JPH08512143A

JPH08512143A - 一体型光カプラー

Info

Publication number: JPH08512143A
Application number: JP7503486A
Authority: JP
Inventors: ティー．ボイド，ゲイリー; リー，ツ−チェン; エー．スベンテク，ブルース; エム．クロス，エリザ; エー．ウェラー−ブロフィー，ローラ
Original assignee: ミネソタマイニングアンドマニュファクチャリングカンパニー
Priority date: 1993-07-02
Filing date: 1994-05-31
Publication date: 1996-12-17
Also published as: KR960703470A; WO1995001580A1; CN1128066A; CA2164108A1; CN1049503C; AU680519B2; IL109935A0; PL312259A1; US5343544A; MX9404683A; AU7048994A; EP0706670A1; SG47900A1

Abstract

(57)【要約】ファイバアライメント溝及び導波路を有する基板ならびに補足の溝及び任意にチャネルを有するカバーを含む一体型光カプラー。これらのカプラーは、複製可能なマスタ及びこれらのマスタから形成された電気メッキ金型から作製することができる。

Description

【発明の詳細な説明】一体型光カプラー発明の分野本発明は、予め位置合わせ（アライメント）された導波路コア及びファイバ溝を用いることによって入力側の光ファイバを出力側の光ファイバに結合する光カプラーに関する。もう１つの面において、受動型の光カプラーが形成される金型（モールド）と、これらの金型が作製されるマスタが開示される。このマスタを製造する方法もまた開示される。発明の背景光カプラーは、１本もしくはそれ以上の入力側の光カプラーを１本もしくはそれ以上の出力側の光カプラーに結合するものである。これらの光カプラーを使用すると、入力側のファイバによって支持されている被伝送光を分割するかもしくは合流させて、単数もしくは複数の光ファイバに導くことができる。これらの光カプラーは、ファイバ通信、ケーブルテレビジョン網及びデータ通信において重要な役割を奏することができる。現在のところ、カプラーは、光ファイバを融着させることによってかもくしは、平板型のガラス一体化光デバイスであって、入力側のファイバからの光をデバイスの反対側の端部に取り付けられた出力側のファイバに案内するためのデバイスに取り付けることによって、製造されている。これらの方法のどちらも、非常に骨のおれる作業であり、また、極めてコスト高である。このコストはまた、出力側の所望とするファイバの数に比例している（入念に融着を行うかもしくは個々のファイバのそれぞれを結合させることに原因する）。これらの骨のおれるプロセスは、また、これらのデバイスを大量生産することを阻止している。チャネル型の導波路は、光カプラーとは異なって、広い範囲で使用されかつ容易に製造されている。過去の２０年においては、これらの光導波路を製造するための多数の方法が開発されている。例えば、マスタにニッケルを電気メッキしてチャネル型の導波路の金型を形成すること及びフォトレジスト技法を使用して導波路を形成することが多年にわたって知られている。さらに最近では、改良された導波路を製造するためにフォトリソグラフィ技法が使用されている。また、キャスト−アンド−キュア法は、ポリマーからなるチャネル型の導波路を形成するためのより古い方法であるところの射出成形法を補完している。しかしながら、これらの技法のいずれも、そのようなチャネル型の導波路に対して光ファイバを受動的に位置合わせするための手段を教示していない。最近の刊行物〔Ａ．Ｎｅｙｅｒ、Ｔ．Ｋｎｏｃｈｅ及びＬ．Ｍｕｅｌｌｅｒ、ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，２９，３９９（１９９３）〕において、多数の導波路を安価に複製する方法が開示されている。この方法は、フォトレジストとその後のニッケルの電気メッキでマスタの金型（まっすぐな導波路チャネル用のみ）を形成すること、射出成形によってポリ（メチルメタクリレート）の導波路溝を形成すること、高い屈折率を有するＵＶ硬化性樹脂を溝に充填すること、樹脂−基板の上にフラットな上部部材を載置すること、そして全体を硬化させること、を包含していた。この刊行物のなかで、著者らは、このプロセスを使用して、ひとつの加工工程で、光導波路構造体及びファイバアライメント溝を同時に製造することができたということを示している。このようなファイバ溝の形成及びアライメントを包含するために上記の方法をいかに変更し得たかについては、記載も提案もされていない。発明の概要簡潔に述べると、本発明は、ポリマーハウジング（すなわち、基板及びカバーを結合させることによって形成された単位構造体）を含む一体型のｎ×ｍ光カプラーを提供する。この光カプラーは、 (a) ｎ本の入力側光ファイバ、 (b) 前記基板及び（又は）前記カバーに形成されたｎ本の入口側導波路であって、同じく前記基板及び（又は）前記カバーに形成されたｍ本の出口側導波路に分岐もしくは集束せしめられているもの、及び (c) ｍ本の出力側光ファイバ、を有し、ここで、ｎ及びｍは、独立して、１〜１０２４の整数であり、前記ハウジング内の正確に位置合わせされた溝によって、前記ｎ本の入口側導波路が、それぞれ、前記ｎ本の入力側光ファイバのそれぞれのコアに位置合わせされておりかつ前記ｍ本の出口側導波路が、それぞれ、ｍ本の出力側光ファイバのそれぞれのコアに位置合わせされており、前記導波路には、少なくとも１種類の、硬化せしめられて導波路のコアを形成可能な重合性モノマーが充填せしめられている。もう１つの面において、本発明は、光ファイバ及びチャネル型の導波路のコアを取り込みかつ予め位置合わせするためのポリマーハウジングを提供する。このポリマーハウジングは、 (a)基板部材であって、（ｉ）第１の部分であって、その１つの水平面が、ｎ本の入力側光ファイバを保持するためのｎ本の溝を有しているもの、（ii）第２の部分であって、その１つの水平面が、ｍ本の出口側導波路に分岐もしくは集束せしめられるｎ本の入口側導波路を有しているもの、及び（iii）第３の部分であって、その１つの水平面が、ｍ本の出力側光ファイバを保持するためのｍ本の溝を有しているもの、を含むもの、及び (b)カバー部材であって、（ｉ）第１の部分であって、その１つの水平面が、ｎ本の入力側光ファイバを保持するためのｎ本の溝を有しているもの、（ii）第２の部分であって、その１つの水平面が実質的に平坦であるもの、及び（iii）第３の部分であって、その１つの水平面が、ｍ本の出力側光ファイバを保持するためのｍ本の溝を有しているもの、を含むもの、を含み、ここで、ｎ及びｍは、独立して、１〜１０２４の整数であり、前記ｎ本の溝及び前記ｍ本の溝は、そこに保持されるべき光ファイバのコアが前記した対応の導波路の端部と適正に位置合わせされるように作り上げられており、また、前記基板及びカバーは、これらの２つの部材を接着力を介して一緒に接合して実質的に単一のハウジングを形成できるような形で形成されている。別の面において、本発明は、光ファイバ及びチャネル型の導波路を取り込みかつ予め位置合わせするための前記したポリマーハウジングが上方に形成されている金型を提供する。さらに別の面において、本発明は、光ファイバ及びチャネル型の導波路を取り込みかつ予め位置合わせするためのポリマーハウジングが上方に形成されている前記した金型が上方に電気メッキされているマスタを提供する。また、もう１つの面において、本発明は、光ファイバ及びチャネル型の導波路を取り込みかつ予め位置合わせするための前記したポリマーハウジングが上方に形成されている前記した金型を製造するための方法であって、下記の工程：ａ）シリコンウェハをフォトリソグラフィでエッチングしてファイバアライメント溝を形成し、ｂ）前記ウェハにフォトレジスト材料を塗布し、ｃ）前記フォトレジストにおいて、前記ファイバアライメント溝と位置合わせされた導波路をパターニングし、ｄ）前記パターニング後のウェハに金属の層を電気メッキして前記ウェハに対して金属補完物を付与し、そしてｅ）前記金属補完物を前記ウェハから分離すること、を含んでいる。本願においては、次のような定義を適用するであろう。「キャスト−アンド−キュア」とは、モノマーを単独でもしくは例えばポリマー、ガラス粒子及びオリゴマーのような添加剤とともに適用して、（液体の状態で）金型に合わせ、そして重合させることができることを意味し、「チャネル型の導波路」又は「導波路」とは、光学的に透明な媒体であってより低い屈折率を有するものによって取り囲まれた延在せる光学的に透明な媒体からなる光誘導用導体を意味し、「光カプラー」とは、１本もしくはそれ以上の入力側光ファイバを１本もしくはそれ以上の出力側光ファイバに結合させ、そしてスプリッタ及びコンビナを包含するデバイスを意味し、「（メタ）アクリレート」とは、アクリレート、メタクリレート、アクリルアミド及びメタクリルアミド化合物を意味し、そして「基」又は「化合物」又は「モノマー」とは、所望とする生成物に対して影響を及ぼさない通常の置換基によって置換され得る化学種を意味している。本発明は、光ファイバのコアと導波路を予め位置決めするポリマーハウジングを教示する。このハウジングは、２つの部材：基板及びカバーから構成されている。このハウジングの基板部材には、溝、そしてチャネルが見出される。溝には光ファイバが保持され、そしてチャネルには、硬化により導波路のコアを形成する少なくとも１種類の重合可能なモノマーが充填される。このポリマーハウジングは、金型から、キャスト−アンド−キュアによるマイクロ複製法によって形成することができる。金型は、さらに、マスタ上に金属を電気メッキし、そしてそのマスタから金型を分離することによって形成される。このマスタでは、上記したような溝とチャネルが形成される。これらの溝及びチャネルは、このマスタから誘導されるポリマーハウジングの溝に挿入される光ファイバのコアが、このマスタから誘導されるポリマーハウジングのチャネルによって規定される導波路コアに精密に位置決めされるようにするため、厳密な許容誤差で形成される。現在入手可能なカプラーは、別個に製造されており、また、したがって、製造が煩雑である。本発明の光カプラーは、多数の子型（ｄａｕｇｈｔｅｒｍｏｌｄ）を形成することのできるマスタを入念に形成することによって、大量に生産することができる。溝を精確に形成して、それらの溝に挿入されるファイバがそれらに対応する導波路と予め位置合わせされるようにすることは、受動型の光カプラーを容易に製造することを可能にする工程である。この工程によって、先に説明したＮｅｙｅｒらの刊行物に記載の方法に従って製造される物品に固有の限定を克服することができる。換言すると、もしもこのような物品を光カプラーとして使用したと仮定するならば、同じく高コストのマニュアルアライメントに供されるであろう。本発明の光カプラーは、完全に組み立てた場合、ポリマー材料によって取り囲まれた光ファイバを含んで構成される。ファイバのコアをそれらに対応する導波路のコアに精確に位置決めする本発明のカプラーの溝に光ファイバを固定すると、周囲を取り囲んだ材料の熱膨張に原因して光ファイバのミスアライメントが起こりそうもなくなる。このことはまた、Ｎｅｙｅｒらによって記載される方法に従って製造される物品よりも優れた利点である。本発明のカプラーが十分に厚い場合には、そのサンドイッチ構造によって密閉封止を提供することができる。このようにすることによって、その光学的特性が水分の吸収に原因して変化せしめられる機会を低減することができる。図面の簡単な説明第１図は、本発明の光カプラーの１つの態様を示した大幅に拡大した斜視図である。第２図は、本発明の光カプラーの１つの態様の基板部分を示した、部分的に破断した、大幅に拡大した斜視図である。第３図は、本発明の光カプラーの１つの態様のファイバー導波路界面部分を示した、部分的に破断した、大幅に拡大した斜視図である。第４図は、本発明の光カプラーハウジングの１つの態様の一方の端部を示した、部分的に破断した、大幅に拡大した斜視図である。第５図は、本発明の光カプラーハウジングを複製することのできる金型の１つの態様の基板の一方の端部を示した、部分的に破断した、大幅に拡大した斜視図である。第６図は、本発明の金型を複製することのできるマスタの１つの態様の一方の端部を示した、部分的に破断した、大幅に拡大した斜視図である。図面の詳細な説明第１図は、基板１２及びカバー１４を有していて、それらのものがモノマー１６の薄い層によって接着剤で結合せしめられている１×２の光カプラー１０を示している。モノマー１６は、基板１２の上面を被覆し、そして導波路１８を充填している。（導波路１８は、それらの相対的なサイズを考慮して線で示されている）。モノマー１６は、また、ファイバアライメント溝２２内の光ファイバ２０を取り囲んでいる。基板１２の小さな突起２４は、カバー１４内の小さな窪み２６に滑り嵌合しており、そして、基板１２のカバー１４のアライメントを補助している。第２図は、光ファイバ２０を受動的に位置合わせする１×２の光カプラー基板１２’の第２の態様であって、光ファイバ２０の一部分がファイバアライメント溝２２内においてなおもクラッド２７によって取り囲まれているものを示している。光ファイバ２０は、導波路１８によって（光学的に）接続されている。（導波路１８は、ここでもまた、それらの相対的なサイズを考慮して線で示されている）。垂直なギャップ２８が凹部３０を連通している。導波路１８、ファイバアライメント溝２２、ギャップ２８、そして凹部３０にはモノマー１６が充填されている。（明瞭にするために図示されていないけれども、モノマー１６の薄い層はまた、基板１２’の上面をカバーしている。）基板１２’の上面の突起２４は、基板１２’ とそれに対応するカバー（図示せず）のアライメントを補助している。第３図は、１×２の光カプラー１０”の一部分を拡大して示したものである。特に、図示されているものは、基板１２”及びカバー１４”内の、光導波路１８、光ファイバ２０、ファイバアライメント溝２２及びギャップ２８が結合した領域である。基板１２”及びカバー１４”のどちらもバッキング３０によって補強されている。ファイバアライメント溝２２は、カプラー１０”の外側にある開口３２からギャップ２８のところの開口３４に向かって（水平方向に）狭くなっており、また、開口３２から（垂直方向に）わずかにテーパーがかかっている。モノマー１６の薄い層が基板１２”の上面をカバーしており、また、導波路１８、ギャップ２８、そしてファイバアライメント溝２２のうち光ファイバ２０が詰められていない部分を充填している。ファイバアライメント溝の幅を狭くしかつテーパーを付与すると、光ファイバ２０のコア３６を導波路１８に正確に位置合わせすることができる。カバー１４”を基板１２”上に載置した場合には、アライメントを補助する突起２４及び窪み２６を使用することによって、ファイバアライメント溝２２を光ファイバ２０の周囲に確実に嵌合させ、そしてその光ファイバ２０を保持することができる。第４図は、どちらもバッキング４６によって補強されている基板４２及びカバー４４を有するハウジング４０の１つの態様の一方の端部を示している。基板４２において、導波路４８は、ギャップ５２によってファイバアライメント溝５０から分離されている。カバー４４には、ファイバアライメント溝５０及びギャップ５２が含まれている。ファイバアライメント溝５０は、開口５４のところから狭くなっており（水平方向）かつテーパーが付与されている（垂直方向）。第５図は、導波路用のリブ６２及びファイバアライメント溝用のリッジ６４を有していてそれらの部材がギャップ形成性部材６６によって分離されている金型６０の１つの態様の一方の端部を示している。ファイバアライメント溝用のリッジ６４は、端部６８からギャップ形成性部材６６に向かって狭くなりかつテーパー面を有している。（カバーのための金型は、説明を明瞭にするために省略されている）。第６図は、基板部材７２及びカバー部材７４を有しているマスタ７０の１つの態様の一方の端部を示している。どちらの部材も、ギャップ８０によって分離されている導波路７６とファイバアライメント溝７８を有している。基板部材７２及びカバー部材７４のうち導波路７６が作り込まれている部分は、フォトレジスト材料８２の薄い層によって被覆されている。ファイバアライメント溝７８は、開口８４から狭くなりかつテーパー面を有している。好ましい態様の詳細な説明本発明の光カプラーの作製は、マスタの形成を必要とするものである。このマスタから子型を製造し、これらの子型を使用して本発明の光カプラーをマイクロ複製する。本発明のカプラーは子型から直接的に製造され、また、この子型は、マスタ上で電気メッキを行うことによって順に製造されたものである。そのために、マスタは、所望とするカプラーと同一のパターンを必然的に有するようになり、そしてこのマスタから製造された金型は、補完の（逆の）パターンを有するようになるであろう。すなわち、金型は、光カプラーについて溝が望ましい場所においては起立せるリブを有していなければならない。所望の導波路パターンを有するマスタを一度形成すると、多数の子型を提供することが、比較的に容易にかつ経費がかからなくなる。これらの金型を一度作製すると、それらの金型を使用して、本発明の光カプラーを大量に製造することができる。このことは、光ファイバを相互に融着させるかもしくは光ファイバを平坦なガラス一体型光デバイスに付設する煩雑な工程を包含する現行の光ファイバの製造方法とは完全に対照的である。Ｉ．マスタの作製マスタを形成するに当たっては、大きく注意を払わなければならない。なぜならば、子型は、それらの型が形成されるマスタのものとは補完的である寸法誤差を有しているからである。特に、導波路のチャネルとファイバの溝は、マスタにおいて精確な許容誤差でされなければならない。さらに詳しく述べると、（例えば）シングルモードの操作が望ましい場合には、８×８μm²の断面積を有するチャネルを、かなり大きなクラッド半径（例えば、６２．５μm）を有するファイバを保持するファイバ溝とサブミクロンの精度で位置合わせしなければならない。さらに加えて、これらのチャネルの垂直な壁部は、光散乱のロスを軽減するため、非常に平滑でなければならない。マスタを作製する材料を選択する選択する場合に、第１の要件は、それらの材料が、（ａ）幅及び深さが約８μm〜約１００μmの範囲であり、その壁部がサブミクロンのスケールで平滑化されているチャネル、そして（ｂ）光ファイバを保持できる溝をパターニング可能であることである。マスタを形成するためには、チャネル及び溝の形成に選択される方法に依存して、ポリマーフィルム、シリコン酸化物及びシリコン窒化物を含めた種々の材料を使用することができる。特に好ましい材料は、フォトレジスト中での湿式現像と組合わさったフォトリソグラフィがチャネル形成に有利な１方法であることが判明しておりかつ異方性エッチングを使用したシリコンフォトリソグラフィが溝形成に有利な１方法であることが判明しているので、フォトレジスト材料を被覆したシリコンである。マスタから同様にして形成されるハウジングは、２種類の部材、すなわち、基板及びカバーの組み合わせであるので、マスタは、これらの部材の精確な複製物を含むものでなければならない。これらの部材を形成する有利な方法を以下において説明する。Ａ．基板溝及びチャネルを形成するための可能性のある方法は、ダイヤモンド研磨、レーザーアブレーション（融蝕）、そしてフォトリソグラフィ法を包含している。これらの技法のうちの第１のものの有用性は、急な末端を有する湾曲したチャネル及び溝を形成する際に包含される難しさによってきびしく制限されている。溝 −及びチャネル−形成方法としてダイヤモンド研磨を適用することの可能性は、本発明は、湾曲したチャネルが必要とされ得る（単一のファイバからの光が多数個の出力側ファイバに分割され得るので）受動型の光カプラーの形成を包含するので、また、ファイバアライメントの溝は、導波路の始めの部分で急な末端を形成し得るので、かなり制限されている。レーザーアブレーションは、導波路パターンの形成において必要なフレキシビリティを屡々奏するけれども、マイクロエレクトロニクス工業において常法として用いられず、そして、したがって、フォトリソグラフィのように完全に発達させられたものではない。好ましくは、本発明の必要な溝及びチャネルを形成するためにフォトリソグラフィ法が使用される。さらに詳しく述べると、フォトレジスト中で一般のマスク及び露光現像法を使用することによってチャネルを形成することができる。ファイバ保持用の溝は、シリコン（Ｓｉ）結晶ウェハで、フォトリソグラフィ法によるパターニングとそれに引き続く塩基性溶液、例えばＫＯＨ溶液中における異方性エッチングによって形成することができる。これらの溝及びチャネルを形成するために使用される技法を以下においてさらに詳しく説明する。１．溝シリコンは引き続くエッチング工程に特に従順たり得ることが認められておりかつそのために好ましい材料であるので、以下に記載する説明の目的においてシリコンを使用した。シリコン結晶（１００）ウェハは、マスタ基板のための特に好ましい基材材料である。しかしながら、当業者であるならば、種々の基材材料の使用に関して以下の方法を適合させ得るということを理解できるであろう。入力側及び出力側の光ファイバをマスタから得られるであろうハウジングのチャネル型導波路に強固に保持しかつそれに精確に位置合わせするため、そのようなファイバを保持することのできる溝をシリコン結晶ウェハの末端部分に形成しなければならない。単純な１×２スプリッタを一例として使用すると、ウェハの１端は単一の溝を有し、一方、その他端は２つの溝を有するであろう。これらの溝を形成する方法はよく知られており、そしてＴｓａｎｇｅｔａｌ．，ＡｐｐｌｉｅｄＯｐｔｉｃｓ，１４，１２００（１９７５）を含めたいろいろな刊行物に記載されている。清浄なシリコンウェハ上に例えばシリコン窒化物又はシリコン酸化物のようなマスキング層を付着させる。この層は、１００nmが特に良好に加工し得るということが判明しているけれども、５０〜２００nmの厚さの範囲とすることができる。次いで、この層を常用のフォトリソグラフィによってパターニングする。例えば、好ましくは付着促進剤を添加した後、基板の表面上にフォトレジスト材料をスピンコートすることができる。溶媒を除去するために加熱（すなわち、ソフトベーキング）した後、フォトレジストを光源、好ましくは例えば水銀ランプのような紫外線光源に、＜１１０＞結晶方向に位置合わせしたマスクを介して露光することによってファイバ溝パターンを適用する。パターニング後、この技術分野において公知な手法に従ってフォトレジストを現像する。次いで、パターニング及び露光の後のシリコン窒化物マスキング層をこの技術分野において公知な多数の手段のいずれかによってエッチングする。なお、反応性イオンエッチング（例えば、ＣＦ₄及び酸素）は１つの好ましいエッチング手段であることが判明している。パターニングしたマスク層の所望の量をエッチング時間及び速度を注意深くコントロールすることによりエッチングし、基板材料（例えば、シリコンウェハ）を露出させる。この工程が完了した後、フォトレジストが可溶である有機溶媒を用いて濯ぎを行うことによって残留フォトレジストを除去する。この目的のために一般的な溶媒は、アセトン／イソプロパノール溶液である。フォトレジストの残余を酸性媒体中で濯ぎを行うことによって除去することができる。マスキング層をエッチングした後、シリコン結晶ウェハを強塩基性溶液で異方性エッチングする。特に好ましいエッチング溶液は、水性の３０％（重量）水酸化カリウム溶液である。この工程は、溝形成のためのエッチングを完結するのに必要な時間の長さを短縮するため、高められた温度で行うことができる。８０℃ の温度は、十分に短いエッチング時間を生じるということが判明した。エッチングの深さは、エッチング溶液の濃度、エッチングを実施する温度、エッチング溶液を基板に接触させる時間あるいはこれらのファクタの組み合わせを調整することによってコントロールすることができる。溝の深さをコントロールすることは、導波路に対する光ファイバの最適なアライメントを保証するうえで重要である。一例としてシングルモードファイバを使用した場合には、挿入したファイバのコア（ファイバの表面から約６２．５μm ）がそれに対応する導波路のコアと同一の高さを有するのを保証するため、１４０〜１６０μmの範囲の溝の幅（基板の上部表面で）が望ましい。（この溝の幅は、以下に記載するポリマーハウジング形成方法に特有な寸法の変化を理由として最適と思われるものよりも若干大である。）溝の深さは、使用されるべきファイバの種類に応じて約５０〜５００nm、好ましくは６０〜２００μmであることができる。溝は、得られたハウジングの溝に挿入されたファイバが強固に保持及び支持されるような長さであるべきである。約３mmの長さが有利であるけれども、この目的のためには１mmのような小さな溝の長さが有効てあることができる。一部の用途の場合には、テーパーを有する溝を提供するのが望ましい（すなわち、ファイバの挿入を補助するため）。例えば、外側の端部から導波路に向かって（水平に）狭くなっておりかつそれと同一の方向に（垂直に）テーパーがかかっている溝であると、ファイバの挿入プロセスがより容易になるであろう。所望とする溝をエッチングした後、シリコン窒化物マスキング層の残余を除去する。この除去は、先に示したものと同一のタイプのマスキング層エッチングによって達成することができる。完了した時に、このプロセスでは、所望とする溝パターンがエッチングされたシリコン結晶ウェハが得られる。２．チャネルパターニング後のシリコン結晶ウェハの中央部分、すなわち、２組の溝の中間の部分に、好ましくは付着促進剤を適用した後に、もう１つのフォトレジスト層を付着させる。この層は、２００μmまで、好ましくは１００μmまでの厚さに適用することができる。次いで、このフォトレジスト層を、溝形成プロセスと同様に、パターニングし、光照射し、そして現像する。チャネルの寸法をコントロールすることは非常に重要である。なぜならば、チャネルの寸法は、光ファイバのコアの寸法にできるかぎり近づけるべきであるからである。チャネルの幅及び深さは、マスクのパターンを精確に設計し、フォトレジストが光源に曝される（上記のようにして）時間をモニタリングし、現像液でフォトレジストをエッチングする際の時間を調節し、あるいはこれらの変更要因を組み合わせることによって、入念に調整される。幅及び深さは、１〜２００ μｍ、好ましくは５〜100μm、さらに好ましくは約５〜８μmであり、そしてこれらのチャネルと位置合わせされるべきファイバの種類に依存するであろう。例えば、１．３１及び１．５５μmの波長で動作せしめられるシングルモードの光ファイバをカプリングさせる予定であるならば、チャネルの幅及び深さは、約８ μm、シングルモードファイバのコアの直径、となるであろう。一部の用途では、この溝形成プロセスを、シリコン結晶ウェハのうちチャネルと溝の底部の間のべべル（面取り）部分に委ねてもよい。この部分は、ファイバ保持溝と導波路の間にトレンチを形成するため、溝／チャネル界面を横切ってカッティングを行うことによって修正することができる。このカッティングを行うためにダイヤモンドエッジ付きのノコギリを使用することができる。スピンコート法（フォトレジスト材料の適用に用いられる）は、表面の不連続部（すなわち、溝）においてフォトレジスト材料の蓄積を生じる傾向を有している。このような蓄積は、一様な深さを有しているチャネルの形成を妨害するものである。このような蓄積を軽減するために、一連の高ｒｐｍスピンコーティング及び乾燥を使用して適当な厚さを有する層を形成することができる。この方法により、ウェハにフォトレジスト材料を塗布し、それをシングルの低ｒｐｍスピンコーティング法に供する場合よりも、フォトレジスト厚さの均一性のより良好なコントロールが提供される。フォトレジストを付着させた後、溝／チャネル界面のフォトレジスト材料を、その溝／チャネル界面のエッジから１mmまで、好ましくは数百ミクロンまで、フォトリソグラフィによって除去する。換言すると、チャネルのマスクは、チャネルと溝の中間において幅1m mまでの垂直のギャップが形成されるように設計を行う。フォトレジストを露光及び現像する場合に、この垂直なギャッブで、チャネルの末端と溝の末端との間に小さなスペースが形成される。基板のうちこれらのスペースの形成によって露出せしめられた部分は、ダイヤモンドエッジの付いたノコギリで、好ましくはシリコン結晶ウェハのべべル部分をカットするのと同時に、基板の溝中に挿入されるファイバの最も低い個所と少なくとも同じ深さまでカットすることができ、したがって、このようなファイバが対応の導波路の端部に対してクリアな光路を有するようにすることができる。必要に応じて、基板のうち導波路が配置されるべき部分にリザーバ（溜め）を同様にエッチングもしくはカットすることができる。これらのリザーバは、これらのマスタから製造されるハウジングのチャネルに充填される過剰のモノマーを補足しかつ保存する手段として作用する。これらのリザーバは、チャネルとほぼ同じ長さであり（すなわち、少なくとも数ミリメータ）、しかし、それらの幅及び深さは、任意の過剰のモノマーの実質的な部分が補足されるのを保証するため、より大きくなるであろう。これらのリザーバは、チャネル及びリザーバを垂直に接続するトレンチによってチャネルの末端に接続せしめられる。このトレンチは、好ましくは、先のパラグラフにおいて説明したギャップにおいてカットせしめられる。Ｂ．カバーこの部材は、基板とほとんど同一の手法に従って形成せしめられる。換言すると、溝及びチャネルは、上記したようにシリコン基板中に形成せしめられる。もしもカバー中にチャネルを同様にして形成するならば、基板中におけるそのチャネルの深さは、チャネル全体の深さがファイバコアの直径と同一となるように調節すべきである。しかしながら、このチャネル形成工程は、フラットなカバーが得られるようにするため、省略することができる。このようにした場合、ハウジング片を形成した後にカバーのチャネルが基板のチャネルと不適切に位置合わせされるというような可能性を排除するたとができる。別法によれば、カバーにおいてのみチャネルを形成することができる。このようにすると、基板に関しての上記したようなチャネル形成工程を省略することができる。この別法で、フラットであるハウジング基板が形成されるようなマスタが得られる。すなわち、ハウジングによって透過せしめられるあらゆる光は、カバ内に完全に配置せしめられたチャネル型導波路のコアを通過せしめられるであろう。 II．金型の作製先の項で説明したマスタから電気メッキ法によって金型を作製する。この方法により、所望とする溝及びチャネルパターンを装備した耐久性のある金属製の金型が製造される。シリコン／フォトレジストマスタに最初に例えばニッケル、銅、亜鉛、銀又は金属合金のような金属の薄膜を被覆して導電性のシード層を提供する。このシード層は、好ましくは、約２０nmの厚さである。被覆後のマスタに、ニッケルが特に有利であるというものの、例えばニッケル、亜鉛又は銀のような金属の約０．６４mm（２５ミル）を電気メッキする。特に有利な金型は、ニッケルシード層上に電気メッキしたニッケルである。次いで、金型をマスタから分離する。この分離は、任意の物理的な手段、例えば２つの部片に剥離することによって行うことができる。ニッケル金型からのマスタの離型は、プラズマ強化化学蒸着法を使用してシリコン／フォトレジスト表面（マスタの）にシリコン酸化物を最初に蒸着することによって強化することができる。この離型層は、好ましくは、約１００nmの厚さを有している。 III．ハウジングのマイクロ複製本発明のハウジングは、基板及びカバーを含んでいる。そのために、これらの両方の部材をそれらのそれぞれの金型で形成しなければならない。基板及びカバーのどちらとも、キャスティング（流し込み成形）法あるいは射出成形法のいずれかによって形成することができる。組み立てを行う場合には、できるかぎり小さいカプラーが通常望ましいというものの、本発明の光カプラーは数センチメートルまでの長さであり、そして数ミリメートルまでの厚さを有している。カプラーの幅は、挿入されるべき入力側又は出力側のファイバの数に依存するであろう。例えば、単純な１×１又は１×２のカプラーは非常に狭くすることができ（すなわち、２本の光ファイバの幅とほぼ同じ）、他方において、２０本もしくはそれ以上の入力側又は出力側のファイバを有しているカプラーは、有意に幅広となるであろう。ハウジングの基板及びカバーは、光ファイバのクラッドの屈折率に非常に類似する、好ましくは１×１０^-4以内の屈折率を有するべきである。いくつかの化合物はこのような屈折率を有しているけれども、より大きい又はより小さい屈折率を有しているモノマー（あるいはモノマーの前駆体）の混合物を組み合わせて、重合により所望とする屈折率を有するようにしたモノマー混合物を提供することができる。本発明のハウジングを形成するのに有用なポリマーは、エポキシ、ポリ（メタ）アクリレート、ポリ（ビニルアズラクトン）、ポリウレタン、そしてポリウレアを包含している。これらのポリマーは、任意であるけれども、それらの屈折率を低下させるため及び近赤外波長における吸収ロスを低減するため、例えばフッ素及び重水素のような原子で置換されていてもよい。追加的に、より低い屈折率及び低下せしめられた熱膨張係数を提供するために、上記したようなポリマーが形成されるモノマー混合物に対して、コロイド状シリカ、例えば米国特許第４，８８５，３３２号に記載されているものを添加することができる。適当なモノマーの組み合わせの一例として、米国特許第４，９６８，１１６号（１１欄）に記載のように、ペルフルオロシクロヘキシルアクリレート（ＰｃＨＡ）と例えば８９：１１（重量）のような比率で混合されたＰｈｏｔｏｍｅｒ^TM ４１２７プロポキシル化ネオペンチルグリコールジアクリレート（ＨｅｎｋｅｌＣｏｒｐ．；Ｍｏｒｒｉｓｔｏｗｎ，ＮＪ）又はエチレングリコールジメタクリレート（ＡｌｄｒｉｃｈＣｈｅｍ．Ｃｏ．；Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）であって、約１％（重量）の光開始剤、例えばＩｒｇａｃｕｒｅ^TM６５１，２，２ −ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン（Ａｌｄｒｉｃｈ）を有しているものを挙げることができる。また、ポリマーの溶解性を低下させかつそのポリマーのガラス転移温度を上昇させるため、架橋剤、例えば多官能性アクリレート、例えばトリメチロールプロパントリアクリレート（ＴＭＰＴＡ）（ＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＰｏｌｙｍｅｒＰｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．；Ｏｎｔａｒｉｏ，ＮＹ）を添加することもできる。たとえ次のような技法が選択されたとしても、ハウジングについて得られる基板部材は、その一方の端部上に入力側光ファイバ保持のための溝を有し、その他方の端部のところで出力側光ファイバ保持のための溝を有し、そしてこれらの２組の溝の中間のところで所望とするチャネルパターンを有している。マスタについては精確なエッチングが行われているので（前記した）、溝に挿入されるべきファイバは、それらに対応するチャネルの入口又は出口と位置決めされるであろう。Ａ．キャスティングキャスティング技法は、基本的に、液体モノマー又はモノマーの混合物を金型に注加し、次いでそれ（それら）を硬化させる工程を包含している。少なくとも溝の充填を行いかつ溝及び導波路を含めた金型の表面を被覆するため、十分な量のモノマー又はモノマー混合物を使用すべきである。必要に応じて、モノマーの適用に先がけて、金型からのハウジングの分離を促進するために、離型剤、例えばＭｏｌｄＲｅｌｅａｓｅ２２５^TM（ＲＡＭＰｒｏｄｕｃｔｓ；Ｇａｒｄｅｎｉａ，ＣＡ）を金型に適用することができる。モノマー（あるいはモノマーの混合物）を金型に注加した後、頑強なバッキング、例えばポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（カーボネート）又は例えばアルミニウムあるいはステンレス鋼のような金属をモノマーに対して押しつけることができる。このことは、基板が特定量の構造的一体性を呈示しなければならないような場所において望ましい。次いで、モノマー（あるいはモノマーとラスバッキングの組み合わせ）を、この技術分野において公知な様々な光又は熱的手段のいずれかによって硬化させる。次いで、この硬化後のハウジング及び、もしも使用したならば、バッキングを金型から物理的に分離する。もしもポリマーバッキングを使用したならば、そのバッキングを酸素プラズマで処理してポリマーハウジングに対するその付着力を高めることができる。この処理は、酸素雰囲気（約２６．７Ｐａ、すなわち、２００ミリトル）を有する反応性イオンエッチング室中にバッキングをほぼ１０分間にわたって収容することを包含している。もしも金属のバッキングを使用したならば、基板に対するその付着力を付着力促進剤によって促進することができる。Ｂ．射出成形本発明のハウジングを形成するため、同じくこの技術分野において公知な標準的な成形法を使用することができる。これらの技法は、金型を射出成形装置に入れ、これに適当な光学的性質（例えば「キャスティング」の項で説明したもの）を有するポリマーを射出し、次いで金型から分離することを必要としている。複製したハウジングを金型から分離する前あるいはその後、その複製したハウジングにバッキングを接着することができる。 IV．カプラーの組み立て所望とするパターンを有するハウジングを調製した後、入力側及び出力側の光ファイバをそれらに対応するチャネル型導波路のコアに精確に位置合わせするような２，３の簡単な工程で受動型の光カプラーを製造するであろう。１種類もしくはそれ以上の重合可能なモノマーの混合物を基板及びカバー部材のいずれか一方もしくは両方に形成されたチャネル中に注加する。基板及びカバーの製造において使用したものと同様な、フッ素化及び重水素化誘導体ならびにコロイド状シリカ含有モノマーを含めたモノマーを使用することができる。モノマー（あるいはモノマーの混合物）を硬化させて導波路コアを形成した後、そのような導波路コアの屈折率は、好ましくは、挿入されるべき光ファイバのコアの屈折率にできるかぎり近いものである。さらに加えて、シングルモードのファイバ導波路の場合、導波路コアのポリマー（すなわち、硬化したモノマー）の屈折率は、好ましくは、ハウジングの屈折率よりも７×１０^-3よりも大ではなく、２×１０^-3よりも小さくない。（マルチモードのファイバを使用すべき場所では、導波路コアのポリマー及びハウジングの屈折率の間のこの差は、好ましくは、０．５よりも大ではない。）所望とするならば、多官能性のアクリレート及びメタクリレート、例えばＴＭＰＴＡを組成物に添加して導波路コアのポリマーを架橋させることができる。次いで、劈開せしめられたかもしくは研磨せしめられた光ファイバを、チャネルが配置せしめられる部片の溝の部分に挿入する。（もしもチャネルを両方の部片に形成したならば、いずれか一方の部片の溝にファイバを挿入することができる。）次いで、この第１のものの上にその他のハウジング部材を載置し、その溝と第１の部片のものとで光ファイバの周囲に滑り嵌めを形成する。次いで、所望の場合には、この技術分野において公知ないろいろな光又は熱的手段のいずれかによってアセンブリを硬化させてもよい。ファイバとチャネル型導波路のコアの間の僅かな程度の分離はカプリング効率に著しい影響を及ぼさないというものの、ファイバは、好ましくは、チャネル型導波路のコアに対して直接的に突き合わせられるであろう。別法によれば、光ファイバを挿入した後、カバー及び基板に液体モノマーを充填することができる。部片を一緒に嵌合してハウジングアセンブリを形成した後、直ぐ先の部分で記載したようにしてモノマーを硬化させることができる。基板及びカバーの溝及びチャネルのアライメントをより容易にするため、常用の締結手段を包含するように部片を改良することができる。例えば、基板のマスタを改良して１個もしくはそれ以上の小さな突起を含むようにすることができ、一方、カバーのマスタを改良して前記突起に嵌合する補完の小さな窪みを含むようにすることができる。別法によれば、カバーに突起を含ませ、一方、基板に補完の窪みを含ませることができる。また、部片のうちのあるものに、別の部片の補完の包囲型トラフに滑り嵌合せしめられるような包囲型リッジを形成してもよい。カプラーの組み立てを行った後、それを保護用のジャケット内に収容することができる。このジャケットは、ポリマー製あるいは金属製のいずれであってもよい。本発明の目的及び利点は、さらに、以下に記載する実施例によって説明することができる。これらの実施例で記載するところの特定の材料及びその量ならびにその他の条件及び詳細は、本発明を不当に限定するものではないことを理解されたい。実施例例１：マスタにおける溝の形成清浄な３インチのシリコンウェハ上で、６０標準立方センチメートル毎分（sc cm）のＮＨ₃及び２０sccmのジクロロシランの混合物を８００℃で約３０分間にわたって使用して、シリコン窒化物の層（約１００nm）を成長させた。このシリコン窒化物の層に、ＳｈｉｐｌｅｙＣ−５０^TM付着促進剤（ＳｈｉｐｌｅｙＣｏ．，Ｉｎｃ．；Ｎｅｗｔｏｎ，ＭＡ）の過剰量をスピンコートし、次いで、室温で２，３分間にわたって乾燥した。その後、Ｓｈｉｐｌｅｙ１８１８^TMフォトレジストの過剰量をシリコン窒化物層上に４０００ｒｐｍでスピンコートした。次いで、コート後のウェハを９０℃で約３０分間にわたってベークした。ウェハを熱源から離した後、１−入力側ファイバ／ｌ−出力側ファイバパターンを有するマスクを＜１１０＞結晶方向に沿って位置合わせした。フォトレジストを、マスクを載置したウェハを水銀ランプ（λ＝４００nm）に５．５ｍＷ／cm²で約２０秒間にわたって露光することによって、パターニングした。マスクを取り除き、そしてフォトレジストをＳｈｉｐｌｅｙ３１９^TM現像液に浸漬した。次いで、ウェハを水で洗浄し、そして１２０℃で入念に乾燥した（約５分間）。ファイバ溝の領域のシリコン窒化物を反応性イオンエッチング（２０sccmのＣＦ₄及び０．５sccmの酸素で約５分間）によって除去した。残ったフォトレジストを、マスタをアセトン／イソプロパノール溶液中で、次いでＨ₂ＳＯ₄／Ｈ₂Ｏ₂ 溶液中で濯ぐことによって除去した。次いで、シリコンウェハの露出した部分を３０％（重量）のＫＯＨの水溶液で８０℃の温度及び１．４μm／分の速度でエッチングした。ウェハは＜１１０＞結晶方向に沿ってパターニングされたので、Ｖ字形の溝が形成された。これらの溝は、深さが１２５μm、そして長さが３mmであった。溝の中間に残留したシリコン窒化物を、２０sccmのＣＦ₄及び０．５sccmの酸素中で約５分間にわたって反応性イオンエッチングすることによって除去した。例２：マスタにおけるチャネルの形成前記例１からのＶ溝のシリコンウェハに前記例１におけるようにしてＳｈｉｐｌｅｙＣ−５０^TM付着促進剤を塗布した。その後、過剰量のＳｈｉｐｌｅｙ１０７５^TMフォトレジストをウェハ上に３８００ｒｐｍで約６０秒間スピンコートした。次いで、ウェハを１００℃で約２分間にわたって乾燥した。得られたフォトレジスト層は、７．５μmの厚さを有していた。１×１パターンを有するマスクをコート後の基板上に載置した。次いで、マスキングしていないフォトレジスト領域を水銀ランプ（λ＝４００nm）に５．５ｍＷ／cm²で約８０秒間にわたって露光した。次いで、マスクを取り除き、そしてフォトレジストをＳｈｉｐｌｅｙ３１９^TM現像液で約６０秒間にわたって洗浄した。次いで、コート後のウェハを水で洗浄し、乾燥した。Ｖ字形のファイバアライメント溝の傾斜した端部を、ダイヤモンドエッジの付いたノコギリを使用して溝−チャネル界面のところでそれらの溝の端部を横切って７５μm幅のトレンチをダイス加工することによって、除去した。例３：金型の作製前記例２からの溝及びチャネルを付与したシリコン／フォトレジストマスタに、離型層として作用する１００nmのシリコン酸化物層を付着させた。この成膜は、４０sccmのＮ₂Ｏ及び８sccmのＳｉＨ₄を用いて室温でプラズマ強化化学蒸着を行うことによって実施した。この離型コーティング層上に、電子ビーム蒸着によって、２０nmのニッケルシード層を付着させた。次いで、ニッケルを被覆したマスタをステンレス鋼のプレート上に固定し、このアセンブリをニッケル対電極を含有する５０℃のスルファミド酸ニッケル溶液中に浸漬した。１時間につき２５．４μm（１ミル）のニッケルをメッキするため、０．０２２Ａ／cm²（２０Ａ／ft²）の電流を適用した。０．５１mm（２０ミル）のコーティングを適用した後、アセンブリを取り外し、そして水で濯いだ。次いで、シリコン／フォトレジストマスタからニッケルの金型を注意して剥離した。例４：ハウジングのバッキング２枚の厚さ０．５６mm（２２ミル）のポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）のシートを酸素プラズマ（室温で２６．７Ｐａ）で約１０分間にわたって処理してそれらのシートとポリマーハウジング材料の間の付着力を改良した。これらの処理後のＰＭＭＡシートを３．５cm×６cmに切断した。例５：ハウジングのキャスト−アンド−キュア式マイクロ複製前記例３からのニッケル金型を、その金型からのポリマーの離型を促進するため、ＭｏｌｄＲｅｌｅａｓｅ２２５^TM（ＲＡＭＰｒｏｄｕｃｔｓ）で処理した。その後、このニッケル金型に対して、Ｐｈｏｔｏｍｅｒ４１２７^TM（Ｈｅｎｋｅｌ）プロポキシル化ネオペンチルグリコールジアクリレート及びペルフルオロシクロヘキシルアクリレートモノマーの８９：１１（重量）混合物と、０．５％（重量）のＤａｒｏｃｕｒｅ^TM１１７３光開始剤（ＣｉｂａＧｅｉｇｙＣｏｒｐ．；Ａｒｄｓｌｅｙ，ＮＹ）を注加した。モノマー混合物に対して前記例４からのバッキング材料を押しつけ、酸素処理面をモノマーに対面させた。金型／バッキングアセンブリを、水銀ランプ（１００cm²の面積について２００Ｗの電力）に約１０分間露光した。露光が完了した後、ハウジング／バッキング単位をニッケル金型から剥離した。ダイヤモンドエッジの付いたノコギリを使用して、ハウジング／バッキング単位を１cm×４cmの矩形に切断した。例６：カプラーの組み立て多数の孔が内部に穿たれている金属ブロック上に、それぞれの末端に１つのファイバアライメント溝と２つの溝の中間に直線状のチャネル接続部を有するポリマー基板を載置した。このブロックの底の部分に真空吸引を適用することによって、その部分に対して基板をピッタリと保持した。挿入目的で、λ＝１．３μmでシングルモードを伝送するＳＭＦ−２８^TM光ファイバ（ＣｏｒｎｉｎｇＩｎｃ．：Ｃｏｒｎｉｎｇ，ＮＹ）を劈開によって調製した。これをもって、実質的にフラットな末端面が得られた。これらの劈開ファイバの１つを基板のファイバアライメント溝の１つに収容し、そして基板の端部から数ミリメートル離れて位置するバネで付勢したクリップにより適所で保持した。その他のファイバも同様に挿入し、そして保持した。前記例５に記載したものと同様なモノマー及び光開始剤の混合物〔７％（重量）のＰｃＨＡを使用〕を調製した。この混合物の１滴を基板上に落とし、そしてファイバを挿入した。この１滴は、基板にコーティングを行い、そしてチャネル及び溝を充填するのに十分であった。このモノマーをコートした基板上に、基板のそれと位置合わせしたファイバアライメント溝を有するポリマーカバーを載置した（ｇｒｏｏｖｅｓｉｄｅｄｏｗｎ）。カバーの上面にガラススライドを載置し、過剰量のモノマーを絞り出しかつファイバの周囲にカバーをピッタリと嵌合させるため、下方に向けて押しつけた。次いで、ガラススライドを感圧接着剤のテープで金属ブロックに固定した。固定したカプラーを、モノマー混合物が硬化してしまうまで、水銀ランプに露光した（前記例５と同一の条件）。ＰＳＡテープ及びガラススライドをカプラーから取り除き、そしてカプラーを金属ブロックから取り外した。例７：光カプリング効率金属ブロック（前記例６を参照）に取り付けた直線チャネル型のポリマー基板の複製品に前記例６に記載のようにして調製した２本のファイバを挿入した。この基板のチャネル幅は９μmであり、そしてＶ溝の上面における幅は１５７．５ μmであった。ｎ_D＝１．５６を有する屈折率適合オイル（Ｒ．Ｐ．ＣａｒｇｉｌｌＬａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．；ＣｅｄａｒＧｒｏｖｅ，ＮＪ）の１滴を基板上に落として導波媒体として作用させた。対応のファイバアライメント溝を有するカバーを１滴の水を使用して透明なガラスブロック上に一時的に固定、ｇｒｏｏｖｅｓｉｄｅｕｐ、した。次いで、このカバー／ガラスブロック結合体を金属プレート内の窪んだ孔に挿入し、そしてガラスブロックを金属プレートに締めつけた。カバー中の溝を基板中のそれに実質的に位置合わせするため、カバー／ブロック／プレートを反転させ、基板上に載置し、そして締めつけた。次いで、ファイバ溝のアライメントを最適化するため、基板が取り付けられている金属ブロックを横方向に配置した。アライメントを最適化した後（顕微鏡を使用して観察）、基板がカバーに対して押しつけられるまで、金属ブロック／基板部片を上方に移動した。１．３１μmの波長の光を１本の光ファイバの末端に送出した。ファイバの末端における測定値（基板に挿入する前）は、導波路の入口において１．６８ｍＷであった。対向した光ファイバの末端のところで出力側の電力を測定した。この数値は入力側の電力に対して制限されたものであり、合計の挿入ロス９．７ｄＢを示した。本例におけるカプリング条件は最適化されなかったけれども、ある程度の出力電圧が観察された。このことは、本発明のカプラーは入力側及び出力側の光ファイバを受動的に位置合わせすることができることを示している。当業者であれば、本発明の範囲及び精神を逸脱することなく種々の変更及び改良を施し得ることが明らかとなるであろう。本発明は、本願明細書に記載の典型的な態様に不当に制限されるべきものではない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者リー，ツ−チェンアメリカ合衆国，ミネソタ 55133―3427, セントポール，ポストオフィスボックス 33427（番地なし) (72)発明者スベンテク，ブルースエー. アメリカ合衆国，ミネソタ 55133―3427, セントポール，ポストオフィスボックス 33427（番地なし) (72)発明者クロス，エリザエム. アメリカ合衆国，ミネソタ 55133―3427, セントポール，ポストオフィスボックス 33427（番地なし) (72)発明者ウェラー−ブロフィー，ローラエー. アメリカ合衆国，ミネソタ 55133―3427, セントポール，ポストオフィスボックス 33427（番地なし)

Claims

【特許請求の範囲】１．基板及びカバーを結合させることによって形成された単位構造体であるポリマーハウジングを含む一体型のｎ×ｍ光カプラーであって、 (a) ｎ本の入力側光ファイバ、 (b) 前記基板及び前記カバーの少なくとも一方に形成されたｎ本の入口側導波路であって、同じく前記基板及び前記カバーの少なくとも一方に形成されたｍ本の出口側導波路に分岐もしくは集束せしめられているもの、及び (c) ｍ本の出力側光ファイバ、を有し、その際、前記ｎ本及びｍ本のファイバの両方がシングルモードもしくはマルチモードを支持し、ここで、ｎ及びｍは、独立して、１〜１０２４の整数であり、前記ハウジング内の正確に位置合わせされた溝によって、前記ｎ本の入口側導波路が、それぞれ、前記ｎ本の入力側光ファイバのそれぞれのコアに位置合わせされておりかつ前記ｍ本の出口側導波路が、それぞれ、ｍ本の出力側光ファイバのそれぞれのコアに位置合わせされており、前記溝の少なくとも一部分は、任意であるけれども、前記光カプラーの外部からそのカプラーの内部に向かって平面及び垂直方向の少なくとも１方向においてテーパー加工されており、その際、前記ｎ本及びｍ本の光ファイバは、任意であるけれども、前記導波路のコアに直接的に接触せしめられており、前記導波路には、少なくとも１種類の、硬化せしめられて導波路のコアを形成可能な重合性モノマーが充填せしめられており、前記カプラーが任意にバッキングに付設されている、一体型光カプラー。２．前記ｎが１であり、そして前記ｍが２である、請求の範囲第１項に記載の光カプラー。３．前記ポリマーハウジングのポリマーが、エポキシ、ポリ（メタ）アクリレート、ポリ（ビニルアズラクトン）、ポリウレタン及びポリウレアからなる群から選ばれ、前記ポリマーは、任意に、フッ素原子、重水素原子及びコロイド状シリカの少なくとも１種類を含んでいる、請求の範囲第１項に記載の光カプラー。４．前記少なくとも１種類のモノマーが、エポキシ、（メタ）アクリレート、ビニルアズラクトン、ウレア及びウレタンモノマーあるいはその前駆体からなる群から選ばれ、前記モノマーは任意にフッ素又は重水素原子を含み、但し、前記少なくとも１種類のモノマーの屈折率は、硬化後、前記ポリマーハウジングのポリマーの屈折率よりも０．００２〜０．５大である、請求の範囲第１項に記載の光カプラー。５．前記少なくとも１種類のモノマーが導波路のコアを形成するために重合せしめられており、その際、前記導波路のコアは、任意に、前記ｎ本及びｍ本の光ファイバのコアのものと実質的に同じ屈折率を有し、そして前記ハウジングは、任意に、前記ｎ本及びｍ本の光ファイバのクラッドのものと実質的に同じ屈折率を有している、請求の範囲第１項に記載の光カプラー。６．光ファイバ及びチャネル型の導波路のコアを取り込みかつ予め位置合わせするためのポリマーハウジングであって、 (a)（ｉ）第１の部分であって、その１つの水平面が、ｎ本の入力側光ファイバを保持するためのｎ本の溝を有しているもの、（ii）第２の部分であって、その１つの水平面が、ｍ本の出口側導波路に分岐もしくは集束せしめられるｎ本の入口側導波路を有しているもの、及び（iii）第３の部分であって、その１つの水平面が、ｍ本の出力側光ファイバを保持するためのｍ本の溝を有しているもの、を含む基板、及び (b)（ｉ）第１の部分であって、その１つの水平面が、ｎ本の入力側光ファイバを保持するためのｎ本の溝を有しているもの、（ii）第２の部分であって、その１つの水平面が実質的に平坦であり、そして、任意であるけれども、ｍ本の出口側導波路に分岐もしくは集束せしめられるｎ本の入口側導波路を有しているもの、及び（iii）第３の部分であって、その１つの水平面が、ｍ本の出力側光ファイバを保持するためのｍ本の溝を有しているもの、を含むカバー、を含み、ここで、ｎ及びｍは、独立して、１〜１０２４の整数であり、前記ｎ本の溝及び前記ｍ本の溝は、そこに保持されるべき光ファイバのコアが前記した対応の導波路の端部と適正に位置合わせされるように作り上げられており、また、その際、前記溝の一部分は、任意であるけれども、前記光カプラーの外部からそのカプラーの内部に向かって平面及び垂直方向の少なくとも１方向においてテーパー加工されており、前記基板及びカバーは、これらの２つの部材を接着力を介して一緒に接合して実質的に単一のハウジングを形成できるような形で形成されており、前記基板及びカバーは、任意に、前記基板及びカバーを固定するための補完手段を有しており、前記補完手段は、係合させた場合に前記カバー及び基板を位置合わせして整合できるように設計されており、前記ハウジングは、任意に、下記のものの少なくとも一方： (1) 前記導波路を充填しかつ前記溝を少なくとも部分的に充填する少なくとも１種類のモノマー、及び (2) 前記少なくとも１種類のモノマーの過剰量を補集するための手段、を含んでいる、ポリマーハウジング。７．前記モノマーが、エポキシ、（メタ）アクリレート、ビニルアズラクトン、ウレア及びウレタンモノマーあるいはその前駆体からなる群から選ばれ、前記モノマーは任意にフッ素原子、重水素原子及びコロイド状シリカの少なくとも１種類を有している、請求の範囲第６項に記載のポリマーハウジング。８．下記のものの少なくとも１つ： (1) ｎは１でありかつｍは２であること、 (2) 前記溝は、５０〜５００μｍの深さを有していること、そして (3) 前記導波路は、１〜２００μｍの幅及び深さを有していること、が当てはまる、請求の範囲第６項に記載のポリマーハウジング。９．請求の範囲第６項に記載のポリマーハウジングが上方に形成されておりかつ任意にニッケルを有している、一体型光カプラーの金型。１０．請求の範囲第９項に記載の金型が上方に電気メッキされておりかつ任意にシリコン、シリコン上のシリコン酸化物及びシリコン上のポリマーフィルムの少なくとも１つを含んでいる、マスタツール。１１．請求の範囲第９項に記載の金型を製造するための方法であって、下記の工程：ａ）シリコンウェハをフォトリソグラフィでエッチングしてファイバアライメント溝を形成し、ｂ）前記ウェハにフォトレジスト材料を塗布し、ｃ）前記フォトレジストにおいて、前記ファイバアライメント溝と位置合わせされた導波路をパターニングし、ｄ）前記パターニング後のウェハに金属の層を電気メッキして前記ウェハに対して金属補完物を付与し、そしてｅ）前記金属補完物を前記ウェハから分離すること、を含んでなる、金型の製造方法。１２．一体型光カプラーを組み立てるための方法であって、下記の工程：ａ）下記のいずれか一方： (1)請求の範囲第６項に記載のポリマーハウジングの基板中のｎ本及びｍ本の溝のそれぞれに、ｎ本の入力側光ファイバ及びｍ本の出力側光ファイバを挿入すること、又は (2)前記基板の上面に重合性モノマーを適用して、前記ファイバを取り囲みかつその導波路を充填し、そして、重合後、導波路コアを形成すること、を行い、ｂ）前記工程ａ）において行われなかった前記ａ）(1)及び(2)のいずれかを行い、ｃ）前記基板上に前記ポリマーハウジングのカバーを載置し、その全体を平坦なプレートの中間で圧縮して完全なハウジングを形成し、そしてｄ）前記ハウジングを硬化させること、を含んでなる、一体型光カプラーの組み立て方法。