(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバとフォトニック集積回路（ＰＩＣ）のグレーティングカプラの間の光カプリングにおいて、
スタンピング成形された構造化反射面を有するスタンピング成形された光学ベンチを有し、前記スタンピング成形された光学ベンチは光ファイバを前記構造化反射面に対して光学的に位置合わせして支持し、前記構造化反射面は前記グレーティングカプラと前記光ファイバの間を送られる光を方向転換させ、前記構造化反射面は前記光ファイバの入力および／または出力と前記グレーティングカプラの設計角を整合するモードフィールドを生成するために前記グレーティングカプラと前記光ファイバとの間を送られる光を再整形するための構造につくられた反射面プロファイルを有することを特徴とする光カプリング。
【請求項２】
前記光ファイバが平面研磨光ファイバであり、前記構造化反射面が、角度研磨光ファイバの前記モードフィールドに類似のモードフィールドを生成し、よって角度研磨光ファイバとともにはたらくために設計された既存のグレーティングカプラの前記設計角に整合するように、前記グレーティングカプラと前記平面研磨光ファイバの入力および／または出力との間を送られる光を再整形するために構成されることを特徴とする請求項１に記載の光カプリング。
【請求項３】
前記光学ベンチが前記光ファイバを前記構造化反射面に位置合わせするためのファイバ位置合わせ構造をさらに有し、前記構造化反射面及び前記ファイバ位置合わせ構造が、前記構造化反射面及び前記ファイバ位置合わせ構造の、大量または少量における経済的な生産を可能にし、同時に、公差、製造性、使用容易性、機能性及び信頼性の向上を可能にする、精密スタンピングによって一体且つ同時成形されることを特徴とする請求項２に記載の光カプリング。
【請求項４】
前記構造化反射面が、凹反射面プロファイルを有することを特徴とする請求項１に記載の光カプリング。
【請求項５】
光ファイバをフォトニック集積回路（ＰＩＣ）のグレーティングカプラに光カプリングする方法において、
スタンピング成形された構造化反射面を有するスタンピング成形された光学ベンチを提供する工程を含み、前記スタンピング成形された光学ベンチは光ファイバを前記構造化反射面に対して光学的に位置合わせして支持し、前記構造化反射面は前記グレーティングカプラと前記光ファイバの間を送られる光を方向転換させ、前記構造化反射面は前記光ファイバの入力および／または出力と前記グレーティングカプラの設計角を整合するモードフィールドを生成するために前記グレーティングカプラと前記光ファイバとの間を送られる光を再整形するための構造につくられた反射面プロファイルを有することを特徴とする方法。
【請求項６】
前記光ファイバが平面研磨光ファイバであり、前記構造化反射面が、角度研磨光ファイバの前記モードフィールドに類似のモードフィールドを生成し、よって角度研磨光ファイバとともにはたらくために設計された既存のグレーティングカプラの前記設計角に整合するように、前記グレーティングカプラと前記平面研磨光ファイバの入力および／または出力との間を送られる光を再整形するために構成されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記光学ベンチが前記光ファイバを前記構造化反射面に位置合わせするためのファイバ位置合わせ構造をさらに有し、前記構造化反射面及び前記ファイバ位置合わせ構造が、前記構造化反射面及び前記ファイバ位置合わせ構造の、大量または少量における経済的な生産を可能にし、同時に、公差、製造性、使用容易性、機能性及び信頼性の向上を可能にする、精密スタンピングによって一体且つ同時成形されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記構造化反射面が、凹反射面プロファイルを有することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、（１）２０１４年５月１５日に出願された米国仮特許出願第６１／９９４０８９号の優先権を主張し、（２）（ａ）２０１２年４月１１日に出願された米国仮特許出願第６１／６２３０２７号の優先権を主張し、（ｂ）２０１２年９月１０日に出願された米国仮特許出願第６１／６９９１２５号の優先権を主張し、（ｃ）２０１２年３月５日に出願された米国仮特許出願第６１／６０６８８５号の優先権を主張する２０１３年３月５日に出願された米国特許出願第１３／７８６４４８号の一部継続である、２０１３年４月１１に出願された米国特許出願第１３／８６１２７３号の一部継続である、２０１５年４月２３日に出願された米国特許第１４／６９５００８号の一部継続である。これらの特許出願及び仮特許出願の明細書は、それぞれが完全に本明細書に述べられているかのように、それぞれの全体が本明細書に参照として含められる。以下に挙げられる公報類は全て、それぞれが完全に本明細書に述べられているかのように、それぞれの全体が本明細書に参照として含められる。
【技術分野】
【０００２】
本発明はフォトニック集積回路（ＰＩＣ）への及びからの光のカプリングに関し、さらに詳しくはＰＩＣへの光ファイバの光接続に関する。
【背景技術】
【０００３】
フォトニック集積回路（ＰＩＣ）または集積光回路は複数（少なくとも２つ）のフォトニック機能を集積化し、したがって電子集積回路に類似しているデバイスである。これらの２つの集積回路の間の主要な違いは、フォトニック集積回路が一般に８５０ｎｍ〜１６５０ｎｍの可視スペクトルまたは近赤外スペクトルにある光波長に載せられた情報信号に対する機能を提供することである。
【０００４】
ＰＩＣは、遠距離通信、計装及び信号処理の分野における様々な用途に用いられる。ＰＩＣは一般に、導波路、光スイッチ、カプラ、ルータ、スプリッタ、マルチプレクサ／デマルチプレクサ、変調器、増幅器、波長変換器、光電気（Ｏ／Ｅ）信号変換器及び電気光（Ｅ／Ｏ）信号変換器（例えば、フォトダイオード、レーザ）、等のような、様々なオンチップコンポーネントの実装及び／または相互接続のために光導波路を用いる。ＰＩＣ内の導波路は通常、導波路のコアとクラッド層の間の屈折率差によって光を誘導する、オンチップ固体光伝導体である。
【０００５】
適切な動作のため、ＰＩＣでは一般に、外部光ファイバと１つ以上のオンチップ導波路の間で光を効率的にカプリングする必要がある。光ファイバからＰＩＣに光をカプリングするための、２つの、基本的であるが異なる手法がある。
【０００６】
第１の方法において、光ファイバはＰＩＣの端面にカプリングされる。これには、ダイをウエハから切り出し、光ファイバとの接続に先だって端面を研磨することが必要である。したがって、ＰＩＣをウエハ上で検査することはできず、ＰＩＣの良否を決定する前にＰＩＣをパッケージに組み込まなければならない。これはＰＩＣの生産コストを高め、また光ファイバと研磨された導波路端面の間の厳格な位置合わせ公差が必要になる。
【０００７】
第２の方法において、光ファイバからの光は回折格子（グレーティング）カプラを用いてＰＩＣに／からカプリングされる。この場合、光ファイバはＰＩＣの平表面に垂直に突合わせカプリングされ、光は平表面に垂直にＰＩＣを出入りする。従来技術の、図１に示されるように、ファイバ１はシリコンＰＩＣ３の表面上のグレーティングカプラ２に突合わせカプリングされる。これは、ダイの切り出しに先だち、電気／光ファイバプローブヘッドを組み込んでいるプローバを用いてＰＩＣを検査できることを意味する。これにより、ＰＩＣのパッケージ組立コストが低減され得る。
【０００８】
しかし、グレーティングカプラを用いる従来技術には少なくとも２つの主要な欠陥がある。第１は光ファイバが一般に（光学的に透明な）石英ファイバアレイで終端されていることである。石英ファイバアレイは標準ピッチ（例えば、２５０μｍ）の直線配列光ファイバに配置されるが、公差は一般に１μｍより大きく、これは単一モード用途に理想的ではない。さらに、石英ファイバアレイは一般にＣＮＣ工作機械で研削され、したがって生産量増大によるコスト削減は僅かでしかないから、石英ファイバアレイは製造費用が大きい。最後に、石英ファイバアレイ及び光ファイバの曲げ半径がパッケージ組立ＰＩＣの高さに加わる（図１の従来技術の光カプリングを図２に簡略に示される、本発明の概念の光カプリングと比較されたい）。
【０００９】
さらに、ほとんどのグレーティングカプラは、角度研磨された（すなわち、端面がファイバ軸に垂直ではない平面にある）光ファイバとともにはたらくように設計されている。これにより、グレーティングカプラの設計角に整合するモードフィールドを生成する特定の傾斜端面を有する角度研磨光ファイバを採用しなければならないという、別のレベルの複雑さが加わる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
光ファイバの入力／出力をＰＩＣに光カプリングするための、低減されたコストで、公差、製造性、使用容易性、機能性及び信頼性を向上させる、改善された手法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、光ファイバとフォトニック集積回路（ＰＩＣ）のグレーティングカプラに間の光カプリングに新規な手法を提供することにより、従来技術の欠点を克服する。本発明にしたがえば、光ファイバの軸の方位をＰＩＣの表面に小角度でまたは平行に定め、光ファイバをＰＩＣの表面近くまで降下させることを可能にするように光ファイバへの／からの光を方向転換させるためのミラーが提供される。したがって、光ファイバとグレーティングカプラの間の光コネクタは、ロープロファイルとすることができ、より小さいトランシーバパッケージに組み込むことができる。
【００１２】
本発明の別の態様において、ミラーは、光を再整形して光ファイバ入力／出力と標的グレーティングカプラの設計角を整合するモードフィールドを生成するように構成される。一実施形態において、ミラーは、角度研磨光ファイバのモードフィールドに類似のモードフィールドを生成し、よって角度研磨光ファイバとともにはたらくために設計された既存のグレーティングカプラの設計角に整合するように、平面研磨（すなわち、端面がファイバ軸に垂直な平面にある）光ファイバの光入力／出力を再整形するように構成される。
【００１３】
光コネクタのミラー／光ファイバ位置合わせ構造は、大量または少量でのコネクタコンポーネントの経済的生産を可能にし、同時に、公差、製造性、使用容易性、機能性及び信頼性の向上を可能にする、精密スタンピングにより一体／同時成形することができる。
【００１４】
本発明の本質及び利点を、また好ましい使用態様も、より十分に理解するため、添付図面とともに読まれる以下の詳細な説明が参照されるべきである。以下の図面において、同様の参照数字は図面全体を通して同じかまたは同様の要素を指す。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は従来技術のファイバ−グレーティングカプラ接続の略図である。
【図２】図２は本発明の一実施形態にしたがうファイバ−グレーティングカプラ接続の本発明の概念を示す簡略な断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態にしたがう、光学ベンチの延長部分の拡大斜視図である。
【図４】図４は光ファイバの長軸に沿うファイバ位置合わせ溝の断面図である。
【図５】図５は図４の斜視断面図である。
【図６】図６は、本発明の別の実施形態にしたがう、光ファイバとＰＩＣ上のグレーティングカプラの間の光の反射を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、様々な実施形態に関し、以下に図面を参照して説明される。本発明は本発明の目的を達成するための最善の態様に関して説明されるが、当業者には、本発明の精神または範囲を逸脱することなく本教示に依って変形が達成され得ることが理解されるであろう。
【００１７】
本発明は光ファイバとフォトニック集積回路（ＰＩＣ）のグレーティングカプラの間の光カプリングへの新規な手法を提供する。本発明にしたがえば、光ファイバの軸の方位をＰＩＣの表面に小角度でまたは平行に定め、光ファイバをＰＩＣの表面近くまで降下させることを可能にするように光ファイバへの／からの光を方向転換させるためのミラーが提供される。したがって、光ファイバとグレーティングカプラの間の光コネクタは、ロープロファイルとすることができ、より小さいトランシーバパッケージに組み込むことができる。
【００１８】
図２は本発明の独創的概念を簡略に示す。図２は光カプリング／接続素子１０内の超小型光学ベンチ（ＭＯＢ）１１の断面図を簡略に示す。光ファイバ２４が、その軸をグレーティングカプラ２とシリコンＰＩＣ３の平面に実質的に平行にして、光学ベンチ１１上に支持される。図２は（図６に参照数字２３で示される）光ファイバケーブルの保護緩衝層及び外被層がなく、クラッド層が露出されている、裸の形態にある光ファイバ２４の終端区画を支持している光学ベンチ１１を示す。光学ベンチ１１は溝２５の形態にある光ファイバ位置合わせ構造及び集束マイクロミラー１２の形態にある構造化反射面を有する。溝２５は光ファイバ２４を、所期の、設計された光路６（光路の形は図２に簡略に示される）に沿い、ミラー１２に対して配置及び位置合わせする。光ファイバ２４の端面１１５の端の部分は、端面１１５の位置をミラー１２に対して定めるためのストップとしてはたらく、溝２５の末端に設けられた肩５に突き当てられる。溝２５及び肩５は光ファイバ２４を、端面１１５をミラー１２からあらかじめ定められた距離において、構造化反射面１２に対して精確に配置及び位置合わせする。
【００１９】
ミラー１２は、光ファイバ２４とグレーティングカプラ２の間で光をカプリングするため、光ファイバ２４の入力／出力をミラー１２に対して方向転換させるように構成された、構造化反射面を有する。図示される実施形態において、光ファイバ２４は単一モード（ＳＭ）平面研磨光ファイバである。光ファイバ２４の端面１１５はその長軸に実質的に垂直な平面にある。
【００２０】
図２に示される構造を図１に示される従来技術のファイバ−グレーティングカプラ接続と比較すると、本発明のファイバ−グレーティング接続は全体をかなりのロープロファイルにすることが明らかである。本発明のコネクタは、以下で論じられる図６の実施形態に示されるように、ＰＩＣに対する光学ベンチの容易な配置手段を提供する。
【００２１】
本発明の別の態様において、光コネクタ内のミラー／構造化反射面及び光ファイバ位置合わせ構造は在庫原材料（例えば、金属ブランクまたは金属ストリップ）の精密スタンピングによって一体／同時成形することができ、これにより、大量または少量でのコネクタコンポーネントの経済的な生産が可能になり、同時に、公差、製造性、使用容易性、機能性及び信頼性の向上が可能になる。構造化反射面及び光ファイバ位置合わせ構造を、同じ、一回の最終スタンピング作業で同時に成形することで、同じ仕掛かり加工品／部品上の位置合わせを必要とする全ての構造の位置／寸法関係が最終スタンピング工程において維持される。パンチの単打による打ち抜き作業で光学ベンチ上の全ての構造を成形する代わりに、光学ベンチ上のいくつかの構造を次第に予備成形するために複数の打撃を実施し、最終打撃により、設計光路に沿うそれぞれのコンポーネント／構造の適切な位置合わせを保証する（または、保証に重要な役割を果たす）に必要な、ミラー、光ファイバ位置合わせ構造／溝、等を含む、光学ベンチ上の様々な構造化特徴の最終の寸法、幾何形状及び／または仕上げを同時に定めることができる。
【００２２】
本発明の譲受人、ナノプレシジョン社(nanoPrecision Products, Inc.)は、光データ伝送に関係して用いられる、光学ベンチを有する様々な独占的光カプリング／接続素子を開発した。本発明は、さらに詳しくは、ＰＩＣのグレーティングカプラへの光ファイバの結合に向けられ、同時に、以前の光カプリング素子において実施されたスタンピング成形ミラーを含むが、スタンピング成形光学ベンチの概念を採用している。
【００２３】
例えば、米国特許出願公開第２０１３／０３２２８１８Ａ１号明細書は、光データ信号のルーティングのためのスタンピング成形構造化表面を有する光カプリング素子、特に、ベース、ベース上に定められた構造化表面、ここで構造化表面は入射光を再整形及び／または反射する表面プロファイルを有する、及びベース上に定められた位置合わせ構造を含む、構造化表面と光学コンポーネントの間の定められた経路に沿う光の伝送を可能にするために構造化表面と光学的に位置合わせされているベース上の光学コンポーネントの配置を容易にするように表面構造によって構成され、構造化表面及び位置合わせ構造がベースの可鍛材料のスタンピングによってベース上に一体で定められる、光信号のルーティングのための光カプリング素子を開示している。
【００２４】
米国特許出願公開第２０１３／０２９４７３２Ａ１号明細書は、別の、一体化光学素子を有する気密光ファイバ位置合わせアセンブリ、特に、光ファイバの末端区画を受け入れる複数の溝を有するフェルール部を有し、溝がフェルール部に対する末端区画の位置及び方位を定める、気密光ファイバ位置合わせアセンブリを開示している。アセンブリは光ファイバの入力／出力を光電気モジュールのオプトエレクトロニク素子にカプリングするための一体光学素子を有する。光学素子は構造化反射面の形態にあることができる。光ファイバの末端は構造化反射面に対して定められた距離にあって、構造化反射面と位置合わせされている。構造化反射面及びファイバ位置合わせ溝はスタンピングで成形することができる。
【００２５】
米国特許出願第１４／６９５００８号明細書は、別の、光通信モジュールに用いるための光信号ルーティング用光カプリング素子、特に、ベース上に定められた光カプリング素子が入射光を再整形及び／または反射する表面プロファイルを有する構造化表面である光カプリング素子、及びベース上に定められ、構造化表面と光学コンポーネントの間に定められた経路に沿う光の伝送を可能にするように構造化表面と光学的に位置合わせされているベース上の光学コンポーネントの配置を容易にするような表面構造をもって構成される、位置合わせ構造を開示している。構造化表面及び位置合わせ構造はベースの可鍛材料のスタンピングによってベース上に一体で定められる。位置合わせ構造は、構造化表面と光学コンポーネントの間に定められた経路に沿う光の伝送を可能にするように構造化表面と光学的に位置合わせされているベース上の光学コンポーネントの受動位置合わせを容易にする。構造化表面は、入射光を反射及び／または再整形する、反射面プロファイルを有する。
【００２６】
米国特許第７３４３７７０号明細書は小公差部品を製造するための新規な精密スタンピングシステムを開示している。そのような独創的スタンピングシステムは上記のナノプレシジョン社特許文書に開示されている素子を生産するための様々なスタンピングプロセスにおいて実施することができ、本明細書に開示される構造の作製にも同様に実施することができる。これらのスタンピングプロセスは、他の定められた表面構造と正確に位置合わせされている所望の形状寸法を有する反射面を含む、厳しい（すなわち、小さい）公差で最終表面構造を成形するための、バルク材料（例えば、金属ブランクまたは在庫原料）のスタンピングを含む。
【００２７】
図３〜６は、図２に示される本発明の概念を採用している光コネクタ１１０の形態にある光カプリング素子の実施形態を示す。光コネクタ１１０はフェルール１４０の形態にある光学ベンチ及びカバー１４２を有する。フェルール１４０はカバー１４２の隣接端より先に延長された部分７０を有する。フェルール１４０にはカバーの端をこえて延長部分７０に延びるファイバ位置合わせ溝１３４が設けられる。それぞれの溝１３４はカバー１４２の隣接端の先に配置された構造化反射面１１３で終端する。それぞれの光ファイバ２４は溝１３４内を、カバー１４２の端をこえて、構造化反射面１１３の近くまで延びる。簡単のため、図３は、延長部分７０の拡大図を含む、光コネクタ１１０の部分図を示す。光コネクタ１１０の全体は図６に示される。
【００２８】
図４は光ファイバ２４の長軸に沿ってとられた断面図である。図５は光ファイバ２４の長軸に沿ってとられた斜視断面図である。図示される実施形態において、ファイバ位置合わせ構造は、光ファイバ２４の末端が構造化反射面１１３に対して定められた距離にあって、構造化反射面１１３と位置合わせされている態様で光ファイバ２４の裸の末端区画を確実に受け入れる開放溝１３４の形態にある。開放溝１３４は、裸の光ファイバ２４をぴったり受け入れる、概ねＵ字形の断面を有する。構造化反射面１１３の位置及び方位はファイバ位置合わせ溝１３４に対して固定される。図示される実施形態において、溝１３４及び構造化反射面１１３は同じ（例えば、モノリシックの）フェルール１４０上に定められる。溝１３４は光ファイバ２４の端面１１５と構造化反射面１１３の間の空間を定める区画１２４を有する。図示される実施形態において、この区画１２４は溝１３４の残り部分と同じ幅を有するが、底面は浅くなっている。区画１２４は、光ファイバ２４の端面１１５の端の一部が突き当てられる、ストップを提供する肩１２７を定める。したがって、端面１１５と構造化反射面１１３の間の光軸に沿う距離が定められる。図示される実施形態において、光ファイバは溝１３４に完全に受け入れられ、光ファイバ２４の外表面はフェルール１４０の上表面１３９と同一面にある。光はＰＩＣ３と光ファイバ２４の間で、光路１００に沿って、方向転換される。
【００２９】
図６はＰＩＣ３上のグレーティングカプラ２に対して光コネクタ１１０を配置する一実施形態を示す断面図である。光コネクタ１１０は光電気モジュール１１２のハウジング１１４のベース１１６にある開口１２１を介し、延長部分７０をモジュールハウジング１１４にいれて、取り付けられる。構造化反射面１１３はＰＩＣ３上のグレーティングカプラ２と光学的に位置合わせされている。図６は、凹反射面である、延長部分７０にある構造化反射面１１３による、光ファイバ２４とグレーティングカプラ２の間の光の反射を示す。
【００３０】
光コネクタ１１０は、光電気モジュール１１２におけるＰＩＣ３上のグレーティングカプラ２との光カプリングのための別個の光学素子の必要を排除する、光ファイバリボン２３のための内蔵光学系及び位置合わせフェルールを有する気密フィードスルーとして機能すると見なすことができる。
【００３１】
構造化反射面１１３及び位置合わせ溝１３４は、可鍛金属材料からの光学ベンチ（すなわち、フェルール１４０）の精密スタンピングによって一体成形することができる。構造化反射面の設計及びスタンピングは上述したナノプレシジョン社の以前の特許文書の開示と同様の要件を含むことができ、それらの要件はさらに光ファイバとＰＩＣ上のグレーティングカプラの間の所望の光カプリングを提供するために改変される。例えば、精密スタンピングプロセス及び装置は、本発明の譲受人に共通に譲渡されている、米国特許第７３４３７７０号の明細書に開示されている。この特許明細書は本明細書に完全に述べられているかのように、その全体が本明細書に参照として含められる。上記特許明細書に開示されているプロセス及びスタンピング装置は（構造化反射面及び光ファイバ位置合わせ溝を含む）本発明のフェルール１４０及び／またはカバー１４２の構造の精密スタンピングに適合させることができる。スタンピングプロセス及びシステムは１０００ｎｍより小さい（良い）公差で部品を生産することができる。
【００３２】
光コネクタ１１０の外表面も、位置合わせスリーブを用いる位置合わせのための高い公差を維持することができた。上述した実施形態において、ハウジング１１４へのフェルールの位置合わせに位置合わせピンは全く必要ではない。したがって、フェルール部分（フェルール及びカバー）のスタンピングに対し、スタンピングは、溝、フェルール部の嵌合面及びスリーブと、または、図６の場合には、ハウジング１１４の開口と、接触する外表面を含む、フェルール部分の全構体のスタンピングを含むであろう。これにより、例えば位置合わせピンに依存せずに、位置合わせを容易にするための、溝１３４と光コネクタ１１０の外部位置合わせ面の間の所望の寸法関係が維持される。
【００３３】
上述した実施形態の全てにおいて、構造化反射面１１３は、平面、凸面または凹面、あるいは複合反射面をつくるためのそのような面の組合せであるように、構成することができる。一実施形態において、構造化反射面は（研磨仕上げに類似の仕上げを有する）平滑なミラー面を有する。構造化反射面は、代わりに、反射性のテクスチャ面とすることができる。構造化反射面は一様な表面特性を有するか、あるいは、面内で変化する平滑度及び／またはテクスチャのような、または構造化反射面を構成する平滑面とテクスチャ面の様々な領域の組合せのような、変化する表面特性を有することができる。構造化反射面は以下の等価な光学素子、ミラー、集束レンズ、発散レンズ、回折格子またはこれらの組合せの内の少なくとも１つに相当する表面プロファイル及び／または光学特性を有することができる。構造化反射面は異なる等価な光学素子に相当する１つ以上の領域（例えば、発散性環状領域で囲まれた集束性中央領域）を定める複合プロファイルを有することができる。一実施形態において、構造化反射面は光に表面を通過させない不透明材料上に定められる。
【００３４】
本発明にしたがう光コネクタ１１０は従来技術の欠陥の多くを克服し、精確な位置合わせ、環境条件に対する高い信頼性を提供し、低コストで作製することができる。本発明のコネクタアセンブリは、光学位置合わせ及び／または一体光学素子を有することができる気密フィードスルーのために、１本または複数本のファイバを支持するように構成することができる。
【００３５】
本発明の別の態様において、ミラー１２の構造化反射面及び構造化反射面１１３は光を再整形して光ファイバ入力／出力と標的グレーティングカプラの設計角を整合するモードフィールドを生成するように構成される。一実施形態において、ミラー１２／構造化反射面１１３は、角度研磨突き合わせカプリング光ファイバのモードフィールドに似せたモードフィールドを生成し、よって角度研磨突き合わせカプリング光ファイバとともにはたらくために設計された既存のグレーティングカプラの設計角に整合するように、平面研磨端面（すなわち、ファイバ軸に垂直な平面にある端面）を有する光ファイバの光入力／出力を再整形するように構成される。この逆進互換手法は新しいクレーティングカプラの開発を必要としないであろう。
【００３６】
以下は、ＰＩＣ（例えば、シリコンＰＩＣまたはＳｉＰＩＣ）のグレーティングへのカプリングのためにスタンピング成形ミラーを採用するという本発明の概念の別の設計要件及び特徴である。ミラーは、用途に合う金属シート、金属フォイル、バルク金属にスタンピング成形することができる。工具鋼または炭化タングステンの工具でスタンピングできる、３００シリーズまたは４００シリーズのいずれかのステンレス鋼、いずれかの組成のコバール、析出硬化または固溶硬化されたいずれかの金属及び、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕのいずれかの合金を含む、様々な可鍛金属でミラーの構体を構成することができる。１３１０ｎｍより長い長波長において、アルミニウムは非常に反射率が高く（＞９８％）、スタンピングで経済的に成形される。ミラーを含む金属の部分の反射面は上述した金属のいずれかとすることができ、あるいは、スパッタリング、蒸着またはメッキプロセスで施される、いずれかの高反射性金属コーティングとすることができる。
【００３７】
ミラー面は、屈折力を提供するため、以下の、楕円型または双曲型の円錐面、様々な数の偶数次または奇数次の非球面項を有する円環型非球面、様々な数の偶数次または奇数次の項を有するＸ−Ｙ型非球曲面、様々な次数のゼルニケ多項式、及びこれらの関数に包含されるより単純な表面の様々な族の、単独の、または重畳態様の、いずれかの幾何学的表面曲率関数を有することができる。表面は、いずれかの平面またはベクトルに沿う対称性をもたない、自由形状表面とすることもできる。
【００３８】
ファイバ位置合わせ溝はミラーに対して高い精度で形成される。ミラーは、様々な波長において、多モード（ＭＭ）及び単一モード（ＳＭ）のファイバ、ＭＭ及びＳＭのＶＣＳＥＬ（垂直共振器面発光レーザ）を含む、様々なタイプの光源に対して、また広帯域光源に対しても、動作するように設計することができる。ミラーは、空気、ガラス、屈折率整合エポキシ、プラスチック及びこれらのいずれかの組合せを含む、様々な透光媒体内で動作するように設計することができる。
【００３９】
ミラーの焦点距離範囲は５０〜５０００μｍの間のいずれかとすることができる。
【００４０】
ミラーのＦ値（焦点距離対有効口径比）は物理的に実現可能ないずれかの値とすることができる。
【００４１】
以下はＳＭファイバをＳｉＰＩＣにカプリングするための好ましい実施形態である：
ａ．ミラーは厚さが０.５〜１０ｍｍの金属薄板にスタンピング成形される、
ｂ．１３１０ｎｍ、１４９０ｎｍ、１５５０ｎｍの波長におけるＳＭファイバカプリングに対し、反射面のための選択材料はアルミニウムである、
ｃ．ミラー面は、屈折力を与えるため、楕円型（円錐曲面）である、
ｄ．ミラー面の焦点距離は３００μｍと２０００μｍの間である、
ｅ．ミラーの最大有効口径は１００μｍ未満〜５００μｍである、
ｆ．ミラーは空気または屈折率整合エポキシ内での動作に対して設計される、
ｇ．グレーティングカプラの法線に対する動作角は±２０°である、
ｈ．動作は空気中または屈折率整合エポキシ中である、
ｉ．ミラーは平面研磨ファイバから出るフィールドを設計角に傾けられたフィールドにつくり直す、
ｊ．ミラーは、ミラー材料の固有反射率を改善するために、高反射性コーティング（金、誘電体反射器、等）でコーティングすることができる。
【００４２】
接続の光学性能は、スタンピング成形された光学素子の品質（形状及び表面仕上げ）並びにファイバ−ミラー−グレーティングカプラの位置及び方位に依存する。反射光学素子を保持する構体はＰＩＣ材料に密接に整合する膨張係数（ＣＴＥ）を有する材料で作製されるべきである。例えば、コバールはシリコンに密接に整合する。このＣＴＥ整合により、熱起因光路ずれ及び、熱膨張の結果生じ得る、熱機械的応力が最小限に抑えられる。
【００４３】
スタンピング成形されたミラー面が粗すぎると、光は散乱され得る。散乱光のいくらかは跳ね回って、最終的に隣のファイバに入り込み得る。これはクロストークを生じさせるであろう。本発明にしたがえば、スタンピング動作中のパンチとダイの間での可鍛金属（例えば、アルミニウム、銀、銅または金）の圧縮により、高反射性ミラー品質表面のための高接触圧が発生する。スタンピング成形ミラーに関する初期実験では、約８９％（０.５ｄＢ）以上の高いカプリング効率が実証された。
【００４４】
本発明の商業的利用には、データ通信のための光ファイバのＰＩＣへの接続がある。この用途において、ＰＩＣはデジタル電気信号をデジタル光信号に変換するトランシーバであろう。別の考え得る用途は複数のポート間でデジタル光信号をルーティングする光スイッチ内にあり得る。また別の用途はトランスダクションのために光を用いるセンサ（例えば、電気光ＭＥＭＳ加速度計）であろう。別の用途は生体分子検出またはガス分子検出のための光センシングであろう。
【００４５】
上述した実施形態では、単一のミラーによって単一のクレーティングカプラに接続された単一の光ファイバ（図２）及び１Ｄミラーアレイによって１Ｄグレーティングカプラアレイに接続された１Ｄ光ファイバアレイ（図３）に言及したが、本発明の概念を採用することで、２Ｄミラーアレイによって２Ｄグレーティングカプラアレイに接続された２Ｄ光ファイバアレイを実施することができる。さらに、上で論じた光路以外に、異なる反射型幾何形状をもつ構造化反射面を構成することで、異なる形状を有する光路を形成することができる。
【００４６】
好ましい実施形態を参照して本発明を詳しく示し、説明したが、当業者には、本発明の精神、範囲及び教示を逸脱することなく形状及び詳細に様々な変更がなされ得ることが理解されるであろう。したがって、本開示は単なる説明／例示と見なされるべきであり、本発明は添付される請求項に指定される範囲にしか限定されない。
他の実施形態
１．  光ファイバとフォトニック集積回路（ＰＩＣ）のグレーティングカプラの間の光カプリングにおいて、
スタンピング成形された構造化反射面を有するスタンピング成形された光学ベンチを有し、前記スタンピング成形された光学ベンチは光ファイバを前記構造化反射面に対して光学的に位置合わせして支持し、前記構造化反射面は前記グレーティングカプラと前記光ファイバの間を送られる光を方向転換させ、前記構造化反射面は前記光ファイバの入力／出力と前記グレーティングカプラの設計角を整合するモードフィールドを生成するために光を再整形するための構造につくられた反射面プロファイルを有することを特徴とする光カプリング。
２．  前記光ファイバが平面研磨光ファイバであり、前記構造化反射面が、角度研磨光ファイバの前記モードフィールドに類似のモードフィールドを生成し、よって角度研磨光ファイバとともにはたらくために設計された既存のグレーティングカプラの前記設計角に整合するように、前記平面研磨光ファイバの光入力／出力を再整形するために構成されることを特徴とする実施形態１に記載の光カプリング。
３．  前記光学ベンチが前記光ファイバを前記構造化反射面に位置合わせするためのファイバ位置合わせ構造をさらに有し、前記構造化反射面及び前記光ファイバ位置合わせ構造が、前記構造化反射面及び前記光ファイバ位置合わせ構造の、大量または少量における経済的な生産を可能にし、同時に、公差、製造性、使用容易性、機能性及び信頼性の向上を可能にする、精密スタンピングによって一体／同時成形されることを特徴とする実施形態２に記載の光カプリング。
【符号の説明】
【００４７】
１    ファイバ
２    グレーティングカプラ
３    フォトニック集積回路（ＰＩＣ）
５，１２７    肩
６，１００    光路
１０    光カプリング／接続素子
１１    超小型光学ベンチ（ＭＯＢ）
１２    集束マイクロミラー
２３    光ファイバケーブル／リボン
２４    光ファイバ
２５    溝
１１０    光コネクタ
１１２    光電気モジュール
１１３    構造化反射面
１１４    光電気モジュールのハウジング
１１５    光ファイバ端面
１１６    ハウジングのベース
１２１    開口
１３４    ファイバ位置合わせ溝
１３９    フェルール上表面
１４０    フェルール
１４２    カバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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