專利名稱：導(dǎo)波空間濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到導(dǎo)波空間濾波器，具體但不僅限于一種適合與光學(xué)集成電路中的肋波導(dǎo)配合使用的一種導(dǎo)波空間濾波器。
為了便于描述本發(fā)明，光輻射被定義為具有100nm到15μm范圍內(nèi)自由空間波長的輻射。
單片光學(xué)集成電路是公知的。在H P Zappe(ISBN 0-89006-789-9，Artech House Publishers 1995)的出版物“Introduction toSemicoductor Integrated Optics”中有所描述。常規(guī)的光學(xué)集成電路包括一個襯底，在上面裝有一或多個光波導(dǎo)，這些波導(dǎo)能夠環(huán)電路引導(dǎo)光輻射。在這種電路中特別適合采用表面肋波導(dǎo)，可以用平面制作工藝例如是平板印刷術(shù)和化學(xué)蝕刻制作這種肋波導(dǎo)。
肋波導(dǎo)采取由襯底的主面上突出的一個脊的形式，脊又有一或多個折射率界面區(qū)協(xié)助在脊內(nèi)的光輻射約束。光輻射沿著脊被引導(dǎo)并主要被約束在位于一或多個界面區(qū)與距襯底最遠的那一脊的上表面之間的區(qū)域。在這種肋波導(dǎo)中，多個界面區(qū)對于優(yōu)化波導(dǎo)的光學(xué)特性提供了更多的自由度。
為此而設(shè)計的脊的寬度和高度的量級范圍與沿著脊構(gòu)成的肋波導(dǎo)被引導(dǎo)的光輻射的波長相符。例如，為引導(dǎo)自由空間波長約為1.5μm的光輻射而設(shè)計的肋波導(dǎo)所具有的橫向?qū)挾仍?μm量級，而它的脊突出其襯底的高度在1μm量級?？梢杂霉杌蚴荌II-V化合物制作這種肋波導(dǎo)，例如是鋁鎵砷(AlGaAs)和鎵砷(GaAs)化合物。AlGaAs這樣的III-V化合物所擁有的晶體結(jié)構(gòu)缺少一個對稱的中心，因此會同時具備Pockels和Kerr效應(yīng)。由于這樣的對稱，基于III-V化合物的肋波導(dǎo)特別適合用來制作有源光學(xué)集成電路，例如是光學(xué)調(diào)制器和開關(guān)。
為了便于解釋本發(fā)明，在能夠在包括一或多個肋波導(dǎo)的光學(xué)集成電路內(nèi)部傳播的不同輻射模式之間加以區(qū)別是重要的，不同的模式包括(a)“面內(nèi)輻射”模式，它是在與電路中一或多個肋波導(dǎo)突出的那一平面的表面平行的一個平面中傳播；
(b)“自由輻射”模式，它對應(yīng)的輻射散射到構(gòu)成電路的襯底中廣大的區(qū)域，還能進入肋波導(dǎo)和表面上面鄰近的空間區(qū)域；(c)“受約束輻射”模式，包括能夠沿著波導(dǎo)傳播的二維模式和所有高階模式；以及(d)“基本輻射”模式，要專門設(shè)計用來傳輸?shù)牟▽?dǎo)。
高階模式是參照其有關(guān)的“m”數(shù)表示的，該數(shù)值等于高階模式輻射的橫場剖面中的過零次數(shù)；高階模式的m值等于或大于1。
肋波導(dǎo)對于引導(dǎo)上述基本模式光輻射是有效的；按照基本模式，大部分光輻射是在與肋波導(dǎo)緊密相關(guān)的區(qū)域內(nèi)傳播的。然而，這種波導(dǎo)還能引導(dǎo)上述受約束模式的輻射。從理論上說，當(dāng)基本模式光輻射被射入能夠支持多模輻射透射傳播的一個肋波導(dǎo)時，輻射是按照基本模式輻射通過波導(dǎo)傳播，并將來自基本模式的能量耦合到?jīng)]有出現(xiàn)的其它輻射模式。實踐中真實的光學(xué)集成電路包括在基本模式輻射與沒有出現(xiàn)的其它輻射模式之間起耦合作用的肋波導(dǎo)。這種耦合出現(xiàn)在任何突變斷點處，特別是在(a)肋波導(dǎo)在轉(zhuǎn)彎處改變方向處，例如是在隨著彎曲路徑轉(zhuǎn)彎處；(b)肋波導(dǎo)連接到光耦合器處，例如是多模干涉耦合器(MMI)；或是(c)肋波導(dǎo)構(gòu)成的幾何學(xué)干擾造成的散射缺陷處。
因此，在包括肋波導(dǎo)的光學(xué)集成電路中傳播的基本模式輻射能夠耦合到高階受約束輻射，它總是與其有關(guān)的基本模式輻射一起傳播的。實際上，基本模式輻射和高階模式輻射有相干的相互作用。這種相干的相互作用對電路的特性往往會產(chǎn)生偽不規(guī)則擾動，因為基本模式輻射和高階模式輻射擁有不同特性的傳播速度，因而在集成電路內(nèi)的下游相互作用區(qū)內(nèi)有不同的相對相位。如果這一相互作用區(qū)關(guān)系到干涉儀調(diào)制器例如是一個Mach-Zehnder干涉儀，調(diào)制器的消光率特性就會惡化。
上述高階模式輻射沿著與基本模式輻射完全吻合的路徑傳播；高階模式與基本模式的區(qū)別是具有比較寬的空間能量分布并且包括對應(yīng)著整數(shù)m值以上的相位翻轉(zhuǎn)波瓣結(jié)構(gòu)。由基本模式的輻射耦合還會引起上述面內(nèi)輻射和自由輻射模式。
在包括將基本模式輻射耦合到高階輻射模式的肋波導(dǎo)的一種光學(xué)集成電路中，采用適合促進基本模式輻射通過其傳輸?shù)男ㄐ卫卟▽?dǎo)濾波器結(jié)構(gòu)來衰減高階模式輻射沒有效果。這種楔形結(jié)構(gòu)只能將上述高階模式輻射耦合到松散的受約束輻射模式，而后者仍然不遵循波導(dǎo)的路徑。松散的受約束輻射模式會持續(xù)比較長距離，可達到mm量級，僅僅是隨著傳播距離逐漸擴展和耗散。
發(fā)明人業(yè)已發(fā)現(xiàn)自由輻射模式，面內(nèi)輻射模式和受約束模式對包括肋波導(dǎo)的光學(xué)集成電路的光學(xué)特性是有害的。發(fā)明人還找到了一種解決這一問題的方案，該方案采取空間濾波器的形式，能有效地衰減松散的受約束輻射模式和高階受約束輻射模式，并且能傳輸基本模式輻射。
按照本發(fā)明的第一方面，提供了一種用來接收輸入輻射并輸出對應(yīng)的濾波輸出輻射的導(dǎo)波空間濾波器，濾波器包括串聯(lián)連接的第一和第二波導(dǎo)段，用波導(dǎo)段(a)相互配合發(fā)射出現(xiàn)在輸入輻射中的基本模式輻射分量通過，提供輸出輻射；并且(b)相互失配來阻止出現(xiàn)在輸入輻射中的高階模式輻射分量傳播通過，防止其影響輸出輻射。
本發(fā)明具有的優(yōu)點是能夠衰減高階受約束模式輻射分量并且能理想地發(fā)射基本模式輻射。
基本模式輻射被定義為對應(yīng)的模態(tài)值m為零的輻射。高階受約束模式輻射被定義為對應(yīng)的模態(tài)值m等于或大于1的輻射。
空間濾波器是用縮微制作技術(shù)緊密制作的，其波導(dǎo)段包括肋波導(dǎo)。在設(shè)計光學(xué)集成電路時經(jīng)常使用肋波導(dǎo)，因而能將本發(fā)明的濾波器裝入這種電路。
在空間濾波器的實踐中，按照習(xí)慣，在第一區(qū)側(cè)面是用來支持沿第一區(qū)傳播的基本模式的第一段，而在第二區(qū)側(cè)面是用來剝離面內(nèi)輻射模式的第二段，第一區(qū)的蝕刻比第二區(qū)要淺。這樣的蝕刻能夠使各段得到理想的光學(xué)特性。
第二區(qū)不要侵占到第二段上面，而是與第一區(qū)在空間上分離。第二區(qū)最好是朝向第二段逐漸變細形成一個針-孔型濾波器。
在使用肋波導(dǎo)制作上述第一和第二波導(dǎo)段時，精確控制其尺寸公差是重要的。為了實現(xiàn)這種精確的尺寸控制，發(fā)明人建議采用自對準(zhǔn)工藝來制作各段。在能夠使用自對準(zhǔn)工藝的場合，第二區(qū)可以延伸到靠在第二段上。
為了在第二段中提供合適的輻射抑制，第二段應(yīng)該包括向外傾斜到其肋波導(dǎo)的壁，兩壁相向傾斜來阻止沿第二段傳播的橫向模式輻射。
在空間濾波器中需要使面內(nèi)模式輻射偏離其相應(yīng)的基本模式輻射的傳播路徑。因而要使第二段的邊界邊沿相對于第二段的長軸設(shè)置成不垂直的角度，利用這些邊沿使所接收的高階模式輻射偏離沿第二段的基本模式輻射傳播路徑。
為了獲得滿意的濾波，第二段的肋波導(dǎo)在橫向上應(yīng)該比第一段的肋波導(dǎo)寬。然而，在設(shè)計空間濾波器時要選擇各段的肋波導(dǎo)寬度，在各段之間為基本模式輻射提供滿意的匹配。
空間濾波器的布置應(yīng)該配置成兩個第一段在先，隨后是第二段，各段被串聯(lián)連接。這樣布置的優(yōu)點是第一段對應(yīng)著在納入濾波器作為串聯(lián)部件的光學(xué)集成電路中的一種常用形式的肋波導(dǎo)，而濾波器對第二段采用集成電路中不常用的一種形式的肋波導(dǎo)。
按照本發(fā)明的第二方面，提供了一種光輻射分光器，它包括用來支持內(nèi)部傳播的多模輻射的一個混合區(qū)，用來向混合區(qū)注入輻射的輸入波導(dǎo)，由混合區(qū)接收輻射輸出的多個輸出波導(dǎo)，并且在輸入波導(dǎo)與混合區(qū)之間包括按照本發(fā)明第一方面的一個空間濾波器，用來由輸入波導(dǎo)向混合區(qū)發(fā)射基本模式輻射，并且阻止高階模式輻射由輸入波導(dǎo)注入混合區(qū)。
濾波器的作用是，因連接到輸入波導(dǎo)的光纖波導(dǎo)錯位所造成的注入輸入波導(dǎo)的高階模式輻射不會干擾分光器的操作，使分光器能夠減少輸入到分光器的高階模式輻射分量。
在分光器中應(yīng)該有至少一個輸出波導(dǎo)通過本發(fā)明第一方面的空間濾波器被連接到混合區(qū)，濾波器能夠阻止高階模式輻射從混合區(qū)到上述至少一個輸出波導(dǎo)的耦合。對輸出波導(dǎo)采用濾波器有助于防止混合區(qū)內(nèi)激起的高階模式輻射被耦合到下游連接到分光器上的其它光學(xué)器件。
按照本發(fā)明的第三方面提供了一種光學(xué)調(diào)制器，它包括調(diào)制裝置，用來響應(yīng)提供給該裝置的控制信號將輻射選擇分流輸入到多個輸出路徑之間的裝置，至少一個輸出路徑包括按照本發(fā)明第一方面的濾波器，用來由該裝置向上述至少一個輸出路徑發(fā)射基本模式輻射輸出，并且阻止高階模式輻射從該裝置傳播到上述至少一個輸出路徑。
最好是按肋波導(dǎo)形式實現(xiàn)調(diào)制裝置和輸出路徑，調(diào)制裝置和濾波器位于蝕刻到足夠深度的區(qū)域側(cè)面，使高階模式輻射不能通過這些區(qū)域傳播。比較深的蝕刻區(qū)域?qū)θ菁{輻射是有效的，并且能提高調(diào)制器的消光率。
為了設(shè)計緊湊的調(diào)制器，應(yīng)該有至少應(yīng)該輸出路徑在靠近調(diào)制裝置處包括一個有刻面的肋波導(dǎo)邊界，與沒有帶刻面的邊界相比，采取這種邊界能夠使該路徑以大角度直接向調(diào)制裝置遠處投影。這種大角度能夠縮短按縮微制作形成的調(diào)制器。
為了降低調(diào)制器對注入的高階模式輻射的靈敏度，調(diào)制器應(yīng)該包括向調(diào)制裝置注入輻射的輸入路徑，該輸入路徑通過本發(fā)明第一方面的濾波器連接，濾波器能夠由輸入路徑向調(diào)制裝置發(fā)射基本模式輻射，并且阻止高階模式輻射從輸入路徑注入調(diào)制裝置。
調(diào)制裝置包括一種易于感應(yīng)電場的結(jié)構(gòu)，改變折射率使調(diào)制裝置的輻射輸入選擇轉(zhuǎn)向到輸出路徑。
按照本發(fā)明的第四方面提供了一種制作導(dǎo)波空間濾波器的方法，用來接收輸入輻射并輸出對應(yīng)的空間濾波輸出輻射，濾波器包括串聯(lián)連接的第一和第二肋波導(dǎo)段，各段相互配合發(fā)射出現(xiàn)在輸入輻射中的基本模式輻射分量通過，提供輸出輻射，并且相互失配來阻止出現(xiàn)在輸入輻射中的高階模式輻射分量傳播通過，防止其影響輸出輻射，該制作方法包括以下步驟(a)提供一個用來形成濾波器的襯底；(b)限定并形成肋波導(dǎo)段；并且(c)限定并形成為各段賦予其輻射模式濾波特性的結(jié)構(gòu)，肋波導(dǎo)段在該方法中被用來限定該結(jié)構(gòu)的邊界，并由此為該方法提供一種自對準(zhǔn)作用。
以下要參照附圖用舉例的方式來描述本發(fā)明的實施例，在附圖中

圖1的示意圖表示在一個光學(xué)集成電路襯底的主表面上制作的一種現(xiàn)有技術(shù)肋波導(dǎo)的一部分；圖2是圖1中所示現(xiàn)有技術(shù)肋波導(dǎo)的一個截面圖，該截面圖表示了與沿著波導(dǎo)傳播的基本描述輻射有關(guān)的能量分布；圖3表示按照本發(fā)明第一實施例的一種針-孔式導(dǎo)波空間濾波器；圖4表示按照本發(fā)明第二實施例的一種串聯(lián)式導(dǎo)波空間濾波器；
圖5表示通過空間濾波器的段L3，L4傳播的基本模式輻射的能量分布與濾波器的段L5的能量分布的比較；圖6表示用來制作圖4中濾波器的掩模圖形；圖7表示制作圖4中的濾波器所需的處理步驟；圖8表示包括本發(fā)明第三實施例的導(dǎo)波空間濾波器的一種多模相干分光器，在分光器的一個光學(xué)輸出端口上包括濾波器；以及圖9表示包括本發(fā)明第四實施例的導(dǎo)波空間濾波器的一種干涉儀調(diào)制器，僅僅在調(diào)制器的一個光學(xué)輸出端口上包括濾波器。
參見圖1，圖中統(tǒng)一用10代表一個現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)集成電路。電路10依次包括GaAs襯底12，化學(xué)成分為AlxGa(1-x)As的下襯底層15，其下標(biāo)x的范圍是0.1到0.3。關(guān)于化學(xué)成分，符號Al，Ga和As分別代表鋁，鎵和砷。肋波導(dǎo)30的橫向?qū)挾仍?到5μm的量級，而在層20的暴露的平坦暴露面35上突出的高度是在1μm的量級。圖中表示的波導(dǎo)側(cè)壁是朝波導(dǎo)30距層15，20最遠的上表面方向向內(nèi)逐漸變細。設(shè)計肋波導(dǎo)30是為了引導(dǎo)具有大約1.5μm的自由空間波長的光輻射。設(shè)計層20是為了提供比下襯底層15和肋波導(dǎo)30更高的折射率，以便于實現(xiàn)對波導(dǎo)及其緊密相關(guān)區(qū)域的輻射約束。
波導(dǎo)30的第一段L1是大致直線的，但是在進入第二直線段L2的彎折點40處是曲線。圖中還表示了一個單模光纖波導(dǎo)50，光纖波導(dǎo)50通過聚焦透鏡60向肋波導(dǎo)30注入光輻射。
圖1僅僅表示了電路10的一部分；波導(dǎo)30連續(xù)到電路10的其它段，例如是調(diào)制器和耦合器。
在使用中將波導(dǎo)30設(shè)計成能夠沿著它引導(dǎo)基本模式輻射；波導(dǎo)30還能引導(dǎo)高階受約束輻射模式。沿著光纖波導(dǎo)50引導(dǎo)具有大約1.5μm自由空間波長的輸入光輻射，并且從其開放端出射到透鏡60，將輻射聚焦到肋波導(dǎo)30的開放端上。然后，輻射沿著肋波導(dǎo)30的第一段L1朝彎折點40傳播，并且通過它沿著第二段L2進入集成電路10。
輻射進入集成電路10的耦合有許多路徑，在這些路徑中會激發(fā)基本模式輻射之外的輻射并且能沿著肋波導(dǎo)30傳播進入集成電路10。第一個例子是從光纖波導(dǎo)50射入肋波導(dǎo)30的輻射不足會在肋波導(dǎo)30中激發(fā)高階受約束模式輻射。第二個例子是透鏡60的錯位也會導(dǎo)致激發(fā)高階受約束模式輻射，特別是奇數(shù)階輻射模式。第三個例子是彎折點40會造成輻射散射，從而在位于波導(dǎo)30兩側(cè)的平面波導(dǎo)區(qū)域內(nèi)激發(fā)高階輻射模式；在彎折點40處的輻射散射會隨著肋波導(dǎo)30的曲率半徑變小而更加嚴重。第四個例子是幾何學(xué)干擾例如是肋波導(dǎo)30中的彎曲或壓痕70也會導(dǎo)致基本模式輻射到高階模式輻射的耦合，同樣也會使輻射散射成表面平面模式。
另外，來自一個芯片內(nèi)濾波器(在圖1中未表示)的廢棄光或來自一相干調(diào)制器(在圖1中也未表示)的有害附帶輸出也會造成非基本模式輻射在電路10內(nèi)傳播；這樣的非基本模式輻射也可能被耦合到肋波導(dǎo)30。
如上所述就可以看出，對于光學(xué)集成電路，盡管需要在電路內(nèi)傳播基本模式輻射，但比較容易激發(fā)高階輻射模式。這種高階模式輻射對電路性能是有害的。發(fā)明人業(yè)已發(fā)現(xiàn)可以在集成電路中采用一種能夠濾除所激發(fā)的受約束高階模式輻射的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)就是按照本發(fā)明的一或多個導(dǎo)波空間濾波器。
為了進一步解釋沿肋波導(dǎo)30傳播的輻射特性，請參見圖2，它是圖1中肋波導(dǎo)30的一個截面圖。截面圖表示了沿肋波導(dǎo)30傳播的基本模式輻射的能量分布。能量分布沿著一個軸A-B遵循一種近似Gaussian分布，大部分基本模式能量朝著一個中心區(qū)100集中，該區(qū)在波導(dǎo)30與各層15，20在波導(dǎo)30附近的一個界面之間距離大致相等。在圖2中用曲線表示這一近似Gaussian分布80。僅有很小比例的基本模式輻射進入脫離肋波導(dǎo)30的橫向區(qū)域105，110。橫向區(qū)域105，110有效地構(gòu)成一個能夠傳播面內(nèi)模式輻射的平板波導(dǎo)。高階模式受約束輻射被限制在這一平板波導(dǎo)之內(nèi)并且只能相對平緩地沿著肋波導(dǎo)30在空間上擴散。隨著輻射模式的階數(shù)m增大，與曲線90中如分布95所示的中心區(qū)100相比，該模式出現(xiàn)在橫向區(qū)域105，110內(nèi)的輻射能量的比例會逐漸增大。
圖1和2中的波導(dǎo)30可以用包括以下步驟的外延制作方法來制作(a)提供一個拋光的整塊GaAs襯底12；(b)在襯底12上外延生長下襯底層15；(c)在下襯底層15上外延生長上襯底層20；(d)在上襯底層20上外延生長AlxGa1-xAs的頂層；(e)在頂層上淀積一個耐蝕刻層，然后用一個掩模按平板印刷術(shù)刻劃耐蝕刻層來界定肋波導(dǎo)30；
(f)通過刻劃的耐蝕刻層對頂層進行反應(yīng)離子蝕刻或各向同性濕法蝕刻，蝕刻掉頂層僅留下波導(dǎo)30的區(qū)域；如圖1所示，可以允許蝕刻在比較短距離內(nèi)進入上襯底層20，例如達0.5μm的量級；波導(dǎo)30可以突出約1μm的高度；以及(g)剝離耐蝕刻層。
步驟(f)中的蝕刻能夠使波導(dǎo)30形成斜坡的側(cè)壁，但是取決于蝕刻條件和采用的蝕刻類型。各向異性濕法蝕刻為波導(dǎo)30產(chǎn)生的斜坡側(cè)壁能自然生長出上襯底層20，提供一個<001>取向的暴露平面，使波導(dǎo)30的斜坡側(cè)壁對應(yīng)著<110>晶體平面。
如果將波導(dǎo)30制作過程中的蝕刻步驟延長，使區(qū)域105，110變薄，就能加強波導(dǎo)30對輻射的橫向約束，特別是在彎折點40等彎折處。深入蝕刻上襯底20超過一定限度有可能使受約束高階橫向模式在沿波導(dǎo)30的方向上傳播。這種高階橫向模式往往是有害的，因而要限制蝕刻深度并采取一種折衷。
按照現(xiàn)有技術(shù)有多種公知的導(dǎo)波結(jié)構(gòu)能夠提供與模式有關(guān)的濾波特性這些特性是由起到散射擾動作用的結(jié)構(gòu)帶來的，散射擾動會有效增加m階輻射模式通過該結(jié)構(gòu)的傳播。該結(jié)構(gòu)通常采取類似于波導(dǎo)彎結(jié)或弧形彎的形狀。若是該結(jié)構(gòu)采取S-彎的形式，對脫離面內(nèi)模式輻射場的基本模式輻射的橫向光學(xué)路徑位移還有額外的有益效果，這部分輻射應(yīng)該繼續(xù)其原始直線軌跡而不是如實地遵循S-彎軌跡，因為這種輻射按照定義是不受肋波導(dǎo)約束的。
肋波導(dǎo)中的圓弧彎具有極為尖銳的截止特性，考慮到圍繞這一轉(zhuǎn)彎的高階模式輻射約束，它是轉(zhuǎn)彎半徑的函數(shù)。隨著轉(zhuǎn)彎半徑減小也就是橫向約束減弱，轉(zhuǎn)彎的輻射損失特性的變化在達到一個門限值之前比較小，對于高階模式輻射，若超過此門限值，轉(zhuǎn)彎的損失特性就會急劇增大。因此可以將弧形彎設(shè)計成對基本模式輻射的損失比較小，而對較弱的受約束高階輻射模式的損失比較大。
在設(shè)計光學(xué)集成電路中的輻射模式濾波器時配置的肋波導(dǎo)內(nèi)包括轉(zhuǎn)彎，所提供的模式濾波功能有許多問題。由直線段開始從肋波導(dǎo)的直線段進入肋波導(dǎo)的曲線段的過渡體現(xiàn)一種不對稱的輻射軌跡擾動；曲線段是一種固有泄漏的結(jié)構(gòu)。另外，在實際制作曲線段肋波導(dǎo)時是采用平板印刷工藝，要使用平板印刷掩模。這些掩模包括數(shù)字化的曲線圖形特征并且包括一系列橫向臺階，臺階是顯而易見的。然而，這種臺階會形成散射特性，因此，用掩模制作的曲線肋波導(dǎo)能獲得有限的微小散射損失。
實踐中發(fā)現(xiàn)在光學(xué)集成電路器件的光輸入端口包括比較小的S-彎肋波導(dǎo)濾波器不會影響對光纖波導(dǎo)相對于光學(xué)端口錯位等所激發(fā)的高階模式輻射分量進行有效的濾波，光纖能夠?qū)⑤椛渖淙牍鈱W(xué)端口。
發(fā)明人為此提出了一種修改的導(dǎo)波空間濾波器，它對于排除高階模式輻射更加有效，并且比當(dāng)前使用的上述S-彎，圓弧彎和波導(dǎo)彎結(jié)濾波器更加緊湊。另外，修改的空間濾波器是一種對稱結(jié)構(gòu)。
發(fā)明人認為，如果在上襯底層20的選定區(qū)域內(nèi)深入蝕刻，就能阻擋在肋波導(dǎo)30表面引導(dǎo)的輻射。這種選擇深入蝕刻能有效迫使在區(qū)域105，110內(nèi)傳播的至少是1-維的輻射模式被截止。上襯底層20在該區(qū)域內(nèi)被選擇削薄，使其不能支持通過該區(qū)域的輻射傳播。最好能在上述區(qū)域內(nèi)完全貫通地選擇蝕刻襯底層20。
發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)能夠通過完全包圍波導(dǎo)30貫通蝕刻上襯底層20來制作波導(dǎo)30。然而，在實踐中發(fā)現(xiàn)用來深入蝕刻上襯底層20和下襯底層15的濕法化學(xué)蝕刻工藝還會因橫向蝕刻造成波導(dǎo)30變窄而不能使用；用反應(yīng)離子蝕刻(RIE)工藝替代濕法蝕刻工藝能夠使波導(dǎo)30變窄的范圍受阻。然而，RIE工藝成本更高并且蝕刻速度比濕法蝕刻工藝要低。另外，RIE工藝與用來制作本發(fā)明的導(dǎo)波空間濾波器的自動對準(zhǔn)技術(shù)無法相容；以下要解釋這種自動對準(zhǔn)。
參見圖3，圖中表示按照本發(fā)明第一實施例的一種針-孔型導(dǎo)波空間濾波器的平面圖。統(tǒng)一用200表示的這種針-孔濾波器包括襯底12，下襯底層15，上襯底層20，肋波導(dǎo)30，以及圍繞波導(dǎo)30對稱蝕刻但是對其沒有侵害的兩個深入蝕刻區(qū)域210，220；淺蝕刻區(qū)域230，240將波導(dǎo)30與深入蝕刻區(qū)域210，220分開。深入?yún)^(qū)域210，220各自采取三角形區(qū)的形式，如圖所示有一個角指向波導(dǎo)30，各個角與波導(dǎo)30最近的外壁的距離是10μm。角與角相距的距離大約是23μm。
在圖3中還表示了濾波器200沿一個軸C-D的截面圖，圖中用250表示。
在制作濾波器200時可以采用以下處理步驟
(a)在拋光的GaAs成塊襯底12上外延生長下襯底層15，下襯底層15的化學(xué)成分是AlxGa1-xAs；下標(biāo)x的取值范圍是0.1到0.2。
(b)在下襯底層15上外延生長上襯底層20，上襯底層的化學(xué)成分是GaAs；(c)在上襯底層20上外延生長一個頂層，頂層的化學(xué)成分是AlyGa1yAs；下標(biāo)y的范圍是0.1到0.3；(d)在頂層上淀積第一耐蝕刻層；(e)用第一平板印刷掩?？虅澋谝晃g刻層，限定橫向?qū)挾阮~定為3μm的肋波導(dǎo)30，并在波導(dǎo)30周圍留下沒有掩模的區(qū)域；(f)然后用濕法蝕刻工藝或干法離子蝕刻工藝在周圍區(qū)域內(nèi)膚淺蝕刻到大約1μm深度，但不要蝕刻到用刻劃的第一耐蝕刻層遮掩蝕刻劑的波導(dǎo)30；(g)剝離第一層，然后在波導(dǎo)30上淀積第二耐蝕刻層，并膚淺蝕刻波導(dǎo)30周圍的區(qū)域；(h)相對于波導(dǎo)30光學(xué)對準(zhǔn)第二平板印刷掩模，然后向第二耐蝕刻層中深入蝕刻由第二掩?？虅澋膮^(qū)域210，220；(i)采用各向異性濕法蝕刻或反應(yīng)離子蝕刻通過第二耐蝕刻層中刻劃形成的三角形窗口蝕刻區(qū)域210，220；并且(j)最終剝離第二耐蝕刻層。
深入蝕刻區(qū)域210，220相對于包圍波導(dǎo)30的膚淺蝕刻區(qū)域被更深入地蝕刻進入上表面層20。必要時可將深入蝕刻區(qū)域210，220蝕刻進入下襯底層15，甚至深入到GaAs襯底12本身。
針-孔空間濾波器200的工作方式類似于光學(xué)鏡片體針孔；波導(dǎo)30從波導(dǎo)30兩側(cè)的深入蝕刻區(qū)域210，220之間穿過。區(qū)域210，220對反射高階模式輻射使其脫離波導(dǎo)路徑是有效的，除了與波導(dǎo)密切相關(guān)的輻射也就是基本模式輻射和具有接近整數(shù)的m值的高階模式輻射分量，m值的范圍例如是2到10。
針孔濾波器200的數(shù)值有限。在光學(xué)集成電路中，具有m值接近整數(shù)的這些高階輻射模式對電路性能影響最大；這些輻射模式多數(shù)能夠和基本模式輻射一起通過濾波器200傳播。另外，針孔濾波器200的級聯(lián)性能并不比隔離的單個針孔濾波器200好，除非濾波器在級聯(lián)中距離均勻。通過這種級聯(lián)的輻射變成準(zhǔn)直輻射，相對于波導(dǎo)30的縱軸具有比較小的折射角。另外，制作濾波器200的制作步驟(a)到(j)需要對準(zhǔn)兩個掩模；換句話說，步驟(a)到(j)不能代替自動對準(zhǔn)步驟。發(fā)明人認為自動對準(zhǔn)處理步驟是極為必要的。另外，區(qū)域230，240可能的最小寬度受用來限定波導(dǎo)30和深入蝕刻區(qū)域210，220的蝕刻步驟中的蝕刻切削公差所限制。
因此，發(fā)明人建議采用按照本發(fā)明另外設(shè)計的一種空間濾波器，它能夠解決濾波器200的性能限制和與其制作有關(guān)的技術(shù)難題。參見圖4，圖中表示按照本發(fā)明第二實施例的一種串聯(lián)式導(dǎo)波空間濾波器的平面圖，用300本身這種串聯(lián)導(dǎo)波空間濾波器。濾波器300包括波導(dǎo)30，沿著其各段L3，L4長度的側(cè)面是背面被膚淺蝕刻的上襯底層20，使波導(dǎo)距層20最遠的上表面在層20上面突出1μm，象集成電路10一樣。濾波器300還包括位于各段L3，L4之間的中間段L5，該段的兩側(cè)側(cè)面是深入蝕刻區(qū)域310，320。深入?yún)^(qū)域310，320朝遠離波導(dǎo)30的方向逐漸變細；如圖4所示，區(qū)域310，320在離開波導(dǎo)30的短距離內(nèi)向外逐漸變細。另外，如圖4所示，區(qū)域310，320在段L5處延伸到波導(dǎo)30。波導(dǎo)30沿段L5的寬度比其沿各段L3，L4的寬度要寬。
深入?yún)^(qū)域310，320被蝕刻到足夠深入上襯底層20，防止高階輻射模式在其中傳播。必要時可以貫通蝕刻區(qū)域310，320進入下襯底層15。在有限的情況下，區(qū)域310，320可以蝕刻貫穿襯底12。
段L5被用來為有關(guān)的基本模式輻射提供與各段L3，L4有效的波導(dǎo)匹配。然而，它對系數(shù)值m大于或等于1的高階輻射模式的匹配比較差。因此，這種高階模式輻射不能有效地通過濾波器300傳播，而系數(shù)值m＝0的基本模式輻射能夠有效傳播。
參見圖5，圖中表示通過空間濾波器的段L3，L4傳播的基本模式輻射的能量分布400的一個示意圖。圖中用410表示通過段L5傳播的基本模式輻射的能量分布。在分布400中，基本模式輻射橫向照射超出波導(dǎo)30進入上襯底層20。反之，在分布410中，輻射傳播更接近波導(dǎo)30的邊界。區(qū)域420有足夠薄，使高階模式輻射在段L5中不能沿波導(dǎo)30傳播。盡管分布400，410顯出具有不同的能量分布，它們計算的重疊整數(shù)在98到99％的量級，對于通過濾波器300發(fā)射的基本模式輻射相當(dāng)于0.06dB的傳輸損失。然而，對通過段L3，L4傳播的高階輻射模式的能量分布相對于段L5有很大不同；這樣就能用濾波器300提供模式濾波。
在段L5中采用蝕刻步驟產(chǎn)生濾波器300會得到傾斜的側(cè)壁430。在采用各向異性濕法蝕刻劑時就會出現(xiàn)這種傾斜的側(cè)壁430，它對某些晶狀平面的蝕刻比對其它平面要慢；暴露在傾斜側(cè)壁上的晶狀平面對應(yīng)著慢速蝕刻平面。如果采用反應(yīng)離子蝕刻形成深入?yún)^(qū)域310，320，可以將側(cè)壁430制成具有比較陡峭的傾斜。如上所述，如果側(cè)壁420是彼此平行的，波導(dǎo)30就會傾向于能夠傳播有害的橫向輻射模式。
以下要參照圖6解釋制作濾波器300的方法。濾波器300是用自動對準(zhǔn)工藝制作的，它包括分別采用第一和第二掩模MASK1和MASK2的照相平板印刷術(shù)。第一掩模被用來確定在后續(xù)步驟中成為波導(dǎo)30的一個區(qū)域500。第二掩模被用來保護膚淺蝕刻區(qū)域510并暴露處用于深入蝕刻的區(qū)域520。區(qū)域520在區(qū)域500旁邊，用第一掩模確定波導(dǎo)30在段L5內(nèi)的邊沿。所布置的第一掩模使區(qū)域500在L5段中的寬度為8μm，而在L3，L4段中的寬度為4μm。與要求深入蝕刻區(qū)域210與波導(dǎo)30對稱地精確對準(zhǔn)的濾波器200不同，制作濾波器300不需要相互對準(zhǔn)掩模；因此，要用下述的一種能有效地自動對準(zhǔn)的步驟制作濾波器300。
在圖7中用700表示了與濾波器300的制作有關(guān)的自動對準(zhǔn)工藝的制作步驟1到7。盡管這種工藝是參照III-V半導(dǎo)體來描述的，也可以應(yīng)用于其它材料的系統(tǒng)例如是硅。
步驟1初步提供GaAs襯底12，連同其順序外延生長的下襯底AlxGa1-xAs層15，上襯底GaAs層20，以及頂層AlyGa1-yAs層610。生長的頂層20在其距襯底12最遠的上暴露面上暴露出一個<001>平面。
步驟2在頂層610上面蒸氣淀積一個鋁-鈦金屬層620。然后在層620上旋涂一個有機耐蝕層630。然后用MASK1通過UV曝光在耐蝕層630中刻劃出圖6中對應(yīng)著圖4中波導(dǎo)30的區(qū)域500。然后用有機溶劑加工有機耐蝕層，如步驟3中所示留下耐蝕層630的島。值得注意的是也可以交替使用金屬層620，例如是氮氧化硅的介電層。
步驟3然后執(zhí)行濺射或蝕刻步驟去掉沒有受耐蝕層630剩余區(qū)域保護的層620，仍然留下步驟4中所示的金屬區(qū)域640。應(yīng)該注意到在步驟2到4中可以改用一個“搬移”步驟來確定金屬區(qū)域640，“搬移”步驟包括直接在頂層620上面淀積耐蝕層630，通過MASK1使耐蝕層630曝光，接用于溶劑加工耐蝕層得到下層耐蝕剖面，再在耐蝕層630上淀積金屬層620并在其中刻劃窗口，然后用溶劑加工去掉耐蝕層630留下金屬層620，金屬層通過上述窗口直接淀積在頂層610上。
步驟5然后持續(xù)足夠的時間對襯底12及其由步驟4形成的各層執(zhí)行各向濕法化學(xué)蝕刻，蝕刻到頂層610頂面以下約1μm的深度。規(guī)定濕法化學(xué)蝕刻不能蝕刻到剩余金屬層640。用濕法蝕刻確定波導(dǎo)30及其有關(guān)的傾斜側(cè)壁，側(cè)壁對應(yīng)著頂層610暴露的<110>晶狀平面。
步驟6然后在襯底12及其由步驟5形成的各層上旋涂一個有機耐蝕層650。然后通過MASK2將耐蝕層650對UV輻射曝光，刻劃圖6中對應(yīng)著圖4中深入蝕刻區(qū)域310，320的區(qū)域520；應(yīng)該注意到從MASK2突出到耐蝕層650上面的區(qū)域520在步驟5，6的剩余金屬層640上面，層650的作用是有效防止化學(xué)蝕刻的一個掩模，從而將區(qū)域520隔成兩個區(qū)域310，320；這是一個重要的方面，因為能使該步驟本身具備“自動對準(zhǔn)”特性。
步驟7繼續(xù)加工耐蝕層650留下沒有蝕刻保護的區(qū)域520。再次采用各向異性濕法化學(xué)蝕刻將對應(yīng)著區(qū)域310，320的區(qū)域520蝕刻到約2μm的深度，也就是使上表面層20變得足夠薄使其不能持續(xù)傳播高階模式輻射。濕法蝕刻產(chǎn)生如步驟7和圖5中所示的傾斜側(cè)壁430。在各向異性濕法蝕刻過程中耐蝕層650在通過MASK2對UV曝光之后留下的區(qū)域被用來保護上層20中對應(yīng)著區(qū)域510的膚淺蝕刻區(qū)域。
在處理中可以用反應(yīng)離子蝕刻替代濕法化學(xué)蝕刻。然而，盡管反應(yīng)離子蝕刻通常是各向異性的，這種蝕刻受曝光晶狀平面的影響較小，因而能生成陡峭的側(cè)壁430。
可以配合著其它光學(xué)結(jié)構(gòu)來制作圖5中的空間濾波器300，例如圖8就表示了一種用800表示的多模相干分光器，分光器800包括按照本發(fā)明第三實施例用810表示的一個導(dǎo)波空間濾波器，它被納入分光器800的一個光學(xué)輸入端口。
與分光器800相比，常規(guī)的多模分光器包括一個光學(xué)輸入端口，它被耦合到包括多個光學(xué)輸出端口的一個多模混合區(qū)。輸入和輸出端口被耦合到波導(dǎo)，與混合區(qū)之間往返引導(dǎo)光輻射?；灸Ｊ捷斎胼椛渫ㄟ^與輸入端口相聯(lián)系的波導(dǎo)被提供給混合區(qū)，并在該區(qū)內(nèi)激發(fā)多重輻射模式。輸出端口剛好位于多重模式相互疊加形成最大能量的位置。因此，這種慣用的多模分光器能夠高效率地耦合輻射。
然而，若是通過這種輸入端口提供給常規(guī)分光器的輻射不是純凈的基本模式輻射而是包括基本和高階模式輻射的一種疊加混合物，就會產(chǎn)生一個問題。這種高階模式輻射會改變多模在混合區(qū)內(nèi)的平衡，并由于出現(xiàn)能量最大值位置和相位的偏移而造成分光器效率下降。為此，發(fā)明人建議在分光器820的輸入端口有必要包括這種濾波器810。
參見圖8，分光器800包括一個輸入肋波導(dǎo)820，其結(jié)構(gòu)與上述的肋波導(dǎo)30類似。在波導(dǎo)820的兩側(cè)的側(cè)面相對于波導(dǎo)820的上表面有1μm深度的膚淺蝕刻區(qū)域830。在對應(yīng)著上襯底層20的上襯底層中蝕刻出區(qū)域830。波導(dǎo)820被連接到濾波器810的輸入端口，在濾波器810的兩側(cè)側(cè)面是足夠薄的深入蝕刻區(qū)域840，使其不能支持高階模式輻射在其中傳播。盡管可以采用其它長度，濾波器810的最佳長度范圍是150到200μm。濾波器810的輸出端口860通過逐漸變細的區(qū)域850被連接到分光器800的多?；旌蠀^(qū)域860，混合區(qū)域860的兩側(cè)側(cè)面也是同樣的深入蝕刻區(qū)域840。連接在區(qū)域860遠離濾波器810一端的光學(xué)輸出端口被連接到相應(yīng)的肋波導(dǎo)870，880，890。肋波導(dǎo)870，880，890的側(cè)面是膚淺蝕刻區(qū)域900。另外，肋波導(dǎo)870，880，890與上述肋波導(dǎo)30的結(jié)構(gòu)類似。膚淺蝕刻區(qū)域遠離波導(dǎo)820朝后逐漸變細，盡管這并不是操作的要求。濾波器810能夠為由波導(dǎo)820進入混合區(qū)域860的基本模式輻射傳播提供有效的匹配，但對高階輻射模式的傳輸無效。朝后逐漸變細的深入蝕刻區(qū)域840有助于偏轉(zhuǎn)高階模式輻射使其遠離濾波器810和混合區(qū)域860。
以下要參照圖8解釋分光器800中濾波器810的工作方式?；灸Ｊ捷椛渑c受約束高階模式輻射的混合物沿著波導(dǎo)820傳播，波導(dǎo)820前面的轉(zhuǎn)彎或是將輻射投射進入波導(dǎo)820的錯位的光纖波導(dǎo)會激發(fā)高階模式輻射。輻射混合物沿波導(dǎo)820到濾波器810傳播，將基本模式輻射射入混合區(qū)域860并且基本上阻止或反射高階模式輻射。注入混合區(qū)域的基本模式輻射在其中激發(fā)一種多重輻射模式，并且趨于對高階模式輻射在波導(dǎo)820中的傳播基本上沒有影響。混合區(qū)域860中的多重模式傳播到混合區(qū)域860的輸出端口并沿著波導(dǎo)870，880，890傳播到連接分光器800的其它光學(xué)結(jié)構(gòu)(未示出)。
逐漸變細區(qū)域850逐漸變細，偏轉(zhuǎn)任何殘余的高階模式輻射。逐漸變細區(qū)域850是一種能夠省略的優(yōu)化特征，不會妨礙混合區(qū)域860執(zhí)行其混合功能。
按照分光器800的一種修改版本，在混合區(qū)域860與波導(dǎo)870，880，890之間的輸出端口上包括一或多個類似于濾波器810的濾波器，用來確?；灸Ｊ捷椛浔惠敵龅讲▽?dǎo)870，880，890。
按照本發(fā)明的濾波器可以裝入其它類型的光學(xué)結(jié)構(gòu)。例如圖9所示，圖中用1000表示了一種干涉調(diào)制器，它包括按照本發(fā)明第四實施例的一個導(dǎo)波空間濾波器1010，濾波器1010被納入調(diào)制器1000的光學(xué)輸出端口。調(diào)制器1000包括輸入肋波導(dǎo)1020，在其兩側(cè)側(cè)面是膚淺蝕刻區(qū)域1030，分別用1040a，1040b表示的第一和第二細長混合區(qū)域，并且包括被輸入蝕刻區(qū)域1060包圍的一種調(diào)制結(jié)構(gòu)1050，側(cè)面是輸入蝕刻區(qū)域1060的第一輸出肋波導(dǎo)1070，濾波器1010的側(cè)面是輸入蝕刻區(qū)域1060，以及側(cè)面是膚淺蝕刻區(qū)域1090的第二輸出肋波導(dǎo)1080。采取與分光器800類似的方式，區(qū)域1060被蝕刻到足夠深，使高階模式輻射不能在其中傳播。膚淺蝕刻區(qū)域1030，1090被蝕刻到足夠深，使波導(dǎo)1020，1080能夠引導(dǎo)基本模式輻射。波導(dǎo)1020被連接到第一混合區(qū)域1040a。同樣，波導(dǎo)1070，1080被連接到第二混合區(qū)域1040b，波導(dǎo)1080通過濾波器1010連接。
輸入波導(dǎo)1020，濾波器1010和混合區(qū)域1040a，1040b是基本上成直線布置的。第一輸出波導(dǎo)1070被離軸連接到第二混合區(qū)域1040b，第一波導(dǎo)1070在波導(dǎo)1070面對第二波導(dǎo)1080和濾波器1010的一側(cè)包括一反射面1100。
調(diào)制器1000是用III-V化合物技術(shù)制作的，電場感應(yīng)的Pockels效應(yīng)會改變結(jié)構(gòu)1050的折射率，能夠在輸出波導(dǎo)1070，1080之間選擇轉(zhuǎn)移輻射。用1110表示的金屬電極軌跡被連接到結(jié)構(gòu)1050用來傳送電調(diào)制信號。面1100的特征有助于向第一輸出波導(dǎo)1070有效地提供輻射，使第一輸出波導(dǎo)能夠按40°角將其縱軸對準(zhǔn)第二混合區(qū)域1040b的主軸。面1100能使調(diào)制器1000更加緊湊；若是省略面1100就需要將低波導(dǎo)1070按一個小角度連接到混合區(qū)域1040b并且包括沿波導(dǎo)1070的另一個轉(zhuǎn)彎。面1100還能偏轉(zhuǎn)高階模式輻射，使其遠離第一輸出波導(dǎo)1070的路徑。
以下要參照圖9解釋調(diào)制器100的工作方式。調(diào)制結(jié)構(gòu)1050最初是沒有偏置的，提供一種未經(jīng)修改的折射率。基本模式光輻射沿輸入波導(dǎo)1020傳播到第一混合區(qū)域1040a并注入其中。注入的輻射受到模間耦合，因而在第一區(qū)域1040a內(nèi)部激發(fā)產(chǎn)生一系列高階輻射模式，第一區(qū)域1040a能夠支持這一系列模式?；旌蠀^(qū)域1040a，1040b是這樣設(shè)計的，在結(jié)構(gòu)1050沒有偏置時，模式在構(gòu)造上相干，在第一輸出波導(dǎo)1070的入射口上提供一個輻射節(jié)點，并在濾波器1010的入射口上提供一個輻射反節(jié)點。隨之，輸入波導(dǎo)1020上的輻射輸入通過其濾波器1010被耦合到第二輸出波導(dǎo)1080而不是第一輸出波導(dǎo)1070。在結(jié)構(gòu)1050受到電氣偏置而產(chǎn)生一個電場從而因Pockels效應(yīng)改變其折射率時，就會在濾波器1010的入射口上形成一個節(jié)點，并在第一輸出波導(dǎo)1070的入射口上形成一個反節(jié)點。形成的節(jié)點和反節(jié)點導(dǎo)致通過輸入波導(dǎo)1020輸入的輻射被明顯耦合到第一輸出波導(dǎo)1070而不是濾波器1010及其相關(guān)的第二輸出波導(dǎo)1080。
在調(diào)制器1000中，在混合區(qū)域1040a，1040b中激發(fā)一系列模式是操作的一個基本方面。濾波器1010能夠確保只有基本模式輻射才能通過第二混合區(qū)域1040b進入第二輸出波導(dǎo)1080。調(diào)制器1000的消光率性能因包括了濾波器1010而隨之得到改善。
必要時可以將本發(fā)明的濾波器例如是濾波器810作為一個輸入濾波器，在對第一混合區(qū)域1040a的入射口處與輸入波導(dǎo)1020串聯(lián)。輸入濾波器能夠有效防止高階模式輻射沿波導(dǎo)1020傳播而對第一和第二混合區(qū)域1040a，1040b內(nèi)的多模激發(fā)形成干擾。因此，包括濾波器1010和輸入濾波器就能改善調(diào)制器1000的消光性能。
濾波器1010是按自動對準(zhǔn)工藝制作的，例如用來制作圖4中所示濾波器300所采用的方法。
空間濾波器設(shè)計領(lǐng)域的技術(shù)人員可以看出，無需脫離本發(fā)明的范圍還能對濾波器200，300，810，1010進行修改。也能用其它類型的波導(dǎo)技術(shù)制作按照本發(fā)明的濾波器，例如是銦磷(InP)肋波導(dǎo)技術(shù)或二氧化硅或是硅加二氧化硅肋波導(dǎo)技術(shù)。甚至還能用空心波導(dǎo)技術(shù)來實現(xiàn)按照本發(fā)明的濾波器，例如是在鋁襯底中機加工的空心波導(dǎo)，用來引導(dǎo)波長在10μm的輻射，還有拼接光纖波導(dǎo)技術(shù)。無論采用哪種波導(dǎo)技術(shù)，本發(fā)明需要兩個以上相互接合的波導(dǎo)段，它們對沿途傳播的基本輻射模式是基本匹配的，而對沿途傳播的高階模式輻射不匹配。
權(quán)利要求
1.一種用來接收輸入輻射并輸出對應(yīng)的濾波輸出輻射的導(dǎo)波空間濾波器，濾波器包括串聯(lián)連接的第一和第二波導(dǎo)段，該波導(dǎo)段(a)相互配合發(fā)射出現(xiàn)在輸入輻射中的基本模式輻射分量通過，提供輸出輻射；并且(b)相互失配來阻止出現(xiàn)在輸入輻射中的高階模式輻射分量傳播通過，防止其影響輸出輻射。
2.按照權(quán)利要求1的空間濾波器，其特征是波導(dǎo)段包括肋波導(dǎo)。
3.按照權(quán)利要求2的空間濾波器，其特征是第一段側(cè)面是第一區(qū)域，而第二段側(cè)面是第二區(qū)域，第一區(qū)域被蝕刻得比第二區(qū)域淺。
4.按照權(quán)利要求3的空間濾波器，其特征是第二區(qū)域被蝕刻到足夠深，使得由波導(dǎo)段耦合的輻射基本上不能在第二區(qū)域內(nèi)傳播。
5.按照權(quán)利要求3或4的空間濾波器，其特征是第二區(qū)域在空間上被第一區(qū)域與第二段隔離。
6.按照權(quán)利要求5的空間濾波器，其特征是第二區(qū)域朝第二段逐漸變細，提供一個針孔型濾波器。
7.按照權(quán)利要求3或4的空間濾波器，其特征是第二區(qū)域延伸到第二段上面。
8.按照權(quán)利要求7的空間濾波器，其特征是第二段包括朝著其肋波導(dǎo)向外傾斜的壁，這些壁相向傾斜阻擋沿第二段傳播的橫向模式輻射。
9.按照權(quán)利要求3或4的空間濾波器，其特征是第二區(qū)域的邊界邊沿相對于第二段的縱軸按不垂直角設(shè)置，這些邊沿能偏轉(zhuǎn)所接收的受約束高階模式輻射遠離沿第二段的輻射傳播路徑。
10.按照權(quán)利要求2到8之一的空間濾波器，其特征是第二段的肋波導(dǎo)在橫向上比第一段的肋波導(dǎo)寬。
11.按照上述權(quán)利要求之一的空間濾波器，其特征是用III-V化合物材料來制作。
12.按照上述權(quán)利要求之一的空間濾波器，其特征是第二段具有配置在第二段前、后的兩個第一段，各段串聯(lián)連接。
13.一種光輻射分光器，它包括用來支持內(nèi)部傳播的多模輻射的一個輻射混合區(qū)，用來向混合區(qū)注入輻射的輸入波導(dǎo)，由混合區(qū)接收輻射輸出的多個輸出波導(dǎo)，并且在輸入波導(dǎo)與混合區(qū)之間包括按照上述權(quán)利要求之一的一個空間濾波器，用來由輸入波導(dǎo)向混合區(qū)發(fā)射基本模式輻射，并且阻止高階模式輻射由輸入波導(dǎo)注入混合區(qū)。
14.按照權(quán)利要求13的分光器，其特征是至少一個輸出波導(dǎo)通過權(quán)利要求1到11之一的空間濾波器被連接到混合區(qū)，濾波器能夠防止高階模式輻射從混合區(qū)耦合進入上述至少一個輸出波導(dǎo)。
15.一種光學(xué)調(diào)制器，它包括調(diào)制裝置，用來響應(yīng)提供給該裝置的控制信號將輻射選擇分流輸入到多個輸出路徑之間的裝置，至少一個輸出路徑包括按照權(quán)利要求1到11之一的濾波器，用來由該裝置向上述至少一個輸出路徑發(fā)射基本模式輻射輸出，并且阻止高階模式輻射從該裝置傳播到上述至少一個輸出路徑。
16.按照權(quán)利要求15的調(diào)制器，其特征是調(diào)制裝置和輸出路徑是以肋波導(dǎo)的形式構(gòu)成的，調(diào)制裝置和濾波器側(cè)面的區(qū)域被蝕刻到足夠深，使它們基本上不能支持高階模式輻射傳播通過。
17.按照權(quán)利要求16的調(diào)制器，其特征是至少一個輸出路徑包括使路徑能與調(diào)制裝置接合的柵格肋波導(dǎo)邊界，采用這種邊界能夠使路徑按照比沒有柵格邊界時更大的角度遠離調(diào)制裝置突出。
18.按照權(quán)利要求14到16之一的調(diào)制器，其特征是包括用來向調(diào)制裝置注入輻射的一個輸入路徑，通過權(quán)利要求1到11之一的濾波器路徑輸入路徑，濾波器能夠由輸入路徑向調(diào)制裝置發(fā)射基本模式輻射，并且防止高階模式輻射由輸入路徑注入調(diào)制裝置。
19.按照權(quán)利要求14，15，16或17的調(diào)制器，其特征是調(diào)制裝置包括一個用所感應(yīng)的電場去改變折射率的結(jié)構(gòu)，用來選擇分流輸入到調(diào)制裝置的輻射到輸出路徑。
20.一種制作導(dǎo)波空間濾波器的方法，用來接收輸入輻射并輸出對應(yīng)的濾波輸出輻射，濾波器包括串聯(lián)連接的第一和第二肋波導(dǎo)段，各段相互配合發(fā)射出現(xiàn)在輸入輻射中的基本模式輻射分量通過，提供輸出輻射，并且相互失配來阻止出現(xiàn)在輸入輻射中的高階模式輻射分量傳播通過，防止其影響輸出輻射，該制作方法包括以下步驟(a)提供一個用來形成濾波器的襯底；(b)限定并形成肋波導(dǎo)段；并且(c)限定并形成為各段賦予其輻射模式濾波特性的結(jié)構(gòu)，肋波導(dǎo)段在該方法中被用來限定該結(jié)構(gòu)的邊界，并由此為該方法提供一種自對準(zhǔn)作用。
21.基本上參照圖3到9所述的一種導(dǎo)波空間波器。
22.基本上參照圖3到9所述的一種輻射分光器。
23.基本上參照圖3到9所述的一種光學(xué)調(diào)制器。
24.基本上參照圖3到9所述的一種制作導(dǎo)波空間濾波器的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及到一種用來接收輸入輻射并輸出對應(yīng)的濾波輸出輻射的導(dǎo)波空間濾波器(300)，濾波器包括串聯(lián)連接的第一和第二波導(dǎo)段(30，L3，L5)，用波導(dǎo)段(a)相互配合發(fā)射出現(xiàn)在輸入輻射中的基本模式輻射分量通過，提供輸出輻射；并且(b)相互失配來阻止出現(xiàn)在輸入輻射中的高階模式輻射分量傳播通過，防止其影響輸出輻射?？臻g濾波器(300)是用肋波導(dǎo)實現(xiàn)的，用具有比較深和比較淺的蝕刻結(jié)構(gòu)的各段(20，310，320)為各段提供輻射模式濾波特性。按照本發(fā)明的空間濾波器能夠裝入光學(xué)分光器和光學(xué)調(diào)制器來提高其性能，并且降低它們對注入其中的高階模式輻射的靈敏度。
文檔編號G02B6/14GK1478209SQ0181984
公開日2004年2月25日 申請日期2001年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月9日
發(fā)明者R·G·瓦爾克, R G 瓦爾克 申請人:布克哈姆技術(shù)公共有限公司