光學裝置及其製造方法

2023-05-22 07:02:31

專利名稱：光學裝置及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種被連接到一光纖傳輸線的，能接收或發送/接收一光信號的光學裝置，及一種用於製造該光學裝置的方法。
背景技術：
波分復用(WDM)可使一光學傳輸系統的傳輸能力得到提高。它也實現了不同種信號的雙向傳輸和同時傳輸。這樣，該WDM可柔性地滿足一光學傳輸系統中的服務要求，並可應用於各種光學傳輸系統，例如延時傳輸系統、用戶系統和局部網傳輸系統。
近年來，特別是，通過光纖將多信道視頻信息和數據從一中心站發送給多個家庭的光學用戶系統已被提議並得到研究。這些系統要求多個用於在用戶的家庭終端同時接收波長上被多路復用的不同種光信號的光電探測器，和一用於從這些家庭發送請求及數據給該中心站的發光裝置。例如，在1995年3月出版的光波技術雜誌第3期第13卷的題為「用於被動雙星用戶系統的高性能緊湊光學WDM收發送機模塊」(「High-performance compact optical WDM transceiver modulefor passive double star subscriber system」，Journal of LightwaveTechnology，vol.13，No，3，March 1995)的參考文獻中公開了一種用於此目的的一裝置。
圖30示出了一可被應用於雙向信號傳輸的光接收光學裝置的常規示例。該裝置被公開於日本專利公開號為6-331837的專利申請中。
如圖30中所示，在該裝置中，第一光纖2012和第二光纖2014以相互間一間隙(約幾μm)地串聯連接。第一光纖2012的一端相對於一光軸被傾斜地切削並提供有一半透明且半反射表面2011，該表面2011反射一部分光信號並通過其餘部分。類似地，第二光纖2014的一端相對於一光軸被傾斜地切削並且提供有一半透明且半反射的表面2013，該表面2013反射一部分光信號並通過其餘部分。
該第一和第二光纖2012和2014被配置成使該第二光纖的半透明且半反射表面2013面對第一光纖2012的半透明且半反射表面2011，並且各自的光軸被直線地對準。
一自該圖的右側傳來的光信號被該第一光纖2012的半透明且半反射表面2011反射並從該光纖2012輸出。第一光電二極體2015沿該光信號的一路徑放置並接收該光信號以產生一電信號。
一自該圖的左側傳來的光信號被該第二光纖2014的半透明且半反射表面2013反射並從該光纖2014輸出。第二光電二極體2016沿該光信號的一路徑配置並接收該光信號以產生一電信號。
在常規的光學裝置中，在各光纖的斜對切削麵上直接形成一半透明且半反射表面。因此，(1)要求一特別的切削以相對於一光纖的該面被引導，使在進行所要求的斜對切削之後光滑或拋光一光纖的該面。而且，(2)為了在一光纖的該面上形成一半透明且半反射表面，要求在該光纖的該面上形成一薄膜。將該光纖插入一薄膜沉積裝置如真空澱積裝置中並在該光纖的該面上沉積一薄膜的步驟降低了生產產量。
而且，兩不同光纖的端部被分開地相對於光軸進行斜對切削，且然後，被配置成使各自的光軸被對準。因此，(3)要求以高精度地調整這些光軸；及(4)由於這些光軸的移位而使兩光纖之間的光傳輸損失可能會增大且該傳輸損失依據這些裝置而變化。而且，(5)在兩光纖的光軸被對準的情況下在這些光纖與空氣之間存在有折射率的差異。甚至帶有一約幾μm的光纖間隙。因此，信號光在該間隙中被折射，而傳輸損失可能被大大增加。

發明內容
本發明是考慮到上述問題而提出的，其目的在於提供一種產量提高、低成本、緊湊、集成且輕便的光學裝置。
本發明的另一目的在於提供一種被連接至一光纖傳輸線，接收及發送光信號的雙向光學裝置，及一種用於製造該光學裝置的方法。
本發明的一種光學裝置包括一基底；形成在該基底上的至少一第一槽；設置在該第一槽中的一光纖；及斜對地橫過該光纖的至少一第二槽。該裝置還包括一光學部件，該光學部件被插在第二槽中並具有一反射或衍射傳播過該光纖的光的至少一部分的表面。
在一優選實施例中，具有一幾乎等於該光纖的芯部分的折射率nf的折射率nr的材料被至少嵌入第二槽中的該光學部件和該光纖之間。
在一優選實施例中，在折射率nr和折射率nf之間有一關係0.9≤(nr/nf)≤1.1。
在一優選實施例中，具有折射率nr的材料由樹脂製成。
在一優選實施例中，具有折射率nr的材料由紫外可固化的樹脂製成。
在一優選實施例中，第二槽的一內壁上表現出微細的不均勻性。
在一優選實施例中，該光學部件選擇地反射具有一被選擇範圍中波長的光。
在一優選實施例中，該光學部件選擇地通過具有一被選擇範圍中波長的光。
在一優選實施例中，該光學部件包括一由具有折射率nb的材料製成的基面和形成在該基面上的一介電多層膜，並且在折射率nb和折射率nf之間有一關係0.9≤(nb/nf)≤1.1。
在一實施例中，該光學部件的表面具有一衍射光柵。
在一實施例中，該基底由對傳播過該光纖的信號光是透明的材料製成。
在一實施例中，該基底由玻璃製成。
在一實施例中，該基底由陶瓷製成。
在一實施例中，該基底由半導體製成。
在一優選實施例中，該光學部件表面的一法線不平行於該光纖的光軸。
在一優選實施例中，該第二槽相對於該基底的上表面被傾斜。
在一實施例中，在該基底上設置至少一接收由該光學部件反射或一衍射的光的光學元件。
在一實施例中，在該基底上還設置至少一接收通過該光學部件的光的第二光學元件。
在一實施例中，該基底具有一上表面和一底表面，且該裝置還包括第一光電探測器，被設置在該基底的底表面上並接收由該光學部件反射或衍射的光；和第二光電探測器，被設置在該基底的上表面上並接收由該光學部件反射或衍射的光。
在一實施例中，該基底具有一上表面和一底表面，一反射器附連於該底表面上，且該裝置還包括第一光電探測器，被設置在該基底的上表面上並接收由該光學部件反射或衍射的光；和第二光電探測器，被設置在該基底的上表面上並經該反射器接收由該光學部件反射或衍射的光。
上述的基底具有一上表面、一底表面和多個側表面，且該裝置還包括第一光電探測器，被設置在該基底的多個所述側表面之一上並接收由該光學部件反射或衍射的光；和第二光電探測器，被設置在該基底的多個所述側表面中的另一個上並接收由該光學部件反射或衍射的光。
在一實施例中，該光學部件是一根據接收到的光產生一電信號的光電探測器。
在一優選實施例中，該光電探測器被固定在該基底上。
在一優選實施例中，具有一幾乎等於該光纖的芯部分的折射率nf的折射率np的材料被嵌入在該光電探測器的光接收表面和該基底之間。
在一實施例中，在該光電探測器的光接收表面上形成一低反射比膜。
在一實施例中，第二槽的數目為多個，且這些具有不同的濾光器特性的光學部件被分別插入這些多個第二槽中。
在一實施例中，第一槽的數目為多個，第二槽的數目為單一個，且該第二槽橫穿過這些多個第一槽。
在一實施例中，第一槽的數目為多個，且這些多個第一槽被幾乎相互平行地配置在該基底上。
在一實施例中，在該基底上以橫越第一槽的方向形成一第三槽，在該第三槽中設置另一光纖，且由該光學部件反射或衍射的光被耦合至該另一光纖。
在一實施例中，由一半導體雷射器發射的雷射被耦合至該光纖的一端部。
在一實施例中，該基底在上表面上具有一凹形部分，一半導體雷射器被設置在該基底的該凹形部分上，該光纖的該端部被形成為一透鏡形狀，且由該半導體雷射器發射的光被光學地耦合至該光纖。
在一實施例中，該光纖的端部具有一移動部分，可相對於該半導體雷射器裝置移動該透鏡形部分的位置，且該可移動部分被固定成使由該半導體雷射器發射的光被光學地耦合至該光纖。
在一實施例中，該基底在上表面上具有一凹形部分，且該裝置包括一被設置在該基底的凹形部分上的半導體雷射器和一將由該半導體雷射器發射的光光學地耦合至該光纖的一透鏡。
在一實施例，在該基底的凹形部分上設置有一支持該半導體雷射器和該透鏡的支持元件。
在一優選實施例中，在通過測試被選擇後，設置在該支持元件上的該半導體雷射器被設置在該基底的該凹形部分上。
在一實施例中，在該基底上設置一接收來自該半導體雷射器的一部分雷射的光電探測器。
在一實施例中，該光纖具有一第一部分，該第一部分在傳播通過該光纖的信號光的一波長帶中起一單模纖維的作用；一第二部分，該第二部分在該信號光的該波長帶中起一多模纖維的作用；和一連接部分，連接該第一部分和第二部分，且該連接部分的芯直徑逐漸地且連續地從該第一部分變化至該第二部分。
在一實施例中，該起該光纖的多模纖維作用的第二部分的芯直徑通過對一單模纖維的一部分進行熱處理而被增大。
在一實施例中，該第三槽中的該另一光纖由一多模纖維製成，且還設置有一通過該另一光纖接收由該光學元件反射或衍射的光的光電探測器。
在一實施例中，在該基底上形成一電布線圖形，並且該光電探測器被連接至該電布線圖形。
在一實施例中，傳導該光電探測器的信號處理的一半導體電元件被連接至該電布線圖形。
在一實施例中，該光纖的一端設有一光連接器以被連接至另一光纖。
在一實施例中，還設置有一為覆蓋該基底的上表面而形成的保護膜。
在一實施例中，該基底被裝於一外殼中，該外殼具有一光纖的輸出埠和多個被電連接至外部的端子。
在一實施例中，該半導體雷射器用第一焊接材料被連接至該支持元件，且該支持元件用第二焊接材料被連接至該基底，該第二焊接材料的熔點高於第一焊接材料的熔點。
在一實施例中，該基底被裝於一外殼中，該外殼具有一光纖的輸出埠和多個與外部電連接的端子，且該基底用第三焊接材料被連接至該外殼的一底部，該第三焊接材料的熔點低於第二焊接材料的熔點。
本發明的另一光學裝置包括一基底，在該基底上形成至少一第一槽；設置在該第一槽中的一光纖，其使信號光可雙向傳播；及斜對地橫穿過該光纖的至少一第二槽。該裝置還包括一插入該第二槽中的光學部件，具有一反射或衍射傳播過該光纖的至少一部分雙向信號光的表面；和兩個分別接收由該雙向信號光的光學部件所反射或衍射的光的光電探測器。
在一實施例中，上述裝置還包括一橫穿光纖的第三槽和一插入該第三槽中的第二光學部件，該光學部件具有一反射或去除傳播過該光纖的包含有一不需要的波長分量的光的表面。
在一實施例中，該第二槽垂直於該光纖的一光軸。
在一實施例中，該第二槽和第三槽以相對於該光纖的一光軸的不同角度而形成，以使由插入該第三槽的第二光學部件反射的光不在兩光電探測器中被混合。
在一優選實施例中，具有幾乎等於該光纖的芯部分的折射率nf的折射率nf的材料被至少嵌入在該第二槽中的光學部件和該光纖之間。
在一優選實施例中，在折射率nr和折射率nf之間有一關係0.9≤(nr/nf)≤1.1。
在一實施例中，具有折射率nr的材料由樹脂製成。
在一實施例中，具有折射率nr的材料由紫外可固化的樹脂製成。
在一實施例中，在第二槽的內壁上呈現出微細的不均勻性。
在一實施例中，該光學部件選擇地反射具有一被選擇範圍中的一波長的光。
在一實施例中，該光學部件選擇地通過具有一被選擇範圍中的一波長的光。
在一實施例中，該光學部件包括一由具有折射率nb的材料製成的基面和一形成在該基面上的介電多層膜，並且折射率nb和折射率nf之間有一關係0.9≤(nr/nf)≤1.1。
在一實施例中，該光學部件的表面具有一衍射光柵。
在一實施例中，該基底由對於傳播過該光纖的信號光是透明的材料製成。
在一實施例中，該基底由玻璃材料製成。
在一實施例中，該基底由塑料材料製成。
在一實施例中，該雙向信號光具有相互不同的波長，該光學元件有一基面，該基面為透明的且具有幾乎等於該光纖的折射率的一折射率；和形成在該基面的兩主面上的兩反射塗層，並且該兩反射塗層分別呈現出不同的反射特性。
在一實施例中，該反射塗層由一金屬薄膜製成。
在一實施例中，該兩反射塗層分別具有一多層薄膜結構。
在一實施例中，通過密封將兩光電探測器中的各個設置在一罐形外殼中，並在該基底上形成兩凹形部分以接合該罐形外殼。
在一實施例中，該兩光電探測器與形成在該基底上的一電布線圖形相連接。
在一實施例中，該電布線圖形與一檢測自兩光電探測器中至少一個輸出的一電信號且對該電信號進行處理的一電集成電路相連接。
在一實施例中，該光纖具有一第一部分，該第一部分在傳播通過該光纖的信號光的一波長帶中起單模纖維的作用；一第二部分，該第二部分在該信號光的該波長帶中起多模纖維的作用；及一連接部分，連接該第一部分和第二部分，並且該連接部分的芯直徑逐漸地且連續地從第一部分變至第二部分。
在一實施例中，該基底被裝於一外殼中，該外殼具有光纖的一輸出埠和多個與外部連接的端子。
在一實施例中，雙向傳播過該光纖的光的波長是在一1.3μm帶和/或1.5μm帶中，並且由第二光學部件所去除的不需要光的波長是在一0.98μm帶或1.48μm帶中。
一種用於製造本發明的光學裝置的方法，包括有步驟在一基底的上表面上形成一第一槽；在第一槽中嵌入並固定一部分光纖；形成一第二槽以使斜對地橫穿該光纖；及在第二槽中插入並固定一光學部件，該光學部件具有一反射或衍射至少一部分傳播過該光纖的光的表面。
在一優選實施例中，該在第二槽中插入並固定該光學部件的步驟包括有步驟將具有一幾乎等於該光纖的芯部分的折射率nf的折射率nr的材料至少嵌入第二槽中的該光學部件和該光纖之間。
在一優選實施例中，折射率nr和折射率nf這間有一關係0.9≤(nr/nf)≤1.1。
在一實施例中，上述方法還包括有步驟至少在該基底上設置一光電探測器。
在一實施例中，上述方法還包括有步驟至少在該基底上設置一雷射二極體。
用於製成本發明的光學裝置的另一種方法，包括有步驟在一基底的上表面上形成多個第一槽；在各第一槽中嵌入並固定一部分光纖；形成一第二槽以使斜對地橫穿該多根光纖；及在該第二槽中插入並固定一光學部件，該光學部件具有一反射或衍射至少一部分傳播過該些光纖的光的表面。
在一優選實施例中，由垂直於該表面的一方向與該光纖的一光軸的方向所形成的角度在5°至40°的範圍內。
本發明的一光學裝置包括一基底；形成該基底上的至少一第一槽；和斜對橫過該光纖的該表面的一小面。該裝置還包括以具有一幾乎等於該光纖的芯部分的折射率的一折射率的材料附連於該表面的該小面的一光學部件，具有一反射或衍射傳播過該光纖的至少一部分光的表面；和一設置在該基底上的一光電探測器，接收由該光學部件反射的傳播過該光纖的該部分光。
在一實施例中，該光電探測器被設置在其上形成有該第一槽的該基底的一表面上。
在一實施例中，該光電探測器被設置在與其上形成有該第一槽的該基底的該表面相對立的一表面上。
在一實施例中，上述裝置包括橫過該光纖的一第三槽；和插入該第三槽中的第二光學部件，該第二光學部件反射一特定波長範圍內的光，其中該第二光學部件傳播過該光纖的在該特定波長範圍中的光入射到該光電探測器上。
在一實施例中，上述裝置包括一以具有幾乎等於該光纖的芯部分的折射率的一折射率的樹脂材料附連於該基底的上表面的光學部件，該光學部件反射一特定波長範圍中的光，其中該光電探測器被設置在該光學部件上。
在一實施例中，在該光電探測器的一光接收表面上形成具有介電多層膜結構的一濾光器。
在一實施例中，該光纖被連接至一光纖傳輸線。
在一實施例中，該光纖被設置有一箍部分以使被連接至一光纖傳輸線。
用於製造本發明的一光學裝置的另一種方法，包括有步驟在一基底上形成一第一槽；在該第一槽中固定一光纖；斜對地切削該光纖以形成相對於該基底的該光纖的一光軸而傾斜的小面；用具有幾乎等於該光纖的芯部分的折射率的一折射率的材料將一光學部件附連於該傾斜的小面。其中該光學部件具有一反射或衍射傳播過該光纖的光的至少一部分的表面；及設置一接收由該基底上的該光學部件所反射或衍射的光的光電探測器。
如上所述，在本發明的光學裝置中，一光纖被嵌入一基底的一槽中，及一反射或衍射傳播過該光纖的光的光學部件被嵌入該基底中，從而信號光可以任意方向出射。
而且，該以任意方向出射的光通過使用其折射率與光纖的折射率相匹配的樹脂被耦合至位於該基底上方的一半導體光電探測器而不形成任何不需要的反射點。具體地，當使用一多模光纖時，該耦合更易於進行。
通過以一具有幾乎等於該光纖的折射率的一折射率的樹脂材料嵌入一使用具有由電介質和金屬組成的一多層膜結構的一層的元件的兩側，或通過以具有幾乎等於該光纖的折射率的一折射率的樹脂材料僅嵌入一不同於某一種光學部件的一主平面的一平面而改善了該光學部件的濾光特性。
將通過衍射而被出射的光使用另一光纖被耦合至一半導體光電探測器陣列或出射到外邊，從而可容易地從具有多種不同波長的光信號中分離出僅具有一期望的波長的光。
在該光纖的一被連接至一單模纖維的多模纖維，並且連接部分的一芯直徑逐漸地及連續地變化的情況下，或在該光纖為通過對該單模纖維進行熱處理所得到的多模纖維的情況下，通過將光耦合至帶有增大的模直徑的該多模纖維，可高效地將光耦合至該單模纖維。
當將一半導體雷射器置於基底的一凹形部分上並且使用一具有透鏡功能的光纖時，光可被容易地耦合至該光纖。當在該一部分被插入的光纖處設置一可移動部分時，該半導體雷射器被連接至該基底，且然後，調節該光纖的可移動部分，從而增大光到該光纖的耦合程度。
當在不同的基底上設置一半導體雷射器和一透鏡，並且在一嵌入結構上設置一光纖時，在測試完畢其特性後，該半導體雷射器可被使用，以使可提高該光學裝置的產量。通過規定由該透鏡形成的該半導體雷射器的光的成像點幾乎等於該多模纖維的成橡點，而能以約幾μm的較低精度將該半導體雷射器的光耦合至該光纖。
當光通過一多模纖維從一基底射出時，所有這些光在一半導體光接收裝置中被獲得，從而可收到一模擬信號而不會有質量劣化。
可在一基底的該表面上形成一用於連接半導體光接收和光發射裝置的電布線圖形，並且特別在高頻信號的情況下，該阻抗可與連接至外部的一電路的阻抗相匹配。而且，當除了該半導體光接收和光發射裝置外，集成地形成一處理電信號的電元件時，電匹配變得良好且該光學裝置可被小型化。
當配置不同的反射元件以從嵌在一基底中的一光纖分開地接收帶有不同波長的信號時，可選擇地從一基底取出一帶有被多路復用的波長的被發射的光信號。
當在一基底上將多根光纖配置成一陣列時，光信號通過一基底中的多根光纖而被單獨地並行地發射。
在一基底上形成這些裝置後，該基底的該表面被覆蓋有一樹脂材料，從而設置在該基底的該表面的一半導體裝置可受到保護以防水和空氣等。該基底可被裝於一具有一光纖輸出埠和若干電連接端子的外殼中。
而且，在一半導體雷射器和一基底之間的第一焊接材料的熔點被規定高於在該基底和另一基底之間的第二焊接材料的熔點，並且該第二焊接材料的熔點被規定高於連接該基底到該外殼的第三焊接材料的熔點。這樣，防止了這些裝置在使用這樣焊接材料進行各自的連接期間發生移動。從而，保證了可靠性。
附圖簡述

圖1A為根據本發明的一光學裝置的第一示例的透視圖。
圖1B為沿著一光纖所載取的根據本發明的一光學裝置的第一示例的截面視圖。
圖2為表示一反射元件及其周邊設備細節的截面視圖。
圖3為表示另一反射元件及其周邊設備細節的截面視圖。
圖4A為一光纖和一光電探測器的橫截面視圖。
圖4B為一光纖和一光電探測器的垂直截面視圖。
圖4C為表示信號光的折射的垂直截面視圖。
圖5為沿一光纖截取的根據本發明的一光學裝置的第二示例的截面視圖。
圖6說明了在一纖維間隙上的纖維之間的耦合損失的相關性。
圖7A為根據本發明的一光學裝置的第三示例的電路圖。
圖7B為根據本發明的第三示例的一透視圖。
圖7C為根據本發明的第三示例的一平面視圖。
圖8為表示根據本發明的第三示例的一裝配結構的視圖。
圖9A為根據本發明的一光學裝置的第四示例的一平面視圖。
圖9B為沿一光纖截取的根據本發明的第四示例的截面視圖。
圖10A為根據本發明的一光學裝置的第五示例的一平面視圖。
圖10B為沿一光纖截取的根據本發明的第五示例的截面視圖。
圖11A為根據本發明的一光學裝置的第六示例的一透視圖。
圖11B為根據本發明的第六示例的截面視圖。
圖12A為根據本發明的一光學裝置的第七示例的一透視圖。
圖12B為根據本發明的第七示例的截面視圖。
圖13為根據本發明的一光學裝置的第八示例的一透視圖。
圖14為根據本發明的第九示例的平面視圖。
圖15為根據本發明的一光學裝置的第十示例的截面視圖。
圖16為根據本發明的一光學裝置的第十一示例的截面視圖。
圖17為表示具有不同芯直徑的光纖中的光耦合損失特性的圖形。
圖18A為一普通光纖的概略性截面視圖；圖18B為一其芯直徑被局部放大的光纖的概略性截面視圖。
圖19為根據本發明的一光學裝置的第十二示例的平面視圖。
圖20為表示根據本發明的一光學裝置的第十三示例的結構的視圖。
圖21為根據本發明的一光學裝置的第十四示例的截面視圖。
圖22為表示根據本發明的第十四示例中的一返回損失與一角度的相關性的圖形。
圖23A到23D為表示第十四示例的製造方法的視圖。
圖24為根據本發明的光學裝置的第十五示例的截面視圖。
圖25為根據本發明的光學裝置的第十六示例的截面視圖。
圖26A和26B為分別表示該第十六示例的結構的視圖。
圖27為根據本發明的一光學裝置的第十七示例的截面視圖。
圖28為根據本發明的一光學裝置的第十八示例的截面視圖。
圖29A至29E為表示該十八示例的製造方法的視圖。
圖30為一常規的光學裝置的概略性視圖。
圖31A為根據本發明的一光學裝置的第十九示例的透視圖；圖31B為該第十九示例的截面視圖。
具體實施例方式
根據本發明的一光學裝置包括被設置在一基底的第一槽中的光纖和至少一斜對橫過該光纖的第二槽。該光學裝置具有一光學元件，該光學元件被插入到該第二槽中並反射或衍射傳播過該光纖的光的至少一部分。該光學元件啟動被沿線配置的接收傳播過該光纖的光的光電探測器或類似裝置。結果，可利用通過該第二槽及其中的光學元件的光，並且另一光信號可通過該光纖的端部被引導入該光纖。這使得可能提供一緊湊的光傳輸端子，其中以各種配置將一光纖和一光電探測器或一發光裝置進行集成。
具體地，在第二槽中的光學元件和光纖之間的一間隙被填充有具有幾乎等於該光纖的芯部分的折射率的一折射率的材料的情況下，即使在第二槽的內壁上呈現出微細的不均勻性時，由於該第二槽的內壁，傳播過該光纖的光未受到不需要的散射和折射。這使得非常容易形成該第二槽；例如，不要求通過拋光將該第二槽的內壁做得光滑。
而且，根據本發明，在該光纖被置於該基底的第一槽中後形成該第二槽，以使不需求一特別的光軸校準步驟，從而簡化了生產過程。
(示例1)首先，參見圖1A和1B，將對根據本發明的一光學裝置的第一示例進行描述。圖1A為表示本示例的一光學裝置(光接收模塊)的第一示例的最上面部分的透視圖，圖1B為沿一光纖截取的該光學裝置的截面視圖。
該光學裝置是採用一帶有一V槽(第一槽)3的玻璃基底1(厚度2mm；5mm長和3mm寬)，該V槽形成在該基底1的一平坦的上表面上，具有約130μm的深度。一具有125μm的外直徑的光纖2被置於該V槽3中，並且一平行槽(第二槽)4被形成在該玻璃基底1的該上表面上以使斜對地橫過該光纖2(相對於其光軸)。由於該平行槽4而在該光纖2中斜對地形成了一夾縫，從而該光纖2被空間地相互分開地分離成兩部分。在本示例中，該平行槽4被以這樣的方式形成以使該平行槽4的內壁的法線相對於該光軸形成一30°的角度。
該V槽3被設計成使具有可穩定地保持該光纖2的尺寸。並且該V槽3的深度最好被規定為使能在其中完全地容納下該光纖2。然而，即使當該光纖2的最上邊的部分被定位於稍高於該基底1的上表面的上方時，也不會有什麼實際問題。可替代該V槽3而使用沿著垂直於該光軸的方向具有矩形或U形截面的槽。
該平行槽4最好具有約100μm或最小的寬度(該槽的內壁的間隙或在該被分開的兩光纖間的間隙)。根據本發明，一光學元件被插入到該平行槽4中。在本示例的情況下，具有選擇地反射一1.55μm帶中的光的濾光器特性的一光反射元件5(厚度80μm)被插入到該槽4中。該光反射元件5具有一石英基面基底和一介電多層膜(濾光器膜)，該介電多層膜由交替形成在至少一主平面上的氧化矽膜和氧化鈦膜組成，從而提供了相對一特定波長範圍中光的呈現出高反射比的濾光器特性。該光反射元件5不要求被完全裝於該平行槽4中。該光反射元件5可以部分地凸出於基底1的上表面，只要它被定位成接收傳播過光纖2的信號光。
為在平行槽4中穩定地固定光反射元件5，可紫外固化的樹脂7被使用。該樹脂被選擇以使至少在被固化後相對於帶有信號光波長(在本示例中為1.55μm帶)的光變成實際地透明。
圖2為表示該平行槽4和元件5的附近的細節的截面視圖。該平行槽4的內壁，更具體地，通過該平行槽4相互面對的該光纖2的這兩部分的小面斜對地橫過光纖2的光軸。因此，當在平行槽4中的為具有不同於該光纖的芯部分的折射率nf的一折射率的材料時，傳播過光纖2的光在平行槽4中被反射。這可能導致在平行槽4中的傳輸損失。而且，在例如切割的形成一平行槽的步驟期間，平行槽4的內壁會受到損傷(機械/化學損傷)，而且可能會在平行槽4的內壁上形成微細的不均勻度。
即使在上述情況下，如果在平行槽4的內壁與光反射元件5之間填充有具有幾乎等於光纖2的芯部分的折射率nf的一折射率nr的材料，傳播過光纖2的光在平行槽4之上的該光纖的兩部分之間被筆直地傳送而不會對該微細的不均勻性敏感且不改變光軸。根據一實驗，發現最好在折射率nr和折射率nf之間有一關係0.9≤(nr/nf)≤1.1。以下，除非指定，在本說明書中所提到的任何樹脂均期望具有滿足上述關係的折射率。
再參照圖1A和1B，在基底1的上表面上設置一用於檢測由光反射元件5反射的1.55μm帶中的信號光的InGAAs半導體光電探測器6。在基底1的上表面上形成一相互連接該半導體光電探測器6和一外部電路的電極8。
這些圖的箭頭9表示從光纖2的另一端傳送的帶有一1.55μm帶中的波長的光信號的路徑。具有被從該光信號的波長進行較大移動的一波長的光很難被該光反射元件5反射而是從其通過並不會到達該半導體光電探測器6的光接收部分。
圖3示出一示例，其中替代其上形成有一濾光膜的光反射元件5，其上形成一衍射光柵的單元被插入到平行槽4中作為一光學元件。該衍射光柵衍射傳播過光纖2的光，從而形成多個被衍射的光束。該光電探測器的光接收部分被置於在這些被衍射光束中具有最高程度的強度級的一被衍射光束可被接收到的位置。在具有不同波長的多個信號光束傳播過該光纖的情況下，衍射角依據于波長而被改變。因此，通過將這些光接收部分(例如光電二極體PD1、PD2和PD3)置於相對各信號光的不同的位置而能分開地檢測這些信號光束。為了使該光電探測器小型化，這些多個光接收部分最好被設置在一半導體基底上。
接著，參見圖4A至4C，將描述由元件5反射的信號光束的傳輸路徑。
如圖4A所示，在本示例中，在該光纖和該光電探測器之間設有樹脂。選擇具有幾乎等於該光纖的芯部分的折射率nf的一折射率nr的樹脂。提供該樹脂以使至少填充該信號光的路徑。在該信號光的路徑沒有填充該樹脂的情況下，該信號光被衍射或被散射，以使該光電探測器不能有效地接收到該信號光。而且，在這樣的情況下，由於該光纖具有圓柱形結構，由於透鏡效應，該信號光的路徑變得複雜。
如在本例中，通過插入具有幾乎等於該光纖的芯部分的折射率nf的一折射率nr的樹脂，信號光可能筆直地入射在光電探測器的光接收部分上，如圖4B所示。圖4C概略地示出了信號光的路徑是如何依據樹脂的存在而改變的。當信號光被衍射或散射時，在光接收部分上的信號光的光點尺寸變大，導致光電探測器的探測靈敏度和響應速度降低。根據一實驗，發現在折射率nr和折射率nf之間最好有一關係0.9≤(nr/nf)≤1.1。可使用除樹脂以外的其它材料，只要它們具有相似的折射率。
如上所述，在本示例的配置中，由光反射元件5選擇反射的信號光不通過基底1。因此，基底1對信號光來說不需要是透明的。可替代玻璃基底1而使用陶瓷基底或半導體基底。在使用半導體基底的情況中，可預先在同一半導體基底上形成待被連接至光電探測器的一電路。
以下，將描述圖1A和1B中所示的光學裝置的操作。
通過光纖2被發送的信號光(例如1.55μm帶中的雷射)通過相對於光纖2的光軸被斜對地形成的平行槽4中的光反射元件5被斜對地反射。更具體地，在平行槽4的內壁的法線(更準確地，光反射元件5的主平面的法線)與光纖2的光軸形成一約30°的角度的情況下，該信號光被反射以使由反射的光與光纖2的光軸形成的角度變成約60°。另一方面，在不在1.55μm帶中的光，例如具有從1.55μm帶被移過約0.2μm或更多的波長的光通過光纖2被發送的情況下，該光幾乎通過光反射元件5而不被反射。
在本例的情況下，如可從圖1A中理解到，平行槽4被以這樣的一方式被指引以使包括上述法線和光纖的光軸的一平面垂直於基底1的上表面。
這樣一配置允許在一期望波長範圍中的光信號被選擇地從玻璃基底1的上表面射出。用於檢測一光信號的半導體光電探測器6被置於這樣發出的光信號可被接收的一位置。
該1.55μm帶中的光信號通過半導體光電探測器6被轉換成一電信號並從電極8發出。樹脂7被選擇以使半導體光電探測器6的一電極壓接到電極8上並使具有不致從光纖2發出的光信號被折射或散射的一折射率。
半導體光電探測器6的表面被預先設有一低反射比塗層以使光信號不被一半導體層的表面(光接收表面)所反射。因為這樣，傳播過光纖2的帶有1.55μm波長的光信號幾乎在半導體光電探測器b的光接收部分中被獲得。
在這裡所用的半導體光電探測器6包括一對於一帶有1.55μm波長的光信號來說是透明的InP半導體晶體基底。因此，該光信號被入射到一晶體生長側上或一晶體基底側上。
在該光接收光學裝置中，光纖2的一光信號的輸出點與半導體光電探測器的光接收部分之間的距離可被設置成一帶有良好再現性的短的恆定值(約60至300μm)。因此，防止了光從一光信號的輸出點空間地漫射到除該半導體光電探測器的光接收部分以外的區域，結果，在半導體光電探測器6中獲取90％或更多的傳播過光纖2的帶1.55μm波長的光信號，從而可容易地實現高的光接收率。而且，不象常規的光接收半導體裝置，沒有由於包括一光纖的一光輸出小面、一透鏡小面、一半導體光電探測器的小面等的多個小面之間的一光信號的多重反射效應所導致的信號劣化的問題。這樣，上述光學裝置也可被用於接收要求高信號質量的一模擬光信號傳輸系統中的光。而且，所有的元件被固定至該玻璃基底1，以使特性不會由於因外部振動及外部溫度變化所引起的位置移動而被改變，並且該裝置具有顯著的長期可靠性。
接著，將描述製造上述光接收光學裝置的方法。
首先，通過機械切削在玻璃基底1的上表面上形成一V槽3。然後，例如通過真空澱積法在玻璃基底1的該表面上沉積一導電薄膜。然後，在影印步驟和蝕刻步驟期間將該導電薄膜處理成一期望的電極圖形，並且電極8由該被形成圖形的導電薄膜所形成。在此時，最好這些步驟期間形成電極8，並且在玻璃基底1上形成指示待設置平行槽4和待設置光電探測器的位置的「對準標誌」。
接著，用一樹脂材料在該V槽3中嵌入一光纖2。
在該樹脂被固化後，平行槽4被形成在玻璃基底1上由上述對準標誌所指示的位置。該平行槽4可通過稱為線鋸或切割鋸的切割裝置被容易地形成。
然後，一光反射元件5連同樹脂一起被插入該平行槽4中，並且該樹脂被固化。在此時，最好該樹脂的折射率被設成為幾乎與光纖2的芯部分的折射率相同。由平行槽4的內壁(切割表面)的粗糙度所引起的過剩光損失(光信號的散射)可通過將該樹脂的折射率設成為幾乎與光纖2的芯部分的折射率相同而被壓縮。最好使用可紫外固化的樹脂。這是因為不要求用於固化的加熱步驟。
接著，使用樹脂7將半導體光電探測器6固定在玻璃基底1上由對準標誌所指示的位置。該對準是通過將玻璃基底1上的對準標誌與半導體光電探測器6相對準同時從玻璃基底1的上方觀察它們而進行的。如果採用預先形成一指示該半導體光電探測器6側上的光接收部分位置的標誌的方法，可以高精度引導該對準。
在如上所述的一光信號被入射在半導體光電探測器6的晶體基底側上的一情況下，應在當安裝光電探測器6時將作為前表面的一InGAAs晶體生長層側上形成指示光接收部分的位置的一標誌。因此，例如當形成半導體光電探測器6的一電極時，可同時形成該對準標誌，以使半導體光電探測器6的部分生產變得容易。當使用通過從外部進行紫外照射而被固化的樹脂材料時，可在一預定位置上固定一半導體光電探測器而不要求長期固化時間。
當生產上述光電探測器時，不要求在檢測來自一光纖的光信號時，對各元件的位置進行三維地調整。因此，通過使用如在矽集成電路裝置的生產領域中的安裝技術中所使用的進行兩維調整的一安裝裝置可生產這樣的裝置。因此，該裝置適於在短時間周期內進行大量生產，進而可預見該裝置的生產成本較低。
(實例2)接著，參見圖5，將描述根據本發明的光接收裝置的第二示例。圖5為用於接收帶有1.55μm波長λ1的信號光和帶有1.31μm波長λ2的光信號的一光接收光學裝置的截面視圖。在以下描述中，與先前實例中相同的元件以相同的參考數字表示，並省略對其的詳細描述。
如圖5中所述，在玻璃基底1中形成兩平行槽(槽寬約100μm)以相對光纖2的光軸形成一預定的角度。在本示例中，由各平行槽與光軸形成的角度是相等的。然而，它們可以相互不同。
如示例1中所示，在形成在玻璃基底1的上表面上的一槽內用樹脂固定光纖2。
不同種的光反射元件11和12被分別插入到上述兩平行槽中。光反射元件(厚度80μm)11具有反射99％或更多的帶有1.55μm波長λ1的信號光的濾光特性，且光反射元件(厚度80μm)12具有反射99％或更多的帶有1.31μm波長λ2的信號光的濾光特性。光反射元件11通過約95％或更多的帶有1.31μm波長λ2的信號光。
在玻璃基底1上安置一InGAAs半導體光電探測器13以接收由光反射元件11反射的帶有1.55μm波長λ1的信號光。在玻璃基底1上安置一InGAAs半導體光電探測器14以接收由光反射12反射的帶有1.31μm波長λ2的信號光。箭頭15、16和17表示從光纖2的一端發送的信號光的路徑。
下面將描述本示例的光學裝置的操作。
在一光信號路徑15的一位置處，通過光纖2發送的光包含至少帶有1.55μm波長λ1的信號光和帶有1.31μm波長λ2的信號光。光反射元件11選擇地只反射帶有1.55μm波長的光信號，並將所反射的光傳至半導體光電探測器13(路徑16)。半導體光電探測器13響應於所接收的光信號而生成一電信號。
另一方面，帶有1.31μm波長的光信號被通過光反射元件11並由光反射元件12選擇地反射。該被反射的光被送至半導體光電探測器14，並且半導體光電探測器14響應於接收的光信號而生成一電信號。
樹脂7被選擇以使將光電探測器13和14的電極壓接到一電極8上且使具有不會導致從光纖2射出的光信號被反射的折射率。
半導體光電探測器13和14的表面被預先設有一低反射比塗層以使光信號不被半導體層的表面所反射。因此，在半導體光電探測器13中獲得傳播過光纖2帶有1.55μm波長的光信號，在半導體光電探測器14中獲得帶有1.31μm波長的光信號。
在光接收裝置中，光纖2的光信號的輸出點與半導體光電探測器的光接收部分之間的距離可被設成為帶有良好再現性的短的恆定值(約60至300μm)。因此，防止了光從光信號的輸出點空間漫射到除半導體光電探測器的光接收部分外的區域。結果，在半導體光電探測器13中獲得90％或更多的傳播過光纖2的帶有1.55μm波長的光信號，且在半導體光電探測器14中獲得80％或更多的傳播過光纖2的帶有1.31μm波長的光信號，從而容易地實現高的光接收率。而且，不象常規的光接收半導體裝置，沒有例如由於在包括一光纖的光輸出小面、一透鏡小面、一半導體光電探測器的小面等的多個小面之間的一光信號的多重反射效應所導致信號劣化的問題。這樣，上述光學裝置也可被用於接收一要求高信號質量的模擬光信號傳輸系統中的光。進而，所有元件被固定至玻璃基底1，以使這些特性不會因由外部振動及外部溫度變化所引起的位置移動而被改變，並且該裝置具有顯著的長期可靠性。半導體光電探測器13和14可以是形成在同一半導體基底上的兩半導體光電探測器。
接著，參見圖6，將描述通過平行槽的光信號的損失。圖6示出了由在單模纖維中設置的間隙所導致的光損失的一計算結果和實驗結果。假設在該間隙中的為具有折射率n的材料。圖6中實線表示帶有1.31μm波長的光信號的損失，而虛線表示帶有1.55μm波長的光信號的損失。示出有兩組曲線，一組對應於該間隙的折射率n為1.0的情況，另一組對應於該間隙的折射率n為1.5的情況。
在本示例中所用的樹脂的折射率約為1.5。從圖6中可以理解，在折射率n為1.5的情況下，相對於100μm寬度的間隙只產生約1dB的小的耦合損失。該耦合損失可通過使光纖間的間隙更小而被降低，而且也可通過增大光纖的芯直徑而被降低。
當生產上述光接收裝置時，在檢測來自光纖的光信號的同時不要求對各元件的位置進行三維調整。因此，可通過使用如在矽集成電路裝置的生產領域中的安裝技術中使用的一進行兩維調整的安裝裝置來生產這樣的光接收裝置。這樣，該裝置適於在短時間周期內進行大量生產，並且可預見到其生產成本較低。
本示例的光接收裝置可以這樣一方式被改型檢測帶有不同波長的三種或更多種光信號。
(示例3)接著，參見圖7A、7B和8，描述本發明的一裝置的第三示例。
在本示例的裝置中，在一基底上混合集成一如圖5中所示的接收帶有兩波長的光信號的光電探測器和一電放大器。圖7A為一表示本示例的裝置的一部分電路的等效電路；圖7B為其概略性的透視圖；圖7C為其平面視圖。
如圖7B所示，在基底1上形成如圖5中所示的光電探測器13和14。如示例2中所述，光電探測器13和14分別檢測傳播過嵌入在一槽(未示出)中的光纖2的光中的在一選擇的波長帶中的信號光。
光電探測器在圖7A中由一光電二極體的符號表示。當光電檢測器接收到信號光時，在光電二極體和一電阻之間部分的電位發生變化。電放大器對該電位中的變化進行放大並輸出。
參見圖7B，第一電放大器21被電連接至第一光電探測器13，且第二電放大器22被電連接至第二光電探測器14。
第一光電探測器13通過第一電阻器23被連至電布線圖形25，第二光電探測器14通過第二電阻器24被連至電布線圖形25。
通過光纖2發送的光信號中帶有1.55μm波長的光信號通過第一光電探測器13被轉換成一電信號，被輸入第一電放大器21並在其中被放大。然後，該放大的電信號通過圖7B中的一電極圖形(未示出)被取出。帶有1.31μm波長的光信號不被第一光電探測器13檢測地通過第二光電探測器14被轉換成一電信號。被輸入第二電放大器22並在其中被放大。該放大的電信號通過圖7B中的一電極圖形(未示出)被取出。
圖7B中所示的裝置是如下地製造出的。
首先，在玻璃基底1上形成一電極布線圖形25。該電極布線圖形25是通過將電極材料製成的一導電薄膜汽相澱積在該玻璃基底1，隨後進行影印和蝕刻而形成。在這些步驟期間，可連同該電極布線圖形25一起由一傳導薄膜形成各種「對準標誌」。圖7C中的陰影部分示出了電極布線圖形的一示例。
接著，根據示出形成V槽位置的「對準標誌」，在玻璃基底1的一預定位置形成該V槽。然後，將光纖2嵌入在V槽中並用樹脂進行固定。然後，根據示出形成兩平行槽位置的「對準標誌」，在玻璃基底1上形成兩平行槽(未示出)。光反射元件11和12被用樹脂固定在該兩平行槽中。然後，配置光電探測器13和14的端電極以使其被連接至電極圖形25的一部分，並被用樹脂固定在玻璃基底1上。
圖8示出了設置在一外殼中的圖7B所示的裝置的結構。在圖8中，圖7B中所示的光接收裝置由參考數字37表示。該光接收裝置37被用導電樹脂固定到外殼31的底上。然後，從外殼31中伸出的各電連接端子33的一端通過由鋁製的電連接線35被連接至光接收裝置37上的一電極布線圖形。從外殼31中的光接收裝置37伸出到外部的光纖的另一端通過一光纖輸出埠32被連接至一光連接器36。該光接收裝置37的表面被覆蓋有保護樹脂，從而可使光電探測器防止從外部進入外殼31的水、空氣等。接著，一光纖輸出部分被填充有樹脂，從而外殼31的內部被做成密封的，並且該外殼31被設置有一覆蓋部分。
當製造該裝置時，不要求沿垂直於圖8的製圖表面的方向高精度地校準各元件。各元件應在一平行該製圖表面的一平面內被校準。這樣，通過使用在半導體集成電路的安裝領域中所使用的普通安裝裝置可容易地製造該裝置，所有的元件被固定到外殼31，以使該裝置相對於機械振動具有較高的可靠性。
(示例4)接著，參見圖9A和9B，將描述根據本發明的一光學裝置的第四示例。圖9A是本示例的平面圖，及圖9B是其截面視圖。在本示例中，多個半導體雷射器及多個光電探測器被安置於一帶有凹形部分的陶瓷基底41上。這樣，與其緊湊結構無關，該光學裝置可發送/接收信號光。
以下，將詳細描述該光學裝置的結構。
陶瓷基底41的上表面被劃分成安置半導體雷射器的第一區域和安置光電探測器的第二區域。第一區域對應於形成在陶瓷基底41上的凹形部分43的底表面。如圖9B所示，在第一區域和第二區域之間有一臺階，並且第一區域的高度被規定低於第二區域高度例如約60至70μm。在基底的上表面上形成該凹形部分的原因是要在該凹形部分上安裝例如為半導體雷射器的發光裝置。由於該發光裝置的發光部分的位置是與光纖的光軸相對準，該凹形部分的底表面的相對高度被調整。
在陶瓷基底41的上表面上的第二區域內形成三個槽，並且在各槽內嵌入一條光纖48。形成一平行槽以斜對橫過這三條光纖48。在該平行槽中插入反射帶有1.55μm波長的光且通過帶有1.31μm波長的光的一光反射元件42。這些結構基本上與先前示例相同。因此，省去對其的詳細描述。
在陶瓷基底41上表面上的第一區域上安置一發射帶有1.13μm波長的雷射的半導體雷射器陣列44。在本示例中，使用形成在同一半導體基底上的半導體雷射器陣列44。替代地，可在分開的陶瓷基底41上配置三種不同的半導體雷射器裝置。
三個半導體光電探測器45被平行地配置在陶瓷基底41的上表面上的第二區域上。這些半導體光電探測器45被分別地安置在相應光纖48的正上方並用樹脂固定至其。各半導體光電探測器45接收由反射元件42反射的帶有1.55μm波長的光信號。
在陶瓷基底41的上表面上的第一區域上形成用於一雷射器裝置的電極47，並在第二區域上形成用於一光電探測器的電極46。
通過對光纖48的端部進行拋光以使該端部具有一預定曲率而使光纖48的各端部被設置有一透鏡49。該透鏡49使得由半導體雷射器陣列44發射的信號光被有效地入射到相應的光纖48上。
下面，將描述製造上述光學裝置的方法。
首先，在陶瓷基底41的一部分上形成一凹形部分。然後，通過採用與形成上述電極布線圖形的相同的方法，在基底41上形成用於雷射器裝置的電極47和用於光電探測器的電極46。在基底41的凹形部分的底表面上形成用於雷射器裝置的電極47。
然後，通過採用上述方法在陶瓷基底41上形成三個V槽。接著，將光纖埋置在各V槽中並用樹脂進行固定。然後，形成一平行槽以使斜對地橫過這三條光纖。一光反射元件42被插入到該平行槽中並用樹脂進行固定。
然後，使用樹脂或焊接材料，在陶瓷基底41上的預定位置處安置半導體光電探測器45和半導體雷射器陣列44。在此時，相對於已被形成的電極46和47分別調整半導體光電探測器45和半導體雷射器陣列的位置。
半導體雷射器陣列44被安置成使得在光纖48的各端上形成的透鏡49面對著半導體雷射器裝置陣列44的相應雷射器發光部分。因此，一陣列中的雷射器光束可在同時被耦合至一陣列中的各光纖。而且，如果凸出到該凹形部分的透鏡42的一部分的長度被作得更大，暴露至該凹形部分的光纖的部分變得更長。因此，由於光纖48的彈性，相對於半導體雷射器裝置陣列44的發光區調整透鏡49的部分變得更加容易。這樣，通過移動光纖49的可移動部分，可相對於光纖48通過透鏡49調整由半導體雷射器發射的光的光學耦合程度。如果在該調整後固定該可移動部分，光耦合效率可被最優化，且可獲得更大的光輸出。
上述光學裝置使通過由多根光纖組成的光纖陣列被平行發送的帶有1.55μm波長的光信號由該半導體光電探測器陣列分別地接收，且同時地，該裝置可發出帶有1.31μm波長的光信號。這樣，在一裝置內可能進行多個雙向光信號傳輸。而且，如果在一基底上設置如上所述的執行對發光裝置陣列和光電探測器陣列的各自的信號處理的電路，可容易地獲得小型化及低成本的光學裝置。
(示例5)接著，參見圖10A和10B，將描述本發明的第五示例。圖10A為本示例的平面視圖，及圖10B為其截面視圖。在本示例中，光電探測器和半導體雷射器被安置在一帶有凹形部分的玻璃基底51上。
以下，將詳細描述本示例的光學裝置的結構。
玻璃基底51的上表面被劃分成形成這些半導體雷射器的第一區域和形成這些光電探測器的第二區域。第一區域對應於在玻璃基底51上形成的一凹形部分54的底表面。如圖10B所示，在第一區域和第二區域之間有一臺階。該第一區域的高度被規定低於第二區域高度例如約60至70μm。
在玻璃基底51的上表面上的第二區域上形成有一槽，並在該槽中嵌入其端部被改變成一多模光纖53的光纖52。該單模光纖52具有10μm的芯直徑，且該多模光纖53具有50μm的芯直徑。在這些光纖之間的連接部分，芯直徑逐漸地且連續地從10μm改變至50μm。通過對該連接部分進行熱處理同時向兩端拉伸該光纖而可獲得這樣一結構。
形成一平行槽(未示出)以使斜對地橫過光纖52。在該平行槽中插入一反射帶有1.55μm波長的光且通過帶有1.31μm波長的光的光反射元件(未示出)。
在基底51的上表面上第一區域上安置發射帶有1.31μm波長的光的半導體雷射器裝置56。半導體光電探測器(未示出)被配置在玻璃基底51的上表面上的第二區域上並接收由該反射元件反射的帶有1.55μm波長的光信號。
在玻璃基底51的上表面上的第一區域上形成用於一雷射器裝置的電極58。使用具有230°熔點的焊接材料將半導體雷射器裝置56連同透鏡57一起被預先安置在陶瓷基底55上。通過從電極58流出一電流來對半導體雷射器裝置56的特性進行測試，從而只有具有良好特性的半導體雷射器被選取。在該階段去除具有不能令人滿意的特性的半導體雷射器裝置56，從而它們不被要求連接至光纖，致使成本降低。
其上安置有半導體雷射器裝置56的陶瓷基底55通過使用具有180°熔點的焊接材料被連接至玻璃基底51上的凹形部分54。由半導體雷射器56發射的雷射通過透鏡57被放大至50μm大小的的光點。因此，雷射以幾μm的定位精度被耦合至多模光纖53，從而可獲得高耦合率。耦合至多模光纖53的雷射被傳送至單模光纖52，且其芯直徑被逐漸地且連續地改變。因此，光能可被安全地發送而不會引起例如散射的光損失。光纖耦合系統的低安裝精度也有助於降低該光學裝置的成本。
(示例6)接著，參見圖11A和11B，對本發明的第六示例進行描述。在圖11A和11B中，參考數字61表示一玻璃基底，參考數字62表示一單模纖維。參考數字63表示一多模纖維，參考數字64表示相對於帶有1.31μm波長的光具有50％的反射比的反射元件，參考數字65表示一半導體光電探測器，及參考數字66表示一通過帶有1.31μm波長的信號光且反射帶有1.55μm波長的信號光的反射元件。
從單模光纖62發射的帶有1.55μm波長的信號光被反射元件66反射並在多模纖維63中被獲得。一半導體光電探測器被連接至多模纖維63的另一端以接收所有的多模光能，從而即使在單模中也能接收高質量的模擬信號。在不能總接收到多模纖維中的多模光能的情況下，模噪聲產生，使不能令人滿意地接收一模擬信號。自單模光纖62發射的1.31μm波長的信號光由反射元件64反射並由半導體光電探測器65接收。
(示例7)接著，參見圖12A和12B，將描述本發明的第七個示例。圖12A是一光接收/光發射裝置的透視圖，而圖12B為其的截面視圖。
在圖12A和12B中，參考數字71表示一玻璃基板，參考數字72表示一單模纖維，參考數字73表示一通過帶有1.31μm波長的信號光而反射帶有1.55μm波長的信號光的反射元件，參考數字74表示一相對於帶有1.31μm波長的信號光具有50％反射比的反射元件，參考數字75表示一接收帶有1.55μm波長的信號光的半導體光電探測器，參考數字76表示一接收帶有1.31μm波長的信號光的半導體光電探測器，參考數字77表示一被連接至基底外側的光纖72的發射帶有1.31μm波長光的半導體雷射器，及參考數字78表示一設置在纖維端部以具有預定曲率的透鏡。
1.55μm波長的信號光被反射元件73反射並由半導體光電探測器75接收。1.31μm波長的信號被反射元件74反射並由半導體光電探測器76接收。由半導體雷射器77發射的雷射被耦合至一透鏡狀纖維78，且50％的雷射通過光反射元件74，從而信號光可被雙向地透過。半導體雷射器裝置77應被形成一與玻璃基底71分開但與其相似的基底上。半導體雷射器裝置77可被裝於一分開的外殼中。
(示例8)接著，參照圖13描述本發明的第八個示例。
在圖13中，參考數字81表示一矽半導體基底，參考數字82表示一單模光纖，參考數字83表示一接收帶有1.55μm波長的信號光的半導體光電探測器，參考數字84表示一發射帶有1.31μm波長的信號光的半導體光電探測器，及參考數字85表示一發射帶有1.31μm波長的光的半導體雷射器。在圖13中，光反射元件(未示出)被安置成使斜對地橫過光纖82。光纖82通過光反射元件被耦合至光電探測器83和84及光發射裝置85。這裡，光發射裝置85為一表面發射雷射器。其連同光電探測器83和84一起被置放在矽基底81的上表面上。
上述光學裝置可通過與用於構成普通的半導體集成電路的相同方法而被製成。由於其簡單的構成，該裝置可以較低的成本製成並被小型化但具有顯著的可靠性。
在上述示例中，主要描述了採用帶有1.55μm波長的信號光和帶有1.31μm波長的信號光的光學裝置。但是，也可採用其它的波長組合。而且，不限定用於上述示例中所示元件的材料。
(示例9)下面將參照圖14對本發明的第九個示例進行描述，圖14是本示例的平面視圖。
在具有平坦的上表面和底表面及垂直於該上表面的側表面的玻璃基底101的上表面上形成有第一槽103(深度300μm)。該玻璃基底101由對於1.55μm波長的光基本上是透明的材料製成。用樹脂將由UV樹脂製成的透明塗層覆蓋的單模光纖102(直徑200μm)固定在槽103中。
在玻璃基底101中形成第二槽104(槽寬約100μm)以使第二槽104相對於光纖102的光軸形成一預定的角度(60°)並垂直於基底101的上表面。有濾光器特性的一光反射元件(厚度約80μm)被插入到第二槽104中並用樹脂108將其固定。樹脂108由對於1.55μm波長的光是透明的環氧型材料製成，並且其折射率幾乎等於光纖的折射率。該光反射元件105被設計成使選擇只反射10％的帶有1.55μm波長的信號光。例如，通過在一石英基底上交替地形成氧化矽膜和氧化鈦膜而獲得這樣一光反射元件105。在附圖中，分別有參考數字100和100』表示雙向傳播過該光纖的帶有1.55μm波長的信號光。
在平行於光纖102的光軸的基底101的側表面中，第一InGAAs半導體光電探測器106被附連至其中一個側表面，而第二InGAAs半導體光電探測器107被附連至另一側表面。
從該圖的左側傳播的信號光100的一部分被反射元件105反射並照射在第一半導體光電探測器106上作為第一被反射的光109。信號光100的其餘部分通過反射元件105並以右方向傳播通過光纖102。另一方面，從該圖的右側傳播的信號光100』的一部分被反射元件105反射並射在第二半導體光電探測器107上作為第二被反射的光110。信號光100』的其餘部分通過反射元件105並以左向傳播過光纖102。
本示例的光學裝置被插入在光纖的傳輸路徑中，從而信號光100和100』被雙向傳輸過光纖102。
半導體光電探測器106和107的各表面被預先設置一低反射比塗層以使信號光不被半導體層的表面反射，而在半導體光電探測器106和107中接收傳播過光纖102的帶有1.55μm波長的信號光的一部分。由於這裡所用的半導體光電探測器106和107採用一對於1.55μm波長的信號光是透明的InP半導體晶體基底，信號光可被照射到一晶體生長層側或一晶體基底側上。
在光接收裝置中，在光纖部分的傳輸損失可被作成2.0dB那麼小。而且，光纖102的光信號的輸出點與半導體光電探測器的光接收部分之間的距離可被設定成在幾毫米內為恆定不變的。因此，可防止光信號發生空間漫射及到達除半導體光電探測器的光接收部分以外的區域以降低光接收效率。結果，在半導體光電探測器106中接收到傳播過光纖102的1.55μm波長的信號光中80％或是更多的由反射元件105反射的分量(反射光109)，從而容易地獲得高的光接收效率。類似地，在半導體光電探測器107接收到傳播過光纖102的1.55μm波長的光信號中的80％或更多的由反射元件105反射的分量(反射光110)，從而，容易地獲得高的光接收效率。
而且，不象常規的光接收光學裝置，沒有例如由於在具有一光纖的光輸出小面、一透鏡小面、一半導體光電探測器的小面等的多個小面之間的光信號的多反射效應而導致的信號劣化的問題。因此，上述光學裝置也可被用於在一要求高信號質量的模擬光信號傳輸系統中接收光。而且所有的元件被固定至玻璃基底101，以使特性不會由於由外部振動及外部溫度變化引起的位置移動而被改變，且該裝置具有顯著的長期可靠性。
(示例10)接著，將參照圖15描述本發明的第十個示例。
在以下描述中，與上述中相同的部分同相同的參元件字表示，並有略對其的描述。
如圖15中所示，以與先前示例中相同的方法，在由對於1.55μm波長的光是透明的塑料材料製成的基底201的上表面上形成具有矩形截面的第一槽203(深度200μm)。
在第一槽203中嵌入具有一由尼龍樹脂製成的塗層膜的單模光纖(直徑900μm)。
在基底201中形成第二槽204以相對於基底201的主平面被傾斜。在本示例中，一元件205相對於光纖的光軸被傾斜過60°。第二槽204具有一基本矩形的截面及50μm的槽寬。在第二槽204中用環氧樹脂嵌入一具有半透明和半反射特性的光反射元件205，其中形成一Au薄膜以使在30μm厚度的石英基底上具有500埃厚度。
通過表面安裝技術在透明基底201的上表面上設置一300μm光接收直徑的InGAAs半導體光電探測器206。在透明基底201的底表面上設置一被密封在罐外殼中的300μm光接收直徑的InGAAs半導體光電探測器207。
一部分光信號100被元件205反射並作為反射光208照射在半導體光電探測器206上。一部分光信號100』被元件205反射並作為反射光209照射在半導體光電探測器207。
本示例的裝置被插放在光纖的傳輸路徑中，從而光信號100和100』被雙向傳輸過光纖202。
嵌入在第二槽204中的樹脂被選擇成具有不導致出自光纖202的光信號被折射或反射的折射率。半導體光電探測器206的表面被預先設置一低反射比塗層以使光信號不被半導體層表面反射，且傳播過光纖202的1.55μm波長的光信號的一部分在半導體光電探測器206被接收。由於這裡所用的半導體光電探測器207採用對於1.55μm波長的光信號是透明的一InP半導體晶體基底，光信號可被照射在晶體生長層側或晶體基底側上。在本示例中，獲得了與示例9中相似的效果。
(示例11)接著，將參照圖16描述本發明的第十一個示例。在下列描述中，與上述相同的部分以相同的參考數字表示，省略對其的描述。
如圖16所示，在對於1.55μm波長光基本是透明的玻璃基底301的上表面上形成具有矩形截面的第一槽303(深度200μm)。一單模光纖(直徑125μm)302被嵌入在第一槽303中。
在玻璃基底301的上表面上形成第二槽304以相對於上表面是斜對的。第二槽304具有一基本為矩形的截面和20μm的槽寬。一具有反射10％的1.55μm波長光的濾光器特性的光反射元件305(厚度10μm)被插入到第二槽304中且其中在一聚醯亞胺模上交替地形成一氧化矽膜和一氧化鈦膜。
通過表面安裝技術將具有300μm光接收直徑的InGAAs半導體光電探測器306和307固定到玻璃基底301上。
在玻璃基底301的底表面上形成由Au薄膜製成的反射器308。在一部分光信號100被元件305反射後，它被反射器308反射並作為反射光309照射在半導體光電探測器306上。一部分光信號100』被元件306反射並作為反射光310照射在半導體光電探測器307上。
在光接收光學裝置中，在元件305上形成反射光310的一點與半導體光電探測器307的光接收部分之間的距離可被設定為恆定不變地100-300μm。因此，防止了光信號發生空間漫射及到達除了半導體光電探測器307的光接收部分以外的區域以降低光接收效率。另外，90％或更多的來自元件305的反射光309在半導體光電探測器307中被接收，從而可容易地獲得高的光-電轉換效率。而且，不象常規的光學裝置，沒有例如由於在包括一光纖的光輸出小面、一透鏡小面、一半導體光電探測器等的小面的多個光學元件的小面之間光的多反射效應所引起的信號的劣化。因此，上述光學裝置也可被用於要求高信號質量的模似光信號傳輸系統。而且，所有的元件被固定至該玻璃基底301，以使特性不會由於外部振動和外部溫度變化所引起的位置移動而被改變，並且該裝置具有顯著的長期可靠性。該配置的半導體光電探測器306和307可被形成在同一半導體基底上。
接著，將參照圖17描述通過橫過光纖302形成的第一槽303的1.55μm波長的光信號的損失。圖17示出了由於被通常用於光學通信的單模纖維(芯半徑ω＝5μm)的間隙所引起的光損失的計算結果和實驗結果。
在該間隙被填充有具有幾乎與在本示例中所用的光纖的折射率(n＝1.5)相同的折射率的樹脂的情況下，相對於20μm的間隙，只有0.2dB這麼小的耦合損失發生。產生通過減小光纖間的間隙且其次通過增大光纖的芯直徑可減少耦合損失。圖17還示出了在芯半徑ω＝10，ω＝15μm情況下的計算結果。可以理解當芯半徑ω增大，而間隙具有相同尺寸時，光損失被大大地減少。
圖18A和18B分別示出了普通的光纖401和其芯直徑被部分增大的光纖404。
如圖18A所示，普通的光纖401具有這樣一結構具有預定直徑的芯402被覆有一包層403。相反地，關於光纖404的芯402，如果第二槽橫過一部分405，該部分405的直徑大於芯402的其它部分的直徑，可減小由於第二槽的間隙所引起的信號傳輸損失。
在製做該光接收光學裝置時，在其組裝期間不要求調整各元件的位置，同時來自光纖的光信號被檢測。這樣一光接收裝置可通過使用在矽集成電路的安裝技術領域中所用的安裝裝置而被製成。因此，該裝置適用於短時間周期的大規模生產，並且可預料能以低成本來生產該裝置。也可以理解可通過相對於不同波長的光信號使用相同的方法來製做該裝置。
(示例12)接著，將參照圖19描述本發明的第十二個示例。
本示例的裝置具有與圖14中所示的裝置相似的結構，與圖14中相同的部分以相同的參考數字表示，並省略對其的描述。
圖19中所示的裝置其特徵在於在一玻璃基底101的主表面上形成具有一基本上為矩形的截面的第三槽601(寬度20μm)，並將一第二反射元件602插放在第三槽601中，該第二反射元件602選擇地反射1.48μm波長的光。
因為上述的結構，在包含1.3μm、1.48μm和1.55μm波長的光分量的一雙向信號600從圖的左側傳播過光纖102，1.48μm波長的光被第二反射元件602選擇地反射並作為反射光603沿圖的左向傳播。一雙向信號600』包含1.3μm和1.55μm波長的光分量。
這樣一裝置通過被連接到一摻雜有稀土元素鉺的光纖放大器(EDFA、摻雜鉺的纖維放大器)而被使用。帶有1.48μm波長的激發光被用於光纖放大器的抽運。第二元件602防止了該激發光被照射在光電探測器106上，從而減少了光電探測器106輸出中包含的噪聲分量。由於此，光電探測器106和107可僅檢測帶有1.55μm波長的光信號分量。
在該裝置中，光電探測器106被用於監視光纖放大器的輸出，而光電探測器107被用於監視在被光纖放大器反射後從外部返回的反射光。
在本示例中，具有幾乎等於光纖折射率的折射率的樹脂填入第二元件602和第三槽的側壁之間。這抑制了信號光的折射和漫反射，且因此，傳輸損失幾乎不會增加。一用於過濾激發光的光學元件與玻璃基底101集成在一起，以使可提供一相對於機械振動具有高可靠性的裝置。
(示例13)接著，將參照圖20描述本發明的第十三個示例。
在本示例中，圖16中所示的示例(示例11)的光學裝置被與一電放大器一起集成在一基底上。
如上所述，光纖701和701』的部分被嵌入在玻璃基底301的一槽中。一電布線圖形在預先形成在玻璃基底301上，且在玻璃基底301上形成光電探測器306和307，及具有一前置放大器電路的電集成電路元件702以連接至電布線圖形703。
玻璃基底301用傳導樹脂被固定到外殼705的底部上。然後，從外殼705凸出的各電連接端子704的一端通過由鋁製成的電連接線被連接至玻璃基底301上的電布線圖形703，光纖701通過光纖輸出口從外殼705伸出到外部。接著，光纖輸出口被填充以樹脂，從而使外殼705的內部被密封，並且外殼705被設置有一蓋部分。
當製做該裝置時，不要在垂直於圖20的製圖表面的方向上以高精度校準各元件。各元件應在平行於該製圖表面的一平面中被校準。因此，通過使用在半導體集成電路的安裝領域中所用的普通安裝裝置可容易地製做該裝置。所有的元件被固定至外殼705，以使該裝置具有相對於機械振動的高可靠性。
如上所述，本發明具有以下顯著效果可使在使用光纖的雙向光傳輸的系統中所用的光學裝置被最小化、集成化及輕便化；而且，可以低成本、提高的產量生產該光學裝置，因此，本發明具有很大的工業重要性。
(示例14)下面，將參照圖21和22描述本發明的第十四個示例。
在本示例中，在玻璃基底1101的上表面上形成具有矩形截面的第一槽1103(寬度；150μm；深度150μm)。光纖1102的一端部被嵌入在第一槽1103中並用透明的環氧型樹脂材料進行固定。該玻璃基底1101被設有通過切割鋸進行切削所獲得的一傾斜小面1104。在本示例中，小面1104被形成以使垂直於小面1104的方向相對於光纖1102的光軸成30°角。因為下面所描述的原因，該角度被設定在5°至40°的範圍內。
一反射器1105用樹脂被附連且固定至該傾斜的小面1104。該反射器1105通過在一石英基底上分層配置鈦(Ti)和金(Au)而形成。在玻璃基底1101的上表面上設置一InGAAs半導體光電探測器1106。帶有1.3μm波長的光信號1107被反射器1105進行反射並作為反射光1108照射在半導體光電探測器上。
在本示例中，該樹脂的折射率被設定成幾乎與光纖1102的折射率相同。因此，因此由切削小面1104所引起的物理粗糙度(微細的不均勻性)對於光領域中的清晰度是可忽略不計的，光信號不會被散射。該光信號通過設在光信號的反射方向上的半導體光電探測器1106而被有效地轉換成電信號。
在光接收光學裝置中，光纖1102的光信號的輸出點與半導體光電探測器1106的光接收部分之間的距離可被設定成一較短的恆定值(約60至300μm)。因此， 防止了光信號發生空間散射及到達除半導體光電探測器的光接收區域之外的區域以降低光接收效率。結果，傳播過光纖1102的帶有1.3μm波長的90％或更多的光信號在半導體光電探測器1106中被接收，從而容易地實現了高的光接收效率。
接著，圖22示出了返回損失與一小面傾斜角的關係。圖22的圖形中的橫坐標軸表示了由反射器1105的法線與光纖1102的光軸所形成的角度，而縱坐標軸表示從光纖1102的入射側看到的返回損失(光反射比)。
在5°或更小的角度的情況下，從反射器1105的表面反射的返回光被反饋給光纖1102。在40°或更大的角度的情況下(對於結構來說不考慮45°或更大的情況)，從半導體光電探測器1106的表面反射的返回光被反饋回給光纖1102。
在反射的返回光為較大的情況下，相對於一外部光連接器的反射小面發生有多次反射，降低了接收的光信號的質量。然而，根據本發明，由於該角度被設定在5°至40°的範圍內，正如從圖22中所顯見的，沒有例如由於在包括一光纖的光輸出小面、一如在常規的光電探測器中所用的透鏡的小面、一半導體光電探測器的小面等多個光學小面之間的多次反射所引起的信號劣化的問題。因此，上述光學裝置也可被用於在要求高的信號質量的模擬光信號傳輸系統中接收光。
而且，在本發明的本示例中，該光學裝置較小，因為它不使用例如透鏡的光學元件。還有，所有的元件被固定至玻璃基底1101，以使特性不會因為由外部振動或外部溫度變化引起的位置移動而被改變，並且該裝置具有顯著的長期可靠性。
接著，將參照圖23A至23D描述製做一光接收裝置的方法。
首先，如圖23A所示，通過機械切削在一玻璃基底1101的上表面上形成一具有矩形截面的第一槽1103。預先在該玻璃基底1101的上表面上真空澱積一電極材料，並通過隨後的光刻和蝕刻步驟形成一期望的電極圖形。在這些步驟中，同時在該玻璃基底1101的上表面上形成表示將設置一小面1104的位置和將設置一光電探測器的位置的「校準標誌(未示出)」。
接著，如圖23B所示，通過用樹脂材料將一光纖1102嵌入在第一槽1103中，然後，該樹脂被固化。
接著，通過使用稱為線鋸或切割鋸的切削裝置切削由上述「校準標誌」表示的玻璃基底1101上的一部分，即由圖23B中虛線表示的部分。因此，如圖23C所示，在相對於光纖1102的光軸的一預定角度上形成一基底小面1104。
接著，如圖23D所示，用樹脂將一光反射元件1105附連且固定至該基底小面1104，也用樹脂將一半導體光電探測器1106安置在由該校準標誌表示的一預定位置。如果使用通過外部UV光的照射而固化的樹脂材料，該半導體光電探測器可被固定至該預定位置而不需要長的固化時間。
可通過使用用於安裝一現有矽集成電路的任意輔助安裝裝置來製做該光接收裝置，在檢測一來自光纖的光信號不需要調整位置。因此，可以低成本、短周期來大量生產該裝置。
(示例15)接著，將參照圖24描述本發明的第十五個示例。
參考數字1401表示一對於一波長的光信號來說是透明的玻璃基底，參考數字1402表示一光纖，及參考數字1403表示在玻璃基底1401中形成的，具有一矩形截面的第一槽(寬度150μm；深度150μm)，其中埋置且用一透明環氧型樹脂材料固定的光纖1402的一部分。
參考數字1404表示一基底小面，參考數字1405表示一反射器，參考數字1406表示一半導體光電探測器，參考數字1407表示一帶有1.3μm波長的光信號，及參考數字1408表示反射後的光。它們與圖21中所示的示例中的相應部分相似。光信號1407傳播過光纖1402，被附連且固定至基底小面1404的反射器1405向上反射，從光纖1402向外發出，通過透明的玻璃基底1401到達位於該基底的主平面上的半導體光電探測器1406的光接收部分，並被轉換成一電信號。在該光接收裝置中，也可獲得如示例14中所述的顯著特性。
(示例16)接著，將參照圖25、圖26A和26B描述本發明的第十六個示例。在圖25中，參考數字1501表示一矽基底，參考數字1502表示一光纖，參考數字1503表示具有140μm寬度的第一槽，參考數字1504表示一基底小面，參考數字1505表示一反射器，及參考數字1506表示一作為第三槽且相對於基底1501的主平面中光纖的光軸形成一預定角度的具有20μm寬度的夾縫。參考數字1507表示在一聚醯亞胺膜上由一介電多層膜製成的濾光器，其通過帶有1.3μm波長的光並反射帶有1.55μm波長的光，參考數字1508表示一InGAAs半導體光電探測器，參考數字1509表示一具有與光纖的折射率基本相同的折射率的環氧型樹脂，參考數字1510表示包含有1.3μm波長和1.55μm波長分量的光信號，及參考數字1511表示帶有1.3μm波長的反射後的光。
在本示例的光學裝置的結構中，可選擇地接收帶有兩種波長的信號光的兩波長之一的信號分量。顯然可通過適當地選擇濾光器1507來選擇波長的數量及待被選擇的波長種類。
接著，將參照圖26A和26B描述該光學裝置的光接收部分的細節。
在圖26中，參考數字1601表示一基底，1602表示一半導體光電探測器，1603表示該半導體光電探測器1602的光接收部分，1604表示該半導體光電探測器1602的電極，1605擇表示被預先設置在基底1601的主表面上，具有由金(Au)材料製成的凸出部分的基底電極，及參考數字1606表示環氧樹脂。
圖26A示出了在被用樹脂進行固定的基底電極1605和半導體光電探測器1602之間的位置關係。圖26B示出了半導體光電探測器1602被用環氧樹脂1606粘結到基底1601上的狀態。在電極1604和基底電極1605之間獲得令人滿意的電連接。
(示例17)接著，將參照圖27描述第十七個示例。
在圖27中，參考數字1701表示一濾光器，其中在具有40μm厚度的石英基底上形成一介電多層膜並通過帶有1.55μm波長的光及反射帶有1.3μm波長的光。與上述相同的元件用相同的參考數字表示。省略對其的描述。在用樹指將一半導體光電探測器1508固定到基底1501上之前，用相同的樹脂將濾光器1701粘結到基底1501上並將其安置成使反射光1511在到達半導體光電探測器1508的光接收部分之前通過濾光器1701。因此，獲得與實現本發明的模式中所述的特性相似的具有波長選擇性的光接收特性。即使在直接在該半導體光電探測器的光接收部分上形成該濾光器的情況下，也可獲得同樣的效果。
(示例18)接著，將參照圖28描述本發明的第十八個示例。在圖28中，參考數字1801表示一基底，參考數字1802表示一作為光纖連接器的元件的箍，參考數字1803表示該箍中的一光纖，參考數字1804表示作為一第二槽的挾縫，參考數字1805表示一反射器，參考數字1806表示第一槽，參考數字1807表示一半導體光電探測器，參考數字1808表示一光信號，及參考數字1809表示反射後的光。箍1802被固定在基底1801上並通過在後將形成的一光纖連接器被連接到一外部光傳輸線。具有一優點通過預先連接箍1802而容易地形成該光纖連接器。而且，還有一優點在光學裝置的製做步驟期間，長的光纖不需要被拖曳，且其處理變得容易。在此省略對光纖另一端的描述。如果相似的箍被設置在該光纖的另一端上，在該光纖的任一側上易於形成光學連接器，從而使到外部光纖傳輸線的連接變得容易。
接著，將參照圖29A至29E描述本示例的製做方法。
如圖29A所示，在基底1801的上表面上相互平行地形成多個第一槽1806。然後，如圖29B所示，分別將各設置有一箍1802的多條光纖1803嵌入並用樹脂材料固定在相應的第一槽1806中。接著，如圖29C所示，相對於基底1801的上表面斜對地形成一第二槽1804以橫過光纖1803。
接著，如圖29D所示，將一反射元件1805插入並用樹脂材料固定在第二槽1804中。然後，再將各半導體光電探測器1807安置在基底1801上。然後，如圖29E所示，將基底1801劃分成各單位的光學裝置。
如上所述，由於相對於多個光學裝置同時形成第一槽1806和第二槽1804，所以該製做方法適於大規模生產。
(示例19)將參照圖31A和31B描述本發明的第十九示例。
在本示例中，在第二基底1902上安置一與光電探測器或類似元件集成的第一基底1901，該第二基底1902在其上表面上具有水平上的差別，從而形成一光纖組件。在第一基底1901中形成第一槽1903，並用樹脂在其中固定一光纖1904、形成一第二槽1905及插在其中的一光反射元件1906以斜對地橫過光纖1904。用與先前示例中相同的方法，第二槽1905中的光反射元件1906被覆蓋以樹脂，而光電探測器1907被用樹脂固定在第一基底1901的上表面上的接收由光反射元件1906反射的光的位置。這些樹脂的折射率幾乎等於光纖的芯部分的折射率。
如圖31B所示，例如用如銀糊的粘結劑將第一基底1901粘結至第二基底1902。第二基底1902由一厚部分和一薄部分組成，並且在該厚部分的上部中形成一V槽1908以支持和固定光纖1904的頂端。例如可通過部分地蝕刻一矽基底的上表面上被選擇的區域來形成該第二基底1902。
在第二基底1902上安裝一半導體雷射器裝置1909之後，該半導體雷射器裝置1909受到篩選測試以判定其是否顯示出預定的令人滿意的特性。通常，半導體雷射器裝置1909的可靠性率沒有100％，通過篩選測試排除那些不滿意的半導體雷射器裝置1909。可以在其上固定有光電探測器1907和光纖1904的第一基底1901被安置在第二基底1902上之前進行該篩選測試。
根據第一基底1901的厚度調整第二基底1902上設置的水平上差別的高度。例如，在第一基底1901的厚度為350μm及形成在第一基底1901中的第一槽1903的深度(對應於光纖1904的芯直徑)為70μm的情況下，第二基底1902的水平上差別的高度被設定在約270至290μm的範圍內。因此，如圖31B所示，光纖的光軸的位置可被校準與半導體雷射器裝置的光發射位置一致。如先前示例所述，在基底1901和1902上形成一電極布線圖形(未示出)。
根據這樣一光纖組件，來自半導體雷射器裝置1909的信號光可被有效地入射在光纖1904上，且傳播過光纖1904的信號光可由配置成一直線的光電探測器1907有效地接收。根據本示例，用戶的家用終端可被做得更小且更便宜。
如上所述，根據本發明，提供有一種具有更低光損失和高可靠性的，最小化及更便宜的光學裝置，和一種用於製做該光學裝置的方法。本發明對各種光纖通信系統。例如中繼傳輸系統、用戶系統及局域傳輸系統的構成作出了很大的貢獻；因此，本發明具有很大的工業重要性。
權利要求
1.一種光學裝置，包括一基底；至少一個形成在該基底上的第一槽；一光纖；一光學部件；一光電探測器，其經一光透明樹脂被固定在該基底上並接收由該光學部件反射的光，該被反射的光在該光纖中延續以傳輸通過該光透明樹脂；該光纖設置在第一槽中，該光纖在其與該光電探測器光學地耦合的一區域中具有基本上是圓形的截面；斜對地橫過該光纖的該基底的一小面；及該光學部件被附連至該基底的該小面，該光學部件具有一反射或衍射傳播過該光纖的光的至少一部分的表面，其中該光透明樹脂被至少埋置該光電探測器的一有源表面和該基底之間且具有幾乎等於該光纖的芯部分的折射率nf的折射率np，該光電探測器被設置在形成有該第一槽的該基底的一表面上；橫過該光纖的一第三槽；及插入在該第三槽中的第二光學部件，其反射一特定波長區域中的光，其中該第二光學部件防止傳播通過該光纖的該特定波長區域中的光被照射在該光電探測器上。
2.一種光學裝置，包括一基底；至少一個形成在該基底上的第一槽；一光纖；一光學部件；一光電探測器，其經一光透明樹脂被固定在該基底上並接收由該光學部件反射的光，該被反射的光在該光纖中延續以傳輸通過該光透明樹脂；該光纖設置在第一槽中，該光纖在其與該光電探測器光學地耦合的一區域中具有基本上是圓形的截面；斜對地橫過該光纖的該基底的一小面；及該光學部件被附連至該基底的該小面，該光學部件具有一反射或衍射傳播過該光纖的光的至少一部分的表面，其中該光透明樹脂被至少埋置該光電探測器的一有源表面和該基底之間且具有幾乎等於該光纖的芯部分的折射率nf的折射率np，該光電探測器被設置在形成有該第一槽的該基底的一表面上；及在該光電探測器的一光接收表面上形成具有一介電多層膜結構的濾光器。
3.一種光學裝置，包括一基底；至少一個形成在該基底上的第一槽；設置在該第一槽中的一光纖；斜對地橫過該光纖的至少一第二槽；一光學部件，其被插入在該第二槽中且具有反射或衍射傳播通過該光纖的至少一部分光，由垂直於該光學部件的表面的方向和該光纖的一光軸的方向所形成的角度在5°至40°的範圍內；至少在第二槽中的該光學部件與該光纖之間埋置的一材料，該材料具有幾乎等於該光纖的芯部分的折射率nf的折射率nr至少一第一光學元件，其經一光透明樹脂被固定在該基底上並接收通過該光透明樹脂由該光學部件反射或衍射的光，其中該光透明樹脂被至少埋置該第一光學元件的一有源表面和該基底之間且具有幾乎等於該光纖的芯部分的折射率nf的折射率np；及其中該光纖具有一在傳播過該光纖的信號光的波長帶中起單模纖維作用的第一部分，一在該信號光的波長帶中起多模纖維作用的第二部分，和一將該第一部分連接至該第二部分的連接部分，並且該連接部分的芯直徑從第一部分到第二部分逐漸而連續地變化。
4.一種光學裝置，包括一基底；至少一個形成在該基底上的第一槽；設置在該第一槽中的一光纖；斜對地橫過該光纖的至少一第二槽；一光學部件，其被插入在該第二槽中且具有反射或衍射傳播通過該光纖的至少一部分光，由該光學部件的表面的法線方向與該光纖的光軸方向所形成的一角度在5°至40°的範圍內；至少在第二槽中的該光學部件與該光纖之間埋置的一材料，該材料具有幾乎等於該光纖的芯部分的折射率nf的折射率nr至少一第一光學元件，其經一光透明樹脂被固定在該基底上並接收通過該光透明樹脂由該光學部件反射或衍射的光，其中該光透明樹脂被至少埋置該第一光學元件的一有源表面和該基底之間且具有幾乎等於該光纖的芯部分的折射率nf的折射率np；及其中該基底具有一上表面和一底表面，該第一光學元件被設置在該基底的上表面上，且該裝置還包括至少一第二光學元件，該第二光學元件被設置在該基底的底表面上且接收由該光學部件反射或衍射的光；及其中該光纖允許信號光雙向傳播，該第一光學元件接收沿第一方向傳播通過該光纖的信號光，及該第二光學元件接收沿與第一方向相反的第二方向傳播通過該光纖的信號光。
5.根據權利要求4的光學裝置，還包括一橫過該光纖的第三槽和一被插入在該第三槽中，具有一表面的第二光學部件，其中該表面反射並去除傳播過該光纖的包含有不需要的波長分量的光。
6.根據權利要求4的光學裝置，其中該雙向的信號光具有相互不同的波長，該光學部件具有一透明並有幾乎等於該光纖的折射率的折射率的基面及形成在該基面的兩主平面上的兩反射鍍層，且該兩反射鍍層分別呈現出不同的反射特性。
7.一種光學裝置，包括一基底；至少一個形成在該基底上的第一槽；一光纖；一光學部件；一光電探測器，其經一光透明樹脂被固定在該基底上並接收由該光學部件反射的光，該被反射的光在該光纖中延續以傳輸通過該光透明樹脂；該光纖設置在第一槽中，該光纖在其與該光電探測器光學地耦合的一區域中具有基本上是圓形的截面；斜對地橫過該光纖的該基底的一小面；及該光學部件被附連至該基底的該小面，該光學部件具有一反射或衍射傳播過該光纖的光的至少一部分的表面，其中該光透明樹脂被至少埋置該光電探測器的一有源表面和該基底之間且具有幾乎等於該光纖的芯部分的折射率nf的折射率np；橫過該光纖的一第三槽；及插入在該第三槽中的第二光學部件，其反射一特定波長區域中的光，其中該第二光學部件防止傳播通過該光纖的該特定波長區域中的光被照射在該光電探測器上。
8.一種光學裝置，包括一基底；至少一個形成在該基底上的第一槽；一光電探測器，其經一光透明樹脂被固定在該基底上並接收由該光學部件反射的光；設置在第一槽中的一光纖，該光纖在其與該光電探測器光學地耦合的一區域中具有基本上是圓形的截面；斜對地橫過該光纖的該基底的一小面；及該光學部件被附連至該基底的該小面，該光學部件具有一反射或衍射傳播過該光纖的光的至少一部分的表面，其中該光透明樹脂被至少埋置該光電探測器的一有源表面和該基底之間且具有幾乎等於該光纖的芯部分的折射率nf的折射率np；及在該光電探測器的一光接收表面上形成具有一介電多層膜結構的濾光器。
9.一種光學裝置，包括一基底；至少一個形成在該基底上的第一槽；設置在該第一槽中的一光纖；斜對地橫過該光纖的至少一第二槽；一光學部件，其被插入在該第二槽中且具有反射或衍射傳播通過該光纖的至少一部分光，由該光學部件的表面的法線方向與該光纖的光軸方向所形成的一角度在5°至40°的範圍內；至少在第二槽中的該光學部件與該光纖之間埋置的一材料，該材料具有幾乎等於該光纖的芯部分的折射率nf的折射率nr至少一第一光學元件，其經一光透明樹脂被固定在該基底上並接收通過該光透明樹脂由該光學部件反射或衍射的光，其中該光透明樹脂被至少埋置該第一光學元件的一有源表面和該基底之間且具有幾乎等於該光纖的芯部分的折射率nf的折射率np；及其中該基底具有一上表面和一底表面，一反射器被附連在該底表面上，該第一光學元件被設置在該基底的上表面上，且該光學裝置還包括至少一第二光學元件，該第二光學元件被設置在該基底的上表面上且接收經該反射器由該光學部件反射或衍射的光；及其中該光纖允許信號光雙向傳播，該第一光學元件接收沿第一方向傳播通過該光纖的信號光，及該第二光學元件接收沿與第一方向相反的第二方向傳播通過該光纖的信號光。
10.根據權利要求9的光學裝置，還包括一橫過該光纖的第三槽和一被插入在該第三槽中，具有一表面的第二光學部件，其中該表面反射並去除傳播過該光纖的包含有不需要的波長分量的光。
11.根據權利要求9的光學裝置，其中該雙向的信號光具有相互不同的波長，該光學部件具有一透明並有幾乎等於該光纖的折射率的折射率的基面及形成在該基面的兩主平面上的兩反射鍍層，且該兩反射鍍層分別呈現出不同的反射特性。
全文摘要
本發明的光學裝置包括一基底，形成在該基底上至少一第一槽，安置在該第一槽中的一光纖和斜對地形成橫過該光纖的至少一第二槽。而且，該光學裝置包括一插入在該第二槽中的光學部件，其具有一反射或衍射至少一部分傳播過該光纖的光的表面。一光電探測器被安置在一接收由該光學部件反射或衍射的光的位置。結果，可以低成本提供一被最小化、具有低損失和高可靠性的光學裝置。
文檔編號G02B6/42GK1414408SQ02141859
公開日2003年4月30日 申請日期2002年8月23日 優先權日1995年8月3日
發明者宇野智昭, 雄谷順, 東門元二, 光田昌弘 申請人:松下電器產業株式會社