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光子量子環(huán)孔發(fā)射器的對接耦合結(jié)構(gòu)和方法

文檔序號:7222968閱讀:273來源:國知局
專利名稱:光子量子環(huán)孔發(fā)射器的對接耦合結(jié)構(gòu)和方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及光發(fā)射器件的光耦合;并且,尤其是,涉及使用光纖 的PQR (光子量子環(huán))孔發(fā)射器的對接耦合結(jié)構(gòu)和對接耦合方法。
背景技術(shù)
如本領(lǐng)域所公知,用于光通信的甚高數(shù)據(jù)速率中樞網(wǎng)絡(luò)使用例如 高質(zhì)量激光二極管(LD) /光電二極管(PD)、光開關(guān)、高速路由器、 DWDM (密集波分復(fù)用)器件、交叉連接器件等的有源元件。同時,對 于需求量大的用戶網(wǎng)絡(luò),使用高效的、可簡單制造的、可靠和低價格 的元件是重要的。尤其是,光器件(例如激光器)的高效光偶合對光 性能來說是必須的。至于用于通過匹配光器件和光纖之間的模式輪廓 的方式獲得增強的對接耦合效率的多種方法,己經(jīng)提出經(jīng)由諸如微透 鏡或光纖尖的無源光器件的光耦合或直接耦合方法。然而,在使用微 透鏡的光耦合方法中,需要在微米級內(nèi)執(zhí)行微透鏡和光纖之間的光軸 對準,并且此外,對于組裝它們的特定裝置等,需要高的成本。至于 光纖尖,使用透鏡光纖或熔錐光纖。在這種情況下,在微透鏡和光器 件之間需要合適的工作距離,這加長了光纖的前端。至于相關(guān)信息,有報道"Development of TEC lensed ribbon fiber for optical devices packaging", 由 Electronics and Telecommunications Research Institute, Korea, 2003年11月11日出版。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題因此,本發(fā)明的目的是提供例如PQR孔發(fā)射器的光器件的對接耦 合結(jié)構(gòu)和方法,通過使用光纖,其能夠提高PQR孔發(fā)射器的光耦合 強度。技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明,提供了一種光耦合結(jié)構(gòu),其包括具有PQR孔的PQR孔發(fā)射器;以及一端插入PQR孔的光纖,其中,折射率匹配溶 液被注入PQR孔以粘合光纖和PQR孔。根據(jù)本發(fā)明,提供了一種具有PQR孔的PQR孔發(fā)射器的對接耦 合方法,所述方法包括步驟將光纖的一端形成為比其直徑更細;將 所述光纖的一端插入PQR孔中;以及使用折射率匹配溶液粘合光纖 和PQR孔。根據(jù)本發(fā)明,提供了一種具有PQR孔的PQR孔發(fā)射器的對接耦 合方法,所述方法包括步驟將光纖的一端形成為比其直徑更細;以 及將所述光纖的一端插入PQR孔中。根據(jù)本發(fā)明,提供了一種具有PQR孔的PQR孔發(fā)射器的對接耦 合方法,所述方法包括步驟將光纖的一端插入PQR孔中;以及使 用折射率匹配溶液粘合光纖和PQR孔。 有益效果如上述,為了與PQR孔發(fā)射器耦合,將被刻蝕的光纖插入PQR 孔發(fā)射器的PQR孔中,并且然后,將折射率匹配溶液注入PQR孔, 由此以低成本實施光耦合結(jié)構(gòu)。結(jié)果,發(fā)現(xiàn)這種光耦合結(jié)構(gòu)提供了增 加的耦合效率。


從結(jié)合附圖給出的優(yōu)選實施例的下述描述,本發(fā)明的上述和其它目的和特征將變得明顯,其中圖1示出根據(jù)本發(fā)明的PQR孔發(fā)射器的對接耦合結(jié)構(gòu); 圖2示出PQR孔發(fā)射器的橫截面視圖; 圖3描述PQR孔發(fā)射器的頂視圖;圖4提供根據(jù)本發(fā)明的PQR孔發(fā)射器的對接耦合方法的流程圖; 圖5提供根據(jù)本發(fā)明的方法的被化學(xué)地刻蝕的多模光纖的CCD圖 像,其被以1000倍的光學(xué)放大倍率放大;圖6是示出PQR孔發(fā)射器的光強隨距離變化的示圖,例如0 =7pm),其中施加的電流I二2mA,其是在10pm的基礎(chǔ)上從孔的垂直 中心軸以上和孔的邊緣以上將被刻蝕的多模光纖分開時測得的;圖7是表示用于比較光譜^A,和光譜'B,的示圖,光譜'A, 是在光纖剛插入孔時獲得的(例如0 = 7nm, I二2mA),光譜<B, 是在向具有在其中插入的光纖的孔中滴入光刻膠稀釋溶液后產(chǎn)生最 大輸出時獲得的;圖8解釋依賴于PQR孔發(fā)射器的大小的對接耦合效果并且也表示 依賴于孔大小的光強,其分別是在向孔中滴入光刻膠稀釋溶液后產(chǎn)生 最大輸出時和只在PQR孔插入被刻蝕的光纖時測得的。
具體實施方式
將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的PQR孔發(fā)射器的對接耦合方法的 優(yōu)選實施例。參照圖1,示出了根據(jù)本發(fā)明的具有光纖設(shè)于其中的PQR孔發(fā)射 器的對接耦合結(jié)構(gòu)。光纖10包括多模光纖,其一側(cè)具有尖端15。尖端15插入在PQR 孔發(fā)射器20的周邊形成的孔25中。PQR孔發(fā)射器20是PQR激光器之一,尤其是凸-回音壁 (convex-whispering gallery)模式激光器,其中,光從凸起的邊界表 面發(fā)射。此外,將可變折射率匹配粘合劑30注入到具有尖端15的孔25中, 由此耦合光纖10和PQR孔發(fā)射器20。所述折射率匹配粘合劑包括 光刻膠或其稀釋溶液。同時,為了有助于容易理解本發(fā)明,將如下解釋關(guān)于PQR孔發(fā)射 器的背景技術(shù)。PQR激光器(參照,J.C.Ahn等,"Photonic Quantum Ring", Phys. Rev. Lett. Vol. 82(3), pp. 536-539, Jan. 1999;以及美國專利6519271 B2 號,題目為"PHOTONIC QUANTUM RING LASER DIODE")通常具有量子線的特性并且因此能夠以幾的最小閾值電流工作。此外, 依賴于溫度的波長漂移與溫度的方根成比例,使得能夠在較高的工作溫度穩(wěn)定波長。因此,PQR激光器能夠用作用于處理高容量信息的光集成電路所需的光源。這種PQR激光器制造成臺面結(jié)構(gòu)。光子被環(huán)形Rayleigh-Fabry-Perot諧振腔中的全反射限制的PQR 激光器以三維WGM (回音壁模式)振蕩。自Rayleigh,s凹陷原理以 來發(fā)展的WGM器件都基于在凹面表面上的全反射,并且臺面型PQR 激光器也屬于此類。然而,與臺面型激光器一樣,WGM器件最近能夠在凸-WGM的 反臺面型PQR激光器中發(fā)光和激射。圖2和3示出反向臺面型PQR激光器的配置。如圖2中所示,使用外延生長技術(shù)在基底103上形成n-DBR (n-型分布布拉格反射鏡)102、有源區(qū)101、以及p-DBR (p-型分布布 拉格反射鏡)100,以由此形成PIN型半導(dǎo)體晶片。然后,將離子(例 如H+離子)垂直注入到PIN型半導(dǎo)體,而剩下要以規(guī)則間隔形成孔 的區(qū)域。順次地,PIN型半導(dǎo)體具有離子注入?yún)^(qū)111和剩余區(qū),即在 其上形成孔113的非注入?yún)^(qū)120。如后面將公開的,離子注入?yún)^(qū)111 用作在孔之間絕緣。注入H+離子后,使用CAIBE (化學(xué)輔助離子束刻蝕)刻蝕PIN 型半導(dǎo)體上的每個非注入?yún)^(qū)i20以形成孔113。這里,參考數(shù)字130 表示孔113中的以硫處理的并然后被鍍上氮化硅(SiN》膜的鈍化膜。隨后,如圖3中所示,將線形p-型電極121連接到每個孔113周 圍(即具有孔113的非注入?yún)^(qū)120)用于分別向那里施加電流,以由 此形成反向臺面型PQR激光器。2005年10月提交的韓國專利申請 號中充分公開了關(guān)于PQR激光器的描述。現(xiàn)在參照圖4,提供了解釋根據(jù)本發(fā)明的對接耦合方法的流程圖。首先,在步驟S310,制備了多模光纖10用于執(zhí)行PQR孔發(fā)射器 20的對接耦合,并且化學(xué)地刻蝕該多模光纖10的一端以使得該光纖 的一端15為尖的,該端直徑小于多模光纖10的直徑。更具體地,使 用HF和硅油界面上的表面張力刻蝕多模光纖10,使得一端的直徑變 為約2|am。因此,多模光纖10的該端變?yōu)榧獾幕蝈F形的,如圖5中 所示。這里,光纖10的端15充分尖足以插入孔25中并與其耦合。接下來,在步驟S320,將光纖10的尖端15插入PQR孔發(fā)射器 20的孔25中。在這種插入的狀態(tài),在步驟S330,通過使用可變折射率匹配粘合 劑30,光纖10和PQR孔發(fā)射器20經(jīng)由孔25相互耦合。因此,獲 得了 PQR孔發(fā)射器的對接耦合結(jié)構(gòu)??蛇x地,由于PQR孔不規(guī)則,能夠增強折射率匹配溶液的粘合強 度。換句話說,甚至如果光纖的端部不尖,當光纖與不規(guī)則的孔耦合 時,環(huán)氧成分的折射率匹配溶液的粘合強度得到了大的增強,由此使 得提供穩(wěn)定的耦合元件。此外,在本發(fā)明中,代替多模光纖,單模光纖能夠與PQR孔發(fā)射 器光學(xué)地耦合。然而,在使用單模光纖的情況下,與多模光纖與PQR 孔發(fā)射器耦合的情況相比,光強下降了。圖6是示出PQR孔發(fā)射器的光強變化的示圖(例如0 = 7pm), 其中注入的電流I=2mA,其是在10pm的基礎(chǔ)上從孔的垂直中心軸 以上和孔的邊緣以上將被刻蝕的多模光纖分開時測得的。如從圖6所 知,當在PQR孔的周邊測量的情況下多模光纖在周邊表面附近時和 當在PQR孔的周邊測量的情況下多模光纖浮置于PQR孔的內(nèi)部以上 約90(am時,獲得最大光強。這表示PQR孔發(fā)射器沿PQR孔的周邊 而不是沿孔的內(nèi)部振蕩。因此,當光纖剛插入PQR孔25時,光輸出 低,如圖7的發(fā)射光譜'A'所表示的。然而,如果使用光刻膠稀釋溶 液作為可變折射率匹配粘合劑30用于耦合光纖10和PQR發(fā)射器20, 則光輸出提高13倍,如圖7的光譜'B'所示。圖8表示依賴于PQR孔發(fā)射器的大小的光強。圖8的符號'〇' 表示在PQR孔發(fā)射器的孔直徑分別為7(im、 17pm、以及22pm的情 況下,當將光纖插入孔中而不使用光刻膠稀釋溶液時測得的光強。圖 8的符號'參'表示在向具有上述直徑的孔中滴入光刻膠稀釋溶液后 測得的光強。如從圖8所能看到的,在滴入光刻膠稀釋溶液后,光強 大大增強了。同時,由例如(Al)GaAs制成的PQR孔發(fā)射器具有約5(^m的可激 射的臨界直徑。如果PQR孔發(fā)射器具有比那更大的直徑,則表示LED的光發(fā)射模式。然而,如果PRQ孔發(fā)射器具有大于30pm到40pm的 直徑,則其激射條件被擾亂。借助于使用折射率匹配溶液,不管外部影響,能夠增強光耦合強度。此外,應(yīng)當理解,PQR孔發(fā)射器能夠位于臺面的中心。在這種情 況下,使用來自PQR孔和臺面的發(fā)射是可能的。雖然參照優(yōu)選實施例示出和描述了本發(fā)明,但是本領(lǐng)域技術(shù)人員 應(yīng)當理解,可以作出多個改變和修改而不脫離如權(quán)利要求所規(guī)定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1、一種光耦合結(jié)構(gòu),包括具有PQR孔的PQR孔發(fā)射器;以及一端插入所述PQR孔的光纖,其中,折射率匹配溶液被注入到所述PQR孔以粘合所述光纖和所述PQR孔。
2、 如權(quán)利要求1所述的光耦合結(jié)構(gòu),其中,所述光纖是多模光纖。
3、 如權(quán)利要求1所述的光耦合結(jié)構(gòu),其中,所述光纖是單模光纖。
4、 如權(quán)利要求1所述的光耦合結(jié)構(gòu),其中,所述光纖的所述一 端被通過化學(xué)刻蝕弄尖。
5、 如權(quán)利要求1所述的光耦合結(jié)構(gòu),其中,所述折射率匹配溶 液是光刻膠或光刻膠稀釋溶液。
6、 一種具有PQR孔的PQR孔發(fā)射器的對接耦合方法,所述方 法包括步驟將光纖的一端形成為比其直徑更細; 將所述光纖的所述一端插入所述PQR孔;以及 使用折射率匹配溶液粘合所述光纖和所述PQR孔。
7、 如權(quán)利要求6所述的方法,其中,所述光纖包括多模光纖。
8、 如權(quán)利要求6所述的方法,其中,所述光纖包括單模光纖。
9、 如權(quán)利要求6所述的方法,其中,所述光纖的所述一端通過 化學(xué)刻蝕形成。
10、 如權(quán)利要求6所述的方法,其中,所述折射率匹配溶液是光 刻膠或光刻膠稀釋溶液。
11、 一種具有PQR孔的PQR孔發(fā)射器的對接耦合方法,所述方 法包括步驟將光纖的一端形成為比其直徑更細;以及 將所述光纖的所述一端插入所述PQR孔。
12、 如權(quán)利要求11所述的方法,還包括注入折射率匹配溶液到 PQR孔以粘合所述光纖和所述PQR孔的步驟。
13、 一種具有PQR孔的PQR孔發(fā)射器的對接耦合方法,所述方 法包括步驟將光纖的一端插入所述PQR孔;以及 使用折射率匹配溶液粘合所述光纖和所述PQR孔。
14、 如權(quán)利要求13所述的方法,其中,所述光纖的所述一端通 過化學(xué)刻蝕形成以具有錐形形狀。
全文摘要
一種包括具有PQR孔(25)的PQR孔發(fā)射器(20)和一端成錐形插入到PQR孔(25)的光纖(10)的光耦合結(jié)構(gòu)。諸如光刻膠或光刻膠稀釋溶液的折射率匹配溶液(30)被注入到PQR孔(25)以粘合光纖(10)和PQR孔(25)。
文檔編號H01S5/00GK101243346SQ200680029521
公開日2008年8月13日 申請日期2006年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月16日
發(fā)明者權(quán)五大, 李承恩 申請人:浦項工科大學(xué)校產(chǎn)學(xué)協(xié)力團
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