阅读说明：本技术 光波导芯片的连接结构 (Connection structure of optical waveguide chip ) 是由 鹿间光太 石川裕士 河尻祐子 荒武淳 于 2018-06-07 设计创作，主要内容包括：一种光波导芯片的连接结构包括：基底(2003),凹槽(2013)形成在基底中；间隔光纤(2006),每个间隔光纤针对凹槽(2013)中的对应一个来设置并装配在凹槽(2013)中,同时从基底(2003)部分地突出；以及石英基PLC(2001、2002),其为多个光波导芯片,其装配在间隔光纤(2006)的突出部分上的凹槽(2007)中的每一个形成在光波导层(2008)的面对凹槽(2013)的位置处,并且石英基PLC(2001、2002)中的每一个安装在基底(2003)上,同时被间隔光纤(2006)支撑。石英基PLC(2001、2002)安装在基底(2003)上,使得光波导层(2008)的入射/出射端面彼此面对。(A connection structure of optical waveguide chips includes a substrate (2003) in which grooves (2013) are formed, spacer fibers (2006) each provided for a corresponding of the grooves (2013) and fitted in the grooves (2013) while partially protruding from the substrate (2003), and quartz-based PLCs (2001, 2002) which are a plurality of optical waveguide chips each of which fitted in grooves (2007) on protruding portions of the spacer fibers (2006) is formed at a position facing the grooves (2013) of an optical waveguide layer (2008), and each of the quartz-based PLCs (2001, 2002) are mounted on the substrate (2003) while being supported by the spacer fibers (2006). the quartz-based PLCs (2001, 2002) are mounted on the substrate (2003) such that incident/exit end faces of the optical waveguide layer (2008) face each other.)

光波导芯片的连接结构

技术领域

本发明涉及在诸如光通信或光感测之类的需要光信号处理的技术领域中使用的光波导芯片的连接结构。

背景技术

随着光通信网络的发展，强烈要求提高光通信设备的集成性，即减小光学设备的尺寸。在用作光通信设备的光电路中，常规地，广泛地使用利用石英玻璃基材料的平面光波电路(PLC)。由于PLC与光纤的耦合极好并且作为材料也很可靠，因此PLC被应用于诸如分光器、波长复用器/解复用器、光开关和偏振控制元件之类的用于光通信的各种功能元件。

近年来，为了应对上述的光电路的尺寸减小，关于高折射率差的光电路的研究已取得进展，其中增大了芯部的折射率，并且增大了芯部与包覆层之间的折射率差，从而设计出小的最小弯曲半径。此外，在最近的十年间，利用电子部件等所需的硅工艺，使用具有强光限制的石英基材料的硅光子技术已取得进展，并且实现了小于玻璃基电路的光电路。

另外，作为光调制元件，还广泛地使用利用以铌酸锂(N)等为代表的铁电材料的光电路。此外，将使用相同材料的周期性极化的铌酸锂(PPLN)元件用作波长转换元件或光放大元件。作为发光元件、光接收元件或光调制元件，以磷化铟(InP)和砷化镓(GaAs)为代表的III-V族半导体已经投入实际使用。通过将光传播机制与这些材料进行结合而形成的发光元件、光接收元件或光调制元件(诸如光波导集成激光器)也得到了广泛应用。对于同样使用这些铁电或半导体材料的波导，由于折射率高于玻璃的折射率，因此强光限制是可能的，并且可以预期电路的尺寸减小。

上述的光功能元件、光调制元件、发光元件、光接收元件、波长转换元件和光放大元件在下文中将一起被称为光波导芯片。对于光波导芯片，已经进行了使用光的各种应用，例如光通信网络、光传感器和用于显示器的光源。此外，近年来，所需功能的多样化、高功能化等已取得进展，并且需要结合了上述光功能的高功能/多功能电路。为此，通常将多个光波导芯片进行组装以形成多芯片设备，而不是使用相同的光波导芯片形成所有设备。在这种情况下，必须将在上述光波导芯片中传播的光束光学地连接。

在通信应用等中使用的单模波导中，要求因连接引起的损耗尽可能小。通常，当连接两个波导时，它们需要以亚微米的位置精度彼此对准。当连接光波导芯片时，如专利文献1中所公开的，有必要通过以下操作来优化两个光波导芯片的位置：使用光纤将光输入到一个光波导芯片，由光纤、大直径光电二极管等在另一光波导芯片的输出侧接收光，并且执行主动对准安装，使得输出光的强度最大化。

在发光元件或光接收元件的情况下，光波导芯片包括至少一个连接端面。在其他元件的情况下，光波导芯片包括输入/输出光的至少一个连接端面。因此，在执行上述的主动对准安装时，如上所述，需要将一个光波导芯片的端面位置在六个轴(包括X轴、Y轴和Z轴三个轴以及绕X轴、Y轴和Z轴的旋转x、y和x在内的总共六个轴)上对准，并且类似地，另一光波导芯片的端面位置也需要在六个轴上对准。由于该原因，在对光波导芯片进行对准时，结果，需要以亚微米精度最多在6 6＝36个轴上执行对准。此外，在对准之后，需要繁琐的处理，例如，通过用粘合剂填充光波导芯片之间的间隙来粘合和固定光波导芯片。

此外，为了执行主动对准安装，需要将光纤阵列部件等永久地固定在每个光波导芯片的除上述连接端面之外的端面上。因此，在安装方面存在很大的限制。即使在没有光纤阵列被固定在每个光波导芯片上的情况下，也可以通过主动对准安装来执行光波导芯片的对准。然而，在这种情况下，由于需要通过主动对准将光纤临时连接到每个光波导芯片的除上述连接端面之外的端面，因此针对临时连接，对准轴增加，并且需要更繁琐的处理。

如果可以仅根据构件等的机械精度来对准光波导芯片而不使用如上所述的繁琐处理并且不输入/输出光，则可以大大简化安装。这种安装方法被称为被动对准。然而，在被动对准安装中，仅根据机械精度来实现亚微米精度是很大的挑战，并且连接损耗变大。

另一方面，作为在光开关等的光信号处理技术中同时实现尺寸减小和容易堆叠的方法，已经提出了专利文献2中公开的方法。在专利文献2中公开的结构中，可以实现能够使用被动安装来准确地堆叠光波导芯片(石英基PLC)的结构。

图35A至图35D是示出专利文献2中描述的光波导芯片的堆叠结构的示意图。图35A是光波导芯片的堆叠结构的透视图，图35B是堆叠结构的各部分的分解图，图35C是示出石英基PLC和石英基平板的接合面的示图，并且图35D是沿xy平面截取的堆叠结构的剖视图。在图35A至图35D中，组合了总共四个构件，即，作为由包括硅(Si)衬底和波导层的石英基玻璃层形成的光波导芯片的石英基PLC 1001、也作为光波导芯片的石英基PLC 1003、以及两个间隔光纤1006(间隔构件)，从而形成堆叠结构。因此，出于诸如信号处理的应用目的，当将石英基PLC用作光输入/输出前端时，即使在包括衬底方向在内的二维上，也可以增加用于空间系统的光束输入/输出端口，并且可以实现更大规模的光信号处理。

图35A至图35D所示的堆叠结构旨在经由集成有功能元件的石英基PLC 1001和1003，将从光纤等输入的输入光信号1005a和1005b输出为输出光信号1004a和1004b作为空间光束。如图35A和图35B所示，石英基PLC 1001安装在石英基PLC 1003上。

如图35D所示，石英基PLC 1001具有其中光波导层1008形成在Si衬底1009上的结构。光波导层1008由包覆层1010和芯部1011形成，包覆层1010由SiO₂制成，芯部1011形成在包覆层1010中。此外，在包覆层1010中形成有装配槽1007。

类似地，石英基PLC 1003具有其中光波导层1013形成在Si衬底1012上的结构。光波导层1013由包覆层1015和芯部1016形成，包覆层1015由SiO₂制成，芯部1011形成在包覆层1010中。在包覆层1015中，在当将石英基PLC 1001安装在石英基PLC 1003上时面对石英基PLC 1001的装配槽1007的位置处形成装配槽1014。

如图35B和图35C所示，将石英基PLC 1001堆叠并固定在石英基PLC 1003上，同时在它们之间放置被装配在石英基PLC 1003侧的装配槽1014中和石英基PLC 1001侧的装配槽1007中的间隔光纤1006。

利用上述结构，可以通过仅根据构件等的机械精度的被动对准安装来准确地对准石英基PLC 1001和石英基PLC 1003的输出芯部的相对位置。

然而，在专利文献2中公开的堆叠结构中，尽管两个光波导芯片(石英基PLC 1001和1003)可以准确地对准，但是不可通过被动对准安装来实现光波导芯片之间的容易且准确的端面连接。

相关技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利申请公开No.9-90161

专利文献2：日本专利申请公开No.2017-32950

发明内容

发明要解决的技术问题

为了解决上述问题而做出本发明，并且本发明的目的是提供一种光波导芯片的连接结构，该结构可以通过被动对准安装容易且准确地实现光波导芯片之间的端面连接。

解决技术问题的技术手段

根据本发明，提供了一种光波导芯片的连接结构，包括：基底，多个第一凹槽形成在所述基底中；多个第一间隔构件，分别装配在所述多个第一凹槽中，同时从所述基底部分地突出；以及多个光波导芯片，在所述多个光波导芯片中的每一个中，光波导层形成在衬底上，并且装配在所述第一间隔构件的突出部分上的第二凹槽形成在所述光波导层的面对所述第一凹槽的位置处，并且所述多个光波导芯片中的每一个安装在所述基底上，同时被所述第一间隔构件支撑，其中，所述多个光波导芯片安装在所述基底上，使得两个相邻的光波导芯片的光波导层的入射/出射端面彼此面对。

发明的效果

根据本发明，可以通过被动对准安装容易且准确地实现光波导芯片之间的端面连接，并且可以容易地提供多芯片设备。此外，在本发明中，由于不必通过粘合剂等将光波导芯片固定到基底，因此可以实现仅在必要时能够连接必需光波导芯片的可插拔光连接，并且从安装的角度来看，可以消除应用中的各种限制。

附图说明

图1A至图1D是示出根据本发明的第一实施例的光波导芯片的连接结构的示意图；

图2A至图2D是示出根据本发明的第一实施例的光波导芯片的另一连接结构的示意图；

图3A至图3D是示出根据本发明的第二实施例的光波导芯片的连接结构的示意图；

图4A和图4B是示出根据本发明的第三实施例的光波导芯片的连接结构的示意图；

图5A和图5B是示出根据本发明的第四实施例的光波导芯片的连接结构的示意图；

图6A和图6B是示出根据本发明的第五实施例的发光元件与光波导之间的连接结构的示意图；

图7A至图7D是示出作为本发明的第六至第九实施例的基础的光波导芯片的连接结构的示意图；

图8A和图8B是用于说明图7A至图7D所示的光波导芯片的连接结构的问题的示图；

图9A和图9B是示出根据本发明的第六实施例的光波导芯片的连接结构的示意图；

图10A和图10B是示出根据本发明的第七实施例的光波导芯片的连接结构的示意图；

图11是示出根据本发明的第七实施例的光波导芯片的间距转换部分的另一示例的平面图；

图12是示出根据本发明的第七实施例的光波导芯片的另一连接结构的平面图；

图13是示出根据本发明的第八实施例的光波导芯片的连接结构的平面图；

图14A和图14B是示出根据本发明的第八实施例的光波导芯片和石英基基底的装配槽的形状的平面图；

图15A和图15B是示出根据本发明的第九实施例的光波导芯片和石英基基底的装配槽的形状的平面图；

图16A至图16D是示出根据本发明的第十实施例的光波导芯片的连接结构的示意图；

图17A至图17D是示出根据本发明的第十一实施例的光波导芯片的连接结构的示意图；

图18是示出根据本发明的第十二实施例的光波导芯片的连接结构的剖视图；

图19A至图19D是示出根据本发明的第十三实施例的光波导芯片的连接结构的示意图；

图20是示出根据本发明的第十三实施例的其中将光波导层进行划分的部分的结构的剖视图；

图21A至图21D是示出根据本发明的第十四实施例的光波导芯片的连接结构的示意图；

图22A至图22D是示出根据本发明的第十五实施例的光波导芯片的连接结构的示意图；

图23是示出根据本发明的第十六实施例的光波导芯片的连接结构的透视图；

图24A和图24B是示出根据本发明的第十六实施例的在提供压力机构之前和之后的光波导芯片的连接结构的剖视图；

图25A和图25B是用于说明本发明的第十六实施例的效果的剖视图；

图26A和图26B是示出根据本发明的第十六实施例的压力机构的另一示例的示意图；

图27是示出根据本发明的第十七实施例的光波导芯片的连接结构的透视图；

图28A和图28B是示出根据本发明的第十七实施例的在提供压力机构之前和之后的光波导芯片的连接结构的剖视图；

图29A和图29B是示出根据本发明的第十七实施例的压力机构的另一示例的透视图和剖视图；

图30是示出根据本发明的第十八实施例的光波导芯片的连接结构的透视图；

图31是示出根据本发明的第十八实施例的在提供压力机构之后的光波导芯片的连接结构的剖视图；

图32是示出根据本发明的第十九实施例的光波导芯片的连接结构的侧视图；

图33A和图33B分别是根据本发明的第十九实施例的压力机构的平面图和示出光波导芯片和基底的接合面的示图；

图34是示出根据本发明的第十九实施例的在提供压力机构之后的光波导芯片的连接结构的剖视图；以及

图35A至图35D是示出光波导芯片的常规堆叠结构的示意图。

具体实施方式

现在参考附图来详细描述本发明的实施例。

[第一实施例]

将描述根据连接结构的第一实施例的光波导芯片的连接结构。图1A至图1D是示出根据本发明的第一实施例的光波导芯片的连接结构的示意图。图1A是光波导芯片的连接结构的透视图，图1B是连接结构的各部分的分解图，图1C是示出光波导芯片和基底的接合面的示图，并且图1D是沿xy平面截取的连接结构的剖视图。

注意，根据需要将诸如开关和波长复用器/解复用器之类的被配置为处理信号的各种功能电路安装在光波导芯片上。然而，该实施例不依赖于光波导芯片中的电路布置和电路的功能。实际上，以避开稍后将描述的装配槽的布置在光波导芯片中形成适当的光电路。然而，由于该实施例不依赖于电路的布置，因此图1A至图1D示出了仅包括线性波导的示例，并且为了简单描述，省略了其他电路布置。

在图1A至图1D中，组合了总共七个构件，即，作为均由包括Si衬底和波导层的石英基玻璃层形成的两个光波导芯片的石英基PLC2001和2002、通过与石英基PLC 2001和2002相同的方法制造并且不包括波导的石英基基底2003、以及四个间隔光纤(间隔构件)2006，从而形成连接结构。

图1A至图1D所示的连接结构被配置为能够经由石英基PLC2001和2002传播输入光信号2005并将其输出为输出光信号2004。

如图1D所示，石英基PLC 2001具有其中光波导层2008形成在Si衬底2009上的结构。光波导层2008由包覆层2010和芯部2011形成，包覆层2010由石英玻璃制成，芯部2011形成在包覆层2010中并由包含掺杂物的石英玻璃制成。此外，在包覆层2010中形成有装配槽2007。石英基PLC 2002的结构与石英基PLC 2001的结构相同。图1C示出了石英基PLC 2001和2002的光波导层2008(包覆层2010)与石英基基底2003的接合面。从图1C显然的是，在一个PLC中形成了两个装配槽2007。

如图1A和图1B所示，石英基PLC 2001和石英基PLC 2002并排布置，使得连接端面(入射/出射端面)11和12彼此面对。两个石英基PLC 2001和2002安装在石英基基底2003上。

由与石英基PLC 2001和2002的包覆层2010相同的材料制成的石英玻璃层2012形成在石英基基底2003的安装石英基PLC 2001和2002的表面上。在石英玻璃层2012中，在当将石英基PLC 2001和2002安装在石英基基底2003上时面对石英基PLC 2001和2002的装配槽2007的位置处形成装配槽2013，如稍后将描述的。

图1C示出了石英玻璃层2012与石英基PLC 2001和2002的接合面。如上所述，由于在一个PLC中形成两个装配槽2007，所以在石英玻璃层2012中形成了总共四个装配槽2013，即，在面对石英基PLC2001的装配槽2007的位置处形成的两个装配槽2013和在面对石英基PLC 2002的装配槽2007的位置处形成的两个装配槽2013。

为了制造根据该实施例的连接结构，将间隔光纤2006分别装配在形成于石英基基底2003的石英玻璃层2012中的四个装配槽2013中。然后，将装配在石英玻璃层2012的装配槽2013中的两个间隔光纤2006装配在形成于石英基PLC 2001的光波导层2008中的两个装配槽2007中，使得石英玻璃层2012的接合面和石英基PLC 2001的光波导层2008(包覆层2010)的接合面彼此面对，如图1B所示，即，使得Si衬底2009位于上侧，并且光波导层2008位于下侧，从而将石英基PLC 2001安装在石英基基底2003上。

类似地，将装配在石英玻璃层2012的装配槽2013中的两个间隔光纤2006装配在形成于石英基PLC 2002的光波导层2008中的两个装配槽2007中，使得石英玻璃层2012的接合面和石英基PLC 2002的光波导层2008(包覆层2010)的接合面彼此面对，从而将石英基PLC2002安装在石英基基底2003上。

以这种方式，可以将石英基PLC 2001和2002安装在石英基基底2003上，使得石英基PLC 2001的连接端面11和石英基PLC 2002的连接端面12近距离地彼此面对，并且可以实现石英基PLC 2001与石英基PLC 2002之间的光连接。

如图1A所示，已进入石英基PLC 2002的输入光信号2005传播通过石英基PLC 2002的光波导层2008以提供集成在光波导中的各种光学功能，然后从石英基PLC 2002出射并进入石英基PLC 2001，传播通过石英基PLC 2001的光波导层2008，并从石英基PLC 2001出射作为输出光信号2004。

在该实施例中，石英基PLC 2001和2002的光波导层2008的装配槽2007被形成至到达Si衬底2009的位置，使得Si衬底2009暴露于装配槽2007的底部。类似地，石英基基底2003的石英玻璃层2012的装配槽2013被形成至到达石英基基底2003的位置，使得石英基基底2003暴露于装配槽2013的底部。

这可以减小当将间隔光纤2006装配在装配槽2007和2013中时石英基PLC 2001和2002的光波导层2008的高度方向上的误差对于石英基基底2003的影响。也就是说，当在Si衬底2009上形成光波导层2008时，在光波导层2008的厚度上发生误差。然而，由于将抛光的非常平的衬底用作Si衬底2009，因此准确地确定距Si衬底2009的芯部位置。

这样，如图1D所示，装配在装配槽2007中的间隔光纤2006与暴露于装配槽2007底部的Si衬底2009接触。此外，装配在装配槽2013中的间隔光纤2006与暴露于装配槽2013底部的石英基基底2003接触。这使得可以以非常高的精度确定两个石英基PLC 2001和2002中的芯部位置的相对高度。因此，可以预期亚微米级的高度精度。

此外，装配槽2007和2013通过光刻法形成。因此，装配槽2007和2013的宽度(图1D的左右方向上的尺寸)、长度(图1B和图1C的左右方向上的尺寸)和位置可以以非常高的精度确定。相应地，可以以非常高的精度对准光波导层2008在波导层平面中的方向上的轴偏差。

此外，将具有相同直径的间隔光纤2006装配在石英基基底2003侧的四个装配槽2013中，将石英基PLC 2001侧的装配槽2007装配在四个间隔光纤2006中的两个上，并且将石英基PLC 2002侧的装配槽2007装配在剩余的两个间隔光纤2006上。这样，可以使石英基PLC2001和2002相对于石英基基底2003的倾斜足够小以至于可以忽略。

当采用上述结构时，两个石英基PLC 2001和2002中相对于石英基基底2003的芯部位置被高精度地确定。芯部2011的阵列形成在两个石英基PLC 2001和2002的相对连接端面11和12中的每一个上。当将石英基PLC 2001和2002安装在石英基基底2003上时，两个石英基PLC 2001和2002中的芯部2011的位置在相同的线上对准，并且可以实现光的低损耗连接。因此，在该实施例中，可以通过被动对准安装以亚微米级的精度实现简单的多芯片安装，而无需输入/输出光。

注意，在该实施例中，已经描述了如下示例：通过与石英基PLC2001和2002的光波导层2008的工艺相同的工艺制造石英基基底2003的石英玻璃层2012。然而，石英玻璃层2012可以通过其他制造方法来制造。例如，只要能够形成一致的装配槽2007和2013，甚至可以通过V型槽加工或使用切割等的加工或激光加工来获得与上述相同的效果。

此外，图1A至图1D示出了如下这样的示例：石英基其中形成装配槽2007和2013，使得与PLC 2001和2002的连接端面11和12正交的方向是装配槽2007和2013的纵向方向。

在如图1A至图1D所示的装配槽2007和2013的布置中，如果间隔光纤2006的长度等于装配槽2007和2013的长度，则唯一地确定石英基PLC 2001和2002在z轴方向(图1A至图1C的光轴方向和左右方向)上的位置。

这里，如果将间隔光纤2006的长度设置为小于装配槽2007和2013的长度，则不能唯一地确定石英基PLC 2001和2002在z轴方向上的位置。从不同的角度看，不能唯一地确定在z轴方向上的位置意味着，即使在安装之后，石英基PLC 2001和2002也可以在z轴方向上滑动调节，好像它们是安装在轨道上的部件一样。

因此，即使石英基PLC 2001和2002在光轴方向上的长度存在小的误差，也可以在z轴方向上滑动和调节石英基PLC 2001和2002，使得石英基PLC 2001和2002之间的间隙变得尽可能小。石英基PLC2001和2002之间的间隙越小，光损耗越小。因此，可以通过使石英基PLC 2001和2002具有可滑动调节的结构来实现较低损耗的连接。此外，由于在安装石英基PLC 2001和2002时在光轴方向上的精度可以较低，所以可以简化安装操作。

在图1A至图1D所示的示例中，将装配槽2007和2013的纵向方向设置为平行于从石英基PLC 2002出射到石英基PLC 2001的光的光轴方向和进入石英基PLC 2001的光的光轴方向。

另一方面，如图2A至图2C所示，当装配槽2007和2013的纵向方向从光轴方向稍微倾斜时，可以唯一地确定石英基PLC 2001和2002在z轴方向上的位置。类似于图1A至图1D，图2A是石英基PLC 2001和2002的连接结构的透视图，图2B是连接结构的各部分的分解图，图2C是示出石英基PLC 2001和2002与石英基基底2003的接合面的示图，并且图2D是沿xy平面截取的连接结构的剖视图。

在图2A至图2D所示的示例中，如果进行设置使得当两个石英基PLC 2001和2002中的每一个具有所设计的外形尺寸时，石英基PLC 2001和2002之间的间隙变为零，则由于石英基PLC 2001和2002的微小的外径误差而存在这样的担心：在石英基PLC 2001和2002的连接端面11和12附近，石英基PLC 2001和2002发生机械干扰。因此，在设计时优选地针对石英基PLC 2001和2002之间的间隙预先提供裕度。即使在石英基PLC 2001和2002具有微小的外径误差的情况下，这也可以防止当将石英基PLC 2001和2002安装在石英基基底2003上时石英基PLC 2001和2002发生碰撞。

在图1A至图1D和图2A至图2D所示的两种情况下，两个石英基PLC 2001和2002的连接端面11和12之间的间隙填充有折射率匹配树脂。当间隙填充有折射率匹配树脂时，可以抑制由存在于石英基PLC 2001和2002之间的间隙中的空气引起的光的菲涅耳反射。

此外，在该实施例中，石英基PLC 2001和2002以它们被间隔光纤2006支撑的形式仅被放置在石英基基底2003上，但是不被固定。这样，石英基PLC 2001和2002可从石英基基底2003拆卸，并且可以实现可插拔连接，其中仅在必需时才可以将必需的石英基PLC 2001和2002进行连接，如同连接器。这种形式被称为PPCP(可插拔光子电路平台)。

在某些情况下，可以通过用具有匹配折射率的光学粘合剂填充石英基基底2003与石英基PLC 2001和2002之间的间隙来粘合石英基PLC 2001和2002，或者可以在安装在石英基基底2003上之后粘合和固定石英基PLC 2001和2002两者。备选地，两个石英基PLC 2001和2002中的一个石英基PLC可以固定到石英基基底2003，而另一个可以是可拆卸的。

当以图2A至图2D所示的形式实际安装石英基PLC 2001和2002时，已确认的是，在1.55μm的波长下，可以使用模直径约为6μm的石英基PLC 2001和2002在四个芯部中实现0.4dB或更小的连接损耗。该损耗的值表明两个石英基PLC 2001和2002可以以亚微米级或更小的位置精度来安装。由于该实施例的安装形式的精度高，并且还由于该实施例的结构可以使得石英基PLC 2001和2002之间的间隙尽可能小，因此可以实现这种低损耗，并且因此，可以最小化诸如轴偏差之类的位置误差的影响。

这里，已知的是，随着光束直径变小，由轴偏差引起的光损耗具有较大的影响。更优选地，在石英基PLC 2001和2002的连接端面附近使用用于增加光束直径的光斑尺寸转换。作为光斑尺寸转换的方法，优选地适当设置已知的光斑尺寸转换结构，例如朝向端面增大芯部直径的锥形形状、朝向端面减小芯部直径的倒锥形形状、分段结构、将第二芯部添加到倒锥形形状的结构或者掩埋不同材料的第二芯部层的结构。

[第二实施例]

接下来，将描述本发明的第二实施例。图3A至图3D是示出根据本发明的第二实施例的光波导芯片的连接结构的示意图，并且在图3A至图3D中，与图1A至图1D和图2A至图2D中相同的附图标记表示相同的部件。图3A是石英基PLC 2001a和2002a的连接结构的透视图，图3B是连接结构的各部分的分解图，图3C是示出石英基PLC 2001a和2002a与石英基基底2003a的接合面的示图，并且图3D是沿xy平面截取的连接结构的剖视图。

该实施例的基本结构与第一实施例相同。在该实施例中，石英基PLC 2001a和2002a共享在石英基基底2003a的石英玻璃层2012上形成的装配槽。也就是说，在石英玻璃层2012中形成两个装配槽2013a。此外，石英基PLC 2001a和2002a还共享装配在装配槽2013a中的间隔光纤2006a(间隔构件)，并且仅使用两个间隔光纤2006a。

如在第一实施例中那样，在石英基PLC 2001a和2002a中的每一个的光波导层2008(包覆层2010)中，形成两个装配槽2007a。然而，由于间隔光纤2006a由石英基PLC 2001a和2002a共享，所以形成在石英基PLC 2001a的光波导层2008中的装配槽2007a需要到达石英基PLC 2001a的连接端面11。类似地，形成在石英基PLC 2002a的光波导层2008中的装配槽2007a需要到达石英基PLC 2002a的连接端面12。

当制造根据该实施例的连接结构时，将间隔光纤2006a分别装配在形成于石英基基底2003a的石英玻璃层2012中的两个装配槽2013a中。然后，将装配在装配槽2013a中的两个间隔光纤2006a装配在形成于石英基PLC 2001a的光波导层2008中的两个装配槽2007a中，使得石英玻璃层2012的接合面与石英基PLC 2001a的光波导层2008(包覆层2010)的接合面彼此面对，如图3B所示，从而将石英基PLC 2001a安装在石英基基底2003a上。

类似地，将装配在装配槽2013a中的两个间隔光纤2006a装配在形成于石英基PLC2002a的光波导层2008中的两个装配槽2007a中，使得石英玻璃层2012的接合面与石英基PLC 2002a的光波导层2008(包覆层2010)的接合面彼此面对，从而将石英基PLC 2002a安装在石英基基底2003a上。

如上所述，在该实施例中，与其中石英基PLC 2001和2002使用不同的间隔光纤2006和不同的装配槽2007和2013的第一实施例相比，由于间隔光纤2006a的形成误差、装配槽2007a和2013a的形成误差等的影响难以发挥，因此可以预期更精确的安装。

此外，当石英基PLC 2001a和2002a共享在石英基基底2003a侧的装配槽2013a时，可以大大地放宽装配槽2013a的精度规格。也就是说，如在第一实施例中那样，当石英基基底2003侧的四个装配槽2013形成为与石英基PLC 2001和2002的装配槽2007相对应时，需要确保装配槽2013的深度和宽度的精度为亚微米精度，以使两个石英基PLC 2001和2002的相对位置不偏移。

另一方面，在该实施例中，石英基PLC 2001a和2002a共享在石英基基底2003a侧的装配槽2013a。因此，如果两个装配槽2013a形成为在装配槽2013a的纵向方向上具有相同的绝对精度，则两个石英基PLC 2001a和2002a的相对位置精度不改变。因此，可以放宽装配槽2013a的制造公差。

这样，对于石英基基底2003a侧的装配槽2013a，并非总是需要使用如第一实施例中所描述的由诸如衬底和玻璃层的两个层形成的材料来执行蚀刻等。例如，即使在由石英玻璃制成的衬底中通过蚀刻或加工(诸如切割)形成装配槽2013a，也不会影响石英基PLC2001a和2002a之间的位置精度。

[第三实施例]

接下来，将描述本发明的第三实施例。图4A和图4B是示出根据本发明的第三实施例的光波导芯片的连接结构的示意图，并且在图4A和图4B中，与图1A至图1D、图2A至图2D和图3A至图3D中相同的附图标记表示相同的部件。

图4A示出了石英基PLC 2001b和2002b与石英基基底2003b的接合面，其具有与第一实施例相同的结构。在该实施例中，在第一实施例中所描述的连接结构中，在两个石英基PLC 2001b和2002b中的每一个的光波导层2008(包覆层2010)中每PLC添加了一个装配槽2014，所述装配槽2014的纵向方向在接合面中垂直于从石英基PLC2002b出射到石英基PLC2001b的光的光轴方向和进入石英基PLC2001b的光的光轴方向(图4A的左右方向)。

在石英基基底2003b的石英玻璃层2012中，在当将石英基PLC2001b和2002b安装在石英基基底2003b上时面向装配槽2014的位置处添加装配槽2015。如上所述，由于在一个PLC中形成一个装配槽2014，所以在石英玻璃层2012中形成总共两个装配槽2015，即，在面对石英基PLC 2001b的装配槽2014的位置处形成的一个装配槽2015和在面对石英基PLC2002b的装配槽2014的位置处形成的一个装配槽2015。

当制造石英基PLC 2001b和2002b的连接结构时，将间隔光纤2006分别装配在石英基基底2003b侧的装配槽2013中，并且同时，将类似的间隔光纤2016分别装配在装配槽2015中。然后，将装配在装配槽2013和2015中的间隔光纤2006和2016装配在石英基PLC2001b侧的装配槽2007和2014中，使得石英基基底2003b的接合面和石英基PLC 2001b的接合面彼此面对，从而将石英基PLC 2001b安装在石英基基底2003b上。类似地，将装配在装配槽2013和2015中的间隔光纤2006和2016装配在石英基PLC 2002b侧的装配槽2007和2014中，使得石英基基底2003b的接合面和石英基PLC 2002b的接合面彼此面对，从而将石英基PLC 2002b安装在石英基基底2003b上。

图4B示出了石英基PLC 2001c和2002c与石英基基底2003c的接合面，其具有与第二实施例相同的结构。同样在图4B所示的示例中，装配槽2014和2015形成在石英基PLC2001c和2002c和石英基基底2003c中。

当制造石英基PLC 2001c和2002c的连接结构时，将间隔光纤2006a分别装配在石英基基底2003c侧的装配槽2013a中，并且同时，将间隔光纤2016分别装配在装配槽2015中。然后，将装配在装配槽2013a和2015中的间隔光纤2006a和2016装配在石英基PLC 2001c侧的装配槽2007a和2014中，使得石英基基底2003c的接合面和石英基PLC 2001c的接合面彼此面对，从而将石英基PLC 2001c安装在石英基基底2003c上。类似地，将装配在装配槽2013a和2015中的间隔光纤2006a和2016装配在石英基PLC 2002c侧的装配槽2007a和2014中，使得石英基基底2003c的接合面和石英基PLC 2002c的接合面彼此面对，从而将石英基PLC 2002c安装在石英基基底2003c上。

由于形成在石英基PLC 2001b、2002b、2001c和2002c中的装配槽2014与光轴方向正交，因此适当地设置光波导的布局和装配槽2014的位置以防止装配槽2014将光波导划分开。像装配槽2007和2007a那样，装配槽2014被形成至使得Si衬底暴露于装配槽2014底部这样的深度，并且装配在装配槽2014中的间隔光纤2016与Si衬底接触。

此外，像装配槽2013和2013a那样，当装配槽2015被形成在石英基基底2003b或2003c上的石英玻璃层中时，装配槽2015被形成至使得石英基基底2003b或2003c暴露于装配槽2015底部这样的深度，并且装配在装配槽2015中的间隔光纤2016与石英基基底2003b或2003c接触。

通过上述结构，在该实施例中，可以唯一地确定石英基PLC2001b、2002b、2001c和2002c在z轴方向上的位置。因此，在该实施例中，可以实现同时针对六个轴的被动安装。

然而，在该实施例中，考虑到石英基PLC 2001b、2002b、2001c和2002c的外形尺寸误差的影响，将装配槽2014和2015在光轴方向上的宽度设置为略宽于装配在装配槽2014和2015中的间隔光纤2016的宽度(直径)。此外，将装配槽2007、2013、2007a和2013a在光轴方向上的长度设置为略长于装配在装配槽2007、2013、2007a和2013a中的间隔光纤2006和2006a的长度。

通过宽度和长度的设置，即使石英基PLC 2001b、2002b、2001c和2002c的外形尺寸有误差，石英基PLC 2001b、2002b、2001c和2002c也可以利用装配在装配槽2014和2015中的间隔光纤2016与装配槽2014和2015之间的间隙以及装配在装配槽2007、2013、2007a和2013a中的间隔光纤2006和2006a与装配槽2007、2013、2007a和2013a之间的间隙而在z轴方向上滑动，以调节它们的位置。

因此，在该实施例中，可以避免以下问题：如上所述的两个石英基PLC 2001b和2002b(或2001c和2002c)发生机械干扰，并且两个石英基PLC 2001b和2002b(或2001c和2002c)无法安装。

此外，在该实施例中，在安装之后，可以在z轴方向上滑动和调节石英基PLC 2001b和2002b(或2001c和2002c)，使得石英基PLC2001b和2002b(或2001c和2002c)之间的间隙变得尽可能小，如在第一实施例中那样。结果，可以最小化石英基PLC 2001b和2002b(或2001c和2002c)之间的连接损耗。

[第四实施例]

接下来，将描述本发明的第四实施例。图5A和图5B是示出根据本发明的第四实施例的光波导芯片的连接结构的示意图，并且在图5A和图5B中，与图1A至图1D、图2A至图2D、图3A至图3D、图4A和图4B中相同的附图标记表示相同的部件。

图5A是示出了其中当从上侧观察时三个石英基PLC 2017、2018和2019安装在石英基基底2003b上的连接结构的平面图。PLC 2017和2019的结构与参考图4A说明的石英基PLC2001b和2002b的结构相同。另一方面，PLC 2018的结构与参考图1A至图1D说明的石英基PLC2001和2002的结构相同。

图5B是示出了其中当从上侧观察时三个石英基PLC 2017a、2018a和2019a安装在石英基基底2003c上的连接结构的平面图。PLC2017a和2019a的结构与参考图4B说明的石英基PLC 2001c和2002c的结构相同。另一方面，PLC 2018a的结构与参考图3A至图3D说明的石英基PLC 2001a和2002a的结构相同。然而，由于间隔光纤2006a由三个石英基PLC 2017a、2018a和2019a共享，所以形成在位于中心的石英基PLC 2018a的光波导层中的装配槽2007a需要到达石英基PLC 2018a的左端面和右端面。

在该实施例中，三个石英基PLC 2017、2018和2019(2017a、2018a和2019a)布置在相同的线上并通过如上所述的相同的被动对准方法安装。两侧的两个石英基PLC 2017和2019(2017a和2019a)安装在石英基基底2003b(2003c)上，并且然后与石英基基底2003b(2003c)粘合地固定和集成。另一方面，位于中心的石英基PLC 2018(2018a)具有可插拔的可拆卸结构。石英基PLC 2018(2018a)可以用作用于检查或感测的简单评估套件。当然，所有三个石英基PLC 2017、2018和2019都可以是可拆卸的，而无需粘合地固定。

从该实施例可以看出，可以应用本发明而不依赖于所连接的光波导芯片(PLC)的数量。例如，不是如该实施例中那样连接三个光波导芯片，而是也可以连接四个或更多个光波导芯片。

此外，在上述实施例中，已经描述了其中在相对的连接端面处连接所有输入/输出的示例(所有连接端面是平行的)。然而，本发明不限于此。在本发明中，仅相邻的光波导芯片的相对连接端面需要平行。可以存在与这些连接端面不平行的另一连接端面(例如，正交的连接端面)。

注意，在第一至第四实施例中，已经通过举例描述了形成在硅衬底上的薄玻璃膜的石英基平面光波电路(PLC)作为光波导芯片。然而，本发明可以应用于包括波导机构的任何光波导芯片。例如，作为衬底或光波导的材料，除了石英玻璃之外，还可以使用石英、由有机物质制成的聚合物、使用Si、氮化硅(SiN)、砷化镓、磷化铟(InP)等的半导体或化合物半导体波导、以及诸如铌酸锂(LN)、周期性极化的铌酸锂(PPLN)或钽酸锂(LT)的电介质。

在第一至第四实施例中，每个PLC具有两个或更多个装配槽2007或2007a。形成在石英基基底2003、2003a至2003c中的装配槽2013或2013a仅需要根据装配槽2007或2007a进行数量设置。如上所述，装配槽2013或2013a的数量等于装配槽2007或2007a的总数(图1、图2和图4A)，或者小于装配槽2007或2007a的总数(图3)。间隔光纤2006或2006a仅需要根据装配槽2007、2007a、2013或2013a进行数量设置。间隔光纤2006或2006a的数量等于装配槽2007或2007a的总数(图1、图2和图4A)，或者小于装配槽2007或2007a的总数(图3)。

此外，在第三和第四实施例中，每个PLC具有一个或多个装配槽2014。形成在石英基基底2003b或2003c中的装配槽2015仅需要设置为与装配槽2014一样多。间隔光纤2016根据装配槽2014和2015进行数量设置。

在第一至第四实施例中，已经描述了如下示例：形成在石英基PLC 2001、2001a至2001c、2002、2002a至2002c、2017至2019和2017a至2019a以及石英基基底2003和2003a至2003c中的装配槽2007、2007a、2013、2013a、2014和2015是各自具有矩形截面的凹槽。然而，可以使用槽宽朝向衬底2009、2003和2003a至2003c变窄的凹槽，例如，各自具有V形或W形截面的凹槽或各自具有U形截面的凹槽。此外，在第一至第四实施例中，从上侧观察的装配槽2007、2007a、2013、2013a、2014和2015中的每一个的形状为矩形。然而，如果可以获得相同的效果，则平面形状可以是任意形状，例如圆形、多边形或椭圆形形状。也就是说，装配槽2007、2007a、2013、2013a、2014和2015可以沿着纵向方向改变宽度。

另外，在第一至第四实施例中，装配槽2007、2007a和2014具有相同的深度，并且装配槽2013、2013a和2015具有相同的深度。此外，间隔光纤2006、2006a和2016具有相同的高度。间隔光纤2006、2006a和2016的高度优选地大于基底侧的装配槽2013、2013a和2015的深度与光波导芯片侧的装配槽2007、2007a和2014的深度之和。这可以在基底和光波导芯片之间提供间隙。

此外，在第一至第四实施例中，将圆柱形间隔光纤2006、2006a和2016用作间隔构件。然而，本发明不限于此。间隔构件的材料可以是任意材料，例如，诸如玻璃、金属或聚合物之类的无机物。此外，形状不受限制，只要其可以适当地装配在装配槽2007、2007a、2013、2013a、2014和2015之一中。也就是说，间隔构件可以具有圆柱形形状、平行六面体形状、球形形状或类似形状。此外，如果在将间隔构件装配在装配槽中时，间隔构件的高度改变，则光波导芯片可能相对于基底倾斜。因此，间隔构件的材料、尺寸和形状优选地设置为使得当间隔构件装配在装配槽中时其高度难以改变。

[第五实施例]

接下来，将描述本发明的第五实施例。图6A和图6B是示出根据本发明的第五实施例的光波导芯片的连接结构的示意图，并且在图6A和图6B中，与图1A至图1D、图2A至图2D和图3A至图3D中相同的附图标记表示相同的部件。图6A是连接结构的剖视图，并且图6B是示出光波导芯片的接合面的示图。

图6A是示出如下连接结构的剖视图：其中光波导芯片(激光器芯片)2020和将光从光波导芯片2020发送到光纤2022的光波导芯片2021安装在基底2026上。作为光波导芯片2020，使用由诸如InP的III-V族材料制成的DFB(分布式反馈)激光器芯片。除DFB激光器之外，还可以使用DBR(分布式布拉格反射器)激光器、SOA(半导体光放大器)等。在图中未示出与被配置为驱动DFB激光器的驱动器电连接的电线和连接垫。

在此，光波导芯片2020包括上述DFB激光器2023和光波导层2024。其中两个装配槽2007形成在光波导层2024的包覆层中的结构与第一实施例中所描述的相同。使来自DFB激光器2023的光束的直径接近光波导芯片2021的光波导层2008中的芯部的直径的光斑尺寸转换器2025被集成在光波导层2024的与光波导芯片2021的连接端面附近。

光波导芯片2020被安装为使得输出光通过本发明的PPCP技术连接到光波导芯片2021的连接端面的芯部。其中装配槽2007和2014形成在光波导芯片2021的光波导层2008的包覆层中的结构与第三实施例中所描述的相同。已传播通过光波导芯片2021的光波导层2008的光经由透镜(未示出)从光波导芯片2020的相对侧的端面输出到光纤2022，或者直接输出到光纤2022。

根据该实施例的基底2026由Si、诸如LTCC(低温共烧陶瓷)的陶瓷、氮化铝等制成。在基底2026的制造工艺和后工艺(蚀刻或加工)之一中，形成要装配在间隔光纤2006上的装配槽2013a和2015。

当制造光波导芯片2020和2021的连接结构时，将两个间隔光纤2006装配在基底2026侧的一个装配槽2013a中，并且同时，将第三实施例中所描述的间隔光纤2016装配在装配槽2015中。然后，将装配在装配槽2013a和2015中的间隔光纤2006和2016装配在光波导芯片2020侧的装配槽2007和2014中，使得基底2026的接合面与光波导芯片2020的接合面彼此面对，从而将光波导芯片2020安装在基底2026上。类似地，将装配在装配槽2013a和2015中的间隔光纤2006和2016装配在光波导芯片2021侧的装配槽2007和2014中，使得基底2026的接合面与光波导芯片2021的接合面彼此面对，从而将光波导芯片2021安装在基底2026上。因此，可以唯一地确定两个光波导芯片2020和2021的位置。

常规地，为了通过主动对准来安装激光器芯片，需要复杂的安装过程，其中从激光器芯片输出光，将光输入到连接伙伴的光波导芯片，并且进一步监测光波导芯片的输出光。相反，在该实施例中，可以在不从光波导芯片2020输出光的情况下实现光波导芯片2020和2021的被动对准安装。

如在第一实施例中所述，除了诸如激光器芯片的发光元件之外，该实施例还可以应用于任何光波导芯片，例如具有光传播/波导机构的光功能元件(开关或波长复用器/解复用器)、光调制元件、发光元件、光接收元件、波长转换元件或光放大元件。该实施例也可以扩展为连接不同种类的材料。

[第六至第九实施例的原理]

图7A至图7D是示出作为本发明的第六至第九实施例的基础的光波导芯片的连接结构的示意图。图7A是光波导芯片的连接结构的透视图，图7B是连接结构的各部分的分解图，图7C是示出光波导芯片与基底的接合面的示图，并且图7D是沿xy平面截取的连接结构的剖视图。

在图7A至图7D中，组合了总共七个构件，即，作为均由包括Si衬底和波导层的石英玻璃层形成的两个光波导芯片的石英基PLC3001和3002、通过与石英基PLC 3001和3002相同的方法制造并且不包括波导的石英基基底3003、以及四个间隔光纤3006，从而形成连接结构。

图7A至图7D所示的连接结构被配置为能够经由石英基PLC3001和3002传播输入光信号3005并将其输出为输出光信号3004。

如图7D所示，石英基PLC 3001具有其中光波导层3008形成在Si衬底3009上的结构。光波导层3008由包覆层3010和芯部3011形成，包覆层3010由石英玻璃制成，芯部2011形成在包覆层2010中并由包含掺杂物的石英玻璃制成。此外，在平面视图中均具有矩形形状的装配槽3007形成在包覆层3010中。石英基PLC 3002的结构与石英基PLC 3001的结构相同。图7C示出了石英基PLC 3001和3002的光波导层3008(包覆层3010)与石英基基底3003的接合面。从图7C显然的是，在一个PLC中形成了两个装配槽3007。

如图7A和图7B所示，石英基PLC 3001和石英基PLC 3002并排布置，使得连接端面11和12彼此面对。两个石英基PLC 3001和3002安装在石英基基底3003上。

由与石英基PLC 3001和3002的包覆层3010相同的材料制成的石英玻璃层3012形成在石英基基底3003的安装石英基PLC 3001和3002的表面上。在石英玻璃层3012中，在当将石英基PLC 3001和3002安装在石英基基底3003上时面对石英基PLC 3001和3002的装配槽3007的位置处形成具有与装配槽3007相同的形状的装配槽3013，如稍后将描述的。

图7C示出了石英玻璃层3012与石英基PLC 3001和3002的接合面。如上所述，由于在一个PLC中形成两个装配槽3007，所以在石英玻璃层3012中形成了总共四个装配槽3013，即，在面对石英基PLC3001的装配槽3007的位置处形成的两个装配槽3013和在面对石英基PLC 3002的装配槽3007的位置处形成的两个装配槽3013。

为了制造图7A所示的连接结构，将间隔光纤3006分别装配在形成于石英基基底3003的石英玻璃层3012中的四个装配槽3013中。然后，将装配在石英玻璃层3012的装配槽3013中的两个间隔光纤3006装配在形成于石英基PLC 3001的光波导层3008中的两个装配槽3007中，使得石英玻璃层3012的接合面和石英基PLC 3001的光波导层3008(包覆层3010)的接合面彼此面对，如图7B所示，即，使得Si衬底3009位于上侧，并且光波导层3008位于下侧，从而将石英基PLC3001安装在石英基基底3003上。

类似地，将装配在石英玻璃层3012的装配槽3013中的两个间隔光纤3006装配在形成于石英基PLC 3002的光波导层3008中的两个装配槽3007中，使得石英玻璃层3012的接合面和石英基PLC 3002的光波导层3008(包覆层3010)的接合面彼此面对，从而将石英基PLC3002安装在石英基基底3003上。

以这种方式，可以将石英基PLC 3001和3002安装在石英基基底3003上，使得石英基PLC 3001的连接端面11和石英基PLC 3002的连接端面12近距离地彼此面对，并且可以实现石英基PLC 3001与石英基PLC 3002之间的光连接。

如图7A所示，已进入石英基PLC 3002的输入光信号3005传播通过石英基PLC 3002的光波导层3008，从石英基PLC 3002出射，进入石英基PLC 3001，传播通过石英基PLC 3001的光波导层3008，并从石英基PLC 3001出射作为输出光信号3004。

从图7D显然的是，石英基PLC 3001和3002的光波导层3008的装配槽3007被形成至到达Si衬底3009的位置，使得Si衬底3009暴露于装配槽3007的底部。类似地，石英基基底3003的石英玻璃层3012的装配槽3013被形成至到达石英基基底3003的位置，使得石英基基底3003暴露于装配槽3013的底部。

这可以减小当将间隔光纤3006装配在装配槽3007和3013中时石英基PLC 3001和3002的光波导层3008的高度方向上的误差对于石英基基底3003的影响。也就是说，当在Si衬底3009上形成光波导层3008时，在光波导层3008的厚度上发生误差。然而，由于将抛光的非常平的衬底用作Si衬底3009，因此准确地确定距Si衬底3009的芯部位置。

这样，如图7D所示，装配在装配槽3007中的间隔光纤3006与暴露于装配槽3007底部的Si衬底3009接触。此外，装配在装配槽3013中的间隔光纤3006与暴露于装配槽3013底部的石英基基底3003接触。这使得可以以非常高的精度确定两个石英基PLC 3001和3002中的芯部位置的相对高度。因此，可以预期亚微米级的高度精度。

此外，装配槽3007和3013通过光刻法形成。因此，装配槽3007和3013的宽度(图7D的左右方向上的尺寸)、长度(图7B和图7C的左右方向上的尺寸)和位置可以以非常高的精度确定。相应地，可以以非常高的精度对准光波导层3008在波导层平面中的方向上的轴偏差。

此外，将具有相同直径的间隔光纤3006装配在石英基基底3003侧的四个装配槽3013中，将石英基PLC 3001侧的装配槽3007装配在四个间隔光纤3006中的两个上，并且将石英基PLC 3002侧的装配槽3007装配在剩余的两个间隔光纤3006上。这样，可以使石英基PLC3001和3002相对于石英基基底3003的倾斜足够小以至于可以忽略。

当采用上述结构时，两个石英基PLC 3001和3002中相对于石英基基底3003的芯部位置被高精度地确定。芯部3011的阵列形成在两个石英基PLC 3001和3002的相对连接端面11和12中的每一个上。当将石英基PLC 3001和3002安装在石英基基底3003上时，两个石英基PLC 3001和3002中的芯部3011的位置在相同的线上对准，并且可以实现光的低损耗连接。因此，可以通过被动对准安装以亚微米级的精度实现简单的多芯片安装，而无需输入/输出光。

然而，在图7A至图7D所示的连接结构中，由于根据诸如光波导芯片本身的尺寸、凹槽的位置、凹槽的形状和间隔件形状之类的部件的精度来对准光波导芯片，因此必要条件是部件的精度为高。可以通过光刻技术来提高凹槽的位置精度。可以通过使用蚀刻等的优化来提高凹槽的形状精度。可以通过选择适当的部件来相对容易地提高间隔件的形状精度。另一方面，可以通过使用切割等的加工方法来确保光波导芯片本身的尺寸精度。然而，如果通过切割执行对光波导芯片的加工，则通过切割，可能在光波导芯片的连接端面上引起粗糙化。

当相邻的光波导芯片之间(石英基PLC 3001和3002之间)的间隙填充有折射率匹配树脂等时，可以减小光波导芯片的连接端面的粗糙化的影响。然而，如果光波导芯片之间的间隙填充有诸如折射率匹配树脂之类的粘合剂以对它们进行固定，则粘合剂的可靠性可能由于光波导芯片的连接端面的粗糙化而降低。此外，如果通过切割等在光波导芯片的连接端面中发生碎裂(破裂)，则连接端面的光损耗可能降低。

在常规的主动对准安装中，将每个光波导芯片的连接端面在切割之后进行抛光或蚀刻以去除连接端面的粗糙化，从而确保可靠性。然而，当对连接端面进行抛光时，产生抛光误差，并且发生连接端面的角度偏差。因此，如图8A的透视图和图8B的平面图所示，当对光波导芯片(石英基PLC 3001和3002)的连接端面11和12的附加加工应用于图7A至图7D所示的连接结构时，在连接端面11和12的角度以及装配槽3007和3013的相对角度中产生误差。

根据角度误差，当将光波导芯片安装在石英基基底3003上时，两个光波导芯片之间的间隙改变，并且在形成于每个光波导芯片的光波导层3008中的光波导阵列中，位于间隙较宽的部分中的芯部3011的芯片连接损耗增大，结果，光波导阵列中的损耗差可能增大。

因此，在本发明中，基于参考图7A至图7D所描述的连接结构，减小了由连接端面的附加加工而引起的角度误差偏移的影响。

[第六实施例]

以下将描述根据本发明的第六实施例的光连接结构。图9A和图9B是示出根据本发明的第六实施例的光波导芯片的连接结构的示意图，并且在图9A和图9B中，与图7A至图7D、图8A和图8B中相同的附图标记表示相同的部件。图9A是光波导芯片的连接结构的透视图，并且图9B是从上侧观察的连接结构的平面图。

注意，根据需要将诸如开关和波长复用器/解复用器之类的被配置为处理信号的各种功能电路安装在光波导芯片上。然而，该实施例不依赖于光波导芯片中的电路布置和电路的功能。实际上，以避开装配槽的布置在光波导芯片中形成适当的光电路。然而，由于该实施例不依赖于电路的布置，因此图9A和图9B示出了仅包括线性波导的示例，并且为了简单描述，省略了其他电路布置。

像上述石英基PLC 3001和3002那样，石英基PLC 3001a和3002a中的每一个具有其中光波导层3008形成在Si衬底3009上的结构。光波导层3008的结构与参考图7A至图7D所描述的相同。在光波导层3008的包覆层中形成装配槽3007。像石英基PLC 3001和3002那样，在石英基PLC 3001a和3002a中的每一个中形成两个装配槽3007。

石英基基底3003的结构与参考图7A至图7D所描述的相同。此外，将石英基PLC3001a和3002a安装在石英基基底3003上并实现石英基PLC 3001a和3002a之间的光连接的方法与参考图7A至图7D所描述的方法相同，并且将省略其描述。

石英基PLC 3001a和3002a侧的装配槽3007被形成至使得Si衬底3009暴露于装配槽3007底部这样的深度，并且装配在装配槽3007中的间隔光纤3006(间隔构件)与Si衬底3009接触。类似地，石英基基底3003侧的装配槽3013被形成至使得石英基基底3003暴露于装配槽3013底部这样的深度，并且装配在装配槽3013中的间隔光纤3006与石英基基底3003接触。因此，可以预期亚微米级的高度精度。

此外，在该实施例中，将装配槽3007和3013的纵向方向设置为平行于z轴方向(从石英基PLC 3002a出射到石英基PLC 3001a的光的光轴方向和进入石英基PLC 3001a的光的光轴方向或者图9A和图9B的左右方向)。作为间隔构件，使用直径均为125μm的圆柱形间隔光纤3006。间隔光纤3006在z轴方向上的长度被设置为小于装配槽3007和3013的长度。因此，在该实施例中，即使在安装之后，也可以在z轴方向上滑动调节石英基PLC 3001a和3002a。

因此，石英基PLC 3001a和3002a可以在z轴方向上滑动和调节，使得石英基PLC3001a和3002a之间的间隙变得尽可能小。石英基PLC3001a和3002a之间的间隙越小，光损耗越小。因此，可以通过使石英基PLC 3001a和3002a具有可滑动调节的结构来实现较低损耗的连接。

另一方面，在安装之后，用粘合剂(未示出)填充石英基PLC 3001a和3002a之间的间隙以对它们进行固定。此时，通过预先进行机械抛光来准确地对石英基PLC 3001a和3002a的彼此面对的连接端面11和12(入射/出射端面)进行抛光。通过该机械抛光，连接端面11和12的粗糙化变得足够小以至于可以忽略，并且不存在由切割引起的碎裂(破裂)。结果，在用粘合剂填充石英基PLC 3001a和3002a之间的间隙以对它们进行固定之后，可以提高粘合剂的可靠性。

然而，如上所述，通过抛光可能在连接端面11和12中产生微小的角度误差。在图9B所示的示例中，将连接端面12的倾斜示出为较大，以易于理解。连接端面11和12在衬底平面中的实际角度误差为亚度(sub-degree)量级，例如约为0.4°。

然而，即使具有该程度的角度误差，也存在以下担心：石英基PLC3001a和3002a之间的间隔在光波导阵列中的芯部3011之间改变，并且损耗对光波导端口(芯部3011的入射/出射端面)的依赖性增加。即，存在以下担心：随着光波导层3008中的光波导阵列中的芯部3011的数量变大，随着芯部3011之间的间距变大，以及随着连接端面11和12在x轴方向(在衬底平面中垂直于光轴方向的方向)上的宽度变大，影响变大。

在该实施例中，使连接端面11和12上的光波导阵列的芯部3011之间的x轴方向间隔比在远离连接端面11和12的部分中的芯部3011之间的x轴方向间隔窄的间距转换部分3014和3015被设置在石英基PLC 3001a和3002a的连接端面11和12附近。在该实施例中，将连接端面11和12上的光波导阵列的芯部3011之间的x轴方向间隔设置为约20μm。

光波导阵列中的光波导(芯部3011)之间的间隔可以在如下这样的范围内任意地变窄：能够充分确保光波导中的光传播的限制并且由来自其他光波导的漏光引起的串扰没有影响。例如，在例如将Si用于芯部的Si波导阵列的情况下，由于光限制效果足够大，所以可以使光波导之间的间隔更窄。根据该实施例，可以减少由连接端面11和12的角度误差引起的损耗的增加以及光波导端口之间的损耗的变化。

在图7A至图7D所示的结构中，如果以约250μm的光波导间隔存在八个光波导端口，则光波导阵列的两端之间的x轴方向间隔为1.75mm。在此，如果石英基PLC 3001和3002在x轴方向上的宽度是8mm，并且连接端面11和12在衬底平面中(在图9B的片材表面中)的实际角度误差相对于设计值是0.4°，则在石英基PLC 3001和3002之间的间隙中在最窄部分与最宽部分之间产生约8×tan(0.4°)＝55μm的差。在石英基PLC 3001的光波导端口与石英基PLC 3002的光波导端口之间的间隙中在最窄部分与最宽部分之间产生约12μm的差。

另一方面，在该实施例中，由于光波导阵列的芯部3011之间的x轴方向间隔被设置为20μm，所以光波导阵列的两端之间的x轴方向间隔变为140μm。因此，石英基PLC 3001a的光波导端口与石英基PLC 3002a的光波导端口之间的间隙在最窄部分与最宽部分之间的差约为1μm。

通过采用上述结构，在该实施例中，当将石英基PLC 3001a和3002a安装在石英基基底3003上时，两个石英基PLC 3001a和3002a中的芯部3011的位置在相同的线上对准，并且可以实现光的低损耗连接。因此，在该实施例中，可以通过被动对准安装以亚微米级的精度实现简单的多芯片安装，而无需输入/输出光。

此外，在该实施例中，间距转换部分3014和3015被设置在石英基PLC 3001a和3002a的连接端面11和12附近。这使得可以减少由于由连接端面11和12的角度误差引起的石英基PLC 3001和3002之间的轴偏差和间隙膨胀所导致的损耗的增加以及光波导端口之间的损耗的变化，并且减少连接端面11和12的角度误差的影响。

注意，在该实施例中，已经描述了如下示例：通过与石英基PLC3001a和3002a的光波导层3008的工艺相同的工艺制造石英基基底3003的石英玻璃层3012。然而，石英玻璃层3012可以通过其他制造方法来制造。例如，只要能够形成一致的装配槽3007和3013，甚至可以通过V型槽加工或使用切割等的加工或激光加工来获得与上述相同的效果。此外，基底不必总是包括光波导层，并且仅需要使装配槽3013的宽度和深度与芯片侧的装配槽3007的宽度和深度相同。例如，关于基底，可以通过在Si衬底、玻璃衬底、陶瓷衬底或金属衬底上进行诸如切割或蚀刻技术之类的加工来形成装配槽3013。

此外，在该实施例中，石英基PLC 3001a和3002a以它们被间隔光纤3006支撑的形式仅被放置在石英基基底3003上，但是不被固定。这样，石英基PLC 3001a和3002a可从石英基基底3003拆卸，并且可以实现可插拔连接，其中仅在必需时才可以将必需的石英基PLC3001a和3002a进行连接，如同连接器。如上所述，这种形式被称为PPCP。

在一些情况下，可以通过用具有匹配折射率的光学粘合剂填充石英基基底3003与石英基PLC 3001a和3002a之间的间隙，来将石英基PLC 3001a和3002a固定到石英基基底3003。备选地，两个石英基PLC3001a和3002a中的一个石英基PLC可以固定到石英基基底3003，而另一个可以是可拆卸的。

[第七实施例]

接下来，将描述本发明的第七实施例。图10A和图10B是示出根据本发明的第七实施例的光波导芯片的连接结构的示意图，并且在图10A和图10B中，与图7A至图7D、图8A、图8B、图9A和图9B中相同的附图标记表示相同的部件。图10A是光波导芯片的连接结构的透视图，并且图10B是从上侧观察的连接结构的平面图。

在根据该实施例的石英基PLC 3001b和3002b中，在根据第六实施例的石英基PLC3001a和3002a中将切口13和14添加到连接端面(入射/出射端面)11b和12b的拐角，使得连接端面11b和12b的相对面积变小。

在该实施例中，通过添加切口13和14可以获得以下效果。在第六实施例中，连接端面11和12中的光波导阵列的芯部3011之间的间隔变窄，从而使得由连接端面11和12的角度误差引起的石英基PLC3001a和3002a之间的间隙的差相对较小。然而，如果连接端面11和12在衬底平面中(在图9B的片材表面中)的角度误差相对于设计值为0.4°，则在石英基PLC3001a和3002a之间的间隙中在最窄部分与最宽部分之间仍存在约50μm的差。

另一方面，在该实施例中，相对于石英基PLC 3001a和3002a中的8mm的x轴方向宽度，在连接端面11b和12b上设置切口13和14，使得石英基PLC 3001b和3002b的连接端面11b和12b的x轴方向宽度变小，即4mm，从而将石英基PLC 3001a和3002a中的每一个处理为平面图中的六角形形状。因此，在该实施例中，如上所述，即使连接端面11b和12b在衬底平面中的角度误差为0.4°，连接端面11b和12b之间的间隙在最窄部分与最宽部分之间的差也可以为28μm。

在该实施例中，对于石英基PLC 3001b和3002b之间的间隙，可以通过间距转换部分3014和3015使得相对间隙差变小，并且此外，通过切口13和14使得绝对间隙差变小。结果，可以减少石英基PLC3001b和3002b之间的连接损耗，并且可以进一步减小光波导端口之间的损耗差。

可以通过切割来形成切口13和14。此外，可以使用激光切割技术等提供任意的切口13和14。此外，可以容易地看出，如果可以获得该实施例的效果，则可以任意地设置切口13和14的形状和角度。

关于间距转换部分3014和3015，在图9B和图10B所示的示例中，光波导阵列的芯部3011集中在中心，并且芯部3011被布置成在光轴方向(z轴方向)上相对于石英基PLC 3001b和3002b(3001a和3002a)的中心线对称。然而，间距转换部分3014和3015可以具有任意布局。如图11的平面图所示，芯部3011可以被布置成在光轴方向上相对于石英基PLC 3001b和3002b(3001a和3002a)的中心线不对称。

此外，并非总是需要将连接端面11b和12b布置在石英基PLC3001b和3002b的中心。可以在石英基PLC 3001b和3002b的x轴方向上的端部中的一侧端部附近设置间距转换部分3014和3015，并且可以在石英基PLC 3001b和3002b中设置切口以将端部留作连接端面。即，可以仅在连接端面11b和12b的x轴方向上的一侧拐角处设置切口。

此外，光波导芯片的数量不总是限于两个芯片的连接，并且可以通过PPCP技术安装三个光波导芯片，或者可以通过PPCP技术安装四个光波导芯片，如图12所示。图12是示出从上侧观察的具有安装在石英基基底3003b上的四个石英基PLC 3001b、3002b、3016和3017的连接结构的平面图。在该示例中，如第六实施例中那样，通过被动对准方法来安装四个石英基PLC 3001b、3002b、3016和3017中的每一个。

石英基PLC 3001b和3002b中的每一个的结构与上述相同。石英基PLC 3016与通过在衬底平面中将石英基PLC 3002b旋转90°而获得的结构相对应。在石英基PLC 3016上形成间距转换部分3018和与石英基PLC 3017的连接端面的切口15。在石英基PLC 3017上形成间距转换部分3019、设置在与石英基PLC 3001b的连接端面和与石英基PLC 3016的连接端面上的切口16、以及设置在与石英基PLC 3002b的连接端面和与石英基PLC 3016的连接端面上的切口17。

通过图12所示的结构，可以实现三叉波导连接结构。在第六和第七实施例中，仅示出了简单的波导连接的示例。然而，可以集成任意的光学功能结构。例如，可以设置开关、波长复用器/解复用器、偏振集成功能、马赫曾德尔(Mach-Zehnder)干涉电路、环形谐振器、相位调节电路等。备选地，可以设置包括波导机构的激光器、光电二极管等。此外，可以使用非线性效应大的波导。

[第八实施例]

接下来，将描述本发明的第八实施例。图13是示出根据本发明的第八实施例的光波导芯片的连接结构的平面图，并且在图13中，与图7A至图7D、图8A、图8B、图9A和图9B、图10A、图10B以及图11中相同的附图标记表示相同的部件。

除了装配槽3007c的形状之外，根据该实施例的石英基PLC 3001c和3002c具有与根据第七实施例的石英基PLC 3001b和3002b相同的结构。除了装配槽3013c的形状之外，石英基基底3003c具有与石英基基底3003相同的结构。

图14A和图14B是示出装配槽3007c和3013c的形状的平面图。装配槽3007c均具有如下这样的形状：纵向方向平行于z轴方向(图13、图14A和图14B的光轴方向和左右方向)，并且x轴方向(在衬底平面中垂直于光轴方向的方向)上的宽度沿纵向方向改变。

装配槽3007c的中心部分中的最窄部分的宽度被设置为：使得在间隔光纤3006装配在装配槽3007c中时其与间隔光纤3006接触。中心部分在装配时有助于石英基PLC 3001c和3002c在面内方向上的对准。另一方面，装配槽3007c的除中心部分以外的宽度小于间隔光纤3006的宽度，并且随着点沿纵向方向远离中心部分，宽度变大。此外，将装配槽3007c的长度设置为比间隔光纤3006长。

在当将石英基PLC 3001c和3002c安装在石英基基底3003c上时面对装配槽3007c的位置处以与装配槽3007c相同的形状形成在石英基基底3003c的石英玻璃层3012中形成的装配槽3013c。

通过改变光刻掩模，可以容易地实现将装配槽改变为装配槽3007c和3013c的形状。

当形成装配槽3007c和3013c时，在该实施例中，可以获得以下显著的效果。如果石英基PLC 3001c和3002c的连接端面11b和12b在衬底平面中的角度误差小，则将间隔光纤3006装配在装配槽3007c和3013c中，使得间隔光纤3006的纵向方向变为平行于装配槽3007c和3013c的纵向方向，如图14A所示。

另一方面，如果石英基PLC 3001c和3002c的连接端面11b和12b在衬底平面中的角度误差大，则可以进行精细调整以使连接端面11b和12b的角度误差变小。更具体地，在将石英基PLC 3001c和3002c安装在石英基基底3003c上之后，将两个石英基PLC 3001c和3002c中的至少一个在衬底表面中旋转，使得石英基PLC 3001c和3002c之间的间隙变小。

利用上述结构，将每个间隔光纤3006在装配槽3007c和3013c的中心处装配在相应的装配槽3007c和3013c中。在远离中心的部分，装配槽3007c和3013c与间隔光纤3006之间存在间隙。因此，石英基PLC 3001c和3002c可以在衬底平面中旋转。在图14B所示的示例中，旋转石英基PLC 3002c以使石英基PLC 3001c和3002c之间的间隙变小。

如上所述，在该实施例中，可以实现第六和第七实施例中所描述的被动对准安装。此外，即使存在连接端面的角度误差，也可以尽可能地减少影响，并且减少由于石英基PLC3001c和3002c之间的轴偏差和间隙膨胀而引起的损耗的增加以及光波导端口之间的损耗的变化。

[第九实施例]

接下来，将描述本发明的第九实施例。图15A和图15B是示出根据本发明的第九实施例的光波导芯片和石英基基底的装配槽的形状的平面图，并且在图15A和图15B中，与图13、图14A和图14B中相同的附图标记表示相同的部件。

除了装配槽3007d的形状之外，根据该实施例的石英基PLC3001d和3002d具有与根据第八实施例的石英基PLC 3001c和3002c相同的结构。除了装配槽3013d的形状之外，石英基基底3003d具有与石英基基底3003c相同的结构。

在每个装配槽3007d中，纵向方向与z轴方向平行，并且在中心部分处的最窄部分的x轴方向宽度为与间隔光纤3006相对应的宽度，并且随着点沿纵向方向远离中心部分，宽度变大，如装配槽3007c那样。

在当将石英基PLC 3001d和3002d安装在石英基基底3003d上时面对装配槽3007d的位置处以与装配槽3007d相同的形状形成在石英基基底3003d的石英玻璃层3012中形成的装配槽3013d。

因此，如第八实施例中那样，在将石英基PLC 3001d和3002d安装在石英基基底3003d上之后，两个石英基PLC 3001d和3002d中的至少一个可以在衬底表面中旋转，使得石英基PLC 3001d和3002d之间的间隙变小，并且可以获得第八实施例中所描述的效果(图15B)。

装配槽3007d和装配槽3007c的不同之处在于，纵向方向上的两端在平面图中具有弧形形状。即，弧形在衬底平面中距装配槽3007d的中心具有预定距离。纵向方向上两个端部的弧形之间的在衬底平面中的距离被设置为使得当将间隔光纤3006装配在装配槽3007d中时，装配槽3007d的两个端部与间隔光纤3006的两个端部接触。

在第八实施例中描述的装配槽3007c的长度被设置为比间隔光纤3006长。由此，存在这样的担心：当石英基PLC 3001c和3002c在衬底平面中旋转时，石英基PLC 3001c和3002c在z轴方向上的位置发生偏移。

另一方面，在该实施例中，当将间隔光纤3006装配在装配槽3007d中时，每个装配槽3007d的两个端部总是与间隔光纤3006接触。这样，即使在将石英基PLC 3001d和3002d安装在石英基基底3003d上之后，石英基PLC 3001d和3002d在衬底平面中旋转，石英基PLC3001d和3002d在z轴方向上的位置也不偏移，并且可以执行更精确的被动对准安装。

由于光刻工艺的特性，难以将装配槽3007d和3013d中的每一个的两个端部形成为完美的弧形形状。然而，基于光刻的分辨率，将装配槽3007d和3013d中的每一个在平面图中形成为多边形形状，使得获得其中在衬底平面中距装配槽3007d或3013d的中心的距离几乎是恒定的伪弧形形状，从而获得与完美弧形形状相当的效果。

注意，已经关于图13、图14A、图14B、图15A和图15B描述了将第八和第九实施例应用于第七实施例的示例。然而，当然，这些实施例可以应用于第六实施例。

在第六至第九实施例中，已经通过举例描述了形成在硅衬底上的薄玻璃膜的平面光波电路(PLC)作为光波导芯片。然而，本发明可以应用于包括波导机构的任何光波导芯片。例如，作为衬底或光波导的材料，除了石英玻璃之外，还可以使用石英、由有机物质制成的聚合物、使用Si、氮化硅(SiN)、砷化镓、磷化铟(InP)等的半导体或化合物半导体波导、以及诸如铌酸锂(LN)、周期性极化的铌酸锂(PPLN)或钽酸锂(LT)的电介质。

在第六至第九实施例中，每个PLC具有两个或更多个装配槽3007、3007c或3007d。形成在石英基基底3003、3003c或3003d中的装配槽3013、3013c或3013d仅需要根据装配槽3007、3007c或3007d进行数量设置。间隔光纤3006仅需根据装配槽3007、3007c、3007d、3013、3013c或3013d进行数量设置。

此外，在第六至第九实施例中，已经描述了其中装配槽3007、3007c、3007d、3013、3013c和3013d是均具有矩形截面的凹槽的示例。然而，可以使用槽宽朝向衬底3009、3003、3003c和3003d变窄的凹槽，例如，各自具有V形或W形截面的凹槽或各自具有U形截面的凹槽。

在第六至第九实施例中，间隔光纤3006的高度优选地大于基底侧的装配槽3013、3013c和3013d的深度与光波导芯片侧的装配槽3007、3007c和3007d的深度之和。这可以在基底和光波导芯片之间提供间隙。

此外，在第六至第九实施例中，将圆柱形间隔光纤3006用作间隔构件。然而，本发明不限于此。间隔构件的材料可以是任意材料，例如，诸如玻璃、金属或聚合物之类的无机物。此外，形状不受限制，只要其可以适当地装配在装配槽3007、3007c、3007d、3013、3013c或3013d中。也就是说，间隔构件可以具有圆柱形形状、平行六面体形状、球形形状或类似形状。此外，如果在将间隔构件装配在装配槽中时，间隔构件的高度改变，则光波导芯片可能相对于基底倾斜。因此，间隔构件的材料、尺寸和形状优选地设置为使得当间隔构件装配在装配槽中时其高度难以改变。

[第十实施例]

在PPCP中使用的包括Si衬底的石英基PLC或石英基图22中，在许多情况下产生源自Si与SiO₂之间的热膨胀系数的差异的应力，并且发生翘曲。即使对于PLC的正常应用目的，这种翘曲有时也成问题，并且在需要被动对准安装的PPCP的情况下，这种翘曲尤其成问题。在许多情况下，PLC之间的光连接发生偏差，导致***损耗增加。此外，PPCP可以用于集成多层结构的光波导。此时，有时通过抛光使PLC变薄。通过这种抛光，与通常厚度的PLC中相比，翘曲往往更大。

因此，由材料的热膨胀系数之间的差异引起的翘曲会影响针对尺寸减小和简单连接(它们为PPCP的特性)而执行的薄化和被动对准，并且发生过多的***损耗。

本发明的第十至第十五实施例旨在在保持精确而简单的安装方法的同时，减轻由物理属性值引起的翘曲并抑制光连接损耗的增加。

图16A至图16D是示出根据本发明的第十实施例的光波导芯片的连接结构的示意图。图16A是光波导芯片的连接结构的透视图，图16B是连接结构的各部分的分解图，图16C是示出光波导芯片与基底的接合面的示图，并且图16D是沿xy平面截取的连接结构的剖视图。在图16A至图16D中，组合了总共七个构件，即，作为均由包括Si衬底和光波导层的石英基玻璃层形成的两个光波导芯片的石英基PLC101和102、通过与石英基PLC 101和102相同的方法制造并且不包括波导的基底103、以及四个间隔光纤106(间隔构件)，从而形成PPCP。

如图16A所示，已进入石英基PLC 102的输入光信号105传播通过石英基PLC 102的光波导层，从石英基PLC 102出射并进入石英基PLC 101，传播通过石英基PLC 101的光波导层，并且从石英基PLC101出射作为输出光信号104。

如图16D所示，石英基PLC 101具有这样的结构：其中被配置为传输输入信号光105的光波导层109形成在由Si制成的支撑衬底110上。光波导层109由包覆层111和芯部112形成，包覆层111由SiO₂制成，芯部112形成在包覆层111中并由包含掺杂物的SiO₂制成。此外，在包覆层111中形成有装配槽107。石英基PLC 102的结构与石英基PLC 101的结构相同。图16C示出了石英基PLC 101和102的光波导层109(包覆层111)与基底103的接合面。从图16C显然的是，在一个PLC中形成两个装配槽107。

如图16A和图16B所示，石英基PLC 101和石英基PLC 102并排布置，使得连接端面11和12彼此面对。两个石英基PLC 101和102安装在基底103上。

由与石英基PLC 101和102的包覆层111相同的材料制成的玻璃层114形成在基底103中由Si制成的支撑衬底113的安装石英基PLC101和102的表面上。在玻璃层114(包覆层)中，在当将石英基PLC101和102安装在基底103上时面对石英基PLC 101和102的装配槽107的位置处形成具有与装配槽107相同的形状的装配槽115。

图16C示出了玻璃层114与石英基PLC 101和102的接合面。如上所述，由于在一个PLC中形成两个装配槽107，所以在玻璃层114中形成总共四个装配槽115，即，在面对石英基PLC 101的装配槽107的位置处形成的两个装配槽115和在面对石英基PLC 102的装配槽107的位置处形成的两个装配槽115。在该实施例中，将装配槽107和115的纵向方向设置为平行于z轴方向(从石英基PLC 102出射到石英基PLC 101的光的光轴方向和进入石英基PLC 101的光的光轴方向或者图16A至图16C的左右方向)。

此外，在玻璃层114中，出于减轻基底103的翘曲的目的而形成翘曲减轻槽108。翘曲减轻槽108被形成至到达支撑衬底113的位置，使得支撑衬底113暴露于翘曲减轻槽108的底部。当切割玻璃层114直到暴露出支撑衬底113时，可以使减轻基底103的翘曲的效果最大化。在该实施例中，翘曲减轻槽108形成为沿着z轴方向从面对石英基PLC 101的位置延伸到面对石英基PLC 102的位置。

为了制造根据该实施例的PPCP，将间隔光纤106分别装配在形成于基底103的玻璃层114中的四个装配槽115中。然后，将装配在玻璃层114的装配槽115中的两个间隔光纤106装配在形成于石英基PLC 101的光波导层109中的两个装配槽107中，使得玻璃层114的接合面和石英基PLC 101的光波导层109(包覆层111)的接合面彼此面对，如图16B所示，即，使得支撑衬底110位于上侧，并且光波导层109位于下侧，从而将石英基PLC 101安装在基底103上。

类似地，将装配在玻璃层114的装配槽115中的两个间隔光纤106装配在形成于石英基PLC 102的光波导层109中的两个装配槽107中，使得玻璃层114的接合面和石英基PLC102的光波导层109的接合面彼此面对，从而将石英基PLC 102安装在基底103上。

以这种方式，可以将石英基PLC 101和102安装在基底103上，使得石英基PLC 101的连接端面11和石英基PLC 102的连接端面12近距离地彼此面对，并且可以实现石英基PLC101与石英基PLC 102之间的光连接。

装配槽107和115以及翘曲减轻槽108通过光刻法形成。因此，装配槽107和115的宽度(图16D的左右方向上的尺寸)、长度(图16B和图16C的左右方向上的尺寸)和位置可以以非常高的精度确定。相应地，可以以非常高的精度对准光波导层109在衬底平面中的方向上的轴偏差。

此外，将具有相同直径的间隔光纤106装配在基底103侧的四个装配槽115中，将石英基PLC 101侧的装配槽107装配在四个间隔光纤106中的两个上，并且将石英基PLC 102侧的装配槽107装配在剩余的两个间隔光纤106上。这样，可以使石英基PLC 101和102相对于基底103的倾斜足够小以至于可以忽略。

当采用上述PPCP结构时，两个石英基PLC 101和102中相对于基底103的芯部位置被高精度地确定。当将石英基PLC 101和102安装在基底103上时，两个石英基PLC 101和102中的芯部112的位置在相同的线上对准，并且可以实现光的低损耗连接。因此，在该实施例中，可以通过被动对准安装以亚微米级的精度实现简单的多芯片安装，而无需输入/输出光。也可以通过实现PLC 101和102的集成来实现光电路的尺寸减小。

此外，在该实施例中，由于到达支撑衬底113的翘曲减轻槽108形成在基底103的玻璃层114中，所以可以减轻由Si制成的支撑衬底113与玻璃层114之间的热膨胀系数的差异所导致的基底103的翘曲，并且抑制由于因基底103的翘曲引起的石英基PLC 101和102之间的轴偏差和间隙膨胀所导致的光连接损耗的增加。

[第十一实施例1

接下来，将描述本发明的第十一实施例。图17A至图17D是示出根据本发明的第十一实施例的光波导芯片的连接结构的示意图。图17A是光波导芯片的连接结构的透视图，图17B是连接结构的各部分的分解图，图17C是示出光波导芯片与基底的接合面的示图，并且图17D是沿xy平面截取的连接结构的剖视图。

如图17A所示，已进入石英基PLC 202的输入光信号205传播通过石英基PLC 202的光波导层，从石英基PLC 202出射并进入石英基PLC 201，传播通过石英基PLC 201的光波导层，并且从石英基PLC201出射作为输出光信号204。

像石英基PLC 101那样，石英基PLC 201具有这样的结构：其中被配置为传输输入信号光205的光波导层209形成在由Si制成的支撑衬底210上。光波导层209由包覆层211和芯部212形成，包覆层211由SiO₂制成，芯部1011形成在包覆层1010中。像石英基PLC 101那样，在包覆层211中形成有装配槽207。

此外，在包覆层211中，出于减轻石英基PLC 201的翘曲的目的而形成翘曲减轻槽208。每个翘曲减轻槽208被形成至到达支撑衬底210的位置，使得支撑衬底210暴露于翘曲减轻槽208的底部。当切割包覆层211直到暴露出支撑衬底210时，可以使减轻石英基PLC201的翘曲的效果最大化。

此外，在该实施例中，将装配槽207的纵向方向和翘曲减轻槽208的纵向方向设置为平行于z轴方向(从石英基PLC 202出射到石英基PLC 201的光的光轴方向和进入石英基PLC 201的光的光轴方向或者图17A至图17C的左右方向)。翘曲减轻槽208被布置为不与光波导层209的芯部212相交并且不阻碍光波导层209中的光传输。

石英基PLC 202的结构与石英基PLC 201的结构相同。在该实施例中，在一个PLC中形成两个装配槽207和两个翘曲减轻槽208。

由与石英基PLC 201和202的包覆层211相同的材料制成的玻璃层214形成在基底203中由Si制成的支撑衬底213的安装石英基PLC201和202的表面上。在玻璃层214中，在当将石英基PLC 201和202安装在基底203上时面对石英基PLC 201和202的装配槽207的位置处形成具有与装配槽207相同的形状的装配槽215。

为了制造根据该实施例的PPCP，将间隔光纤206(间隔构件)分别装配在形成于基底203的玻璃层214中的四个装配槽215中。然后，将装配在玻璃层214的装配槽215中的两个间隔光纤206装配在形成于石英基PLC 201的光波导层209中的两个装配槽207中，使得玻璃层214的接合面和石英基PLC 201的光波导层209(包覆层211)的接合面彼此面对，从而将石英基PLC 201安装在基底203上。

类似地，将装配在玻璃层214的装配槽215中的两个间隔光纤206装配在形成于石英基PLC 202的光波导层209中的两个装配槽207中，使得玻璃层214的接合面和石英基PLC202的光波导层209的接合面彼此面对，从而将石英基PLC 202安装在基底203上。

以这种方式，可以将石英基PLC 201和202安装在基底203上，使得石英基PLC 201的连接端面21和石英基PLC 202的连接端面22近距离地彼此面对，并且可以实现第十实施例中所描述的亚微米级精度的简单光连接和光电路的尺寸减小。

此外，在该实施例中，由于到达支撑衬底210的翘曲减轻槽208形成在石英基PLC201和202中的每一个的光波导层209中，所以可以减轻由Si制成的支撑衬底210与光波导层209(包覆层211)之间的热膨胀系数的差异所导致的石英基PLC 201和202的翘曲，并且抑制由于因石英基PLC 201和202的翘曲引起的石英基PLC 201和202之间的轴偏差和间隙膨胀所导致的光连接损耗的增加。

[第十二实施例]

接下来，将描述本发明的第十二实施例。图18是示出根据本发明的第十二实施例的光波导芯片的连接结构的剖视图。

像石英基PLC 201那样，石英基PLC 301具有这样的结构：其中光波导层309形成在由Si制成的支撑衬底310上。光波导层309由包覆层311和芯部312形成，包覆层311由SiO₂制成，芯部1011形成在包覆层1010中。在包覆层311中形成与装配槽107和207类似的装配槽307以及与翘曲减轻槽208类似的翘曲减轻槽308。

由与包覆层311相同的材料制成的玻璃层314形成在基底303中由Si制成的支撑衬底313的安装石英基PLC 301的表面上。在玻璃层314中，在当将石英基PLC 301安装在基底303上时面对石英基PLC301的装配槽307的位置处形成具有与装配槽307相同的形状的装配槽315。此外，形成与翘曲减轻槽108类似的翘曲减轻槽316。

使用间隔光纤306(间隔构件)将石英基PLC 301安装在基底303上的方法与第十和第十一实施例中的相同，并将省略其描述。尽管图18仅示出了一个石英基PLC 301，但是多个石英基PLC的连接方法也与第十和第十一实施例中所描述的相同。

在该实施例中，除了第十和第十一实施例中所描述的布置之外，用填充材料317和318填充形成在包覆层311和玻璃层314中的翘曲减轻槽308和316，其中填充材料317和318的热膨胀系数与包覆层311和玻璃层314的构成物质(SiO₂)的热膨胀系数不同。

因此，在该实施例中，可以减轻石英基PLC 301和基底303的翘曲，并且抑制由于两个PLC(图18中仅示出了其中的一个)之间的轴偏差和间隙膨胀所导致的光连接损耗的增加。同时，可以防止灰尘等堆积在翘曲减轻槽308和316中，并且实现令人满意的PPCP的接合。

作为填充材料317和318，使用硬度低于包覆层311和玻璃层314的构成物质(SiO₂)的硬度的物质。这种物质的示例是硅树脂。

此外，作为填充材料317和318，可以使用热膨胀系数高于包覆层311和玻璃层314的构成物质(SiO₂)的热膨胀系数的物质。这种物质的示例是硅(Si)。

注意，在该实施例中，已经描述了石英基PLC和基底两者都包括翘曲减轻槽的情况。然而，本发明不限于此，像第十实施例中那样，当翘曲减轻槽仅存在于基底侧时，可以用填充材料填充翘曲减轻槽。备选地，像第十一实施例中那样，当翘曲减轻槽仅存在于石英基PLC侧时，可以用填充材料填充翘曲减轻槽。

[第十三实施例]

接下来，将描述本发明的第十三实施例。图19A至图19D是示出根据本发明的第十三实施例的光波导芯片的连接结构的示意图。图19A是光波导芯片的连接结构的透视图，图19B是连接结构的各部分的分解图，图19C是示出三个光波导芯片的接合面的示图，并且图19D是沿xy平面截取的连接结构的剖视图。

在第十至第十二实施例中，石英基PLC(光波导芯片)被安装在没有光波导层的基底上。在该实施例中，将描述在石英基PLC上安装多个其他石英基PLC的示例。

如图19A所示，已进入石英基PLC 402的输入光信号405传播通过石英基PLC 402的光波导层，从石英基PLC 402出射并进入石英基PLC 401，传播通过石英基PLC 401的光波导层，并且从石英基PLC401出射作为输出光信号404。此外，已进入石英基PLC 403的输入光信号420传播通过石英基PLC 403的光波导层，并且从石英基PLC403出射作为输出光信号419。

像石英基PLC 101那样，石英基PLC 401具有这样的结构：其中被配置为传输输入信号光405的光波导层409形成在由Si制成的支撑衬底410上。光波导层409由包覆层411和芯部412形成，包覆层411由SiO₂制成，芯部1011形成在包覆层1010中。像石英基PLC 101那样，在包覆层411中形成有装配槽407。

此外，在包覆层411中，出于减轻石英基PLC 401的翘曲的目的而形成翘曲减轻槽408。装配槽407的深度D1为5μm，并且翘曲减轻槽408的深度D2为15μm。深度D2仅需要为1μm或更大。在该实施例中，每个翘曲减轻槽408被形成至到达支撑衬底410的位置，使得支撑衬底410暴露于翘曲减轻槽408的底部。当切割包覆层411直到暴露出支撑衬底410时，可以使减轻石英基PLC 401的翘曲的效果最大化。装配槽407与翘曲减轻槽408之间的间隔D3为70μm。间隔D3仅需要为1μm或更大。

在该实施例中，将装配槽407的纵向方向和翘曲减轻槽408的纵向方向设置为平行于z轴方向(从石英基PLC 402出射到石英基PLC401的光的光轴方向和进入石英基PLC 401的光的光轴方向或者图19A至图19C的左右方向)。与减少光信号的传输损耗相比，更优先考虑翘曲减轻来设计石英基PLC 401。即，如图19C所示，翘曲减轻槽408的形状不仅包括在z轴方向上延伸的部分，而且还包括在x轴方向(在衬底平面中垂直于光轴方向的方向)上延伸的部分，并且在x轴方向上延伸的部分将光波导层409划分开。

图20示出了其中将光波导层409划分开的PPCP的结构。图20是沿yz平面截取的PPCP的剖视图。已从由翘曲减轻槽408划分开的光波导层409的一侧的芯部412出射的光束跨越翘曲减轻槽408进入另一侧的芯部412。因此，在该实施例中，如上所述，光信号的传输损耗增加。然而，由于翘曲减轻槽408不仅设置在z轴方向上而且还设置在x轴方向上，所以可以更有效地抑制石英基PLC 401的翘曲。石英基PLC 402的结构与石英基PLC 401的结构相同。

石英基PLC 403具有这样的结构：其中被配置为传输输入信号光420的光波导层415形成在由Si制成的支撑衬底413上。光波导层415由包覆层414和芯部416形成，包覆层414由SiO₂制成，芯部416形成在包覆层414中。在包覆层414中，在当将石英基PLC 401和402安装在石英基PLC 403上时面对石英基PLC 401和402的装配槽407的位置处形成具有与装配槽407相同的形状的装配槽417。

此外，在包覆层414中，出于减轻石英基PLC 403的翘曲的目的而形成翘曲减轻槽418。像石英基PLC 401和402中那样，装配槽417的深度D1为5μm，并且翘曲减轻槽418的深度D2为15μm。如上所述，深度D2仅需要为1μm或更大。每个翘曲减轻槽418被形成至到达支撑衬底413的位置，使得支撑衬底413暴露于翘曲减轻槽418的底部。当切割包覆层414直到暴露出支撑衬底413时，可以使减轻石英基PLC 403的翘曲的效果最大化。此外，装配槽417与翘曲减轻槽418之间的间隔D3为70μm。间隔D3仅需要为1μm或更大。

在该实施例中，两个翘曲减轻槽418被形成为沿着z轴方向从面对石英基PLC 401的位置延伸到面对石英基PLC 402的位置。翘曲减轻槽418被布置为不与光波导层415的芯部416相交并且不阻碍光波导层415中的光传输。

为了制造根据该实施例的PPCP，将间隔光纤406(间隔构件)分别装配在形成于石英基PLC 403的包覆层414中的四个装配槽417中。然后，将装配在包覆层414的装配槽417中的两个间隔光纤406装配在形成于石英基PLC 401的光波导层409中的两个装配槽407中，使得包覆层414的接合面和石英基PLC 401的光波导层409(包覆层411)的接合面彼此面对，从而将石英基PLC 401安装在石英基PLC 403上。

类似地，将装配在包覆层414的装配槽417中的两个间隔光纤406装配在形成于石英基PLC 402的光波导层409中的两个装配槽407中，使得包覆层414的接合面和石英基PLC402的光波导层409的接合面彼此面对，从而将石英基PLC 402安装在石英基PLC 403上。

以这种方式，可以将石英基PLC 401和402安装在石英基PLC 403上，使得石英基PLC 401的连接端面41和石英基PLC 402的连接端面42近距离地彼此面对，并且可以实现亚微米级精度的简单光连接和光电路的尺寸减小。

此外，在该实施例中，由于到达支撑衬底410和413的翘曲减轻槽408和418形成在石英基PLC 401、402和403的光波导层409和415中，所以可以减轻由Si制成的支撑衬底410和413与光波导层409和415(包覆层411和414)之间的热膨胀系数的差异所导致的石英基PLC 401、402和403的翘曲，并且抑制由于因石英基PLC 401、402和403的翘曲引起的石英基PLC 401和402之间的轴偏差和间隙膨胀所导致的光连接损耗的增加。

注意，可以用第十二实施例中所描述的填充材料来填充根据该实施例的翘曲减轻槽408和418。

[第十四实施例]

接下来，将描述本发明的第十四实施例。图21A至图21D是示出根据本发明的第十四实施例的光波导芯片的连接结构的示意图。图21A是光波导芯片的连接结构的透视图，图21B是连接结构的各部分的分解图，图21C是示出三个光波导芯片的接合面的示图，并且图21D是沿xy平面截取的连接结构的剖视图。该实施例示出了在石英基PLC上安装多个其他石英基PLC的情况的最佳模式。

如图21A所示，已进入石英基PLC 502的输入光信号505传播通过石英基PLC 502的光波导层，从石英基PLC 502出射并进入石英基PLC 501，传播通过石英基PLC 501的光波导层，并且从石英基PLC501出射作为输出光信号504。此外，已进入石英基PLC 503的输入光信号520传播通过石英基PLC 503的光波导层，并且从石英基PLC503出射作为输出光信号519。

像石英基PLC 401那样，石英基PLC 501具有这样的结构：其中被配置为传输输入信号光505的光波导层509形成在由Si制成的支撑衬底510上。光波导层509由包覆层511和芯部512形成，包覆层511由SiO₂制成，芯部512形成在包覆层511中。像石英基PLC 401那样，在包覆层511中形成有装配槽507。此外，在包覆层511中，出于减轻石英基PLC 501的翘曲的目的而形成翘曲减轻槽508。

装配槽507和翘曲减轻槽508两者的深度D4均为15μm。翘曲减轻槽508的深度仅需要为1μm或更大。在该实施例中，装配槽507和翘曲减轻槽508被形成至到达支撑衬底510的位置，使得支撑衬底510暴露于槽507和508的底部。当切割包覆层511直到暴露出支撑衬底510时，可以使减轻石英基PLC 501的翘曲的效果最大化。此外，通过同时工艺来制造装配槽507和翘曲减轻槽508，从而降低制造成本。装配槽507与翘曲减轻槽508之间的间隔D5为70μm。间隔D5仅需要为1μm或更大。

在该实施例中，将装配槽507的纵向方向和翘曲减轻槽508的纵向方向设置为平行于z轴方向(从石英基PLC 502出射到石英基PLC501的光的光轴方向和进入石英基PLC 501的光的光轴方向或者图21A至图21C的左右方向)。与翘曲减轻相比，更优先考虑光信号的传输损耗的减小来设计石英基PLC 501。即，两个翘曲减轻槽508被布置为不与光波导层509的芯部512相交并且不阻碍光波导层509中的光传输。石英基PLC 502的结构与石英基PLC 501的结构相同。

石英基PLC 503具有这样的结构：其中被配置为传输输入信号光520的光波导层515形成在由Si制成的支撑衬底513上。光波导层515由包覆层514和芯部516形成，包覆层514由SiO₂制成，芯部516形成在包覆层514中。在包覆层514中，在当将石英基PLC 501和502安装在石英基PLC 503上时面对石英基PLC 501和502的装配槽507的位置处形成具有与装配槽507相同的形状的装配槽517。此外，在包覆层514中，出于减轻石英基PLC 503的翘曲的目的而形成翘曲减轻槽518。

像石英基PLC 501和502中那样，装配槽517和翘曲减轻槽518两者的深度D4均为15μm。装配槽517和翘曲减轻槽518被形成至到达支撑衬底513的位置，使得支撑衬底513暴露于槽517和518的底部。当切割包覆层514直到暴露出支撑衬底513时，可以使减轻石英基PLC503的翘曲的效果最大化。此外，通过同时工艺来制造装配槽517和翘曲减轻槽518，从而降低制造成本。装配槽517与翘曲减轻槽518之间的间隔D5为70μm。

使用间隔光纤506(间隔构件)将石英基PLC 501和502安装在石英基PLC 503上的方法与第十三实施例中的相同，并将省略其描述。

以这种方式，可以将石英基PLC 501和502安装在石英基PLC 503上，使得石英基PLC 501的连接端面51和石英基PLC 502的连接端面52近距离地彼此面对，并且可以实现亚微米级精度的简单光连接和光电路的尺寸减小。

此外，在该实施例中，由于到达支撑衬底510和513的翘曲减轻槽508和518形成在石英基PLC 501、502和503的光波导层509和515中，所以可以减轻由Si制成的支撑衬底510和513与光波导层509和515(包覆层511和514)之间的热膨胀系数的差异所导致的石英基PLC 501、502和503的翘曲，并且抑制由于因石英基PLC 501、502和503的翘曲引起的石英基PLC 501和502之间的轴偏差和间隙膨胀所导致的光连接损耗的增加。

此外，在该实施例中，由于装配槽507和517被形成至使得间隔光纤506与支撑衬底510和513接触这样的深度，因此可以确保石英基PLC 501和502与石英基PLC 503之间的间隔的精度与间隔光纤506的直径的精度类似。

注意，可以用第十二实施例中所描述的填充材料来填充根据该实施例的翘曲减轻槽508和518。

[第十五实施例]

接下来，将描述本发明的第十五实施例。图22A至图22D是示出根据本发明的第十五实施例的光波导芯片的连接结构的示意图。图22A是光波导芯片的连接结构的透视图，图22B是连接结构的各部分的分解图，图22C是示出三个光波导芯片的接合面的示图，并且图22D是沿xy平面截取的连接结构的剖视图。

如图21A所示，已进入石英基PLC 602的输入光信号605传播通过石英基PLC 602的光波导层，从石英基PLC 602出射并进入石英基PLC 601，传播通过石英基PLC 601的光波导层，并且从石英基PLC601出射作为输出光信号604。此外，已进入石英基PLC 603的输入光信号620传播通过石英基PLC 603的光波导层，并且从石英基PLC603出射作为输出光信号619。

像石英基PLC 501那样，石英基PLC 601具有这样的结构：其中被配置为传输输入信号光605的光波导层609形成在由Si制成的支撑衬底610上。光波导层609由包覆层611和芯部612形成，包覆层611由SiO₂制成，芯部612形成在包覆层611中。像石英基PLC 501那样，在包覆层611中形成有装配槽607。

此外，在包覆层611中，出于减轻石英基PLC 601的翘曲的目的而形成翘曲减轻槽608。翘曲减轻槽608被形成至到达支撑衬底610的位置，使得支撑衬底610暴露于翘曲减轻槽608的底部。当切割包覆层611直到暴露出支撑衬底610时，可以使减轻石英基PLC 601的翘曲的效果最大化。

在该实施例中，将装配槽607的纵向方向和翘曲减轻槽608的纵向方向设置为平行于z轴方向(从石英基PLC 602出射到石英基PLC601的光的光轴方向和进入石英基PLC 601的光的光轴方向或者图22A至图22C的左右方向)。与翘曲减轻相比，更优先考虑光信号的传输损耗的减小来设计石英基PLC 601。即，两个翘曲减轻槽608被布置为不与光波导层609的芯部612相交并且不阻碍光波导层609中的光传输。石英基PLC 602的结构与石英基PLC 601的结构相同。

石英基PLC 603具有这样的结构：其中被配置为传输输入信号光620的光波导层615形成在由Si制成的支撑衬底613上。在光波导层615中，形成AWG(阵列波导光栅)616。AWG616由形成在由SiO₂制成的包覆层614中的输入波导621、输入侧板波导622、阵列通道波导623、输出侧板波导624和输出波导625形成。

此外，在包覆层614中，在当将石英基PLC 601和602安装在石英基PLC 603上时面对石英基PLC 601和602的装配槽607的位置处形成具有与装配槽607相同的形状的装配槽617。此外，在包覆层614中，出于减轻石英基PLC 603的翘曲的目的而形成翘曲减轻槽618。

翘曲减轻槽618被形成至到达支撑衬底613的位置，使得支撑衬底613暴露于翘曲减轻槽618的底部。当切割包覆层614直到暴露出支撑衬底613时，可以使减轻石英基PLC603的翘曲的效果最大化。

如图22C所示，翘曲减轻槽618的形状不仅包括在z轴方向(从石英基PLC 602出射到石英基PLC 601的光的光轴方向和进入石英基PLC 601的光的光轴方向或图22A至图22C的左右方向)上延伸的部分，还包括在x轴方向(在衬底平面中垂直于光轴方向的方向)上延伸的部分，并且在x轴方向上延伸的部分将AWG 616的阵列通道波导623划分开。已从由翘曲减轻槽618划分开的阵列通道波导623的一侧出射的光束跨越翘曲减轻槽618进入另一侧的阵列通道波导623。

此外，在该实施例中，用填充材料626填充翘曲减轻槽618，其中填充材料626的热膨胀系数与包覆层614的构成物质(SiO₂)的热膨胀系数不同。作为填充材料626，使用硬度低于包覆层614的构成物质(SiO₂)的硬度的物质。这种物质的示例是硅树脂。当使用硅树脂的温度依赖性时，可以消除AWG 616的温度依赖性。因此，填充有填充材料626的翘曲减轻槽618同时提供了减轻石英基PLC 603的翘曲和使AWG 616绝热的两种功能。

使用间隔光纤606(间隔构件)将石英基PLC 601和602安装在石英基PLC 603上的方法与第十三实施例中的相同，并将省略其描述。

以这种方式，可以将石英基PLC 601和602安装在石英基PLC 603上，使得石英基PLC 601的连接端面61和石英基PLC 602的连接端面62近距离地彼此面对，并且可以实现亚微米级精度的简单光连接和光电路的尺寸减小。

此外，在该实施例中，由于到达支撑衬底610和613的翘曲减轻槽608和618形成在石英基PLC 601、602和603的光波导层609和615中，所以可以减轻由Si制成的支撑衬底610和613与光波导层609和615(包覆层611和614)之间的热膨胀系数的差异所导致的石英基PLC 601、602和603的翘曲，并且抑制由于因石英基PLC 601、602和603的翘曲引起的石英基PLC 601和602之间的轴偏差和间隙膨胀所导致的光连接损耗的增加。此外，在该实施例中，翘曲减轻槽618填充有填充材料626，从而同时实现了石英基PLC 603的翘曲减轻和AWG 616的绝热化。

注意，在本发明中，对以哪种形式将输入信号光输入到PPCP或以哪种形式将输出信号光进行输出没有特别限制。即，对于输入信号光，可以使用任意输入方法，例如通过空间光学系统输入，通过经由光纤块粘合的光纤输入，或者从在PLC的端面上不包括光信号输入面并被布置在PLC上或内部的发光元件/调制元件(例如，激光二极管)输入。对于输出信号光，可以使用任意输出方法，例如通过空间光学系统输出，通过经由光纤块粘合的光纤输出，或者输出到在PLC的端面上不包括光信号输出面并被布置在PLC上或内部的光接收元件(例如，光电二极管)。

此外，在本发明中，对构成PPCP的PLC包括哪种光电路没有特别限制。第十至第十五实施例中的每一个中所示出的光电路仅包括简单的线性光波导或AWG。这仅是示例，并且可能的示例不限于两个电路。即，PPCP技术和本发明与光电路的类型和布置无关。

在第十至第十五实施例中，将间隔光纤用作用于接合PLC或基底的所有构件。作为间隔构件，可以使用除间隔光纤以外的构件或材料或形状，只要其可以适当地装配在凹槽中。更具体地，作为间隔构件的材料，除了玻璃之外，可以任意地采用金属、陶瓷、聚合物等。此外，作为间隔构件的形状，除了圆柱形形状之外，可以任意地采用球形形状、梯形形状、多边形柱状形状、椭圆形形状等。

在第十至第十五实施例中，每个PLC(或每个基底)具有两个或更多个装配槽107、115、207、215、307、315、407、417、507、517、607或617。间隔光纤106、206、306、406、506或606仅需要根据装配槽107、115、207、215、307、315、407、417、507、517、607或617进行数量设置。

每个PLC(或每个基底)具有至少一个翘曲减轻槽108、208、308、316、408、418、508、518、608或618。

此外，在第十至第十五实施例中，间隔光纤106、206、306、406、506或606的高度优选地高于在其中装配间隔光纤106、206、306、406、506或606的上装配槽和下装配槽的深度之和。

[第十六实施例]

在PPCP中，基底中的间隔光纤和装配槽与石英基PLC中的间隔光纤和装配槽需要切向接触。通常，当将石英基PLC安装在基底上时，在装配槽与间隔光纤之间建立自行装配。然而，由于诸如石英基PLC和基底的翘曲之类的内部因素或者诸如灰尘或振动之类的外部因素，不能总是实现如图35D所示的完美装配，并且在安装精度上产生误差。

例如，在诸如石英基PLC的光波导芯片中，光波导层形成在衬底上。由于衬底、包覆层、芯部等由不同的材料制成不同的厚度，所以光波导芯片本身具有双金属结构，并且在现实中发生翘曲。如果光波导芯片的翘曲较大，则仅通过将光波导芯片安装在基底上以使得间隔件被装配在光波导芯片的两个凹槽中，不能在凹槽的一侧实现充分的切向接触。这种不充分的装配影响光波导芯片的浮动，即干扰距基底的高度。此外，如果在光波导芯片的凹槽中存在少量灰尘，则灰尘阻碍凹槽与间隔件之间的切向接触。

此外，为了使用PPCP技术使光波导芯片具有可从基底拆卸的结构，不能通过粘合剂等固定基底和光波导芯片。由此，如果从外部施加了振动、冲击、热等，则如上所述，凹槽与间隔件之间的切向接触受到干扰，并且在安装精度上产生误差。

本发明的第十六至第十九实施例旨在稳定地实现高安装精度，即使当光波导芯片通过使用PPCP技术的被动对准安装而被安装时，在安装之后存在芯片的翘曲、灰尘或振动冲击。

图23是示出根据本发明的第十六实施例的光波导芯片的连接结构的透视图。同样在该实施例中，作为两个光波导芯片的石英基PLC4001和4002以及其上安装石英基PLC4001和4002的石英基基底4003的结构与第一实施例中的相同。

注意，根据需要将诸如开关和波长复用器/解复用器之类的被配置为处理信号的各种功能电路安装在光波导芯片上。然而，本发明不依赖于光波导芯片中的电路布置和电路的功能。实际上，以避开稍后将描述的装配槽的布置在光波导芯片中形成适当的光电路。然而，如上所述，由于本发明不依赖于电路的布置，因此图23示出了仅包括线性波导的示例，并且为了简单描述，省略了其他电路布置。

在该实施例中，组合了总共九个构件，即，作为两个光波导芯片的石英基PLC 4001和4002、通过与石英基PLC 4001和4002相同的方法制造并且不包括波导的石英基基底4003、四个间隔光纤(间隔构件)4006、以及分别对石英基PLC 4001和4002进行按压的压力机构4020，从而形成光波导芯片的连接结构。

如第一实施例中那样，石英基PLC 4001具有其中光波导层4008形成在Si衬底4009上的结构。光波导层4008由包覆层4010和芯部(未示出)形成，包覆层4010由石英玻璃制成，芯部形成在包覆层4010中。此外，在包覆层4010中形成有装配槽4007(第二凹槽)。石英基PLC 4002的结构与石英基PLC 4001的结构相同。在该实施例中，在一个PLC中形成两个装配槽4007。

如第一实施例中那样，由与石英基PLC 4001和4002的包覆层4010相同的材料制成的石英玻璃层4013形成在石英基基底4003的Si衬底4012的安装石英基PLC 4001和4002的表面上。在石英玻璃层4013中，在当将石英基PLC 4001和4002安装在石英基基底4003上时面对石英基PLC 4001和4002的装配槽4007的位置处形成装配槽4014(第一凹槽)。如上所述，由于在一个PLC中形成两个装配槽4007，所以在石英玻璃层4013中形成了总共四个装配槽4014，即，在面对石英基PLC 4001的装配槽4007的位置处形成的两个装配槽4014和在面对石英基PLC 4002的装配槽4007的位置处形成的两个装配槽4014。

为了制造根据该实施例的连接结构，将间隔光纤4006分别装配在形成于石英基基底4003的石英玻璃层4013中的四个装配槽4014中。然后，将装配在石英玻璃层4013的装配槽4014中的两个间隔光纤4006装配在形成于石英基PLC 4001的光波导层4008中的两个装配槽4007中，使得石英玻璃层4013的接合面和石英基PLC 4001的光波导层4008(包覆层4010)的接合面彼此面对，即，使得Si衬底4009位于上侧，并且光波导层4008位于下侧，从而将石英基PLC 4001安装在石英基基底4003上。

类似地，将装配在石英玻璃层4013的装配槽4014中的两个间隔光纤4006装配在形成于石英基PLC 4002的光波导层4008中的两个装配槽4007中，使得石英玻璃层4013的接合面和石英基PLC 4002的光波导层4008(包覆层4010)的接合面彼此面对，从而将石英基PLC4002安装在石英基基底4003上。

以这种方式，如第一实施例中那样，可以通过被动对准安装将石英基PLC 4001和4002安装在石英基基底4003上，并且可以实现石英基PLC 4001和石英基PLC 4002之间的光连接。

通过光刻和蚀刻来形成装配槽4007和4014，使得其中石英基PLC4001的连接端面(入射/出射端面)4015与石英基PLC 4002的连接端面(入射/出射端面)4016之间的间隙变小的方向(从石英基PLC 4002出射到石英基PLC 4001的光的光轴方向)变为纵向方向。

石英基PLC 4001和4002的装配槽4007被形成至到达Si衬底4009的位置，使得Si衬底4009暴露于装配槽4007的底部。类似地，石英基基底4003的装配槽4014被形成至到达Si衬底4012的位置，使得Si衬底4012暴露于装配槽4014的底部。如第一实施例中那样，这减小了石英基PLC 4001和4002的光波导层4008的高度方向上的误差对石英基衬底4003的影响。

四个间隔光纤4006均形成直径例如为125μm的柱状间隔构件。

作为该实施例的特性特征，将压力机构4020安装在石英基PLC4001和4002中的每一个的重心位置处，以按压重心位置。压力机构4020通过其自身的重量沿石英基基底4003的方向按压石英基PLC4001和4002。

图24A是示出在设置压力机构4020之前光波导芯片的连接结构的剖视图。图24B是示出在设置压力机构4020之后光波导芯片的连接结构的剖视图。

如第一实施例中那样，在诸如石英基PLC 4001和4002的光波导芯片中，光波导层4008形成在Si衬底4009上。Si衬底4009、包覆层4010、芯部4011等由不同的材料制造为不同的厚度。由此，在光波导芯片中发生独特的翘曲。光波导芯片的翘曲方向根据光波导和衬底的材料和类型而改变。图24A示出了其中光波导层4008的翘曲相对于Si衬底4009为凸的示例。

在存在这种翘曲的情况下，例如，如图24A所示，在微观上，石英基PLC 4001和石英基基底4003的装配槽4007和4014的底面不平行，并且在底面之间产生倾斜。即使如第一实施例中那样，通过将间隔光纤4006装配在石英基基底4003侧的装配槽4014中并将间隔光纤4006装配在石英基PLC 4001侧的装配槽4007中，来将石英基PLC4001安装在石英基基底4003上，由于上述底面之间的倾斜也不能实现装配槽4007的底面与间隔光纤4006之间的切向接触。因此，发生石英基PLC 4001的浮动，即，距石英基基底4003的高度增加。这也适用于石英基PLC 4002。

如果在石英基PLC 4001和4002中材料、尺寸和波导结构完全相同，则在这两个石英基PLC 4001和4002中高度的增加量相同。也就是说，两个石英基PLC 4001和4002的浮动是相同的，所连接的芯部位置之间的相对位置偏移彼此抵消，并且两个石英基PLC 4001和4002可以光学地连接而没有位置偏移。

然而，在两个光波导芯片中材料、尺寸和波导结构相同的情况是非常有限的情况。实际上，通常连接不同尺寸的由不同材料制成的光波导芯片。例如，即使在类似地基于石英的光波导芯片中，如果芯部材料和包覆材料之间的折射率差改变，则当然，翘曲等也改变。在这种情况下，光波导芯片的上述浮动量改变，并且光波导中的芯部的位置在两个光波导芯片之间偏移。特别地，在阵列波导等的情况下，每个波导通道中的损耗增加，从而导致安装方面的问题。

在此，当使用根据该实施例的压力机构4020时，可以获得以下显著的效果。图24B示出了在将压力机构4020安装在石英基PLC 4001上之后装配槽4007和4014与间隔光纤4006之间的位置关系。从图24B显然的是，安装在石英基PLC 4001的重心位置处的压力机构4020沿石英基基底4003的方向通过适当的负荷按压石英基PLC 4001，并且消除了石英基PLC 4001的翘曲。

结果，在该实施例中，可以防止石英基PLC 4001相对于石英基基底4003浮动。同样对于石英基PLC 4002，可以使用压力机构4020来防止浮动。因此，在该实施例中，实现了消除石英基PLC 4001和石英基PLC 4002之间的芯部位置的偏移并实现低损耗连接的重大效果。

此外，当用折射率匹配树脂等填充石英基PLC 4001和4002的连接端面4015和4016之间的间隙时，可以抑制由存在于石英基PLC4001和4002之间的间隙中的空气引起的光的菲涅耳反射，并且石英基PLC 4001和4002之间的连接损耗可以变小。

图25A和图25B是用于说明根据该实施例的除翘曲消除以外的效果的剖视图，并且是用于说明在灰尘粘附到装配槽4007或4014或间隔光纤4006的情况下消除装配槽4007或4014与间隔光纤4006之间的接触故障的效果的示图。

在图25A所示的示例中，小灰尘4021粘附在装配在石英基PLC4001的装配槽4007中的间隔光纤4006上。如果在该状态下将石英基PLC 4001安装在石英基基底4003上，则灰尘4021进入间隔光纤4006与装配槽4007之间，并且石英基PLC 4001相对于石英基基底4003浮动。

为了解决该问题，在该实施例中，如图25B所示，当压力机构4020沿石英基基底4003的方向按压石英基PLC 4001时，间隔光纤4006上的灰尘4021发生移动。因此，可以获得实现间隔光纤4006与装配槽4007之间的切向接触并实现低损耗连接的效果。

在制造连接结构时，优选地添加以下处理：在通过压力机构4020按压石英基PLC4001和4002的同时，适当地施加振动以使石英基PLC 4001和4002在水平方向上摆动，这是因为灰尘4021可以容易地移动。注意，该实施例不仅在灰尘4021粘附到间隔光纤4006的情况下有效，而且在灰尘4021粘附到装配槽4007或4014的情况下也有效。

此外，在该实施例中，由于设置了压力机构4020，因此还可以获得如下效果：防止在对石英基PLC 4001和4002施加振动或冲击时所发生的连接部分的共振或脱离，并保持稳定的连接结构。

压力机构4020优选地为可以对石英基PLC 4001或4002施加能够消除装配槽4007或4014与间隔光纤4006之间的上述接触故障的适当负荷的压力机构。在图23所示的示例中，使用了通过压力机构4020自身的重量来按压石英基PLC 4001或4002的机构。如参考图24B所描述的，可以使用另一种结构的压力机构，只要其可以防止石英基PLC4001或4002相对于石英基基底4003的浮动。

例如，在图26A所示的示例中，压力机构4020a由保持压力机构4020a的固定构件4022、与固定构件4022的螺纹孔螺纹接合的螺栓4023和附接到螺栓4023的远端的按压构件4024形成。在图26A所示的示例中，当与固定构件4022螺纹接合的螺栓4023相对于固定了其x、y和z方向位置的固定构件4022旋转时，按压构件4024按压石英基PLC 4001。

此外，在图26B所示的示例中，压力机构4020b由固定构件4022、螺栓4023、按压构件4024、以及设置在螺栓4023和按压构件4024之间的弹簧机构4025(诸如螺旋弹簧或柱塞)形成。在图26B所示的示例中，不是通过螺栓4023直接按压按压构件4024，而是通过弹簧机构4025的恢复力来按压按压构件4024，从而按压石英基PLC 4001。

此外，压力机构可以具有用于通过弹性树脂等对整个结构施加压力的结构。

此外，压力机构4020、4020a和4020b中的每一个优选地与使石英基基底4003与石英基PLC 4001和4002粗略地对准的机构集成。为了通过使用PPCP技术进行装配来实现精确对准，需要三个步骤。即，需要如下步骤：第一步，固定石英基基底4003，并使石英基基底4003与所有石英基PLC 4001和4002的位置粗略对准，使得间隔光纤4006几乎装配在装配槽4007和4014中；第二步，通过将间隔光纤4006装配在装配槽4007和4014中的被动对准安装来执行精确对准；以及第三步，通过压力机构4020、4020a或4020b防止装配时的浮动等。

因此，优选的是，将保持石英基基底4003的保持机构、集成有保持机构并被配置为对准石英基PLC 4001和4002的安装位置的对准机构、以及压力机构4020、4020a或4020b进行集成。通过该集成，可以实现更有效的安装。

可以通过机械夹具结构来实现这些机构。例如，保持机构可以实现为被配置为通过诸如螺栓、抽吸件或支座之类的装置保持石英基基底4003的机构。类似地，对准机构可以实现为被配置为保持并对准石英基PLC 4001和4002的机构。

当采用压力机构4020时，压力机构4020通过线等悬垂于保持机构和对准机构，并且通过压力机构4020自身的重量来按压石英基PLC4001。此外，当采用压力机构4020a或4020b时，将固定构件4022附接到保持机构和对准机构。

注意，在该实施例中，已经描述了如下示例：通过与石英基PLC4001和4002的光波导层4008的工艺相同的工艺制造石英基基底4003的石英玻璃层4013。然而，石英玻璃层4013可以通过其他制造方法来制造。例如，只要能够形成一致的装配槽4007和4014，甚至可以通过V型槽加工或使用切割等的加工或激光加工来获得与上述相同的效果。此外，石英基基底4003不必总是包括波导层，并且装配槽4014的宽度和深度仅需要与芯片侧的装配槽4007的宽度和深度相同。例如，关于石英基基底4003，可以通过在Si衬底、玻璃衬底、陶瓷衬底或金属衬底上进行诸如切割或蚀刻技术之类的加工来形成装配槽4014。这也适用于后续的实施例。

此外，在该实施例中，已经描述了连接两个光波导芯片的示例。然而，本发明还可以应用于多个(例如，三个或四个或更多个)光波导的连接。

[第十七实施例]

接下来，将描述本发明的第十七实施例。图27是示出根据本发明的第十七实施例的光波导芯片的连接结构的透视图，并且在图27中，与图23中相同的附图标记表示相同的部件。作为示例，将参考图27描述与根据第十六实施例的光波导芯片的连接结构类似的形式。压力机构4020c的按压位置不是石英基PLC 4001和4002的重心位置，而是移动到石英基PLC 4001和4002的连接端面4015和4016附近的位置。

此外，在第十六实施例中，已经描述了翘曲的示例，其中石英基PLC 4001或4002的光波导层4008相对于Si衬底4009变为凸的。在该实施例中，假设光波导层4008相对于Si衬底4009变为凹的情况。

如在该实施例中，当按压石英基PLC 4001和4002的连接端面4015和4016附近的位置时，可以获得以下效果。即，在该实施例中，使用PPCP技术来连接两个石英基PLC 4001和4002，如第十六实施例中那样。在石英基PLC 4001和4002自身中，发生轻微翘曲，使得光波导层4008相对于Si衬底4009变凹。翘曲不仅发生在图27中的芯片宽度方向(x方向)上，而且类似地还发生在芯片纵向方向(z方向)上。

在第十六实施例中，可以通过以下结构来减轻石英基PLC 4001和4002沿两个轴(即，x方向和z方向上)的翘曲：沿x轴方向对每个芯片布置纵向方向为z方向的两个柱状间隔光纤4006，并且向石英基基底4003侧按压石英基PLC 4001和4002中的每一个的重心位置。

另一方面，在该实施例中，由于石英基PLC 4001和4002中的翘曲的方向与第十六实施例中的方向相反，所以被配置为向石英基基底4003侧按压石英基PLC 4001和4002的压力机构被压向石英基PLC4001和4002的重心位置，从而在增大翘曲的方向上执行了按压。

为了防止这种情况，在该实施例中，将压力机构4020c要按压的位置从石英基PLC4001和4002的重心位置移动到连接端面4015和4016附近的位置。

图28A是示出在设置压力机构4020c之前光波导芯片的连接结构的剖视图。图28B是示出在设置压力机构4020c之后光波导芯片的连接结构的剖视图。

当按压石英基PLC 4001和4002的连接端面4015和4016附近的位置时，如图28B所示，石英基PLC 4001和4002倾斜，可以使装配槽4007和4014在连接端面4015和4016附近与间隔光纤4006切向接触，并且可以消除石英基PLC 4001和4002在连接端面4015和4016附近相对于石英基基底4003浮动的状态。

在此，针对本发明的目的实际上需要对准的部分是两个石英基PLC 4001和4002的连接端面4015和4016附近的部分。这样，通过压力机构4020c的按压使石英基PLC 4001和4002倾斜，并且在连接端面4015和4016附近正确地建立装配槽4007和4014与间隔光纤4006之间的装配，从而大大减少了石英基PLC 4001和4002之间的光连接损耗。

此外，在该实施例中，仅在石英基PLC 4001和4002的连接端面4015和4016附近正确地建立装配槽4007和4014与间隔光纤4006之间的装配。即使在石英基基底4003中存在翘曲，这也可以实现低连接损耗。

注意，在该实施例中，两个石英基PLC 4001和4002中的光波导的光轴在厚度方向(y方向)上略微倾斜。然而，当用折射率匹配树脂等填充石英基PLC 4001和4002的连接端面4015和4016之间的间隙时，由光轴的倾斜引起的连接损耗变得足够小。

此外，在该实施例中，即使在装配槽4007和4014与间隔光纤4006之间存在灰尘等，也可以如第十六实施例中那样移动灰尘。此外，仅在连接端面4015和4016附近的装配槽4007和4014与间隔光纤4006之间的装配是重要的。这样，即使在除了连接端面4015和4016附近以外的部分存在灰尘，在连接端面4015和4016附近的装配也没有问题，并且可以提高防尘能力。

此外，在该实施例中，由于设置了压力机构4020c，因此还可以获得如下效果：防止在对石英基PLC 4001和4002施加振动或冲击时所发生的连接部分的共振或脱离，并保持稳定的连接结构。

作为压力机构4020c，可以如第十六实施例中那样采用利用重量的压力机构4020的形式，或者可以采用参考图26A或图26B所描述的压力机构4020a或4020b的形式。

在第十六和第十七实施例中，已经描述了针对石英基PLC 4001和4002中的每一个设置压力机构的示例。然而，如图29A的透视图和图29B的剖视图所示，即使当在石英基PLC4001和4002的连接端面4015和4016附近布置公共压力机构4020d时，也可以获得与上述相同的效果。

当通过PPCP连接三个光波导芯片时，例如，当在图27至图29中紧邻石英基PLC4002的右侧进一步布置另一石英基PLC并且进行光学连接时，如上所述地设置被配置为按压在该石英基PLC和石英基PLC 4002的连接端面附近的位置的压力机构。这可以减轻这些石英基PLC在连接端面附近浮动的状态，并且可以获得与上述相同的效果。

[第十八实施例]

接下来，将描述本发明的第十八实施例。图30是示出根据本发明的第十八实施例的光波导芯片的连接结构的透视图，并且在图30中，与图23中相同的附图标记表示相同的部件。作为示例，将参考图30描述与根据第十六实施例的光波导芯片的连接结构类似的形式。压力机构4020e的按压位置不是石英基PLC 4001和4002的重心位置。将压力机构4020e安装在装配在石英基PLC 4001和4002的装配槽4007中的间隔光纤4006的正上方的位置处。

在图30所示的示例中，对于每个芯片形成在芯片纵向方向(z方向)上延伸的两个装配槽4007和两个装配槽4014。在每个装配槽上安装一个压力机构4020e。在每个芯片中安装总共两个压力机构4020e。注意，当设置了在芯片宽度方向(x方向)上延伸的装配槽时，沿着装配在槽中的间隔光纤在其正上方安装压力机构4020e。

图31是示出在设置压力机构4020e之后光波导芯片的连接结构的剖视图。在该示例中，按压在间隔光纤4006(装配槽4007和4014)正上方的位置，从而获得以下效果。也就是说，在该实施例中，在光波导层4008具有相对于Si衬底4009为凸的翘曲的情况以及光波导层4008具有凹翘曲的情况这两者中，可以如图24B所示通过压力机构4020e的按压来实现装配槽4007和4014与间隔光纤4006之间的切向接触，并且可以解决石英基PLC 4001和4002相对于石英基基底4003浮动的状态。因此，在该实施例中，实现了消除石英基PLC 4001和4002之间的芯部位置的偏移并实现低损耗连接的重大效果。

在第十六和第十七实施例中，按压不在间隔光纤4006(装配槽4007和4014)正上方的位置。这样，过度按压导致石英基PLC 4001和4002的反向翘曲或光学特性的劣化，这是因为与按压具有固定端的横梁的中心的情况类似的现象。因此，需要适当地设置按压力。

另一方面，在该实施例中，将负荷直接施加到间隔光纤4006以及装配槽4007和4014。由于间隔光纤4006介入施加了负荷的部分，因此不必担心石英基PLC 4001和4002的上述反向翘曲，并且容易设置按压力。此外，由于不必大幅度地校正石英基PLC 4001和4002的翘曲，因此可以通过相对小的力来实现装配槽4007和4014与间隔光纤4006之间的切向接触，并且可以防止石英基PLC 4001和4002的浮动。

此外，如第十六和第十七实施例中那样，如果在装配槽4007和4014与间隔光纤4006之间存在灰尘等，则可以移动灰尘。在该实施例中，由于集中到装配槽4007和4014以及间隔光纤4006上的负荷大，因此去除装配槽4007和4014与间隔光纤4006之间的灰尘的效果大，并且可以提高防尘能力。

此外，在该实施例中，由于设置了压力机构4020e，因此还可以获得如下效果：防止在对石英基PLC 4001和4002施加振动或冲击时所发生的连接部分的共振或脱离，并保持稳定的连接结构。

作为压力机构4020e，可以如第十六实施例中那样采用利用重量的压力机构4020的形式，或者可以采用参考图26A或图26B所描述的压力机构4020a或4020b的形式。

注意，在第十六至第十八实施例中，已经通过举例描述了形成在硅衬底上的薄玻璃膜的平面光波电路(PLC)作为光波导芯片。然而，本发明可以应用于包括波导机构的任何光波导芯片。例如，作为衬底或光波导的材料，除了石英玻璃之外，还可以使用石英、由有机物质制成的聚合物、使用Si、氮化硅(SiN)、砷化镓、磷化铟(InP)等的半导体或化合物半导体波导、以及诸如铌酸锂(LN)、周期性极化的铌酸锂(PPLN)或钽酸锂(LT)的电介质。这些材料可以类似地应用于以下的第十九实施例。

[第十九实施例]

接下来，将描述本发明的第十九实施例。图32是示出根据本发明的第十九实施例的光波导芯片的连接结构的侧视图，图33A是从上侧观察的根据该实施例的压力机构的平面图，图33B是示出光波导芯片与基底的接合面的示图，并且图34是示出光波导芯片的连接结构的剖视图。该实施例示出了作为本发明的另一示例的使用发光元件和波导的PPCP的安装形式的示例。

在该实施例中，光波导芯片(激光器波导芯片)4002f和将光从光波导芯片4002f传输到光纤4028的光波导芯片4001g安装在石英基基底4003f上。作为光波导芯片4002f，使用由诸如InP的III-V族材料制成的DFB(分布式反馈)激光器芯片。除DFB激光器之外，还可以使用DBR(分布式布拉格反射器)激光器、SOA(半导体光放大器)等。在图中未示出与被配置为驱动DFB激光器的驱动器电连接的电线和连接垫。

这里，光波导芯片4002f包括Si衬底4009f、形成在Si衬底4009f上的上述DFB激光器4030、以及光波导层4008f。其中装配槽4007f形成在光波导层4008f的包覆层中的结构与第十六实施例中的相同。在光波导层4008f中形成被配置为引导来自DFB激光器4030的光束的芯部4011f。此外，使来自DFB激光器4030的光束的直径接近光波导芯片4001g的光波导层4008g中的芯部4011g的直径的光斑尺寸转换器4031被集成在光波导层4008f的与光波导芯片4001g的连接端面附近。

光波导芯片4002f被安装为使得输出光通过本发明的PPCP技术连接到光波导芯片4001g的连接端面中的芯部4011g。

光波导芯片4001g包括Si衬底4009g和形成在Si衬底4009g上的光波导层4008g。其中装配槽4007g形成在光波导层4008g的包覆层中的结构与第十六实施例中的相同。此外，在光波导层4008g的包覆层中添加一个装配槽4007h，装配槽4007h的纵向方向在接合面中垂直于从光波导芯片4002f进入到光波导芯片4001g的光的光轴方向(z方向)。

传播通过光波导芯片4001g的光波导层4008g的光经由透镜(未示出)从光波导芯片4002f的相对侧的连接端面输出到每个光纤4028，或者直接输出到每个光纤4028。

根据该实施例的基底4003f由Si、诸如LTCC(低温共烧陶瓷)的陶瓷、氮化铝等制成。在基底4003f的制造工艺和后工艺(蚀刻或加工)之一中，形成要装配在间隔光纤4006f和4006g上的装配槽4014f。此外，在基底4003f中在面对光波导芯片4001g的装配槽4007h的位置处形成装配槽4014h。

当制造光波导芯片4001g和4002f的连接结构时，将间隔光纤4006f装配在基底4003f侧的装配槽4014f中。然后，将装配在装配槽4014f中的间隔光纤4006f装配在光波导芯片4002f侧的装配槽4007f中，使得基底4003f的接合面与光波导芯片4002f的接合面彼此面对，从而将光波导芯片4002f安装在基底4003f上。

类似地，将间隔光纤4006g装配在基底4003f侧的装配槽4014f中，并将间隔光纤4006h装配在装配槽4014h中。将装配在装配槽4014f中的间隔光纤4006g装配在光波导芯片4001g侧的装配槽4007g中，使得基底4003f的接合面和光波导芯片4001g的接合面彼此面对，并且将装配在装配槽4014h中的间隔光纤4006h装配在光波导芯片4001g侧的装配槽4007h中，从而将光波导芯片4001g安装在基底4003f上。因此，可以唯一地确定两个光波导芯片4001g和4002f的位置。

在该实施例中，压力机构4020f和4020g分别安装在光波导芯片4002f和4001g上。

压力机构4020f由第一按压构件4026f和第二按压构件4027f形成，第一按压构件4026f由弹性树脂制成并安装在光波导芯片4002f上，使得按压位置设置在装配在装配槽4007f中的间隔光纤4006f的正上方，第二按压构件4027f安装在第一按压构件4026f上并被配置为按压第一按压构件4026f。

压力机构4020g由第一按压构件4026g和4026h和第二按压构件4027g形成，第一按压构件4026g和4026h由弹性树脂制成并安装在光波导芯片4001g上，使得按压位置设置在装配在装配槽4007g和4007h中的间隔光纤4006g和4006h的正上方，第二按压构件4027g安装在第一按压构件4026g和4026h上并被配置为按压第一按压构件4026g和4026h。

在该实施例中，设置了压力机构4020f和4020g，从而获得以下显著效果。即，在该实施例中，在光波导层4008f和4008g具有相对于Si衬底4009f和4009g为凸的翘曲的情况以及光波导层4008f和4008g具有凹翘曲的情况这两者中，可以如图24B所示通过压力机构4020f和4020g的按压来实现装配槽4007f、4007g、4007h、4014f和4014h与间隔光纤4006f、4006g和4006h之间的切向接触，并且可以解决光波导芯片4002f和4001g相对于基底4003f浮动的状态。因此，在该实施例中，实现了消除光波导芯片4002f和4001g之间的芯部位置的偏移并实现低损耗连接的重大效果。

此外，在第十八实施例中，将压力机构4020e直接安装在装配在装配槽4007中的间隔光纤4006正上方的位置处。需要进行设置，以使得安装在一个光波导芯片上的多个压力机构4020e中的每一个的按压力变为恒定。

另一方面，如在该实施例中，当将弹性树脂的构件(例如，硅树脂橡胶)用作第一按压构件4026f、4026g和4026h，并且使用按压多个第一按压构件4026f的公共第二按压构件4027f以及按压多个第一按压构件4026g和4026h的公共第二按压构件4027g时，可以共享压力机构。

当根据灰尘的存在/不存在或光波导芯片4002f的翘曲或浮动，由弹性树脂制成的多个第一按压构件4026f因来自第二按压构件4027f的负荷而分别变形时，如图34所示，向每个间隔光纤4006f施加适当的负荷，并且可以更有效地防止光波导芯片4002f的浮动。类似地，当多个第一按压构件4026g和4026h因来自第二按压构件4027g的负荷而分别变形时，向间隔光纤4006g和4006h中的每一个施加适当的负荷，并且可以防止光波导芯片4001g的浮动。

此外，如第十六至第十八实施例中那样，即使在装配槽4007f、4007g、4007h、4014f和4014h与间隔光纤4006f、4006g和4006h之间存在灰尘等，也可以移动灰尘。在该实施例中，由于集中到装配槽4007f、4007g、4007h、4014f和4014h以及间隔光纤4006f、4006g和4006h上的负荷大，因此去除装配槽4007f、4007g、4007h、4014f和4014h与间隔光纤4006f、4006g和4006h之间的灰尘的效果大，并且可以提高防尘能力。

此外，在该实施例中，由于设置了压力机构4020f和4020g，因此还可以获得如下效果：防止在对光波导芯片4002f和4001g施加振动或冲击时所发生的连接部分的共振或脱离，并保持稳定的连接结构。

作为第二按压构件4027f和4027g，可以如第十六实施例中那样采用利用重量的压力机构4020的形式，或者可以采用参考图26A或26B所描述的压力机构4020a或4020b的形式。

在第十六至第十九实施例中，仅示出了简单的波导连接的示例。然而，可以集成任意的光学功能结构。例如，可以设置开关功能、波长复用/解复用功能、偏振集成功能、马赫曾德尔干涉电路、环形谐振器、相位调节电路等。备选地，可以设置包括波导机构的激光器、光电二极管等。此外，可以使用非线性效应大的波导。

在第十六至第十九实施例中，关于装配槽4007和4007f至4007h，每个光波导芯片具有两个或更多个装配槽。形成在石英基基底4003或4003f中的装配槽4014、4014f或4014h仅需要根据装配槽4007和4007f至4007h进行数量设置。对于间隔光纤4006和4006f至4006h，间隔光纤仅需要根据装配槽4007、4007f至4007h、4014、4014f和4014h进行数量设置。

在第十六至第十九实施例中，间隔光纤4006和4006f至4006h的高度优选地大于基底侧的装配槽4014、4014f和4014h的深度与光波导芯片侧的装配槽4007和4007f至4007h的深度之和。这可以在基底和光波导芯片之间提供间隙。

在第十六至第十九实施例中，已经描述了其中装配槽4007、4007f至4007h、4014、4014f和4014h是均具有矩形截面的凹槽的示例。然而，可以使用槽宽朝向衬底4009、4009f、4009g、4012和4012f变窄的凹槽，例如，各自具有V形或W形截面的凹槽或各自具有U形截面的凹槽。

在第十六至第十九实施例中，从上侧观察的装配槽4007、4007f至4007h、4014、4014f和4014h的平面形状是矩形形状。然而，如果可以获得相同的效果，则该平面形状可以是任意形状，例如圆形、多边形或椭圆形形状。也就是说，装配槽4007、4007f至4007h、4014、4014f和4014h可以沿纵向方向改变宽度。

此外，在第十六至第十九实施例中，将圆柱形间隔光纤4006和4006f至4006h用作间隔构件。然而，本发明不限于此。间隔构件的材料可以是任意材料，例如，诸如玻璃、金属或聚合物之类的无机物。此外，形状不受限制，只要其可以适当地装配在装配槽4007、4007f至4007h、4014、4014f和4014h之一中。也就是说，间隔构件可以具有圆柱形形状、平行六面体形状、球形形状或类似形状。

此外，如果在将间隔构件装配在装配槽中时，间隔构件的高度改变，则光波导芯片可能相对于基底倾斜。因此，间隔构件的材料、尺寸和形状优选地设置为使得当间隔构件被装配在装配槽中并从上面被按压时其高度难以改变。

工业适用性

本发明可以应用于连接光波导芯片的技术。

附图标记和符号的说明

11、11b、12、12b…连接端面，13-17…切口，108、208、308、316、408、418、508、518、608、618…翘曲减轻槽，317、318、626…填充材料，2001、2001a-2001c、2002、2002a-2002c、2017-2019、2017a-2019a、3001a-3001d、3002a-3002d、3016、3017、101、102、201、202、301、401-403、501-503、601-603、4001、4002…石英基PLC，2003、2003a-2003c、3003、3003c、3003d、103、203、303、4003、4003f…基底，2006、2006a、2016、3006、106、206、306、406、506、606、4006、4006f-4006h…间隔光纤，2007、2007a、2013、2013a、2014、2015、3007、3007c、3007d、3013、3013c、3013d、107、115、207、215、307、315、407、417、507、517、607、617、4007、4007f-4007h、4014、4014f、4014h…装配槽，2008、2024、3008、109、209、309、409、415、509、515、609、615、4008、4008f，4008g…光波导层，2009、3009、4009、4009f，4009g、4012、4012f…硅衬底，2010、111、211、311、411、414、511、514、611、614、4010…包覆层，2011、3011、112、212、312、412、416、512、516、612、4011、4011f、4011g…芯部，2012、3012、114、214、314、4013、4013f…玻璃层，2020、2021…光波导芯片，2022…光纤，2023…DFB激光器，2025…光斑尺寸转换器，2026…基底，3014、3015、3018、3019…间距转换部分，4020、4020a-4020g…压力机构，4022…固定构件、4023…螺栓，4024、4026f、4026g、4026h、4027f、4027g…按压构件，4025…弹簧机构。