KR20010022335A - Planar optical device connector and method for making same - Google Patents
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Abstract
평면 광학장치 커넥터(10)와 이의 제조방법이 개시되어 있으며, 커넥터 몸체(12)는 평면 광학장치(16)를 수용하기 위한 환대(14)와, 평면 광학장치(16)가 정렬되는 기준(18)을 포함한다. 상기 평면 광학장치(16)는 기준(18)에 정렬된 후, 상기 환대(14)에 고정된다.The planar optics connector 10 and a method of manufacturing the same are disclosed, wherein the connector body 12 includes an annulus 14 for receiving the planar optics 16 and a reference 18 on which the planar optics 16 are aligned. ). The planar optics 16 are aligned to the reference 18 and then fixed to the annulus 14.
Description
평면 도파관, 광파 광학회로, 평면 글라스와 반도체 기판상의 광학장치와 같은 평면 광학장치는 다중파장 전송시스템, 가정용 및 개인용 수신 시스템에서 점차 중요해졌다.Planar optics, such as planar waveguides, light wave optical circuits, and planar glass and optics on semiconductor substrates, have become increasingly important in multiwavelength transmission systems, home and personal receiving systems.
작동을 위하여, 상기 평면 광학장치에서의 광 안내구역은 광섬유 또는 다른 평면 광학장치의 광 안내구역과 접속 또는 피그테일되어야만 한다. 상기 접속은 열과 습도에 대한 저손실, 통상적으로 접속당 0.2db 이하의 환경 안정성과 비용 유효성이 요구된다. 저손실 접속을 이루기 위해서는 상기 광 안내구역의 매우 정밀한 정렬이 필요하다.For operation, the light guide zone in the planar optics must be connected or pigtailed with the light guide zone of the optical fiber or other planar optics. The connection requires low loss of heat and humidity, typically less than 0.2 db per connection, environmental stability and cost effectiveness. Very precise alignment of the light guide zones is necessary to achieve low loss connections.
평면 광학장치의 도파구역을 다른 평면 광학장치 또는 광섬유의 광 안내구역과 정렬시키는 능동적 정렬에 의한 하나의 방법이 존재하며, 여기에서, 상기 도파구역은 함께 접합되고, 정렬은 광학 모니터 기구에 의해 감시되며, 접합된 도파구역은 함께 고정된다. 상기 광학 모니터 기구는 접속에서의 발광 손실량을 측정하는 사진탐지장치일 수 있다. 2개의 접합된 도파구역을 능동적으로 정렬시키는 것과 관련된 하나의 단점은 고가이며, 특히 능동적 정렬이 작업장에서 실시될 때 시간을 소비할 수 있다는 것이다.One way is by active alignment to align the waveguide zone of the planar optics with the light guide zone of another plane optic or optical fiber, where the waveguide zones are joined together and the alignment is monitored by an optical monitor mechanism. The bonded waveguide zones are fixed together. The optical monitor mechanism may be a photodetector for measuring the amount of light emission lost in the connection. One disadvantage associated with actively aligning the two bonded waveguide zones is that they are expensive and can be particularly time consuming when active alignment is performed in the workplace.
또 다른 수동적 정렬방법은 기계적 수단으로 상기 도파구역을 정렬하는 것과 관련된다. 예를 들어, 평면 광학장치는 한쌍의 MT형 커넥터 장치를 이용하여 다른 평면장치 또는 섬유 어레이와 정렬될 수 있고, 플라스틱으로 성형된 MT형 커넥터 플러그로 둘러싸인 평면 도파관을 지지하는 실리콘 웨이퍼상에 V형 그루브를 형성함으로써 제조될 수 있다. 상기 V형 그루브는 웨이퍼상에 정밀하게 위치되며, 상기 V형 그루브는 안내핀을 지지하게 된다. 상기 안내핀은, 광섬유 어레이를 포함하며 대향 배치된 MT형 커넥터 플러그상의 안내홀에 수용되도록 위치된다. 상기 2개의 플러그 단부를 수동적으로 연결함으로써, 평면 도파관과 섬유 어레이를 정렬시키게 된다. MT형 커넥터와 V형 그루브를 이용한 장치의 예가 1995년 12월, IEEE 포토닉스학, 7권, No. 12에 게재되어 있으며, 이는 참고용으로 본 명세서에 반영되어 있다.Another passive alignment method involves aligning the waveguide zone by mechanical means. For example, planar optics can be aligned with other planar devices or fiber arrays using a pair of MT-type connector devices, and are V-shaped on silicon wafers that support planar waveguides surrounded by plastic-shaped MT-type connector plugs. It can be produced by forming a groove. The V-shaped groove is precisely positioned on the wafer, and the V-shaped groove supports the guide pin. The guide pin is positioned to be received in a guide hole on an MT-type connector plug that includes an optical fiber array and is disposed opposite. By passively connecting the two plug ends, the planar waveguide and fiber array are aligned. An example of a device using an MT connector and a V groove is in December 1995, IEEE Photonics, Vol. 7, No. 12, which is incorporated herein by reference.
전술한 수동적 정렬 V형 그루브 방법을 이용하는데는 몇가지 문제점이 존재한다. 연결되어야만 하는 도파관의 작은 코어 직경때문에, 가공될 수 있는 V형 그루브의 정밀도는 접속당 0.2db 이하의 손실을 이루기에는 불충분하다. 다른 문제점은 상기 핀이 실리콘에 의해 지지되고 정렬되는 것이며, 상기 실리콘은 핀과 MT형 커넥터 플러그가 결합될 때 발생하는 토크와 응력에 의해 깨지거나 파단이 발생한다. 또한, 이의 제조는 고가의 공정인 기준 표시선을 이용한 고정밀 V형 그루브 연마가 필요하다. 또한, 반도체 표면상에 V형 그루브를 형성하는데는 광회로에 더 유익할 수 있는 매우 고가의 칩 표면영역을 이용하게 된다.There are several problems with using the passive alignment V-groove method described above. Because of the small core diameter of the waveguide that must be connected, the precision of the V-groove that can be machined is insufficient to achieve a loss of 0.2 db or less per connection. Another problem is that the pin is supported and aligned by the silicon, which is broken or broken by the torque and stress that occurs when the pin and the MT-type connector plug are engaged. In addition, its manufacture requires high-precision V-groove polishing using reference marking lines, which is an expensive process. In addition, the formation of V-shaped grooves on the semiconductor surface uses very expensive chip surface areas, which may be more beneficial for optical circuits.
전술한 문제점을 고려하여, 위의 능동 및 수동적 정렬방법을 통합하는 평면 광학장치 커넥터가 요구된다. 따라서, 접합된 도파구역이 능동적으로 정렬될 필요가 없이 접속당 0.2db 이하의 손실을 발생시키고, 반도체 기판상에 V형 그루브를 형성시키는 것과 관련된 문제점을 해소할 수 있는 커넥터 장치를 제공하는 것이 바람직하다.In view of the above problems, there is a need for a planar optics connector incorporating the above active and passive alignment methods. Therefore, it is desirable to provide a connector device that can produce a loss of 0.2 db or less per connection without the need to actively align the bonded waveguide zones and solve the problems associated with forming V-grooves on a semiconductor substrate. Do.
본 발명은 광소자에 관한 것으로, 특히 평면 광학장치 커넥터에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to optical devices, and more particularly, to a planar optical device connector.
도 1은 본 발명에 따른 평면 광학장치 커넥터의 실시예를 도시한 사시도이고,1 is a perspective view showing an embodiment of a planar optics connector according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 평면 광학장치 커넥터의 정면도이다.2 is a front view of a planar optics connector according to the present invention.
따라서, 본 발명은 환대와 기준을 갖는 몸체를 포함하는 평면 광학장치 커넥터를 제공한다. 평면 광학장치는 상기 기준에 능동적으로 정렬되고 환대내에 위치되며, 바람직하게는 접착제로 상기 환대에 고정된다. 바람직하게, 장치의 몸체는 성형되고, 더욱 바람직하게는 플라스틱으로 성형되며, 상기 기준은 안내핀, 또는 안내핀을 수용하는 보어이다.Accordingly, the present invention provides a planar optics connector comprising a body having a hospitality and a reference. Planar optics are actively aligned with the reference and positioned in the annulus, preferably secured to the annulus with an adhesive. Preferably, the body of the device is molded, more preferably molded of plastic, the criterion being a guide pin, or a bore for receiving the guide pin.
본 발명의 다른 특징은 평면 광학장치와 기준을 수용하도록 내부에 채용된 환대를 갖는 몸체를 제공함으로써 평면 광학장치 커넥터의 제조방법을 포함한다. 상기 평면 광학장치는 기준에 능동적으로 정렬되고, 평면 광학장치는 환대내에 고정된다. 상기 기준은 안내핀 또는 안내핀 보어일 수 있으며, 상기 안내핀은 커넥터의 몸체와 일체로 성형되거나, 별도로 제조되어 커넥터의 몸체속에 삽입된다.Another feature of the present invention includes a method of manufacturing a planar optics connector by providing a body having a planar optic and a annulus adapted therein to accommodate the reference. The planar optics are actively aligned with the reference, and the planar optics are fixed in the annulus. The criterion may be a guide pin or a guide pin bore, the guide pin is integrally molded with the body of the connector, or manufactured separately and inserted into the body of the connector.
본 발명에 따른 방법과 장치의 중요한 장점은 낮은 접속손실을 제공함으로써 V형 그루브 형성에 따른 고가의 반도체 표면 낭비를 방지한다는 점이다. 본 발명의 또 다른 장점은 낮은 접속손실이 광학장치의 접합된 도파구역을 능동적으로 정렬시키지 않고 이루어질 수 있다는 것이다. 본 발명의 또 다른 특징과 장점은 첨부도면과 함께 하기된 상세한 설명과 청구범위에서 지적된 장치 및 방법에 의해 명백해질 것이다. 전술한 설명과 하기된 상세한 설명 모두는 예를 위한 것이며, 청구범위의 본 발명을 더 설명하기 위한 것임을 알 수 있다.An important advantage of the method and apparatus according to the present invention is that it provides a low connection loss, thereby avoiding expensive semiconductor surface waste due to V-groove formation. Another advantage of the present invention is that low splice loss can be achieved without actively aligning the bonded waveguide zone of the optics. Further features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings and the apparatus and method pointed out in the claims. It is to be understood that both the foregoing description and the following detailed description are exemplary and intended to further illustrate the invention in the claims.
첨부도면은 본 발명의 하나의 실시예를 도시함으로써 본 발명을 더 이해하도록 포함된 것이며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명한다. 도면에서, 가능한 한, 유사 또는 동일부품은 전도면에서 동일한 참조번호로 표시되었다. 도면의 다양한 부품들은 척도에 따라 작성되지 않았으며, 때론 본 발명의 설명하기 위하여 의도적으로 변형되었다.The accompanying drawings are included to provide a further understanding of the invention by showing one embodiment of the invention, and together with the description serve to explain the principles of the invention. In the drawings, as much as possible, like or identical parts are designated with the same reference numerals in the conducting surface. Various parts of the drawings are not drawn to scale and are sometimes intentionally modified to illustrate the invention.
본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하며, 이의 예가 첨부도면에 도시되어 있다.Preferred embodiments of the invention are described in detail, examples of which are illustrated in the accompanying drawings.
본 발명의 평면 광학장치 커넥터의 실시예가 도 1에 도시되어 있으며, 참조번호 10으로 표시되어 있다. 도 1을 참조하면, 평면 광학장치 커넥터(10)는 내부에 평면 광학장치(16)를 수용하도록 채용된 환대(14)를 갖는 몸체(12)를 포함한다. 평면 광학장치(16)는 광신호를 송수신하기 위한 도파구역(17)을 갖는다. 여기에서 사용된 바와 같이, "도파구역"은 광신호를 송신하는 광 도파관 장치의 구역을 의미한다. 도파구역(17)은 바람직하게는 실리카 또는 도프 실리카이나, 실리콘 리튬 니오베이트 등과 같이 다른 물질이 될 수도 있다. 형태에 있어서 몸체(12)는 통상의 MT형 커넥터와 유사하며, 사출성형과 같이 공지된 적당한 방법으로 제조된다. 기준(18)은 몸체(12)의 제조과정에서 환대와 정렬된다. 본 발명에서, 상기 기준은 이를 참조하여 위치가 측정될 수 있는 포인트를 의미한다. 기준(18)은 도 1에 도시된 바와 같이 안내핀이 될 수 있으며, 안내핀을 수용하는 보어(미도시)가 될 수도 있다.An embodiment of the planar optics connector of the present invention is shown in FIG. 1 and indicated by reference numeral 10. Referring to FIG. 1, the planar optics connector 10 includes a body 12 having an annulus 14 employed to receive the planar optics 16 therein. The planar optics 16 has a waveguide zone 17 for transmitting and receiving optical signals. As used herein, “waveguide zone” means the zone of an optical waveguide device that transmits an optical signal. The waveguide 17 is preferably silica or dope silica, or may be other material, such as silicon lithium niobate or the like. In form, the body 12 is similar to a conventional MT-type connector and is manufactured by any suitable method known as injection molding. The reference 18 is aligned with the hospitality in the manufacture of the body 12. In the present invention, the criterion means a point at which a position can be measured with reference thereto. Reference 18 may be a guide pin as shown in Figure 1, it may be a bore (not shown) for receiving the guide pin.
상기 기준(18)이 안내핀이라면, 이는 금속, 스테인레스 스틸, 세라믹 또는 플라스틱으로 제조될 수 있다. 상기 안내핀은 에폭시와 같은 접착제로 안내핀 보어속에 영구적으로 고정되거나, 탈부착이 용이하도록 안내핀 보어로부터 탈거가능하게 구성될 수 있다. 상기 안내핀은 별도로 제작되거나, 본 발명의 커넥터 장치의 몸체와 일체로 제조될 수 있다. 도면에서, 기준(18)의 단면이 원통형인 것으로 도시되었으나, 기준(18)은 예를 들어, 정사각형 또는 직사각형 등 다른 단면형상을 가질 수 있다.If the reference 18 is a guide pin, it may be made of metal, stainless steel, ceramic or plastic. The guide pin may be permanently fixed in the guide pin bore with an adhesive such as epoxy, or may be detachably formed from the guide pin bore to facilitate detachment. The guide pin may be manufactured separately, or may be manufactured integrally with the body of the connector device of the present invention. In the figure, although the cross section of the reference 18 is shown to be cylindrical, the reference 18 may have other cross-sectional shapes, for example square or rectangular.
본 발명에 따른 평면 광학장치 커넥터의 정면도인 도 2를 참조하면, 상기 평면 광학장치(14)의 도파구역(17)은 기준(18)의 중심선에 능동적으로 정렬된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 환대(14)의 단면은 그 내부에 삽입된 평면 광학장치(16)보다 약간 크다. 상기 환대(14)는 유사한 형상의 평면 광학장치에 일치하도록 직사각형이며, 단지 약 ±10 마이크론의 크기오차를 조절하도록 제조된다.Referring to FIG. 2, which is a front view of the planar optics connector according to the present invention, the waveguide zone 17 of the planar optics 14 is actively aligned with the centerline of the reference 18. As shown in FIG. 2, the cross section of the annulus 14 is slightly larger than the planar optics 16 inserted therein. The annulus 14 is rectangular to conform to planar optics of similar shape and is manufactured to adjust a size error of only about 10 microns.
본 발명의 다른 실시예는 기준(18)과 평면 광학장치(16)를 수용하도록 채용된 환대(14)를 갖는 몸체(12)를 제공하는 단계를 포함하는 평면 광학장치 커넥터(10) 제조방법을 포함한다. 전술한 바와 같이, 환대(14)는 크기 정밀도(약 ±10 마이크론)를 조절하며, 내부에 삽입되는 평면 광학장치(16)의 단면보다 약간 큰 크기이다. 본 실시예는 상기 평면 광학장치가 환대(14) 속에 삽입된 후 상기 기준에 평면 광학장치(16)를 능동적으로 정렬하는 단계를 더 포함한다.Another embodiment of the invention provides a method of manufacturing a planar optics connector 10 comprising providing a body 12 having an annulus 14 adapted to receive a reference 18 and a planar optics 16. Include. As noted above, the hospitality 14 adjusts size precision (about ± 10 microns) and is slightly larger than the cross section of the planar optics 16 inserted therein. This embodiment further includes actively aligning the planar optics 16 to the reference after the planar optics are inserted into the annulus 14.
상기 기준(18)과 평면 광학장치(16)의 능동적 정렬은 적당한 공지의 방법으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 광도파관을 포함하는 MT형 커넥터가 몸체(12)에 플러그될 수 있는 파워 피킹법(power peaking method)이 사용될 수 있으며, 상기 MT형 커넥터와 평면 광학장치(16)간의 접속은 MT형 커넥터(미도시)의 도파구역과 평면 광학장치(16)의 도파구역이 최적하게 정렬되도록 사진 탐지기에 의해 광학적으로 모니터될 수 있다. 능동적 정렬은 평면 광학장치(16)를 기준(18)에 수동 또는 자동으로 능동적으로 정렬시키는데 상기 평면 광학장치(16)와 기준(18)의 이미지를 사용하는 이미지 분석기술과 같은 다른 방법을 포함할 수도 있다. 마지막으로, 본 실시예는 적당한 방법으로 평면 광학장치(16)를 환대(14)에 고정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 접착제 또는 에폭시가 환대(14)에 능동적으로 정렬된 평면 광학장치(16)를 고정하기 위해 사용될 수 있다. 상기 평면 광학장치(16)가 기준(18)에 정렬된 후, 상기 접착제 또는 에폭시가 경화하여 능동적으로 정렬된 평면 광학장치를 고정하게 된다. 접착제의 경화는 예를 들어 열 또는 자외선광과 같은 광발산에 의해 이루어질 수 있다.Active alignment of the reference 18 and the planar optics 16 may be accomplished by any suitable known method. For example, a power peaking method may be used in which an MT-type connector including an optical waveguide can be plugged into the body 12, and the connection between the MT-type connector and the planar optics 16 is MT. The waveguide zone of the connector (not shown) and the waveguide zone of the planar optics 16 may be optically monitored by the photo detector so that it is optimally aligned. Active alignment may include other methods such as image analysis techniques using the image of the planar optics 16 and the reference 18 to manually or automatically align the planar optics 16 to the reference 18. It may be. Finally, this embodiment includes securing the planar optics 16 to the annulus 14 in a suitable manner. For example, adhesive or epoxy may be used to secure the planar optics 16 actively aligned to the annulus 14. After the planar optics 16 are aligned to the reference 18, the adhesive or epoxy cures to secure the actively aligned planar optics. Curing of the adhesive can be accomplished by light divergence, for example by heat or ultraviolet light.
상기 환대에 평면 광학장치가 고정된 후, 상기 장치의 선단면을 연마하거나, 배면반사를 최소화시키는 각도로 평면 광학장치의 단부를 절단하는 것이 바람직하다. 바람직하게, 상기 평면 광학장치가 기준에 능동적으로 정렬되어 환대에 고정된 후, 본 발명의 평면 광학장치 커넥터는 접합된 도파구역을 능동적으로 정렬할 필요가 없는 도파관 구역을 포함하는 MT형 커넥터에 연결될 수 있다. 평면 광학장치상의 도파구역은 통상적으로 사진석판술과 같은 고정밀 공정에 의해 성형되기 때문에, 도파구역의 정렬은 당연히 이루어진다.After the planar optics are secured to the annulus, it is desirable to polish the tip surface of the device or to cut the end of the planar optics at an angle that minimizes back reflection. Preferably, after the planar optics are actively aligned to the reference and secured to the annulus, the planar optics connectors of the present invention may be connected to an MT-type connector that includes a waveguide region that does not need to actively align the bonded waveguide region. Can be. Since the waveguide zones on the planar optics are usually shaped by a high precision process such as photolithography, the alignment of the waveguide zones is of course made.
전술한 실시예에서, 상기 기준은 그 사이에 위치된 평면 광학장치와 함께 커넥터의 표면을 따라 외부 측부모서리 부근에 위치된다. 상기 정렬은 논리적이나, 다만 예시하기 위한 것이며, 다른 구조는 본 발명의 범주에 속한다.In the above embodiment, the reference is located near the outer side edge along the surface of the connector with the planar optics positioned therebetween. The arrangement is logical, but is merely illustrative and other structures are within the scope of the present invention.
본 발명은 평면 광학장치를 MT형 커넥터에 연결하기 위한 장치에 관하여 기술되었다. 상기 평면 광학장치는 도파구역 어레이를 갖는 평면 도파관 또는 도파관 어레이를 갖는 광집적회로를 포함할 수 있다. 상기 광집적회로는 모듈레이터, 스위치, 증폭기, 멀티플렉서 등과 통합될 수 있다. 본 발명의 장치에 접속된 상기 MT형 커넥터는 광집적회로내에 도파관 어레이를 갖는 평면 광학장치 또는 섬유 어레이를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 광신호를 전송할 수 있는 다양한 장치에 다양한 평면 광학장치를 접속하기 위하여 본 발명의 장치를 사용하는 것은 본 발명의 범주에 속한다.The present invention has been described with respect to an apparatus for connecting a planar optic to an MT type connector. The planar optics may comprise a planar waveguide having a waveguide zone array or an optical integrated circuit having a waveguide array. The optical integrated circuit may be integrated with a modulator, a switch, an amplifier, a multiplexer, or the like. It can be seen that the MT type connector connected to the apparatus of the present invention may include a planar optic or a fiber array having a waveguide array in an optical integrated circuit. Therefore, it is within the scope of the present invention to use the apparatus of the present invention to connect various planar optics to various apparatus capable of transmitting optical signals.
또한, MT형 커넥터 플러그에 본 발명의 장치를 연결하는데 사용되는 안내핀은 2개 부품이 함께 연결될 때 최종적으로 접속되는 부분이며, 핀들은 하나 또는 다른 하나와 반듯이 결합되지는 않음을 알 수 있다.In addition, it can be seen that the guide pin used to connect the device of the present invention to the MT-type connector plug is the part that is finally connected when the two parts are connected together, and the pins are not coupled to one or the other.
본 발명의 사상과 범주를 벗어나지 않고 다양한 변경과 변형이 이루어질 수 있음을 당업자는 알 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항과 그 동등물의 범주에 속하는 변경과 변형을 포함한다.It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the invention is intended to embrace modifications and variations that fall within the scope of the appended claims and their equivalents.
Claims (10)
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