一种具有形成图案的包层（６０）的集成光波导，该形成图案的包层（６０）限定了一开口，使得光传输元件（１３）的至少一侧或至少一端（３２）是空气包层的。该空气包层的区域优选为与波导（３０）成为一个整体的透镜结构或位于波导内的弯曲处。一种制造具有形成图案的包层的光波导的方法，其包括：在部分衬底上形成遮挡层（１１０），其中，该遮挡层（１１０）形成图案且对预定的波长不透明，该衬底对该波长透明；从上方使该芯层形成图案以提供光传输元件；在该光传输元件上和／或在该形成图案的遮挡层上和／或在该衬底的未覆盖部分上沉积上包层，该上包层包含能通过曝光于该波长的光（１１６）来固化的材料；用该波长的光（１１６）从下方照射所述上包层，以使所述上包层中那些没有位于所述形成图案的遮挡层上方的部分固化；以及将所述上包层的未固化部分移除。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及具有形成图案的(patterned)上包层的集成光波导，以及 使该上包层形成图案的方法。
技术介绍
集成光波导典型地由形成图案的、被包层材料(其折射率为n2)包围 并且安装在机械性能坚固的衬底之上的光导芯层(其折射率为nl，其中 n2〈nl)构成。这些波导通常具有平的端面，常常通过采用钻石轮划片机(dicing saw )切割该衬底和波导结构、然后通过抛光步骤去除散射中心来 生产。通过芯和包层之间的折射率差，将沿波导传播的光在芯中进行导引。 参照附图，图la和lb示出了现有技术中已知的典型集成光波导10 的端面的侧浮见图和端视图，其包含衬底ll、下包层12、光导芯13和上包 层14。根据材料系统，可使用多种技术来沉积下包层、芯层和上包层，它 们包括火焰水解法或者化学气相沉积法(例如用于玻璃)、分子束外延(例 如用于半导体)以及旋涂(例如用于聚合物)。可通过光刻(photolithography)和活性离子蚀刻法(适用于大多数材料)或者通过光 刻和湿法蚀刻法(例如用于可由光形成图案的聚合物)(photo-patternable polymers )来使芯层形成图案。下包层12和上包层14的折射率需小于芯 13的折射率以便将光限定在芯内。通常，下包层12和上包层14具有相同 的折射率，以便使导引模式(guided mode)对称，尽管这种对称并不是必 须的。如果衬底材料11是透明的并且具有低于芯材料13的折射率，那么 可以省略下包层12。平面波导典型具有可传输光的、延伸的芯区域，该芯区域的横截面是 正方形或矩形。通常将底面定义为与衬底相邻或最靠近衬底的面。顶面是与该底面平行但离该衬底最远的面。侧面是那些与该衬底垂直的面。在前面描述的现有技术中的这种集成光波导中，芯被包层材料一一要么下包层、要么上包层一一所围绕。然而，情况并非必须这样，并且存在 某些应用，在这些应用中，芯的至少一部分在至少一侧上不与包层材料接 触是有利的。因此，本专利技术的一个实施形态涉及一种集成光波导，其上包 层形成图案，4吏得在至少一个区域内、芯的至少一侧不与上包层材料接触。在US5，850,498和US6,555，288中已经披露了形成图案的上包层，其用 于减小波导芯中的应力。在这些披露的内容中，形成图案的上包层被描述 为"共形(conformal)，，，该上包层具有与芯的形状基本等同的形状，换 句话说，芯被薄薄一层上包层材料所封装(enclose)(底面除外、该底面 与村底或下包层材料接触)。这区别于本专利技术中的形成图案的上包层，在 本专利技术中，使上包层形成图案，使得在至少一个区域内、芯的至少一側不 与上包层材料接触。芯的至少 一个区域在至少 一侧不与包层材料接触较为有利的 一种应用 是具有一体化透镜结构(unitary lens structure)的集成光波导。如上所述， 芯和包层之间的折射率差将光沿着集成光波导进行导引，但是，光在离开 芯而iiX自由空间(或实际中的空气)时立即发散。这种发散在平行和垂 直于衬底的两个维度内产生。如果想要得到准直的输出光束，则需要某种 正(也就是会聚)透镜。同样地，需要会聚透镜来使准直光束聚焦到集成 光波导中。一种解决方案是使用诸如球型透镜或圓柱型梯度折射率(GRIN)透 镜之类的分离元件，但是，这些透镜由于尺寸较小而难以操作，它们需要 在两个维度上精确调准，并且引入了额外的交界面(伴随着固有反射损耗)。 因此，使透镜结构与该光波导集成在一起更为可取。多年以来人们已经提 出了许多类型的集成透镜，包括菲涅耳透镜(US4，367，916、 US4，445,759) 和布^^透镜(US4，262，996、 US4，440,468)在内。这些透镜仅在透镜结构 的平面(总是平行于衬底)内提供一维聚焦。另一种可能是在端面装配(fabricate) GRIN透镜(US5，719，973 )。 这些透镜提供二维聚焦，但它们具有圆柱对称性，因此用于光纤相比于用 于集成光波导(其典型具有矩形形状)更为合适。将透镜结构与光波导集成在一起的 一种方法是在波导的端面上制造透 镜形状的凸起。这可以通过选择性地蚀刻包层而留下凸起的芯、然后再将波导材料加热到其软化点(例如采用C02激光脉冲)使得有角的凸起塌陷 为圆形的凸透镜形状来实现。这样的一种结构同样提供了二维聚焦。图2a、 2b和2c描绘了现有技术中已知的在集成光波导端面上制造透 镜的方法，如US5，432，877中所述。根据该实施例，图2a示出了衬底11 (例如硅)、下包层12和上包层14 (两包层均包含掺杂硼和磷的二氧化 硅)以及芯13 (包含掺杂硼、磷和锗的二氧化硅)。波导10的端面在氩 氟酸緩沖溶液(buffered hydrofluoric acid solution )中进行蚀刻，该溶液 首先蚀刻包层，而留下芯材料的凸起20。最后，将蚀刻后的波导加热到大 约1000"C以使芯软化，然后，表面张力使凸起的芯成形，产生了大致呈锥 形的透镜21。在US5,432，877和US6,341，189中已将这些化学蚀刻技术示范用于基于 石英玻璃的(silica glass-based)波导。但是，它们依赖于包层(例如二氧 化硅)和芯(例如掺杂锗的二氧化硅)之间不同的蚀刻速率，在适用范围 上受到限制。例如，选择性的化学蚀刻通常不能用于基于聚合物的 (polymer-based)集成光波导。另外，由热造成的圆形化处理仅能用于芯 材料具有软化点的情况，其排除了非热塑性聚合物和诸如硅与其他半导体 的晶体材料。此外，如果想要获得所要求的透镜形状，必须对蚀刻和软化 处理进行精确控制。基于化学蚀刻的技术的另一个缺点是仅能在光波导回路片已被切割 (dice)之后(切割或者断裂为独立的片)制备该透镜结构。尽管可同时 收集和蚀刻大量的片，这仍需务f子细IMt和额外的处理步骤。本专利技术涉及一种具有形成图案的上包层并具有 一体化透镜结构的集成 光波导的制造方法，该方法避免了现有技^在的上述某些或全部缺点。 该一体化透镜包含一曲面，光穿过该曲面而射入自由空间。由于该曲面必须具有一空气交界面，因此必须使任何上包层形成图案，以使至少该曲面不与包层材^h接触。本专利技术所述的 一体化透镜结构能够在平行于村底的维度上使光聚焦。 如果想要在垂直方向上聚焦，可以使用诸如横向圓柱型透镜的外部透镜。这种构造优于现有技术中已知的需要外部球型或GRIN透镜的其他构造， 因为这些构造要求外部透镜在两个维度上进行精确定位。相反，外部的横 向圓柱型透镜仅需在垂直方向上精确定位。这在具有一体化透镜结构阵列 的器件中尤其有利，该器件可使用一个横向圃柱型透镜来为多个阵列元件 提供垂直聚焦。芯的至少一个区域在至少一侧不与包层材料接触较为有利的第二种应 用是围绕具有较小弯曲半径的曲线对光进行导引的集成光波导。由于可通 过进行急弯来减小器件的底部(footprint)(且因此可在每个衬底上装配 更多的器件)，这种情况在集成光波导器件的设计中频繁出现。在不希望 被理论约束的情况下，众所周知，将弯曲引入光波导会对导引模式产生干 扰，使得它们趋向于从弯曲的侧面泄漏，结果造成光能的损耗。对于大的 弯曲半径(也就是渐弯)，这种损耗本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制造光波导器件的方法，其中，上述光波导器件具有形成图案的上包层，该方法包括以下步骤： ａ）在部分衬底上形成遮挡层，其中，所述遮挡层形成图案且对预定的波长不透明，所述衬底对所述预定的波长透明； ｂ）在所述形成图案的遮挡层上和／或在所述衬底的未覆盖的部分上沉积芯层； ｃ）从上方使所述芯层形成图案以提供光传输元件； ｄ）在所述光传输元件上和／或在所述形成图案的遮挡层上和／或在所述衬底的未覆盖部分上沉积上包层，所述上包层包含能通过曝光于所述预定波长的光来固化的材料； ｅ）从下方用所述预定波长的光照射所述上包层，以使所述上包层中那些没有位于所述形成图案的遮挡层上方的部分固化；以及 ｆ）将所述上包层的未固化部分移除。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：IA麦克斯维尔，D库库尔吉，R查特尔斯，
申请(专利权)人：RPO私人有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。