(57)【要約】本発明では光ファイバアレイを提供する。アレイはファイバ支持面を有する基体を含む。アレイはさらに、ジャケット無しでバッファ無しの光コアセグメントを含むファイバ部分を有する光ファイバを含む。ジャケット無しでバッファ無しの光コアセグメントはファイバ支持面と接触して配置され、支持面に対して選択された位置で光コアセグメントを方向つける。加えて、アレイは、光コアセグメントが基体の支持面に対して予め定められた位置で固定されるように、光コアセグメントおよびファイバ支持面に化学結合されるはんだガラスを含む。そのような光ファイバアレイを製造する方法も提供する。
2005502905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバをフィデューシャル基準に対して配置することができる該フィデューシャル基準を提供するためのファイバ支持面を有する基体と、
ジャケット無しでバッファ無しの光コアセグメントを含むファイバ部分を有する光ファイバであって、前記光コアセグメントを、前記ファイバ支持面と接触状態で配置させて、前記光コアセグメントを前記支持面に対して選択された位置で方向付けるようにした該光ファイバと、
前記光コアセグメントが前記基体の前記支持面に対して予め定められた位置で固定されるように、前記光コアセグメントおよび前記ファイバ支持面に化学結合されるはんだガラスと、
を含む光ファイバアレイ。
【請求項２】
前記光コアセグメントがコアおよびコアの周囲に配置されたクラッド層を含む、請求項１記載の光ファイバアレイ。
【請求項３】
前記はんだガラスが前記クラッド層の熱膨張係数に実質的に一致する熱膨張係数を有する、請求項２記載の光ファイバアレイ。
【請求項４】
前記はんだガラスが前記光コアセグメントの熱膨張係数に実質的に一致する熱膨張係数を有する、請求項１記載の光ファイバアレイ。
【請求項５】
前記はんだガラスが前記基体の熱膨張係数に実質的に一致する熱膨張係数を有する、請求項４記載の光ファイバアレイ。
【請求項６】
前記ファイバ支持面が平坦な表面を含む、請求項１記載の光ファイバアレイ。
【請求項７】
前記はんだガラスが、前記基体と接触した第一はんだガラス層および前記第一はんだガラス層の上面の上に配置された第二はんだガラス層を含む、請求項１記載の光ファイバアレイ。
【請求項８】
前記第一はんだガラス層の前記上面が前記ファイバ支持面を含む、請求項７記載の光ファイバアレイ。
【請求項９】
前記第一はんだガラス層の融点が前記第二はんだガラス層の融点より高い、請求項７記載の光ファイバアレイ。
【請求項１０】
前記基体がガラス、セラミック、シリコン、および熱硬化性樹脂の少なくとも一つを含む、請求項１記載の光ファイバアレイ。
【請求項１１】
前記はんだガラスが連続層を含む、請求項１記載の光ファイバアレイ。
【請求項１２】
前記はんだガラスが光ファイバセグメントを受容するために選択された位置で前記基体上にパターン形成される、請求項１記載の光ファイバアレイ。
【請求項１３】
光ファイバをファイバ支持面に対して配置することができる該ファイバ支持面を有する基体を提供するステップと、
ジャケット無しでバッファ無しの光コアセグメントを含むファイバ部分を有する光ファイバを提供するステップと、
前記光コアセグメントを前記ファイバ支持面と接触状態に配置して、前記光コアセグメントを前記支持面に対して選択された位置で方向付けるステップと、さらに
前記光コアセグメントが前記基体の前記支持面に対して予め定められた位置で固定されるように、はんだガラスを前記光コアセグメントおよび前記ファイバ支持面に化学結合させるステップと、
を含む、光ファイバアレイを製造する方法。
【請求項１４】
前記光コアセグメントを配置する前記ステップが、ファイバ位置合わせガイドを有するツールを提供するステップを含み、かつ、前記光コアセグメントを前記ファイバ位置合わせガイドと位置合わせ状態に配置するステップを含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
はんだガラスを化学結合する前記ステップが、前記ファイバ位置合わせガイドと位置合わせされた光コアセグメントの上にはんだガラスを提供するステップを含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
はんだガラスを化学結合する前記ステップが、前記基体の前記ファイバ支持面上にはんだガラスを提供するステップを含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１７】
前記光コアセグメントを配置する前記ステップが、ファイバ位置合わせガイドを有するツールを提供するステップを含み、かつ、前記光コアセグメントを前記ファイバ位置合わせガイドと位置合わせ状態に配置して、さらに前記光コアセグメントを前記はんだガラス内に押し込むステップを含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記はんだガラスがペースト状粘稠度を有する、請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
はんだガラスを化学結合する前記ステップが、前記はんだガラスが充分に軟化して前記光コアセグメントおよび前記ファイバ支持面との化学結合を形成するように前記はんだガラスを加熱するステップを含む、請求項１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に光ファイバアレイに関し、さらに詳しくは、はんだガラスにより支持要素に固定したバッファ無しでジャケット無しの光ファイバを有する光ファイバアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバのように多重光チャネルを使用することは、増大するシステム帯域幅の要求に呼応して、データ通信から光コンピューティングに及ぶ適用分野で一般的になってきた。同時に、これらの適用分野では小型化が依然として重要な目標である。高いファイバ充填密度は小型化の達成および空間帯域幅プロダクトの増大を支援する。加えて、ファイバコアはシステムの他のデバイスまたはファイバに対して精密に位置合わせができなければならないので、ファイバコアの高精度の配置は、受入れ可能なシステム性能を達成する上で重要な目標である。ファイバアレイは、小型化の達成を試みつつ、かつファイバ間の高精度の位置合わせを行ないながら、多心光ファイバを取り扱うための望ましい方法を提供する。
【０００３】
一般的に、ファイバはバッファおよび外部ジャケット内に密閉された内部コアおよびクラッドを含む。充填密度を最大にするために、ファイバの情報搬送部分のコアおよび周囲のクラッドだけがアレイの入力および出力部分でアクセス可能である必要がある。一般的にクラッドを包囲するバッファおよびジャケットは、コアおよびクラッドのための構造的支持体となるものであって、光学機能は果たさない。例えば、ファイバは２５０ミクロンのジャケット径および１２５ミクロンのクラッド径を持つことができる。したがって、ジャケットおよび中間バッファを除去すると、線形充填密度を２倍増加することが可能である。
【０００４】
高い充填密度を提供することが望ましいのに加えて、ファイバコア相互の高精度かつ安定な位置決めは光学的性能にとって重要である。ファイバの信号搬送部分、すなわちファイバコアの間の高精度の相対位置決め無しには、結合および挿入損失などの光学的性能に許容できないほど大きい変化または劣化が発生しかねない。サブミクロン規模のファイバコア間の移動またはミスアラインメントは、そのような許容できない性能をもたらすおそれがある。例えば、８ミクロンのコア径は、上述したジャケットおよびクラッドの直径を有する単一モードファイバの典型的な寸法である。したがって、光コアの１ミクロンの移動またはミスアラインメントでも、コア径の実質的な部分の移動またはミスアラインメントを意味する。
【０００５】
加えて、多くの適用分野で、２０年またはそれ以上の製品の寿命期間にわたってそのようなサブミクロン精度を達成することが非常に望ましくなっている。支持要素および相互に固定された光ファイバを含む構造体の製品寿命を最大にするために、ファイバアレイの製造に使用される材料および製造方法は、数十年の期間にわたって耐久的に光ファイバを支持要素に取り付けるために、環境的に安定していなければならない。
【０００６】
ファイバアレイの安定性の達成における一つの要素は、ファイバを支持要素に固定するために利用される結合材の選択である。現在使用されている結合材は多数の不備を免れ得ない。例えば、現在使用されている結合材は一般的に、光ファイバおよびファイバが固定される支持要素のそれとは許容できないほど異なる熱膨張係数を持つ。熱膨張係数の相違は、温度変化にさらされたときにファイバの安定性および相対位置に影響を及ぼす。加えて、一部の一般的に使用される結合材は湿気を吸収し、それは結合材が光ファイバを相互に、および支持要素に確実に固定する能力を著しく低減するおそれがある。湿気の吸収はまた、結合材を膨潤させる傾向もあり、それは結合材に寸法の変化を引き起こし、光ファイバと支持要素との間の接着を歪ませるおそれがある。例えば、結合材の寸法の変化から結果的に、光ファイバが支持要素から移動または分離することさえあり得る。さらに、熱的、酸化、および光劣化など、他の環境条件に長時間さらされると、そのような曝露期間にわたって結合材が分解を引き起こすことがある。特定の結合材の使用に関連する別の不利益は、しばしば昇温で許容できないほど長時間の硬化スケジュールが必要なことであり、それは大量生産を事実上阻止する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、高精度に位置決めされ、かつ相互におよび支持要素に確実に固定されるファイバコアを有するファイバアレイを提供するための材料および方法が、当業界で依然として必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、光ファイバアレイを提供する。該アレイはファイバ支持面を有する基体を含む。ファイバ支持面は、光ファイバをそれに対して配置することができるフィデューシャル基準を提供する。アレイはさらに、ジャケット無しでバッファ無しの光コアセグメントを含むファイバ部分を有する光ファイバを含む。光コアセグメントはコアを含み、コアの周囲に配置されたクラッド層を含むことができる。ジャケット無しでバッファ無しの光コアセグメントはファイバ支持面に接触して、支持面に対して選択された位置で光コアセグメントを方向付ける。加えて、アレイは、光コアセグメントが基体の支持面に対して予め定められた位置で固定されるように、光コアセグメントおよびファイバ支持面に化学的に結合されるはんだガラスを含む。任意選択的に、はんだガラスは二層またはそれ以上のはんだガラス層として設けることができる。はんだガラスは、結合されたはんだガラスがコアセグメントおよび基体の一つまたはそれ以上のそれと実質的に一致する熱膨張係数を持つように選択することができる。
【０００９】
本発明の別の態様では、光ファイバアレイを製造するための方法を提供する。該方法は、光ファイバを配置することのできるファイバ支持面を有する基体を提供するステップを含む。該方法はまた、ジャケット無しでバッファ無しの光コアセグメントを含むファイバ部分を有する光ファイバを提供するステップをも含む。さらに該方法は、光コアセグメントをファイバ支持面と接触状態に配置して、支持面に対して選択された位置で光コアセグメントを方向付けるステップを含む。任意選択的に、光コアセグメントを配置するステップは、ファイバ位置合わせガイドを有するツールを供し、光コアセグメントをファイバ位置合わせガイドに合わせて配置し、光コアセグメントをはんだガラス内に押し込むステップを含むことができる。加えて、該方法は、光コアセグメントが基体の支持面に対して予め定められた位置で固定されるように、はんだガラスを光コアセグメントおよびファイバ支持面に化学的に結合させるステップを含む。はんだガラスを化学的に結合させるステップは、はんだガラスが充分に軟化して光コアセグメントおよびファイバ支持面との化学結合を形成するように、はんだガラスを加熱するステップをも含むことができる。
【００１０】
上述の概要および以下の本発明の好適な実施形態の詳細な説明は、添付の図面と併せて読むと、最も良く理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、ファイバコアを支持要素の選択された特徴に対して精密に指定された位置で支持要素に確実かつ耐久的に取り付けて光ファイバアレイを提供するように、支持要素に光ファイバを高精度実装することに関する。支持要素に対しファイバコアを高精度に位置決めすることは、ファイバアレイを他のシステム構成部品と共に使用するときに、ファイバコアを他の光学素子に位置合わせする能力にとって重要である。一般的に光ファイバは、バッファおよびジャケットによって被覆されるクラッドによって包囲された中心光学コアを有する。支持要素に対するファイバコアの高精度の位置決めは、支持要素のフィデューシャル基準面に対しバッファ無しでジャケット無しの光ファイバセグメントを位置合わせすることによって達成される。高精度に位置決めされたファイバコアは、はんだガラスなどのガラス質結合材を使用して所定の位置に固定され、支持要素に対するファイバコアの位置を耐久的に維持する。とりわけ、本発明は、支持要素、光ファイバ、および結合材がガラスをベースとする材料である光ファイバアレイのような全ガラス光ファイバデバイスを提供するのに特によく適する。
【００１２】
今から図に関連して説明するが、図面全体を通して同様の要素には同様の番号が付けられている。図１〜３には、本発明に係る光ファイバデバイスおよびその製造方法が示されている。とりわけ、本発明の光ファイバデバイスは、一般的に１００で表わされた光ファイバアレイとして示される。しかし、本発明は光ファイバアレイに限定されず、支持要素に対する光ファイバの高精度位置決めおよび確実な実装から利益を得るどんなファイバデバイスにも幅広く適用することができる。そういうものとして本発明は、ファイバピグテイルデバイス、および例えば光ファイバまたはファイバスタブを組み込んだ光デバイスパッケージに使用するのによく適している。
【００１３】
今、特に図１を参照すると、光ファイバ４０および支持要素である基体１０の構成が示されており、そこから本発明に係る光ファイバアレイ１００を作成することができる。支持要素は、略長方形断面形状を有する基体１０として提供される。形状は直方体として描かれているが、他の形状を基体１０に利用することができる。基体１０は、基体１０に対して予め定められた位置で光ファイバ４０を受容し支持するためのファイバ支持面１２を含む。ファイバ支持面１２は、光ファイバ４０を支持するのに適した任意の形を取ることができる。例えば、図１に示すように、ファイバ支持面１２は略平坦面とすることができる。加えて、ファイバ支持面１２は任意選択的に、それぞれの光ファイバ４０をそれに照らして位置決めすることができるガイドとなる一つまたはそれ以上の位置合わせ構造を含むことができる。例えば、そのような位置合わせ構造は、光ファイバ４０をその中に受容するために基体１０内に陥没したＶ溝の形を取ることができる。代替的に、位置合わせ構造は基体１０から外側に伸長する突起の形を取り、それぞれのファイバ４０をそれに照らして位置合わせすることができる隆起したガイドを提供することができる。
【００１４】
基体１０は、光ファイバ４０の支持面１２を提供するのに適した材料であって、ファイバアレイ１００を作成するために使用されそれによって光ファイバ４０が基体１０に高精度にかつ耐久的に固定される処理と両立する材料特性を有する材料で構成することができる。例えば、基体１０はガラス、セラミック、金属、溶融シリカ、シリコン、ニオブ酸リチウム、熱硬化性樹脂、ゼロデューア（ＺＥＲＯＤＵＲＥ（登録商標））、およびそれらの組合せを含むことができる。特に、基体１０は、例えばファイバ４０のそれと同様の熱膨張係数など、一つまたはそれ以上の物理的特性を有するガラスをベースとする材料を含むことができる。光ファイバ４０のそれと充分に一致する熱膨張係数を有する基体１０を提供すると、温度変化に対するファイバアレイ１００の改善された安定性を導くことができる。
【００１５】
光ファイバ４０が配置されるガラス質結合材、はんだガラス３０は、基体１０のファイバ支持面１２に隣接して提供される。はんだガラス３０は基体１０のファイバ支持面１２上に、ファイバ４０をファイバ支持面１２と接触して配置したときにファイバ４０をはんだガラス３０内の選択された深さに埋め込ませるのに充分な厚さを有する連続層として提供することができる。代替的に、または追加的に、図９に示すように、はんだガラス９３は基体９０のファイバ支持面９２上の選択された位置にパターン形成することができ、光ファイバ９４はそこで基体９０に結合される。加えて、図８に関連して以下でさらに詳しく述べるように、基体１０上に二層以上のはんだガラス層３０を設けることができる。
【００１６】
はんだガラス３０は、酸化鉛をベースとする材料、リン酸銀、酸化銀、酸化バナジウム、および他のガラス形成剤、中間体、または調整剤をはじめ、それらに限らず多種多様な材料を含むことができる。特にはんだガラス３０は主として、はんだガラス３０の加熱により光ファイバ４０を基体１０に化学結合するために使用されるガラス粉末など、ガラス粒子の形で提供されるガラス質結合材を含むことができる。はんだガラス３０はまた、結合材および充填剤など、他の成分を含むこともできる。本発明に使用することが考えられるはんだガラス組成の例は米国特許第５，３３４，５５８号、第４，９４５，０７１号、および第４，９３３，０３０号に見ることができ、それらの開示を参照によって本書に組み込む。他の例示的材料が米国オハイオ州トレドのＳＥＭ−ＣＯＭ社から市販されている。ＳＥＭ−ＣＯＭ社の材料の例として以下のものがあり、製品安全データシートに記載されている通り、以下の性質および公称組成（重量％）を有する。
【００１７】
【表１】
2005502905.tif 000003
【００１８】
【表２】
2005502905.tif 000004
【００１９】
はんだガラス３０はさらに、基体１０に便利に適用することができるペーストまたはスラリにするためにはんだガラス３０に添加される、イソプロピルアルコールなどの溶剤を含むことができる。はんだガラス３０に含まれる溶剤の量は、はんだガラス３０の所望の粘度を達成するために変えることができる。例えば、基体１０のファイバ支持面１２などのファイバアレイの選択された要素にひとたび塗布されると、はんだガラス３０が最初に塗布された位置にペースト状はんだガラス３０が維持されるように、はんだガラス３０が粘性のペースト状の粘稠度を持つように、比較的少量の溶剤を提供することができる。
【００２０】
はんだガラス３０は、ガラス粒子またはガラス粉末など、はんだガラス３０のガラス質結合材を軟化させて光ファイバ４０および基体１０に化学結合させるのに適した融点またはガラス転移温度を持つように選択された組成を持つ。特に、はんだガラス３０を軟化させるのに充分な熱をはんだガラス３０に加えることによって、光ファイバ４０および／または基体１０が許容不能に変形したり許容不能に化学変化、例えばコアディフュージョンしないように、はんだガラス３０のガラス質結合材の融点温度は、光ファイバ４０のクラッドコアおよび／または基体１０の融点より低くなるように選択される。例えば、はんだガラスは約３５０℃ないし４５０℃の溶融温度を持つことができる。
【００２１】
加えて、はんだガラス３０は、ファイバアレイ１００の最高予想動作温度より実質的に高いガラス転移温度を持つことが特に望ましいかもしれない。例えば、最高動作温度が８５℃と予想される場合には、はんだガラス３０は１５０℃または２００℃のガラス転移温度を持つことが望ましいかもしれない。ガラス転移温度特性に加えて、ガラス質結合材は、温度変化に対するファイバアレイ１００の耐久性を高めるために、ファイバ４０および基体１０の一つまたはそれ以上のそれに実質的に一致する熱膨張係数を持つことが望ましいかもしれない。
引き続き図１を参照すると、複数のファイバ４０がツール２０によって基体１０に対して所望の位置に保持されている。ツール２０はＶ溝２２などの複数の位置合わせガイドを含み、それに対して、またはその中にファイバ４０を配置することができる。例えば、図１に示すように、複数のＶ溝２２をツール２０のファイバ位置決め面２６に設けることができ、その中に光ファイバ４０を相互に対して予め定められた位置で配置することができる。Ｖ溝２２は位置決め面２６に、位置決め面２６の平面に対して傾斜した側壁２８を有する一連の略平行な溝として形成することができる。位置合わせガイドはまた、光ファイバ４０を保持するのに適した他の断面形状を有する他の陥凹した特徴の形で設けることもできる。そのような形状は例えばＵ字形断面を含むことができる。Ｖ溝２２は横方向に相互に予め定められた間隔で配置することができる。図１に示すように、Ｖ溝２２は、位置決め面２６の平坦な表面２７が長手方向に伸長するＶ溝２２の中間に形成されるように、予め定められた距離を開けて配置することができる。ツール２０はまた任意選択的に、吸引力をＶ溝２２に提供して光ファイバ４０をＶ溝側壁２８と接触状態に維持することができるように、Ｖ溝２２と気体連通状態に配置された一つまたはそれ以上の真空ポート２４を含むこともできる。
【００２２】
光ファイバ４０は、光コアを基体１０に対して充分な精度で配置することができる光ファイバセグメントを提供するために、ファイバコアおよびクラッドを含むバッファ無しでジャケット無しの光ファイバセグメントとして提供することができる。任意選択的に、はんだガラス３０および基体１０など、ファイバコアと接触する組み立てられたファイバアレイ１００の材料が、ファイバコアの所望の光伝搬特性を維持するのに充分な光学的性質を持つ限り、クラッドは設ける必要が無い。バッファおよびジャケットの直径および同心度などの寸法許容差は、バッファまたはジャケットから位置合わせを行なって充分な精度でファイバコアの配置が達成されるように充分によく制御されないので、バッファまたはジャケットを持たない光ファイバ４０を提供することは、市販の光ファイバの多くにとって基体１０に対するファイバコアの高精度配置を達成するのに重要である。対照的に、コアおよびクラッドの寸法許容差は充分に高精度である。
特に、クラッドコアに対するバッファおよびジャケットの同心度は許容不能に大きい変動を示し、したがって第一ファイバ４０の光コアの、第二ファイバ４０のコアに対する位置合わせがそれぞれのバッファまたはジャケットに対して行なわれる場合、そのような位置合わせを失敗させるおそれがある。例えば、一般的に使用される単一モードファイバであるニューヨーク州コーニング社のＳＭＦ−２８(商標)ファイバの場合、クラッドに対するコアの配置、すなわちコア−クラッド同心度は０．５ミクロン以内の精度である。しかし、クラッドに対するバッファの配置、すなわちバッファ−クラッド同心度は、１２ミクロンもの大きさだけ変動することがある。一つの光ファイバのバッファの別の光ファイバのバッファに対する位置合わせは、したがって、２４ミクロンも異なるそれぞれのクラッドコアの相対的配置を生じるおそれがある。したがって、それぞれのバッファの位置合わせによって相互に突合せ連結された二本のファイバは結果的に、それぞれのファイバコアが最高２４ミクロンの位置ずれがある構成を生じるおそれがある。ファイバコアは直径８ミクロンであるので、二つのファイバコア間の８ミクロンを越える位置ずれは、光エネルギが第一ファイバから第二ファイバに伝達されない接続を形成する。したがって、光ファイバアレイ１００内の８ミクロンのファイバコアの位置に関する１２ミクロンもの大きさの位置合わせの不確実性は、他の光学構成要素をファイバコアに対して容易にかつ確実に配置させることができないので、光ファイバアレイ１００を使用不能にするおそれがある。これらの理由から、光ファイバ４０は、光ファイバ４０がツール２０内に保持され基体１０のファイバ支持面１２と接触する領域で、バッファまたはジャケット無しで提供される。
【００２３】
ツール２０の説明に戻ると、ツール２０のＶ溝２２は、ファイバ４０がツール２０の位置決め面２６を越えて伸長するように、バッファ無しでジャケット無しの光ファイバ４０をＶ溝２２によって所定の位置に保持することを可能にする寸法を有する。その結果、ファイバ４０の一部分は充分な距離突出して、図２に示すようにファイバ４０が基体と接触状態になるようにツール２０によって押し付けられたときに、ファイバ４０が基体１０のファイバ支持面１２と接触することが可能になる。特に、Ｖ溝２２の深さおよび横方向のＶ溝２２の幅は、図２に示すように基体１０のファイバ支持面１２との接触のみならず、クラッド４２とＶ溝２２との間の二点接触も確保されるように選択することができる。ツール２０のＶ溝２２との二点接触はＶ溝２２内のファイバ４０の高精度配置を容易にし、それはＶ溝２２におけるファイバ４０の配置間の改善された位置合わせを生み出す。Ｖ溝２２は図１および２に示すように予め定められた距離に間隔配置することができ、それは、ファイバの充填密度をアレイ１００の幅全体にわたって線形的に最大にするために、製造方法によって許容されるだけ密にすることができる。
【００２４】
ツール２０は、光ファイバ４０を保持するのに適しており、かつファイバアレイ１００を形成するために使用される処理と両立する材料特性を持つどんな材料でも含むことができる。例えば、ツール２０はガラス、セラミック、シリコン、熱硬化性樹脂、およびそれらの組合せを含むことができる。加えて、ツール２０がファイバアレイ１００の製造中に軟化したはんだガラス３０と接触する場合、ツール２０は軟化したはんだガラス３０に粘着しない材料を含むことが望ましい。ツール２０の非粘着性は、軟化したはんだガラス３０と接触するツール２０の表面上の層によって提供することができる。例えばツール２０は、白金、金、窒化ホウ素、または他のそのような適切な材料で被覆することができる。
【００２５】
さらに、ツール２０が最終ファイバアレイ１００の構成要素として含まれる場合には、ツール２０は、ファイバ４０、基体１０、およびはんだガラス３０の一つまたはそれ以上のそれと類似の熱膨張係数を有する材料を含むことができる。そのような場合、光ファイバ４０のそれに充分に一致する熱膨張係数を有するツール２０を提供すると、温度変化にさらされたときにファイバアレイ１００の改善された安定性を導くことができる。しかし、ファイバアレイ１００のコストを低減するために、ツール２０を最終ファイバアレイ１００の構成要素として含めない方が望ましいかもしれない。
【００２６】
今、図１〜３を参照しながら、本発明に従ってファイバアレイ１００を形成するための方法について説明する。図１に示され、かつ上述した通り、基体１０は、ファイバ支持面１２上に配置された一層のはんだガラス３０を備えている。ツール２０は、光ファイバ４０をツール２０のＶ溝２２内にはんだガラス３０と接触しない状態で保持しながら、はんだガラス３０の層上の選択された位置に配置される。ツール２０を基体１０に向かって充分な距離を移動させて、図２に示すように、ファイバ４０を基体１０のファイバ支持面１２と位置合わせされた接触状態にする。はんだガラス３０の粘度が周囲温度で充分に低く、ファイバ４０がファイバ支持面１２と接触することができる場合、はんだガラス３０が周囲温度である間、ツール２０を移動させることができる。代って、基体１０のファイバ支持面１２に光ファイバ４０を接触させることができるように、例えばはんだガラス３０の粘度を低下させるために、ツール２０の移動前にはんだガラス３０を加熱することができる。
【００２７】
光ファイバ４０がファイバ支持面１２と接触して所望の位置に配置されている間に、充分な熱がはんだガラス３０に加えられてはんだガラス３０が軟性または粘着性になり、はんだガラス３０のガラス質結合材がファイバ４０を基体１０に化学結合させる。熱は、はんだガラス３０を軟化させるのに充分な大きさおよび充分な型のエネルギーを提供する任意の装置によって提供することができる。例えば、はんだガラス３０のガラス質結合材はマイクロ波放射、熱エネルギー、電磁放射、赤外放射、イオンボンバード、またはそれらの組合せによって加熱することができる。はんだガラス６３０は、ガラス質結合材を完全に液化するのに充分な温度まで加熱する必要は無いが、ファイバ４０間の所望の位置合わせがファイバ４０の所望の光学的性質と共に維持される限り、そのような液化温度を利用することができる。図３に示すように、はんだガラス３０の加熱中に、非ガラス質結合材、例えば溶剤および結合材は燃え尽きて、実質的にガラス質結合材だけが結合されたはんだガラス３５に残ることが考えられる。
【００２８】
はんだガラス３０を充分に冷却してファイバ４０を所定の位置に固定させた後、ツール２０を取り外すことができ、結合されたはんだガラス３５および他の加熱された構造は冷却されて、光ファイバ４０が高精度にかつ耐久的に基体１０に固定されたファイバアレイ１００になる。結合後、結合されたファイバ４０の端面は好都合にも基体１０の隣接する縁と共に研磨することができる。加えて、結合されたファイバ４０をさらに被覆して保護するために、結合されたファイバ４０の周囲に被覆材５０を設けて、図４に示すようにファイバ４０を封入することができる。被覆材５０はエポキシ、樹脂、はんだガラス、またはファイバアレイ１００が曝される環境条件から光ファイバ４０を保護するのに望ましい特性を有する他の材料を含むことができる。特に、被覆材５０の熱膨張係数が光ファイバ４０、結合されたはんだガラス３５、および基体１０の一つまたはそれ以上の熱膨張係数と実質的に一致するように、被覆材５０を選択することが望ましいかもしれない。被覆材５０をファイバアレイ１００に、その適用中に加熱する場合、加熱された被覆材５０をファイバアレイ１００に適用するときに、結合されたファイバ４０が基体１０に対して移動しないように、被覆材が加熱される温度は、結合されたはんだガラス３５を軟化するのに必要な温度より低いことが望ましいかもしれない。
【００２９】
さらなる選択肢として、結合された光ファイバ４０を被覆し包封するために、図５に示すように蓋６０を設けることができる。蓋６０は、結合材５５によって結合されたファイバ４０に固定することができる。結合材５５は、エポキシ、樹脂、はんだガラス、またはファイバ４０に蓋６０を固定するのに充分な他の材料を含むことができる。特に、結合材５５は、加熱された結合材５５がファイバアレイ１００に適用されるときに結合されたファイバ４０が基体１０に対して移動しないように、結合されたはんだガラス３５の軟化温度より低い軟化温度を持つはんだガラスとすることができる。
【００３０】
本発明に従って光ファイバアレイ７００を組み立てるための代替的方法を、図７Ａ〜７Ｃに示す。図７Ａを参照すると、基体７１０、ツール７２０、光ファイバ７４０、およびはんだガラス７３０が示されており、それらは各々、図１の同様の名称の要素と同様の組成および構造とすることができる。一つの相違は、ツール７２０が、図１に示したツール２０の場合のように真空ポートを含める必要が無いことである。
【００３１】
光ファイバアレイ７００を組み立てるプロセスは、ツール７２０のＶ溝７２２内に光ファイバ７４０を配置するステップを含む。ツール７２０は、Ｖ溝７２２がツール７２０の上面７２６内に配置されるように方向付けられ、それによって重力が充分に光ファイバ７４０を側壁７２８と接触した状態に保持することができる。ツール７２０の上面７２６上の光ファイバ７４０の周囲に一層のはんだガラス７３０が配置される。基体７１０およびツール７２０は相互に相手方向に移動し、図７Ｂに示すように基体７１０のファイバ支持面はんだ７１２が光ファイバ７４０と接触状態になる。
【００３２】
光ファイバ７４０が所望の位置にファイバ支持面７１２と接触した状態で配置されている間に、充分な熱がはんだガラス７３０に加えられ、はんだガラス７３０は軟性または粘着性になり、はんだガラス７３０のガラス質結合材がファイバ７４０を基体７１０に化学結合させる。熱は、上述した手段のいずれかによって提供することができる。はんだガラス７３０はガラス質結合材を完全に液化するのに充分な温度まで加熱する必要は無いが、ファイバ７４０間の所望の位置合わせがファイバ７４０の所望の光学的性質と共に維持される限り、そのような液化温度を利用することができる。図７Ｃに示すように、はんだガラス７３０の加熱中に、非ガラス質結合材は燃え尽きて、結合されたはんだガラス７３５の実質的にガラス質結合材だけが残ることが考えられる。はんだガラス７３０を充分に冷却してファイバ７４０を所定の位置に固定した後、ツール７２０を取り外すことができ、結合されたはんだガラス７３５および他の加熱された構造はさらに冷却されて、光ファイバ７４０が高精度にかつ耐久的に基体７１０に固定されたファイバアレイ７００になる。
【００３３】
本発明では、図８に示すように、粗な上面８１１を有する基体８１０から形成されるさらに別の構成のファイバアレイ８００が予想される。基体８１０は、ファイバ８４０のための実装面とするのには望ましくないかもしれない形状を持つ粗な上面８１１を有する。したがって、基体８１０の粗な上面８１１に隣接して、平面など望ましい形状を有するファイバ支持面８１２を提供するために、第一はんだガラス層８３２が設けられる。上部はんだガラス層８３４および光ファイバ８４０の適用前に、第一はんだガラス層８３２を基体８１０に塗布することができる。第一はんだ層８３２は少なくともその軟化温度まで加熱することができ、所望の幾何学的形状を持つファイバ支持面８１２が得られるように、その溶融温度まで加熱することさえできる。所望の幾何学的形状は単に、溶融した第一はんだ層８３２のフローによって形成することができる。代替的に、または追加的に、ファイバ支持面８１２の所望の幾何学的形状は、適切なツールにより第一はんだ層８３２にインプリントすることによって軟化または溶融した第一はんだ層８３２に与えることができる。
【００３４】
加熱後、第一はんだ層８３２の上に上部はんだ層８３４を塗布する前に、第一はんだ層８３２を部分的に冷却するか、または周囲温度まで完全に冷却することができる。上部はんだ層８３４は、第一はんだ層８３２の融点より低い融点を持つことが望ましいかもしれない。上部はんだ層８３４を塗布した後、ファイバ８４０が第一はんだガラス層８３２のファイバ支持面８１２と接触するように、ファイバ８４０を上部はんだガラス層８３４内に押し込む。ファイバ８４０は、光ファイバアレイ１００の製造に使用したものと同様にツールを使用して、上部はんだガラス層８３４内に押し込むことができる。
【００３５】
光ファイバ８４０がファイバ支持面８１２と接触する状態で所望の位置に配置されている間に、上部はんだガラス層８３４に充分な熱が加えられて、上部はんだガラス層８３４は軟性または粘着性になり、上部はんだガラス層８３４のガラス質結合材はファイバ８４０を第一はんだガラス層８３２に化学結合する。この構成では、上部はんだガラス層８３４は、光ファイバ８４０を第一はんだガラス層８３２のファイバ支持面８１２に結合させるように機能し、よって光ファイバ８４０を基体８１０に結合させる。結合中にファイバ支持面８１２が変形してファイバ８４０を基体８１０に対して移動させることがないように、上部はんだガラス層８３４が加熱される温度は、第一はんだガラス層８３２が軟化するために必要な温度より低いほうが望ましいかもしれない。上部はんだガラス８３４を加熱した後、デバイスは冷却されて、光ファイバ８４０が高精度にかつ耐久的に基体８１０に固定されたファイバアレイ８００になる。
【００３６】
本発明に係る光ファイバアレイ６００のさらに別の構成が図６Ｃに示されている。ここでは、ツール６２０からのインプリント６３４がファイバアレイ６００の結合はんだガラス６３５に設けられている。図６Ａを参照すると、基体６１０、ツール６２０、光ファイバ６４０、およびはんだガラス６３０が示されており、それらは各々、図１の同様の名称の要素と同様の組成および構造とすることができる。一つの相違は、はんだガラス６３０が光ファイバ６４０とＶ溝６２２との間のアクセス可能領域６３２を充填することができるように、はんだガラス６３０の層の厚さが大きいことである。ファイバアレイ６００を形成するための方法を図６Ａ〜６Ｃに示した手順によって示す。
【００３７】
基体６１０は、基体６１０のファイバ支持面６１２上に配置された一層のはんだガラス６３０を備えている。光ファイバ６４０をはんだガラス６３０とは接触しない状態でツール６２０のＶ溝６２２内に維持しながら、ツール６２０ははんだガラスの層６３０の上の選択された位置に配置される。ツール６２０および基体６１０は相互に相手方向に充分な距離を移動して、図２に示すようにファイバ６４０が基体６１０のファイバ支持面６１２と接触した状態で位置合わせされる。はんだガラス６３０の粘度が周囲温度で充分に低く、ファイバ４０がファイバ支持面６１２と接触することができる場合、はんだガラス６３０が周囲温度である間、ツール６２０を移動させることができる。代って、基体６１０のファイバ支持面６１２に光ファイバ６４０を接触させることができるように、かつはんだガラス６３０が光ファイバ６４０とＶ溝６２２の側壁６２８との間のアクセス可能領域６３２を充填することができるように、例えばはんだガラス６３０の粘度を低下させるために、ツール６２０の移動前にはんだガラス６３０を加熱することができる。
【００３８】
光ファイバ６４０がファイバ支持面６１２と接触して所望の位置に配置されている間に、充分な熱がはんだガラス６３０に加えられてはんだガラス６３０が軟性または粘着性になり、はんだガラス６３０のガラス質結合材がファイバ６４０を基体６１０に化学結合させる。熱は、上述した適切な方法によって提供することができる。はんだガラス６３０は、ガラス質結合材を完全に液化するのに充分な温度まで加熱する必要は無いが、ファイバ６４０間の所望の位置合わせがファイバ６４０の所望の光学的性質と共に維持される限り、そのような液化温度を利用することができる。図６Ｃに示すように、はんだガラス６３０の加熱中に、非ガラス質結合材、例えば溶剤および結合材は燃え尽きて、実質的にガラス質結合材だけが結合されたはんだガラス６３５中に残ることが考えられる。
【００３９】
はんだガラス６３０を充分に冷却してファイバ６４０を所定の位置に固定させた後、ツール６２０を取り外すことができ、結合されたはんだガラス６３５および他の加熱された構造は冷却されて、光ファイバ６４０が高精度にかつ耐久的に基体６１０に固定され、かつ結合されたはんだガラス６３５にツールのインプリント６３４がもたらされたファイバアレイ６００になる。
【実施例】
【００４０】
図１１に示した方法に従ってファイバアレイ１０００を作製した。約０．６ｍｍの深さにダイシングされた４ｍｍ幅のトレンチ１００７を持ち、トレンチ１００７の両側に配列されたＶ溝１００２を残した、ＩＢチップから形成された台板１００５を図１０Ａおよび１０Ｂに示す。トレンチ１００７は、０．５２５ｍｍ厚さのパイレックス（登録商標）基体１０１０がＶ溝１００２内に配置されたコーニング５０／１２５多モードファイバ１０４０の真下に着座するように該基体１０１０を収容する寸法であった。
【００４１】
図１１に示すように、基体１０１０を台板１００５のトレンチ１００７内に配置し、ファイバ１０４０のジャケット無しでバッファ無しの部分を、整合するＶ溝蓋１０７０により台板１００５に対して固定した。基体１０１０に対するファイバ１０４０の優れた接着性を確実にするために、基体１０１０に隣接するファイバ１０４０のジャケット無しでバッファ無しの部分にＳＣＢ−８スラリ（イソプロパノール中）を非常に薄く被覆した。溶剤を乾燥させた後、Ｂ−１００９５粉末を基体１０１０に隣接するファイバ１０４０の部分の上に掛け、パイレックス（登録商標）蓋１０６０を頂部に配置した。次いでガラスを溶融させるために組立体全体を熱処理した。予熱したホットプレート上に組立体を配置することによって、組立体を４２０〜４３０℃まで加熱した。４２０〜４３０℃で５〜１０分維持した後、部品を約１０℃／分の速度で３１０℃まで冷却し、次いで３１０℃で２０分間維持した。その後、部品を最大約１０℃／分の冷却速度で１２０℃まで冷却した。
【００４２】
冷却後、ファイバ１０４０を湿気および応力から保護するために、アレイ１０００とファイババッファ１０４２との間のガラスファイバ１０４０のジャケット無しでバッファ無しの露出部分に歪み逃がし材１０５０のダイマックス９００１の３．１バージョンを被覆した。仕上げ部品の外観は、図１２に図式的に示す通りである。
【００４３】
本発明のこれらおよび他の利点は、以上の記載から当業者には明らかであろう。したがって、本発明の幅広い発明概念から逸脱することなく、上述した実施形態に変形または変化を施すことができることを当業者は認識されるであろう。したがって、本発明は本書に記載した特定の実施形態に限定されず、請求の範囲に記載する発明の範囲および精神内に該当する全ての変形および変化を含むつもりであることは理解されるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】基体のファイバ支持面上に配置された一層のはんだガラスを有する基体の側面図を図式的に示し、複数の光ファイバを相互に対しかつ基体に対し選択された位置に保持するためのファイバＶ溝を有するツールを示す。
【図２】光ファイバが基体のファイバ支持面と接触して位置合わせされるようにツールを配置した状態の図１の基体およびツールを図式的に示す側面図。
【図３】ツールが取り外されて本発明のファイバアレイがもたらされる状態の図２の基体を図式的に示す側面図。
【図４】保護材で光ファイバが被覆された状態の図３の基体を図式的に示す側面図。
【図５】結合材で光ファイバ上に蓋基体が密封された状態の図３の基体を図式的に示す側面図。
【図６Ａ】図１に類似しているが、ツールのインプリントをはんだガラスに形成させるのに充分な量のはんだガラスが得られるようにはんだガラス層をより厚くした、基体およびツール構成を図式的に示す側面図。
【図６Ｂ】光ファイバが基体および光ファイバとＶ溝との間のはんだガラス充填アクセス可能領域と接触して位置合わせされるようにツールを配置した状態の図６Ａの基体およびツールを図式的に示す側面図。
【図６Ｃ】ツールが取り外され、ファイバの周囲の領域のはんだガラスに傾斜側壁ツールインプリントが形成された状態の図６Ｂのファイバアレイを図式的に示す側面図。
【図７Ａ】複数の光ファイバがファイバ保持Ｖ溝に配置され、一層のはんだガラスが光ファイバを被覆した状態の基体およびツールを図式的に示す側面図。
【図７Ｂ】光ファイバが基体および光ファイバとＶ溝との間のはんだガラス充填領域と接触して位置合わせされるようにツールを配置した状態の図７Ａの基体およびツールを図式的に示す側面図。
【図７Ｃ】ツールが取り外され、はんだガラスに傾斜側壁ツールインプリントが形成された状態の図７Ｂの基体を図式的に示す側面図。
【図８】不規則な上面を有し、その上にはんだガラスをパターン形成してはんだガラス領域を設けて光ファイバを基体に固定することができるようにした基体を図式的に示す側面図。
【図９】ファイバ支持面を有し、その上にはんだガラスをパターン形成してはんだガラス領域を設けて光ファイバを基体に固定することができるようにした基体を図式的に示す側面図。
【図１０Ａ】本発明に係るファイバアレイの製造中に基体および複数の光ファイバを支持するための台板を図式的に示す平面図。
【図１０Ｂ】図１０Ａの台板の側面図。
【図１１】本発明に係るファイバアレイの製造のための追加構成部品と共に図１０Ｂの台板の組立を図式的に示す側面図。
【図１２】図１１の組み立てられたファイバアレイを図式的に示す側面図。
【符号の説明】
【００４５】
１０      基体
１２      ファイバ支持面
２０      ツール
２２      Ｖ溝
２４      真空ポート
２６      ファイバ位置決め面
２７      位置決め面２６の平坦な表面
２８      Ｖ溝側壁
３０      はんだガラス
３５      はんだガラス
４０      光ファイバ
５５      結合材
６０      蓋
９０      基体
９２      ファイバ支持面
９３      はんだガラス
９４      光ファイバ
１００    光ファイバアレイ
６００    光ファイバアレイ
６１０    基体
６１２    ファイバ支持面
６２０    ツール
６２２    Ｖ溝
６２８    Ｖ溝６２２の側壁
６３０    はんだガラス
６３２    アクセス可能領域
６３４    ツールのインプリント
６３５    はんだガラス
６４０    光ファイバ
７００    光ファイバアレイ
７１０    基体
７１２    ファイバ支持面
７２０    ツール
７２２    Ｖ溝
７２６    ツール７２０の上面
７２８    側壁
７３０    はんだガラス
７３５    はんだガラス
７４０    光ファイバ
８００    光ファイバアレイ
８１０    基体
８１１    粗な上面
８１２    ファイバ支持面
８３２    第一はんだガラス層
８３４    はんだガラス層
８４０    光ファイバ
１０００  ファイバアレイ
１００２  Ｖ溝
１００５  台板
１００７  トレンチ
１０１０  基体
１０４０  ファイバ
１０４２  ファイババッファ
１０５０  歪み逃がし材
１０６０  蓋
１０７０  Ｖ溝蓋
【図１】
2005502905.tif 000005
【図２】
2005502905.tif 000006
【図３】
2005502905.tif 000007
【図４】
2005502905.tif 000008
【図５】
2005502905.tif 000009
【図６Ａ】
2005502905.tif 000010
【図６Ｂ】
2005502905.tif 000011
【図６Ｃ】
2005502905.tif 000012
【図７Ａ】
2005502905.tif 000013
【図７Ｂ】
2005502905.tif 000014
【図７Ｃ】
2005502905.tif 000015
【図８】
2005502905.tif 000016
【図９】
2005502905.tif 000017
【図１０Ａ】
2005502905.tif 000018
【図１０Ｂ】
2005502905.tif 000019
【図１１】
2005502905.tif 000020
【図１２】
2005502905.tif 000021
【国際公開パンフレット】
2005502905.tif 000022
2005502905.tif 000023
2005502905.tif 000024
2005502905.tif 000025
2005502905.tif 000026
2005502905.tif 000027
2005502905.tif 000028
2005502905.tif 000029
2005502905.tif 000030
2005502905.tif 000031
2005502905.tif 000032
2005502905.tif 000033
2005502905.tif 000034
2005502905.tif 000035
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2005502905.tif 000039
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2005502905.tif 000041
2005502905.tif 000042
2005502905.tif 000043
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2005502905.tif 000048
2005502905.tif 000049
2005502905.tif 000050
2005502905.tif 000051
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005502905.tif 000052
2005502905.tif 000053
【国際調査報告】
2005502905.tif 000054