集成光学功能元件以及光学集成电路制造技术

本实用新型专利技术涉及一种集成的光学功能元件以及光学集成电路，其中，该集成光学功能元件包括衬底(2)，其上设置有具有第一折射率(n1)的聚合物层(3)，其中至少一个具有第二折射率(n2)的聚合物光波导(4)被嵌入到所述聚合物层(3)中，使得聚合物光波导(4)与衬底(2)直接或间接接触，第二折射率(n2)大于第一折射率(n1)，并且衬底的材料在

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】集成光学功能元件以及光学集成电路


[0001]本技术涉及集成光学功能元件以及具有这种集成光学功能元件的光学集成电路。

技术介绍

[0002]集成光学功能元件，例如平面光波导形式的集成光学功能元件，可以借助于聚合物材料来实现。相应的聚合物波导通常包括布置在硅衬底上的所谓的下包层和布置在下包层上面或上方的所谓的芯层。芯层内的波导结构通常通过光刻法形成，因此，在使用负性抗蚀剂的情况下，可以直接进行激光写入。最后，以这种方式形成的一个或多个波导设置有所谓的外包层。
[0003]在相敏波导的情况下，聚合物材料惯有的高热膨胀系数和大的热光学系数导致无法忍受的相移，这必须通过例如复杂的有源温度控制装置来克服，因此相应的集成光学功能元件既复杂又昂贵。
[0004]DE 603 07 148 T2描述了一种用于光波导的耦合器电路，该耦合器电路应基本上不受环境温度变化的影响。这是通过结合以下材料、材料参数和几何形状来实现的：石英、硅或聚酰胺树脂组成的衬底；由具有特定折射率的聚合物制成的光波导，其具有矩形横截面，其边长为6至8μm，上和下包层由具有特定折射率的不同聚合材料制成；两个耦合器的平行部分的特定长度，两个耦合器中的平行波导的特定空隙；和两个光波导的特定光程差。
[0005]为了达到根据DE 603 07 148 T2的耦合器电路的光学特性的期望的温度独立性，需要具有在窄范围内观察到的大量参数的确定结构。
[0006]US 2002/0150368 A1描述了一种聚合物波导，其光学特性在温度变化的情况下仅具有不明显的变化。根据US 2002/0150368 A1的示例性实施例，在由硅制成的衬底上布置由硅化合物制成的下包层，随后是由硅烷化合物和硅化合物制成的聚合物芯层。由与芯层相同的材料制成但具有不同折射率的侧包层与芯层横向相邻布置，并且由与下包层相同的聚合物材料组成的外包层设置在芯层和侧包层上方。在外包层上的是吸收紫外线的顶层。
[0007]为了达到根据US 2002/0150368 A1的聚合物波导的光学特性的所需的低温依赖性，需要复杂的结构和相应昂贵的制造工艺。

技术实现思路

[0008]因此，本技术的目的是提供一种光学聚合物波导，其具有尽可能简单的结构，并且可以容易且无复杂地制造。
[0009]通过本申请的集成光学功能元件来解决该任务。
[0010]在根据本技术的集成光学功能元件的情况下，具有第一折射率n1的聚合物层布置在衬底上，随后至少一个聚合物光波导或由具有第二折射率n2的聚合物材料制成的光波导嵌入聚合物层中，使得聚合物光波导嵌入与衬底直接或间接接触。在直接接触的情况下，在衬底和聚合物层之间没有布置另外的层，而在衬底和聚合物层之间的间接接触的情
况下，布置了至少一个另外的层。
[0011]关于用于引导光通过聚合物波导的所使用的波长，第二折射率 n2大于第一折射率n1，并且衬底的材料在从
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10摄氏度到40摄氏度的温度范围内具有小于0.05x10E
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6/K的热膨胀系数。
[0012]通过这种相对简单设计或易于实现的结构，同时使用特定的衬底材料，可以实现具有聚合材料作为光学功能载体的集成光学功能元件，其中仅导致对其光学性能有极小的或可忽略不计影响的温度变化。
[0013]为清楚起见，应注意，当说明折射率值或比较信息或折射率的大小比时，这些值始终与要引导通过聚合物波导的光的相应波长有关。
[0014]具有各向同性性质的无机材料特别适合作为衬底的材料，并且特别地考虑了来自Schott AG的ZERODUR玻璃陶瓷或来自Corning Inc.的 ULE 7972或ULE 7973。
[0015]有利的是，衬底的材料具有第三折射率n3，该第三折射率n3小于或等于聚合物层的第一折射率n1(即，n3≤n1)，并且小于聚合物光波导的第二折射率n2(即n3<n2)。以这种方式，在聚合物层的衬底或聚合物光波导之间不需要额外的层，该额外的层用于折射率的目标匹配。
[0016]另外，由聚合物材料制成的中间层布置在衬底和聚合物层之间可能是有利的。在用于聚合物层和聚合物光波导的其他方面相同的材料的情况下，这允许使用具有互不相同的热或光学性质的不同衬底材料。
[0017]在此特别有利的是，中间层的聚合物材料具有第四折射率n4，该第四折射率n4小于第一折射率n1(即，n4<n1)并且小于或等于第二折射率n2(即n4≤n2)。如果中间层由与聚合物层相同的材料构成，则是特别有利的，因为然后仅将两种不同的聚合物用于布置在衬底上的层，这导致特别简单的结构或特别简单的制造。
[0018]聚合物层的厚度与衬底的厚度之比在1:40和1:1000之间也是有利的。在这些厚度比下，温度变化对单个光学波导的长度变化或集成光学功能元件的相邻聚合波导之间的长度的相对变化的影响非常小或可以忽略不计。
[0019]此外，有利的是，第二折射率n2偏离第一折射率n1至少为 0.001，最好至少为0.05。由于折射率的这种差异，集成光学功能元件的相邻的聚合物光波导之间的距离(尤其是其中设置有光耦合)可以具有更大的公差。
[0020]本技术还涉及具有集成光学功能元件的光学集成电路，特别是干涉仪的形式，优选地双迈克尔逊干涉仪的形式。
附图说明
[0021]下面是关于相应附图的根据本技术的集成光学功能元件的各种实施例的描述，其中，相同的附图标记指代不同附图中的相同部分。
[0022]附图如下：
[0023]图1：集成光学功能元件的实施例的截面图
[0024]图2：根据图1的集成光学功能元件的截面图
[0025]图3：集成光学功能元件的另一实施例的截面图
[0026]图4：具有两个聚合物光波导的集成光学功能元件的实施例的透视图
[0027]图5：具有两个聚合物光波导和中间层的集成光学功能元件的实施方式的透视图
具体实施例
[0028]图1示出了根据本技术的集成光学功能元件1的第一可能实施例的透视图。长度为8毫米、宽度为3毫米、厚度为1毫米的扁平衬底2 由康宁公司(Corning Inc.)的材料ULE 7973组成。该衬底的折射率在波长为 850nm时为约1.479。
[0029]聚合物光波导4由来自微抗蚀技术有限公司(micro resisttechnology GmbH)的材料EpoCore 5组成，并且在波长850nm下的折射率n2 约为1.583，其与衬底2直接接触。聚合物光波导4在此具有6μm的厚度、6 μm的宽度并且在8mm的长度上延伸。聚合物光波导4嵌入在聚合物层3 中，该聚合物层3由来自微抗蚀技术有限公司(micro resist technologyGmbH)的材料EpoClad 10组成，并且在850nm的波长下具有1.570的折射率 n1。聚合物层3的最厚处的厚度为16μ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.集成光学功能元件(1)，包括衬底(2)，在所述衬底(2)上布置有具有第一折射率n1的聚合物层(3)，并且至少一个具有第二折射率n2的聚合物光波导(4)被嵌入所述聚合物层(3)中，使得所述聚合物光波导(4)与衬底(2)直接或间接接触，其特征在于，所述第二折射率n2大于所述第一折射率n1，且所述衬底(2)的材料在
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10℃至40℃的温度范围内的热膨胀系数小于0.05
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10E
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6/K。2.根据权利要求1所述的集成光学功能元件，其特征在于，所述衬底(2)包括具有各向同性特性的无机材料。3.根据权利要求1或2所述的集成光学功能元件，其特征在于，所述衬底(2)的材料具有第三折射率n3，所述第三折射率n3小于或等于所述第一折射率n1并且小于所述第二折射率n2。4.根据权利要求1或2所述的集成光学功能元件，其特征在于，由聚合物材料制成的中间层(5)布置在所述衬底(...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷纳，
申请(专利权)人：物理仪器PI两合有限公司，
类型：新型
国别省市：