專利名稱：具有兩個(gè)不同通道的光學(xué)模式適配器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有兩不同通道的光學(xué)模式適配器。
本發(fā)明的領(lǐng)域?yàn)榧晒鈱W(xué)領(lǐng)域，在所述領(lǐng)域中，物鏡可在同一基片上實(shí)現(xiàn)許多模塊。所述裝置的基本元件為可在不同模塊間傳輸光能的波導(dǎo)。
背景技術(shù)：
通常關(guān)心的問(wèn)題即是盡可能限制集成裝置的體積，波導(dǎo)的尺寸因而要盡可能小，因此支持一縮小傳播模。另外，還可把所述裝置連接到任何一外部設(shè)備上，這一般是通過(guò)光纖來(lái)實(shí)施。但光纖為支持一擴(kuò)散傳播模的波導(dǎo)，其空間擴(kuò)散比集成裝置中采用的縮小模式大得多。
顯然，兩不同幾何形狀的波導(dǎo)之間的聯(lián)接會(huì)導(dǎo)致光學(xué)損耗。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提出一較小損耗的光學(xué)模式適配器。
根據(jù)本發(fā)明，適配器在光學(xué)基片上有第一通道和第二通道，以分別把第一波導(dǎo)和第二波導(dǎo)連接到其第一、第二端上，所述兩通道覆蓋有至少一導(dǎo)引層，第一通道的折射率比第二通道的小。
因此，折射率適合兩通道內(nèi)不同傳播模的所需幾何特征。
第一通道的寬度通常比第二通道的略大。
最好，適配器有一適配元件，兩通道在所述適配元件中相接觸，所述適配元件的第一、二端分別安放在適配器的第一、二端附近，第一通道的寬度從適配元件的第一端向第二端逐漸減小。另外，若可能，第一通道的寬度在所述適配元件的第二端處為零。
同樣，第二通道的寬度從適配元件的第二端向第一端逐漸減小，在所述適配元件的第一端處很可能為零。
適配元件第二端很可能與適配器第二端重合。
另外，導(dǎo)引層的折射率比基片的大。
有利地是，適配器包括至少一覆蓋層，所述覆蓋層沉積在導(dǎo)引層上，所述覆蓋層的折射率小于導(dǎo)引層及通道的折射率。
根據(jù)適配器的第一實(shí)施方式，所述通道中至少之一集成在基片中。
根據(jù)適配器的第二實(shí)施方式，所述通道中至少之一突出在基片上。
另一方面，導(dǎo)引層的折射率等于基片的折射率乘以大于1.001的一系數(shù)。
一般地，導(dǎo)引層組的厚度在1到20微米之間。
本發(fā)明還提出了第一種制造適配器的方法，所述方法包括以下各步驟——在所述基片上實(shí)施一用于限定所述通道C1、C2中至少一個(gè)的圖形M的掩模，——對(duì)帶掩模的基片進(jìn)行離子注入，——去掉所述掩模，——將所述導(dǎo)引層沉積在基片上。
第二種方法包括以下各步驟——對(duì)基片進(jìn)行離子注入，——在所述基片上實(shí)施一用于限定所述通道C1、C2中至少一個(gè)的圖形M的掩模，——蝕刻所述基片到一個(gè)深度，該深度至少等于離子注入的深度，——去掉所述掩模，——將所述導(dǎo)引層沉積在基片上。
最好，所述前兩種方法包括緊接在離子注入基片后的所述基片退火的步驟。
第三種方法包括以下各步驟——在所述含有活動(dòng)離子的基片上覆蓋一用于限定所述通道C1、C2中至少一個(gè)的圖形M的掩模；——把帶掩模的基片浸入含可極化離子的一浴槽中，——去掉所述掩模，——將所述導(dǎo)引層沉積在基片上。
第四種方法包括以下各步驟——沉積折射率比所述基片的大的第一層，——在所述基片上覆蓋用于限定所述第一通道C1的第一掩模，——蝕刻基片，——去掉所述第一掩模，——沉積第二層，——在所述基片上覆蓋用于限定所述第二通道C2的第二掩模，——蝕刻基片，——去掉所述第二掩模，——將所述導(dǎo)引層沉積在基片上。
另一方面，所述方法適合實(shí)現(xiàn)適配器的上述不同特征。


后文將參照附圖所示的實(shí)施例，舉例更詳細(xì)地描述本發(fā)明。附圖中——圖1為適配器基體結(jié)構(gòu)的一俯視簡(jiǎn)圖，——圖2為改進(jìn)后適配器的一俯視簡(jiǎn)圖，——圖3為適配器的一剖面圖，——圖4示出了根據(jù)第一實(shí)施變型的適配器的制造，——圖5示出了根據(jù)第二實(shí)施變型的適配器的制造，——圖6為薄層型適配器的一剖面圖。
出現(xiàn)在不同圖中的相同元件只采用唯一的、相同的標(biāo)號(hào)。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，在其基體結(jié)構(gòu)中，第一端11、第二端12限定的適配器1包括一適配元件2，所述適配元件具有第一21端、第二端22相對(duì)于適配器的1相應(yīng)端部放置。
適配元件的第二端22可能與適配器第二端12合在一起。
矩形狀的第一通道C1沿一縱軸從適配器第一端11向適配元件的第二端22延伸。寬度比第一通道C1小、也為矩形狀的第二通道C2沿同一縱軸從適配器第二端12向適配元件的第一端21延伸。在適配元件2中的第二通道C2的部分和第一通道C1部分重疊，確定了一耦合段。
第一通道C1的折射率比第二通道C2的小。
此處小于第一通道C1寬度的第二通道C2的寬度很可能等于或略大于第一通道。
盡管適配元件2并非必可缺少，但它可明顯地降低兩通道之間的耦合損耗。
如圖2所示，所述適配元件的結(jié)構(gòu)可最優(yōu)化，為此，確定了一調(diào)校標(biāo)記23，所述調(diào)校標(biāo)記為垂直于適配器的軸的一條直線，位于適配元件的兩端21、22之間。
第一通道C1外輪廓的寬度從所述適配元件的第一端21直至調(diào)校標(biāo)記23處逐漸減小。此處，所述減小為線性的，但它也可呈拋物線、指數(shù)或其它任何性質(zhì)。然后，所述寬度在調(diào)校標(biāo)記23和適配元件第二端22之間大致不變，在所述適配元件之外略大于第二通道C2的寬度。第一通道C1的剩余寬度，其相當(dāng)于減小的所述第一通道外輪廓的寬度和第二通道C2的寬度可相互抵消。
第二通道C2的寬度在適配元件第二端22和調(diào)校標(biāo)記23之間大致不變，然后開始減小，直至適配元件第二端21，甚至可在所述端處減為零。
當(dāng)然，適配元件2可為任何形狀，重要的是，兩通道C1、C2在其至少一面上相接觸或幾乎接觸到。因此，圖1、2中交錯(cuò)的所述兩通道，可并置、重疊或根據(jù)至少一共同面搭接。
根據(jù)一優(yōu)化實(shí)施方式，適配器采用離子注入技術(shù)實(shí)施。
如圖3a所示，基片為二氧化硅或硅，或可產(chǎn)生熱氧化物，或可沉積一二氧化硅或其它材料的層。因此，它有一上表面或光學(xué)基片31，所述基片通常為二氧化硅，厚度例如在5至20微米之間。此處，離子注入法實(shí)施而成的第一通道C1集成在光學(xué)基片中，而所述光學(xué)基片又覆蓋有一導(dǎo)引層33。通道折射率當(dāng)然比二氧化硅的大。5微米厚的導(dǎo)引層例如為加了摻雜的二氧化硅，其折射率大于光學(xué)基片的折射率，例如為0.3％。它還可能由薄層疊放而成。最好，同樣由薄層疊放形成的覆蓋層34被置于導(dǎo)引層33上。厚度也為5微米的所述覆蓋層34，其折射率小于導(dǎo)引層及通道的折射率；在這種情況下，它為未摻雜的二氧化硅。
如圖4a所示，第一種制造適配器的方法包括第一步驟，即在光學(xué)基片31上實(shí)施第一掩模42，這采用了傳統(tǒng)的光刻法。所述掩模42為樹脂、金屬或離子注入時(shí)可構(gòu)成不可逾越的屏障的其它任何材料。掩模還可能通過(guò)直接寫入法獲得。它再現(xiàn)了對(duì)應(yīng)兩通道C1、C2接合的一圖形M。
如圖4b所示，圖形M由離子注入帶掩?；卸a(chǎn)生。例如，為了注入鈦，第一通道C1所需的注入劑量D1在1016/cm2和1018/cm2之間，而能量在數(shù)十和數(shù)百千電子伏之間。
如圖4c所示，去掉第一掩模，例如采用化學(xué)蝕刻法。
下一步驟即在光學(xué)基片31上實(shí)施第二掩模，所述基片可再現(xiàn)第二通道C2的形狀。所述第二通道由在帶掩?；凶⑷雱┝?D2-D1)在1016/cm2和1018/cm2之間的離子，這樣，其最后注入劑量為D2。再去掉掩模。
相對(duì)于第一掩模，第二掩模位置的準(zhǔn)確性必須要高，調(diào)校標(biāo)記23和適配元件第二端22之間的第一通道C1的寬度在所述適配元件之外略大于第二通道C2的寬度。另外，在適配元件第一端21處的第二通道C2的寬度，并非完全為零，因?yàn)閷?shí)際上不可能在掩模上實(shí)施理想的一點(diǎn)。
再對(duì)基片退火，以降低兩通道內(nèi)的傳播損耗。例如，溫度介于400到500攝氏度之間，空氣受到控制，或?yàn)樽杂煽諝?，而時(shí)間約為數(shù)十小時(shí)。
如圖4d所示，因而，可采用任何一種已知技術(shù)把導(dǎo)引層33放在基片31上，只要所述技術(shù)可產(chǎn)生一種折射率易控制的低損耗材料。最后，覆蓋層34可能放在導(dǎo)引層18上。
如圖3b所示，第一通道C1的折射率相對(duì)較小，例如為1.56，這樣，擴(kuò)展傳播模GM可在導(dǎo)引層33上大范圍延伸。選擇所述通道的寬度，例如7.5微米，及所述導(dǎo)引層的厚度，使傳播模GM和單模光纖的傳播模盡可能相近。這樣，光纖的耦合系數(shù)值可達(dá)90％。導(dǎo)引模的有效折射率小于導(dǎo)引層及通道的折射率；它大于頂面31及覆蓋層34的折射率。
如圖3c所示，第二通道C2支持縮減傳播模PM，所述模式接近未注入導(dǎo)引層的波導(dǎo)的模式。因而，通道折射率相對(duì)較高，如1.90。所述通道的寬度明顯減小。導(dǎo)引模的效率比導(dǎo)引層的大，比通道的小?？s減模PM的橫向限制很大。
可看到，現(xiàn)在實(shí)施離子注入時(shí)，注入離子的劑量相當(dāng)精確，一般為1％。二氧化硅光學(xué)基片的折射率沒有或幾乎沒有變化，因此，得到的通道折射率相當(dāng)準(zhǔn)確。例如，若注入1016/cm2或1017/cm2劑量的鈦，折射率的準(zhǔn)確度可達(dá)10-4或10-3。研究擴(kuò)散傳播模GM時(shí)，所述準(zhǔn)確度特別重要，因?yàn)榈谝煌ǖ赖恼凵渎适窍喈?dāng)敏感地影響光纖耦合的一參數(shù)。
如圖5a所示，第二種制造適配器的方法包括第一步驟，即注入整個(gè)光學(xué)基片31。劑量D1和注入能量和第一通道C1的相對(duì)應(yīng)。
下一步驟在于采用上述方法，在光學(xué)基片31上實(shí)施和第二掩模相同的一掩模。所述第二通道因而注入劑量(D2-D1)，再去掉掩模。
如圖5b所示，下一步驟在于在基片31上實(shí)施一新掩模51。所述掩模確定了和第一種方法中使用的第一掩模的圖形互補(bǔ)的一圖形，但它不必經(jīng)過(guò)注入步驟。
如圖5c所示，圖形25可通過(guò)在光學(xué)基片上蝕刻一深度而獲得，所述深度至少等于注入深度。任何已知蝕刻技術(shù)都適合，只要所述技術(shù)能獲得可接受的幾何特征，尤其是側(cè)面圖及表面狀況。
此處可看出，第一種方法的優(yōu)勢(shì)在于確定了一波導(dǎo)，所述波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)完全是平的，因?yàn)樗鼪]有經(jīng)過(guò)蝕刻步驟。
如圖5d所示，去掉掩模，此處基片也被退火。于是，導(dǎo)引層33及可能還有覆蓋層34被根據(jù)第一種方法沉積。
根據(jù)所述第二種方法的一變型，第一步驟在于在整個(gè)光學(xué)基片31中注入一劑量(D2-D1)。下一步驟在于實(shí)施確定第二通道C2的一掩模，再蝕刻基片以確定所述第二通道。于是，向基片注入劑量D1，下一步驟在于實(shí)施掩模，所述掩模確定了和第一種方法中使用的第一掩模的圖形互補(bǔ)的一圖形。再蝕刻基片，沉積導(dǎo)引層。
第三種方法應(yīng)用了離子交換技術(shù)。在此情況下，基片為含有相對(duì)低溫下活動(dòng)離子的一玻璃，硅酸鹽玻璃中例如含有氧化鈉?；灿幸谎谀?，相對(duì)于第一種方法，注入步驟被浸入含可極化離子如銀或鉀的溶液中的一步驟取代。因此，圖形通過(guò)在和基片的活動(dòng)離子交換可極化離子后增加折射率來(lái)實(shí)現(xiàn)。然后，一般地，通道由于施加垂直于基片表面的一電場(chǎng)而被掩藏(enterré)。
所述第三種方法相當(dāng)簡(jiǎn)便。但它需選擇一特別基片，所述基片不一定具有所有所需特性。另外，由于離子大量橫向擴(kuò)散，空間分辨率受到限制。
第四種方法應(yīng)用了薄層技術(shù)。一般地，基片上表面為二氧化硅。折射率比二氧化硅大的第一層61，通過(guò)任何已知技術(shù)如火法水解沉積(英文稱為《Flame Hydrolysis Deposition》)，加或不加等離子的高溫或低壓相化學(xué)沉積，真空蒸發(fā)，陰極噴射或離心法沉積，沉積在光學(xué)基片上。所述層通常為添雜的二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅，還可使用聚合物或溶膠-凝膠。因而，確定第一通道C1及耦合段S的掩模施放在沉積層61上。再采用化學(xué)蝕刻或干蝕刻如等離子蝕刻、反應(yīng)離子蝕刻或離子束蝕刻法，實(shí)現(xiàn)所述通道。
蝕刻后去掉掩模，第二層62被沉積。進(jìn)行新一蝕刻步驟前，確定第二通道C2的另一掩模隨后施放在第二層62上。于是，導(dǎo)引層33施放在兩通道上。
此處，要相當(dāng)準(zhǔn)確重疊兩掩模可能會(huì)遇到困難。
根據(jù)一變型，為避免兩通道搭接時(shí)產(chǎn)生移動(dòng)，用于蝕刻第一層61的掩模確定第一通道C1而沒有耦合段S。
很難控制所述方法必需的蝕刻操作，無(wú)論是空間分辨率，還是通道側(cè)面的表面狀況，所述特征直接會(huì)影響適配器的傳播損耗。
選擇上面所述的本發(fā)明的實(shí)施例是因?yàn)槠渚唧w特征。但不可能完全涵蓋本發(fā)明涉及到的所有實(shí)施方式。尤其所描述的各步驟或各裝置，可用等同步驟或裝置代替，這并未超出本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)模式適配器，所述適配器包括在光學(xué)基片(31)上的第一通道C1和第二通道C2，以把第一波導(dǎo)和第二波導(dǎo)分別連接到其第一端(11)和第二端(12)，其特征在于，所述兩通道覆蓋有至少一導(dǎo)引層(33)，第一通道C1的折射率比第二通道C2的小。
2.按照權(quán)利要求1所述的適配器，其特征在于，第一通道C1的寬度比第二通道C2的大。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的適配器，其特征在于，它包括一適配元件2，兩通道C1、C2在所述適配元件中相接觸，所述適配元件的第一端(21)和第二端(22)分別布置在適配器的第一端(11)和第二端(12)附近，第一通道C1的寬度從所述適配元件的第一端(21)向第二端(22)逐漸減小。
4.按照權(quán)利要求3所述的適配器，其特征在于，第一通道C1的寬度在所述適配元件的第二端(22)處為零。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的適配器，其特征在于，它包括一適配元件(2)，兩通道C1、C2在所述適配元件中相接觸，所述適配元件的第一端(21)和第二端(22)分別布置在適配器的第一端(11)和第二端(12)附近，第二通道C2的寬度從所述適配元件的第二端(22)向第一端(21)逐漸減小。
6.按照權(quán)利要求5所述的適配器，其特征在于，第二通道C2的寬度在所述適配元件第一端(21)處為零。
7.按照權(quán)利要求3至6任一項(xiàng)所述的適配器，其特征在于，所述適配元件第二端(22)與適配器第二端(12)重合。
8.按照上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的適配器，其特征在于，所述導(dǎo)引層(33)的折射率比基片(31)的大。
9.按照上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的適配器，其特征在于，它包括至少一覆蓋層(34)，所述覆蓋層被設(shè)置在所述導(dǎo)引層(33)上，所述覆蓋層的折射率小于導(dǎo)引層的折射率及所述通道C1、C2的折射率。
10.按照上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的適配器，其特征在于，所述通道C1、C2中至少之一集成在所述基片(31)中。
11.按照權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的適配器，其特征在于，所述通道C1、C2中至少之一突出在所述基片(31)上。
12.按照上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的適配器，其特征在于，所述導(dǎo)引層(33)的折射率等于所述基片(31)的折射率乘以大于1.001的一系數(shù)。
13.按照上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的適配器，其特征在于，導(dǎo)引層(33)組的厚度在1到20微米之間。
14.按照上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的適配器，其特征在于，所述通道C1、C2中至少之一由在所述基片(31)中注入離子而形成。
15.按照權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的適配器的制造方法，其特征在于，它包括以下各步驟——在所述基片(31)上實(shí)施一用于限定所述通道C1、C2中至少一個(gè)的圖形M的掩模，——對(duì)帶掩模的基片進(jìn)行離子注入，——去掉所述掩模，——將所述導(dǎo)引層(33)沉積在基片上。
16.按照權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的適配器的制造方法，其特征在于，它包括以下各步驟——對(duì)基片(31)進(jìn)行離子注入，——在所述基片上實(shí)施一用于限定所述通道C1、C2中至少一個(gè)的圖形M的掩模，——蝕刻所述基片(31)到一個(gè)深度，該深度至少等于離子注入的深度，——去掉所述掩模，——將所述導(dǎo)引層(33)沉積在基片上。
17.按照權(quán)利要求15或16所述的方法，其特征在于，它包括緊隨在離子注入步驟后的一基片31退火步驟。
18.按照權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的適配器的制造方法，其特征在于，它包括以下各步驟——在所述含有活動(dòng)離子的基片(31)上覆蓋一用于限定所述通道C1、C2中至少一個(gè)的圖形M的掩模；——把帶掩模的基片浸入含可極化離子的一浴槽中，——去掉所述掩模，——將所述導(dǎo)引層(33)沉積在基片上。
19.按照權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的適配器的制造方法，其特征在于，它包括以下各步驟——沉積折射率比所述基片(31)的大的第一層(61)，——在所述基片(31)上覆蓋用于限定所述第一通道C1的第一掩模，——蝕刻基片(31)，——去掉所述第一掩模，——沉積第二層(62)，——在所述基片(31)上覆蓋用于限定所述第二通道C2的第二掩模，——蝕刻基片(31)，——去掉所述第二掩模，——將所述導(dǎo)引層(33)沉積在基片上。
全文摘要
本發(fā)明提出了一光學(xué)模式適配器，所述適配器包括在光學(xué)基片(31)上有第一通道(C1)和第二通道(C2)，以把第一波導(dǎo)和第二波導(dǎo)分別連接到其第一(11)、第二(12)端上。所述兩通道覆蓋有至少一導(dǎo)引層(33)，第一通道(C1)的折射率比第二通道(C2)的小。
文檔編號(hào)G02B6/14GK1639604SQ03805040
公開日2005年7月13日 申請(qǐng)日期2003年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月1日
發(fā)明者斯蒂芬·逖斯蘭德, 勞蘭特·洛克斯, 法畢安·瑞維爾賽特, 索菲·雅各布, 羅多維克·艾索貝斯, 埃瑪紐埃爾·德魯阿爾 申請(qǐng)人:西利奧斯技術(shù)公司