光学装置
【課題】光学ファイバのセグメントを組み込んだパッケージ化されたファイバ結合光学機器を提供する。
【解決手段】光学機器アセンブリ１２０は、その上の構成要素１２６，１２８とファイバ溝１２４を有する基板１２２を備える。光学ファイバのセグメント１００はファイバ溝１２４に係合して、基板１２２上の構成要素１２６，１２８との光学結合のために、ファイバセグメント１００の位置決めをする。ファイバ保持器２００は、ファイバセグメント１００の、溝１２４との係合を維持する。ファイバ保持器２００は、接着手段２０２により基板１２２に固定してもよい。基板１２２／保持器２００上に形成された凹部領域は、接着手段２０２により充填され、保持部材２００を形成する。
【解決手段】光学機器アセンブリ１２０は、その上の構成要素１２６，１２８とファイバ溝１２４を有する基板１２２を備える。光学ファイバのセグメント１００はファイバ溝１２４に係合して、基板１２２上の構成要素１２６，１２８との光学結合のために、ファイバセグメント１００の位置決めをする。ファイバ保持器２００は、ファイバセグメント１００の、溝１２４との係合を維持する。ファイバ保持器２００は、接着手段２０２により基板１２２に固定してもよい。基板１２２／保持器２００上に形成された凹部領域は、接着手段２０２により充填され、保持部材２００を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
出願者：Ａｌｂｅｒｔ Ｍ. Ｂｅｎｚｏｎｉ，Ｊｏｅｌ Ｓ.Ｐａｓｌａｓｋｉ，ａｎｄ Ｐｅｔｅｒ Ｃ.Ｓｅｒｃｅｌ
関連出願への優先権の主張
本出願は、２００４年６月３０日に出願された、先行出願同時係属米国暫定出願第６０／５８４，６５４号に基づく優先権を主張するものであり、前記暫定出願は、その全体がここで記載されたかのごとく、参照によりその全体がここに組み込まれたものとする。
【背景技術】
【０００２】
背景
本発明の分野は、光学ファイバに結合された光学機器に関する。ファイバ結合された光学機器のパッケージ化をここに開示する。
【０００３】
光学ファイバに容易に結合するための光学構成要素のパッケージ化は、遠距離通信手段用の光学機器の製造過程においてはコストおよび時間がかかる部分である。光学ファイバ間の迅速な接続を可能にするためにコネクタを利用することができ、各ファイバは一対の嵌め合わせコネクタが設けられている。パッケージ化された光学機器にそのようなコネクタを設けるために、光学ファイバの短いセグメントがパッケージ内に使用され、その一端は機器に結合され、他端はコネクタ内で終端しており、嵌め合わせコネクタによる他の光学ファイバとの結合に利用される場合がよくある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
ここでは、光学ファイバのセグメントを組み込んだパッケージ化されたファイバ結合光学機器を提供するための装置および方法を開示する。パッケージサブアセンブリの構成により、光学機器は容易に組み立てられ、光学ファイバセグメントに光学的に結合され、それにより、ファイバ光学コネクタが提供される。
概要
光学装置は、その上の少なくとも１つの光学構成要素と、その上のファイバ溝を有する機器基板を備える光学装置アセンブリと、その第１端部がファイバ溝に係合している光学ファイバのセグメントであって、ファイバ溝はそこに係合しているファイバセグメントの第１端部を、基板上の少なくとも１つの光学構成要素と光学結合するように位置決めする光学ファイバのセグメントと、ファイバセグメントの第１端部上に位置して、その第１端部の、ファイバ溝との係合を維持するファイバ保持器を備える。
【０００５】
第１実施形態においては、ファイバ保持器は、接着手段により機器基板に固定されている。機器基板またはファイバ保持器には、その上に形成された少なくとも１つの凹部領域が設けられ、接着手段は、少なくとも部分的には凹部領域を充填し、その中に保持部材を形成する。凹部領域は、多様に構成され、および／または、機器基板へのファイバ保持器の取り付け、および／またはファイバセグメントの、ファイバ溝との係合を増強するように適合される。第２実施形態においては、ファイバ保持器は、機器基板に係合され、光学ファイバセグメントの第１端部をファイバ溝に押し込むように付勢された弾力性保持器を備える。弾力性保持器は、多様に構成され、および／またはファイバセグメントのファイバ溝との係合を増強するために適合されてもよい。
【０００６】
いずれの実施形態も、更に複数のファイバセグメントと、対応する複数のファイバ溝を有する１つまたは２以上の基板上の光学構成要素を備えてもよい。ファイバ保持器は、対応するファイバ溝に係合された各ファイバセグメントを維持するように配設される。１つまたは２以上のファイバセグメントとファイバ溝を有する各実施形態は、多様に構成され、および／または、嵌め合わせファイバ光学コネクタを増強するために、またはファイバピグテールを提供するために、または機械的スプライシングのためなどのために適合されてよいハウジングを更に備えてもよい。ハウジングは、多様に構成され、および／または、機械的な囲い、電磁的なシールド、電気的接続性、機械的搭載などを提供するように適合されてもよい。
【０００７】
パッケージ化されたファイバ結合光学機器に関する目的と優位性は、図に例示され、下記に記述された説明および／または請求項に開示された、開示実施形態を参照することにより明白になろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】図１Ａは、光学機器アセンブリと光学ファイバセグメントを例示している。
【図１Ｂ】図１Ｂは、光学機器アセンブリと光学ファイバセグメントを例示している。
【図２Ａ】図２Ａは、光学機器アセンブリと、光学ファイバセグメントと、ファイバ保持板を例示している。
【図２Ｂ】図２Ｂは、光学機器アセンブリと、光学ファイバセグメントと、ファイバ保持板を例示している。
【図２Ｃ】図２Ｃは、光学機器アセンブリと、光学ファイバセグメントと、ファイバ保持板を例示している。
【図２Ｄ】図２Ｄは、光学機器アセンブリと、光学ファイバセグメントと、ファイバ保持板を例示している。
【図３Ａ】図３Ａは、ファイバ保持板上の種々のファイバ溝を例示している。
【図３Ｂ】図３Ｂは、ファイバ保持板上の種々のファイバ溝を例示している。
【図３Ｃ】図３Ｃは、ファイバ保持板上の種々のファイバ溝を例示している。
【図３Ｄ】図３Ｄは、ファイバ保持板上の種々のファイバ溝を例示している。
【図４Ａ】図４Ａは、凹部領域において接着剤により形成された保持部材の種々の構成を例示している。
【図４Ｂ】図４Ｂは、凹部領域において接着剤により形成された保持部材の種々の構成を例示している。
【図４Ｃ】図４Ｃは、凹部領域において接着剤により形成された保持部材の種々の構成を例示している。
【図４Ｄ】図４Ｄは、凹部領域において接着剤により形成された保持部材の種々の構成を例示している。
【図５Ａ】図５Ａは、凹部領域において接着剤により形成された保持部材の種々の構成を例示している。
【図５Ｂ】図５Ｂは、凹部領域において接着剤により形成された保持部材の種々の構成を例示している。
【図５Ｃ】図５Ｃは、凹部領域において接着剤により形成された保持部材の種々の構成を例示している。
【図５Ｄ】図５Ｄは、凹部領域において接着剤により形成された保持部材の種々の構成を例示している。
【図６Ａ】図６Ａは、凹部領域において接着剤により形成された保持部材の種々の構成を例示している。
【図６Ｂ】図６Ｂは、凹部領域において接着剤により形成された保持部材の種々の構成を例示している。
【図６Ｃ】図６Ｃは、凹部領域において接着剤により形成された保持部材の種々の構成を例示している。
【図６Ｄ】図６Ｄは、凹部領域において接着剤により形成された保持部材の種々の構成を例示している。
【図７Ａ】図７Ａは、光学機器アセンブリと、光学ファイバセグメントと、弾力性ファイバ保持器を例示している。
【図７Ｂ】図７Ｂは、光学機器アセンブリと、光学ファイバセグメントと、弾力性ファイバ保持器を例示している。
【図７Ｃ】図７Ｃは、光学機器アセンブリと、光学ファイバセグメントと、弾力性ファイバ保持器を例示している。
【図７Ｄ】図７Ｄは、光学機器アセンブリと、光学ファイバセグメントと、弾力性ファイバ保持器を例示している。
【図８Ａ】図８Ａは、光学機器アセンブリと、光学ファイバセグメントと、弾力性ファイバ保持器を例示している。
【図８Ｂ】図８Ｂは、光学機器アセンブリと、光学ファイバセグメントと、弾力性ファイバ保持器を例示している。
【図８Ｃ】図８Ｃは、光学機器アセンブリと、光学ファイバセグメントと、弾力性ファイバ保持器を例示している。
【図８Ｄ】図８Ｄは、光学機器アセンブリと、光学ファイバセグメントと、弾力性ファイバ保持器を例示している。
【図９】図９は、光学機器アセンブリと、光学セグメントと、ハウジングと、ファイバ保持器の分解図を例示している。
【図１０】図１０は、光学機器アセンブリと、光学セグメントと、ハウジングと、ファイバ保持器の分解図を例示している。
【図１１】図１１は、光学機器アセンブリと、光学セグメントと、ハウジングと、ファイバ保持器の分解図を例示している。
【図１２】図１２は、ファイバセグメントとハウジングの種々の構成を例示している。
【図１３】図１３は、ファイバセグメントとハウジングの種々の構成を例示している。
【図１４】図１４は、ファイバセグメントとハウジングの種々の構成を例示している。
【図１５】図１５は、ファイバセグメントとハウジングの種々の構成を例示している。
【図１６】図１６は、光学機器アセンブリ、複数のファイバセグメント、ファイバ保持器、およびハウジングを例示している。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図に示された実施形態は、例であり、本開示および／または付随の請求項の範囲を制限するものと解釈されてならない。
実施形態の詳細な説明
図１Ａと図１Ｂは、機器基板１２２上に光学構成要素１２６と１２８を備える光学機器アセンブリ１２０を模式的に例示している。光学構成要素は、それに制限されるわけではないが、１つまたは２以上の、平面状導波管、レーザー、増幅器、変調器、光検出器、合焦および／または偏光光学機器、光学格子、光学フィルタ、などを含んでもよい。構成要素１２６と１２８の間の光学結合は、適切な方法であればいずれにより達成してもよく、それに制限されるわけではないが、端部結合、自由空間結合、および横方向結合が含まれる。機器基板１２２は、その上面に形成されたファイバ溝１２４を有する。「上部」、「底部」、「上」、「下」などの用語は、ここでは機器基板に関して定義されるのであって、絶対的な方向に関してではないことに留意されたい。機器基板の「上部」とは、光学構成要素１２６／１２８が位置し、ファイバ溝１２４が形成される表面である。光学ファイバセグメント１００は、ファイバ溝１２４と係合し、ファイバ溝は機器基板１２２上に位置して、構成要素１２６との光学結合のために、ファイバセグメント１００の端部の位置決めをする。図に示される特別な例においては、構成要素１２６は、機器基板１２２上に形成され、ファイバ溝１２４に係合されたファイバセグメント１００との光学的端部結合のために位置決めされている平面状導波管を備える。平面状導波管は、リッジ型導波管であっても、埋込み型導波管であっても、他の適切な平面状導波管であってもよい。しかし、ファイバセグメント１００に、適切な方法のいずれかにより光学的に結合された他の光学構成要素のいずれも、本開示および／または付随する請求項の範囲に入れるものとする。
【００１０】
ファイバ保持器は、ファイバセグメント１００の端部の、ファイバ溝１２４との係合を維持するために採用され、それによりまた、構成要素１２６とファイバセグメント１００の間の光学結合を維持する。１つの実施形態において、図２Ａ−図２Ｄ、図３Ａ−図３Ｄ、図４Ａ−図４Ｄ、図５Ａ−図５Ｄ、および図６Ａ−図６Ｄに模式的に例示されるように、ファイバ保持器は、保持板２００を備えて、接着手段により、ファイバセグメント１００の端部とファイバ溝１２４の上方で機器基板１２２に固定される。別の実施形態においては、図７Ａ−図７Ｄに模式的に例示されるように、ファイバ保持器は、機器基板に係合し、ファイバセグメント１００の端部をファイバ溝１２４に押し込むように付勢された弾力性保持器３００を備える。そのような実施形態の代替構成が、図８Ａ−図８Ｄに模式的に例示されている。これらの実施形態のそれぞれが、下記に更に詳細に記述される。
【００１１】
図２Ａ−図２Ｄにおいて、ファイバ保持器は、ファイバ溝１２４の一部と、そこに係合しているファイバセグメント１００の端部の上方で機器基板１２２に固定されている保持板２００を備える。接着層２０２を備える接着手段は、保持板２００を機器基板１２２に固定するように機能する。接着手段はまた、ファイバ溝１２４に係合しているファイバセグメント１００の一部をカプセル化してもよい。接着層２０２を形成するのに適切な接着手段は、それに制限されるわけではないが、ポリマー、半田、ガラス、または接着層２０２を形成し、保持板２００と機器基板１２２に十分に接着する適切な材料であればいずれをも含んでよい。
【００１２】
多くの光学機器アセンブリに対して、基板１２２は、しばしばシリカ層のような付加的な材料層を有するシリコンを備える。他の適切な機器基板材料を採用してもよい。保持板２００は、シリコンまたは他の適切な程度に剛性な材料のいずれをも備えてよい。保持板２００は、図２Ａ−図２Ｄにおいては、単なる平板として示されているが、ファイバ保持器は、適切ないずれの形状でもよい。図３Ａ−図３Ｄにおいては、保持板２００が、ファイバセグメント１００を係合するために、その下側にあるファイバ溝２０４を伴って示されている。そのような溝は、保持板２００の適切な位置決めを支援し、また保持板２００および基板１２２を固定するためにより薄い接着層２０２を使用することも可能にする。保持板２００上のそのようなファイバ溝２０４は、図３Ａ−図３Ｄに示される例としてのいずれの断面形状であってもよく、または他の適切ないずれの断面形状であってもよい。ファイバ溝２０４の少なくとも一部は、機器基板１２２と、ファイバセグメント１００と、保持板２００が組み立てられ、接着手段により固定されるときには、接着手段により少なくとも部分的に充填される。ファイバ溝２０４の開口部が、溝のより深い部分よりも横方向の広がりにおいてより小さい、図３Ｄの特別な配置は、保持板２００への接着手段の接着を増強する。溝２０４内の接着手段（図３Ｄのような）は、ファイバ溝２０４の開口部よりも大きな、少なくともその一部を有する保持部材を形成してもよい。そのような拡大された保持部材は、板２００への接着手段の接着力が減少し，または全く機能しなくなった場合でも、保持板２００を基板１２２へ固定するように機能する。基板への保持板の固定のためのこのタイプの配置は、下記に更に記述するように、ファイバ溝２０４とは独立して採用してもよい。
【００１３】
機器基板１２２と保持板２００のいずれかまたはその両者に、その断面が図４Ａ−図４Ｄおよび図５Ａ−図５Ｄに示されている、１つまたは２以上の凹部領域２０６を設けてもよい。断面図のいずれもが、外接する空洞、くぼみ、または穴（適切であればいかなる形状でも可）または細長いスロットの断面を表現してもよい。保持板２００が機器基板１２２に組み付けられるとき、ある接着手段は凹部領域２０６を少なくとも部分的には充填し、それにより、接着層２０２に加えて、凹部領域２０６内に保持部材２０８を形成する。保持部材２０８は、対応する凹部領域２０６の開口部よりも、少なくとも横方向の寸法において大きな、少なくともその一部を含んでもよい（図４Ａ−図４Ｄおよび図５Ａ−図５Ｃのように）。このようにして、保持部材２０８は、接着層２０２の接着力が減少し、または完全に機能しなくなっても（これは、種々の理由により起こり、それに限定されるわけではないが、機器の使用期間や、約−４０℃と約９５℃の間の典型的な機器動作温度範囲内、またはそれを超えた範囲での変動や、湿度の変動または過剰湿度、熱的循環などが含まれる）、保持板または機器基板を接着層に固定するように機能する。しかし、保持部材２０８が凹部領域２０６の開口部よりも大きくなくても（図５Ｄのように）、結果として増大する接触表面積は、接着手段と保持板２００および／または機器基板１２２との間の接着力を増強する。凹部領域は、種々の方法で構成または配置してもよく、ここで記述されたものは、例であって、本開示または付随する請求項の範囲を制限するものと解釈してはならない。
【００１４】
凹部領域２０６は、保持板のみに（図４Ａ）または機器基板（図４Ｂ）のみに設けても、またはその両者に設けてもよい（図４Ｃ−図４Ｄ）。両者の構造に設けられると、凹部領域は、実質的に対向する対として配置されるか（図４Ｄ）または、お互いから離されて配置される（図４Ｃ）。対向する対として配置されると、そのような対向する対の整列は、保持板２００の機器基板１２２上への設置の正確性に依存するということに留意されたい。ほとんどの場合、そのような設置は、厳格な許容範囲内で維持される必要はなく、この許容範囲は、凹部領域２０６の対向対の整列にも適用される。
【００１５】
凹部領域２０６は、凹部領域の開口部を介して戻ることができない保持部材２０８をももたらすように、種々の方法で配置または構成してよい。凹部領域２０６は、開口部が、そのより深い部分よりも少なくとも１つの横方向の寸法において小さくなるように形成してもよい。そのようにアンダーカットされた凹部領域は、適切な処理であればいずれにより形成してよい。保持板または機器基板がシリコンまたは他の結晶性材料を備えるならば、指向性エッチング処理を採用して、図４Ａ−図４Ｄに類似する構造をもたらすようにしてもよい。または、保持板または機器基板は、基板材料上のオーバーレイ（例えば、シリコン基板上のシリカのオーバーレイ）、および基板材料を選択的にエッチングするように採用されるエッチング処理を備えてもよい。図５Ａに示すように、所望の形状の開口部は、オーバーレイ（機器基板１２２上の層１２２ａ、保持板２００上の層２００ａ）を介して形成され、エッチング処理により、基板材料は選択的に除去され、アンダーカットされた凹部領域２０６が残る（図５Ａのように）。保持板２０８は、凹部領域２０６全体を充填する必要はなく、その開口部よりも少なくとも１つの横方向の寸法において大きい部分を形成しさえすればよいということに留意されたい。
【００１６】
保持板２００と機器基板１２２への十分な接着力を有する接着層２０２を形成でき、凹部領域２０６内に保持部材２０８を形成できる適切な接着手段であれば、いかなるものも採用できる。適切な接着手段は、典型的には、その適用中にその一部の間は、流動でき、それにより接着手段は凹部領域２０６内に流れ込むことができる。硬化または凝固すると、保持部材２０８が形成される。適切な接着手段の例としては、それに限定されるわけではないが、硬化ポリマー（熱的または光化学的硬化、エポキシポリマーを含む）、リフローポリマー、リフロー半田、リフローガラス、溶融ガラスフリットなどがある。各例において、適用のある段階において、接着手段は、凹部領域に流れ込むことができる。硬化または凝固すると（流体ポリマー前駆体の硬化、加熱リフローポリマーの冷却、半田またはガラス、加熱溶融ガラスフリットの冷却など）、保持部材２０８が形成される。
【００１７】
接着手段の、凹部領域２０６内への流れを促進するために、凹部領域は、第２開口部を、保持板２００（図５Ｂ−図５Ｃ）または機器基板１２２（図示せず）の反対側に含んでもよい。第２開口部は、接着手段（流体前駆体、リフロー材料、フリットなど）の凹部領域への流れを促進する。凹部領域は、図５Ｂのように、第１開口部から距離をおいて、少なくとも１つの横方向の寸法においてそのサイズを大きくしてもよく、それにより、第１開口部を通りすぎるには大きすぎる保持部材２０８をもたらすことができる。凹部領域のサイズを大きくしなくとも、保持部材２０８の拡大部分は、図５Ｃのように、第２開口部から現れる接着手段（ポリマーのような）により形成してもよい。また、保持部材は、凹部領域の開口部よりも大きな部分がなくてもよいが（図５Ｄのように）、それでも、接着手段と保持板および／または機器基板の間の接着力を増強する（増大した接触表面積を介して）。
【００１８】
図６Ａ−図６Ｄは、機器基板１２２上の、複数の凹部領域２０６の種々の配置を例示する。複数の凹部領域の類似の配置もまた保持板２００上において可能である。他の適切な配置を採用することもできる。凹部領域２０６の開口部のみが図６Ａ−図６Ｄに示されているが、その拡大またはアンダーカットは明示されていない。図６Ａと図６Ｂは、機器基板上に形成された多くの外接する空洞を例示している。付加的な空洞により、接着層２０２と機器基板１２２および／または保持板２００の間のより強い結合をもたらすことができる。図６Ｃは、機器基板上に形成された複数のスロットを例示する。スロットは、機器基板のエッジ部まで延びていてもよく（図６Ｃのように）、スロットの面積を増大し、それにより、接着層２０２と機器基板１２２および／または保持板２００の間の結合を増強し、および／または接着手段のスロットへの流れを促進する。スロットは同じ理由により、図６Ｄのようにお互い交差してもよい。
【００１９】
凹部領域２０６を設け、その中に保持部材２０８を形成することにより、層とこれらの構造体との間の接着力が減少し、または完全に機能しなくなっても、接着層２０２は、保持板２００および／または機器基板１２２に固定されたままで維持される。結合された構造体（基板１２２と板２００）は、そこへの層２０２の接着力によってだけでなく、層２０２の粘着力および凹部領域２０６内の保持部材２０８により、その場所に保持される。そのような粘着力は長期間存続し、そのため、接着力が、温度および／または湿度の変動、および／またはそれが過剰な湿度のため、または熱的循環、機器の経年劣化、および／または接着剤の無機能化につながる他の因子により阻害されても、機器の使用期間を延長することができる。
【００２０】
いくつかの例においては、接着層２０２が硬化するときの収縮は、層２０２、保持板２００、基板１２２、または光学ファイバ１００上に変形を生じることがある。そのような変形は、層２０２と保持板２００または基板１２２間の接着機能不良、層２０２と保持部材２０８間の粘着不良、または保持部材２０８または凹部領域２０６の構造不良をもたらす。必要であれば、これはいくつかの方法により削減または改善することができる。接着層２０２の厚さを縮小することにより、単位面積当りの変形エネルギーを縮小することができ、または光学ファイバ１００のコンプライアンスにより提供される相対的な変形の緩和を増大することができる。一般的には、接着層２０２の厚さは、約６０μｍを超えず（つまり、光学ファイバ１００の典型的な直径の半分よりも数μｍ薄い）、典型的には、約１０μｍより薄く、場合によっては、約２〜４μｍの厚さである。保持板２００は、薄い金属板または薄いプラスチック板のような弾力性材料を備えてもよい。保持遺体の弾力性を、接着層２０２が硬化するときの縮小により誘発される変形を緩和または削減するために十分なようにすることができる。または、弾力性ある、規格に対応した、圧縮可能なまたは変形可能な材料を、保持板２００とファイバセグメント１００の間の溝２０４内に設置してもよい。そのような内挿材料は、接着層２０２の縮小に起因する変形を少なくとも部分的には緩和する。適切な材料の例としては、シリコン保持板２００上の溝２０４内に成長、蒸着または他の方法で形成されたシリカがある。他の内挿材料や他の保持板材料も同様に採用できる。
【００２１】
ある例では、接着手段と光学ファイバの熱膨張特性の違いにより、層２０２と保持板２００または基板１２２の間の接着不良、層２０２と保持部材２０８の間の粘着不良、または保持部材２０８または凹部領域２０６の構造的不良が引き起こされることもある。必要であれば、これはいくつかの方法で改善できる。保持板２００は、薄い金属板または薄いプラスチック板のような弾力性材料を備えてもよい。保持板の弾力性は、接着手段とファイバセグメントの異なる熱的膨張を十分に吸収できるようにすることができ、それにより、差分膨張により、接着手段が保持板または基板から分離することを実質的に解消し、それにより、ファイバセグメントが、所望の動作温度範囲（例えば、約−４０℃と約９５℃の間）において、ファイバ溝から離脱することを実質的に防止することができる。そのような弾力性保持板は、それでも十分に小さな熱膨張係数（約１０-5／℃）を有し、それにより、保持板２００と機器基板１２２の差分膨張の結果として、必要以上の剪断応力が広がることはない。ＡＳＴＭ Ｆ−１５合金（つまり、Ｋｏｖａｒ(R)）は、保持板２００の製造に適した材料の例であり、他の材料もまた使用できる。または、弾力性材料を保持板２００とファイバセグメント１００の間の溝２０４に設置してもよい。そのような材料の弾力性は、上述したように、接着手段とファイバセグメントの異なる熱膨張を十分に吸収する、または部分的に補償するようにしてもよい。
【００２２】
図７Ａ−図７Ｄと図８Ａ−図８Ｄは、ファイバ保持器が、ファイバセグメント上に位置し、機器基板１２２に係合し、ファイバセグメント１００をファイバ溝１２４に押し込むように付勢されている弾力性ファイバ保持器３００／４００を備える、代替実施形態を例示している。弾力性ファイバ保持器３００／４００は、金属、ポリマー、または他の適切な弾力性材料、またはその組合せを備えてもよい。第２ファイバ溝４０２（図８Ａ−図８Ｄの弾力性ファイバ保持器４００上に示されており、図７Ａ−図７Ｄの弾力性ファイバ保持器上には示されていないが、同様に設けることもできる）を、ファイバセグメント１００を係合するために設けてもよい。
【００２３】
図７Ａ−図７Ｂに例示されている弾力性ファイバ保持器３００は、弾力的にお互いに向けて付勢されている対向部材を備えてもよい。ファイバ保持器３００は、機器基板１２２をその前方エッジ部（つまり、ファイバ溝１２４により交差されるエッジ部）において、対向部材（１つは機器基板の上で１つはその下）の間に機器基板１２２およびファイバセグメント１００の一部と係合する。対向部材の弾力性付勢力により、ファイバセグメント１００は、ファイバ溝１２４に押し込められる。ファイバセグメント１００が通過する穴を設けてもよい。
【００２４】
図８Ａ−図８Ｂに例示されている弾力性ファイバ保持器４００は、中心部材と２つの横方向弾力部材を備える。横方向部材は、機器基板１２２の対向する横方向のエッジ部を、その間のファイバ溝１２４およびファイバセグメント１００と係合する。横方向部材は、その弾力性付勢力に対して下方に力を受け、機器基板のそれぞれの側方エッジ部を係合し、それにより、弾力性付勢力がファイバセグメント１００をファイバ溝１２４押し込むことになる。機器基板１２２の対向する側方エッジ部は、横方向部材を係合するように適合してもよい。適切な適合としては、それに制限されるわけではないが、くぼみ、デテント、溝、スロット、リブ、タブ、およびアンダーカット面の１つまたは２以上がある。
【００２５】
光学装置アセンブリ１２０および、上述したように多様な方法でそこに結合されたファイバセグメント１００は、少なくとも部分的には、ファイバセグメントおよび光学装置を囲むように、ハウジング１０６／１０８内に固定してもよい（図９−図１６）。ハウジングは、ファイバセグメント１００の、その第２端において、他の光学ファイバへの光学結合を可能にするように、種々の方法で構成または適合することができる。機器アセンブリ１２０は、搭載板１２１に固定してもよく、機器アセンブリ１２０の１つまたは２以上の構成要素への電気的接続を、回路素子１２３（フレキシブル回路素子または他の適切なタイプの回路素子を備えてもよい）を介して行う。電磁シールド１２５を、機器アセンブリ１２０の少なくとも１つの構成要素を囲むために機器基板に固定してもよい。
【００２６】
図９−図１２において、ファイバセグメント１００は、ファイバフェルール１０２内に収納され、ファイバセグメントの第１端部がファイバフェルールの第１端部から突出しており、ファイバセグメントの第２端部は、実質的にファイバフェルールの第２端部と同じ高さになっている。ファイバフェルール１０２は、ファイバスリーブ１０４内に収納され、そしてハウジング１０６／１０８内に搭載されている。ファイバスリーブ１０４内に収納された、嵌め合わせファイバ光学コネクタは、ファイバセグメント１００の第２端部を、端部結合のために第２光学ファイバと整列させる。ハウジング１０６／１０８（ファイバフェルール１０２および／またはファイバスリーブ１０４を含んでも含まなくてもよい）の他の構成を、このように嵌め合わせファイバ光学コネクタを係合するために採用してもよい。
【００２７】
図１３において、ファイバセグメント１００の第２端部は、ファイバピグテールとしてファイバフェルール１０２の第２端部から突出しており、ファイバ光学コネクタ１３０（適切なタイプまたは構成であればいずれでもよい）はある場合もない場合もある。図１４において、ファイバセグメント１００の第２端部は、ファイバフェルール１０２内で終端し、別の光学ファイバセグメント用のレセプタクルとして機能する。別の光学ファイバセグメントをファイバフェルール１０２に挿入してもよく、それとの端部結合のために、ファイバセグメント１００の第２端部に対して押し込んでもよい。図１５において、ファイバセグメント１００の第２端部は、単にハウジング１０６／１０８から出て、それにより、ファイバピグテールとして機能するが、ファイバ光学コネクタ１３０（適切なタイプであればいずれでもよい）はある場合もない場合もある。
【００２８】
図１６において、複数のファイバセグメント１００が複数の対応するファイバ溝と係合している。上述した保持板２００は、対応する溝に係合しているファイバセグメントを保持するために採用してもよい。また、図７Ａ−図７Ｄの保持器３００に類似した、または図８Ａ−図８Ｄの保持器４００に類似した弾力性ファイバ保持器もまた等価的に採用できる。複数のファイバセグメント１００を、機器基板１２２上の複数の構成要素１２６／１２８との光学結合のために位置決めしてもよい。ハウジング１０６／１０８は、嵌め合わせマルチファイバコネクタを係合するために、構成および／または適合してもよい。
【００２９】
下記の参照による教示に従う基板上に組み付けられた光学構成要素は、パッケージ化およびファイバ結合のために本開示に従って容易に適合することができる。参照は、１つまたは２以上のその上の平面状導波管を含む機器基板上の光学機器のアセンブリを開示する。組み付けられた構成要素は、平面状導波管に光学的に結合してもよい。平面状導波管の１つは、光学ファイバへの結合に適切な光学モードを支持するように適合でき、上述したように光学結合のためのファイバ溝に対して、基板上で適切に位置決めすることができる。下記は、あたかもそれがすべてここで記載されたかのように、参照によりここに組み込まれたものとする。
【００３０】
Ｈｅｎｒｙ Ａ. Ｂｌａｕｖｅｌｔ，Ｋｅｒｒｙ Ｊ.Ｖａｈａｌａ，Ｄａｖｉｄ Ｗ. Ｖｅｒｎｏｏｙ、およびＪｏｅｌ Ｓ. Ｐａｓｌａｓｋｉによる、「光学接合装置および光学パワー横方向移動を採用する方法（Ｏｐｔｉｃａｌ ｊｕｎｃｔｏｎ ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ−ｔｒａｎｓｆｅｒ）」という題名の米国非暫定出願第１０／１８７，０３０号（米国特許出願公告第２００３／００８１９０２号）と、
Ｈｅｎｒｙ Ａ. Ｂｌａｕｖｅｌｔ，Ｄａｖｉｄ Ｗ. Ｖｅｒｎｏｏｙ、およびＪｏｅｌ Ｓ. Ｐａｓｌａｓｋｉによる、「導波管および／またはファイバの間の自由空間光学伝播のための光学アセンブリ（Ｏｐｔｉｃａｌ ａｓｓｅｍｂｏｌｉｅｓ ｆｏｒ ｆｒｅｅ−ｓｐａｃｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ（ｓ） ａｎｄ／ｏｒ ｆｉｂｅｒ（ｓ））という題名の米国非暫定出願第１０／６５２，９５５号。
【００３１】
本開示と付随する請求項の目的のために、接続詞「または（ｏｒ）」は、ｉ）明確に他の方法で記述されたとき、例えば「〜のいずれか（ｅｉｔｈｅｒ．．．ｏｒ）」、「〜のただ１つ（ｏｎｌｙ ｏｎｅ ｏｆ．．．）」、または同様な表現によるか、ｉｉ）リストされた選択肢の２つまたは３つ以上が、特別な状況においてはお互いに排他的であり、「または（ｏｒ）」が、お互いに排他的でない選択肢を含む組合せのみを含む場合以外は、それぞれの選択肢が含まれるように解釈されなければならない（例えば、「犬または猫」は、「犬または猫」または「その両者」と解釈され、「犬、猫、またはネズミ」は、「犬、猫、またはネズミ」またはそのいずれか２種類の組合せ、または３種類すべての組合せと解釈される）。開示された例としての実施形態および方法の等価物は、本開示および／または付随する請求項の範囲に含まれると解釈される。開示された例としての実施形態および方法、およびその等価物は、本開示または付随する請求項の範囲内において修正され得るものとする。
【技術分野】
【０００１】
出願者：Ａｌｂｅｒｔ Ｍ. Ｂｅｎｚｏｎｉ，Ｊｏｅｌ Ｓ.Ｐａｓｌａｓｋｉ，ａｎｄ Ｐｅｔｅｒ Ｃ.Ｓｅｒｃｅｌ
関連出願への優先権の主張
本出願は、２００４年６月３０日に出願された、先行出願同時係属米国暫定出願第６０／５８４，６５４号に基づく優先権を主張するものであり、前記暫定出願は、その全体がここで記載されたかのごとく、参照によりその全体がここに組み込まれたものとする。
【背景技術】
【０００２】
背景
本発明の分野は、光学ファイバに結合された光学機器に関する。ファイバ結合された光学機器のパッケージ化をここに開示する。
【０００３】
光学ファイバに容易に結合するための光学構成要素のパッケージ化は、遠距離通信手段用の光学機器の製造過程においてはコストおよび時間がかかる部分である。光学ファイバ間の迅速な接続を可能にするためにコネクタを利用することができ、各ファイバは一対の嵌め合わせコネクタが設けられている。パッケージ化された光学機器にそのようなコネクタを設けるために、光学ファイバの短いセグメントがパッケージ内に使用され、その一端は機器に結合され、他端はコネクタ内で終端しており、嵌め合わせコネクタによる他の光学ファイバとの結合に利用される場合がよくある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
ここでは、光学ファイバのセグメントを組み込んだパッケージ化されたファイバ結合光学機器を提供するための装置および方法を開示する。パッケージサブアセンブリの構成により、光学機器は容易に組み立てられ、光学ファイバセグメントに光学的に結合され、それにより、ファイバ光学コネクタが提供される。
概要
光学装置は、その上の少なくとも１つの光学構成要素と、その上のファイバ溝を有する機器基板を備える光学装置アセンブリと、その第１端部がファイバ溝に係合している光学ファイバのセグメントであって、ファイバ溝はそこに係合しているファイバセグメントの第１端部を、基板上の少なくとも１つの光学構成要素と光学結合するように位置決めする光学ファイバのセグメントと、ファイバセグメントの第１端部上に位置して、その第１端部の、ファイバ溝との係合を維持するファイバ保持器を備える。
【０００５】
第１実施形態においては、ファイバ保持器は、接着手段により機器基板に固定されている。機器基板またはファイバ保持器には、その上に形成された少なくとも１つの凹部領域が設けられ、接着手段は、少なくとも部分的には凹部領域を充填し、その中に保持部材を形成する。凹部領域は、多様に構成され、および／または、機器基板へのファイバ保持器の取り付け、および／またはファイバセグメントの、ファイバ溝との係合を増強するように適合される。第２実施形態においては、ファイバ保持器は、機器基板に係合され、光学ファイバセグメントの第１端部をファイバ溝に押し込むように付勢された弾力性保持器を備える。弾力性保持器は、多様に構成され、および／またはファイバセグメントのファイバ溝との係合を増強するために適合されてもよい。
【０００６】
いずれの実施形態も、更に複数のファイバセグメントと、対応する複数のファイバ溝を有する１つまたは２以上の基板上の光学構成要素を備えてもよい。ファイバ保持器は、対応するファイバ溝に係合された各ファイバセグメントを維持するように配設される。１つまたは２以上のファイバセグメントとファイバ溝を有する各実施形態は、多様に構成され、および／または、嵌め合わせファイバ光学コネクタを増強するために、またはファイバピグテールを提供するために、または機械的スプライシングのためなどのために適合されてよいハウジングを更に備えてもよい。ハウジングは、多様に構成され、および／または、機械的な囲い、電磁的なシールド、電気的接続性、機械的搭載などを提供するように適合されてもよい。
【０００７】
パッケージ化されたファイバ結合光学機器に関する目的と優位性は、図に例示され、下記に記述された説明および／または請求項に開示された、開示実施形態を参照することにより明白になろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】図１Ａは、光学機器アセンブリと光学ファイバセグメントを例示している。
【図１Ｂ】図１Ｂは、光学機器アセンブリと光学ファイバセグメントを例示している。
【図２Ａ】図２Ａは、光学機器アセンブリと、光学ファイバセグメントと、ファイバ保持板を例示している。
【図２Ｂ】図２Ｂは、光学機器アセンブリと、光学ファイバセグメントと、ファイバ保持板を例示している。
【図２Ｃ】図２Ｃは、光学機器アセンブリと、光学ファイバセグメントと、ファイバ保持板を例示している。
【図２Ｄ】図２Ｄは、光学機器アセンブリと、光学ファイバセグメントと、ファイバ保持板を例示している。
【図３Ａ】図３Ａは、ファイバ保持板上の種々のファイバ溝を例示している。
【図３Ｂ】図３Ｂは、ファイバ保持板上の種々のファイバ溝を例示している。
【図３Ｃ】図３Ｃは、ファイバ保持板上の種々のファイバ溝を例示している。
【図３Ｄ】図３Ｄは、ファイバ保持板上の種々のファイバ溝を例示している。
【図４Ａ】図４Ａは、凹部領域において接着剤により形成された保持部材の種々の構成を例示している。
【図４Ｂ】図４Ｂは、凹部領域において接着剤により形成された保持部材の種々の構成を例示している。
【図４Ｃ】図４Ｃは、凹部領域において接着剤により形成された保持部材の種々の構成を例示している。
【図４Ｄ】図４Ｄは、凹部領域において接着剤により形成された保持部材の種々の構成を例示している。
【図５Ａ】図５Ａは、凹部領域において接着剤により形成された保持部材の種々の構成を例示している。
【図５Ｂ】図５Ｂは、凹部領域において接着剤により形成された保持部材の種々の構成を例示している。
【図５Ｃ】図５Ｃは、凹部領域において接着剤により形成された保持部材の種々の構成を例示している。
【図５Ｄ】図５Ｄは、凹部領域において接着剤により形成された保持部材の種々の構成を例示している。
【図６Ａ】図６Ａは、凹部領域において接着剤により形成された保持部材の種々の構成を例示している。
【図６Ｂ】図６Ｂは、凹部領域において接着剤により形成された保持部材の種々の構成を例示している。
【図６Ｃ】図６Ｃは、凹部領域において接着剤により形成された保持部材の種々の構成を例示している。
【図６Ｄ】図６Ｄは、凹部領域において接着剤により形成された保持部材の種々の構成を例示している。
【図７Ａ】図７Ａは、光学機器アセンブリと、光学ファイバセグメントと、弾力性ファイバ保持器を例示している。
【図７Ｂ】図７Ｂは、光学機器アセンブリと、光学ファイバセグメントと、弾力性ファイバ保持器を例示している。
【図７Ｃ】図７Ｃは、光学機器アセンブリと、光学ファイバセグメントと、弾力性ファイバ保持器を例示している。
【図７Ｄ】図７Ｄは、光学機器アセンブリと、光学ファイバセグメントと、弾力性ファイバ保持器を例示している。
【図８Ａ】図８Ａは、光学機器アセンブリと、光学ファイバセグメントと、弾力性ファイバ保持器を例示している。
【図８Ｂ】図８Ｂは、光学機器アセンブリと、光学ファイバセグメントと、弾力性ファイバ保持器を例示している。
【図８Ｃ】図８Ｃは、光学機器アセンブリと、光学ファイバセグメントと、弾力性ファイバ保持器を例示している。
【図８Ｄ】図８Ｄは、光学機器アセンブリと、光学ファイバセグメントと、弾力性ファイバ保持器を例示している。
【図９】図９は、光学機器アセンブリと、光学セグメントと、ハウジングと、ファイバ保持器の分解図を例示している。
【図１０】図１０は、光学機器アセンブリと、光学セグメントと、ハウジングと、ファイバ保持器の分解図を例示している。
【図１１】図１１は、光学機器アセンブリと、光学セグメントと、ハウジングと、ファイバ保持器の分解図を例示している。
【図１２】図１２は、ファイバセグメントとハウジングの種々の構成を例示している。
【図１３】図１３は、ファイバセグメントとハウジングの種々の構成を例示している。
【図１４】図１４は、ファイバセグメントとハウジングの種々の構成を例示している。
【図１５】図１５は、ファイバセグメントとハウジングの種々の構成を例示している。
【図１６】図１６は、光学機器アセンブリ、複数のファイバセグメント、ファイバ保持器、およびハウジングを例示している。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図に示された実施形態は、例であり、本開示および／または付随の請求項の範囲を制限するものと解釈されてならない。
実施形態の詳細な説明
図１Ａと図１Ｂは、機器基板１２２上に光学構成要素１２６と１２８を備える光学機器アセンブリ１２０を模式的に例示している。光学構成要素は、それに制限されるわけではないが、１つまたは２以上の、平面状導波管、レーザー、増幅器、変調器、光検出器、合焦および／または偏光光学機器、光学格子、光学フィルタ、などを含んでもよい。構成要素１２６と１２８の間の光学結合は、適切な方法であればいずれにより達成してもよく、それに制限されるわけではないが、端部結合、自由空間結合、および横方向結合が含まれる。機器基板１２２は、その上面に形成されたファイバ溝１２４を有する。「上部」、「底部」、「上」、「下」などの用語は、ここでは機器基板に関して定義されるのであって、絶対的な方向に関してではないことに留意されたい。機器基板の「上部」とは、光学構成要素１２６／１２８が位置し、ファイバ溝１２４が形成される表面である。光学ファイバセグメント１００は、ファイバ溝１２４と係合し、ファイバ溝は機器基板１２２上に位置して、構成要素１２６との光学結合のために、ファイバセグメント１００の端部の位置決めをする。図に示される特別な例においては、構成要素１２６は、機器基板１２２上に形成され、ファイバ溝１２４に係合されたファイバセグメント１００との光学的端部結合のために位置決めされている平面状導波管を備える。平面状導波管は、リッジ型導波管であっても、埋込み型導波管であっても、他の適切な平面状導波管であってもよい。しかし、ファイバセグメント１００に、適切な方法のいずれかにより光学的に結合された他の光学構成要素のいずれも、本開示および／または付随する請求項の範囲に入れるものとする。
【００１０】
ファイバ保持器は、ファイバセグメント１００の端部の、ファイバ溝１２４との係合を維持するために採用され、それによりまた、構成要素１２６とファイバセグメント１００の間の光学結合を維持する。１つの実施形態において、図２Ａ−図２Ｄ、図３Ａ−図３Ｄ、図４Ａ−図４Ｄ、図５Ａ−図５Ｄ、および図６Ａ−図６Ｄに模式的に例示されるように、ファイバ保持器は、保持板２００を備えて、接着手段により、ファイバセグメント１００の端部とファイバ溝１２４の上方で機器基板１２２に固定される。別の実施形態においては、図７Ａ−図７Ｄに模式的に例示されるように、ファイバ保持器は、機器基板に係合し、ファイバセグメント１００の端部をファイバ溝１２４に押し込むように付勢された弾力性保持器３００を備える。そのような実施形態の代替構成が、図８Ａ−図８Ｄに模式的に例示されている。これらの実施形態のそれぞれが、下記に更に詳細に記述される。
【００１１】
図２Ａ−図２Ｄにおいて、ファイバ保持器は、ファイバ溝１２４の一部と、そこに係合しているファイバセグメント１００の端部の上方で機器基板１２２に固定されている保持板２００を備える。接着層２０２を備える接着手段は、保持板２００を機器基板１２２に固定するように機能する。接着手段はまた、ファイバ溝１２４に係合しているファイバセグメント１００の一部をカプセル化してもよい。接着層２０２を形成するのに適切な接着手段は、それに制限されるわけではないが、ポリマー、半田、ガラス、または接着層２０２を形成し、保持板２００と機器基板１２２に十分に接着する適切な材料であればいずれをも含んでよい。
【００１２】
多くの光学機器アセンブリに対して、基板１２２は、しばしばシリカ層のような付加的な材料層を有するシリコンを備える。他の適切な機器基板材料を採用してもよい。保持板２００は、シリコンまたは他の適切な程度に剛性な材料のいずれをも備えてよい。保持板２００は、図２Ａ−図２Ｄにおいては、単なる平板として示されているが、ファイバ保持器は、適切ないずれの形状でもよい。図３Ａ−図３Ｄにおいては、保持板２００が、ファイバセグメント１００を係合するために、その下側にあるファイバ溝２０４を伴って示されている。そのような溝は、保持板２００の適切な位置決めを支援し、また保持板２００および基板１２２を固定するためにより薄い接着層２０２を使用することも可能にする。保持板２００上のそのようなファイバ溝２０４は、図３Ａ−図３Ｄに示される例としてのいずれの断面形状であってもよく、または他の適切ないずれの断面形状であってもよい。ファイバ溝２０４の少なくとも一部は、機器基板１２２と、ファイバセグメント１００と、保持板２００が組み立てられ、接着手段により固定されるときには、接着手段により少なくとも部分的に充填される。ファイバ溝２０４の開口部が、溝のより深い部分よりも横方向の広がりにおいてより小さい、図３Ｄの特別な配置は、保持板２００への接着手段の接着を増強する。溝２０４内の接着手段（図３Ｄのような）は、ファイバ溝２０４の開口部よりも大きな、少なくともその一部を有する保持部材を形成してもよい。そのような拡大された保持部材は、板２００への接着手段の接着力が減少し，または全く機能しなくなった場合でも、保持板２００を基板１２２へ固定するように機能する。基板への保持板の固定のためのこのタイプの配置は、下記に更に記述するように、ファイバ溝２０４とは独立して採用してもよい。
【００１３】
機器基板１２２と保持板２００のいずれかまたはその両者に、その断面が図４Ａ−図４Ｄおよび図５Ａ−図５Ｄに示されている、１つまたは２以上の凹部領域２０６を設けてもよい。断面図のいずれもが、外接する空洞、くぼみ、または穴（適切であればいかなる形状でも可）または細長いスロットの断面を表現してもよい。保持板２００が機器基板１２２に組み付けられるとき、ある接着手段は凹部領域２０６を少なくとも部分的には充填し、それにより、接着層２０２に加えて、凹部領域２０６内に保持部材２０８を形成する。保持部材２０８は、対応する凹部領域２０６の開口部よりも、少なくとも横方向の寸法において大きな、少なくともその一部を含んでもよい（図４Ａ−図４Ｄおよび図５Ａ−図５Ｃのように）。このようにして、保持部材２０８は、接着層２０２の接着力が減少し、または完全に機能しなくなっても（これは、種々の理由により起こり、それに限定されるわけではないが、機器の使用期間や、約−４０℃と約９５℃の間の典型的な機器動作温度範囲内、またはそれを超えた範囲での変動や、湿度の変動または過剰湿度、熱的循環などが含まれる）、保持板または機器基板を接着層に固定するように機能する。しかし、保持部材２０８が凹部領域２０６の開口部よりも大きくなくても（図５Ｄのように）、結果として増大する接触表面積は、接着手段と保持板２００および／または機器基板１２２との間の接着力を増強する。凹部領域は、種々の方法で構成または配置してもよく、ここで記述されたものは、例であって、本開示または付随する請求項の範囲を制限するものと解釈してはならない。
【００１４】
凹部領域２０６は、保持板のみに（図４Ａ）または機器基板（図４Ｂ）のみに設けても、またはその両者に設けてもよい（図４Ｃ−図４Ｄ）。両者の構造に設けられると、凹部領域は、実質的に対向する対として配置されるか（図４Ｄ）または、お互いから離されて配置される（図４Ｃ）。対向する対として配置されると、そのような対向する対の整列は、保持板２００の機器基板１２２上への設置の正確性に依存するということに留意されたい。ほとんどの場合、そのような設置は、厳格な許容範囲内で維持される必要はなく、この許容範囲は、凹部領域２０６の対向対の整列にも適用される。
【００１５】
凹部領域２０６は、凹部領域の開口部を介して戻ることができない保持部材２０８をももたらすように、種々の方法で配置または構成してよい。凹部領域２０６は、開口部が、そのより深い部分よりも少なくとも１つの横方向の寸法において小さくなるように形成してもよい。そのようにアンダーカットされた凹部領域は、適切な処理であればいずれにより形成してよい。保持板または機器基板がシリコンまたは他の結晶性材料を備えるならば、指向性エッチング処理を採用して、図４Ａ−図４Ｄに類似する構造をもたらすようにしてもよい。または、保持板または機器基板は、基板材料上のオーバーレイ（例えば、シリコン基板上のシリカのオーバーレイ）、および基板材料を選択的にエッチングするように採用されるエッチング処理を備えてもよい。図５Ａに示すように、所望の形状の開口部は、オーバーレイ（機器基板１２２上の層１２２ａ、保持板２００上の層２００ａ）を介して形成され、エッチング処理により、基板材料は選択的に除去され、アンダーカットされた凹部領域２０６が残る（図５Ａのように）。保持板２０８は、凹部領域２０６全体を充填する必要はなく、その開口部よりも少なくとも１つの横方向の寸法において大きい部分を形成しさえすればよいということに留意されたい。
【００１６】
保持板２００と機器基板１２２への十分な接着力を有する接着層２０２を形成でき、凹部領域２０６内に保持部材２０８を形成できる適切な接着手段であれば、いかなるものも採用できる。適切な接着手段は、典型的には、その適用中にその一部の間は、流動でき、それにより接着手段は凹部領域２０６内に流れ込むことができる。硬化または凝固すると、保持部材２０８が形成される。適切な接着手段の例としては、それに限定されるわけではないが、硬化ポリマー（熱的または光化学的硬化、エポキシポリマーを含む）、リフローポリマー、リフロー半田、リフローガラス、溶融ガラスフリットなどがある。各例において、適用のある段階において、接着手段は、凹部領域に流れ込むことができる。硬化または凝固すると（流体ポリマー前駆体の硬化、加熱リフローポリマーの冷却、半田またはガラス、加熱溶融ガラスフリットの冷却など）、保持部材２０８が形成される。
【００１７】
接着手段の、凹部領域２０６内への流れを促進するために、凹部領域は、第２開口部を、保持板２００（図５Ｂ−図５Ｃ）または機器基板１２２（図示せず）の反対側に含んでもよい。第２開口部は、接着手段（流体前駆体、リフロー材料、フリットなど）の凹部領域への流れを促進する。凹部領域は、図５Ｂのように、第１開口部から距離をおいて、少なくとも１つの横方向の寸法においてそのサイズを大きくしてもよく、それにより、第１開口部を通りすぎるには大きすぎる保持部材２０８をもたらすことができる。凹部領域のサイズを大きくしなくとも、保持部材２０８の拡大部分は、図５Ｃのように、第２開口部から現れる接着手段（ポリマーのような）により形成してもよい。また、保持部材は、凹部領域の開口部よりも大きな部分がなくてもよいが（図５Ｄのように）、それでも、接着手段と保持板および／または機器基板の間の接着力を増強する（増大した接触表面積を介して）。
【００１８】
図６Ａ−図６Ｄは、機器基板１２２上の、複数の凹部領域２０６の種々の配置を例示する。複数の凹部領域の類似の配置もまた保持板２００上において可能である。他の適切な配置を採用することもできる。凹部領域２０６の開口部のみが図６Ａ−図６Ｄに示されているが、その拡大またはアンダーカットは明示されていない。図６Ａと図６Ｂは、機器基板上に形成された多くの外接する空洞を例示している。付加的な空洞により、接着層２０２と機器基板１２２および／または保持板２００の間のより強い結合をもたらすことができる。図６Ｃは、機器基板上に形成された複数のスロットを例示する。スロットは、機器基板のエッジ部まで延びていてもよく（図６Ｃのように）、スロットの面積を増大し、それにより、接着層２０２と機器基板１２２および／または保持板２００の間の結合を増強し、および／または接着手段のスロットへの流れを促進する。スロットは同じ理由により、図６Ｄのようにお互い交差してもよい。
【００１９】
凹部領域２０６を設け、その中に保持部材２０８を形成することにより、層とこれらの構造体との間の接着力が減少し、または完全に機能しなくなっても、接着層２０２は、保持板２００および／または機器基板１２２に固定されたままで維持される。結合された構造体（基板１２２と板２００）は、そこへの層２０２の接着力によってだけでなく、層２０２の粘着力および凹部領域２０６内の保持部材２０８により、その場所に保持される。そのような粘着力は長期間存続し、そのため、接着力が、温度および／または湿度の変動、および／またはそれが過剰な湿度のため、または熱的循環、機器の経年劣化、および／または接着剤の無機能化につながる他の因子により阻害されても、機器の使用期間を延長することができる。
【００２０】
いくつかの例においては、接着層２０２が硬化するときの収縮は、層２０２、保持板２００、基板１２２、または光学ファイバ１００上に変形を生じることがある。そのような変形は、層２０２と保持板２００または基板１２２間の接着機能不良、層２０２と保持部材２０８間の粘着不良、または保持部材２０８または凹部領域２０６の構造不良をもたらす。必要であれば、これはいくつかの方法により削減または改善することができる。接着層２０２の厚さを縮小することにより、単位面積当りの変形エネルギーを縮小することができ、または光学ファイバ１００のコンプライアンスにより提供される相対的な変形の緩和を増大することができる。一般的には、接着層２０２の厚さは、約６０μｍを超えず（つまり、光学ファイバ１００の典型的な直径の半分よりも数μｍ薄い）、典型的には、約１０μｍより薄く、場合によっては、約２〜４μｍの厚さである。保持板２００は、薄い金属板または薄いプラスチック板のような弾力性材料を備えてもよい。保持遺体の弾力性を、接着層２０２が硬化するときの縮小により誘発される変形を緩和または削減するために十分なようにすることができる。または、弾力性ある、規格に対応した、圧縮可能なまたは変形可能な材料を、保持板２００とファイバセグメント１００の間の溝２０４内に設置してもよい。そのような内挿材料は、接着層２０２の縮小に起因する変形を少なくとも部分的には緩和する。適切な材料の例としては、シリコン保持板２００上の溝２０４内に成長、蒸着または他の方法で形成されたシリカがある。他の内挿材料や他の保持板材料も同様に採用できる。
【００２１】
ある例では、接着手段と光学ファイバの熱膨張特性の違いにより、層２０２と保持板２００または基板１２２の間の接着不良、層２０２と保持部材２０８の間の粘着不良、または保持部材２０８または凹部領域２０６の構造的不良が引き起こされることもある。必要であれば、これはいくつかの方法で改善できる。保持板２００は、薄い金属板または薄いプラスチック板のような弾力性材料を備えてもよい。保持板の弾力性は、接着手段とファイバセグメントの異なる熱的膨張を十分に吸収できるようにすることができ、それにより、差分膨張により、接着手段が保持板または基板から分離することを実質的に解消し、それにより、ファイバセグメントが、所望の動作温度範囲（例えば、約−４０℃と約９５℃の間）において、ファイバ溝から離脱することを実質的に防止することができる。そのような弾力性保持板は、それでも十分に小さな熱膨張係数（約１０-5／℃）を有し、それにより、保持板２００と機器基板１２２の差分膨張の結果として、必要以上の剪断応力が広がることはない。ＡＳＴＭ Ｆ−１５合金（つまり、Ｋｏｖａｒ(R)）は、保持板２００の製造に適した材料の例であり、他の材料もまた使用できる。または、弾力性材料を保持板２００とファイバセグメント１００の間の溝２０４に設置してもよい。そのような材料の弾力性は、上述したように、接着手段とファイバセグメントの異なる熱膨張を十分に吸収する、または部分的に補償するようにしてもよい。
【００２２】
図７Ａ−図７Ｄと図８Ａ−図８Ｄは、ファイバ保持器が、ファイバセグメント上に位置し、機器基板１２２に係合し、ファイバセグメント１００をファイバ溝１２４に押し込むように付勢されている弾力性ファイバ保持器３００／４００を備える、代替実施形態を例示している。弾力性ファイバ保持器３００／４００は、金属、ポリマー、または他の適切な弾力性材料、またはその組合せを備えてもよい。第２ファイバ溝４０２（図８Ａ−図８Ｄの弾力性ファイバ保持器４００上に示されており、図７Ａ−図７Ｄの弾力性ファイバ保持器上には示されていないが、同様に設けることもできる）を、ファイバセグメント１００を係合するために設けてもよい。
【００２３】
図７Ａ−図７Ｂに例示されている弾力性ファイバ保持器３００は、弾力的にお互いに向けて付勢されている対向部材を備えてもよい。ファイバ保持器３００は、機器基板１２２をその前方エッジ部（つまり、ファイバ溝１２４により交差されるエッジ部）において、対向部材（１つは機器基板の上で１つはその下）の間に機器基板１２２およびファイバセグメント１００の一部と係合する。対向部材の弾力性付勢力により、ファイバセグメント１００は、ファイバ溝１２４に押し込められる。ファイバセグメント１００が通過する穴を設けてもよい。
【００２４】
図８Ａ−図８Ｂに例示されている弾力性ファイバ保持器４００は、中心部材と２つの横方向弾力部材を備える。横方向部材は、機器基板１２２の対向する横方向のエッジ部を、その間のファイバ溝１２４およびファイバセグメント１００と係合する。横方向部材は、その弾力性付勢力に対して下方に力を受け、機器基板のそれぞれの側方エッジ部を係合し、それにより、弾力性付勢力がファイバセグメント１００をファイバ溝１２４押し込むことになる。機器基板１２２の対向する側方エッジ部は、横方向部材を係合するように適合してもよい。適切な適合としては、それに制限されるわけではないが、くぼみ、デテント、溝、スロット、リブ、タブ、およびアンダーカット面の１つまたは２以上がある。
【００２５】
光学装置アセンブリ１２０および、上述したように多様な方法でそこに結合されたファイバセグメント１００は、少なくとも部分的には、ファイバセグメントおよび光学装置を囲むように、ハウジング１０６／１０８内に固定してもよい（図９−図１６）。ハウジングは、ファイバセグメント１００の、その第２端において、他の光学ファイバへの光学結合を可能にするように、種々の方法で構成または適合することができる。機器アセンブリ１２０は、搭載板１２１に固定してもよく、機器アセンブリ１２０の１つまたは２以上の構成要素への電気的接続を、回路素子１２３（フレキシブル回路素子または他の適切なタイプの回路素子を備えてもよい）を介して行う。電磁シールド１２５を、機器アセンブリ１２０の少なくとも１つの構成要素を囲むために機器基板に固定してもよい。
【００２６】
図９−図１２において、ファイバセグメント１００は、ファイバフェルール１０２内に収納され、ファイバセグメントの第１端部がファイバフェルールの第１端部から突出しており、ファイバセグメントの第２端部は、実質的にファイバフェルールの第２端部と同じ高さになっている。ファイバフェルール１０２は、ファイバスリーブ１０４内に収納され、そしてハウジング１０６／１０８内に搭載されている。ファイバスリーブ１０４内に収納された、嵌め合わせファイバ光学コネクタは、ファイバセグメント１００の第２端部を、端部結合のために第２光学ファイバと整列させる。ハウジング１０６／１０８（ファイバフェルール１０２および／またはファイバスリーブ１０４を含んでも含まなくてもよい）の他の構成を、このように嵌め合わせファイバ光学コネクタを係合するために採用してもよい。
【００２７】
図１３において、ファイバセグメント１００の第２端部は、ファイバピグテールとしてファイバフェルール１０２の第２端部から突出しており、ファイバ光学コネクタ１３０（適切なタイプまたは構成であればいずれでもよい）はある場合もない場合もある。図１４において、ファイバセグメント１００の第２端部は、ファイバフェルール１０２内で終端し、別の光学ファイバセグメント用のレセプタクルとして機能する。別の光学ファイバセグメントをファイバフェルール１０２に挿入してもよく、それとの端部結合のために、ファイバセグメント１００の第２端部に対して押し込んでもよい。図１５において、ファイバセグメント１００の第２端部は、単にハウジング１０６／１０８から出て、それにより、ファイバピグテールとして機能するが、ファイバ光学コネクタ１３０（適切なタイプであればいずれでもよい）はある場合もない場合もある。
【００２８】
図１６において、複数のファイバセグメント１００が複数の対応するファイバ溝と係合している。上述した保持板２００は、対応する溝に係合しているファイバセグメントを保持するために採用してもよい。また、図７Ａ−図７Ｄの保持器３００に類似した、または図８Ａ−図８Ｄの保持器４００に類似した弾力性ファイバ保持器もまた等価的に採用できる。複数のファイバセグメント１００を、機器基板１２２上の複数の構成要素１２６／１２８との光学結合のために位置決めしてもよい。ハウジング１０６／１０８は、嵌め合わせマルチファイバコネクタを係合するために、構成および／または適合してもよい。
【００２９】
下記の参照による教示に従う基板上に組み付けられた光学構成要素は、パッケージ化およびファイバ結合のために本開示に従って容易に適合することができる。参照は、１つまたは２以上のその上の平面状導波管を含む機器基板上の光学機器のアセンブリを開示する。組み付けられた構成要素は、平面状導波管に光学的に結合してもよい。平面状導波管の１つは、光学ファイバへの結合に適切な光学モードを支持するように適合でき、上述したように光学結合のためのファイバ溝に対して、基板上で適切に位置決めすることができる。下記は、あたかもそれがすべてここで記載されたかのように、参照によりここに組み込まれたものとする。
【００３０】
Ｈｅｎｒｙ Ａ. Ｂｌａｕｖｅｌｔ，Ｋｅｒｒｙ Ｊ.Ｖａｈａｌａ，Ｄａｖｉｄ Ｗ. Ｖｅｒｎｏｏｙ、およびＪｏｅｌ Ｓ. Ｐａｓｌａｓｋｉによる、「光学接合装置および光学パワー横方向移動を採用する方法（Ｏｐｔｉｃａｌ ｊｕｎｃｔｏｎ ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ−ｔｒａｎｓｆｅｒ）」という題名の米国非暫定出願第１０／１８７，０３０号（米国特許出願公告第２００３／００８１９０２号）と、
Ｈｅｎｒｙ Ａ. Ｂｌａｕｖｅｌｔ，Ｄａｖｉｄ Ｗ. Ｖｅｒｎｏｏｙ、およびＪｏｅｌ Ｓ. Ｐａｓｌａｓｋｉによる、「導波管および／またはファイバの間の自由空間光学伝播のための光学アセンブリ（Ｏｐｔｉｃａｌ ａｓｓｅｍｂｏｌｉｅｓ ｆｏｒ ｆｒｅｅ−ｓｐａｃｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ（ｓ） ａｎｄ／ｏｒ ｆｉｂｅｒ（ｓ））という題名の米国非暫定出願第１０／６５２，９５５号。
【００３１】
本開示と付随する請求項の目的のために、接続詞「または（ｏｒ）」は、ｉ）明確に他の方法で記述されたとき、例えば「〜のいずれか（ｅｉｔｈｅｒ．．．ｏｒ）」、「〜のただ１つ（ｏｎｌｙ ｏｎｅ ｏｆ．．．）」、または同様な表現によるか、ｉｉ）リストされた選択肢の２つまたは３つ以上が、特別な状況においてはお互いに排他的であり、「または（ｏｒ）」が、お互いに排他的でない選択肢を含む組合せのみを含む場合以外は、それぞれの選択肢が含まれるように解釈されなければならない（例えば、「犬または猫」は、「犬または猫」または「その両者」と解釈され、「犬、猫、またはネズミ」は、「犬、猫、またはネズミ」またはそのいずれか２種類の組合せ、または３種類すべての組合せと解釈される）。開示された例としての実施形態および方法の等価物は、本開示および／または付随する請求項の範囲に含まれると解釈される。開示された例としての実施形態および方法、およびその等価物は、本開示または付随する請求項の範囲内において修正され得るものとする。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機器基板上に少なくとも１つの光学構成要素およびファイバ溝を備える光学機器アセンブリと、
前記ファイバ溝に係合され、当該係合によって端部が前記光学構成要素との光学結合のために位置決めされるファイバセグメントと、
前記ファイバセグメントの上方に位置し、前記ファイバセグメントの前記ファイバ溝との係合を維持するファイバ保持器と、
前記ファイバ保持器を前記機器基板に固定するための接着手段と、を備え、
前記機器基板と前記ファイバ保持器のいずれか一方または両方には、その表面の前記ファイバ溝の形成位置またはその対向位置から隔離された箇所に、前記ファイバ溝とは独立して、少なくとも１つの凹部領域が設けられ、
前記凹部領域は、前記表面に開口部を有するとともに当該表面の反対面の側に底部を有し、少なくとも１つの横方向の寸法において、前記開口部が当該開口部より深い当該凹部領域内の部分よりも小さく形成され、
前記接着手段は、前記凹部領域内に充填されて当該凹部領域内に保持部材を形成し、
前記保持部材は、前記横方向の寸法において、前記開口部よりも大きな部分を含む
ことを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記機器基板または前記ファイバ保持器は、その表面にオーバーレイとしてのシリカ層が形成されており、
前記凹部領域は、前記シリカ層を介して形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の光学装置。
【請求項３】
前記機器基板または前記ファイバ保持器は、シリコンからなり、
前記凹部領域は、エッチングにより形成されており、前記シリカ層を貫通する開口部の下方にアンダーカットされた前記シリコンのエッチングされた領域を備える
ことを特徴とする請求項２記載の光学装置。
【請求項４】
前記接着手段は、硬化ポリマー、リフローポリマー、リフロー半田、リフローガラス、または溶融ガラスフリットを備える
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の光学装置。
【請求項５】
前記ファイバ保持器は、前記対向位置に前記ファイバセグメントと係合する第２ファイバ溝を備える
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項６】
前記ファイバ保持器の熱膨張係数は、約１０-5／℃未満である
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項１】
機器基板上に少なくとも１つの光学構成要素およびファイバ溝を備える光学機器アセンブリと、
前記ファイバ溝に係合され、当該係合によって端部が前記光学構成要素との光学結合のために位置決めされるファイバセグメントと、
前記ファイバセグメントの上方に位置し、前記ファイバセグメントの前記ファイバ溝との係合を維持するファイバ保持器と、
前記ファイバ保持器を前記機器基板に固定するための接着手段と、を備え、
前記機器基板と前記ファイバ保持器のいずれか一方または両方には、その表面の前記ファイバ溝の形成位置またはその対向位置から隔離された箇所に、前記ファイバ溝とは独立して、少なくとも１つの凹部領域が設けられ、
前記凹部領域は、前記表面に開口部を有するとともに当該表面の反対面の側に底部を有し、少なくとも１つの横方向の寸法において、前記開口部が当該開口部より深い当該凹部領域内の部分よりも小さく形成され、
前記接着手段は、前記凹部領域内に充填されて当該凹部領域内に保持部材を形成し、
前記保持部材は、前記横方向の寸法において、前記開口部よりも大きな部分を含む
ことを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記機器基板または前記ファイバ保持器は、その表面にオーバーレイとしてのシリカ層が形成されており、
前記凹部領域は、前記シリカ層を介して形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の光学装置。
【請求項３】
前記機器基板または前記ファイバ保持器は、シリコンからなり、
前記凹部領域は、エッチングにより形成されており、前記シリカ層を貫通する開口部の下方にアンダーカットされた前記シリコンのエッチングされた領域を備える
ことを特徴とする請求項２記載の光学装置。
【請求項４】
前記接着手段は、硬化ポリマー、リフローポリマー、リフロー半田、リフローガラス、または溶融ガラスフリットを備える
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の光学装置。
【請求項５】
前記ファイバ保持器は、前記対向位置に前記ファイバセグメントと係合する第２ファイバ溝を備える
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項６】
前記ファイバ保持器の熱膨張係数は、約１０-5／℃未満である
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光学装置。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１１−２４８３７７（Ｐ２０１１−２４８３７７Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６９７６７（Ｐ２０１１−１６９７６７）
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【分割の表示】特願２００７−５１９４１０（Ｐ２００７−５１９４１０）の分割
【原出願日】平成１７年６月２９日（２００５．６．２９）
【出願人】（５９２２２８７５６）ホーヤ コーポレイション ユーエスエイ (12)
【氏名又は名称原語表記】ＨＯＹＡ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ ＵＳＡ
【住所又は居所原語表記】１０１ ＭＥＴＲＯ ＤＲＩＶＥ，ＳＵＩＴＥ ５００，ＳＡＮ ＪＯＳＥ，ＣＡ ９５１１０，Ｕ．Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【分割の表示】特願２００７−５１９４１０（Ｐ２００７−５１９４１０）の分割
【原出願日】平成１７年６月２９日（２００５．６．２９）
【出願人】（５９２２２８７５６）ホーヤ コーポレイション ユーエスエイ (12)
【氏名又は名称原語表記】ＨＯＹＡ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ ＵＳＡ
【住所又は居所原語表記】１０１ ＭＥＴＲＯ ＤＲＩＶＥ，ＳＵＩＴＥ ５００，ＳＡＮ ＪＯＳＥ，ＣＡ ９５１１０，Ｕ．Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
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