光路的制造方法和装置制造方法及图纸

技术编号:2674541 阅读:149 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术描述了一种光子光路器件,其包括一个半导体基底(220),和两个或多个光学元件(226,228,236,240),其中在所述半导体基底中形成一个或多个空心光波导(230,232,234),从而光学上连接所述两个或多个光学元件。该PLC可包括一个盖部分(44)和一个基座部分(42)。可以使PLC适合于接收光学元件(8;608)或者光学元件可以单片地形成于其中。此外还公开了具有反射层的涂层。(*该技术在2023年保护过期,可自由使用*)

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及集成光学装置,更加具体地涉及改进的光子光路(PLC)装置。光子电路模块是构成许多光学通信、传感器和仪器设备的主要部分。在这种光子电路装置中,许多光学元件是刚性地固定在适当的位置,典型地使用波导如光纤在光学上连接需要的元件。这些光学元件和相互连接的纤维是固定在合适的基底上的适当位置。用于光子电路的安装技术的一个实例是硅光具座(SiOB)。正如名称所表示的,SiOB是由硅或类似的半导体材料制成的光具座。利用微制造处理在硅材料中蚀刻出通道和插槽,从而固定各种光学元件。微制造处理的高精度允许光学元件和光纤在各个插槽和通道中相对于彼此精确地对准。这提供了所谓的元件“被动对准”,并降低了主动确保将光学电路的各个元件彼此对准的要求。还可以使用自由空间光学器件例如透镜等等,将光在各个光学元件之间引导。还已知的是例如参考US4902086和EP0856755,能够淀积各种材料层从而形成与SiOB集成的波导。典型地,在硅基底上形成一个基层例如二氧化硅。然后将具有高折射率的掺杂二氧化硅的层即芯线层淀积在低折射率基层的上部。对芯线层构图以形成合适的波导。视需要,还将低折射率材料的上部覆层淀积在已构图的芯线层上。换句话说,直接在硅基底上形成波导而不是作为独立的光纤来制造。已知的包括那些基于SiOBs的光子电路装置的缺点是每个光学元件必须以较高的精确程度与相关的波导对准,以便确保有效的光学连接。除了确保精确的光纤和光学元件的物理对准,还必须将来自每个二氧化硅波导的端部的不期望的反射减到最小。这就要求波导与光学元件折射率匹配,或者使用凝胶或抗反射涂层。此外要求透镜为元件之间的光的自由空间耦合提供方便。这些要求增大了复杂性,从而增加了光子电路的制造成本。本专利技术的一个目的是减轻上述缺点中的至少一些。根据本专利技术的第一方面,光子光路装置包括一个半导体基底和两个或多个光学元件,其中在所述半导体基底中形成一个或多个空心光波导,从而在光学上连接所述两个或多个光学元件。本专利技术比现有技术的光子电路装置有利,因为其不需要为元件之间的连接提供光纤,或者淀积材料层以形成实心波导。本专利技术提供了一种容易制造的光子光路(PLC),并且它比现有技术的成本更低。连接多个元件和空心光波导的另一个优点是增加了光功率,从而电路能够比现有技术更好地对光子电路进行控制,该光子电路使用了实心(典型地是二氧化硅或硅)波导连接光学元件。此外,在波导的表面上不需要指数匹配凝胶或环氧树脂或抗反射涂层。如此形成空心波导,以便在PLC的光学元件之间引导光。这些光学元件可以是任何能够形成、检测或作用于光信号的设备;例如光束分离器/复合器、标准结构、透镜、波片、调制器、激光器、光检测器或致动光学元件。术语光学元件还应该包括形成于空心波导中的光学结构或从空心波导形成的光学结构,例如表面光栅轮廓等等。空心波导可以是平面的或者是如下面描述的二维的导向。光学元件还可以是一个光纤电缆;例如可以使用光纤电缆将光引入PLC或从PLC引出。利用微制造技术可以高精度地蚀刻半导体基底。有利地基底包括一个多层晶片;例如SiGe或绝缘体上硅(SOI)或玻璃上硅。本领域技术人员可以理解微制造技术典型地包括光刻步骤,以便限定图案,随后是蚀刻步骤,从而在基底材料上或基底材料中的一个或多个层中传输图案。光刻布置包括照相平版印刷术、x射线或电子束光刻。可以使用离子束铣削、化学蚀刻、干等离子蚀刻或深干法蚀刻(也称为深硅蚀刻)进行蚀刻步骤。这种类型的微制造技术与不同层的淀积技术如溅蚀、CVD和电镀是一致的。有利地,半导体基底包括一个或多个对准槽,每个对准槽适合于接收成对准的光学元件。使对准槽形成需要的形状以接收光学元件,因此可以比空心光波导更深/更浅和/或更宽/更窄。这样可以以足够的精度制造对准槽,从而对准其接收的光学元件。将光学元件放置在这种对准槽中可以自然地对准光学元件,而不需要元件对准或调节步骤。可以使用在电子电路等的制造中使用的这种常规的挑选和放置技术将光学元件放置在对准槽中。或者,挑选和放置技术可以提供必要的对准。例如,当将元件放置并固定(例如粘结)保持对准时,元件可以精确地对准。可以以一定的尺寸公差制造对准槽和(特别是)光学元件。在光学元件和相关联的空心光波导之间的耦合效率将随着光学元件相对于空心波导的对准角度误差的增大而降低。然而,虽然由于减小的芯线尺寸和增大的(更严格的)横向对准公差,会导致光波导中略微增加的损失,但是空心波导的截面尺寸的减小可以增大可接收的角度对准公差。因此,可以了解对准公差,同时某一光学元件(例如通过对光学元件的制造公差的了解)允许选择空心波导的尺寸,从而确保高耦合效率。还可以如此形成对准槽,以便在适当的位置夹持实心光纤,从而允许光学输入/输出给PLC。还可以提供阶梯形光纤对准槽以固定缓冲层和覆层。例如通过夹紧在对准槽中的光纤覆层,可以实现空心光纤的芯与PLC上的空心波导的对准,这是特别有利的,因为空气芯与空气芯的连接将没有任何不期望的反射。为了提供光纤的芯和PLC的空心波导之间的有效耦合,空心波导的截面应该适合于光纤芯的截面。在实心纤维的情况下,进入覆层的泄漏意味着纤维具有的模态的宽度实际上比芯直径更大;例如典型地10μm的实心单一模态的玻璃纤维具有大约14μm的总场宽度。如果模态宽度与空心波导的芯不同,可以使用透镜(例如球形或GRIN杆状等等)扩大或减小光场,以便能够使光导入/导出具有不同尺寸芯的纤维给PLC的空心波导的纤维。实心纤维的纤维端部可以是抗反射的。便利地,两个或多个光学元件中的一个或多个由半导体基底材料制成;即可以形成单片元件。或者,PLC上的一些或者所有光学元件,以及通过在半导体基底中形成的空心波导相互连接的光学元件可以如上面所描述的连接到半导体基底。换句话说,可以形成一种混合电路装置。有利地,所述两个或多个光学元件中的至少一个包括一个微机电(MEMS)装置。该MEMS元件可以是混合电路或单片电路。采用的MEMS包括微机械元件、微系统技术、微机器人技术和微工程学技术。MEMS光学元件的实例包括对准元件、下推式菲涅耳透镜、回转仪、可移动反射镜、可调Fabry-Perot空腔、自适应光学元件、开关、可变光学衰减器、滤光器等等。便利地,半导体基底形成光子光路装置的基座部分,附加地提供一个盖板部分以便形成所述空心光波导。方便地,一个或多个光学元件连接在盖板部分上。光学元件可以仅安装在盖板上、仅安装在基座部分上或者既在盖板上又在基座上。盖板部分可以由半导体材料例如硅制成,有利地可以在盖板部分上形成一个或多个光学元件。或者盖板部分可以由玻璃制成。优选地,盖板应该具有与基底相同的热膨胀特性;例如盖板由与基底相同的半导体材料制成。在盖板安装元件的情况下,将基座部分蚀刻,以便形成空心波导结构,并提供用于光学元件的凹槽,这些光学元件由盖板部分形成或与盖板部分连接。在基座部分上安装盖板部分允许光学元件与基座部分的光波导对准。本领域技术人员应该理解可以提供各种技术,例如精确对准配合的部件或晶片或芯片对准工具,从而确保盖板和基座的精确对准。或者,可以直接在形成于基座部分中的对准槽中安装一些或所有的光学元件。这使得盖板部分安装在基座部分上,而不需要精确对准盖板和基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光子光路装置,包括一个半导体基底和两个或多个光学元件,其中在该半导体基底中形成一个或多个空心光波导,以便在光学上连接所述两个或多个光学元件。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员:RM詹金斯ME麦克尼
申请(专利权)人:秦内蒂克有限公司
类型:发明
国别省市:GB[英国]

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