專利名稱：用于刻寫具有不同中心波長的光柵的平面波導(dǎo)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及波導(dǎo)光柵，更具體地說，涉及一種用于刻寫具有不同中心波長的波導(dǎo)光柵的方法。
背景技術(shù)：
光遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)借助頻率在電磁波譜的可見光區(qū)或近紅外光區(qū)中的載波，將信息從一個地方傳送到另一個地方。這樣一種載波有時被稱為光信號、光載波或光波信號。光纖用于傳輸光波信號，其中每一根光纖都包括幾個信道(channel)。信道是電磁信號的某個專用頻帶，有時被稱作波長。通常在同一光纖上傳輸多個信道，以充分利用光纖所提供的空前容量。一般來說，每個信道都具有自己的波長，并且所有的波長都分隔得足夠遠(yuǎn)，以防止重疊。典型地，成百上千的信道由多路復(fù)用器進(jìn)行交織(interleaved)，被發(fā)射到光纖中，并在接收器處由解復(fù)用器分離出來。沿路當(dāng)中，可以使用分插復(fù)用器(ADM)來加入或丟棄信道，或者使用光交叉連接設(shè)備(OXC)進(jìn)行信道交換。
波分復(fù)用(WDM)有利于多個信道在單根光纖上的傳播。波分解復(fù)用元件使用光柵一類的頻率選擇性組件來分離各個波長，所述頻率選擇性組件為了提高光纖的傳輸容量，可以提供高反射率以及高的波長選擇性。一種這樣的光柵就是布拉格(Bragg)光柵(例如，在光纖中或者在平面波導(dǎo)中)，它選擇性地傳輸或者反射在光纖內(nèi)傳播的光的特定波長。
布拉格光柵是光纖或平面波導(dǎo)的一部分，其折射率分布(profile)沿著光纖的長度周期性地改變。布拉格光柵的中心波長分布按照以下方程來確定λ＝2nΛ (方程1)其中λ是中心(或布拉格)波長，n是平均有效折射率，Λ是光柵的周期(或光柵間距)。
簡單的周期性光纖布拉格光柵在本領(lǐng)域中是公知的，現(xiàn)有很多用來制造光纖布拉格光柵的不同方法經(jīng)已被描述。光纖布拉格光柵的一種特性如方程1所示，就是為了改變中心波長分布(profile)，可以改變折射率或光柵間距?，F(xiàn)有技術(shù)集中于改變光柵間距，這是通過改變用于定義光柵分布的干涉圖案來完成的。通過改變用于曝光光纖的兩個重疊干涉紫外(UV)光束之間的光束夾角，或者改變通過其發(fā)出UV光的相位掩模板，就可以改變干涉圖案。
然而，改變相位掩模板或光束夾角可能會比較昂貴、麻煩又費(fèi)力，特別是在試圖制造幾種不同類型的光纖布拉格光柵，用于光通信系統(tǒng)中的大量過濾以及其他應(yīng)用時。例如，為了制造具有不同中心波長分布的光纖布拉格光柵，目前是通過替換相位掩模板，將刻寫裝置設(shè)定成不同的波長。為了刻寫長的光纖布拉格光柵，要在長行程工作臺上移動光纖，以將光敏性光纖的新部分在UV光下曝光。同樣，為了刻寫啁啾(chirped)寬帶光纖基光柵，通常要使用啁啾掩模板，并且對于每種新的啁啾分布要使用新的相位掩模板。此外，將各個布拉格光柵刻寫到獨(dú)立的光纖中一般都需要費(fèi)時的多次曝光以及為控制光纖而對光纖進(jìn)行的大量處理。


在附圖中，相同的標(biāo)號一般是指相同的、功能上類似的、和/或結(jié)構(gòu)上等同的元件。元件首次出現(xiàn)的附圖用標(biāo)號中最左側(cè)的數(shù)字來指示。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一種實施方案的光器件(photonic device)的示意圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施方案，圖示了制造圖1中的光器件的方法的流程圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明一種可替換實施方案的光器件的示意圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施方案，圖示了制造圖3中的光器件的方法的曲線圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明另一種實施方案的光器件的示意圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施方案，圖示了制造圖5中的光器件的方法的流程圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明一種實施方案的光器件的示意圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的實施方案，圖示了制造圖7中的光器件的工藝的流程圖。
圖9是使用根據(jù)本發(fā)明實施方案用于制造光器件的系統(tǒng)的高層次框圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的實施方案涉及波導(dǎo)光柵的制造。在以下描述中，闡述了很多具體的細(xì)節(jié)，例如具體的工藝、材料、器件等等，以提供對本發(fā)明實施方案的完整理解。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會認(rèn)識到，沒有這些具體細(xì)節(jié)中的一個或多個細(xì)節(jié)，或者利用其他的方法、元件等，也可以實現(xiàn)本發(fā)明的實施方案。此外，沒有詳細(xì)地示出及描述公知的結(jié)構(gòu)或操作，以免模糊了對本說明書的理解。
將使用一些術(shù)語來描述其中某些部分，例如波長、硅、錐形遞減(taper)、光柵、啁啾(chirp)等。這些術(shù)語通常由本領(lǐng)域的技術(shù)人員用來向本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員表達(dá)他們的工作內(nèi)容。
各種操作被描述成依次執(zhí)行的多個離散框，這種方式最有助于理解本發(fā)明各實施方案。然而，不應(yīng)當(dāng)將描述這些操作的順序理解為這些操作一定與順序相關(guān)，或者要按照給出這些框的順序來執(zhí)行這些操作。
在整篇說明書中提及“實施方案”或“一種實施方案”意味著關(guān)于該實施方案來描述的具體特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、工藝、操作框或特性被包括在本發(fā)明的至少一種實施方案中。因此，短語“在一種實施方案中”或“在實施方案中”在整篇說明書不同地方的出現(xiàn)不一定全是指同一種實施方案。此外，可以在一種或多種實施方案中，以任何適當(dāng)?shù)姆绞綄⑦@些具體的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)或特性組合起來。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一種實施方案的光器件100的示意圖。光器件100包括形成在平面光波線路(PLC)平臺104中或其上的單個波導(dǎo)102。波導(dǎo)102包括幾個級聯(lián)的(cascaded)光柵106、108和110。
波導(dǎo)102可以具有環(huán)形圖案(如圖1所示)或其他設(shè)計圖案(1ayout)。波導(dǎo)102可以是單模波導(dǎo)?？商鎿Q地，波導(dǎo)102可以是多模波導(dǎo)。
PLC平臺104可以是使用適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體加工設(shè)備來制造的任何適當(dāng)?shù)腜LC平臺。例如，平臺102可以是硅沉積二氧化硅(silica-on-silicon)平臺、鈮酸鋰(LiNbO3)平臺、砷化鈣(GaAs)平臺、磷化銦(InP)平臺、絕緣體上硅片(SOI)平臺、氮氧化硅(SiON)平臺、聚合體平臺、或者其他適合的平面光波線路(PLC)平臺。
光柵106、108和110可以是布拉格光柵，其光柵間距(Λ)名義上相等，但是因為每個光柵106、108和110用不同濃度和/或不同類型的摻雜物來摻雜，使得波導(dǎo)106、108和110的光柵區(qū)域在被刻寫后具有了不同的有效折射率，所以它們的中心波長是不同的。波導(dǎo)的光柵區(qū)域是將要在上面刻寫光柵的那些位置。摻雜物可以是任何適當(dāng)?shù)墓饷舨牧?，例如?B)、鍺(Ge)和/或磷(p)。這種摻雜區(qū)的折射率將依據(jù)UV“劑量”而變。因而，如果UV光具有周期性變化的強(qiáng)度圖案(刻寫光柵時就是如此)，那么在UV曝光后，摻雜區(qū)將具有周期性變化的折射率，從而形成光柵。
在另一種實施方案中，可以通過對樣本加氫(hydrogenate)并且用UV光預(yù)曝光所選擇的部分，來調(diào)制折射率。在排除氫氣后，這些部分保持為光敏性的。UV劑量控制著平均折射率以及所引起的光敏性。下面結(jié)合圖3更加詳細(xì)地描述加氫處理的一個實施例。
光柵106、108和110可以靠近在一起(例如，間距120可以小于用來刻寫光柵106、108和110的UV光強(qiáng)度圖案的高度)。通過相互靠近地排列光柵，在某些實施方案中，可以在一次曝光中刻寫這些光柵。
光柵106、108和110中的一個或多個光柵可能比用來刻寫光柵的UV光束的長度更長。在本發(fā)明的一種實施方案中，UV光束有1厘米長，而光柵106是2厘米長。在其他實施方案中，UV光束和/或光柵的尺寸可以是不同的。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施方案，圖示了用于制造光器件100(圖1)的工藝200的流程圖。其上具有機(jī)器可讀指令的機(jī)器可讀介質(zhì)可被用來使得處理器執(zhí)行工藝200。當(dāng)然，工藝200僅僅是一種示例性的工藝過程，也可以使用其他的工藝。描述工藝200的順序不應(yīng)當(dāng)被理解為暗示著這些操作一定是順序相關(guān)的，或者一定要按照給出各框的順序來執(zhí)行操作。
參考圖1和圖2，執(zhí)行操作202，以使用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體制造技術(shù)在PLC平臺中或PLC平臺上制造波導(dǎo)102。這些制造技術(shù)可以包括注入、摻雜、汽化、物理氣相沉積、離子輔助沉積、照相平版印刷術(shù)、磁電管濺射、電子束濺射、掩模、反應(yīng)離子蝕刻、和/或本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所公知的其他半導(dǎo)體制造技術(shù)。例如，在一種實施方案中，波導(dǎo)102具有由二氧化硅一類的氧化物形成的芯。
還是參考圖1和2，執(zhí)行操作204，以摻雜波導(dǎo)102中將用作光柵的選定區(qū)域。例如，可以在波導(dǎo)上形成一個臨時掩模層，然后圖案化該掩模層，用以限定波導(dǎo)中的光柵區(qū)域。這一工藝可以在上部包層沉積之前完成。在一些實施方案中，這一工藝可以在形成上部包層之后完成，從而可以對上部包層而不是對芯層進(jìn)行摻雜。在這種替換性的實施方案中，傳播光的隱失場(evanescent field)受到刻寫在包層中的光柵的影響?？商鎿Q地，可以圖案化并蝕刻包層，以限定形成光柵區(qū)域，而包層自身對于摻雜工藝而言就起到掩模的作用。然后有選擇地?fù)诫s光柵區(qū)域(下面描述)。
用預(yù)定濃度或預(yù)定成份的一種或多種光敏材料來有選擇地?fù)诫s光柵區(qū)域。在一些實施方案中，摻雜物包括硼(B)、鍺(Ge)和/或磷(Ph)?？梢允褂萌魏芜m當(dāng)?shù)膿诫s工藝來摻雜光柵區(qū)域，例如離子注入、旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散(diffusion from spin-on)方案或者當(dāng)前或未來的其他技術(shù)。
在一種實施方案中，使用第一預(yù)定濃度的鍺來摻雜波導(dǎo)102中對應(yīng)于光柵106的區(qū)域，這使得光柵106具有第一折射率和第一中心波長。類似地，使用第二預(yù)定濃度的鍺來摻雜波導(dǎo)102中對應(yīng)于光柵108的區(qū)域，這使得光柵108具有第二折射率和第二中心波長。同樣，使用第三預(yù)定濃度的鍺來摻雜波導(dǎo)102中對應(yīng)于光柵110的區(qū)域，這使得光柵110具有第三折射率和第三中心波長。在本發(fā)明的一種實施方案中，摻雜物濃度可以改變對應(yīng)于光柵106、108和110的波導(dǎo)區(qū)域的折射率，大約0.2個百分點(diǎn)可以使中心波長移動0.2個百分點(diǎn)，即1550nm的波長可移動30nm。然后可以將光柵刻寫在波導(dǎo)102(圖1)的摻雜區(qū)中，如下所述。
再次參考圖1和圖2，執(zhí)行操作206，以將波導(dǎo)102的一個或多個摻雜區(qū)(對應(yīng)于光柵106、108和/或110)曝光于波導(dǎo)102的橫斷方向上的UV光強(qiáng)度圖案。這個UV光強(qiáng)度圖案為光柵106、108和110確定了光柵間距。在一種實施方案中，曝光將同時刻寫所有的光柵，使得光柵106、108和110全都具有基本相同的光柵間距。在其他實施方案中，可以單獨(dú)刻寫每一個光柵，或者可以同時刻寫光柵的任何子集。
在一種實施方案中，一種適當(dāng)?shù)腒rF受激準(zhǔn)分子激光器/相位掩模板單元被用于將波導(dǎo)102(圖1)中對應(yīng)于光柵106、108和110的摻雜區(qū)曝光于所選擇的UV光強(qiáng)度圖案。因為這些區(qū)域的摻雜情況互不相同，所以產(chǎn)生的波導(dǎo)光柵通常將具有不同的中心波長，即使光柵間距基本上相同。在一種實施方案中，光柵106具有1555nm的中心波長，光柵108具有1520nm的中心波長，而光柵110具有1560nm的中心波長。
例如，KrF受激準(zhǔn)分子激光器/相位掩模板單元可被配置為輸出高300微米的UV光強(qiáng)度圖案。在一種實施方案中，波導(dǎo)102中對應(yīng)于光柵106、108和110的區(qū)域被排列為使得由光柵106、108和110的摻雜區(qū)所占據(jù)的總領(lǐng)域(total area)具有小于300微米的高度。所得到的光器件更加小型化，并且允許在一次曝光中同時刻寫所有三個光柵的若干部分。另外，無需各次曝光的寬帶調(diào)節(jié)(光束夾角)來將波導(dǎo)光柵調(diào)節(jié)到一個中心波長。
在本發(fā)明的以下實施方案中，一個或多個光柵將長于用來曝光光柵的UV光束的長度，波導(dǎo)中用于光柵的區(qū)域可以折疊，以便在同一次曝光中刻寫整個光柵。例如，在UV光束等于1厘米的實施方案中，光柵可以有2厘米長，但是被折疊成1厘米長(或更短)的多個部分。在這種情形中，所得到的光柵在各個光柵段之間具有間隙(即，波導(dǎo)中未刻寫光柵的那些部分)。這些器件被稱為采樣的或分段的布拉格光柵。
光器件100可被實現(xiàn)為用于補(bǔ)償色散的波導(dǎo)濾波器。色散是光波脈沖的組成色彩的時間分離，并且因為它引起信道幅度發(fā)生變化，并引起相鄰數(shù)據(jù)位或脈沖相互擴(kuò)散(bleed)，導(dǎo)致符號間干擾(ISI)，所以色散會帶來問題。在光纖中，由于不同的波長以不同速度傳播，所以會發(fā)生色散。隨著比特率的增大，因為各個位(光脈沖)的間距現(xiàn)在更接近了，并且更短的脈沖中包含了更大跨度的帶寬，所以光纖網(wǎng)絡(luò)中的色散補(bǔ)償變得日益重要。
光器件100在運(yùn)行中接收復(fù)用的光波信號，該信號進(jìn)入波導(dǎo)102并且入射到光柵106、108和110上。復(fù)用光波信號具有幾個單信道光波信號，其中每一個都具有自己的中心波長分布。根據(jù)本發(fā)明的實施方案，光柵106反射第一波長(例如1535nm)并且通過其他波長，光柵108反射第二波長(例如1550nm)并且通過其他波長，而光柵110反射第三波長(例如1565nm)并且通過其他波長。在另一種實施方案中，每個光柵都具有啁啾光柵間距，它用于補(bǔ)償在那個波長上傳播的數(shù)據(jù)流所經(jīng)歷的色散。
圖3是根據(jù)本發(fā)明一種實施方案的光器件300的示意圖。光器件300包括形成在PLC平臺310中或在PLC平臺310上的幾個波導(dǎo)302、304、306和308。波導(dǎo)302、304、306和308分別包括光柵312、314、316和318。平臺310類似于平臺104。波導(dǎo)302、304、306和308可類似于波導(dǎo)102。
光柵312、314、316和318可以是布拉格光柵，其光柵間距名義上相等，但是因為每個光柵312、314、316和318都有不同的幾何結(jié)構(gòu)(例如寬度、深度、高度)，使得這些光柵區(qū)域具有了不同的有效折射率，所以它們的中心波長是不同的。在本發(fā)明的一種實施方案中，光柵312可以是7微米寬，光柵314可以是6微米寬，光柵316可以是5微米寬，而光柵318可以是4微米寬。
在本發(fā)明的一種實施方案中，波導(dǎo)302、304、306和308的一個或多個部分加載了氫(上述的加氫處理)。這種氫的加載將波導(dǎo)的光敏性提高了若干數(shù)量級，并且改變了波導(dǎo)302、304、306和/或308的一個或多個加載部分的有效折射率。例如，可以將氫有選擇地注入到波導(dǎo)302、304、306和308中與光柵312、314、316和318相對應(yīng)的區(qū)域。通過離子注入或利用氫焰進(jìn)行局部刷拭，可以完成氫注入。氫加載將會局部提高光敏性，并且對于相似等級的UV曝光，允許生成不同的折射率。在這種實施方案中，波長強(qiáng)度(反射率)和中心波長在布拉格光柵的UV刻寫期間直接耦合。
在本發(fā)明的其他實施方案中，波導(dǎo)302、304、306和308的一個或多個部分被有選擇地預(yù)先曝光或后置曝光于不同等級的均勻UV輻射。這用于改變各個波導(dǎo)的平均折射率，并且移動光柵312、314、316和318的中心波長。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的一種實施方案，圖示了 波導(dǎo)的寬度和刻寫在該波導(dǎo)中的布拉格光柵的中心波長之間的關(guān)系的圖形表示400。圖形表示400包括“x”軸402和“y”軸404，其中“x”軸402代表以微米(μm)為單位的波導(dǎo)寬度，“y”軸404代表以納米(nm)為單位的波長。圖形表示400包括曲線406，它代表著刻寫在波導(dǎo)中的布拉格光柵的中心波長隨著波導(dǎo)寬度的改變而發(fā)生的改變。注意，在圖4中，當(dāng)波導(dǎo)的寬度增大時，中心波長也增大。
在另一種實施方案中，光柵312、314、316和318可以是布拉格光柵，其光柵間距名義上相等，但是因為波導(dǎo)302、304、306和/或308中的一個或多個在光柵區(qū)域中的芯已被摻雜，使得光柵區(qū)域具有不同的有效折射率，所以它們的中心波長是不同的。圖5是根據(jù)本發(fā)明的一種實施方案，圖示了波導(dǎo)芯的折射率和刻寫在該波導(dǎo)中的布拉格光柵的中心波長之間的關(guān)系的圖形表示500。
圖形表示500包括“x”軸502和“y”軸504，其中“x”軸502代表芯折射率，“y”軸504代表以納米(nm)為單位的波長。圖形表示500包括曲線506，它代表著刻寫在波導(dǎo)中的布拉格光柵的中心波長隨著波導(dǎo)折射率的改變而發(fā)生的改變。注意，在圖5中，當(dāng)波導(dǎo)的折射率增大時，中心波長也增大。在一種實施方案中，可以根據(jù)本發(fā)明的各種實施方案用不同濃度的摻雜物來摻雜芯，以改變刻寫在波導(dǎo)中的光柵的折射率。在另一種實施方案中，可以根據(jù)本發(fā)明的各種實施方案用不同的摻雜物成份(例如鋁、硼、磷)來摻雜芯，以改變刻寫在波導(dǎo)中的光柵的折射率。
在又一種實施方案中，光柵312、314、316和318可以是布拉格光柵，其光柵間距名義上相等，但是因為波導(dǎo)302、304、306和/或308在光柵區(qū)域中的包層具有不同的有效折射率，所以它們的中心波長是不同的。例如，使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)技術(shù)，可以在Si襯底上生長SiO層。Si襯底可以標(biāo)稱為15微米厚。下部的包層可以在SiO層之下沉積在Si襯底上?？梢允褂脫诫s了鍺和/或硼的SiO來形成芯層，這可以增大SiO的折射率。芯層可以有6微米厚。芯層的若干部分可以被濕蝕刻，以留下波導(dǎo)302、304、306和/或308的圖案。例如可以使用離子注入法，在對應(yīng)于每個光柵312、314、316和318的光柵區(qū)域中，在波導(dǎo)302、304、306和/或308的芯層中摻雜鍺、硼或其他適當(dāng)?shù)膿诫s物。上部包層可以沉積在芯層上。上部包層可以用磷和/或硼來摻雜。上部包層可以具有大約15到20微米的厚度。上部包層的折射率近似于下部包層的折射率。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施方案，圖示了用于制造光器件300的工藝600的流程圖。其上具有機(jī)器可讀指令的機(jī)器可讀介質(zhì)可被用來使得處理器執(zhí)行工藝600。當(dāng)然，工藝600僅僅是一種示例性的工藝過程，也可以使用其他的工藝。描述各個操作框的順序不應(yīng)當(dāng)被理解為暗示著這些操作一定是順序相關(guān)的，或者一定要按照給出各框的順序來執(zhí)行操作。
執(zhí)行操作602，以使用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體制造技術(shù)在PLC平臺中或PLC平臺上制造不同寬度的波導(dǎo)。如上所述，這些技術(shù)包括離子注入、擴(kuò)散摻雜、汽化、物理氣相沉積、離子輔助沉積、照相平版印刷術(shù)、磁電管濺射、電子束濺射、掩模、反應(yīng)離子蝕刻、和/或本領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知的其他半導(dǎo)體制造技術(shù)。在本發(fā)明的一種實施方案中，對應(yīng)于光柵312、314、316和318的波導(dǎo)區(qū)域的寬度分別是7微米、6微米、5微米和4微米。
執(zhí)行操作604，以將對應(yīng)于光柵312、314、316和/或318的波導(dǎo)區(qū)域分別曝光于所選擇的UV光強(qiáng)度圖案。在這種實施方案中，在波導(dǎo)302、304、306和/或308的縱軸的橫斷方向上提供UV光強(qiáng)度圖案。這個曝光過程在波導(dǎo)302、304、306和/或308對應(yīng)于光柵312、314、316和/或318的區(qū)域中以預(yù)期的光柵間距刻寫光柵。如上所述，可以使用適當(dāng)?shù)腒rF受激準(zhǔn)分子激光器將摻雜的波導(dǎo)302、304、306和308區(qū)域曝光于UV光強(qiáng)度圖案。UV光強(qiáng)度圖案可以具有300微米的高度。在一種實施方案中，這些波導(dǎo)區(qū)域所占據(jù)的領(lǐng)域具有小于300微米的寬度(或高度)。因此，該曝光過程可以同時刻寫所有的光柵，單獨(dú)刻寫任何一個光柵，或者同時刻寫這些光柵的任意子集。
根據(jù)本發(fā)明的實施方案而實現(xiàn)的器件可以更加小型化、易于制造，而且不那么昂貴。例如，在一種實施方案中，光器件300可被實現(xiàn)為波分復(fù)用(WDM)濾波器，其中光柵312、314、316和318中的一個或多個光柵是獨(dú)立可尋址的。例如，器件300可以是40信道級聯(lián)的信道色散補(bǔ)償波導(dǎo)光柵，其具有25千兆赫茲(GHz)的間距。器件300因而可以是6厘米長，2厘米寬。在器件被實現(xiàn)為啁啾波導(dǎo)光柵的實施方案中，折射率的受控遞減(tapering)可能會大大改進(jìn)“群延時波動”，“群延時波動”可能給按照標(biāo)準(zhǔn)啁啾相位掩模法生產(chǎn)的光柵帶來麻煩。
圖7是根據(jù)本發(fā)明一種實施方案的光器件700的示意圖。光器件700包括形成在PLC平臺750中或其上的幾個波導(dǎo)702、704、706、708和710。各個波導(dǎo)702、704、706、708和710包括光柵712、714、716、718和720。波導(dǎo)702、704、706、708和710類似于波導(dǎo)302、304、306和308。平臺750類似于平臺104。
光柵712、714、716、718和720與光柵106、108和110的相似之處在于光柵712、714、716、718和720可以是光柵間距名義上相等的布拉格光柵。光柵712、714、716、718和720與光柵312、314、316和318的相似之處在于中心波長是不同的，這是因為每個光柵312、314、316和318都具有不同的寬度，使得波導(dǎo)312、314、316和318的光柵區(qū)域具有不同的折射率。光柵712、714、716、718和720與光柵312、314、316和318的不同之處在于光柵712、714、716、718和/或720中的一個或多個光柵的寬度呈遞減，如關(guān)于光柵720所示出的那樣。眾所公知，遞減使光柵具有了“啁啾特性(chirp)”(即，沿著光柵長度的非均勻折射率的子集)。啁啾特性可以對稱地、非對稱地，或者遞增或者遞減地發(fā)生變化?？商鎿Q地，啁啾特性可以是線性的(例如，折射率隨光柵的長度線性地改變)。啁啾特性可以是二次的、隨機(jī)的或離散的。
在本發(fā)明的一種實施方案中，光柵720在點(diǎn)730、732、734和736處的寬度可以分別是7微米、6微米、5微米和4微米。在閱讀了這里的描述后，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將很容易認(rèn)識到如何實現(xiàn)各種啁啾特性。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的實施方案，圖示了用于制造光器件700的工藝800的流程圖。其上具有機(jī)器可讀指令的機(jī)器可讀介質(zhì)可被用來使得處理器執(zhí)行工藝800。當(dāng)然，工藝800僅僅是一種示例性的工藝過程，也可以使用其他的工藝。描述各個操作框的順序不應(yīng)當(dāng)被理解為暗示著這些操作一定是順序相關(guān)的，或者一定要按照給出各框的順序來執(zhí)行操作。
執(zhí)行操作802，以使用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體制造技術(shù)在PLC平臺中或PLC平臺上制造寬度呈遞減的波導(dǎo)，這些技術(shù)例如包括注入、摻雜、汽化、物理氣相沉積、離子輔助沉積、照相平版印刷術(shù)、磁電管濺射、電子束濺射、掩模、反應(yīng)離子蝕刻、和/或本領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知的其他半導(dǎo)體制造技術(shù)。在本發(fā)明的一種實施方案中，波導(dǎo)702可以絕熱地(adiabatically)遞減。例如，波導(dǎo)702在點(diǎn)730、732、734和736處的寬度或高度分別可以是7微米、6微米、5微米和4微米。當(dāng)然，在其他實施方案中，其他形狀或尺寸也是可能的。
執(zhí)行操作804，以將對應(yīng)于光柵712、714、716和/或718的波導(dǎo)區(qū)域曝光于在波導(dǎo)702、704、706、708和/或710的橫斷方向上的所選擇的UV光強(qiáng)度圖案。生成所述強(qiáng)度圖案，從而以預(yù)期的光柵間距分別在波導(dǎo)702、704、706、708和710對應(yīng)于光柵712、714、716和/或718的區(qū)域中刻寫光柵。曝光過程可以同時刻寫所有的光柵，單獨(dú)刻寫任何一個光柵，或者同時刻寫這些光柵的任意子集。在一種實施方案中，使用適當(dāng)?shù)腒rF受激準(zhǔn)分子激光器來生成UV光強(qiáng)度圖案。UV光強(qiáng)度圖案可以具有500微米的高度。在一種實施方案中，對應(yīng)于光柵712、714、716和/或718的波導(dǎo)區(qū)域彼此相距小于500微米。
圖9是使用根據(jù)本發(fā)明實施方案的光器件的WDM系統(tǒng)900的框圖。WDM系統(tǒng)900包括平面光波線路(PLC)902，在其中或其上形成有波導(dǎo)904，而在波導(dǎo)904上或其中形成有光柵910、912和914。這些光柵是按照上述工藝形成的。系統(tǒng)900還包括光信號源920，用于提供將由PLC 902接收的光信號。光柵910、912和914在WDM系統(tǒng)的多個光信道上提供色散補(bǔ)償。在通過級聯(lián)的光柵910、912和914后，光信號可被傳播到其他光學(xué)線路(未示出)。在另一種實施方案(未示出)中，PLC 902可以包括形成在單獨(dú)可尋址的波導(dǎo)中或其上的類似光柵，其將用作WDM濾波器。
可以使用硬件、軟件或軟硬件的組合來實現(xiàn)本發(fā)明的實施方案。在使用軟件的實施方案中，軟件可被存儲在計算機(jī)程序產(chǎn)品(例如光盤、磁盤、軟盤等)或者程序存儲設(shè)備(例如光盤驅(qū)動器、磁盤驅(qū)動器、軟盤驅(qū)動器等)上。
對本發(fā)明所圖示實施方案的以上描述并不打算是窮盡的，或者將本發(fā)明的實施方案限制為所公開的精確形式。雖然這里出于說明的目的，描述了本發(fā)明的特定實施方案以及實施例，但是相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將會認(rèn)識到，各種等同的修改都是可能的。根據(jù)以上詳細(xì)的描述，可以對本發(fā)明的實施方案做出這些修改。
在所附權(quán)利要求書中使用的術(shù)語不應(yīng)被理解為將本發(fā)明限制到說明書和權(quán)利要求書中所公開的特定實施方案。相反，本發(fā)明的實施方案的范圍完全由所附的權(quán)利要求來確定，這些權(quán)利要求將根據(jù)解釋權(quán)利要求的已有原則來理解。
權(quán)利要求
1.一種在單個平面光波線路(PLC)中或其上建立多個光柵的方法，包括在波導(dǎo)中形成具有不同的有效折射率的一組區(qū)域；以及將該組區(qū)域曝光于紫外(UV)強(qiáng)度圖案，以形成一組光柵，其中該組光柵具有基本相等的光柵間距和不同的中心波長。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述組區(qū)域被同時曝光。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述組區(qū)域具有基本相等的寬度分布。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述組區(qū)域具有沿著所述波導(dǎo)的縱軸發(fā)生變化的寬度分布。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成所述組區(qū)域的步驟包括摻雜互不相同的所述組區(qū)域，使得所述組區(qū)域中的每一個區(qū)域都具有不同于所述組區(qū)域中的其他區(qū)域的摻雜參數(shù)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，用所選擇的摻雜物以第一濃度摻雜所述組區(qū)域中的一個區(qū)域，并且用所述所選擇的摻雜物以不同于所述第一濃度的第二濃度來摻雜所述組區(qū)域中的另一個區(qū)域。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中在摻雜后，所述組區(qū)域中的一個區(qū)域包括未包括在所述組區(qū)域中的另一個區(qū)域當(dāng)中的摻雜物。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述組區(qū)域中的區(qū)域的芯層被摻雜。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述組區(qū)域中的區(qū)域的包層被摻雜。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成所述組區(qū)域的步驟包括以不同于所述組區(qū)域中的第二區(qū)域的幾何結(jié)構(gòu)來形成所述組區(qū)域中的第一區(qū)域。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述第一區(qū)域具有不同于所述第二區(qū)域的深度。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述第一區(qū)域具有不同于所述第二區(qū)域的寬度。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述組光柵被啁啾化。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，以某一圖案來排列所述波導(dǎo)，使得所述組區(qū)域中的區(qū)域相互最接近。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述組區(qū)域的步驟包括對所述組區(qū)域的選定部分進(jìn)行加氫處理。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括在對所述選定部分進(jìn)行加氫處理前，用光來預(yù)曝光所述選定部分。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，使用離子注入來對所述選定部分進(jìn)行加氫。
18.一種按照權(quán)利要求1所述的工藝過程形成的產(chǎn)品。
19.一種平面光波線路(PLC)，包括具有第一中心波長的第一光柵，所述第一光柵具有第一有效折射率和光柵間距分布；以及具有第二中心波長的第二光柵，所述第二光柵具有不同于所述第一光柵的第二有效折射率以及與所述第一光柵的光柵分布基本相同的光柵分布。
20.如權(quán)利要求19所述的平面光波線路，其中，所述第一光柵和第二光柵被同時刻寫。
21.如權(quán)利要求19所述的平面光波線路，其中，所述第一光柵和第二光柵形成在所述平面光波線路中具有不同摻雜分布的區(qū)域中。
22.如權(quán)利要求21所述的平面光波線路，其中，用第一摻雜物以第一濃度來摻雜所述第一光柵的區(qū)域，并且用第一摻雜物以不同于所述第一濃度的第二濃度來摻雜所述第二光柵的區(qū)域。
23.如權(quán)利要求21所述的平面光波線路，其中，所述第一光柵的區(qū)域包括未包括在所述第二光柵的區(qū)域當(dāng)中的摻雜物。
24.如權(quán)利要求19所述的平面光波線路，其中，所述第一光柵和第二光柵具有不同的幾何結(jié)構(gòu)。
25.如權(quán)利要求19所述的平面光波線路，其中，所述第一光柵和第二光柵被啁啾化。
26.如權(quán)利要求19所述的平面光波線路，其中，所述第一光柵和第二光柵形成單個波導(dǎo)的一部分傳播路徑。
27.如權(quán)利要求19所述的平面光波線路，其中，所述第一光柵和第二光柵分別位于第一波導(dǎo)和第二波導(dǎo)之中或之上，所述第一波導(dǎo)和第二波導(dǎo)形成在所述平面光波線路之中或之上。
28.一種系統(tǒng)，包括光信號源；光波傳播介質(zhì)；通過所述光信號介質(zhì)耦合到所述光信號源的平面光波線路(PLC)；所述平面光波線路具有具有第一中心波長的第一光柵，所述第一光柵具有第一有效折射率和光柵間距分布；以及具有第二中心波長的第二光柵，所述第二光柵具有不同于所述第一光柵的第二有效折射率。
29.如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中，所述第一光柵和第二光柵形成在所述平面光波線路中具有不同摻雜分布的區(qū)域中。
30.如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中，所述第一光柵和第二光柵具有不同的幾何結(jié)構(gòu)，使得所述第一折射率和第二折射率不同。
全文摘要
在單個平面光波線路平臺(750)中制造多個布拉格光柵(712、714、716、718、720)。這些光柵具有名義上相等的光柵間距，但是具有不同的中心波長，這些光柵是使用受控的照相平版印刷術(shù)工藝和/或受控的摻雜處理而制造出來的，用以控制光柵的有效折射率。這些光柵相互之間的距離可以小于用來刻寫所述光柵的UV光圖案的高度。
文檔編號G02B6/34GK1685254SQ03822565
公開日2005年10月19日 申請日期2003年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月24日
發(fā)明者安德斯·格魯那特-杰普森, 艾倫·約翰遜, 約翰·斯威策 申請人:英特爾公司