專(zhuān)利名稱(chēng)：光學(xué)晶體制法、掩模、掩模制法及光學(xué)器件制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于光學(xué)通信和WDM發(fā)送/接收模塊等的光路分配器的光學(xué)晶體薄膜、光學(xué)晶體制造方法、掩模、掩模制造方法、光學(xué)器件和光學(xué)器件制造方法。
用具有半凸半凹形圖案的模具102對(duì)基底101進(jìn)行模壓，并將該基底置于草酸中進(jìn)行陽(yáng)極氧化，以此將該基底轉(zhuǎn)換成一具有周期毫微孔結(jié)構(gòu)104的金屬氧化物薄膜105。
因此，通過(guò)用具有單一周期結(jié)構(gòu)的模具沖壓，可以很容易地將一單一周期結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換給一物體。
順便提一下，在圖9(A)和圖9(B)中示出了一種單一周期結(jié)構(gòu)的光學(xué)晶體的制造方法，這是發(fā)明人本人描述于日本專(zhuān)利申請(qǐng)第2001-105447號(hào)中的發(fā)明，即一種采用單一周期結(jié)構(gòu)掩模的光學(xué)晶體。日本專(zhuān)利申請(qǐng)第2001-105447號(hào)整個(gè)援引在此供參考。由于發(fā)明人本人的日本專(zhuān)利申請(qǐng)第2001-105447號(hào)在本申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)日還未公開(kāi)，因而日本專(zhuān)利申請(qǐng)第2001-105447號(hào)中所描述的發(fā)明不是現(xiàn)有技術(shù)。
在制備由形成于玻璃基底90上的聚合物薄膜91構(gòu)成的平板型波導(dǎo)時(shí)(見(jiàn)圖9(A))，將具有與傳統(tǒng)光學(xué)晶體結(jié)構(gòu)相同的單一周期結(jié)構(gòu)的掩模92設(shè)置于平板型波導(dǎo)的聚合物薄膜91上，然后用離子束注入，在聚合物薄膜91上的掩模窗口(通孔96)位置由離子94注入形成徑跡93(見(jiàn)圖9(B))。這些徑跡93通過(guò)堿處理被轉(zhuǎn)換成孔，形成一周期孔結(jié)構(gòu)，它具有與聚合物薄膜91上的掩模的結(jié)構(gòu)相同的單一周期結(jié)構(gòu)。
因此，使用具有單一周期結(jié)構(gòu)的掩模可以在聚合物薄膜上很容易地實(shí)現(xiàn)帶孔的光學(xué)晶體。而且，對(duì)于在將除聚合物之外的材料用作光學(xué)晶體材料時(shí)也采用單一周期結(jié)構(gòu)的掩模的場(chǎng)合，情況也是一樣。
當(dāng)使用僅作用于一特定波長(zhǎng)的光學(xué)晶體時(shí)，如上述實(shí)例中的那樣，光學(xué)晶體與各波長(zhǎng)相應(yīng)的光軸需要對(duì)齊，因而就會(huì)有一個(gè)問(wèn)題，即不可避免會(huì)增加元件數(shù)量，并增加包括光軸對(duì)齊在內(nèi)的裝配工序的數(shù)量。
鑒于僅作用于一特定波長(zhǎng)的單一周期結(jié)構(gòu)的光學(xué)晶體的上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種光學(xué)器件，它施加有一光學(xué)晶體，該光學(xué)晶體能夠?qū)崿F(xiàn)一WDM濾光器、ADD-DROP和一分割兩或多個(gè)波的波長(zhǎng)能量的WDM分配器，并提供一種光學(xué)晶體的制造方法、一種掩模、一種掩模制造方法、一種光學(xué)器件制造方法以及一種光學(xué)晶體薄膜。
本發(fā)明提供了一種光學(xué)晶體制造方法，包括第一步，提供一預(yù)定的膜片供制造一光學(xué)晶體；以及第二步，在一掩模上照射預(yù)定的粒子或電磁波，該掩模具有按照為各區(qū)域預(yù)定的一周期結(jié)構(gòu)陣列的通道部分和一保持所述通道部分的掩?；祝渲?，所述掩模構(gòu)制成(a)當(dāng)在所述第二步中用所述粒子照射時(shí)，所述粒子基本僅通過(guò)所述通道部分，或者(b)當(dāng)在所述第二步中用所述電磁波照射時(shí)，按照所述周期結(jié)構(gòu)通過(guò)衍射效果在所述膜片上產(chǎn)生一能量密度差，所述陣列的方向?qū)?yīng)于所述光學(xué)晶體的基本格子矢量的方向，并且對(duì)應(yīng)于所述各區(qū)域中的至少一個(gè)所述基本格子矢量的所述陣列方向在所有所述區(qū)域上保持恒定。
在上述的光學(xué)晶體制造方法中，所述通道部分由按照周期、尺寸或形狀中至少一者而在所述區(qū)域之間彼此不同的孔構(gòu)成。
在上述的光學(xué)晶體制造方法中，所述薄膜是一用于光波導(dǎo)的薄膜，所述第二步是一個(gè)用帶電粒子作為所述粒子的步驟，并且在所述第二步中，所述周期結(jié)構(gòu)通過(guò)將穿過(guò)所述通道部分的所述帶電粒子注入所述薄膜來(lái)傳遞。
在上述的光學(xué)晶體制造方法中，所述第二步是一個(gè)照射所述電磁波的步驟，所述膜片是一用于光波導(dǎo)的薄膜，所述通道部分的折射率不同于所述掩模基底的折射率，并且所述能量密度差作為所述能量密度的一強(qiáng)度分布而產(chǎn)生，因而使所述周期結(jié)構(gòu)傳遞到所述薄膜。
在上述的光學(xué)晶體制造方法中，所述各區(qū)域中的所述陣列是一與待用所述膜片制造的所述光學(xué)晶體的二維基本格子矢量對(duì)應(yīng)的二維陣列，由所述陣列的兩個(gè)方向形成的一個(gè)角是60到90°，并且所述各通道部分的格子常數(shù)、尺寸或形狀中的至少一者在所述區(qū)域之間彼此不同。
在上述的光學(xué)晶體制造方法中，所述膜片是一光波導(dǎo)膜，并且所述方法還包括第三步，在所述掩模與所述波導(dǎo)膜之間插入一分隔件，所述分隔件使所述掩模與所述光波導(dǎo)膜間的間隔保持恒定，并具有一使部分所述掩模和部分所述光波導(dǎo)膜暴露的窗口。
在上述的光學(xué)晶體制造方法中，所述分隔件與所述掩模成一體，通過(guò)移動(dòng)所述成一體的分隔件將所述掩模結(jié)構(gòu)逐個(gè)傳遞至多個(gè)所述光波導(dǎo)膜。
在上述的光學(xué)晶體制造方法中，所述光波導(dǎo)膜在光波導(dǎo)方向上的長(zhǎng)度短于所述掩模窗口的長(zhǎng)度，所述光波導(dǎo)膜在所述光波導(dǎo)膜平面內(nèi)垂直于所述光波導(dǎo)方向的一方向上的寬度大于所述掩模窗口的寬度。
在上述的光學(xué)晶體制造方法中，所述各通道部分的橫截尺寸制成可讓多個(gè)所述帶電粒子通過(guò)，所述通道部分的尺寸小于構(gòu)成待形成于所述光波導(dǎo)膜上的周期結(jié)構(gòu)的一部分的橫截面尺寸，其折射率應(yīng)不同于所述光波導(dǎo)膜的折射率。
在上述的光學(xué)晶體制造方法中，所述通道部分的所述橫截面尺寸為構(gòu)成待形成于所述光波導(dǎo)膜上的周期結(jié)構(gòu)的所述部分的尺寸的1/4或更大，其折射率不同于所述光波導(dǎo)膜的折射率。
在上述的光學(xué)晶體制造方法中，它還包括一個(gè)步驟，在對(duì)所述光波導(dǎo)中注入帶電粒子后，將所述光波導(dǎo)膜浸泡于一堿性水溶液中，其中，將所述光波導(dǎo)膜浸泡在所述堿性水溶液中，直到構(gòu)成所述周期結(jié)構(gòu)的所述各部分的尺寸在所述經(jīng)帶電粒子注入的部分因堿性水溶液而發(fā)生材料變化后基本達(dá)到構(gòu)成待形成于所述光波導(dǎo)膜上的所述周期結(jié)構(gòu)的各部分的尺寸。
在上述的光學(xué)晶體制造方法中，具有一復(fù)合周期結(jié)構(gòu)的所述掩模的各所述周期結(jié)構(gòu)的格子常數(shù)，其尺寸為所述各周期結(jié)構(gòu)特定的波長(zhǎng)的0.4到0.6倍。
本發(fā)明還提供了一種光學(xué)器件制造方法，使用一基底，它具有至少一個(gè)沿一光軸方向的直通結(jié)構(gòu)V形槽；一光波導(dǎo)膜，它包括一設(shè)置成與所述基底的V形槽的平面接觸的光學(xué)晶體；位于一入射光側(cè)的至少一光纖，它通過(guò)所述V形槽固定于具有入射光側(cè)和出射光側(cè)的所述波導(dǎo)膜的所述入射光側(cè)，并位于一含有所述光軸的、平行于所述基底的平面內(nèi)；以及位于所述出射光側(cè)并固定于所述出射光側(cè)的至少一個(gè)光纖，其中，所光學(xué)晶體通過(guò)這樣來(lái)制造，在一掩模上照射預(yù)定粒子或電磁波，所述掩模具有按照一為各區(qū)域預(yù)定的周期結(jié)構(gòu)而排列的通道部分以及一用以保持所述通道部分的掩?；祝鲫嚵械姆较?qū)?yīng)于所述光學(xué)晶體的基本格子矢量的方向，并且對(duì)應(yīng)于所述各區(qū)域中的至少一個(gè)所述基本格子矢量方向的所述陣列方向在所有所述區(qū)域上保持恒定。
在上述的光學(xué)器件制造方法中，所述V形槽的間隔與所述光學(xué)晶體的所述區(qū)域的長(zhǎng)度成比例地確定。
在上述的光學(xué)器件制造方法中，所述光學(xué)晶體的格子常數(shù)的尺寸為一個(gè)二維光學(xué)晶體的特定波長(zhǎng)的0.4到0.6倍。
在上述的光學(xué)器件制造方法中，所述光學(xué)晶體由許多孔形成，這些孔形成于一個(gè)從構(gòu)成所述光波導(dǎo)膜的一薄膜芯部到一覆蓋基底的范圍內(nèi)，并以二維和周期性的方式排列。
本發(fā)明還提供了一種掩模，包括按照為各區(qū)域預(yù)定的一周期結(jié)構(gòu)排列通道部分；以及一保持所述通道部分的掩模基底，其中，所述掩模構(gòu)制成(a)當(dāng)用所述粒子照射時(shí)，所述粒子基本僅通過(guò)所述通道部分，或者(b)當(dāng)用所述電磁波照射時(shí)，按照所述周期結(jié)構(gòu)通過(guò)衍射效果在一預(yù)定膜片上產(chǎn)生一能量密度差，并且所述預(yù)定周期結(jié)構(gòu)至少在所述掩?；椎乃鱿噜弲^(qū)域之間彼此不同。
在上述的掩模中，所述各區(qū)域中的所述通道部分的所述陣列是一基于一個(gè)二維周期結(jié)構(gòu)的陣列，所述陣列的方向?qū)?yīng)于待用所述掩模制造于一預(yù)定膜片上的光學(xué)晶體的二維基本格子矢量的兩個(gè)方向，并且對(duì)應(yīng)于所述區(qū)域中的所述至少一個(gè)基本格子矢量的方向在所有所述區(qū)域上保持恒定。
在上述的掩模中，所述通道部分的周期、尺寸或形狀中的至少一者在所述區(qū)域之間彼此不同。
在上述的掩模中，所述粒子是帶電粒子，所述通道部分是供所述帶電粒子通過(guò)的通孔。
在上述的掩模中，所述掩模基底用電磁波照射，所述通道部分的折射率不同于所述掩?；椎恼凵渎省?br> 本發(fā)明還提供了一種掩模制造方法，包括步驟(a)，提供一掩?；祝哂幸活A(yù)定的折射率；步驟(b)，在所述掩?；咨系亩鄠€(gè)位置注入粒子或照射電磁波，使得在所述掩?；咨系亩鄠€(gè)位置因折射波的干涉而產(chǎn)生能量密度差，從而改變所述掩?；自谒鑫恢玫恼凵渎?，其中，所述位置按照為所述掩模基底上的各區(qū)域預(yù)定的一規(guī)則確定，并且所述預(yù)定規(guī)則至少在所述掩?；咨系南噜弲^(qū)域之間彼此不同。
本發(fā)明還提供了一種掩模制造方法，包括步驟(a)，提供一掩?；?，它具有一預(yù)定的折射率；步驟(b)，在所述掩模基底上的多個(gè)位置形成通孔；以及步驟(c)，對(duì)所述通孔填充以一折射率不同于所述掩?；椎乃稣凵渎实牟牧希渲?，所述通孔的位置按照為所述掩?；咨系母鲄^(qū)域預(yù)定的一規(guī)則而確定，并且所述預(yù)定規(guī)則至少在所述掩?；咨系乃鱿噜弲^(qū)域之間彼此不同。
本發(fā)明還提供了一種掩模制造方法，包括步驟(a)，提供一用于基本限制預(yù)定粒子通過(guò)的掩?；?；以及步驟(b)，用離子束或電子束在多個(gè)位置對(duì)所述掩模基底施加干蝕刻，形成多個(gè)通孔，其中，所述位置按照為所述掩?；咨系母鲄^(qū)域預(yù)定的一規(guī)則確定，并且所述預(yù)定規(guī)則至少在所述掩?；咨系乃鱿噜弲^(qū)域之間彼此不同。
本發(fā)明還提供了一種掩模制造方法，包括步驟(a)，提供一用于基本限制預(yù)定粒子通過(guò)的掩?；祝灰约安襟E(b)，用一在多個(gè)位置具有凸起的模具裝置在所述掩?；咨闲纬砂枷莼蛲?，其中，所述位置按照為所述掩?；咨系母鲄^(qū)域預(yù)定的一規(guī)則確定，并且所述預(yù)定規(guī)則至少在所述掩?；咨系乃鱿噜弲^(qū)域之間彼此不同。
在上述的掩模制造方法中，所述步驟(b)是一個(gè)在所述掩?；咨闲纬伤霭枷莸牟襟E，所述方法還包括步驟(c)，即對(duì)所述凹陷施加陽(yáng)極氧化而獲得通孔。
在上述的掩模制造方法中，所述凸起具有對(duì)應(yīng)于所述掩?；赘鲄^(qū)域的周期結(jié)構(gòu)，所述周期結(jié)構(gòu)是一基于一個(gè)二維基本格子矢量的二維陣列，由所述兩個(gè)基本矢量形成的一個(gè)角為60到90°，并且所述凸起的格子常數(shù)、尺寸或形狀中的至少一個(gè)在所述周期結(jié)構(gòu)之間彼此不同。
在上述的掩模制造方法中，所述各周期結(jié)構(gòu)的所述格子常數(shù)的尺寸為所述各周期結(jié)構(gòu)的特定波長(zhǎng)的0.4到0.6倍。
本發(fā)明還提供了一種光學(xué)器件，包括一基底，它具有至少一個(gè)在一光軸方向上的V形槽；一光波導(dǎo)膜，它包括一設(shè)置成與所述基底的V形槽的平面接觸的光學(xué)晶體膜；位于一入射光側(cè)的至少一光纖，它通過(guò)所述V形槽固定于具有入射光側(cè)和出射光側(cè)的所述波導(dǎo)膜的所述入射光側(cè)，并位于一含有所述光軸的、平行于所述基底的平面內(nèi)；以及位于所述出射光側(cè)并固定于所述出射光側(cè)的至少一光纖，其中，所述光學(xué)晶體膜按照為各區(qū)域預(yù)定的一周期陣列而具有帶不同折射率的位置，至少一個(gè)所述周期陣列的方向與所有所述區(qū)域中的所述光軸方向相匹配。
本發(fā)明還提供了一種光學(xué)晶體膜，包括一光學(xué)晶體膜本體，它具有一第一折射率；以及一個(gè)部分，它具有一不同于所述第一折射率的折射率，該折射率按照為所述光學(xué)晶體膜的各區(qū)域預(yù)定的一周期陣列而存在，其中，至少一個(gè)所述周期陣列的方向與所有所述區(qū)域中的光軸方向?qū)R。
因此，通過(guò)使用上述具有多個(gè)周期結(jié)構(gòu)的掩模并將該掩模結(jié)構(gòu)傳遞至平板型波導(dǎo)的薄膜芯部，可獲得一種光學(xué)晶體，其薄膜芯部具有多種周期結(jié)構(gòu)。這就允許與多個(gè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的不同周期結(jié)構(gòu)的光學(xué)晶體、諸如WDM等形成于薄膜芯部中。
96孔101基底102模具103半凸半凹形圖案104周期毫微孔結(jié)構(gòu)105金屬氧化物薄膜下面參照附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的諸實(shí)施例。
(第一實(shí)施例)現(xiàn)在將參照附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明光學(xué)晶體的制造方法的一個(gè)實(shí)施例，同時(shí)還將說(shuō)明通過(guò)它而制造的光學(xué)晶體一個(gè)實(shí)例。


圖1總體地表示一種光學(xué)晶體的制造方法，該光學(xué)晶體具有多種類(lèi)型的周期結(jié)構(gòu)和一掩模結(jié)構(gòu)。而且，圖11是該實(shí)施例的光學(xué)晶體的周期結(jié)構(gòu)的總體剖視示意圖。
如圖1所示，用于形成該光學(xué)晶體的掩模8由多個(gè)通孔2和一保持這些通孔2的掩?；?構(gòu)成。順便提一下，通孔2是本發(fā)明的通道部分的實(shí)例。
掩模基底1由形成一體的第一掩模部分6到第n掩模部分7構(gòu)成。另一方面，通孔2允許一預(yù)定的離子束11通過(guò)，并使離子束從第一掩模部分6到第n掩模部分7的不同區(qū)域有不同的陣列、尺寸和形狀等。順便提一下，預(yù)定離子束11是本發(fā)明的預(yù)定粒子的一個(gè)實(shí)例。
也就是說(shuō)，掩模基底1是這樣一種基底，它能夠保持第一掩模部分6到第n掩模部分7的各區(qū)域的按一預(yù)定周期結(jié)構(gòu)排列的通孔2，并能夠在除通孔2以外的位置阻擋離子束11通過(guò)。
現(xiàn)在將更詳細(xì)地說(shuō)明該實(shí)施例的掩模8的結(jié)構(gòu)。通過(guò)設(shè)置多個(gè)掩模部分而構(gòu)成一掩模8。也就是說(shuō)，掩模8具有一排n個(gè)第k(k＝1，2，...，n)掩模部分4構(gòu)成，即沿每個(gè)掩模部分中的一共同第一基本格子矢量5的方向從第一掩模部分6到第n掩模部分7，每個(gè)第k掩模部分具有二維周期結(jié)構(gòu)3(圖1表示第k掩模部分4的一部分的放大圖)，其通孔2以二維和周期性的方式排列。
然后，掩模8構(gòu)成一復(fù)合周期結(jié)構(gòu)，它在通孔2的周期和形狀上不同于上述掩模部分的二維結(jié)構(gòu)。
順便提一下，第k掩模部分4的格子常數(shù)ak和孔徑(半徑)rk與對(duì)應(yīng)于第k掩模部分4的光波長(zhǎng)fk具有如下的線性關(guān)系
ak＝Ca×fk(Ca常數(shù))rk＝Cr×fk(Cr常數(shù))下面將說(shuō)明該實(shí)施例的光學(xué)晶體的制造方法。
首先，制備一平板型波導(dǎo)18，它具有薄膜芯部9和覆蓋基底145的兩層結(jié)構(gòu)(對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的第一工序)。
然后，如圖1所示，將掩模8覆蓋在平板型波導(dǎo)18的薄膜芯部9上(對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的第二工序)。
而后，通過(guò)將一1兆電子伏或以上的H、O、Ar、Xe、Kr、Au等的高能離子束11通過(guò)掩模8注入入薄膜芯部9，可以將掩模8的二維周期結(jié)構(gòu)傳遞至薄膜芯部9上(對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的第二工序)。
這可以同時(shí)產(chǎn)生多種類(lèi)型的光學(xué)晶體，它們?cè)谧鳛閱纹浇Y(jié)構(gòu)的一個(gè)薄膜芯部9中具有不同的二維周期結(jié)構(gòu)(這在本說(shuō)明書(shū)中稱(chēng)作“復(fù)合周期結(jié)構(gòu)”)。
這就有減少元件數(shù)量的效果，同時(shí)，可以省去傳統(tǒng)技術(shù)場(chǎng)合的棘手的光軸對(duì)齊問(wèn)題。
作為薄膜芯部8的材料，該實(shí)施例使用折射率約為1.3到2.0的、諸如玻璃和聚合物之類(lèi)的電介質(zhì)。
而且，作為通孔2的二維周期結(jié)構(gòu)，掩模8沿兩個(gè)基本格子矢量(a1，a2)方向的格子常數(shù)a(14)約為各光學(xué)晶體所作用的波長(zhǎng)的0.54倍，這兩個(gè)基本格子矢量的內(nèi)角θ(12)約為80°。
因此，傳遞至薄膜芯部9的周期結(jié)構(gòu)的格子常數(shù)a(14)約為各光學(xué)晶體沿相同于上述掩模8的基本格子矢量的方向所作用的波長(zhǎng)的0.54倍。
由于通孔2的折射率為1.0，因而在薄膜芯部9上形成一具有不同折射率的二維周期結(jié)構(gòu)，其折射率為1.3到2.0。
此外，作為覆蓋基底145，使用折射率約為1.0到1.8的、諸如玻璃和聚合物之類(lèi)的電介質(zhì)。
順便提一下，作為掩模周期結(jié)構(gòu)的傳遞方法，除了離子束之外，也可以使用電磁波。
因此，通過(guò)使用具有多種周期結(jié)構(gòu)的掩模并將該掩模的結(jié)構(gòu)傳遞至條平板型波導(dǎo)的薄膜芯部，可獲得一光學(xué)晶體，其薄膜芯部具有多種周期結(jié)構(gòu)，并可以形成一種每個(gè)周期結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于多個(gè)波形的光學(xué)晶體，諸如WDM。
(第二實(shí)施例)下面主要參照?qǐng)D2來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的光學(xué)晶體的制造方法的一個(gè)實(shí)施例。圖2是該實(shí)施例的光學(xué)晶體制造方法的一種配置的示意圖。
該光學(xué)晶體制造方法的第二實(shí)施例是使用一由薄膜芯部20和覆蓋基底21兩層構(gòu)成的平板型波導(dǎo)29、一具有二維周期結(jié)構(gòu)的掩模22以及一掩模保持件23形成的。順便提一下，掩模保持件23是本發(fā)明的分隔件的一個(gè)實(shí)例。
這里，掩模保持件23使掩模22與薄膜芯部20之間的間隙保持恒定，它具有一個(gè)窗口24以允許掩模22面對(duì)薄膜芯部20，并與掩模22一體地使用。
在該實(shí)施例中，正如上述實(shí)施例1的一樣，掩模22的周期結(jié)構(gòu)通過(guò)使用離子束或電磁波而傳遞至薄膜芯部20。
掩模保持件23的窗口24的形狀制成這樣，它長(zhǎng)于平板行波導(dǎo)29在平板型波導(dǎo)29的光軸25方向上的波導(dǎo)長(zhǎng)度，并短于平板型波導(dǎo)29在薄膜芯部20平面內(nèi)、在垂直于光軸25方向上的寬度。
具有在光軸方向上呈長(zhǎng)方形的窗口24，可以從平板型波導(dǎo)29的入射光側(cè)到出射光側(cè)形成一光學(xué)晶體，同時(shí)，減小垂直于光軸方向上的寬度可以在掩模22與薄膜芯部20之間形成一固定間隙，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的傳遞。
在該實(shí)施例中，正如上述實(shí)施例1的情況一樣，掩模22的周期結(jié)構(gòu)可使用離子束或電磁波而傳遞至薄膜芯部20上。
而且，使用與掩模22成一體的掩模保持件23可產(chǎn)生以下效果。即，例如，即使掩模22是一幾微米數(shù)量級(jí)的薄膜，它也可以由操作者或機(jī)器很容易地處理，掩模22也可以重復(fù)使用。此外，掩模22也可以與掩模保持件23形成一體，并且上述的掩模結(jié)構(gòu)可以通過(guò)移動(dòng)成一體的掩模保持件而依次地傳遞至多個(gè)光波導(dǎo)薄膜。
(第三實(shí)施例)下面主要參照?qǐng)D3(A)到圖3(C)來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
圖3(A)到圖3(C)表示該光學(xué)晶體的一制造方法，它是用來(lái)說(shuō)明圓柱形孔的制造方法的大體配置的示意圖，這些圓柱形孔是通過(guò)許多小的球形孔連接而成的。圖3(A)表示的是直接在離子束注入后的狀態(tài)，圖3(2)表示的是在NaOH中浸泡后的狀態(tài)，圖3(C)表示的是NaOH浸泡完成后的狀態(tài)。
該實(shí)施例的光學(xué)晶體制造方法的配置與上述第一實(shí)施例的光學(xué)晶體制造方法的配置相同，它構(gòu)制成通過(guò)將掩模8的周期結(jié)構(gòu)傳遞至平板型波導(dǎo)18的薄膜芯部9而形成一光學(xué)晶體(見(jiàn)圖1)。
這里，上述的傳遞方法包括使用一聚合物作為薄膜芯部9、使諸如H、O、Ar、Xe、Kr和Au等離子加速到1Mev或更高的高能、并將其注入平板型波導(dǎo)18的薄膜芯部9中。
也就是說(shuō)，在薄膜芯部9中產(chǎn)生徑跡30，其聚合物高分子鍵沿注入離子的跡線而被切斷(見(jiàn)圖3(A))。
而后，當(dāng)將產(chǎn)生有徑跡30的薄膜芯部9浸泡于諸如NaOH之類(lèi)的堿性水溶液中時(shí)，徑跡30受濕蝕刻，產(chǎn)生許多孔33(見(jiàn)圖3(B))，這些孔隨蝕刻時(shí)間的增加而成長(zhǎng)起來(lái)。
較為理想的是，通過(guò)使用將一個(gè)離子注入在一預(yù)定位置并且從而形成所需尺寸的孔35的方法，孔的橫截面可以是圓形的。
然而，使用掩?；旧喜豢赡芸刂齐x子束的一個(gè)離子的注入。
因此，如圖3所示，掩模8的孔31的尺寸制成小于待形成于聚合物薄膜芯部9中的孔45的所需尺寸，并減小到例如約1/2。而后，由于沿掩模8的孔31的邊緣產(chǎn)生的徑跡30受到堿性濕蝕刻，孔33成長(zhǎng)到上述所需尺寸的孔45。通過(guò)這種方式，可以形成基本具有所需尺寸的孔45。
也就是說(shuō)，通過(guò)掩模8的孔31的許多離子注入入平板型波導(dǎo)18的聚合物薄膜芯部9中，并在比所需尺寸的孔45小的一個(gè)范圍內(nèi)形成許多徑跡30。
然后，當(dāng)帶有許多徑跡30的聚合物薄膜芯部9浸泡于堿性水溶液中時(shí)，形成許多成長(zhǎng)的孔33，并且相鄰的孔連結(jié)而形成較大的孔。而后，當(dāng)位于最外側(cè)位置的孔到達(dá)所需尺寸的孔45的邊緣時(shí)，便完成堿性浸泡。
這使得許多成長(zhǎng)了的孔35彼此連結(jié)，使所需范圍的孔45由以徑跡30作為起始點(diǎn)經(jīng)成長(zhǎng)的孔35充滿，產(chǎn)生一個(gè)基本與所需孔45相同的孔。
圖11中示出了通過(guò)這種方式制造的具有光學(xué)晶體的薄膜芯部9的平板型波導(dǎo)18。圖11中所示的剖面是平行于光軸的平面，也就是平行于第一基本格子矢量5的方向的平面。
在圖11中，區(qū)域101具有與一圖1中的第k掩模部分4對(duì)應(yīng)的周期結(jié)構(gòu)，孔45之間的節(jié)距101p與格子常數(shù)a(14)一致。而且，區(qū)域102具有一與第(k+1)掩模部分對(duì)應(yīng)的周期結(jié)構(gòu)，孔45之間的節(jié)距102p是一個(gè)不同于上述格子常數(shù)a(14)的值。
這樣，通過(guò)控制許多離子而非一個(gè)離子的注入范圍，可以由許多孔形成一個(gè)大孔。
而且，與上述實(shí)施例相比，通過(guò)這種方式制造的光學(xué)晶體的平板型波導(dǎo)還可以減少元件數(shù)量，并且，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，還具有不需要進(jìn)行復(fù)雜的光軸對(duì)齊操作的效果。
(第四實(shí)施例)下面參照?qǐng)D4來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的掩模鑄造方法。
圖4表示用于制造該實(shí)施例的光學(xué)晶體的掩模的制造方法。
該實(shí)施例的光學(xué)晶體的結(jié)構(gòu)與上述第一實(shí)施例的光學(xué)晶體的結(jié)構(gòu)相同。
按照該實(shí)施例的掩模制造方法，通過(guò)沿模具基底40的平面設(shè)置多個(gè)模具部分而構(gòu)成一模具47。也就是說(shuō)，模具47從第一模具部分245到第n模具部分46，沿一共同第一基本格子矢量方向44，具有一排n個(gè)第k(k＝1，2，...，n)模具部分43，各第k模具部分43具有第k二維周期結(jié)構(gòu)42，它帶有沿模具基底40的平面周期排列的凸起41。
模具47構(gòu)制成一復(fù)合周期結(jié)構(gòu)，其上述各模具部分的二維周期結(jié)構(gòu)的凸起41的形狀和周期彼此不同。
順便提一下，上述模具47相當(dāng)于本發(fā)明的模具裝置。
在上述結(jié)構(gòu)中，模具47的凸起41的平面設(shè)置成與由鋁等制成的掩模基底48相對(duì)，并進(jìn)行壓制而在掩模基底48的表面上產(chǎn)生半凸半凹形圖案。
圖12是具體沿圖4所示模具47的A-A’剖面的第k模具部分43和第(k+1)模具部分49的放大剖視圖。
然后，通過(guò)用草酸等對(duì)上述掩?；?8進(jìn)行陽(yáng)極氧化，掩模基底48變成一金屬氧化掩?；?，其孔結(jié)構(gòu)具有模具47的周期結(jié)構(gòu)。
通過(guò)這種方式，可以在掩?；?8中形成一個(gè)結(jié)構(gòu)，其中，具有模具47的二維周期結(jié)構(gòu)的一孔集合體沿薄膜厚度方向延伸，轉(zhuǎn)換成通孔。
該實(shí)施例采用玻璃或金屬等作為模具47的材料。而且，作為凸起41的二維周期結(jié)構(gòu)，沿兩個(gè)基本格子矢量(a1，a2)方向提供一格子常數(shù)a(50)，其尺寸約為各光學(xué)晶體所作用的波長(zhǎng)的0.54倍，這兩個(gè)基本格子矢量(a1，a2)的內(nèi)角θ(49)約為80°。
順便提一下，該實(shí)施例描述了通過(guò)在掩?；咨系耐椎念A(yù)定位置處壓下模具47的凸起41并用草酸等進(jìn)行陽(yáng)極氧化來(lái)制造掩?；字械耐椎姆椒ǎ摲椒ú⒉痪窒抻诖?，也可以使用以下方法。
也就是說(shuō)，還有這樣一種方法，它通過(guò)用一其凸起等于或高于掩?；妆∧ず穸鹊哪＞邏褐蒲谀；讈?lái)一次性地制造通孔(見(jiàn)圖15A到15C)。
另一種方法是用離子束或電子束照射掩模基底的所需位置并進(jìn)行干蝕刻。在這種情況下，離子束僅照射在所需的位置，因而使用具有周期結(jié)構(gòu)的通孔的掩模形成用的掩模。
順便提一下，當(dāng)如該實(shí)施例的情況那樣有諸如陽(yáng)極氧化之類(lèi)的后續(xù)處理時(shí)，可將凸起41的高度設(shè)定為掩模厚度(1到100微米)或更小，陽(yáng)極氧化為1微米的毫微數(shù)量級(jí)或更小。然而，如上所述，凸起41的高度并不局限于此，在例如僅通過(guò)壓制來(lái)形成掩模時(shí)，可將凸起的高度設(shè)定為一個(gè)等于或大于掩模厚度的高度。
(第五實(shí)施例)下面主要參照?qǐng)D5來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的光學(xué)晶體制造方法。
圖5是該實(shí)施例的光學(xué)晶體制造方法的示意圖。
如圖5所示，該實(shí)施例的光學(xué)晶體制造方法使用一衍射格子51作為掩模，在該衍射格子上以二維和周期性的方式排列有兩種的折射率。
也就是說(shuō)，平板型波導(dǎo)具有薄膜芯部52和覆蓋基底53的二層結(jié)構(gòu)，與該平板型波導(dǎo)58的薄膜芯部52相隔一定距離設(shè)置一衍射格子51，并用諸如激光之類(lèi)的電磁波54照射該衍射格子51。
由于所產(chǎn)生的衍射光55，這在薄膜芯部52上產(chǎn)生了能量密度的差異。
由于這些能量密度上的差異，高能量密度的區(qū)域受到蝕刻，它們的折射率被改變(折射率＝1.0)，而低能量密度的區(qū)域的折射率未改變(例如折射率＝1.3到2.0)，因此，可將一二維周期結(jié)構(gòu)傳遞到一薄膜芯部52。
按照該實(shí)施例，衍射格子51的折射率的二維周期結(jié)構(gòu)提供一由兩個(gè)基本格子矢量形成的內(nèi)角θ，約為80°。
而且，使用內(nèi)角θ約為80°的衍射格子51來(lái)制造的光學(xué)晶體證明有以下效果。
當(dāng)格子內(nèi)角θ設(shè)定為80°時(shí)，僅有與格子常數(shù)、孔徑和折射率之間的組合對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)被偏振約7°，這可以從多種波長(zhǎng)中僅提取出一種波長(zhǎng)。
此外，作為衍射格子51的二維周期結(jié)構(gòu)，可以使用在相同基底上順序形成的第k掩模部分51b(k＝1到n)作為多種周期結(jié)構(gòu)，這與上述第一實(shí)施例中的掩模周期結(jié)構(gòu)的情況一樣。順便提一下，在該附圖中，第一掩模部分的標(biāo)號(hào)為51a，第n掩模部分的標(biāo)號(hào)為51c。
以這種方式使用一衍射格子，可以在薄膜芯部中一次形成多種周期結(jié)構(gòu)(復(fù)合周期結(jié)構(gòu))。這樣，與上述實(shí)施例的情況一樣，通過(guò)這種方式制造的光學(xué)晶體平板型波導(dǎo)還具有減少元件數(shù)量的效果，并能省去現(xiàn)有技術(shù)中麻煩的光軸對(duì)齊操作。
下面用圖13A到圖15D來(lái)說(shuō)明該實(shí)施例中所使用的衍射格子的掩模的三種制造方法。
第一種方法是用離子1304注入掩?；?301上需要改變折射率的所需位置，如圖13A和13B所示，使注入位置處的折射率高于其它位置處的折射率。為了將離子1304僅注入在所需位置，采用一個(gè)掩模形成用掩模1302，該掩模具有周期結(jié)構(gòu)的通孔1303。
這使掩?；?301具有這樣一種結(jié)構(gòu)，它具有高折射率部分1301b(例如折射率1.505)，該高折射率部分以周期性的和二維的方式排列在掩模基底本體的低折射率部分1301a(例如折射率1.500)之間。
為了簡(jiǎn)化附圖，圖13A到圖15D示出了掩?；拙哂幸环N類(lèi)型的二維周期結(jié)構(gòu)。然而，該二維周期結(jié)構(gòu)在第一掩模部分51a到第n掩模部分51c的各區(qū)域之間是不同的，如圖5中所示。這與用圖4和圖12等所說(shuō)明的上述實(shí)施例基本相同。
然而，作為衍射格子的掩模51類(lèi)似于上述實(shí)施例4等中所描述的掩模，但與上述實(shí)施例的掩模的不同點(diǎn)在于，其尺寸小于薄膜芯部52(見(jiàn)圖5)。而且，在掩模51的場(chǎng)合，電磁波不僅可穿透高折射率區(qū)域，也可穿透低折射率區(qū)域。
如圖14A和圖14B所示，第二種方法是在掩?；?401上需要改變折射率的所需位置處因衍射波之間的干涉而形成高照射能量密度的區(qū)域。這是用來(lái)在所需位置將折射率改變到一個(gè)高于其它位置的折射率。
通過(guò)這種方式，需要使用掩模形成用掩模1402來(lái)通過(guò)衍射波之間的干涉在掩?；咨袭a(chǎn)生照射能量密度分布。該掩模形成用掩模1402是一衍射格子，它具有以二維和周期性的方式排列的兩種折射率；低折射率部分1402a和高折射率部分1402b。
在上述結(jié)構(gòu)中，先將掩模制造用掩模1402放置在與掩?；?401相隔一定距離處，然后用諸如紫外線之類(lèi)的電磁波照射掩?；?401，如上所述，這在掩模基底1401上產(chǎn)生一照射電磁能量密度分布，按照該能量密度分布，在掩?；?401上產(chǎn)生折射率變化。在圖14B中，這些區(qū)域表示為低折射率區(qū)域1401a和高折射率區(qū)域1401b。
采用例如在圖13A和圖13B以及圖15A到圖15D中所示的方法可產(chǎn)生掩模形成用掩模1402。
如圖15A到圖15D所示，第三種方法是在掩?；?501上需要改變折射率的所需位置用一模具1502來(lái)產(chǎn)生通孔1503，對(duì)這些通孔填充一種折射率不同于掩模基底折射率的物質(zhì)(例如高折射率材料1505)。這是用來(lái)僅在所需位置改變折射率。
在圖15A到圖15D中，說(shuō)明了產(chǎn)生通孔并在其中填充一種物質(zhì)以作為掩模基底結(jié)構(gòu)的情況。然而，掩?；椎慕Y(jié)構(gòu)并不局限于此，例如也可以簡(jiǎn)單地用一模具以周期性的方式在掩模基底上形成凹陷。
該實(shí)施例將由衍射格子構(gòu)成的掩模51描述成一周期性地排列有高折射率區(qū)域和低折射率區(qū)域的結(jié)構(gòu)，但該實(shí)施例并不局限于此，也可以具有上述實(shí)施例4中所描述的掩模結(jié)構(gòu)。在該例中，掩模具有這樣一種結(jié)構(gòu)或由這樣一種物質(zhì)制成，它允許電磁波通過(guò)與上述掩模的高折射率區(qū)域?qū)?yīng)的區(qū)域，并防止電磁波通過(guò)與上述低折射率區(qū)域?qū)?yīng)的區(qū)域。這兩個(gè)區(qū)域構(gòu)成一個(gè)二維周期結(jié)構(gòu)。在該掩模中，正如與上述掩模一樣，當(dāng)電磁波照射到掩模上時(shí)，由于衍射效果，按照上述二維周期結(jié)構(gòu)在薄膜芯部52的表面上產(chǎn)生一能量密度分布。這里，電磁波能夠穿透或通過(guò)的區(qū)域可以是通孔，也可以是填充以允許電磁波穿透的物質(zhì)。
(第六實(shí)施例)下面參照?qǐng)D6和圖7等來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的光學(xué)器件的一個(gè)實(shí)施例。
圖6示出了該實(shí)施例的光學(xué)器件的立體示意圖，圖7示出了該實(shí)施例的剖視圖。
如圖6所示，該實(shí)施例的光學(xué)器件由一平板型光學(xué)晶體波導(dǎo)62構(gòu)成，該波導(dǎo)包括一具有周期結(jié)構(gòu)的薄膜芯部60和覆蓋基底61、一輸入側(cè)光纖63、一第一輸出側(cè)光纖64、一第二輸出側(cè)光纖65和一帶V形槽的基底68，該帶V形槽的基底具有一第一V形槽66和一第二V形槽67，該第一V形槽與上述平板型光學(xué)晶體的薄膜芯部60有共同的連接平面，并將上述輸入側(cè)光纖63和第一輸出側(cè)光纖64固定于相同光軸上，第二V形槽固定第二輸出側(cè)光纖65。
然而，第一V形槽66和第二V形槽67稱(chēng)作直通V形槽，它們?cè)谄叫杏谄桨逍凸鈱W(xué)晶體波導(dǎo)62的帶V形槽的基底68上從一端形成到另一端，第一V形槽66和第二V形槽67允許輸入側(cè)光纖63、第一輸出側(cè)光纖64和第二輸出側(cè)光纖65在這樣一個(gè)高度對(duì)齊，即它們可以同與帶V形槽基底有共同連接平面69的平板型光學(xué)晶體波導(dǎo)62的薄膜芯部60光學(xué)連接。在圖6中，區(qū)域101和102具有與第k和第(k+1)掩模部分對(duì)應(yīng)的周期結(jié)構(gòu)，如圖11所說(shuō)明的。
從基底的輸入側(cè)到輸出側(cè)形成一直通結(jié)構(gòu)V形槽，可提高V形槽用于調(diào)節(jié)輸入側(cè)光纖63和第一輸出側(cè)光纖64光軸的精度，并且，采用直通結(jié)構(gòu)V形槽便于在基底上加工V形槽。這里，直通結(jié)構(gòu)V形槽是指在平行于光軸的方向上與基底68具有相同長(zhǎng)度的一個(gè)槽，如圖6所示。
下面用圖16來(lái)說(shuō)明第k(k＝1到n)區(qū)域的光學(xué)晶體的長(zhǎng)度Lk與兩個(gè)輸出側(cè)光纖64和65之間間隔d之間的關(guān)系。
圖16表示一具有(n+m)型波長(zhǎng)(λ1到λn+m)的光信號(hào)從輸入側(cè)進(jìn)入、分成λn+1到λn+m的一組和λ1到λn的一組、并分別導(dǎo)入第一輸出側(cè)光纖64和第二輸出側(cè)光纖65的情況。
在薄膜芯部60中所形成的第k區(qū)域的一光學(xué)晶體1601中，僅有一特定波長(zhǎng)λk偏轉(zhuǎn)一定角度θ，而其它波長(zhǎng)沿光軸方向直線前進(jìn)。
未偏轉(zhuǎn)的光1603和偏轉(zhuǎn)光1604在第k區(qū)域的光學(xué)晶體的射出光側(cè)1602處的間隔d由第k區(qū)域的光學(xué)晶體的長(zhǎng)度Lk與tanθ的乘積決定。
這里，其它區(qū)域的光學(xué)晶體的長(zhǎng)度(例如L1、L2)和偏轉(zhuǎn)角(例如θ1、θ2)設(shè)定成這樣，即Li和tanθi(i＝1到n，i≠k)的乘積與以上獲得的d具有相同的值。因此，第一V形槽66和第二V形槽67之間的間隔確定為一個(gè)與第k區(qū)域的光學(xué)晶體1601的長(zhǎng)度成比例的值。
順便提一下，為了對(duì)各區(qū)域的各光學(xué)晶體僅提取一個(gè)特定波長(zhǎng)，該波長(zhǎng)的一光信號(hào)例如可以從各區(qū)域的側(cè)面輸出。
上述實(shí)施例描述了格子常數(shù)約為一個(gè)二維光學(xué)晶體的一特定波長(zhǎng)的0.54倍的情況，但格子常數(shù)并不局限于此，它可以是在波長(zhǎng)的0.4到0.6倍范圍內(nèi)的任何值。
上述實(shí)施例還主要描述了基本格子矢量所形成的角為80°，但該角并不局限于此，它可以是在60到90°范圍內(nèi)的任何值。
順便提一下，關(guān)于第一到第六實(shí)施例中所描述的光學(xué)晶體的深度，孔45可以僅穿透平板型光學(xué)晶體波導(dǎo)18的薄膜芯部9的區(qū)域，例如如圖11中所示，但光學(xué)晶體的深度并不局限于此，孔83也可以穿透薄膜芯部80進(jìn)入部分覆蓋基底81，例如如圖8中所示。而且，孔83也可以穿透覆蓋基底。
由以上的說(shuō)明可以清楚，上述實(shí)施例具有多種周期結(jié)構(gòu)的掩模，將該掩模的結(jié)構(gòu)傳遞至平板型波導(dǎo)的薄膜芯部，這就可以產(chǎn)生一光學(xué)晶體，其中上述薄膜芯部具有多種周期結(jié)構(gòu)，并且可以形成一種能作用于多種波長(zhǎng)的光學(xué)晶體，諸如WDM。
由以上的說(shuō)明可以清楚，本發(fā)明有減少元件數(shù)量、無(wú)須象現(xiàn)有技術(shù)中那樣要求進(jìn)行麻煩的光軸對(duì)齊操作等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)晶體制造方法，包括第一步，提供一預(yù)定的膜片供制造一光學(xué)晶體；以及第二步，在一掩模上照射預(yù)定的粒子或電磁波，該掩模具有按照為各區(qū)域預(yù)定的一周期結(jié)構(gòu)陣列的通道部分和一保持所述通道部分的掩?；?，其中，所述掩模構(gòu)制成(a)當(dāng)在所述第二步中用所述粒子照射時(shí)，所述粒子基本僅通過(guò)所述通道部分，或者(b)當(dāng)在所述第二步中用所述電磁波照射時(shí)，按照所述周期結(jié)構(gòu)通過(guò)衍射效果在所述膜片上產(chǎn)生一能量密度差，所述陣列的方向?qū)?yīng)于所述光學(xué)晶體的基本格子矢量的方向，并且對(duì)應(yīng)于所述各區(qū)域中的至少一個(gè)所述基本格子矢量的所述陣列方向在所有所述區(qū)域上保持恒定。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)晶體制造方法，其特征在于，所述通道部分由按照周期、尺寸或形狀中至少一者而在所述區(qū)域之間彼此不同的孔構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)晶體制造方法，其特征在于，所述薄膜是一用于光波導(dǎo)的薄膜，所述第二步是一個(gè)用帶電粒子作為所述粒子的步驟，并且在所述第二步中，所述周期結(jié)構(gòu)通過(guò)將穿過(guò)所述通道部分的所述帶電粒子注入所述薄膜來(lái)傳遞。
4.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)晶體制造方法，其特征在于，所述第二步是一個(gè)照射所述電磁波的步驟，所述膜片是一用于光波導(dǎo)的薄膜，所述通道部分的折射率不同于所述掩模基底的折射率，并且所述能量密度差作為所述能量密度的一強(qiáng)度分布而產(chǎn)生，因而使所述周期結(jié)構(gòu)傳遞到所述薄膜。
5.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)晶體制造方法，其特征在于，所述各區(qū)域中的所述陣列是一與待用所述膜片制造的所述光學(xué)晶體的二維基本格子矢量對(duì)應(yīng)的二維陣列，由所述陣列的兩個(gè)方向形成的一個(gè)角是60到90°，并且所述各通道部分的格子常數(shù)、尺寸或形狀中的至少一者在所述區(qū)域之間彼此不同。
6.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)晶體制造方法，其特征在于，所述膜片是一光波導(dǎo)膜，并且所述方法還包括第三步，在所述掩模與所述波導(dǎo)膜之間插入一分隔件，所述分隔件使所述掩模與所述光波導(dǎo)膜間的間隔保持恒定，并具有一使部分所述掩模和部分所述光波導(dǎo)膜暴露的窗口。
7.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)晶體制造方法，其特征在于，所述分隔件與所述掩模成一體，通過(guò)移動(dòng)所述成一體的分隔件將所述掩模結(jié)構(gòu)逐個(gè)傳遞至多個(gè)所述光波導(dǎo)膜。
8.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)晶體制造方法，其特征在于，所述光波導(dǎo)膜在光波導(dǎo)方向上的長(zhǎng)度短于所述掩模窗口的長(zhǎng)度，所述光波導(dǎo)膜在所述光波導(dǎo)膜平面內(nèi)垂直于所述光波導(dǎo)方向的一方向上的寬度大于所述掩模窗口的寬度。
9.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)晶體制造方法，其特征在于，所述各通道部分的橫截尺寸制成可讓多個(gè)所述帶電粒子通過(guò)，所述通道部分的尺寸小于構(gòu)成待形成于所述光波導(dǎo)膜上的周期結(jié)構(gòu)的一部分的橫截面尺寸，其折射率應(yīng)不同于所述光波導(dǎo)膜的折射率。
10.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)晶體制造方法，其特征在于，所述通道部分的所述橫截面尺寸為構(gòu)成待形成于所述光波導(dǎo)膜上的周期結(jié)構(gòu)的所述部分的尺寸的1/4或更大，其折射率不同于所述光波導(dǎo)膜的折射率。
11.如權(quán)利要求10所述的光學(xué)晶體制造方法，其特征在于，它還包括一個(gè)步驟，在對(duì)所述光波導(dǎo)中注入帶電粒子后，將所述光波導(dǎo)膜浸泡于一堿性水溶液中，其中，將所述光波導(dǎo)膜浸泡在所述堿性水溶液中，直到構(gòu)成所述周期結(jié)構(gòu)的所述各部分的尺寸在所述經(jīng)帶電粒子注入的部分因堿性水溶液而發(fā)生材料變化后基本達(dá)到構(gòu)成待形成于所述光波導(dǎo)膜上的所述周期結(jié)構(gòu)的各部分的尺寸。
12.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)晶體制造方法，其特征在于，具有一復(fù)合周期結(jié)構(gòu)的所述掩模的各所述周期結(jié)構(gòu)的格子常數(shù)，其尺寸為所述各周期結(jié)構(gòu)特定的波長(zhǎng)的0.4到0.6倍。
13.一種光學(xué)器件制造方法，使用一基底，它具有至少一個(gè)沿一光軸方向的直通結(jié)構(gòu)V形槽；一光波導(dǎo)膜，它包括一設(shè)置成與所述基底的V形槽的平面接觸的光學(xué)晶體；位于一入射光側(cè)的至少一光纖，它通過(guò)所述V形槽固定于具有入射光側(cè)和出射光側(cè)的所述波導(dǎo)膜的所述入射光側(cè)，并位于一含有所述光軸的、平行于所述基底的平面內(nèi)；以及位于所述出射光側(cè)并固定于所述出射光側(cè)的至少一個(gè)光纖，其中，所光學(xué)晶體通過(guò)這樣來(lái)制造，在一掩模上照射預(yù)定粒子或電磁波，所述掩模具有按照一為各區(qū)域預(yù)定的周期結(jié)構(gòu)而排列的通道部分以及一用以保持所述通道部分的掩?；祝鲫嚵械姆较?qū)?yīng)于所述光學(xué)晶體的基本格子矢量的方向，并且對(duì)應(yīng)于所述各區(qū)域中的至少一個(gè)所述基本格子矢量方向的所述陣列方向在所有所述區(qū)域上保持恒定。
14.如權(quán)利要求13所述的光學(xué)器件制造方法，其特征在于，所述V形槽的間隔與所述光學(xué)晶體的所述區(qū)域的長(zhǎng)度成比例地確定。
15.如權(quán)利要求13或14所述的光學(xué)器件制造方法，其特征在于，所述光學(xué)晶體的格子常數(shù)的尺寸為一個(gè)二維光學(xué)晶體的特定波長(zhǎng)的0.4到0.6倍。
16.如權(quán)利要求15所述的光學(xué)器件制造方法，其特征在于，所述光學(xué)晶體由許多孔形成，這些孔形成于一個(gè)從構(gòu)成所述光波導(dǎo)膜的一薄膜芯部到一覆蓋基底的范圍內(nèi)，并以二維和周期性的方式排列。
17.一種掩模，包括按照為各區(qū)域預(yù)定的一周期結(jié)構(gòu)排列通道部分；以及一保持所述通道部分的掩?；?，其中，所述掩模構(gòu)制成(a)當(dāng)用所述粒子照射時(shí)，所述粒子基本僅通過(guò)所述通道部分，或者(b)當(dāng)用所述電磁波照射時(shí)，按照所述周期結(jié)構(gòu)通過(guò)衍射效果在一預(yù)定膜片上產(chǎn)生一能量密度差，并且所述預(yù)定周期結(jié)構(gòu)至少在所述掩?；椎乃鱿噜弲^(qū)域之間彼此不同。
18.如權(quán)利要求17所述的掩模，其特征在于，所述各區(qū)域中的所述通道部分的所述陣列是一基于一個(gè)二維周期結(jié)構(gòu)的陣列，所述陣列的方向?qū)?yīng)于待用所述掩模制造于一預(yù)定膜片上的光學(xué)晶體的二維基本格子矢量的兩個(gè)方向，并且對(duì)應(yīng)于所述區(qū)域中的所述至少一個(gè)基本格子矢量的方向在所有所述區(qū)域上保持恒定。
19.如權(quán)利要求18所述的掩模，其特征在于，所述通道部分的周期、尺寸或形狀中的至少一者在所述區(qū)域之間彼此不同。
20.如權(quán)利要求17所述的掩模，其特征在于，所述粒子是帶電粒子，所述通道部分是供所述帶電粒子通過(guò)的通孔。
21.如權(quán)利要求17所述的掩模，其特征在于，所述掩?；子秒姶挪ㄕ丈?，所述通道部分的折射率不同于所述掩模基底的折射率。
22.一種掩模制造方法，包括步驟(a)，提供一掩?；?，它具有一預(yù)定的折射率；步驟(b)，在所述掩模基底上的多個(gè)位置注入粒子或照射電磁波，使得在所述掩模基底上的多個(gè)位置因折射波的干涉而產(chǎn)生能量密度差，從而改變所述掩?；自谒鑫恢玫恼凵渎?，其中，所述位置按照為所述掩?；咨系母鲄^(qū)域預(yù)定的一規(guī)則確定，并且所述預(yù)定規(guī)則至少在所述掩?；咨系南噜弲^(qū)域之間彼此不同。
23.一種掩模制造方法，包括步驟(a)，提供一掩?；?，它具有一預(yù)定的折射率；步驟(b)，在所述掩模基底上的多個(gè)位置形成通孔；以及步驟(c)，對(duì)所述通孔填充以一折射率不同于所述掩模基底的所述折射率的材料，其中，所述通孔的位置按照為所述掩模基底上的各區(qū)域預(yù)定的一規(guī)則而確定，并且所述預(yù)定規(guī)則至少在所述掩模基底上的所述相鄰區(qū)域之間彼此不同。
24.一種掩模制造方法，包括步驟(a)，提供一用于基本限制預(yù)定粒子通過(guò)的掩模基底；以及步驟(b)，用離子束或電子束在多個(gè)位置對(duì)所述掩?；资┘痈晌g刻，形成多個(gè)通孔，其中，所述位置按照為所述掩?；咨系母鲄^(qū)域預(yù)定的一規(guī)則確定，并且所述預(yù)定規(guī)則至少在所述掩?；咨系乃鱿噜弲^(qū)域之間彼此不同。
25.一種掩模制造方法，包括步驟(a)，提供一用于基本限制預(yù)定粒子通過(guò)的掩?；?；以及步驟(b)，用一在多個(gè)位置具有凸起的模具裝置在所述掩?；咨闲纬砂枷莼蛲祝渲?，所述位置按照為所述掩?；咨系母鲄^(qū)域預(yù)定的一規(guī)則確定，并且所述預(yù)定規(guī)則至少在所述掩?；咨系乃鱿噜弲^(qū)域之間彼此不同。
26.如權(quán)利要求25所述的掩模制造方法，其特征在于，所述步驟(b)是一個(gè)在所述掩模基底上形成所述凹陷的步驟，所述方法還包括步驟(c)，即對(duì)所述凹陷施加陽(yáng)極氧化而獲得通孔。
27.如權(quán)利要求25所述的掩模制造方法，其特征在于，所述凸起具有對(duì)應(yīng)于所述掩?；赘鲄^(qū)域的周期結(jié)構(gòu)，所述周期結(jié)構(gòu)是一基于一個(gè)二維基本格子矢量的二維陣列，由所述兩個(gè)基本矢量形成的一個(gè)角為60到90°，并且所述凸起的格子常數(shù)、尺寸或形狀中的至少一個(gè)在所述周期結(jié)構(gòu)之間彼此不同。
28.如權(quán)利要求27所述的掩模制造方法，其特征在于，所述各周期結(jié)構(gòu)的所述格子常數(shù)的尺寸為所述各周期結(jié)構(gòu)的特定波長(zhǎng)的0.4到0.6倍。
29.一種光學(xué)器件，包括一基底，它具有至少一個(gè)在一光軸方向上的V形槽；一光波導(dǎo)膜，它包括一設(shè)置成與所述基底的V形槽的平面接觸的光學(xué)晶體膜；位于一入射光側(cè)的至少一光纖，它通過(guò)所述V形槽固定于具有入射光側(cè)和出射光側(cè)的所述波導(dǎo)膜的所述入射光側(cè)，并位于一含有所述光軸的、平行于所述基底的平面內(nèi)；以及位于所述出射光側(cè)并固定于所述出射光側(cè)的至少一光纖，其中，所述光學(xué)晶體膜按照為各區(qū)域預(yù)定的一周期陣列而具有帶不同折射率的位置，至少一個(gè)所述周期陣列的方向與所有所述區(qū)域中的所述光軸方向相匹配。
30.一種光學(xué)晶體膜，包括一光學(xué)晶體膜本體，它具有一第一折射率；以及一個(gè)部分，它具有一不同于所述第一折射率的折射率，該折射率按照為所述光學(xué)晶體膜的各區(qū)域預(yù)定的一周期陣列而存在，其中，至少一個(gè)所述周期陣列的方向與所有所述區(qū)域中的光軸方向?qū)R。
全文摘要
本發(fā)明提供了光學(xué)晶體制法、掩模、掩模制法及光學(xué)器件制法。在現(xiàn)有的具有單一周期的光學(xué)晶體的情況下，必須按光軸對(duì)齊或以光波導(dǎo)中轉(zhuǎn)來(lái)串聯(lián)地連接各波長(zhǎng)的光學(xué)晶體。鑒于這一問(wèn)題，本發(fā)明提供了這樣一種解決方案。沿同一基底，孔按二維周期排列的二維周期結(jié)構(gòu)具有在共同的基本格子矢量方向多個(gè)排列的構(gòu)造。將所述各二維周期結(jié)構(gòu)的孔的形狀和周期不同的復(fù)合周期結(jié)構(gòu)體作為掩模，在平板型波導(dǎo)的薄膜芯部上疊加所述掩模。借助通過(guò)所述掩模向薄膜芯部注入離子束，可將所述掩模的二維的多周期構(gòu)造傳遞給所述薄膜芯部。
文檔編號(hào)G02F1/01GK1424596SQ02156170
公開(kāi)日2003年6月18日 申請(qǐng)日期2002年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月13日
發(fā)明者浜田英伸 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社