser 200, der ein einzelnes Laserelement beinhaltet, und dem optischen Hohlleiter 300, der den einzelnen Kern 302 beinhaltet. In 38 bezeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in 36 dasselbe Teil wie in 36. Material, Bildungsprozess und Abmessungen der Schichten im optischen Koppler der dreiundzwanzigsten bevorzugten Ausführungsform sind die gleichen wie jene in der zweiundzwanzigstens bevorzugten Ausführungsform (36), so dass die Beschreibung dieser Details weggelassen wird.
  • 40 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers, der eine dreiundzwanzigste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum einfachen Durchführen der Achsenvertikalausrichtung illustriert. In 40 bezeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in 36 dasselbe Teil wie in 36. In 40 ist das Substrat 100 aus Silizium gemacht, die Pufferschicht 310 ist aus Siliziumdioxid mit 3,5 μm Stärke gemacht und über das gesamte Substrat 100 ausgebildet (was sich von der zweiundzwanzigsten bevorzugten Ausführungsform unterscheidet) und der optische Hohlleiter 300 besteht aus der Unterkaschierungsschicht 301A, eine Anordnung der Kerne 300 und der Überkaschierungsschicht 301B und ist auf der Pufferschicht 310 ausgebildet. Die Unterkaschierungsschicht 301A ist aus Polyimid mit 3,5 μm Stärke und einem refraktiven Index von 1,55 hergestellt, die Kerne 302 sind aus Polyimid hergestellt, die alle eine Querschnittsfläche von 6 μm × 6 μm und eine relative refraktive Indexdifferenz von 0,5% aufweisen und die Überkaschierungsschicht 301B ist auch aus Polyimid mit 3,5 μm Stärke und einem refraktiven Index von 1,55 hergestellt. Die Bondierungsflächen und das Verdrahtungsmuster, die in 40 nicht dargestellt sind, werden auf der Pufferschicht 310 ausgebildet. Die Pufferschicht 310 ist der Siliziumdioxidfilm, wie oben beschrieben, und wird ausgebildet durch: Ausbilden von einer thermischen Oxidschicht mit 2 μm Stärke durch thermisches Oxidieren des Siliziumsubstrats 100; und Ausbilden eines Siliziumdioxidfilms auf der thermischen Oxidschicht durch thermische CVD.
  • In der dreiundzwanzigsten bevorzugten Ausführungsform (40) sinkt gleichermaßen wie bei der zweiundzwanzigsten bevorzugten Ausführungsform (36) das elektrische Feld, da der refraktive Index der Pufferschicht 302 niedriger ist als derjenige der Unterkaschierungsschicht 301A, am Substrat 100 plötzlich. Als Ergebnis, obwohl die Unterkaschierungsschicht 301 dünn ist, nimmt vom Kern 302 zum Substrat 100 übertragenes Licht plötzlich am Substrat 100 ab. Weiterhin kann eine durch Zusammenzählen der Dicke der Pufferschicht 310 und der Unterkaschierungsschicht 301A und einer Halbdicke des Kerns 302 erhaltene Gesamtdicke gleich der Höhe der optischen Achse des Halbleiterlasers 200 gemacht werden, indem der Bildungsprozess der Schichten gesteuert wird. Beispielsweise ist üblicherweise die obige Gesamtdicke um die 6,5 μm und die Achsenhöhe ist zwischen 5,32 μm und 9,32 μm, so dass die Gesamtdicke so eingestellt werden kann, dass sie gleich der Achsenhöhe ist, durch die Achsenvertikalausrichtung. Weiterhin, da der Absolutwert der Gesamtdicke klein ist, kann ein Fehler aufgrund der Höhe der Plattenstruktur verkleinert werden, was dazu führt, dass die Achsenvertikalausrichtung des Halbleiterlasers 200 und des optischen Hohlleiters 300 leicht gemacht wird. Da Silizium als Substrat 100 verwendet wird, ist es möglich, Rillen wie die Rillen 104 in 20A durch das anisotrope Ätzen auszubilden, so dass der optische Koppler in 36 einfach mit der optischen Faser gekoppelt werden kann, indem die Rillen und die auf dem gemeinsamen Substrat vorgesehenen Führungsschienen verwendet werden.
  • Das Merkmal der dreiundzwanzigsten bevorzugten Ausführungsform kann nicht nur auf den aus den angeordneten Laserelementen und Kernen bestehenden optischen Koppler angewendet werden, sondern auch auf einen optischen Koppler, der aus einem einzelnen Laserelement und Kern besteht. (Jedoch ist solch eine Anordnung nicht erfindungsgemäß).
  • 41 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers. Der optische Koppler besteht aus einem Halbleiterlaser 200, der ein einzelnes Laserelement beinhaltet, und dem Hohlleiter 300, der den einzelnen Kern 302 beinhaltet. In 41 bezeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in 40 denselben Teil wie in 40. Material, Bildungsprozess und Abmessungen der Schichten im optischen Koppler sind dieselben wie jene in der dreiundzwanzigsten bevorzugten Ausführungsform (40), so dass die Beschreibung dieser Details weggelassen wird.
  • 42 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers zum Illustrieren einer vierundzwanzigsten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Auch die vierundzwanzigste bevorzugte Ausführungsform dient dazu, die Achsenvertikalausrichtung gleich zu machen. In 42 bezeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in 40 dasselbe Teil wie in 40. In 42 ist das Substrat 100 aus Silizium gemacht, die Pufferschicht 310, die aus Polyimid von 20 μm Stärke gemacht wird, ist auf dem Substrat 100 ausgebildet, eine Siliziumnitridschicht 310 ist auf der Pufferschicht 310 ausgebildet und der aus der Unterkaschierungsschicht 301A, den Kern 302 und der Überkaschierungsschicht 301B, die aus Polyimid hergestellt sind, bestehende optische Hohlleiter 300 ist auf der Siliziumnitridschicht 311 ausgebildet. Die Bondierungsflächen zum Bondieren des Halbleiterlasers 200 und des Verdrahtungsmusters, die in 40 nicht dargestellt sind, werden auf der Siliziumnitridschicht 311 ausgebildet. Daraufhin verwendet die Pufferschicht 310 Polyimid mit derselben Zusammensetzung wie das für die Unterkaschierungsschicht 301A verwendete Polyimid und die Kaschierungsschichten 301A und 301B und die Kerne 302 verwenden dasselbe Material und haben dieselben Abmessungen wie jene in der dreiundzwanzigsten Ausführungsform (40). Die Siliziumnitridschicht 311 wird auf der Pufferschicht 310 durch eine Plasma-CVD-Technik mit 200 μm Stärke ausgebildet. Der refraktive Index der Pufferschicht 310 kann kleiner gemacht werden als die refraktiven Indizes der Kaschierungsschichten 301A und 301B. Vermittels der vierundzwanzigsten bevorzugten Ausführungsform kann der Effekt der Achsenvertikalausrichtung gleichermaßen wie im Falle der dreiundzwanzigsten bevorzugten Ausführungsform erzielt werden.
  • Das Merkmal der vierundzwanzigsten bevorzugten Ausführungsform kann nicht nur auf den optischen Koppler angewendet werden, der aus angeordneten Laserelementen und Kernen besteht, sondern auch auf einen optischen Koppler, der aus einem einzelnen Laserelement und Kernen besteht. (Jedoch ist solch eine Anordnung nicht erfindungsgemäß.)
  • 43 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers. Der optische Koppler besteht aus einem Halbleiterlaser 200, der das einzelne Laserelement beinhaltet, und dem optischen Hohlleiter 300, der den einzelnen Kern 302 beinhaltet. In 43 bezeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in 42 dasselbe Teil wie in 42. Material, Bildungsprozess und Abmessungen der Schichten im optischen Koppler sind dieselben wie jene in der vierundzwanzigsten bevorzugten Ausführungsform (42), so dass die Beschreibung dieser Details weggelassen wird.
  • 44 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers, um eine fünfundzwanzigste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu illustrieren. Die fünfundzwanzigste bevorzugte Ausführungsform dient auch dem einfachen Durchführen der Achsenvertikalausrichtung. In 44 bezeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in 42 denselben Teil wie in 42. In 44 wird eine Vertiefung (106), die eine Art von Rille ist, auf der oberen Oberfläche des Substrats 100 und unter den auszubildenden Kernen 302 ausgebildet, wird die Pufferschicht 310 in der Vertiefung 106 so ausgebildet, dass die Vertiefung 106 mit der Pufferschicht 310 ausgefüllt ist und die obere Oberfläche der Pufferschicht 302 mit der oberen nicht vertieften Oberfläche des Substrats 100 gleich ist, so dass die obere Oberfläche der verfüllten Pufferschicht 310 eine flache und glatte Oberfläche ist, die denselben Pegel aufweist, wie die obere Oberfläche des Substrates 100 und der aus der Unterkaschierungsschicht 301A, Kerne 302 und der Überkaschierungsschicht 301B bestehende optische Hohlleiter 300 auf dem Substrat 100 so ausgebildet ist, dass die Kerne 302 über der Pufferschicht 310 platziert sind. Die Bondierflächen zum Bondieren des Halbleiterlasers 200 auf dem Substrat 100 und dem Verdrahtungsmuster, die in 44 nicht dargestellt sind, werden auf dem nicht vertieften Substrat 100 ausgebildet. Die Pufferschicht 310 wird aus Siliziumdioxid hergestellt und Material und Abmessungen der Kaschierungsschichten 301A und 301B und der Kerne 302 sind dieselben wie jene in der dreiundzwanzigsten bevorzugten Ausführungsform (40).
  • Der optische Koppler der fünfundzwanzigstens bevorzugten Ausführungsform wird wie folgt hergestellt: unter Verwendung eines Silizium-Wafers mit einer {100}-Oberfläche für das Substrat 100 wird die Vertiefung 106 durch anisotrope Ätztechnik ausgebildet; die Vertiefung 106 wird mit Material der Pufferschicht 106 durch Zerstäubung, CVD oder Anstreichen gefüllt, wobei das eingesenkte Material transparent gemacht wird, falls notwendig; wenn Siliziumdioxid für die Pufferschicht 310 verwendet wird, wird eine Hitzebehandlung bei einer Temperatur von über 1000°C durchgeführt; die Oberflächen der Pufferschicht 310 und des Substrats 100 werden angeglichen, wobei beachtet wird, dass die Oberfläche der Pufferschicht 310 flach wird; eine Isolierschicht, die in 42 nicht dargestellt ist, wie etwa eine Siliziumnitridschicht, wird auf den Oberflächen des Substrates 100 und der Pufferschicht 310 ausgebildet; die Bondierflächen und das Verdrahtungsmuster, die in 44 nicht zu sehen sind, werden auf der Isolierschicht ausgebildet; und der Halbleiterlaser 200 wird auf der Isolierschicht durch die Bondierflächen montiert und der optische Hohlleiter 300 wird auf der Isolierschicht ausgebildet. Die Isolierschicht dient dem Isolieren des Verdrahtungsmusters gegenüber dem Substrat 100. Andere Verfahren und Materialien können verwendet werden, sofern die Isolierung garantiert ist. Die Dicke der Pufferschicht 310 beträgt 10 μm, die Dicke der Kaschierungsschichten 301A und 301B und der Kerne 310 ist dieselbe wie jene der dreiundzwanzigsten bevorzugten Ausführungsform (40).
  • In der fünfundzwanzigsten bevorzugten Ausführungsform kann die Achsenvertikalausrichtung für den optischen Hohlleiter 300 und den Halbleiterlaser 200 leicht durchgeführt werden, gleichermaßen wie bei der dreiundzwanzigsten bevorzugten Ausführungsform. Darüber hinaus, da der Halbleiterlaser 200 auf dem Substrat 100 durch die Isolierschicht bondiert ist, kann eine ausgezeichnete Wärmeableitung des Halbleiterlasers 200 realisiert werden.
  • In der fünfundzwanzigsten bevorzugten Ausführungsform kann jegliche Art von Material für die Pufferschicht 310 verwendet werden, falls das Material transparent ist und einen refraktiven Index gleich oder kleiner als der reflektive Index der Unterkaschierungsschicht 301A aufweist. Beispielsweise können Polyimid oder andere anorganische oder organische Materialien für die Pufferschicht 310 verwendet werden.
  • Das Merkmal der fünfundzwanzigsten bevorzugten Ausführungsform kann nicht nur auf den optischen Koppler, der die angeordneten Laserelemente und Kerne enthält, angewendet werden, sondern auch auf einem optischen Koppler, der ein einziges Laserelement und Kerne enthält, wie in 45 gezeigt. (Jedoch ist eine solche Anordnung nicht erfindungsgemäß). 45 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers. Der optische Koppler in 45 besteht aus dem Halbleiterlaser 200, der ein einzelnes Laserelement beinhaltet, und dem optischen Hohlleiter, der einen einzelnen Kern 302 beinhaltet. Die Achsenvertikalausrichtung zwischen dem einzelnen Laserelement und dem Kern kann in gleicher Weise durchgeführt werden wie in der fünfundzwanzigsten bevorzugten Ausführungsform (44). In 45 sind die Materialien und die Bildungsprozesse der Schichten dieselben wie in 44.
  • Die Struktur des optischen Hohlleiters 300 und das Bildungsverfahren des Halbleiterlasers 200, beschrieben in der zwanzigsten bevorzugten Ausführungsform (34), können auf die zweiten und dritten bevorzugten Ausführungsformen angewendet werden. Gleichermaßen kann die Struktur des optischen Hohlleiters 300 und das Bildungsverfahren für den Halbleiterlaser 200 auf die zweiten, dritten, vierten, sechsten bis elften, bzw. dreizehnten bis neunzehnten bevorzugten Ausführungsformen angewendet werden.
  • Die 46A, 48 und 49 (A und B) zeigen die optischen Hohlleiter, die alle einen einzelnen Kern haben. In einem, einen einzelnen Kern aufweisenden optischen Hohlleiter, der nachstehend "Einzelkernhohlleiter" genannt wird, ist eine Punktgröße oder eine beschränkte Intensität des Lichtes verändert, wenn das Licht durch den Einzelkernhohlleiter übertragen wird. In den 46 (A, B, C, D und E), 48 und 49 (A und B) bezeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in 40 dasselbe Teil wie in 40.
  • In 46A wird eine Punktgröße des Lichtes verändert, wenn das Licht durch den Einzelkernhohlleiter 300 übertragen wird. Der Einzelkernhohlleiter 300 hat den einzelnen Kern 302, der aus einem Hauptkern (302A) und einem Unterkern (302B) besteht, der den Hauptkern 302A umgibt, und der refraktive Index des Hauptkerns 302A ist relativ hoch im Vergleich zu Unterkern 302B.
  • 46A ist eine perspektivische Ansicht eines Einzelkernhohlleiters 300. 46B ist eine Aufsicht auf den Einzelkernhohlleiter 300 in 46A, 46C ist eine Grafik, welche die Verteilung von refraktiven Indizes längs der Linien X1-X'1 und X2-X'2 in 46B zeigt, 46D ist eine vertikale Schnittansicht im Zentrum des Kerns 302 in 46A, und 46E ist eine Grafik, welche die Verteilung von refraktiven Indizes längs Linien Y1-Y'1 und Y2-Y'2 in 46D zeigt. In 46C zeigt eine durchgehende Linie die refraktive Indexverteilung längs Linie X2-X'2 und eine gestrichelte Linie zeigt die refraktive Indexverteilung längs Linie X1-X'1 und in 46E zeigt eine durchgezogene Linie die refraktive Indexverteilung längs Linie Y2-Y'2 und eine gestrichelte Linie zeigt die refraktive Indexverteilung längs Linie Y1-Y'1. In 46D zeigen die Kurven (1) und (2) die Verteilung des elektrischen Feldes aufgrund von im Einzelkernhohlleiter 300 übertragenen Lichts längs der Linien Y1-Y'1 bzw. Y2-Y'2.
  • Der Hauptkern 302A und der Unterkern 302B sind an einem Lichteingangsende des Einzelkernhohlleiters 300 optisch mit einem Laserelement gekoppelt. Die Querschnittsform und Größe des Unterkerns 302B werden jeweils in einem Bereich vom Lichteingangsende zum Lichtausgangsende konstant gehalten, welches an einem Ende des Einzelkernhohlleiters 300 gegenüber dem Lichteingangsende liegt. Andererseits ist die Querschnittsform des Hauptkerns 302A ein dünnes Rechteck, das am Lichteingangsende vertikal dünn und horizontal weit ist und die Querschnittsgröße (oder Ausdehnung) des Hauptkerns 302A ist kleiner als diejenige des Unterkerns 302B am Lichteingangsende und in einem geeigneten Bereich vom Lichteingangsende konstant gehalten, sinken aber, wenn der Bereich verlängert wird und verschwinden, bevor der Bereich das Lichtausgangsende erreicht. Als Ergebnis verändert sich die Indexverteilung, wenn der Bereich vom Lichteingangsende verlängert wird, wie in den 46B und 46C gezeigt. Weiterhin ist es nicht immer notwendig, die Flächengröße und Form des Querschnitts des Hauptkerns gleichzeitig zu ändern. Es ist gestattet, nur die Form zu ändern, wobei die Flächengröße konstant gehalten wird. Wenn beispielsweise die Form verändert wird, wird eine Form des geführten Modus verändert.
  • Die konkrete Struktur des Einzelkernhohlleiters 300 ist wie folgt: der refraktive Index der Kaschierungsschicht 301 beträgt 1,55; die relative refraktive Indexdifferenz zwischen der Kaschierungsschicht 301 und dem Unterkern 302B ist 0,5%, der refraktive Index des Hauptkerns 302A beträgt 1,6, die Querschnittsabmessung des Unterkerns 302B ist 6 μm × 6 μm und die Dicke und Breite des Hauptkerns 301A ist 0,8 μm bzw. 3 μm am Lichteingangsende. Das Material der Kaschierungsschicht 301, des Unterkerns 302B und des Hauptkerns 302A ist Polyimid.
  • Wie durch die Kurven (1) und (2) in 46D gezeigt, wird an einem Teil des Einzelkernhohlleiters 300, wo der Hauptkern 302A existiert, ein aus einem Hauptkern 302A und dem Unterkern 302B bestehender optischer Hohlleiter ausgebildet. In diesem Fall dient der Hauptkern 302A als ein Kern und der Unterkern 302B dient als eine Kaschierung, so dass eine kleine Punktgröße an Licht an dem Teil erhalten werden kann. Jedoch wird an einem anderen Teil, wo kein Hauptkern 302A existiert, die Punktgröße (optische Strahlbreite des geführten Modus des optischen Hohlleiters (300) groß. (Wobei das Verändern der Punktgröße gleich dem verändernden Bündelungsfaktor des Hohlleiters ist). Beispielsweise ist die Punktgröße am Lichteingangsende ungefähr 3,1 μm × 5,5 μm, jedoch wird die Punktgröße so groß wie 6,7 μm im Durchmesser an einem Teil, an dem kein Hauptkern 302A existiert. Die Punktgröße am Lichteingangsende des Einzelkernhohlleiters 300 in 46A ist fast gleich einer Punktgröße, die ungefähr 3 μm × 6,8 μm ist, von aus dem Halbleiterlaser 200 in 15 (der zweiten bevorzugten Ausführungsform) emittiertem Licht. Falls daher ein Laserelement des Halbleiterlasers 200 richtig mit dem Einzelkernhohlleiter 300 verbunden ist, würde eine hohe Kopplungseffizienz realisiert werden.
  • Weiterhin kann der Einzelkernhohlleiter 300 mit einem optischen Faserloch am Lichtausgangsende des Einzelkernhohlleiters 300 gekoppelt werden. Daher, falls der Einzelkernhohlleiter auf den optischen Koppler in 15 oder 17A (der dritten bevorzugten Ausführungsform) angewendet wird, kann ein optischer Koppler realisiert werden, der es gestattet, dass der Halbleiterlaser 200 mit der optischen Faser bei hoher Kopplungseffizienz gekoppelt werden kann. Die 47A, 47B und 47C zeigen drei Arten von optischen Kopplern zum Koppeln des Halbleiterlasers 200 mit der optischen Faser 3. 47A zeigt, dass der Halbleiterlaser 200 direkt mit der optischen Faser 3 gekoppelt ist, 47B zeigt, dass der übliche optische Hohlleiter 300 zwischen dem Halbleiterlaser 200 und der optischen Faser 3 eingefügt ist, und 47C zeigt, dass der Einzelkernhohlleiter 300 zwischen dem Halbleiterlaser 200 und der optischen Faser 3 eingefügt ist. Unter Bezugnahme auf die Figuren wird die Kopplungseffizienz zwischen dem Halbleiterlaser 200 und der optischen Faser 3 verglichen. Wenn die optische Kopplungseffizienz gemessen wird, wird nur durch Beobachten der Vertikalrichtung, eine optische Kopplungseffizienz von 67%, 77% und 95% im Fall der 47A, 47B bzw. 47C erhalten. Aus dem obigen Ergebnis wird klar, dass der Einzelkernhohlleiter 300 sehr effektiv dabei ist, eine hohe Kopplungseffizienz zwischen dem Halbleiterlaser 200 und der optischen Faser 3 zu erzielen.
  • Wie oben beschrieben, wird Polyimid für die Kaschierungsschicht 301, den Unterkern 302B und den Hauptkern 302A verwendet. Jedoch können andere Materialien wie anorganisches oder organisches Material oder durch Mischen von anorganischen und organischen Material erhaltenes Material verwendet werden.
  • Nunmehr wird ein Fall der Verwendung eines anderen Materials für die Kaschierungsschicht 301, den Unterkern 303B und den Hauptkern 302A beschrieben werden. Beispielhaft wird ein Fall, bei dem Polyimid für die Kaschierungsschicht 301 und den Unterkern 302B und Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid für den Hauptkern 302A verwendet wird, unten stehend beschrieben.
  • Im in 46A gezeigten Einzelkernhohlleiter 300 wird eine Siliziumnitridschicht als Hauptkern 302A durch Plasma-CVD-Technik ausgebildet. In diesem Fall ist der refraktive Index der Kaschierungsschicht 301 1,55, der relative refraktive Indexunterschied zwischen der Kaschierungsschicht 301 und dem Unterkern 302B ist 0,5%, der refraktive Index des Hauptkerns 302A ist 1,7, die Querschnittsabmessung des Unterkerns 302B ist 6 μm × 6 μm und die Dicke und die Breite des Hauptkerns 302A sind 0,19 μm bzw. 4,55 μm am Lichteingangsende.
  • Im obigen Beispiel ist die Punktgröße 3 μm × 5,7 μm am Lichteingangsende. Wenn der Einzelkernhohlleiter 300 des obigen Beispiels für den optischen Hohlleiter 300 in 15 (der zweiten bevorzugten Ausführungsform) so verwendet wird, dass das Lichteingangsende des Einzelkernhohlleiters 300 gegenüber einem ausgewählten Laserelement des Halbleiterlasers 200 in 15 liegt, sind sie optisch miteinander bei 99% Kopplungseffizienz in vertikaler Richtung gekoppelt. Somit kann mittels der Verwendung des Merkmals der Vorrichtung von 46 die Punktgröße des Einzelkernhohlleiters einfach mit einer Punktgröße von aus einem Laserelement des Halbleiterlasers 200 ausgesendeten Licht bei hoher optischer Kopplungseffizienz in vertikaler Richtung gekoppelt werden.
  • Als Nächstes wird ein Beispiel zum Ändern einer Punktgröße von Licht durch Verwendung des Einzelkernhohlleiters 300 von 46A unter Bezugnahme auf 48 beschrieben. In dem Fall, dass im Einzelkernhohlleiter 300 eine relative refraktive Indexdifferenz zwischen der Kaschierungsschicht 301 und dem Unterkern 302B 0,5% beträgt und eine Dicke des Unterkerns 302B 5 μm ist, ändert sich, wenn ein refraktiver Index des Hauptkerns 302A auf zwischen 1,6 bis 1,9 verändert wird, eine Licht-Punktgröße am Lichtaungangsende des Einzelkernhohlleiters 300 wie in 48 gezeigt. In 48 zeigt Kurve (a) die Änderung der Punktgröße, wenn die Dicke des Hauptkerns 302A 0,2 μm ist, die Kurve (b) zeigt die Änderung der Punktgröße an, wenn die Dicke des Hauptkerns 302A 0,5 μm beträgt. Aus 48 kann erkannt werden, dass die Punktgröße sich zwischen 1 μm und 7 μm ändert, indem der refraktive Index des Hauptkerns 302A verändert wird.
  • Weiterhin, wenn der refraktive Index und die Querschnittsgröße des Unterkerns 302B verändert werden, kann die Punktgröße als ein Teil des Einzelkernhohlleiters 300, der keinen Hauptkern 302A beinhaltet, verändert werden. 49 ist eine Grafik, um das obige Merkmal zu zeigen. In 49 zeigt Kurve (a) die Änderung der Punktgröße in dem Fall an, bei dem die relative refraktive Indexdifferenz zwischen dem Kern 302 und der Kaschierungsschicht 301 (refraktiver Index: 1,55) in einem Hohlleiter mit einer Plattenstruktur, wie in 15 gezeigt, verändert wird. Wenn weiterhin die relative refraktive Indexdifferenz zwischen dem Kern 302 und der Kaschierungsschicht 301 verändert wird, muss auch die Dicke des Kerns 302 geändert werden. Daher wird auch die Dicke des Kerns 302 durch Graph (b) in 49 angezeigt. Aus 49 kann ersehen werden, dass die Punktgröße bis zu 5 μm bis 12 μm verändert werden kann, indem der refraktive Index und die Dicke des Subkerns 302B verändert wird. Falls die Punktgröße vergrößert wird, steigt die Kopplungseffizienz zwischen dem optischen Hohlleiter und der optischen Faser, was bedeutet, dass die Kopplungstoleranz mehr ansteigt.
  • Vermittels der Änderung der Größe und des refraktiven Index des Hauptkerns 302A und des Unterkerns 302B kann somit ein optischer Hohlleiter, der eine Änderung der Punktgröße in einem breiten Bereich ermöglicht, realisiert werden. Als Ergebnis kann eine optische Kopplungsstruktur mit hoher Kopplungseffizienz und großer Kopplungstoleranz gebildet werden. Wenn beispielsweise die Punktgröße innerhalb eines in 48 gezeigten Bereiches A verändert wird, kann ein Kopplungsverlust aufgrund des zwischen dem Laserelement und dem optischen Hohlleiter auftretenden Modus-Mismatch enorm vermindert werden.
  • 50 und 51 (A und B) zeigen eine andere Art vom optischen Hohlleiter zum Ändern der Lichtpunktgröße, wenn Licht durch den optischen Hohlleiter übertragen wird.
  • 50 zeigt eine andere Art von Einzelkernhohlleiter 300, in dem die Breite des Unterkerns 302B gleich der Breite des Hauptkerns 302A am Lichteingangsende ist. (Übrigens ist der Unterkern 302B in Horizontalrichtung im Falle von 46A breiter als der Hauptkern 302A). Beim Einsatz solch eines Hohlleiters wird die Punktgröße am Lichteingangsende kleiner, so dass die Kopplungseffizienz ansteigt, wenn der Einzelkernhohlleiter mit einem Laserelement gekoppelt wird, das Licht mit einer kleinen Punktgröße in der horizontalen Richtung emittiert.
  • 51A zeigt eine andere Art von Einzelkernhohlleiter 300, in dem die Breite des Unterkerns 302B am Lichteingangsende breiter ist als die Breite des Hauptkerns 302A und am Lichtausgangsende enger ist als die Breite des Unterkerns 302B. (Übrigens ist die Breite des Unterkerns 302B in dem gesamten Bereich vom Lichteingangsende zum Lichtausgangsende im Falle von 46A konstant.) Beim Einsatz eines solchen Hohlleiters wird der horizontale Punktdurchmesser am Lichteingangsende ein Mittelwert des horizontalen Punktdurchmessers in den Fällen in 46A und 50.
  • 51B zeigt noch eine andere Art von Einzelkernhohlleiter 300, bei dem die Breite des Unterkerns 302B relativ breit ist. (Übrigens ist die Breite des Unterkerns 302B im gesamten Bereich vom Lichteingangsende zum Lichtausgangsende im Fall von 46A konstant.) Beim Einsatz solch eines Hohlleiters wird der horizontale Punktdurchmesser relativ groß, so dass die Kopplungseffizienz ansteigt, wenn der Hohlleiter mit dem Laserelement, das Licht mit einem relativ großen Punktdurchmesser emittiert, gekoppelt wird.
  • 52A und 52B sind Grafiken zur qualitativen Erläuterung des Effekts der Hohlleiter von 50, 51A und 51B. 52A zeigt einen typischen Querschnitt eines Einzelkernhohlleiters 300 mit der elektrischen Feldverteilung um den Hohlleiter herum. In 52A ist der refraktive Index der Kaschierungsschicht 301, des Unterkerns 302B und des Hauptkerns 302A als n1, n2 bzw. n3 markiert und eine Breite des Hauptkerns 302A ist durch Wm angezeigt, eine Breitendifferenz zwischen einem Unterkern 302B und dem Hauptkern 302A ist durch Wf angezeigt. Weiterhin zeigt die Kurve (1) die Intensitätsverteilung des elektrischen Feldes aufgrund von, vom Hohlleiter geleitetem Licht und die Punktgröße wird durch We angezeigt. 52B zeigt die Veränderung der Punktgröße We aufgrund der Breitendifferenz Ws, wenn der refraktive Index n2 des Hauptkerns 302A zu α, β, und γ verändert wird. Wie in 52B gezeigt, wenn die Breitendifferenz Ws ansteigt, steigt die Punktgröße We an und wenn n2 ansteigt, steigt auch We an. Weiterhin, wenn Ws um weniger als einen Wert sinkt, ändert sich die Punktgröße We gegenteilig. Beispielsweise werden im Einzelkernhohlleiter 300 in der dreißigsten Ausführungsform (56A), wenn der Hauptkern 302 aus einer Siliziumnitridschicht mit 1,7 refraktivem Index und 0,19 μm Dicke besteht, die folgenden horizontalen Punktgrößen We aus 52B erhalten, indem die Breitendifferenz Ws verändert wird: wenn Ws auf 10 μm eingestellt wird, wird We 6,3 μm, wenn Ws auf 0,7 μm eingestellt wird, wird We 5,7 μm und wenn Ws auf soviel wie 20 μm Breite eingestellt wird und die Hauptkernbreite Wm auf 1,5 μm eingestellt wird, wird We 7,2 μm. Weiterhin wird in einem Fall, wenn der Hauptkern 302A aus Polyimid mit refraktivem Index 1,6 und 0,8 μm Dicke besteht, wenn Wm und Ws auf 1,6 bzw. 10 μm eingestellt werden, der horizontale Punktdurchmesser 6,5 μm. Unter derartiger Einstellung von Ws und Wm kann die Punktgröße (We) in einem breiten Bereich verändert werden. Vermittels der Einstellung der Punktgröße, um so zum Halbleiterlaser zu passen, indem Ws und Wm so verändert werden, kann ein optischer Koppler mit hoher Kopplungseffizienz realisiert werden.
  • Die Merkmale des Hohlleiters von 46A, 50, 51A und 51B können auf die optischen Hohlleiter 300 in der zweiten (15), der dritten (17A), der vierten bevorzugten Ausführungsform (18A), der sechsten bevorzugten Ausführungsform (20A), bis zur elften ( 25) bzw. der dreizehnten (27A) bis zur fünfundzwanzigsten bevorzugten Ausführungsform (44) angewendet werden.
  • Die 53A und 53B zeigt die Einzelkernhohlleiter 300 mit den gebogenen Kernen, die zum Anwenden auf dem Einzelkernhohlleiter 300 in 46A in der Lage ist. Die 53A und 53B sind schematisch perspektivische Ansichten eines Einzelkernhohlleiters 300. In den 53A und 53B bezeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in 46a dasselbe Teil wie in 46A. In 53A wird ein Hauptkern 302A an einem gebogenen Teil platziert und vor und hinter dem gebogenen Teil des Einzelkernhohlleiters 300 mit Blickrichtung vom Lichteingangsende zum Lichtsausgangsende und umgekehrt. In 53B wird ein Hauptkern 302A vom Lichteingangs-(oder -ausgangs)ende bis zu einem gebogenen Teil des Einzelkernhohlleiters 300 platziert.
  • In den Einzelkernhohlleitern 300 in den 53A und 53B ist Licht auf den gebogenen Teil beschränkt, so dass der Verlust von durch den gebogenen Teil übertragenen Lichts selbst dann reduziert werden kann, falls ein Krümmungsradius des gebogenen Teils klein ist. Weiterhin wirkt in 53B ein Lichtpunkt von kleiner Größe am Ende, wo der Hauptkern 302 vorhanden ist, so dass die Kopplungseffizienz mit dem Halbleiterlaser vergrößert wird. Wenn beispielsweise das Merkmal auf die optischen Hohlleiter 300 in der elften (25) bevorzugten Ausführungsform und der dreizehnten (27B) bis zur neunzehnten bevorzugten Ausführungsform (33) angewendet wird, können die optischen Koppler in diesen Ausführungsformen in einer kleinen Größe hergestellt werden. Wenn weiterhin das Merkmal von 53B auf die obige Ausführungsform in 25 und den 27B bis 33 angewendet wird und das Ende des Einzelkernhohlleiters 300, wo der Hauptkern 302A existiert, mit dem Halbleiterlaser gekoppelt ist, koinzidieren die Punktgrößen der beiden Vorrichtungen miteinander, was zum Vergrößern der Kopplungseffizienz zwischen ihnen führt.
  • 54A ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Einzelkernhalbleiters 300. Der Einzelkernhallleiter 300 beinhaltet einen gebogenen Teil, der durch Ändern der Breite des Kerns ausgebildet ist. In 54A bezeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in 46A denselben Teil wie in 46A. In 54A hat der Kern 302 einen gebogenen Teil, der von den Kaschierungsschichten 301 umgeben ist. Die Breite des Kerns 302 ist am gebogenen Teil und am Vorder- und Hinterteil des gebogenen Teils, bei Blickrichtung von beiden Enden des Einzelkernhohlleiters 300 erweitert.
  • 54B ist eine Aufsicht auf den Einzelkernhohlleiter 300 in 54A. Beim Einzelkernhohlleiter 300 in 54A ist durch den Hohlleiter 300 übertragenes Licht am gebogenen Teil beschränkt, der Verlust von durch den gebogenen Teil übertragenen Lichts kann vermindert werden, selbst falls ein Krümmungsradius des gebogenen Teils klein ist. Unter Anwendung des Merkmals des Hohlleiters von 54 auf die optischen Hohlleiter 300 in der elften (25) bevorzugten Ausführungsform und der dreizehnten (27B) bis zur neunzehnten bevorzugten Ausführungsform (33) können die optischen Koppler in diesen Ausführungsformen in kleiner Größe hergestellt werden.
  • Die 55A, 55B, 56A, 56B und 56C sind schematische perspektivische Ansichten von Einzelkernhohlleitern 300. In diesen Figuren bezeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in 55B dasselbe Teil wie in 55B. Jeder der Einzelkernhohlleiter 300 in den 55A, 55B, 56A, 56B und 56C besteht aus einer aus Polyimid hergestellten Unterkaschierungsschicht 301A, einer Siliziumnitridschicht 311 mit einer Dicke kleiner als 200 nm und auf der Unterkaschierungsschicht 301A durch ein Plasma CVD-Verfahren ausgebildet, und dem Kern 302 und einer Überkaschierungsschicht 301B, die auf der Siliziumnitridschicht 311 ausgebildet ist.
  • Der Einzelkernhohlleiter 300 in 55A besteht aus dem einfachen Kern 302. Die Einzelkernhohlleiter 300 in den 55B, 56A, 56B und 56C bestehen aus dem Kompositkern 302, der aus dem Hauptkern 302A und Unterkern 302B und der zwischen der Kaschierungsschicht 301 und dem Kern 302 jeweils ausgebildeten Siliziumnitridschicht 311 besteht und entspricht 46A, 51B bzw. 50. In den 55A, 55B, 56A, 56B und 56C wird, nachdem eine Schicht zum Ausbilden des Kerns 302 auf dem Siliziumnitrid 311 ausgebildet ist, eine Maske auf der Schicht ausgebildet und der Kern 302 wird durch ein Oxidplasmaätzverfahren so gebildet, dass er einen rechtwinkligen Querschnitt hat. In diesem Fall dient die Siliziumnitridschicht 311 als eine Ätzstoppschicht, so dass der obige Bildungsprozess leicht fortschreiten kann.
  • 57 ist eine partielle schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers 1A zum Illustrieren einer sechsundzwanzigsten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der optische Koppler in 57 wird durch Modifizieren des optischen Kopplers 1A in 17B so erhalten, dass jeder Kern 302 in 17B zum (Komposit-)Kern 302 in 55B verändert wird, der aus dem Hauptkern 302A und dem Unterkern 302B besteht. In 57 bezeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in 17 (A und B) und 55B dasselbe Teil wie in den 17 (A und B) und 55B. In 57 wird der Hauptkern 302A jedes Kerns 302 unter dem Metallrahmen 304 so gebildet, dass das Ende des Hauptkerns 302A am Lichteingangsende so platziert wird, dass es mit dem Laserelement des Halbleiterlasers 200 gekoppelt wird und der Hauptkern 302A schmal wird, wenn der Bereich vom Lichteingangsende zum Lichtaungangsende ansteigt. Konkret sind die refraktiven Indizes der Kaschierungsschicht 301, des Subkerns 302B und des Hauptkerns 302A 1,55, 1,558 bzw. 1,6 und die Querschnittsgröße des Unterkerns 302B 6 μm × 6 μm, die Dicke des Hauptkerns 302A ist 1 μm am Lichteingangsende, die Breite des Hauptkerns 302A ist 3 μm und die Dicke der Unterkaschierungsschicht 301A und der Überkaschierungsschicht 301B ist jeweils 20 μm. Durch Anwenden des Kompositkerns 302 kann somit Lichtübertragungsverlust aufgrund des Metallrahmens 304 vermindert werden.
  • Die 58 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopplers 1A zum Illustrieren einer siebenundzwanzigsten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der optische Koppler 1A in 58 wird durch Anwenden der Pufferschicht 310 in 44 auf den optischen Koppler 1A in 17A (oder 18A) erhalten, so dass ein getrenntes Verdrahtungselement (500) für das Verdrahtungsmuster 502 unabhängig vom Herstellprozess des optischen Kopplers 1A ausgebildet wird. In 58 bezeichnet dasselbe Bezugszeichen wie in 17A (oder 18A) und 44 dasselbe Teil wie in 17A (oder 18A) und 44. In 58 wird die Pufferschicht 310 in der auf dem Substrat 100 ausgebildeten Vertiefung 310 gebildet und das Verdrahtungsmuster 502 wird so ausgebildet, dass das Verdrahtungsmuster 502 zwischen den rahmenförmigen keramischen Wafern (501 und 503) eingefügt ist. Ein rahmenförmiger Metallfilm (504) wird auf dem rahmenförmigen Keramik-Wafer 503 gebildet und die Abdeckung 400 wird an dem rahmenförmigen Metall 504 angeschweißt, zur Luftabdichtung des Halbleiterlasers 200, der in 58 nicht dargestellt ist, der ins Loch 303 eingesetzt wird.
  • Die 59 (A, B und C) und 60 (A, B und C) zeigen einen Bildungsprozess des optischen Kopplers 1A in 58. Der optische Koppler 1A wird wie folgt hergestellt. Die Vertiefung 106 wird auf dem Substrat 100 durch anisotropes Ätzen gebildet, wie in 59A gezeigt. Die Vertiefung 106 wird mit Material wie etwa Quarz oder Polyimidharz gefüllt und das gefüllte Material wird so ausgeschnitten, dass die geschnittene Oberfläche des gefüllten Materials eben ist mit der oberen Oberfläche des Substrats 100, wie in 59B gezeigt. Wobei "Material ist eben mit der oberen Oberfläche des Substrats 100" bedeutet, das Material in die Vertiefung gefüllt wird und das Niveau der Oberfläche des gefüllten Materials die gleiche ist wie das Niveau des Substrates des Substrats 100 und die Oberfläche des verfüllten Materials zu einer flachen glatten Oberfläche geformt ist. Dann, wie in 59C gezeigt, wird der aus der Kaschierungsschicht 301 und den Kernen 302 zusammengesetzte optische Hohlleiter 300 auf dem Substrat 100 und dem verfüllten Material so gebildet, dass die Kerne 302 oberhalb des verfüllten Materials in der Vertiefung 106 positioniert sind, das Loch 303 im optischen Hohlleiter 300 so gebildet wird, dass eine Kante des Lochs 303 übereinstimmt mit einer inneren Kante der Vertiefung 106. Im Loch 303 erscheinen die obere Oberfläche des Substrates 100, das in 59C nicht dargestellte Verdrahtungsmuster und die Bondierflächen zum Bondieren des Halbleiterlasers 200.
  • Wenn organisches Material für den optischen Hohlleiter 300 verwendet wird, werden das Verdrahtungsmuster 102A und die Bondierungsfläche 102 auf der oberen Oberfläche des Substrates 100 ausgebildet, dann wird Material für den optischen Hohlleiter 300 auf dem Verdrahtungsmuster 102A und den Bondierungsflächen 102 ausgestrichen und das Loch 303 wird auf dem gestrichenen Material ausgebildet. Wenn Material, wie etwa Quarz, der eine Hochtemperaturbehandlung erfordert, als optischer Hohlleiter verwendet wird, werden das Verdrahtungsmuster 102A und die Bondierungsflächen 102 auf der oberen Oberfläche des Substrats 100 in dem Loch 303 gebildet, nachdem das Loch 102 im optischen Hohlleiter 300 ausgebildet wurde.
  • 60A zeigt das getrennte Verdrahtungselement 500 für das Verdrahtungsmuster 502. Das Verdrahtungselement 500 wird durch Bilden des Verdrahtungsmusters 502 auf einem keramischen Substrat 501, Ablegen eines keramischen Wafers (503) auf das Verdrahtungsmuster 502 und Ausbilden des rahmenförmigen Metallfilms 504 auf dem keramischen Wafer 503 gebildet.
  • Dann steckt, wie in 60B gezeigt, das Verdrahtungselement 500 in 60A auf dem Substrat 100 gebildeten optischen Hohlleiter 300 und wird der angeordnete Halbleiterlaser 200 wie in 60C gezeigt bondiert und wird die Metallabdeckung 400 am Metallfilm 504 angeschweißt. Dann wird der Halbleiterlaser 200 wie in 58 gezeigt, luftabgedichtet.
  • Wenn das getrennte Verdrahtungselement 500 gesteckt wird, kann damit der Halbleiterlaser 200 luftabgedichtet werden, so dass der Verdrahtungsprozess ohne Einfluss des Hohlleiterausbildungsprozesses durchgeführt werden kann. Beispielsweise muss im Falle von 17A oder 18A das Material und der Bildungsprozess des Verdrahtungsmusters 103 entsprechend unter Erwägung des Ausbildungsprozesses des optischen Hohlleiters ausgewählt werden. Jedoch kann bei den in den 58, 59 (A, B und C) und 60 (A, B und C) gezeigten obigen Ausführungsformen, da das getrennte Verdrahtungselement unabhängig hergestellt wird, der Verdrahtungsprozess ohne Einfluss des Hohlleiterausbildungsprozesses durchgeführt werden. Als Ergebnis kann ein Herstellverfahren für beispielsweise eine wohlbekannte integrierte Schaltungspackung auf die Herstellung des getrennten Verdrahtungselementes 500 in 58 angewendet werden.

Claims (29)

  1. Optische Kopplungsstruktur, umfassend: eine erste optische Komponente (300X), die in einem ersten Rasterabstand (P1) in einem Feld angeordnete optische Elemente umfasst, eine zweite optische Komponente (200X), die in einem zweiten Rasterabstand (P2) in einem Feld angeordnete optische Elemente umfasst, wobei die optischen Elemente der ersten und zweiten optischen Komponenten (300X, 200X) direkt zueinander gegenüberliegend angeordnet sind, um optische Kopplung zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Rasterabstand (P1) und der zweite Rasterabstand (P2) eine Beziehung (P2 = P1 + 2 × T0, erfüllen, wobei P1 den ersten Rasterabstand repräsentiert, P2 den zweiten Rasterabstand repräsentiert und T0 die Kopplungstoleranz in Bezug auf eine akzeptable Abweichung zwischen den optischen Achsen eines gegebenen ersten und eines gegebenen zweiten optischen Elements repräsentiert, wodurch eine effektive optische Kopplung zwischen nur einem ersten optischen Element und nur einem zweiten optischen Element bewirkt wird.
  2. Optische Kopplungsstruktur gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend ein Substrat zum Montieren der ersten optischen Komponente und der zweiten optischen Komponente.
  3. Optische Kopplungsstruktur gemäß Anspruch 2, wobei die erste optische Komponente ein Hohlleiter mit einem Kern mit hohem refraktiven Index, umgeben von einer Hüllschicht mit niedrigerem Index ist und jedes der ersten optischen Elemente ein Kern des optischen Hohlleiters ist.
  4. Optische Kopplungsstruktur gemäß Anspruch 3, wobei das Substrat eine partiell auf einer Oberfläche des Substrats und unter den Kernen vorgesehene Vertiefung umfasst.
  5. Optische Kopplungsstruktur gemäß Anspruch 4, wobei die Vertiefung mit einem Teil der Hüllschicht aufgefüllt ist.
  6. Optische Kopplungsstruktur gemäß Anspruch 4, wobei die Vertiefung mit einer Pufferschicht aufgefüllt ist, die einen refraktiven Index gleich oder kleiner als der refraktive Index der Hüllschicht aufweist.
  7. Optische Kopplungsstruktur gemäß Anspruch 6, wobei eine obere Oberfläche der Pufferschicht so ausgebildet ist, dass sie in gleicher Höhe mit einer oberen Oberfläche des Substrats ist.
  8. Optische Kopplungsstruktur gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei der optische Hohlleiter auf der Pufferschicht ausgebildet ist.
  9. Optische Kopplungsstruktur gemäß Anspruch 3, weiterhin umfassend eine Pufferschicht, die auf dem Substrat ausgebildet ist, wobei die Pufferschicht einen refraktiven Index gleich oder kleiner als der refraktive Index der Hüllschicht aufweist.
  10. Optische Kopplungsstruktur gemäß Anspruch 9, wobei der optische Hohlleiter auf der Pufferschicht ausgebildet ist.
  11. Optische Kopplungsstruktur gemäß Anspruch 10, wobei die zweite optische Komponente auf der Pufferschicht ausgebildet ist.
  12. Optische Kopplungsstruktur gemäß Anspruch 8 oder 10, wobei die Pufferschicht aus anorganischem Material hergestellt ist und die Hüllschicht und die Kerne aus organischem Material bestehen.
  13. Optische Kopplungsstruktur gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei die Hüllschicht umfasst: eine Unterhüllschicht, wobei die Unterhüllschicht aus organischem Material besteht; und eine Überhüllschicht, die auf dem Kern ausgebildet ist, wobei die Überhüllschicht aus organischem Material besteht.
  14. Optische Kopplungsstruktur gemäß Anspruch 13, weiterhin umfassend eine zwischen der Unterhüllschicht und dem Kern eingefügte dünne anorganische Schicht.
  15. Optische Kopplungsstruktur gemäß Anspruch 5, wobei ein Teil der Hüllschicht, der zumindest die Vertiefung auffüllt, aus organischem Material besteht.
  16. Optische Kopplungsstruktur gemäß Anspruch 6, wobei ein Teil der Pufferschicht, der zumindest die Vertiefung auffüllt, aus organischem Material besteht.
  17. Optische Kopplungsstruktur gemäß einem der Ansprüche 3 bis 15, wobei der optische Hohlleiter eine optische Strahlbreite eines Kernmodus des von einem Ende zu einem anderen Ende des Hohlleiters wandernden optischen Strahls ändert.
  18. Optische Kopplungsstruktur gemäß einem der Ansprüche 3 bis 15, wobei der optische Hohlleiter einen Begrenzungsfaktors eines optischen Strahls eines Kernmodus des Hohlleiters ändert, während der optische Strahl von einem Ende zu einem anderen Ende des Hohlleiters wandert.
  19. Optische Kopplungsstruktur gemäß Anspruch 17 oder 18, wobei der Kern umfasst: eine von einem Ende des Hohlleiters hindurchgehende optische Achse; einen Subkern mit einem höheren refraktiven Index zur Hüllschicht; und einen Hauptkern mit einem höheren refraktiven Index zum Unterkern, wobei der Hauptkern vom Subkern umgeben ist, und der Hauptkern einen Querschnitt orthogonal zur optischen Achse hat und der Hauptkern einen Bereich hat, bei dem sich die Flächengröße des Querschnitts des Hauptkerns graduell längs der optischen Achse verändert.
  20. Optische Kopplungsstruktur gemäß Anspruch 17 oder 18, wobei der Kern umfasst: eine von einem Ende zum anderen Ende des Hohlleiters hindurchgehende optische Achse: einen in zwei Teile verzweigten Subkern, der einen höheren refraktiven Index zur Hüllschicht aufweist; und einen Hauptkern mit einem höheren refraktiven Index zum Subkern, wobei der Hauptkern einen Bereich aufweist, wo der Hauptkern zwischen den zwei verzweigten Teilen des Subkerns gesandwicht ist, wobei der Hauptkern einen Bereich hat, wo der Hauptkern vom Subkern umgeben ist, wobei der Hauptkern und der Subkern einen Querschnitt orthogonal zur optischen Achse aufweisen und die Flächengröße des Querschnitts des Hauptkerns sich graduell längs der optischen Achse in dem Bereich verändert, wo der Haupt- vom Subkern umgeben ist.
  21. Optische Kopplungsstruktur gemäß Anspruch 19 oder 20, wobei der Subkern einen Teil umfasst, bei dem eine Flächengröße des Querschnitts des Subkerns sich graduell längs der optischen Achse ändert.
  22. Optische Kopplungsstruktur gemäß Anspruch 19 oder 20, wobei der Subkern einen Teil umfasst, bei dem eine Form des Querschnitts des Subkerns sich graduell längs der optischen Achse ändert.
  23. Optische Kopplungsstruktur gemäß einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei der Hohlleiter einen gebogenen Teil zum Biegen des geführten Lichtstrahls, der vom Hohlleiter geführt wird, umfasst und der Hohlleiter den Hauptkern mit einem gleichförmigen Querschnitt zumindest an dem gebogenen Bereich enthält.
  24. Optische Kopplungsstruktur gemäß Anspruch 17 oder 18, wobei der Kern umfasst: eine von einem Ende zu einem anderen Ende des Hohlleiters hindurchgehende optische Achse; einen Querschnitt orthogonal zur optischen Achse; und einen Bereich, in dem sich eine Flächengröße des Querschnitts des Kerns graduell längs der optischen Achse ändert.
  25. Optische Kopplungsstruktur gemäß einem der Ansprüche 19 bis 22, wobei zumindest die Hüllschicht, der Subkern und/oder der Hauptkern aus organischem Material bestehen.
  26. Optische Kopplungsstruktur gemäß einem der Ansprüche 19 bis 22, wobei der Hauptkern aus anorganischem Material besteht und der Subkern aus organischem Material besteht.
  27. Optische Kopplungsstruktur gemäß Anspruch 25 oder 26, weiterhin umfassend einen aus anorganischem Material bestehenden Dünnfilm, der zwischen aus organischem Material bestehenden Schichten eingefügt ist und an diese angrenzt.
  28. Optische Kopplungsstruktur gemäß einem der Ansprüche 3 bis 27, wobei das Substrat aus einem Material mit einem refraktiven Index kleiner als der Hüllschicht besteht und für durch die optische Führung übertragenes Licht transparent ist.
  29. Optische Kopplungsstruktur gemäß Anspruch 24, wobei der Hohlleiter einen gebogenen Bereich zum Biegen des von dem Hohlleiter geführten geführten Lichtstrahls umfasst und der Hohlleiter den Kern mit einer relativ großen Flächengröße und einem gleichförmigen Querschnitt zumindest an dem gebogenen Bereich enthält.
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