JPS62500471A - 光導波管の横方向整合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 光導波管の横方向整合装置 ４駐］」 本発明は光導波管の横方向整合技術、より詳細には１対の基板を互いに結合し、 横方向の移動を防止するための固定リッジ及び溝技術に関する。この整合技術は 導波管を含む基板をファイバを含む基板に結合する場合、並びに導波管と導波管 を結合する場合に応用できる。

Ｌ立且遺 データ、音声、及びビデオ通信を行なうためにファイバ　オブティクスが使用さ れる機会が増えているが、これと平行して光学的に伝送された信号の品質に関す る要件もますます厳しくなっている。１つの非常に注目を集めている領域に光信 号先ファイバと先導波管の間、或いは１対の光導波管の間で結合する問題がある 。実際問題として、パッケージ化の問題の大部分がデフへイスと光ファイバを結 合するのに要求される直接整合公差に起因する。最近までは、単一ファイバと単 一光デバイスの整合が対象とされてきた。然し、インテグレーテッド　オプティ カル　デバイスの出現によって、ファイバのアレイのデバイスへの整合が必要と なってきた。アレイの整合を達成するための先行技術による１つの方法が１９８ ０年８月１２日にニス、グー。シーム（Ｓ、に、Ｓｈｅｅｍ）の合衆国特許第４ ，２１７，０３２号において開示されている。シーム　（Ｓ、Ｋ。

Ｓｈｅｅｍ）による方法はシリコン基板上に形成された二次元の交差溝パターン を使用する。この方法においては、片方の方向の溝は対応するこれと交差する溝 より深くなっており、深い方の溝の中に整合ファイバが位置される。

整合ファイバとの接触を与えるような寸法を持つ浅い方の溝は光ファイバを収容 する。整合ファイバは溝に沿ってずへり、光ファイバを最大の光伝送を与える高 さに上下できるように先を細くされる。この整合方法は、大きなアレイの光ファ イバが個別に整合されなければならないような場合には非常に手間がかかる。

個別整合を必要としないもう１つの整合構成が１８８０年２月　５目のタ゛ブリ ュ、エル、シュマツチ−（５ｃｈｕ＋＋ａｃｈｅ　ｒ）の合衆国特許第４，１９ ８，９９７号に開示されている。シュマフチー（Ｓｃｈｕｍａｃｈｅｒ）の開示 は光導波管を同時に整合するように接続するための方法及び装置に関するが、こ れはＩ！み合うセクションに分割されコネクタを持ち、個々のセクションは開放 された箱の構造を持ち、この箱には他のセクションと［−み合う突起が提供され る。この方法は整合されるセクションの１つが複数の光ファイバを持つ場合は適 用できない。

正確なパーツの整合を得るための各種の周知の技術はスルーブツトの４１１１定 を必要とし、最大のスループ、ト強度が構成されるように整合が調節される。ア レイ接続が黄求される場合は、この整合方法は非常に大変な手間のかかる作業と なる。

従って、ファイバと導波管の結合、或いは導波管と導波管を結合するにあたって 、横方向の整合をリアルタイムでの光スルーブツトの測定を必要とせず自動的に 提供する方法がめられている。

先几立且」 本発明は光導波管の横方向の整合技術、より詳細には、１対の光学基板を互いに 結合し、横方向の移動を防止するために固定用の溝及びリッジを使用する整合技 術に関する。この整合技術は光導波管を含む基板を光ファイバを含む基板に結合 する場合、並びに両方とも先導波管を含む１対の基板を結合する場合に使用でき る。

の　な暦　［ 第１図はアレイの光ファイバをアレイの導波管に結合するための本発明による結 合構成の一例としての実施態様を示し： 第２図は本発明に従って形成された整合リッジを含む導波管基板を示し； 第３図は本発明に従って形成された整合溝を含むアレイのファイバを保持するた めのシリコン　チップを示し； 第４図は第２図及び第３図に示される本発明の整合リッジ及び整合溝を使用する 光フアイバー導波管結合器の断面図を示し；そして 第５図は導波管−導波管結合を行なうための本発明のもう１つの実施１ル１様を 示す。

１鼠至戎」 前述の如く、インチグレーテンＦ　オプティカル　デバイスの出現の結果、弔− モード及び多重モードのデバイス、レーザー、検出器、能動導波管構造及び受動 導波性構造の全てに応用できる受動的光整合技術の開発が必要となっている。能 動的に調箇を行なわなければならない自由度の数を減少することによって整合プ ロセスを簡素化し、更に最適条件では整合プロセス全体を自動化できるような新 技術の開発が必要であることは明白である。本発明はこの自動整合構成に関する が、これは２つの要素を横方向に自動的に整合するための１対の光学基板間の新 規の連結リッジ及び連結溝構造に関している。

本発明はカラス、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）及び各種の半導体材質或い はその他の材質の単一モード及び多重モードの導波管デバイスにも同様に適用で きるものである。後に詳細に説明される如く、この整合構成はデバイスが光基板 内に、或いはこれと接触して形成されるかぎり光デバイスのタイプ（例えば、導 波管、ファイバ等）にかかわらず使用できるものである。

第１図は本発明に従って形成される一例としての導波管−ファイバ結合器を示す が、これは６個の全ての自由１■を自動的に整合する能力を持つ。導波管基板ｌ Ｏが第１図には点線にで示されているが、第２図はこれを詳細に示す。ノ、（板 １０は光伝送システムとコンパティプルな任意の材質、例えば、ＬｉＮｂＯ３か ら構成することができる。基板ＩＯ内に複数の導波管１２が含まれるが、ここで 、導波管１２はニオブ酸リチウムにチタンを拡散することによって形成される。

第１図に示される如く、チップ１４、例えば、シリコン　チップが複数の対応す るり一溝１８内に複数の光ファイバ１６を保持するように設計される。好ましい 材質としてはシリコンが使用されるが、ファイバ　アレイ１６を保持するために 他の適当な材質を使用することもできる。シリコン　チップ１４上にカバー　プ レート２０が置かれ、これによってシリコン　チップ１４とカバー　プレート２ ０の間にファイ／＜１６が゛′サンドイッチ°°される。この整合構成は多重モ ードの伝送システムにも単一モードの伝送システムにも同様に適用できるもので ある。

この整合構成の原理は第２図に示されるように縦横の座標を定義することによっ て説明できる。　Ｘ及びＹ座標は導波管基板１０の上側面２８内に定義される。

ここでＹ軸は複数の導波管１２の長さ方向に沿い、Ｘ軸は基板１０の幅を横断す るものと定義される。Ｚ軸はこの平面に垂直であり、τＸ、τＹ、及びτＺは対 応する軸の回りの回転移動であると定義される。第１図に示される如く、　Ｙび τＺの位置はカバー　プレート２０の端面２２とファイバ１６の端を基板］０の 端面２６に突き当てることによって完全に決定され、一方、Ｚ、τＸ及びτＹは シリコン　チップ１４を導波管基板１０の上側面２８と接触するように置くこと によって決定される。然し、この構成は、ここに説ＩＩされる如く、　Ｘ方向に 動的に整合することが必要である。この動的整合は、通常、光スループントを監 視しながら最大の光スルーブン）が達成本発明は１．で×輛ツノ向として定義さ れた横方向の整合を達成するために光スループｉ、　ｌ−の動的ＷＭ定を常時８ 留と１７ない整合構成を提供する。動的測定のかわりに、結合されるべき１対の ノ、に板−１−にセントの溝及びリッジが形成きれる（１１４は第１の基板−１ −に、そしてリッジは第２の残りの）１（板１−に形成される）。そして、この セットの溝及びリンクが接触された１対の基板を固定し、横方向の実質的な移動 を防ＩＦする。第２図に図解される導波管基板１０は本発明に従って使用之れる ｌ対の整合リッジ３２及び３４を含む。導波管１２はニオブ酸リチウム基板にチ タンを拡散して形成するのが通常であるため、標べらの製造プロセスに整合リン グを加えるステップを簡単にするために、整合リッジ３２及び３４もチタンから 形成することができる。但し、本発明を実現するために基板１０の上側面に粘着 するその他の材質を使用することもできる。４νに、５１０２が整合リッジを形 成するのに好ましいことが発見されている。第２図に示される如く、整合リッジ ３２及び３４は約１ミクロンの高さＨ及び約１０ミクロンの幅ＩＩＩＲを持つ。

合せられた時、整合リッジと整合溝が固定されるかぎり、本発明を実現するため に他種々な高さ及び幅の寸法を与えることができる。これに加えて、整合り・フ ジ３２及び３４は溝と噛み合い横方向の移動を防止するような他の通出な断面、 例えば、正方形、三角形、円形・・・・等を持つこともできる。最後に、第２図 には説明の目的で単一の１対のりフジのみが示されるが、任意の数の整合リッジ を与えることが可能である。例えば、結果として得られる構造を頑丈にするため に、追加のりフジを導波管と交互に位置したり、或いは個々の導波管の上に位置 することが必要どなる場合がある。但し、原理的には、単一の固定整合リッジ及 び溝をデえるのみで本発明に従って横方向の移動を防止することが可能である。

第２図に示される如く、整合リッジ３２は最も左の導波管１２Ｌ　から距ｆｉｄ ｌだけ離れたところに位置され、整合リッジ３４は最も右の導波管１２Ｒから距 離ｄ２だけ離れた所に位置される。従って、下に説明の如く、関連する整合溝を 形成する場合、最適の結合を提供するためにこれら距離を可能な限り守ることが 必要である。第３図ぼ複数の光ファイバ１６を保持するために使用される複数の Ｖ溝１８を含むシリコン　チップ１４の射視図を示す。第３図に示される如く、 整合溝３６及び３８は１対の一例としてのＶ溝１８を光ファイバを保持するのに 必要な直径から整合リッジ３２及び３４の幅にほぼ等しい幅にせばめることによ って、例えば、直径約１５０ミクロンから約１０ミクロンにせばめることによっ て形成される。第３図に示される整合溝３６及び３８の深さＤは第４図に示され る如く要素が固定されるように整合リッジ３２及び３４の高さより十分に高く選 択される（例えば、　Ｄは１ミクロン以上とされる）。溝はＶ形を持つものとし て示ぎれているが、本発明の整合溝は任意の適当な断面、例えば、Ｕ形５台形、 正方形成いは長方形を持つこともできる。第２図の構成と対応させるために、整 合溝３６は最も左のファイバ用Ｖ溝１　ａ７　から距離ｄ２だけ離れた所に位置 され、又、整合溝３８は最も右のファイバ用　Ｖ溝１８Ｆ３　から距＃ｄ２だけ 離れた所に位置される。整合溝３６及び３８は整合溝と整合リッジが噛み合って 横方向の移動を防止するような深さＤ及び幅−ｑを持つ。

従って、本発明によると、導波管基板１０がシリコンチップ１４に嵌められると 、整合リッジ３２が整合溝３８と噛み合い、同様に、整合リッジ３４が整合溝３ ６と噛み合うことによって、横方向の移動が阻止される。

第４図は第１図の線４−４に沿って切断された本発明のこの実施態様のもう１つ の図を示すが、これによると本発明による固定整合リッジ及び固定整合溝の構造 がより鮮明となる。特に、整合溝３６及び３８は夫々横方向の移動を許さないよ うに整合リッジ３４及び３２を収容できる深さ　Ｄ及び幅科を持つことがわかる 。

両方とも導波管を含むペアの基板間で光信号を伝送することが必要な状況がある 。現在の方法においては、光信号に対する伝送経路を提供するために光ファイバ が両方の基板と接触するように位置される。然し、これはファイバを追加すると 、通信システムのコストが増加し、システムが複数となり、更に信号の減衰及び 構造の頑強さの点においてシステムの性能に悪影響を与えることから最適な解決 方法とはいえない。これら及びその他の問題を解決するために、本発明により固 定溝及びリッジ構造はファイバの結合を必要としない完全に受動的な導波管−導 波管結合を提供する。第５図は両方とも少なくとも１つの光導波を含む１対の元 基板を整合するめたのもう１つの実施態様を示す。

第５図に示される構造は導波管−導波管結合を行なうために基板１０に第２の元 基板１００が結合されていることを除いて、第１図の構造と同一である１図示さ れる如く、導波管基板１０は第２図との関連において前述された如く複数の導波 管１２及び整合リッジ３２及び３４を持つ、前述の実施態様と同様に、ここでは 説明のために１対の整合リッジのみが示されているが、本発明に従う導波管−導 波管結合器を製造するために任意の数の整合リッジ及び整合溝を使用することが できる。第５図に示される基板１４０は夫々整合リッジ３４及び３２と噛み合う １対の整合溝３６０及び３８０を含む、基板１４０にはシリコン或いは他の任意 の材質を使用することができる。導波管基板１００は前述の基板１０と類似する 。つまり、導波管基板１００は基板１００の上側面２８０に拡散された複数の導 波管１２０を含む、基板ｌＯの導波管１２と同様に、導波管１２０を製造する拡 散材質としてチタンを使用することができる。基板１０とノ、（板１００との間 に完全な光通信を与えるためには、導波管１２と１２０は数及び位置が同一であ ることが必要である。但し、選択された導波管とのみ通信することか要求される 場合は、実際の導波管の数が異なることも考えられる。導波管１２と１２０との 間の光信号の完全な伝送は）、（板１０の端面２６を基板１００の端面２６０に ＊１てることによって達成される０本発明によると、基１１４０と導波管基板１ ００との間の横方向の移動は基板１００上に基板１４０の整合溝３８０及び３６ ０と噛み合う整合リッジを提供することによって防止される。

特に、基板１００は整合リッジ３２０及び３４０を有し、これらはそのサイズに おいても位置においても基板１０の整合リッジ３２及び３４に相当するものであ る。より詳細には、第５図に示される如く、整合リッジ３２０が最も左の導波管 １２０Ｌから距＃ｄ１だけ離して位置され、整合リッジ３４０が最も右の導波管 １２０Ｒから距離ｄ２だけ離して位置される。ここで、この両方の整合リッジは 高さＨ及び＠ＡＷＲを持つ。基板１００は、提供される整合リッジカリ、（板１ ４０内の整合溝と補間的に位置されるかぎりＪ、（板１００の整合リッジの数、 サイズ或いは位置と完全に同じ整合リッジを持つ必要はない。

２つの基板が第５図の矢印にホされる方向に移動されると、２つのセットの整合 リッジが基板１４０の整合溝３６０及び３８０と噛み合う、このため、任意の２ つの要素間で横方向の移動は発生せず、導波管１２を通じて伝送される光信号が 導波管１２０に直接に結合される。

ＦＩＧ、２ ＦＩＧ、　３ ＦＩＧ、５ 国際調査報告 ＩＰ＋−１−ｍ＋ｌａＰ、ｌＡｓｅＭ−１ａｓ−ＮｍＰＣＴ／ＵＳ８５１０１” ’ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　Ｔｌ（Ｅ　ｒＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡｃ、５ＥＡＲＣＨＲ ＥＰＯＲＴ　０ＮＩＮＴＥＲＮＡＴ工０ＮＡＬ　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ　Ｎｏ 、　ＰＣＴ／ＵＳ　ｆ１５１０１９０７　（ＳＡ　１１０４２）ＤＥ−Ａ−３３ １６７２７０８／１１／８４　Ｎｏｎｅ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．別個の光基板の間で光通信を提供するための光通信システムにおいて、該シ ステムが 第１の基板（１０）：及び 第２の基板（１４）を含み 該第１の基板（１０）が上側面に沿って縦方向に配置された少なくとも１つの光 導波管（１２）及び該少なくとも１つの光導波管と平行して該基板の上側面に沿 って配置され、該少なくとも１つの光導波管と所定距離だけ離間して所定の高さ 及び幅を持つ少なくとも１つの整合リッジ（３２）を含み； 該第２の基板（１４）が該少なくとも１つの整合リッジの該所定の高さ及び幅と 対応する所定の深さ及び幅を持つ少なくとも１つの整合溝（３８）を持ち、該少 なくとも１つの整合溝が該第２の基板の上側面上に縦方向に配置され、 該少なくとも１つの整合溝と該少なくとも１つの整合リッジが該第１の基板と該 第２の基板が互いに噛み合わされたとき該第１の基板と該第２の基板とを自動的 に整合させる機能を持つことを特徴とする光通信システム。
2. ２．請求の範囲第１項に記載の光通信システムにおいて、該第１の基板が複数の 縦方向に配置された導波管を含むことを特徴とする光通信システム。
3. ３．請求の範囲第１項に記載の光通信システムにおいて、該第１の基板が複数の 縦方向に配置された整合リッジを含み、該第２の基板が該複数の整合リッジと噛 み合う複数の縦方向に配置された整合溝とを含むことを特徴とする光通信システ ム。
4. ４．請求の範囲第１項に記載の光通信システムにおいて、該第２の基板が更に少 なくとも１つの光ファイバを受けるための少なくとも１つの所定の深さ及び幅の 縦方向のファイバ溝を含むことを特徴とする光通信システム。
5. ５．請求の範囲第４項に記載の光通信システムにおいて、該第２の基板が光ファ イバのアレイを保持するための複数の縦方向のファイバ溝を含むことを特徴とす る光通信システム。
6. ６．請求の範囲第４項に記載の光通信システムにおいて、該少なくとも１つの整 合溝の幅及び深さが該少なくとも１つの縦方向のファイバ溝の幅及び深さと等し いことを特徴とする光通信システム。
7. ７．請求の範囲第４項に記載の光通信システムにおいて、該少なくとも１つの整 合溝が関連する少なくとも１つの整合リッジの所定の幅と対応し、該少なくとも １つの縦方向のファイバ溝の幅とは異なる幅を持つことを特徴とする光通信シス テム。
8. ８．請求の範囲第１項に記載の光通信システムにおいて、該光通信システムが更 に第３の基板（１００）を含み： ：該第３の基板（１００）が該第１の基板と該第３の基板の端と端が結合された とき該第１の光基板の該少なくとも１つの導波管との間の光通信の経路を提供す るように該基板の上側面に沿って縦方向に配置された少なくとも１つの光導波管 、及び該基板の上側面に沿って該少なくとも１つの光導波管から所定の距離だけ 離間して該少なくとも１つの光導波管と平行に配置された所定の高さ及び幅を持 つ少なくとも１つの整合リッジとを含み、該第１と該第３の基板が端と端が直接 に接触し該第２の基板と噛み合うように位置されたときに該第１の基板と該第３ の基板との間に直接的な光通信がなされるように該第３の基板の該少なくとも１ つの整合リッジが該第２の基板の該少なくとも１つの整合溝と噛み合うことを特 徴とする光通信システム。