优化的多层光波导系统技术方案

由平版印刷术形成的、使用低传播损耗聚合材料的单模光波导。该光波导具有衬底（２），介于衬底表面上的、折射率为ｎ↓［ｂ］的聚合缓冲层（４），直接位于包覆层表面的、折射率为ｎ↓［ｃ］的带图案的透光芯层（８），和位于芯的上表面、芯的侧壁和缓冲层的暴露部分的、折射率为ｎ↓［ｏ］的上包覆层（１０），其中ｎ↓［ｂ］＜ｎ↓［ｏ］＜ｎ↓［ｃ］并＝ｎ↓［ｃ］－ｎ↓［ｏ］。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
专利
本专利技术涉及平面或“集成”光波导，尤其涉及使用有机和聚合材料的平版印刷术形成的单模波导。
技术介绍
多层光波导结构被用于构成集成光学电路以发送和控制光纤通信系统中的光信号。在光通信系统中，信号通过使用诸如激光和发光二极管光源产生的载波以红外光频率传输。这些光通信系统有利是因为它们提供了若干相对于使用铜线或同轴电缆的电子通信系统的优点。它们具有大大提高的通信频道数，及以比电子系统更高的速度传输信号的能力。本专利技术是关于透光的光波导器件的形成。光波导的操作是基于这样的事实，即当光透明的芯介质被另一个具有较低折射率的包覆层介质围绕或以其它方式接界时，沿芯介质轴引入的光在围绕的所覆层介质的边界处被高度反射，因此产生光导效应。有可能生产通过光路或光纤网传输光信号的聚合光波导和其它光学器件。一种用于形成光波导器件的方法包括应用标准光刻工艺。光聚合物尤其有利于光学应用，因为它们可以通过现有技术中公知的光刻技术形成图案。光聚合物也提供了更简单、成本更合理的制造工艺的机会。平版印刷工艺用于确定沉积在衬底上的含有光聚合物的光敏层中的图案。该层本身可由相同或不同的具有不同折射率的聚合材料组成的数层组成，以形成芯、上包覆层和下包覆层或结构件。在许多已知的光聚合物中，丙烯酸酯材料已被确定适合用于光波导是由于其是光透明性、低双折射，且容易得到宽范围的单体。平面聚合物波导一般包括精确折射率的低损耗光学材料层。步长指数和梯度指数波导结构都是现有技术中已知的。对于平面聚合物和玻璃波导，步长指数结构最容易通过不同折射率材料的连续涂覆获得。典型地，芯的折射率比其上包覆层高0.5％到2％。设定该折射率差值(Δn)的大小以优化平面波导的性能，或以匹配从平面器件转换到光纤的光模。实际上，在大部分平面波导结构具有的构造中，缓冲层应用于硅衬底，然后下包覆层应用于缓冲层，随后是芯层的使用和形成图案，最后使用上包覆层。在一些情况下，缓冲层可以作为下包覆层。如果这些多层没有优化，则会产生若干问题。这些问题包括由于光被衬底吸收而导致的高光损耗；与高偏振有关的损耗(PDL)；如果采取加热(为了调谐或转换)，温度升高改变折射率并以此方式使光至少部分从芯传出去，从而与包覆层和/或衬底相互作用产生各种不希望的相互作用，其能例如导致损耗和PDL；且如果波导与光栅结合，会观察到二级反射或不希望的反射信号波长变宽。专利技术概述本专利技术提供制于衬底上的单模光波导，所述衬底确定表面，包括聚合缓冲层的单模光波导位于该衬底表面上，所述聚合缓冲层确定表面且折射率为nb。带图案的、光透射芯层直接位于缓冲层表面，带图案的、光透射芯层确定上表面和一对侧壁，带图案的、光透射芯层的折射率为nc。上包覆层位于芯上表面、芯的一对侧壁和缓冲层上，上包覆层的折射率为no，使得nb＜no＜nc且Δn＝nc-no，其中Δn值于光学通信波长处产生单模波导。本专利技术还提供了一种于衬底上形成单模光波导的方法，所述衬底确定表面，该方法包括如下步骤沉积聚合缓冲层在衬底表面上，聚合缓冲层确定表面且折射率为nb。然后在聚合缓冲层表面上直接沉积带图案的、光透射芯层而不带任何中间层，带图案的、光透射芯层确定芯，其具有上表面和一对侧壁，带图案的、光透射芯层的折射率为nc。然后在带图案的、光透射芯层的上表面、带图案的、光透射芯层的侧壁和一部分聚合缓冲层上沉积上包覆层，上包覆层的折射率为no，使得nb＜no＜nc且Δn＝nc-no。本专利技术进一步提供了一种于衬底上形成单模光波导的方法，该衬底确定表面，该方法包括如下步骤于衬底表面上沉积缓冲层，该缓冲层由聚合的、折射率为nb的材料构成，缓冲层确定表面。然后于缓冲层表面上直接沉积芯层而不带任何中间层，芯层由折射率为nc的光透射材料构成。然后使芯层形成图案以确定具有上表面和一对侧壁的芯且暴露部分缓冲层。然后于芯层上表面、芯层侧壁和暴露的部分缓冲层上沉积上包覆层，上包覆层的折射率为no，使得nb＜no＜nc且Δn＝nc-no，其中Δn值于光学通信波长处产生单模波导。本专利技术还进一步提供一种于衬底上形成光波导的方法，所述衬底确定表面，该方法包括如下步骤于衬底表面上沉积聚合缓冲层，该聚合缓冲层确定表面且折射率为nb。然后于聚合缓冲层表面上直接沉积光敏芯层而不带任何中间层，该光敏芯层确定上表面，光敏芯层的折射率为nc。然后以成象方式使光透射芯层曝光于光化辐射并显像光敏芯层以除去光敏芯层的未成像区域而不除去光敏芯层的成像区域，从而于聚合缓冲层上形成具有一对侧壁的带图案的、光透射光波导芯，并部分显示聚合缓冲层的暴露部分；和于带图案的、光透射光波导芯的上表面上，于带图案的、光透射光波导芯的该对侧壁上，于聚合缓冲层的暴露部分上沉积上包覆层，上包覆层的折射率为no，使得nb＜no＜nc且Δn＝nc-no。本专利技术涉及非对称包覆芯以解决上述问题。典型地，包覆层均匀地环绕芯而形成。在下包覆层下加入折射率低于包覆层的缓冲层解决上述由于衬底的光吸收带来的损耗问题。根据本专利技术，如果下包覆层被除去，那么上述每个问题都被解决。折射率大大低于芯的缓冲层的使用具有若干优点。缓冲层防止芯模后部延伸入衬底内，从而防止光泄漏进入衬底。缓冲层防止光泄漏进入衬底，从而消除造成与偏振有关的损耗(PDL)的主要原因，其中TM偏振光会带来比TE偏振光显著高的损耗。缓冲层具有足够低的折射率以防止光泄漏进入衬底，甚至在进行加热时。当未使用下包覆层而使用基本上非光锁定缓冲层时，当芯通过暴露于辐射来形成图案时，避免了在芯波导下面形成二级波导。如果波导与光栅结合，且未使用下包覆层，则可避免下包覆中的导向造成的二级反射。如果波导与光栅结合且未使用下包覆，则当光栅全息记录在波导中时，缓冲层光锁定正如足以在其中记录光栅，并允许通过与包覆模耦合来避免光损耗。这种情况下，术语全息记录旨为通过对折射率进行周期调制，在包括波导的材料体中产生光栅。这种光栅可以与表面起伏光栅相比较，后者产生于波导芯或包覆层表面形状的周期变化。在两种情况下，该作用都沿着光在波导中的传播方向产生有效折射率的周期变化。此外，由于芯的高度，上包覆层上典型地具有隆起，其可以非常大。这能出现于聚合物波导中，其中由于聚合物的高分子量和粘度，其必须从溶剂溶液中离心浇铸。其也能出现于二氧化硅波导中，其中上包覆层的化学汽相沉积在芯的顶部施加一均匀层。此外，由于粗糙侧壁导致光散射，聚合物或玻璃波导芯的反应性离子蚀刻会导致高传播损耗。波导可以使用光聚光学材料制造，其可以涂覆和固化子衬底上。典型地，该材料包括单体和低聚组分的混合物，其混合以提供准确的折射率。混合物混合以提供芯和包覆层之间的Δn，典型的是0.5-2％。在这些固化混合物的光刻技术中，典型的是导向区域具有梯度指数而不是步长指数，其可在下包覆层中形成。而且，可以在芯的侧面和顶部形成一个区域，其中梯度指数代替步长指数。围绕芯的区域内的梯度指数的形成是由于不同化学组分的迁移，尤其是单体组分由芯层移入包覆层。在直接位于芯层下面的区域中，单体可以在芯形成过程中进一步反应，形成位于下包覆层内不希望的导向区域。当下包覆区域与芯厚度大致相同时，导向层可以形成并能透入下包覆层的整个厚度。在极端情况下，它可以是与芯本身同样强烈的导向，并允许光到达本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制于衬底上的单模光波导，衬底确定表面，该单模光波导包括位于衬底表面上的聚合缓冲层，该聚合缓冲层确定表面且折射率为ｎ↓［ｂ］；直接位于缓冲层表面上的带图案的透光芯层，该带图案的透光芯层确定上表面和一对侧壁，带图案的透光芯层的折射率为ｎ↓［ｃ］；和位于芯上表面、芯的一对侧壁和缓冲层上的上包覆层，该上包覆层的折射率为ｎ↓［ｏ］，使得ｎ↓［ｂ］＜ｎ↓［ｏ］＜ｎ↓［ｃ］且Δｎ＝ｎ↓［ｃ］－ｎ↓［ｏ］，其中Δｎ值于光学通信波长处产生单模波导。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：KW贝森，G布多希安，L埃尔达达，D潘特，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]