專利名稱：用于反射光波的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于反射光波的設(shè)備，也叫反光塞。
背景技術(shù)：
構(gòu)筑各種用途和特殊裝置的光學(xué)系統(tǒng)時，可能需要全反光。目前還沒有對單個波長的光產(chǎn)生全反射的好方法。已經(jīng)提及的可能的方式是對波導(dǎo)端部用鋁金屬化，見M.V.Bazylenko，M.Gross，E.Gauja，andP.L.Cchu“Fabrication of Light-Turning Mirrors in Buried-Channel Silica Wave guide for Monolithic and Hybrid Integration”，J.Light wave Technol. Vol.15(1)，pp.148-153，1997。制造有集成的波導(dǎo)的光集成電路時，對垂直端面進行金屬化的價格昂貴而且處理復(fù)雜。而且壽命也成問題。較窄波長范圍產(chǎn)生全反射的方法是用Bragg光柵。用改變傳導(dǎo)方向中的光柵周期的特殊設(shè)計有可能在較寬的范圍上得到全反射。但是，制造Bragg光柵花費太大，而且需要價格昂貴的制造設(shè)備，當(dāng)全反光結(jié)構(gòu)包含在集成電路結(jié)構(gòu)中時，全反光結(jié)構(gòu)占很大的芯片面積。
L.V.Iogansen et al.“Multimode fiber interferometers”，Optics and Spectroscopy Vol.58.No.5 May 1985中公開了用諧振隧道環(huán)(resonant tunnel loop)的反光器。簡單的環(huán)形反光器示于本文中的5中。該環(huán)形反光器中的一些損耗包括波導(dǎo)中的損耗，燧道耦合部分中的損耗和環(huán)中的輻射損耗。
日本特許公開JP-8-274398中公開了半導(dǎo)體激光模塊，它有包括四端纖維耦合器和連接到耦合器的纖維環(huán)的環(huán)形鏡。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供容易包含在光學(xué)集成電路中的用于反射光波的設(shè)備。
用于反射光波的設(shè)備構(gòu)筑在襯底上。它有平面結(jié)構(gòu)。它包括在襯底表面或表面里構(gòu)成的矩形板結(jié)構(gòu)的最好是MMI-型的用作光強分光器的光強耦合器。耦合器把進入輸入端的光分成至少是兩個相等的部分，每個部分發(fā)送到輸出端。而且，光耦合器把進入至少兩個輸出端的光組合成組合光輸送到輸入端。環(huán)連接到兩個輸出端，把輸?shù)狡渲幸粋€輸出端上的光傳送到這些輸出端的另一輸出端。環(huán)是構(gòu)筑在襯底上的平面波導(dǎo)，并連接到耦合器的邊緣表面。環(huán)的外輪廓和內(nèi)輪廓最好都包括許多線段。環(huán)的形狀用兩倍寬的帶對稱地折疊成折疊帶構(gòu)成。
附圖的簡要說明現(xiàn)在參見附圖用沒有限制的實施例詳細說明發(fā)明。其中

圖1是說明環(huán)形鏡結(jié)構(gòu)的原理的頂視圖；圖2是襯底上構(gòu)成的平面結(jié)構(gòu)的環(huán)形鏡的頂視圖；圖3是構(gòu)成平面結(jié)構(gòu)的環(huán)形鏡的另一實施例的頂視圖；圖4a是圖2所示反射條件的環(huán)形波導(dǎo)的放大圖；圖4b是圖4a所示環(huán)形鏡結(jié)構(gòu)的實施例在反射表面從箭頭A實際看見的環(huán)形波導(dǎo)的局部剖視圖；圖5是圖3所示的反射條件的環(huán)形波導(dǎo)的放大圖；圖6是有集成在耦合器中的環(huán)的環(huán)形鏡的頂視圖；圖7是有集成在耦合器中的環(huán)的環(huán)形鏡的另一實施例的頂視圖。
優(yōu)選實施例的說明圖1中畫出了環(huán)形鏡的基本結(jié)構(gòu)。環(huán)形鏡包括一個1×2的光耦合器1，優(yōu)選情況下，包括1×2MMI(多模干涉)波導(dǎo)耦合器。耦合器以有一個輸入端和兩個輸出端的等光強分光器操作。兩個輸出端經(jīng)過光波導(dǎo)環(huán)3相互連接。MMI裝置已在L.B.Soldano and E.C.M.Pennings，“Optical Multi-Mode Interference Devices Based on Self-ImagingPrinciples and Application”，J.Light-wave Technol.Vol.(314)，pp.615-627，1995和已公布的國際專利申請WO 97/35220中公開。波導(dǎo)3可以是常規(guī)的光纖，但在這里所述的實施例中，它是做成可以用在PLC(平面波導(dǎo)電路)中的平面結(jié)構(gòu)。
波導(dǎo)3制成第1材料帶埋入反射系數(shù)不同的第2材料層中。在襯底表面或表面里制成第1材料帶和第2材料層，基本上與電子集成電路相同。第2材料可以是空氣，之后可以通過腐蝕一個加到襯底表面的層來制成帶。但是，通常波導(dǎo)制成矩形波導(dǎo)，它包括通過腐蝕有合適反射系數(shù)的層制成的矩形橫截面的芯，還包括底涂層和頂涂層。這些不同的涂層用例如摻雜的氧化硅材料或聚合物層形成。
在耦合器1的輸入邊和反射環(huán)中均能透光的所用的波導(dǎo)，總是設(shè)計成單模式或獨模式型。
圖1所示的環(huán)3構(gòu)成為有與耦合器的輸出端連接的光滑通道的彎曲帶。環(huán)的彎曲平滑部分有在其主要部分上的局部環(huán)形，因此它的曲率恒定。最大曲率必須總是小于用波導(dǎo)與周圍材料的反射系數(shù)之差設(shè)定的值。因為環(huán)的較大曲率或更小的半徑均導(dǎo)致無法接收的損耗。半徑小時，反射環(huán)中傳播的光的很大一部分會漏出環(huán)外。而且，如果波導(dǎo)的反射系數(shù)(η)與周圍材料的反射系數(shù)(η0)之差大，則環(huán)的諧振直徑小。例如，相關(guān)的反射系數(shù)差為1.5％時，直徑小于4mm。有較小反射系數(shù)差的圓環(huán)結(jié)構(gòu)會有更大的直徑，而且，某些情況下，要占據(jù)襯底上太大的空間。
可以構(gòu)成基本上的多邊形的波導(dǎo)來代替環(huán)形波導(dǎo)，如圖2和圖3的平面圖中所示的實施例。多邊形環(huán)5這里也可以是單模式，它包括平行的彎曲帶形區(qū)和連接到耦合器1兩個輸出的相同形狀的連接區(qū)。用包括多條直線段的非閉合多邊形線的外輪廓線7和內(nèi)輪廓線9限定波導(dǎo)。每條多邊形線7、9的起始和終結(jié)線段是相互平行的，按與從耦合器成直角的方向耦合器1的輸出邊伸出。與圖1所示環(huán)相同，兩條輪廓線7、9與對稱線對稱地從連接耦合器1的輸出的連接線的中心伸出，在MMI-裝置的情況下，即相對于耦合器的縱軸對稱地從其輸出的連接線中心伸出。
圖2所示環(huán)形波導(dǎo)5中，波導(dǎo)的外輪廓線7包括多條方向相互偏斜45°的直線段，因此在要求連接平行的起始段和終止段的總共三條直線段的4個角處形成相互為135°的角。內(nèi)輪廓線9總共只有三條直線段，一條線段按90°連接起始線段和終止線段。內(nèi)輪廓線9的角位于與外輪廓線7的兩個對應(yīng)角對稱的位置，這兩個角連接直接連接到起始和終止段的線段。在圖4a所示的波導(dǎo)中傳播光。從圖4a發(fā)現(xiàn)，所用光的波長，波導(dǎo)3的材料的光反射系數(shù)η與周圍材料例如空氣的反射系數(shù)η0的關(guān)系是，當(dāng)全入射角η大于45°時，波導(dǎo)中傳播的光會全反射，實際上，全入射角η有些大于45°，有些小于45°，為了進行詳細說明，請參見A.Stano.L.Faustini.C.Coriasso，D.Campi，C.Cacciatore，“OPTIMIZED WAVEGUIDE-INTEGRATED MIRRORS”，Proc，EC20’97 EWF3.Stockholm，1997。
圖4a和4b中的環(huán)形波導(dǎo)5的結(jié)構(gòu)包括在襯底上的多層膜層(未示)。波導(dǎo)由底涂層11，芯或波導(dǎo)層13和頂涂層15構(gòu)成。通過腐蝕構(gòu)成底涂層，波導(dǎo)芯和頂涂層的這些層以使其形成所需的形狀。在腐蝕成矩形槽或孔口19的環(huán)的反射表面17設(shè)置波導(dǎo)的精確的平表面，這些平表面也精確地垂直于結(jié)構(gòu)的大表面。
若全反射條件不能完全滿足圖2和圖4a所示的波導(dǎo)范圍，要求全反射的結(jié)構(gòu)只能用大于30°以上的全入射角η，如圖3所示的實施例。這里外輪廓線7包括相互成150°放置的7條直線段，它對應(yīng)外輪廓的線段與那些連接到所需線段的線段的方向偏斜30°的條件。內(nèi)輪廓線9包括5條彼此方向偏斜60°或120°角的線段。內(nèi)輪廓線9的角，這里也位于相對于外輪廓線的線段對稱的穿過這種直角中線段的線上。圖5畫出了在該環(huán)結(jié)構(gòu)中的光傳播。像圖4a所示實施例一樣，設(shè)置槽19，把波導(dǎo)構(gòu)成為包括從襯底表面到空氣的反射表面。
圖2和3所示結(jié)構(gòu)的輪廓線可用分別折疊2次和3次均勻?qū)挾鹊牟牧蠋д郫B構(gòu)成。通常能很容易地折疊多次，即所說的n次。之后，制成的結(jié)構(gòu)將包括有2n＋1條線段的外輪廓線和有n＋1條線段的內(nèi)輪廓線。外輪廓線段的相鄰線段間的方向相互偏斜90°/n，內(nèi)輪廓線段的相鄰線段間的方向相互偏斜2×90°/n。所有的入射角是90°/n或有些入射角大于90°/n時，所用的光在波導(dǎo)材料與周圍材料之間的界面必被全反射。
簡化后的反射結(jié)構(gòu)也能直接包括在MMI-耦合器中，見圖6和7。MMI-耦合器21是平面結(jié)構(gòu)，而且包括其反射系數(shù)高于周圍材料的反射系數(shù)的材料薄層。簡單的耦合器用的材料層為矩形并構(gòu)成反射結(jié)構(gòu)的主要部分23。采用矩形體23是為了使光在短邊進入層的中心，在相對短邊在相對于矩形的長邊方向的對稱位置將出現(xiàn)入射光的兩個圖像。圖6和7中，這些圖形出現(xiàn)在線25上。
為了使用在相對的短邊上的多邊形27補充簡單反射結(jié)構(gòu)的矩形23。多邊形有自由的多邊形線29，它相對于矩形體23的長度方向?qū)ΨQ。圖6中的多邊形是任一角度為90°減任意角的等腰三角形。圖7所示的實施例中，它是對稱的不規(guī)則四邊形，它的偏邊與矩形體23的長邊方向偏斜30°，即，與長度方向偏斜30°。為合適的反射指標(biāo)條件，如上述的外形，用外多邊形29的斜邊反射從線25上的兩個圖像來的光，如圖6和圖7所示。
權(quán)利要求
1.用于反射在光波導(dǎo)中傳播的光波的設(shè)備，包括光強耦合器，有輸入端和至少兩個輸出端，把進入輸入端的光分裂成至少兩份相同的光，每份光傳輸?shù)街辽賰蓚€輸出端中的一個輸出端，并把進到至少兩個輸出端上的光組合成組合光傳輸?shù)捷斎攵?；該設(shè)備還包括連接到兩個輸出端的環(huán)，把傳輸?shù)竭@些輸出端之一上的光傳導(dǎo)回到這些輸出端中的另一輸出端，其特征是，該設(shè)備是構(gòu)筑在襯底上的平面器件，耦合器是在襯底表面上或表面里的矩形板，它采用適合于周圍材料的反射系數(shù)的反射系數(shù)和合適的尺寸以在矩形板一側(cè)形成輸入端，在矩形板的相反一側(cè)形成兩個輸出端，用在有所采用的反射系數(shù)的襯底表面上的平面波導(dǎo)構(gòu)成環(huán)，它有一個輸出端處的終止段和另一輸出端處的終止段。
2.按權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征是，耦合器是MMI耦合器。
3.按權(quán)利要求1-2中任一項的設(shè)備，其特征是，環(huán)是有光滑彎曲外形的帶，環(huán)的主要部分構(gòu)成圓環(huán)的一部分。
4.按權(quán)利要求1或2的設(shè)備，其特征是有多邊形外形的帶，它只包括多條相互按一定角度放置的直線段。
5.按權(quán)利要求1或2的設(shè)備，其特征是，環(huán)有凸出的多邊形外形，只包括多條相互成一定角度放置的直線段，一條直線段按大側(cè)邊方向連接到構(gòu)成耦合器的矩形板以形成輸出端的一邊，凸出的多邊形相對于矩形板中心線對稱。
6.按權(quán)利要求5的設(shè)備，其特征是，形成耦合器的矩形板和形成環(huán)的平面波導(dǎo)集成在有均勻反射系數(shù)的一個單板中。
7.按權(quán)利要求6的設(shè)備，其特征是，單板具有相應(yīng)于其一側(cè)有等腰三角形的矩形的外形。
8.按權(quán)利要求6的設(shè)備，其特征是，單板具有相應(yīng)于其一側(cè)有不規(guī)則四邊形的矩形的外形。
9.用于反射在光波導(dǎo)中傳播的光波的設(shè)備，它包括光強耦合器，有輸入端和至少兩個輸出端，把進入輸入端的光分裂成至少兩份光，每份光傳輸?shù)街辽賰蓚€輸出端之一，并把進入至少兩個輸出端的光組合成組合光傳輸?shù)捷斎攵?，該設(shè)備還包括連接到兩個輸出端的環(huán)，把傳輸?shù)揭粋€輸出端的光傳導(dǎo)回另一輸出端，其特征是，環(huán)是在有采用平面波導(dǎo)周圍材料的反射系數(shù)的襯底表面上或表面內(nèi)的平面波導(dǎo)，環(huán)的形狀是從一個輸出端伸到另一輸出端的帶。
10.按權(quán)利要求9的設(shè)備，其特征是，所述條有光滑的彎曲外形，條的主要部分形成部分圓環(huán)。
11.按權(quán)利要求9的設(shè)備，其特征是，所述帶有多邊形外形，只包括相互成一定角度放置的多條直線段。
12.按權(quán)利要求9或11的設(shè)備，其特征是，帶的外形相當(dāng)于用至少兩倍寬的均勻?qū)挾鹊膸д郫B成折疊帶的外形。
全文摘要
當(dāng)構(gòu)建用于各種用途和特殊裝置的光學(xué)系統(tǒng)時要用的反射光波的設(shè)備,該設(shè)備是構(gòu)筑在襯底上的平面結(jié)構(gòu)器件。它包括MMI－型光強耦合器(1),是構(gòu)筑在襯底表面上或表面里的矩形板、耦合器把進入輸入端的光分裂成兩份相等的光,每份光傳輸至輸出端。耦合器還把進入兩個輸出端的光組合成組合光傳輸?shù)捷斎攵恕－h(huán)連接到兩個輸出端,把輸送到一個輸出端的光傳導(dǎo)回另一輸出端。環(huán)是構(gòu)筑在襯底上的單面波導(dǎo),并連接到耦合器的邊緣面。環(huán)的外輪廓線(7)包括多條直線段,它的內(nèi)輪廓線(9)是多邊形。環(huán)的形狀用至少兩倍寬的寬度均勻的帶對稱地折疊構(gòu)成的。
文檔編號G02B6/122GK1331809SQ9981492
公開日2002年1月16日 申請日期1999年12月21日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月23日
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