(57)【要約】【課題】マイクロオプティカルデバイスおよびその製造方法を提供する。【解決手段】本発明は、マイクロオプティカルデバイスを製造する方法であって：光学部材を提供し；ガラス予備成形物を提供し；前記光学部材を基体に対して受動的に位置付けるべく設計された精密成形構造を伴う基体を提供し；および前記ガラス予備成形物を用いて前記光学部材を前記基体に結合すること；を含み；ここで、前記光学部材は前記基体と予め定められた関係において受動的に位置付けられ、かつ前記光学部材が光ファイバーではない、マイクロオプティカルデバイスを製造する方法に関する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロオプティカルデバイスを製造する方法であって：
光学部材を提供し；
ガラス予備成形物を提供し；
前記光学部材を基体に対して受動的に位置付けるべく設計された精密成形構造を伴う基体を提供し；および
前記ガラス予備成形物を用いて前記光学部材を前記基体に結合すること；を含み；
ここで、前記光学部材は前記基体と予め定められた関係において受動的に位置付けられ、かつ前記光学部材が光ファイバーではない、マイクロオプティカルデバイスを製造する方法。
【請求項２】
前記光学部材は、前記基体に結合されるときに、２以上のポイントで前記精密成形構造と接触する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法を用いて製造されたマイクロオプティカルデバイス。
【請求項４】
マイクロオプティカルデバイスがオプティカルプラットフォーム、導波路プラットフォーム、オプティカルサブアセンブリ、シリコンオプティカルベンチ、オプトエレクトロニックプラットフォーム、トランジスター−アウトライン（ＴＯ）ｃａｎオプトエレクトロニックサブアセンブリ、マイクロオプトエレクトロメカニカルシステム（ＭＯＥＭＳ）デバイスおよびフォトニクスデバイスから選択される、請求項３記載のマイクロオプティカルデバイス。
【請求項５】
マイクロオプティカルデバイスを製造する方法であって：
第一光学部材を提供し；
第二光学部材を提供し；
ガラス予備成形物を提供し；
前記第一光学部材および前記第二光学部材を受動的に整列させるべく設計された少なくとも１つの精密成形構造を伴う基体を提供し；
前記ガラス予備成形物の温度を上昇させ；および
前記第一光学部材および前記第二光学部材を前記基体に結合することであって、ここで、少なくとも前記第一光学部材は前記ガラス予備成形物を用いて前記基体に結合されること；を含む、マイクロオプティカルデバイスを製造する方法。
【請求項６】
前記第一光学部材は、前記基体に結合されるときに、２以上のポイントで前記精密成形構造と接触する、請求項５記載の方法。
【請求項７】
請求項５記載の方法を用いて製造されたマイクロオプティカルデバイス。
【請求項８】
マイクロオプティカルデバイスがオプティカルプラットフォーム、導波路プラットフォーム、オプティカルサブアセンブリ、シリコンオプティカルベンチ、オプトエレクトロニックプラットフォーム、トランジスター−アウトライン（ＴＯ）ｃａｎオプトエレクトロニックサブアセンブリ、マイクロオプトエレクトロメカニカルシステム（ＭＯＥＭＳ）デバイスおよびフォトニクスデバイスから選択される、請求項７記載のマイクロオプティカルデバイス。
【請求項９】
マイクロオプティカルデバイスであって：
第一光学部材；
第二光学部材；
前記第一光学部材を前記第二光学部材と受動的に整列させるべく設計された少なくとも１つの精密成形構造を有する基体；および
前記第一光学部材と前記基体との間に少なくとも部分的に配置された、少なくとも１つのガラス予備成形物；
を含み；
ここで、前記第一光学部材が前記第二光学部材と光学的に整列しており、かつ前記少なくとも１つのガラス予備成形物が、前記第一光学部材を前記第二光学部材と光学的に接続する光路内に実質的に配置されていない、
マイクロオプティカルデバイス。
【請求項１０】
前記精密成形構造が少なくとも２つの傾斜側壁を伴う四辺形切頂ピラミッド形キャビティーの少なくとも一部であり、ここで前記光学部材がボールレンズであり、かつ前記ボールレンズが前記傾斜側壁の少なくとも２つと接触している、請求項９記載のマイクロオプティカルデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロオプティカルデバイスおよびその製造方法に関係する。より詳細には、本発明は、受動アライメント構造を含むマイクロオプティカルデバイスおよびその製造方法に関係する。
【背景技術】
【０００２】
性能を高め、サイズを低減し、コストを削減するため、日々ますます多くの用途においてマイクロオプティカルデバイスが用いられている。従って、マイクロオプティカルデバイスの量的展開に対する要求が高まっている。
【０００３】
市販のマイクロオプティカルデバイス設計における一つの欠点は、これらの設計が不可欠な高精度を達成するために能動アライメントを必要とするため、製造コストが嵩む傾向を有していることである。別の欠点は、不可欠なアライメント許容範囲でこれらのマイクロオプティカルデバイスのコンポーネントを組み立てるのに時間が掛かり、このため、スループットの低下をもたらすことである。これらのマイクロオプティカルデバイスの組み立て中には、アライメントおよび調節のためにかなりの時間および気遣いが必要になるであろう。これは、要求されたアライメント基準を維持した状態における、適度の技術レベルを有するオペレーターによるこれらのマイクロオプティカルデバイスの大量生産を妨げる。これらの要因がこのようなマイクロオプティカルデバイスの費用有効性に限界を設けている。
【０００４】
更に、このようなデバイスの採用および使用を促進するためには、マイクロオプティカルデバイスを効率的に製造できる能力が重要である。特に重要なことは、マイクロオプティカルデバイスのコストを低減することであり、このコストに占める大きな割合（７５％まで）はパッケージングにかかる費用によるものと考えられる。
【０００５】
マイクロオプティカルデバイスをパッケージングするための一つの手法が、Ｔｒｏｔｔに付与された米国特許第５，７７１，３２３号に開示されている。Ｔｒｏｔｔはオプティカルサブマウントおよびその製造方法を開示しており、このオプティカルサブマウントは：
基体；
基体における傾斜壁を伴う精密形成キャビティーであり、実質的にピラミッド形のキャビティー；
前記キャビティーから予め定められた距離だけ離れて基体に取り付けられたフォトニクスデバイスであり、光学軸が前記キャビティーの対角線と整列したフォトニクスデバイス；および
光線の妨害を伴うことなく前記フォトニクスデバイスと予め定められた関係において前記キャビティーの側壁により閉じ込められた球面レンズ；
を含む。
【０００６】
Ｔｒｏｔｔは、更に、前記レンズをキャビティー内に着座させた後、この球面レンズを前記ピラミッド形のキャビティーに結合することも教示している。レンズを着座させた後に結合剤を加えることにより、Ｔｒｏｔｔは、前記結合剤が基体上における球面レンズの受動アライメントを促進する上で必要な球面レンズとピラミッド形キャビティーとの間の機械的な接触を妨げないことを確実化している。Ｔｒｏｔｔにより教示された結合剤はのりおよびエポキシ樹脂を含む。
【０００７】
のりおよびエポキシ樹脂で長期にわたる良好な寸法安定性をもって基体に光学部材を受動的に整列させることは可能であるが、このような結合材料は多くの用途で問題をもたらしかねないことに留意すべきである。即ち、エポキシ系接着剤は、以降における基体の処理中に移動または変形する可能性がある。また、エポキシ系接着剤は、温度の経時的な変動またはこの製品の通常の操作中に遭遇する他の環境的な要因によっても移動または変形する可能性がある。例えば基体にハンダ付け接続する場合、この硬化された接着剤は３２０℃から３５０℃までの温度に高められることが考えられる。これは、確保された光学部材の位置がシフトする原因となる可能性があり、従って、本デバイスの性能を劣質化させかねない。更に、のりおよびエポキシ系接着剤は、硬化プロセス中および硬化プロセス後にガスを放出する傾向を有している。このような放出ガスは本デバイスの性能を劣質化させる可能性がある。
【特許文献１】米国特許第５，７７１，３２３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、費用有効性を満たしたマイクロオプティカルデバイス構成およびその製造方法、例えば本明細書において開示されているマイクロオプティカルデバイスおよびその製造方法などに対するニーズが依然として存在している。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一つの態様においては、マイクロオプティカルデバイスが提供され、このマイクロオプティカルデバイスは：
第一光学部材、
第二光学部材、
前記第一光学部材を前記第二光学部材と受動的に整列させるべく設計された少なくとも一つの精密成形構造（ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  ｆｏｒｍｅｄ  ｆｅａｔｕｒｅ）を有する基体、
前記第一光学部材と前記基体との間に少なくとも部分的に配置された少なくとも１つのガラス予備成形物、
を含み、ここで、前記第一光学部材は前記第二光学部材と光学的に整列した状態にあり、また、前記少なくとも１つのガラス予備成形物は、前記第一光学部材を前記第二光学部材と光学的に接続する光路内に実質的に配置されていない。
【００１０】
本発明の別の態様においては、マイクロオプティカルデバイスを製造するための方法が提供され、この方法は：
光学部材を提供し；
ガラス予備成形物を提供し；
前記光学部材を基体に対して受動的に位置合せすべく設計された精密成形構造を有する基体を提供し；
任意に、前記ガラス予備成形物の温度を高め；および
前記ガラス予備成形物を用いて前記光学部材を前記基体に結合すること；を含み；ここで、前記光学部材は基体との予め定められた関係において受動的に位置付けられ、また、この光学部材は光ファイバーではない。
【００１１】
本発明の別の態様においては、マイクロオプティカルデバイスを製造するための方法が提供され、この方法は：
第一光学部材を提供し；
第二光学部材を提供し；
ガラス予備成形物を提供し；
前記第一光学部材および前記第二光学部材を受動的に整列させるべく設計された少なくとも１つの精密成形構造を有する基体を提供し；
前記ガラス予備成形物の温度を高め；および
前記第一光学部材および前記第二光学部材を前記基体に結合する工程であって、ここで、少なくとも前記第一光学部材は前記ガラス予備成形物を用いて前記基体に結合される工程；
を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本明細書で定められる全ての範囲は包括的であり、組合せ可能である。
【００１３】
本明細書および添付の請求項で使用する場合、「能動アラインメント」という用語は、調節が必要とされるか否かにかかわらず、あるフィードバック指示を用いてコンポーネントを整列させることを意味する。
【００１４】
本明細書および添付の請求項で使用する場合、「光路内に実質的に配置されていない」という用語は、ガラス予備成形物が光学部材間における光路の断面積の１００％未満を占めることを意味し；代替的には、光学部材間における光路の断面積の７５％未満を占めることを意味し；代替的には、光学部材間における光路の断面積の５０％未満を占めることを意味し；代替的には、光学部材間における光路の断面積の４０％未満を占めることを意味し；代替的には、光学部材間における光路の断面積の３０％未満を占めることを意味し；代替的には、光学部材間における光路の断面積の２５％未満を占めることを意味し；代替的には、光学部材間における光路の断面積の１０％未満を占めることを意味し；代替的には、光学部材間における光路の断面積の５％未満を占めることを意味し；代替的には、ガラス予備成形物が前記光路に全く存在しないことを意味する。
【００１５】
幾つかの実施形体においては、本発明のマイクロオプティカルデバイスはオプティカルプラットフォーム、導波路プラットフォーム、オプティカルサブアセンブリ、シリコンオプティカルベンチ、オプトエレクトロニックプラットフォームおよびトランジスター−アウトライン（ＴＯ）ｃａｎオプトエレクトロニックサブアセンブリから選択されてよい。
【００１６】
幾つかの実施形体においては、本発明のマイクロオプティカルデバイスは能動型フォトニクスデバイスであってよい。この実施形体の幾つかの態様においては、本マイクロオプティカルデバイスはトランスミッター、レシーバー、モジュレーター、アッテネーター、スイッチ、増幅器ポンプおよび半導体光増幅器から選択される能動型フォトニクスデバイスであってよい。
【００１７】
幾つかの実施形体においては、本発明のマイクロオプティカルデバイスは受動型フォトニクスデバイスであってよい。この実施形体の幾つかの態様においては、このマイクロオプティカルデバイスは、波長分割マルチプレクサー、波長分割デマルチプレクサー、フィルター、ポラライザー、アイソレーター、カプラー、パワースプリッター、導波路およびファイバーブラッグ格子から選択される受動型フォトニクスデバイスであってよい。
【００１８】
幾つかの実施形体においては、本発明のマイクロオプティカルデバイスは半導体レーザー、半導体光検出器、増幅器、波長可変レーザー、エタロン、波長可変エタロン、モジュレーター、補償器、フィルターおよびスイッチから選択されるフォトニクスデバイスであってよい。
【００１９】
幾つかの実施形体においては、本マイクロオプティカルデバイスはＣＣＤ、結像系、シリコンフォトニック集積回路、オプティカルスキャナー、内視鏡プローブまたはシステム、光データ記憶サブアセンブリ、および生物学、化学または医学用のオプティカルプローブであってよい。
【００２０】
幾つかの実施形体においては、本発明のマイクロオプティカルデバイスはマイクロオプトエレクトロメカニカルシステム（ＭＯＥＭＳ）デバイスであってよい。この実施形体の幾つかの態様においては、本マイクロオプティカルデバイスはＭＯＥＭＳアクチュエーターまたはオプティカルスイッチであってよい。
【００２１】
幾つかの実施形体においては、本発明のマイクロオプティカルデバイスは、１つもしくはそれ以上の光学レンズを、混成的に統合された能動型もしくは受動型の光導波路、例えばフォトニック集積回路など、能動型ゲイン媒体、ＳＯＩ導波路、レーザー、光検出器または同様なデバイスと受動的に整列させる基体を含んでいてよい。
【００２２】
幾つかの実施形体においては、前記基体はオプティカルプラットフォームまたはオプティカルベンチであってよい。
【００２３】
幾つかの実施形体においては、前記基体は１つもしくはそれ以上の統合された光導波路領域またはフォトニック結晶領域を含んでいてよい。
【００２４】
幾つかの実施形体においては、前記基体はチップであってよい。幾つかの態様においては、前記基体は集積チップであってよい。また、幾つかの態様においては、前記基体は集積オプティカルチップであってよい。
【００２５】
本発明と共に用いるのに適した基体は様々な材料から製造されてよく、このような材料は、例えばポリマー、セラミックス、金属、誘電体被覆金属、ガラス入りプラスチックおよび前記ものの組合せを含み；代替的には、セラミックス、金属、誘電体被覆金属、ガラス入りプラスチックおよび液晶性ポリマー（ＬＣＰｓ）を含む。
【００２６】
幾つかの実施形体においては、本発明の基体は半導体から製造されてよく、このような半導体は、例えばＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｓｉ−Ｇｅ、シリコン、ならびに前述のもののドープ型および合金型を含む。この実施形体の幾つかの態様においては、本基体は結晶性シリコンから製造されてよい。また、この実施形体の幾つかの態様においては、本基体はマイクロ成形セラミックスまたはマイクロ機械加工セラミックスから製造されてよい。
【００２７】
幾つかの実施形体においては、本発明の基体は金属またはセラミック被覆金属から製造されてよい。
【００２８】
幾つかの実施形体においては、本発明の基体はガラスから製造されてよい。この実施形体の幾つかの態様においては、本基体は透明なガラスから製造されてよい。
【００２９】
本発明の基体は、例えば成形されてよく；０．１μｍから２５μｍまでの許容範囲、代替的には０．１μｍから５μｍまでの許容範囲をもってマイクロ機械加工されてよく；化学的にエッチングされてよく；フォトニカルエッチング、例えばリソグラフィー技術を用いてフォトニカルにエッチングされてよく及び／又は既知の技術を用いてスタンプされてよい。
【００３０】
幾つかの実施形体においては、本発明の基体は単結晶性シリコンから製造されてよい。基体として単結晶性シリコンを使用することにより、半導体ピースパーツを形作るための多くの既知の技術および半導体ピースパーツに金属を堆積する多くの既知の技術の利用を可能に為すことができる。また、このような技術を用いて本発明のデバイスを製造するために利用することができる様々な市販の機器も存在している。
【００３１】
本発明の基体内または基体上に創出される精密成形構造は、基体内または基体上に着座される光学部材と基体との間に高度のアライメント精度を提供する。幾つかの実施形体においては、この精密成形構造は、基体内または基体上に着座された２つもしくはそれ以上の光学部材間に高度のアライメント精度および光結合効率を提供する。この精密成形構造の精度が与えられれば、１つまたはそれ以上の光学部材は、能動アライメントを必要とすることなく、精確な三次元的配置で基体に着座させることができる。これは、大いなる正確度および精度をもって、基体に対する光学部材の（および、特定の実施形体においては、相互の）受動アライメントを可能にする。また、これは、バッチ処理技術を用いて多数のマイクロオプティカルデバイスを製造することも可能に為し、それ故、製造コストを有意に低減することができる。従って、ここで提供されている教示が与えられれば、当業者は、本発明により、比較的未熟なオペレーターであっても、一貫していて大量生産技術になじみやすい仕方によって、極めて精密な許容範囲でマイクロオプティカルデバイスを組み立てられることを認識するであろう。
【００３２】
本発明と共に用いるのに適した精密成形構造は、例えばキャビティー、ピット、バイア、スルーホール、グルーブ、チャンネル、トレンチ、レッジ、メサ、ペデスタル、カップおよび前述のものの組合せを含む。
【００３３】
幾つかの実施形体においては、本発明の基体は精密成形構造を呈し、ここで、この精密成形構造はキャビティーである。この実施形体の幾つかの態様においては、本基体は精密成形構造を呈することができ、ここで、この精密成形構造は、四辺形ピラミッド形キャビティー、四辺形切頂ピラミッド形キャビティー、円錐形キャビティー、切頂円錐形キャビティーおよび円柱状キャビティーから選択されるキャビティーである。この実施形体の幾つかの態様においては、本基体は精密成形構造を呈することができ、ここで、この精密成形構造は四辺形切頂ピラミッド形キャビティーである。
【００３４】
幾つかの実施形体においては、本発明の基体は精密成形構造を呈し、ここで、この精密成形構造はキャビティーである。この実施形体の幾つかの態様においては、本基体は精密成形構造を呈することができ、ここで、この精密成形構造は、四辺形ピラミッド形キャビティーの少なくとも一部、四辺形切頂ピラミッド形キャビティーの少なくとも一部、円錐形キャビティーの少なくとも一部、切頂円錐形キャビティーの少なくとも一部および円柱状キャビティーの少なくとも一部から選択されるキャビティーである。この実施形体の幾つかの態様においては、精密成形構造の一部は、基体の一部をダイスカットで取り除くことによって形成されてよい。この実施形体の幾つかの態様においては、本基体は精密成形構造を呈することができ、ここで、この精密成形構造は、少なくとも２つの傾斜側壁を伴う四辺形切頂ピラミッド形キャビティーの少なくとも一部である。この実施形体の幾つかの態様においては、本精密成形構造は、少なくとも２つの傾斜側壁を呈する四辺形切頂ピラミッド形キャビティーの少なくとも一部であってよく；代替的には、少なくとも３つの傾斜側壁を呈する四辺形切頂ピラミッド形キャビティーの少なくとも一部であってよい。
【００３５】
幾つかの実施形体においては、本発明の基体は精密成形構造を呈し、ここで、この精密成形構造は少なくとも１つのグルーブ、少なくとも１つのチャンネル、ならびに少なくとも１つのグルーブおよび少なくとも１つのチャンネルの組合せから選択される。
【００３６】
幾つかの実施形体においては、本発明の基体は精密形成キャビティーを伴う結晶性シリコンでできていてよく、この精密形成キャビティーは、マスキングし、主に基体の結晶面に沿って位置付けられたピラミッド形キャビティーの側壁を形成すべく予め定められた領域を異方性エッチングすることにより形成された傾斜側壁を伴うピラミッド形キャビティーである。
【００３７】
本発明の幾つかの実施形体においては、ガラス予備成形物を調製するために使用されるガラス組成物は、５００℃未満の融点温度；代替的には４８０℃未満；代替的には４５０℃未満；代替的には４２５℃未満；代替的には４００℃未満；代替的には３７５℃未満；代替的には３５０℃未満；代替的には３２５℃未満；代替的には３００℃未満；代替的には２５０℃未満；代替的には２００℃未満；代替的には１５０℃未満；代替的には１２０℃から４００℃までの間の融点温度をを呈することができる。
【００３８】
本発明の幾つかの実施形体においては、ガラス予備成形物を調製するために使用されるガラス組成物は、１００℃から３５０℃までの軟化点温度；代替的には１５０℃から３００℃まで；代替的には２００℃から２５０℃までの軟化点温度を呈することができる。本発明の幾つかの実施形体においては、ガラス予備成形物を調製するために使用されるガラス組成物は、８５℃から３２０℃までの間のガラス転移温度；代替的には１５０℃から３００℃までの間；代替的には１７５℃から２７５℃までの間；代替的には２００℃から２５０℃までの間のガラス転移温度を呈することができる。
【００３９】
有利には、本ガラス予備成形物は、光学部材と基体との間に比較的強い結合を提供する。
【００４０】
当業者であれば、ある与えられたデバイス用途にとって望ましい範囲内の熱膨張率、粘度、接着特性および融点を提供するためにガラス予備成形物の調製で使用するためのガラス組成物を選択することが認識されよう。ある与えられたガラス予備成形物の軟化点および融点の選択は、各連続的な結合部の融点がそれ以前に行われた１つまたは複数の結合部が軟化する温度よりも充分に低いことを条件として、一連の結合部が、ある与えられた基体上において相互に比較的すぐ近くに形成されることを可能に為すことができる。相互に近接した一連の結合部の形成は、限局的な加熱を用いてこれらの結合部を形成するガラス予備成形物を溶融するときに更に増強される。幾つかの実施形体においては、ガラス予備成形物の限局的な加熱は、結果として、基体に形成されたそれ以前の結合部に及ぼす熱応力を比較的低く抑えることができる。これは、これらの結合部がそれ以降の衝撃および振動に絶える能力を高める結果をもたらす。
【００４１】
幾つかの実施形体においては、本発明のガラス予備成形物は：
１つまたはそれ以上の網目形成成分；
任意に、１つまたはそれ以上の網目修飾成分；
任意に、１つまたはそれ以上の不溶性の粒子状充填成分；および
任意に、１つまたはそれ以上の負の熱膨張修飾成分；
を含むことができる。
【００４２】
幾つかの実施形体においては、本ガラス予備成形物は網目形成成分の混合物を含むことができる。本発明と共に用いるのに適した網目形成成分の混合物は、例えば二成分および三成分ガラス系を含むことができる。本発明と共に用いるのに適した二成分および三成分ガラス系は、例えばＰｂＯ／Ｂｉ２Ｏ３／Ｂ２Ｏ３；ＰｂＯ／ＺｎＯ／Ｂ２Ｏ３；ＰｂＯ／Ｖ２Ｏ５；ＴｅＯ２／Ｖ２Ｏ５／（ＡｇＯ２／Ｐ２Ｏ５）；ＳｎＯ／Ｐ２Ｏ５およびＡｇＯ／Ｐ２Ｏ５を含む。
【００４３】
本発明と共に用いるのに適した網目修飾成分は、１つまたはそれ以上の網目形成成分に可溶性もしくは部分的に可溶性であってよい。網目修飾成分はガラス予備成形物の様々な特性、例えばガラス予備成形物の接着強度及び／又は流動性を変える働きを為すことができる。本発明と共に用いるのに適した網目修飾成分は、例えばＷＯ３、フッ素、酸化銀、Ｂｉ２Ｏ３、ＰｂＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ、Ｂ２Ｏ３、ＭｏＯ３、Ｌｉ２Ｏ、ＢａＯ、ＴｅＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎａ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、Ｃｓ２Ｏ、Ｓｂ２Ｏ３、Ａｓ２Ｏ３およびＣｄＯを含むことができる。幾つかの実施形体においては、本発明のガラス予備成形物は０重量％から１０重量％までの網目修飾成分；代替的には０．１重量％から１０重量％までの網目修飾成分を含んでよい。
【００４４】
本発明と共に用いるのに適した不溶性の粒子状充填成分は、例えば耐熱性ケイ酸塩、耐熱性チタン酸塩、およびＶ族金属酸化物（Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ）からできた耐熱性セラミックスを含むことができる。幾つかの実施形体においては、この１つまたはそれ以上の不溶性の粒子状充填成分はベータ−ユークリプタイト、ケイ酸ジルコニウム、コーディエライト、リチア輝石、チタン酸鉛から選択されてよい。不溶性の粒子状充填成分は、ガラス予備成形物の様々な特性、例えばガラス予備成形物の熱膨張特性および熱収縮特性を変える働きを為すことができ、これは、ガラス予備成形物を用いて形成されたハンダ接合部においてクラックが伝播する潜在的可能性を最小化すべく作用することができる。幾つかの実施形体においては、本発明のガラス予備成形物は０重量％から５０重量％までの不溶性充填成分を含んでよく；代替的には０．５重量％から５０重量％までの不溶性充填成分を含んでよい。
【００４５】
本発明と共に用いるのに適した負の熱膨張修飾成分は、例えばタングステン酸ジルコニウム、リン酸ジルコニウムおよびＮＥＸ−１（Ｏ−Ｈａｒａ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能）を含むことができる。
【００４６】
幾つかの実施形体においては、本発明のガラス予備成形物は異成分系である。即ち、幾つかの実施形体においては、本ガラス予備成形物は（結合前および結合後のどちらにおいても）、（ａ）（ｉ）１つもしくはそれ以上の少なくとも部分的に不溶性の網目修飾成分、及び／又は（ｉｉ）１つもしくはそれ以上の不溶性の粒子状充填成分、及び／又は（ｉｉｉ）１つもしくはそれ以上の負の熱膨張修飾成分のマイクロドメインを呈し；（ｂ）１つまたはそれ以上の網目形成成分内に配置される。
【００４７】
本発明の幾つかの実施形体においては、本ガラス予備成形物は溶融フリットガラスおよびガラスビーズから選択されてよい。この実施形体の幾つかの態様においては、ガラス予備成形物はバインダーレス溶融フリットガラスおよびバインダーレスガラスビーズから選択されてよい。この実施形体の幾つかの態様においては、ガラス予備成形物はバインダーレスガラスビーズである。本発明と共に用いるのに適したバインダーレスガラスビーズは、当技術分野において既知のプロセス、例えば米国特許第３，４９３，４０３号および第４，１９２，５７６号に開示されているプロセスなどを用いてガラス組成物から得ることができる。
【００４８】
本発明と共に用いるのに適したガラス予備成形物は、様々な形状、例えば多面体、楕円体、ドーナツ形、Ｇｏｕｒｓａｔ面、レモン形および無定形などを含めた様々な形状を呈することができる。この実施形体の幾つかの態様においては、ガラス予備成形物は楕円体、ドーナツ形および無定形から選択される形状を呈することができる。また、この実施形体の幾つかの態様においては、ガラス予備成形物は楕円体および無定形から選択される形状を呈することができる。更に、この実施形体の幾つかの態様においては、ガラス予備成形物は楕円形を呈することができる。また、この実施形体の幾つかの態様においては、ガラス予備成形物は球形を呈することができる。
【００４９】
本発明の幾つかの実施形体においては、ガラス予備成形物は固体であってよい。また、本発明の幾つかの実施形体においては、ガラス予備成形物は空隙を含んでいてよい。この実施形体の幾つかの態様においては、ガラス予備成形物は、このガラス予備成形物を構成するガラス組成物によって封入されたガスを含む中空体であってよい。この実施形体の幾つかの態様においては、ガラス予備成形物はオープンセルフォームまたはクローズドセルフォームの形態を為していてよい。
【００５０】
当業者であれば、この出願の教示が与えられれば、本発明の受動アライメント構造を妨害することなく、基体への光学部材の結合を容易化すべく、精密成形構造および光学部材を協同させるためにガラス予備成形物の形状および質量を選択することが認識されよう。即ち、本ガラス予備成形物は、結合後、このガラス予備成形物が基体に光学部材を精度高く位置付けるべく作用するポイントにおける光学部材と基体との間の機械的な接触を妨害しないような形状およびサイズであってよい。理想的には、結合後、ガラス予備成形物材料はこれらの接触ポイントに存在すべきではない。それにもかかわらず、当業者であれば、幾つかのマイクロオプティカルデバイスにおいては、このデバイスの受動アライメント構造を臨界的に劣質化することなく、極微量のガラス結合材料が１つまたはそれ以上の接触ポイントにおいて光学部材と基体との間に介在し得ることが認識されよう。
【００５１】
本発明の幾つかの実施形体においては、複数のガラス予備成形物を用いて光学部材を基体に接着させることができる。
【００５２】
本発明の幾つかの実施形体においては、単一のガラス予備成形物を用いて光学部材を基体に接着させることができる。
【００５３】
本発明の幾つかの実施形体においては、本マイクロオプティカルデバイスは、更に、キャップおよび基体に設けられた少なくとも１つのグルーブを含み、ここで、前述の少なくとも１つのグルーブは前記キャップを受け入れることができるように為されている。この実施形体の幾つかの態様においては、キャップは少なくとも１つの光学部材を含有する密封された空間を形成すべく基体に結合されてよく、ここで、前記少なくとも１つの光学部材は基体と受動的に整列させられ、また、この少なくとも１つの光学部材は少なくとも１つのガラス予備成形物を用いて基体に結合される。
【００５４】
本発明の幾つかの実施形体においては、本ガラス予備成形物は極僅かなオフガス傾向を呈する。この実施形体の幾つかの態様においては、本ガラス予備成形物はオフガス傾向を本質的に呈さない。この実施形体の幾つかの態様においては、本ガラス予備成形物はオフガス傾向を全く呈さない。本発明のガラス予備成形物のこの特徴は少なくとも幾つかの実施形体で特に重要である。例えば、幾つかの実施形体においては、精密成形構造の設計およびその内部またはその上に着座させるべき光学部材の形状は、オフガス傾向のないことが非常に有利になる。例えば、精密成形構造が円形の上端を伴う円錐形または円柱形を含み、光学部材が球面レンズである実施形体においては、オフガスがこの光学部材とガラス予備成形物を含む基体との間で創出される体積から逃げる通路は存在しないであろう。幾つかの実施形体においては、密封要件はオフガスのないことが有利になる。例えば、特定の能動型ＭＥＭＳデバイスにおいては、このデバイスの構成要素が使用中に振動する。この構成要素の振動の周波数は、振動する構成要素を取り囲んでいる本デバイス内の雰囲気に依存する。結合材料からのオフガスは、本デバイス内の雰囲気を変えかねず、これが原因となってこの構成要素の振動の周波数が変化し、潜在的に本デバイスの誤動作をもたらす可能性がある。
【００５５】
幾つかの実施形体においては、本発明のマイクロオプティカルデバイスは：
第一光学部材；
第二光学部材；
前記第一光学部材を前記第二光学部材と受動的に整列させるべく設計された少なくとも１つの精密成形構造を有する基体であり、前記精密成形構造は、少なくとも２つの傾斜側壁、代替的には少なくとも３つの傾斜側壁、代替的には４つの傾斜側壁を伴う四辺形切頂ピラミッド形キャビティーの少なくとも一部である、基体；
前記第一光学部材と前記基体との間に少なくとも部分的に配置された、少なくとも１つのガラス予備成形物；
を含み、ここで、前記第一光学部材はボールレンズであり；前記ボールレンズは前記精密成形構造の少なくとも２つの傾斜側壁と直接的に接触しており、代替的には、前記ボールレンズは前記精密成形構造の少なくとも３つの傾斜側壁と直接的に接触しており、代替的には、前記ボールレンズは前記精密成形構造の４つの傾斜側壁と直接的に接触しており；前記ボールレンズは前記第二光学部材と光学的に整列しており、前記少なくとも１つのガラス予備成形物は前記第一光学部材を前記第二光学部材と光学的に接続する光路内に実質的に配置されていない。
【００５６】
幾つかの実施形体においては、本発明のマイクロオプティカルデバイスは：
第一光学部材；
第二光学部材；
前記第一光学部材を前記第二光学部材と受動的に整列させるべく設計された少なくとも１つの精密成形構造を有する基体であり、前記精密成形構造は、切頂円錐形キャビティーの少なくとも一部または円柱状キャビティーの少なくとも一部であり、ここで、前記精密成形構造は円形の上端または面の少なくとも一部を有している、基体；
前記第一光学部材と前記基体との間に少なくとも部分的に配置された、少なくとも１つのガラス予備成形物；
を含み、ここで、前記第一光学部材はボールレンズであり、前記ボールレンズは前記円形の上端または面の少なくとも一部において少なくとも２つの別個のポイントで直接的に接触しており、前記ボールレンズは前記第二光学部材と光学的に整列しており、前記少なくとも１つのガラス予備成形物は前記第一光学部材を前記第二光学部材と光学的に接続する光路内に実質的に配置されていない。
【００５７】
本発明と共に用いるのに適した光学部材は、例えばオプトエレクトリカル部材、オプトメカニカル部材および光学素子を含む。
【００５８】
本発明と共に使用するのに適したオプトエレクトリカル部材およびオプトメカニカル部材は、例えばレーザー（例えばダイオードレーザーおよび波長可変レーザー）、発光ダイオード、フォトダイオード、光検出器、増幅器、波長可変エタロン、モジュレーター、補償器、フィルター、スイッチ、波長分割マルチプレクサー、波長分割デマルチプレクサー、アイソレーター、パワースプリッター、導波路、ファイバーブラッグ格子およびポラライザーを含む。
【００５９】
本発明と共に用いるのに適した光学素子は、例えば光学レンズ、フィルター、エタロン、カプラー、プリズム、波長分割マルチプレクサー、波長分割デマルチプレクサーおよび光ファイバーを含む。本発明と共に用いるのに適した光学レンズは、例えば円柱レンズ、ＧＲＩＮレンズ、非球面レンズおよびボールレンズを含む。
【００６０】
本発明の幾つかの実施形体においては、光学部材のうちの１つまたはそれ以上はボールレンズを含んでいてよい。本発明と共に用いるのに適したボールレンズは楕円または楕円の任意の部分の形状であってよい。幾つかの実施形体においては、本ボールレンズは、例えば回転楕円体および球から選択される楕円形を呈してよい。幾つかの実施形体においては、本ボールレンズは、例えば偏球および長球から選択される楕円形を呈してよい。幾つかの実施形体においては、本ボールレンズはアナモルフィックレンズであってよい。
【００６１】
幾つかの実施形体においては、本発明と共に用いるのに適したボールレンズは、例えば２５μｍから５ｍｍまでの平均直径；代替的には１００μｍから２ｍｍまで；代替的には１００μｍから１ｍｍまで；代替的には１００μｍから８００μｍまで；代替的には１００μｍから５００μｍまで；代替的には１００μｍから４００μｍまで；代替的には４００μｍ未満；代替的には３００μｍ未満；代替的には２５０μｍ未満；代替的には２２５μｍ未満；代替的には２００μｍ未満の平均直径を呈してよい。
【００６２】
本発明の幾つかの実施形体においては、本マイクロオプティカルデバイスはボールレンズを含み、基体は精密成形構造を呈し、ここで、この精密成形構造は少なくとも２つの傾斜側壁を伴う四辺形切頂ピラミッド形キャビティーの一部であり、ボールレンズはこれらの傾斜側壁のうちの少なくとも２つと直接的に接触している。
【００６３】
幾つかの実施形体においては、本発明のマイクロオプティカルデバイスは複数の光学部材を含んでいてよい。この実施形体の幾つかの態様においては、本発明のマイクロオプティカルデバイスは第一光学部材および第二光学部材を含んでいてよい。前記第一光学部材および第二光学部材は同じものであってよく、または異なるものであってもよい。この実施形体の幾つかの態様においては、本発明のマイクロオプティカルデバイスは第一光学部材および第二光学部材を含んでいてよく、ここで、この第一光学部材は光ファイバーでは「ない」。この実施形体の幾つかの態様においては、第一光学部材および第二光学部材は、前記第一光学部材を前記第二光学部材と光学的に接続する光路と光学的に整列している。この実施形体の幾つかの態様においては、前記少なくとも１つのガラス予備成形物は、実質的にこの光路内に配置されない。
【００６４】
本発明の幾つかの実施形体においては、本マイクロオプティカルデバイスは１つの光学部材を含んでいてよく、ここで、この光学部材は光ファイバーである。この実施形体の幾つかの態様においては、前記少なくとも１つの精密成形構造は光ファイバーを受け入れることができるように選択されてよい。例えば、この少なくとも１つの精密成形構造は、例えばグルーブ、チャンネル、スロットおよびトレンチから選択されてよい。この実施形体の幾つかの態様においては、この少なくとも１つの精密成形構造は、例えば「ｖ」字形グルーブおよび「ｕ」字形グルーブから選択されてよい。
【００６５】
ガラス予備成形物の温度を上げる操作においては、このガラス予備成形物の温度を上昇させるため、光学部材と基体との間の望ましい結合部の近傍に熱源が配置される。幾つかの実施形体においては、ガラス予備成形物の温度は、このガラス予備成形物のガラス転移温度超に高められてよい。幾つかの実施形体においては、ガラス予備成形物の温度は、このガラス予備成形物の軟化点温度超に高められてよい。幾つかの実施形体においては、ガラス予備成形物の温度は、このガラス予備成形物が溶融して流動するポイントにまで高められてよい。
【００６６】
幾つかの実施形体においては、ガラス予備成形物の温度はレーザーヒーターを用いて高められてよい。この実施形体の幾つかの態様においては、レーザー発振放射線の吸収を高める物質をガラス予備成形物に組み入れることにより、レーザー加熱効果を増強することができる。例えばカーボンブラック、グラファイト、黒色金属酸化物はＣＯ２、Ｎｄ／ＹＡＧおよび半導体レーザー加熱源の吸収を高めることができる。
【００６７】
幾つかの実施形体においては、ガラス予備成形物の温度は、光学部材と基体との間の望ましい結合部の近傍に配置された誘導加熱装置を用いて高められてよい。
【００６８】
幾つかの実施形体においては、ガラス予備成形物は１２０℃から４８０℃の範囲の温度にまで加熱されてよい。幾つかの実施形体においては、ガラス予備成形物は２００℃を超える温度にまで加熱されてよい。幾つかの実施形体においては、ガラス予備成形物は４００℃未満の温度にまで加熱されてよい。幾つかの実施形体においては、ガラス予備成形物は３７５℃未満の温度にまで加熱されてよい。幾つかの実施形体においては、ガラス予備成形物は３５０℃未満の温度にまで加熱されてよい。幾つかの実施形体においては、ガラス予備成形物は３２０℃未満の温度にまで加熱されてよい。幾つかの実施形体においては、ガラス予備成形物は３００℃未満の温度にまで加熱されてよい。
【００６９】
本発明の幾つかの実施形体においては、ガラス予備成形物は、光学部材が精密成形構造上または精密成形構造内に配置される前に、精密成形構造上または精密成形構造内に配置される。この実施形体の幾つかの態様においては、ガラス予備成形物の温度は、光学部材が精密成形構造上または精密成形構造内に配置される前及び／又は配置された後に高められてよい。
【００７０】
本発明の幾つかの実施形体においては、マイクロオプティカルデバイスを製造するための方法が提供され、この方法は：
第一光学部材を提供し、
第二光学部材を提供し、［ここで、前記第一光学部材および前記第二光学部材は同じものであってよく、または異なるものであってもよい（例えば、両光学部材がボールレンズであってよく；一方の光学部材がボールレンズであって、他方の光学部材がレーザーであってよい；など）］；
ガラス予備成形物を提供し；
前記第一光学部材および第二光学部材を受動的に整列させるべく設計された少なくとも１つの精密成形構造を伴う基体を提供し；
前記ガラス予備成形物の温度を上昇させ；および
前記第一光学部材および第二光学部材を前記基体に結合させ、ここで、少なくとも前記第一光学部材は前記ガラス予備成形物を用いて前記基体に結合される工程；を含む。
【外国語明細書】
2006293313000001.pdf
2006293313000002.pdf
2006293313000003.pdf