JPH0396906A - オプトエレクトロニクス部品のための多重ファイバ整列形パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光ファイバを通過する信号を発生または処理
するオプトエレクトロニクス部品のパッケージング（包
装）に関するものである。特に、本発明は、光増幅器な
どの単一のパッケージされたオプトエレクトロニクス集
積回路部品に対して複数の光のファイバの安定且つ低コ
ストのアライメントを提供するという重大な欲求を解決
せんとするものである。

オプトエレクトロニクスパッケージとはその中に包含さ
れた能動部品および受動部品の両方の保護および支持を
提供する容器またはハウジングである。これらの部品お
よびそれらの相互連絡によって、光一電気回路およびパ
ッケージの機能が画定される。パッケージはまた内部の
部品を通常は電気的フィードスルーおよび光ファイバな
どの外部環境と接続する手段を備える。本発明は、光フ
ァイバおよびパッケージ内の部品に対するその接続に向
けられるものである。

［発明が解決しようとする課題］ 光ファイバおよびパッケージ内の部品との間の光学的接
続を行うために、光ファイバと部品との間の効率の良い
カップリングが許容される仕方で光ファイバを位置決め
ないし整列することが必要である。アライメントにとっ
て必要とされる精密さは発光部品または受光部品の大き
さ、光ファイバの種類、光ファイバに対するレンズなど
の可能な任意の集光または集光解除部材の種類に依存す
る。光ファイバは、その直径よりも非常に小さな内部の
コアを通じて光を伝送する。パッケージ用半導体部品で
現在使用されている光ファイバには、コア径がそれぞれ
１０μｍおよび１００ＬＬｍの単一モード形および多重
モード形の２つの種類がある。たいていの遠距離通信シ
ステムが単一モードファイバを使用する。単一モードフ
ァイバは、モード分配ノイズから生ずるノイズを減ずる
のに優れているからである。

半導体部品へ光ファイバを接続することは困難である。

１ミクロンの桁の非常に厳格な公差が、半導体部品の能
動帯域の寸法の小ささ（約１ミクロン）により要求され
る。追加の問題が、２本以上の光ファイバが単一の部品
へ結合されるのが必要なときに生ずる。これは、複数の
光ファイバに対する半導体部品の同時アライメントまた
は逐次のアライメントのいずれかを不可避的に必要とす
るからである。同時アライメントは、同時にすべての光
ファイバ位置の急激な「凍結」動作を必要とするので、
困難である。逐次のアライメントは後述するように、費
用がかかり且つ時間がかかる。

複数の光ファイバの結合が必要とされる半導体部品の例
が第１ａ図および第１ｂ図に図示されている。第１ａ図
は、並列処理動作などの目的のための光源として使用さ
れる３つの半導体レーザの配列体１０の平面図である。

能動層は参照番号１２により指示されておりそして射出
ビームは参照番号１４により指示されている。光ファイ
バは、レーザー発光射出ビーム１４へ結合されねばなら
ない。第１ｂ図は、一方の端部で光を受光しそして他方
の端部で増幅光を射出する能動層１６を有する傾斜面レ
ーザー光学増幅器１５の平面図である。一つの光ファイ
バ１７が光信号を増幅器］５へ結合しなければならずそ
して別の光ファイバ１８が増幅出力に結合しなければな
らない。第１ｂ図に図示された増幅器１５ば、能動層１
６に関して７゜だけ傾斜した面１９（ミラー）を有する
。この傾斜によって、能動層１６での内部反射が減ぜら
れそして光信号のより大きな増幅が可能となる。（Ｃ．
Ｅ．　Ｚａｈ．Ｃ．　Ｃａｎｅａｕ．Ｆ．　Ｋ．Ｓｏｈ
ｋｏｏｈｉ、Ｓ．　Ｇ．　Ｍｅｎｏｃａｌ．　Ｆ．　Ｆ
ａｖｉｒｅ．　Ｌ．　ＡＲｅｉｔｈおよびＴ．　Ｐ．　
Ｌｅｅらによる、１９８８年発行のＥｌｅｃｔｒｏｎｊ
ｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　２４、］２７５頁所収の１．３
ｇ　ｍ　　ＧａＩｎＡｓＰ　Ｎｅａｒ−Ｔｒａｖｅｌｌ
ｉｎｇ−ＷａｖｅＬａｓｅｒ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ　
Ｍａｄｅ　ｂｙ　（：ｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆＡｎ
ｇｌｅｄ　Ｆａｃｅｔｓ　ａｎｄ　Ａｎｔｉｒｅｆｌｅ
ｃｔｉｏｎ　Ｃｏａｔｉｎｇｓ”と標題のふされた論文
、および．Ｊ．　ＬａＣｏｕｒｓｅ、Ｗ．　Ｒｉｄｅｏ
ｕｔ．　Ｐ．　Ｇａｓ］ｉｏｌｉ．　Ｅ．　Ｍｅｌａｎ
ｄらによる１９８９年９月５〜８日のマザチューセツツ
州ボストンにおけるＳＰＩＥＯＥ／　ＦＩＢＥＲＳ’８
９にて提出せら１１ れた”　１．３　ｔｔｍ　Ｔｉｌｔｅｄ−Ｃａｖｊ．ｔ
ｙ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｌａｓｅｒ　Ａｍｐ
ｌｉｆｉｅｒ”と標題のふされた論文を参照されたい）
。しかし、傾斜面ｌ９は、最適な結合が行われるために
は、人力側および出力側光ファイバ１７、１８ば２３゜
だけ面１９に関して傾斜されねばならないという別の問
題を招く。これは屈折に関するスネルの法則、 ｎ　ａｉｒ　Ｓ　１　ｎθａｒｔ　＝　ｎ　ａｅｖ：ｅ
ｅｓ　１　ｎθｌｌｅＶｉｅｅ（ここで、ｎ　ａ　ｉ　
ｒは空気の屈折率（約１）であり、θａ，ｔは空気中の
ビームの（面に垂直な方向に対して測定された）ピーク
角度であり、ｎａｅｖ＋ｃａは半導体材料の屈折率（標
準的には約３　３）であり、θａｅｖｔｅｅは（面に垂
直な方向に列して測定された）部品内部の能動層の角度
である）から生ずる。たとえば、もし第１ｂ図に図示さ
れるように、θｌｌｅＶｉｅｅが７゜であれば、この式
は躬出ビーム１８がθ．．，＝２３゜にて傾斜されるこ
とを指示する。

第２図は、Ｆ　；ｌｊｉ的な遠距１ｉ１ｔ通信部品の高
速レーザーと単一モードファイバとの間のカップリング
１２ （結合）性能を図示する。ここで、光ファイバの位置感
度は、それ自体の部品よりも非常に小さな大きさの１μ
ｍと同程度とされる。従来技術は最近まで１パッケージ
当りただ一つの単一モー１〜光ファイバについてこのよ
うな精密なアライメントを行う方法を示ｔ（Ｓ．　Ｅｎ
ｏｃｔ］ｓによる１９８７年発行のＰｒｏｃ．　ＳＰＩ
Ｅ　７０３、４２頁所収の”Ａ　Ｐａｃｋａｇｉｎｇ　
Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｔｏ　Ａｃｈｉｅｖｅ　Ｓｔａｂ
ｌｅＳｉｎｇｌｅ−Ｍｏｄｅ　Ｆｊｂｅｒ　Ｌａｓｅｒ
　Ａｌｊｇｎｍｅｎｔ　”と標題の付された論文を参照
されたい）。別のアライメントの方法は、グレーデッド
インデックスレンズを使用するが、追加の光学部品を整
列するという複雑さがイ」加される（Ｉ、．Ａ．　Ｒｅ
ｉｔｈ　．　Ｊ．　Ｗ．Ｍａｎｎ、Ｐ．　Ｗ．　Ｓｈｕ
ｍａｔｅらによる１９８８年発行のＰｒｏｃ．ＳＰＩＥ
　８３６巻、３２７頁所収の゜’　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ
　ａＬｏｗ−ｃｏｓｔ　Ｌａｓｅｒ　Ｐａｃｋａｇｅ　
ｆｏｒ　Ｌｏｃａｌ　ＬｏｏｐＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ｓ　Ｕｓｉｎｇ　Ｇｒａｄｅｄ−Ｉｎｄｅｘ　Ｌｅｎｓ
ｅｓ　”と標題の｛−１された論文を参照されたい）。

これらの従来技術の方法は、通常低い出来高およびアラ
イメンｌ・ステップは通常パッケージ製造における最後
の段階であるという事実により、費用がかかる。問題は
、２本以上の単一モード光ファイバが同じパッケージに
対して整列されねばならないときに倍加する。

単一パッケージに対する多重ファイバ形アライメントを
行うための従来技術は、大きなコアのマルチモード光フ
ァイバを比較的大きな光源および検出器へ結合するとい
う仕事の容易さに主に関係したものである（Ｋ．Ｐ．　
Ｊａｃｓｏｎ．Ａ．　Ｊ．　Ｍｏｉｌ．Ｅ．　Ｂ．　Ｆ
ｌｊｎｔおよびＭ．　Ｆ．　Ｃｉｎａらによる１９８８
年発行のＰｒｏｃ．　ＳＰＩＥ　９９４巻、４０頁所収
の”　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｆｉｂｅｒ　Ｃｏｕｐｌｉｎｇ
　Ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ　ｆｏｒＭｕｌｔｉ−Ｃｈａｎ
ｎｅｌ　Ｌａｓｅｒ　ａｎｄ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ　Ａｒ
ｒａｙｓ”と標題の付された論文を参照されたい）。こ
れらのアライメントは、位置に対する感応性が低くそし
て光ファイバを固定するためのエボキシおよび溝形部品
とともに行われることが多い。この技術はローカルエリ
アネットワークやコンピュータにおける短長の光ファイ
バリンク接続にとっては受け入れられることができるが
、遠距離通信にとっては受け入れられない。

従来技術はまたどのようにしてレーザー溶接が、パッケ
ージに対して単一モードファイバおよび多重モードファ
イバを接続するのに使用できるかを示す（Ｄ．Ｓ．　Ｂ
ａｒｇａｒによる１９８８年発行のＰｒｏｃ．　ＳＰＩ
Ｅ　９９４巻、１１頁所収の゜’　Ａｕｔｏｍａｔｅｄ
Ｆｉｂｅｒ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ．　Ｆｉｘｉｎｇ．ａ
ｎｄ　ＨｅｒｍｅｔｉｃＳｅａｌｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ
　”と標題の付された論文を参照されたい）。最も最近
の技術は、複数の単一モードファイバをレーザ増幅器へ
結合する２つの技術を教示するものである。Ｋ．Ｈ．　
Ｃａｍｅｒｏｎらによる１９８９年発行のイギリス国、
イブスウイッチ、マーティーシャム所在のＢｒｉｔｉｓ
ｈ　ＴｅｌｃｏｍＲｅｓｅａｒｃｈ　Ｌａｂｏｒａｔｏ
ｒｉｅｓが１９８９年に発行した”Ｐａｃｋａｇｅｄ　
Ｌａｓｅｒ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ　ａｔ　１．５μｍ
　ｆｏｒＳｕｂｍａｒｉｎｅ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　”と標
題の付された論文は、逐次レーザー溶接の使用を開示す
る。残念なことに、この溶接方法は、高価なレーザーに
対する投資を必要とし、そして当初から不整列状態で接
続された光ファイバに再度作業を行うのに不適当でｌ５ あり、多くの光ファイバ接続部を持つパッケージに対し
て出来高という問題を呈示する。

多重ファイバ形レーザー増幅器パッケージのための別の
アライメント技術が、Ｌ．　Ａ．　Ｒｅｉｔｈらによる
、ニュージャージ州モリスタウン、ベルコアにより１９
８９年に発行された”　Ｓｉｎｇｌｅ　ｍｏｄｅｆｉｂ
ｅｒ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ｔｏ　ａ　ｔｒａｖｅｌｉｎ
ｇ　ｗａｖｅ　ｌａｓｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒ”と標題
付された刊行物により教示されている。この技術におい
ては、２つのグレーデッドインデックスレンズが人力と
出力で使用されている。余分の光学部品の付加は、複雑
さと、アライメント上の問題と、追加の費用とを招く。

最も最近になって、前に固定された光ファイバに関して
部品の微細操作を必要とする別の方法が示された（　Ｋ
．　ＹｏｓｈｉｎｏおよびＭ．　Ｉｋｅｄａによる、１
９８９年発行のＥｌｅｃｔｒｏｎ．　Ｌｅｔｔ．第２５
巻６２頁所収の゛’　Ｎｏｖｅｌ　Ａｓｓｅｍｂｌｙ　
Ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　Ｌａｓｅｒ−ＤｉｏｄｅＯｐｔ
ｉｃａｌ　Ｓｗｉｔｃｈ　Ｍｏｄｕｌｅ　”と標題の付
され．た論文を参照されたい）。この方法は、２つの固
定される光ファイバに対する同時のアライメントを必要
１　６ とするので、いずれの光ファイバについても個別には最
適化され得ない「妥協した」位置への半導体の位置上の
最適化を必要とする欠点がある。

本発明は、第１の光ファイバの整列および「凍結」そし
て第２の光ファイバの整列および「凍結」、・・・（以
下同様）という逐次のアライメントを行うための新規な
技術を開示するものである。

［発明の構成］ 本発明の第１の様相によれば、局所的な冷却方法によっ
て、先に整列されそして半田付けされた光ファイバが固
定保持されている間に、半導体部品に対して一時に一本
の光ファイバについてファイバ接続部のアライメントお
よび半田付けが可能となる。この方法は、熱伝導性担持
部材の選択およびこの担持部材へのオプトエレクトロニ
クス部品の装着とともに開始される。この部品に結合さ
れるべき光ファイバが、順次、ファイバ位置決め手段に
固定されそしてファイバ位置決め手段を微細操作（　ｍ
ｉｃｒｏ−ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｎｇ）することにより
、部品と逐次に能動的に整列せられる。各光ファイバが
最適なカップリングが行われるよう位置決めされると、
そのファイバ位置決め手段は担持部材へ半田イ１けされ
るとともにこの担持部材は接続位置のすぐ下で局所的に
冷却されており、一つのファイバ接続部の逐次の半田接
続が別の先に半田付けされたファイバ接続部に障害を与
えることはない。冷却動作は、担持部材の下側に付加さ
れた熱電気冷却部材の極性を反転することにより実現さ
れ、この熱電気冷却部材は、後に、オプトエレクトロニ
クスパッケージについて安定な動作濡度を維持するのに
使用される。この方法では鋭い融点の共晶合金半田また
は純金属半田の機械的性質を利用しそして安定性と高い
精密度を必要とする多重ファイバ型オプトエレクトロニ
クスパッケージに有効である。

本発明の第２の様相によれば、多重ファイバ型アライメ
ントを必要とするオプトエレクトロニクス部品のパッケ
ージ設計は内部的に局所化された冷却動作の特徴を合体
するものである。パッケージは、各ファイバごとに一つ
のファイバ位置決め手段と、担持部材と、該担持部材に
装着された部品とを備える。各ファイバ位置決め手段は
、ファイバが挿入されそして内部で適所に半田付けされ
るファイバブロックである。各ファイバブロックは、フ
ァイバブロックのすぐ下の担持部材の下側部に装着され
た対応した熱電気冷却部材を有する。熱電気冷却部材は
、ファイバブロックの逐次の半田付け動作が行われるた
めにそして使用動作の際の半導体部品の安定な動作が行
われるために担持部材に一定の温度を与えることにより
局所的な冷却動作を行う。

本発明の第３の様相によれば、局所的な半田付け動作中
の熱の放散が、いずれの２つのファイバ接続点間にも配
置される追加の担持材料および／または担持部材の開口
ないしスロット部により改善できる。

最後に、本発明の別の様相によれば、局所的な冷却方法
およびこの方法を利用する新規なパッケージは、所定の
オフセット角度で傾斜面型光増幅器部品を装着すること
により、角度傾斜型光ファ１９ イバ整列の問題を除去することが可能である。本発明の
多重ファイバ整列形パッケージはレーザー溶接にかかる
コストおよυその不確実性なしに、これらの性質のすべ
てを与える。

［実施例］ 図面を参照すると、第３ａ図および第３ｂ図は、それぞ
れ、本発明によるオプトエレクトロニクス部品のための
マルチファイバ整列形パッケージの好ましい実施例の模
式的な平面図および側面図である。第３ａ図および第３
ｂ図において、好ましい実施例が、一つのオプトエレク
トロニクス部品と整列せられる２本の光ファイバのため
のパッケージ設計を図示する特定の例により示されてい
る。本発明はこの例に限定されるものではないことを理
解されたい。３本よりも多い光ファイバが一つの部品と
整列され得るしまた２本またはそれ以上の光ファイバが
本発明のパッケージ内の２つまたはそれ以上の部品のそ
れぞれと整列され得る。また、第３ａ図および第３ｂ図
の実施例は、オプトエレクトロニクス部品を傾斜面形光
増幅器２０ として図示している。しかしいずれの発光および／また
は受光部品も本発明の実施で使用可能であることを理解
されたい。標準的にはこれらの部品は半導体素子である
。

第３ａ図および第３ｂ図の実施例で参照番号２０により
総括的に図示されているマルチファイバ整列形パッケー
ジは、接続部での湾曲をできるだけ最小限にするために
好ましくは一片からなる基板として供される担持部材２
２を有する。担持部材２２は、好ましくは銅製の熱伝導
性材料から矩形のスラブの形態で製造されそしてこのパ
ッケージの別の部品が装着される２つの主面を有する。

第３ａ図および第３ｂ図の実施例について、サブマウン
ト部材２４が担持部材２２の上側主面に固定される。

通常半導体素子のオプトエレクトロニクス部品２６がサ
ブマウント部材２４へ堅く固定される。

サブマウント部材２４は半田により担持部材２２へ固定
されそして後述するように整列という目的のために入力
側ファイバおよび出力側ファイバに関してある角度へ枢
着可能である。好ましくは高融点の半田が、担持部材２
２に対するサブマウント部材２４のこの取付けのために
使用される。

部品２６と整列されるべき各光ファイバ３０、３１が、
ファイバ３０、３１に対する力が均等に分配されるよう
、ファイバが半田で囲包されるところのファイバ位置決
め手段（好ましくはファイバブロック部材２８、２９）
に挿入される。ファイバ３０、３１はファイバブロック
部材２８、２９の２つの対向側部を通じて延長し、ファ
イバ端は、安定性を与えるために短距離だけ外側に延長
する光学部品と結合される。後述するように、担持部材
２２へのファイバブロック部材２８、２９の固定方法お
よび結果的に得られるオプトエレクトロニクスパッケー
ジが本発明の主題である。

第３ａ図はまた担持部材２２の下側部すなわち第２主面
へ固定される２つの熱電気冷却部材３２、３３を図示し
ている。この種の冷却部材は当業者に知られておりまた
ニュージャージ州トレントン所在のマテリアルズ・エレ
クトロニクス・ブロダクツ社から商標ｒＭＥＬｃＯＲＪ
の下に商業的に入手可能である。各熱電気冷却部材３２
、３３はファイバブロック２８、２９の下にそれぞれ位
置決めされそしてそれぞれ関連付けられたファイバブロ
ックの近傍で担持ブロック部材２２の温度を調整するよ
う機能する。それぞれのファイバブロック部材２８、２
９ごとに〜つのサーミスター３４、３５が熱電気冷却部
材３２、３３の回路系のセンサとして供される。熱電気
冷却部材の電気接続は当業者に知られておりここでは説
明を省略する。

本発明のオプトエレクトロニクス部品パッケージ２０の
物理的部品を説明したが、次に、単一の発光または受光
部品に対する複数の光ファイバの整列方法を説明する。

本発明は部品に対するそれぞれの光ファイバの逐次の整
列を行うための新規な方法を提供するものであり、第１
の光ファイバが部品と整列せられ順次そのファイバブロ
ックを担持部材へ半田付けしそしてこのファイバ接続部
２３ の領域の下方で担持部材を冷却することにより適所に固
定または「凍結」せられる。第１の光ファイバがこうし
て整列されそして適所に固定されると、第２の光ファイ
バが、第１のファイバ接続部のアライメントを乱すこと
なしに、前記担持部材に対してそのファイバブロックを
半田付けすることにより整列せられそして適所に固定さ
れる。この逐次のアライメントのプロセスおよび半田付
けのプロセスは、各ファイバ接続点の温度を調整するた
めの熱電気冷却部材を利用しそしてすべての光ファイバ
が整列されそして固定されるまで継続する。

第３ａ図および第３ｂ図の実施例を詳細に示せば、方法
は以下の通り進行する。最初に、ファイバブロック２８
の中の光ファイバ３０が、能動的な整列プロセスを使用
し部品２６と整列せられるよう選定される。たとえば、
もし部品２６が光増幅器であれば、それは、ダイオード
レーザまたは発光ダイオードとして動作するよう電気的
にバイアスが掛けられる。ファイバブロック２８内に固
２　４ 定されるファイバ３０が順次、その受光量をできるだけ
最大限にする最適な結合位置へ整列せられ、状態が、検
出器をファイバ３０の反対側の端部へ結合することによ
りモニターされる。ファイバ３０の微細操作は、サブミ
クロンの位置感度を有する圧電性制御手段を持った吸引
チップ形マイクロマニビュレータ腕を用いファイバブロ
ック２８を微細操作することにより行われる。

ファイバ３０の整列の後、担持部材２２に対するファイ
バブロック２８の接続が、純金属または共晶合金などの
鋭い融点の半田を使用して行われる。この種の半田は、
半田の液相作用温度とファイバブロック２８を適所に保
持するのに使用されるその固相との間に非常に狭い温度
帯域が確保される。温度帯域を狭い状態に維持すること
により、高温側から低温側への熱の漏洩にも拘らず、担
持部材２２の厚さおよび関連付けられた構造的な剛性を
できるだけ最大にすることが可能である。この目的にと
って有用な標準的な半田がニューヨーク州のウティカ所
在のインディウム・コーボレーション・オブ・アメリカ
社が製造しているインダロイＮｏ．８である。

ファイバブロック２９の次の逐次の接続が行われる前に
ファイバブロック２８の接続部を安定化させるために、
熱電気冷却部材３２が利用される。実験により、熱電気
冷却部材３２は、２つの方法で第１のファイバブロック
２８接続部へ局所的な冷却動作を行うことが分かった。

第１に、冷却部材３２はその広い面が直接担持部材２２
の下方に接合されているので、ヒートシンクとして作用
することによる冷却動作を与え、熱が担持部材２２から
そこを通じて遠くへ伝達できるところの広帯域が与えら
れる。第２に、その性質により、熱電気冷却部材３２が
、その電圧極性が逆転されるときに直接的な冷却動作を
行う。

しかし、オプトエレクトロニクスパッケージ２０が完成
したのち、熱電気冷却部材３２、３３は、半導体部品２
６の適当且つ安定な動作のため、担持部材２２に一定の
温度を供給するというその通卓の役割で使用される。そ
れゆえ、担持部材２２およびそれに関連付けられた熱電
気冷却部材３２、３３はそれら自身が自己組立てに寄与
する。

ファイバブロック２８の接続部が安定化された後に、部
品２６についてのファイバブロック２９の微細操作によ
り最適な結合を行うために、ファイバブロック２９内に
固定されるファイバ３１の能動的なアライメンｌ・へ進
行ずる。担持部ｌ４’　２　２に対するファイバブロッ
ク２９の半田付け動作中、熱電気冷却部材３３が、この
第２の接続部の下方で局所的な冷却動作を提供するのに
使用される。

第３ａ図は、担持部材２２へ固定される２つの熱電気冷
却部材３２、３３を図示し、２ファイバ形接続を安定化
するための設計の要部である。半導体のダイ２６は、上
述したように、傾斜角の問題を補償するためにあるプリ
セット角へ枢着されることのできるサブマウント部材２
４へ装着される。この図は、傾斜面形半導体光増幅器２
６のために、傾斜サブマウント部月２４および２つのフ
２　７ ァイバアライメントを必要とする傾斜面形半導体光増幅
器２６についての好ましい実施例を図示する。

この設計の種々の特徴がファイバブロック２８、２９で
接続ファイバ３０、３１に安定性を与える。第１に、ア
ツセンブリ全体は、接続部で生じ得る湾曲をできるだけ
最小限にするために、片構成の担持部材２２に装着され
る。第２に、ファイバ３０、３１は、半田でファイバを
囲包するブロック２８、２９に挿入され、ファイバに対
する力が均等に分配される。第３に、本発明の方法の能
力を改善するために、第３ｂ図の平面図に図示されてい
るように、ファイバブロック２８、２９間のスロット部
４０の場所の多くの担持材料３６を用いて担持部材２２
は補強可能である。

スロット部４０は横方向の熱伝達を阻止するために、個
別のファイバブロック接続部２８、２９間にある熱絶縁
性を与える。使用の際に、担持部材２２の下側の熱電気
冷却部材３ｌ、３２が各ファイバ接続部２８、２９の温
度を個別に調整す２　８ る。これは、第２のファイバブロック２９が半田を用い
て接続される間、第］のファイバ接続点２８の温度をそ
の半田が溶融するのを阻止するのに十分な低い屈度に維
持するのを可能にする。

第４図は、何らのスロット部４０も存在しない場合につ
いて、どの程度の温度差が担持部材の厚さの関数として
それぞれのファイバブロック接続点間に形成されるかを
図示するものである。スロット部４０が存在するとき、
スロット部は、そこを通じて熱が伝達するところの断面
積を減ずるので、大きな温度差が形成される。このスロ
ット部は、その目的を変更することなく種々の形状の一
連の小さな穴へ修正できる。

第６ａ図ないし第６１〕図は、スロツｌ・部４０に関す
る４つの代替え設計および付加された担持材料３６を図
示する。第６ａ図〜第６ｂ図は、追加の担持材料ででき
た棒状物８１および大きなスロット部８０を図示する。

第６Ｃ図〜第６ｄ図は、連の穴８２および棒状物８３を
図示する。第６ｅ図〜第６ｆ図は、スロット部８４およ
び支持壁部ないしバットレス８５を図示する。第６ｇ図
〜第６ｈ図は、担持材料８７で補強されたスロット８６
を図示する。

第７図は、左側から右側に向かって熱電気冷却部材によ
る冷却を伴う場合と伴わない場合の両方について第６ａ
図ないし第６ｈ図の形態により生ずる熱降下を図示する
グラフ図である。データはプロトタイブであるパッケー
ジの試験から得られたものである。

第５図は、本発明によるオプトエレクトロニクス部品に
関する多重ファイバ整列形パッケージの別の実施例の模
式的な平面図である。第５図において、パッケージ５０
は、担持部材５２、副担持部材５４および副担持部材５
４へ固定されるオプトエレクトロニクス集積回路５６を
備える。４つのファイバブロック５８〜６１がそれぞれ
そこを通じて挿入されるところの一つの光ファイバ６２
〜６５を備えファイバは回路５６へ結合される。

各ファイバブロックは、（第５図の外郭線で図示される
）担持部材５２の下側に固定される関連付けられた熱電
気冷却部材６６〜６９と関連付けられたサーミスタ７０
〜７３とを備える。ファイバ６２〜６５の逐次整列のた
めの局所的な冷却技術およびファイバブロック６６〜６
９の半田付けは上述の方法と同様である。しかし、局所
的な冷却技術に対する任意の改善としてのスロットの使
用は、スロットが、いずれの２つの近傍のファイバブロ
ック接続場所間の熱伝導をも阻止するよう配置されるこ
とを必要とする。第５図の配置図は、４つのファイバブ
ロック接続点の熱的なアイソレーション（隔離）を改善
するために７つのスロット７４〜８０を図示する。

第１ａ図に図示されているようなレーザーが面（ファセ
ット）に対して垂直であるファイバを必要とする。第１
ｂ図に図示されているような傾斜面形レーザー増幅器に
ついて、できるだけ最大の結合効率を得るためには、入
力側ファイバおよび出力側ファイバが面に対して傾斜さ
れることを必要とする。パッケージ内でファイバを傾斜
する代わりに、第３図に図示されているように、所定の
３１ 補償角度で増幅器サブマウントユニット２４を傾斜させ
る。標準的な面傾斜角７゜について、補償角は２３゜で
ある。このように増幅器サブマウントユニット２４を傾
斜させることにより、ファイバ３０、３ｌは、増幅器等
の傾斜面形部品およびレーザーの両方について同様の技
術を使用しマイクロマニビュレータ腕を用いて整列でき
る。補償傾斜は、ファイバ整列の前に、増幅器サブマウ
ント形ユニット２４が担持部材２２へ取付けられるとき
に行われる。このサブマウント取付けは標準的には、フ
ァイバの整列に使用される半田と比較して高い融点を持
った半田を用いて行われ、こうして部品がファイバ整列
中に移動するのが回避される。この種の半田は商業的に
容易に入手できる。

当業者であれば、本発明の基本的な機能および操作を変
更することなく、本発明は種々の方法で変更できること
は明かであろう。たとえば、３本以上のファイバが、も
しそれぞれそれ自身の熱電気冷却部材および濡度制御素
子を有すれば、整列３２ できる。加熱および冷却動作は、熱電気冷却部材ではな
く、低温／高温熱交換装置により与えることができる。

さらに、傾斜される半導体部品は種々の種類のサブマウ
ント部材に載置できさらにサブマウント部材なしに載置
でき、この場合、半導体部品は担持部材に直接接着され
よう。担持材料は、メタライズドセラミック、シリコン
ウエハ板、プリント回路板またはその他の材料が可能で
ある。このシステムは、マルチモードファイバ、グレー
デッドインデックスレンズ（商業的に入手可能である）
、アップテーバドファイバ（ｕｐｔａｐｅｒｅｄ　ｆｉ
ｂｅｒ）、または先導波路に対して、もしこれらの部品
が光学的なアライメントの微細操作が許容されるよう移
動可能であれば、これらに対しても応用されよう。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は、３つの半導体レーザーのアレ一〇模式的な
平面図である。 第１ｂ図は、傾斜面形レーザ増幅器の模式的な平面図で
ある。 第２図は、レーザに結合するテーパー付き光ファイバの
横方向の感度を図示するグラフ図である。 第３ａ図は、本発明による２つの安定化される光ファイ
バについてオプトエレクトロニクス部品のための多重フ
ァイバ整列形パッケージの好ましい実施例の模式的な側
面図である。 第３ｂ図は第３ａ図の実施例の模式的な平面図である。 第４図は種々の担持体厚さについての温度差を図示する
グラフ図である。 第５図は、本発明による、３つ以上の安定化されるファ
イバを必要とするオプトエレクトロニクス集積回路パッ
ケージのための好ましい実施例の模式的な平面図である
。 第６ａ図〜第６ｈ図は、第３ａ図および第３ｂ図の好ま
しい実施例に対する４つの改善実施例の模式的な平面図
および断面図である。 第７図は、第６ａ図〜第６ｈ図の改善実施例を使用した
改善された熱降下を示す棒状のグラフ図である。 ３５ ３６ ｆ７″ｉｃｅ　６　７７．

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. （１）オプトエレクトロニクス部品に対する複数の光フ
   ァイバの精密且つ安定な整列方法において、 ２つの対向主面を有する、熱伝導性材料からなる剛性の
   担持部材を選択し、 前記オプトエレクトロニクス部品を前記担持部材の第１
   主面にしっかりと装着し、 前記部品へ結合されるべき光ファイバのそれぞれをそれ
   自身のファイバ位置決め手段に固定し、各ファイバ位置
   決め手段を、前記光ファイバのそれぞれがほぼ前記部品
   と整列せられるように、前記担持部材の前記第１主面に
   対して位置決めし、 一熱電気冷却部材の主面を、それぞれのファイバ位置決
   め手段の下の前記担持部材の第２主面に固定し、 それぞれの光ファイバを前記部品と逐次に能動的に整列
   し、ここで、該能動的な整列は、 前記部品が光ビームを投射するように し、 光検出器を光ファイバの第１端部へ結 合し、 前記光ファイバの第２の対向端部が前 記部品に最適に結合されるまで、マイク ロマニピュレータを用いて前記ファイバ 位置決め手段を微細操作し、 前記ファイバ位置決め手段の下に位置 決めされた前記熱電気冷却部材の極性を 逆転することにより、前記ファイバ位置 決め手段の下で局所的に前記担持部材を 冷却し、 前記光ファイバが前記回路に最適に結 合されている間でそして前記担持部材を 局所的に冷却しつつ前記担持部材へ前記 ファイバ位置決め手段を半田付けする諸 段階から構成され、 前記局所的な冷却動作によって、前記半田付けの熱が接
   続点にて前記担持部材から遠くへ伝導されるようにし、
   こうして、先に半田付けされた接続点に悪影響を与える
   ことなく、それぞれのファイバ位置決め手段の逐次の半
   田付け動作が可能となることを特徴とする方法。
2. （２）前記部品をしっかりと装着する段階は、前記部品
   をサブマウント部材へ固定し、 前記サブマウント部材を前記担持部材の第１主面に固定
   する諸段階を備える請求項１に記載の方法。
3. （３）前記位置決め手段はファイバブロックである請求
   項１に記載の方法。
4. （４）それぞれの光ファイバを固定する段階は、光ファ
   イバの第１端部が前記ファイバブロックの一方の面から
   突出しそして当該光ファイバの第２端部が当該ファイバ
   ブロックの反対側の面から突出するように、光ファイバ
   をファイバブロックに挿入し、 前記ファイバブロック内で前記光ファイバの部分を半田
   で包囲する諸段階を備える請求項３に記載の方法。
5. （５）前記ファイバ位置決め手段を半田付けする段階は
   、 前記ファイバ位置決め手段を前記担持部材に固定するの
   に使用される半田の固相とその液相作用温度との間に狭
   い温度帯域を有する鋭い融点の半田を選択する段階を備
   える請求項１に記載の方法。
6. （６）前記担持部材を通ずる横方向の熱の流れを阻止す
   るように、いずれの２つのファイバ位置決め手段の間に
   も前記担持部材を貫通する少くとも一つの開口を形成す
   る段階を備える請求項１に記載の方法。
7. （７）前記サブマウント部材を前記担持部材へ装着する
   段階は、前記ファイバ位置決め手段を前記担持部材に固
   定するのに使用される半田よりも高い融点を有する別の
   半田を使用して前記サブマウント部材を半田付けする段
   階を備える請求項２に記載の方法。
8. （８）前記担持部材を通ずる横方向の熱伝導を阻止する
   ために、いずれの２つのファイバ位置決め手段の間にも
   担持材料を前記担持部材に付加する段階を備える請求項
   １に記載の方法。
9. （９）オプトエレクトロニクス部品のための多重ファイ
   バ整列形パッケージにおいて、 ２つの対向する主面を有する、熱伝導性の材料でできた
   担持部材と、 前記担持部材の第１主面に装着された少くとも一つのオ
   プトエレクトロニクス部品と、 それぞれが、前記部品に結合される光ファイバの各々を
   保持する前記担持部材の第１主面上の複数のファイバ位
   置決め手段と、 それぞれの光ファイバが能動的に前記部品と整列され得
   るようにそして半田を用いて整列した位置に逐次に固定
   されるように、前記担持部材の第２主面に固定された複
   数の冷却手段であって、それぞれの冷却手段が、ファイ
   バ位置決め手段の下方に位置決めされる主面を有し且つ
   そのすぐ近傍で前記担持部材の温度を局所的に制御でき
   る前記冷却手段とから構成され、 前記冷却手段は、その上のファイバ位置決め手段の半田
   付け動作中に、前記ファイバ位置決め手段の下方で前記
   担持部材を局所的に冷却するのに供され、この局所的な
   冷却動作により半田付けの熱が接続点にて前記担持部材
   から遠くへ伝導されるようにし、先に半田付けされた接
   続点に悪影響を与えることなくファイバ位置決め手段の
   各々の逐次半田付けが可能であることを特徴とするオプ
   トエレクトロニクス部品のための多重ファイバ整列形パ
   ッケージ。
10. （１０）前記担持部材の第１主面に固定されるサブマウ
    ント部材を備え、前記部品はこのサブマウント部材に装
    着される請求項９に記載のパッケージ。
11. （１１）前記ファイバ位置決め手段はファイバブロック
    である請求項９に記載のパッケージ。
12. （１２）それぞれの光ファイバは、光ファイバの第１端
    部が前記ファイバブロックの一方の面から突出しそして
    当該光ファイバの第２端部が当該ファイバブロックの反
    対側の面から突出するように、ファイバブロックに挿入
    される請求項１１に記載のパッケージ。
13. （１３）前記ファイバ位置決め手段を固定するのに使用
    される前記半田は、 前記ファイバ位置決め手段を前記担持部材に固定するの
    に使用されるその固相とその液相作用温度との間に狭い
    温度帯域を有する鋭い融点の半田から構成される請求項
    ９に記載のパッケージ。
14. （１４）前記担持部材を通ずる横方向の熱の流れを阻止
    するように、いずれの２つのファイバ位置決め手段の間
    にも前記担持部材を貫通する少くとも一つの開口を備え
    た請求項９に記載のパッケージ。
15. （１５）前記サブマウント部材を前記担持部材へ装着す
    るのに使用される半田は、前記担持部材で使用されるい
    ずれの半田よりも高い融点を有する別の半田から構成さ
    れる請求項１１に記載のパッケージ。
16. （１６）前記担持部材は、横方向の熱伝導を阻止するた
    めに、いずれの２つのファイバブロックの間でも追加の
    担持材料で補強されている請求項９に記載のパッケージ
    。
17. （１７）前記冷却手段は、パッケージの組立中に、局所
    的な冷却動作を提供しまた前記部品の安定な動作のため
    に一定の担体温度を維持するために熱電気冷却部材から
    構成される請求項９に記載のパッケージ。