CN101432649A - 光学模块及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种光学模块，其包含：一光学波导，其位于一基板的上方侧；一切口，其具有至少两个斜面，通过至少该光学波导的核心；及一薄膜滤波器，其位于该切口的上方。使用该光学模块做为一单元组件的双向多波长光学传送器－接收器组合的架构亦可多样化地提供在一平面基板上。根据本发明可以制造的双向多波长传送器－接收器，其是小型的、可靠的且在光学效能优越的，并且在组成组件间的对准较简单。

Description

光学模块及其制造方法
技术领域
本发明关于光学模块及其制造方法。该光学模块包含：一光学波导、至少一倾斜面及在一平面基板上的薄膜滤波器。使用该光学模块做为一单元组件的双向多波长光学传送器-接收器组合的架构亦可多样化地提供在一平面基板上。根据本发明可以制造的双向多波长传送器-接收器，其是小型的、可靠的且在光学效能优越的，并且在组成组件间的对准较简单。
背景技术
双向光通讯是在一单一光纤的两个方向上同时传送与接收光信号。在每一方向上，所使用的光学波长并不相同，即使路径为单一时亦提供两个独立的通讯路径。因此，在一光纤的末端处，离开的光信号即耦合于输入信号的相反路径中，并发生两次的信号转换，即在传输时由电信号转换到光信号，而在接收时由光信号转换成电信号。双向光通讯的更为通用的型式使用了比在两个方向上的两个波长要更多的波长。然后每个方向上的波长需要在光纤终端处分开或组合；而每个光学波长的信号即由电信号转换到光信号或由光信号转换到电信号。
这种双向装置的范例为用于光通讯的到户光纤(Fiber-to-the-home，FTTH)网络中所使用的BiDi(双向；简称为BiDi)双工器，其由每个用户传输到中央办公室(上游信号)的1.31μm波长，而在网络中每个用户处接收(下游信号)1.55μm波长。在此，“双工器”是指两个波长装置。因此，在用户处光纤的终端由该光学装置连接为1.31μm传输以及1.55μm接收成为一单一光纤到该中央办公室。
另一方面，除了该双工器的两个波长之外，使用一额外波长来传送一信号，例如缆线电视(CATV)到每个用户，其称之为BiDi-三工器，或简称为三工器。在此例中，下游数字信号使用1.49μm波长；上游数字信号使用1.31μm波长；而下游模拟信号使用1.55μm波长。再者，进一步扩充的第四个波长1.61μm由一些服务提供者所考虑。
因为所使用波长频道的数目依此方式增加时，所使用光学组件的数目及所述组件的组合中的光学对准即成为制造此装置时的关键问题。例如，一共享光纤的核心约为10μm，及在光学对准中小于一微米的公差即为固定该光纤及该使用中光学装置的光学对准的步骤中所需要(传送器或接收器；通常是激光二极管(或称为镭射二极管)或光二极管)。
对于Bidi三工器，例如使用前述技术的光学对准具有约50的自由度来固定对准；因此该装置的一个组合需要超过10分钟的时间，造成生产时的严重瓶颈。
请参阅图1所示，图1是使用习用的光学滤波器技术的BiDi-三工器的结构示意图。这种步骤可参见＂Development of 3 TO-Triplexer OpticalSub-Assembly＂(光电研讨会2004，论文编号T1A2，韩国光学协会，JunwanPark等人，三星电子)。
如图1所示，BiDi三工器由三个TO-CAN(晶体管轮廓罐21，22，23)构成，其为一激光二极管，两个光二极管及四个光学薄膜滤波器26，27，28，29。传送器TO-CAN 23预先与激光二极管23c、镜片23a及监视光二极管23b组装好；而接收器TO-CAN′s 21，22每一个预先与光二极管21b，22b与镜片21a，22a组装好。在每个TO-CAN 21，22，23前方的镜片21a，22a，23a与终结光纤25的镜片24可保证这些组件21，22，23，25之间光束的准直通道。
以下说明该装置的运作，来自光纤25的1.55μm与1.49μm波长的接收信号在自由空间中由薄膜滤波器26，27，28，29区分，然后抵达该接收器光二极管21，22。来自激光二极管23的1.31μm波长的传送信号通过两个连续滤波器28，26，然后抵达光纤25。在两个光二极管21，22前方，配置1.55μm或1.49μm波长的阻隔滤波器27，29，其可切断除了相对应光二极管之外的其它波长。
使用习用技术的三工器在光学对准中造成很重的负担。为了解决此问题，引进使用一平面光学波导而非使用许多个别组件的方法。根据此方法，组件之间的光学对准可被最小化；而且像是薄膜滤波器、传送器及接收器等的组件可以组装在单一芯片上。此方法可显著降低固定在光学对准中的自由度数目，因为光学波导可以连接构成组件之间的信号。
请参阅图2所示，是使用光学波导的习用技术的三工器的结构示意图，其揭示于日本早期公开JP 1998142459(Kyocera公司的“波导式光学模块”’)。如图2所示，由光纤1发射通过输入端口14的光信号传送通过光学波导18进入到沟槽9中薄膜滤波器7，8，其中所述信号藉由根据其波长通过或反射而组合或分开所述波长。来自光学传送器5的1.31μm波长的信号由薄膜滤波器8反射而到达光纤1。1.49μm及1.55μm波长的信号自光纤1进入。1.49μm信号通过两个连续薄膜滤波器7，8到达接收器光二极管4；1.55μm信号由薄膜滤波器7反射到达光纤2。在光纤2的终端处，可附加一接收器光二极管。
在该三工器的结构中，厚度0.1～0.01mm的易碎的薄膜滤波器7，8与匹配沟槽9共同准备来插入滤波器7，8；并执行将薄膜插入到沟槽9中的精密步骤。这种光学滤波器7，8通常由被覆在一玻璃基板上所制备，接着将其与该基板分离，然后将其切割成适当的大小。这种步骤一个接一个重复。此在制造时仍会造成显著的问题，即使相较于图1所示在自由空间中使用该滤波器的前述方法而有一些改进。
专利名为“波导之间自由空间光学传递的光学组件”(＂OPTICALCOMPONENT FOR FREE-SPACE OPTICAL PROPAGATION BETWEEN WAVEGUIDES＂)(US 7031575 B2，Xponent光电公司)亦揭示一种类似于图2所示的方法的模块，但这方法仍然包含在先前制造该装置时所会遇到的插入薄膜进入沟槽的类似问题。
发明内容
本发明是用于解决这些问题。本发明一目的为制造具有良好生产效率的光学模块。
本发明另一目的为提供一种光学模块的结构，其在当分开或组合每个波长的光学信号时，不会降低通讯质量，例如光学损失、串音或其它。
本发明另一目的为提供一种光学模块的结构，其中薄膜滤波器被覆在该模块的表面上，排除切割沟槽的不便，然后将所述滤波器插入到沟槽中。
本发明另一目的为提供一种有效的方法来连接垂直于晶圆的光线路径到平行于晶圆的光学波导，可满足将近垂直于该薄膜滤波器的光线路径改善光学模块效能的需求，例如分开或组合每个波长。
本发明另一目的为提供一种平面制造的晶圆级工艺，其适合光学模块的大量制造，取代先前的工艺，例如一个一个地将滤波器插入到沟槽中。
本发明另一目的为提供一种手段来在双向多波长收发器(或传送器-接收器)制造期间简单及有效率地固定激光二极管或光二极管的对准在该模块的平面芯片上。
本发明另一目的为使用半导体装置的封装技术(如覆晶贴合)于固定光二极管或激光二极管在该模块晶圆的表面上来改善制造性。
本发明其它目的是要藉由附加该激光二极管或光二极管在一额外的载具上，然后再次将其贴合到晶圆，以改善激光二极管或光二极管与光学波导的光学互连的效率。这种载具特别用于辅助激光二极管的固定与位置的对准。
本发明第一态样提供一种光学模块，其包含：一光学波导，其位于一基板的上方侧；一切口，其具有至少两个斜面，通过至少该光学波导的核心；以及一薄膜滤波器，其位于该切口的上方或下方，并平行于该基板。较佳地是，该切口的至少一表面为一斜面，并为了光学目的可在其上具有一额外的被覆层。
该“斜面”传送或反射光线的部分或全部波长，其传递通过该光学波导或基板表面，其可朝向该基板表面或进入该光学波导。在该斜面之上或之下的“薄膜滤波器”根据光线的波长传送或反射自该斜面反射的光线。
“光学模块”可理解为一通用词汇，代表可应用于光学通讯、光学互连及光学信号处理的领域的光学结构。“光学模块”的概念在实施本发明时涵盖多波长光学传送器或接收器，及两个波长以上的双向光学传送器-接收器(或收发器)设备。
“切口”可理解为可多样化制造的组件，其不限于特定的切割方式，包括干式或湿式蚀刻，由机械工具或其它所切割。
“具有至少两个斜面的切口并通过至少该光学波导的核心”的描述可了解为包含多样性的变化，以实施本发明的想法。例如，在到达该斜面之前终止的光学波导，或部分由该斜面切割的光学波导的核心是要包含在这些变化内，因为该光学波导的部分是相关于倾斜功能，光线的传输与反射。
“两斜面”并非要理解为光学表面，但做为该切口的出口，其可在必要时藉由像被覆或其它方式可选择性地转换成光学表面。在“两斜面”中的“两个”可理解为制造该切口的最少切面。
较佳地是，该切口可填满透明的光学媒介，以通过该斜面。若未填满该切口及光学性被覆该斜面，该斜面亦可做为一完全内部反射表面。
较佳地是，该光学波导可装设横跨该斜面的延伸，以沿着该波导来延续该光线传递。一光学装置需要额外地安装在该切口之上或之下。在本发明中的“光学装置”是做为一通用词汇，代表包括一光学接收器或传送器或其一些变化的装置。
该光学波导(一第一光学波导)可以形成与该斜面垂直的投影有一角度(在光学波导的平面上第一倾角)。这种关于该斜面的光学波导的配置会阻碍来自该薄膜滤波器或该光学装置的光线的返回反射进入该第一光学波导的相反方向上。
另一方面，除了该第一光学波导之外的一第二光学波导可装设成与该斜面成一角度的配置，如同该第一光学波导。该第二光学波导接收来自该第一光学波导的光线，其由该薄膜滤波器或该斜面所反射。
在光学波导的倾斜终端、薄膜滤波器及光学装置之间的光线路径中，可装设至少一微镜片。首先，在由光学波导的终端到该光学装置的光线路径中的微镜片可增强该光学装置与该光学波导的光线耦合。其次，在光学波导的两个终端之间光线路径上的微镜片，其是与由该薄膜滤波器所反射的斜面相同侧或横跨该切口，即会降低该波导之间的通道损失。
这些微镜片可多样化地制造，例如利用一移转蚀刻方法雕刻光阻的回流镜片图案进入该基板表面；藉由利用固定该镜片于定位的聚合物或环氧树脂重新填入该间隙之后将一较高折射系数的微球镜片进入该切口；或藉由局部放射适当的紫外线或超快激光造成波导的折射系数的改变或填入材料。
一工具可装设在该基板上，支撑并将该光学装置区隔在某距离之外。该工具亦可承载该工具或其上的薄膜滤波器内的本体中形成的微镜片。
所述微镜片可形成为对称或非对称，以在微镜片的平面上旋转约90度，其特别可辅助该激光传送器的散光修正。
在本发明第一态样中多数个单元光学模块亦可用于在经由该光学波导彼此连接的相同基板上形成一单一光学模块。
本发明第二态样提供一种光学模块，其包含：一第一及一第二光学波导，其在一基板的上方侧彼此靠近；一第三及一第四光学波导彼此靠近，其具有该接近区域，其延伸连接到该第一及第二光学波导；在该接近区域处一切口，其包含一第一斜面，用于利用一第一切割角切割该第一与第二光学波导，及一第二斜面，用于利用一第二切割角切割该第三与第四光学波导；及形成在该接近区域上的一薄膜滤波器。
较佳地是，延伸的第一及第三光学波导与延伸的第二及第四波导是对称于在该基板平面上第一及第二斜面的垂直投影；且该第一及第二斜面为对称于通过该光学波导的交叉中心的基板垂直方向。在此例中，该切口及该斜面垂直平面的交点较佳地形成一等边或直角三角形。
一光学装置可额外地装设在该接近区域之上或之下，其较佳地是具有一薄膜滤波器及微镜片。一表面放射激光二极管或一表面感应光二极管为该光学装置的范例。另一方面，在该接近区域之上或之下可装设支撑一光学装置以及一薄膜滤波器或微镜片的一工具。
较佳地是，来自该第一光学波导进入光线的一些波长要传输到藉由该第一斜面及该薄膜滤波器所反射的该第二光学波导；而来自该第三光学波导进入光线的一些波长要传输到横跨该第一及第二斜面的第一光学波导。
另一方面，该切口可填入一透明光学媒介；并可藉由一光线吸收媒体额外的支持来防止一散失光线。例如，透明玻璃或聚合物中至少一第一层，较佳地是伴随包含像是黑碳的一吸收剂的聚合物或环氧树脂的一第二背衬层，其可提供横跨吸收该散失光线切口光线路径的连接。
该第一斜面及该第二斜面亦可用一倾斜角非对称地被覆并沉积该光学薄膜在两个斜面上，其造成所述光学薄膜的光学特性相较彼此之间的偏移。
本发明第三态样提供一光学模块，其包含一第一光学波导及一第二光学波导，其在一基板的上方侧上彼此靠近；位于该接近区域处一切口，由一斜面构成，利用一角度切割该第一光学波导及第二光学波导；及一薄膜滤波器，其形成在该接近区域上：其中该第一光学波导相对于该基板的平面上该斜面垂直投射构成一第一入射角，且该第二光学波导接收来自该第一光学波导藉由该斜面及该薄膜滤波器反射的光线。
本发明第四态样提供一光学模块，其包含该光学模块的一第一单元及第二单元，其彼此连接：其中光学模块的第一单元包含一第一光学波导及一第二光学波导，其在一基板的上方侧上彼此靠近；位于该接近区域处一切口，由一第一斜面构成，利用一角度切割该第一光学波导及第二光学波导；及一第一薄膜滤波器，其形成在该接近区域上：该第一光学波导相对于该基板的平面上该第一斜面垂直投射构成一第一入射角，且该第二光学波导接收来自该第一光学波导藉由该第一斜面及该第一薄膜滤波器反射的光线：其中光学模块的第二单元包含该第二光学波导及一第三光学波导，其在一基板的上方侧上彼此靠近；位于该第二接近区域处一第二切口，由一第二斜面构成，利用一角度切割该第二光学波导及第三光学波导；及一第二薄膜滤波器，其形成在该第二接近区域上：该第二光学波导相对于该基板的平面上该第二斜面垂直投射构成一第二入射角，且该第三光学波导接收来自该第二光学波导藉由该第二斜面及该第二薄膜滤波器反射的光线。
较佳地是，该第一薄膜滤波器及第二薄膜滤波器以相同的结构构成；但第一入射角及第二入射角不相同。
本发明第五态样是提供一光学模块的制造方法，其包含以下步骤，在晶圆基板上形成光学波导的步骤；形成自该基板前侧或背侧通过至少该光学波导的核心具有斜面的切口的步骤；以及被覆该光学薄膜视需要在该斜面上及在靠近的波导区域中的步骤，其中该切口可由自一硅基板背侧的一非等向湿式蚀刻，接着藉由干蚀刻移转该湿蚀刻图案到该波导层来制造；或可直接藉由使用一硅或光阻的适当轮廓蚀刻光掩膜而干式蚀刻该波导层来由基板的前侧制造。
其亦可能藉由使用像是旋转研磨器的适当机械工具加工该波导层来制造该切口。
发明效果
(1)特定波长的光学信号可由该光学波导分离出来，或组合到该光学波导中，其可在该光学波导的前向或相反方向上。
(2)使用本发明，可简单对准其组件的高效率双向多端口多波长光学收发器可有效及可靠地经由一晶圆级工艺由该晶圆的前侧及背侧制造：这种晶圆级工艺同时生产数百个光学波导、薄膜滤波器、多数光学表面，其为组合或分开所述光学信号的波长所需要，而不需要每个装置的一对一工艺。
(3)该光学模块的生产性与可靠性可藉由被覆该光学薄膜在该晶圆表面上而大幅改进，而不用一个一个地将个别的薄膜插入到沟槽中，并使用如传统方式的环氧树脂将其固定。
(4)每种光学薄膜的效能可最佳化：在该晶圆表面上的薄膜滤波器用于分离或组合靠近间隔的波长做为在该三工器中1.49μm与1.55μm的接收频道，而在该第一斜面上的光学薄膜用于分离或组合散布间隔的波长做为在该三工器中1.31μm的传送频道成为接收的反向路径，分开成1.49μm。换言之，在相近间隔的波长频道的隔离中极性化的相关性可由利用一斜面调整交叉波导的结构来改进，其中该交叉角度可视需要选择较小的角度，而在防止波导之间串音的范围内。
(5)该光学模块的大小可以降低：一交叉波导的一单元可具有三个光学组合的薄膜，其在该基板的上方与底面具有四个波导及两个光学装置，构成一小型结构，如三工器的具体实施例中所示。
附图说明
上述以及其它本发明的特征与好处将可藉由以下详细说明其范例性具体实施例并参照附属图式而更加了解，其中：
图1是使用习用的光学滤波器技术的BiDi-三工器的结构示意图。
图2是使用光学波导的习用技术的三工器的结构示意图。
图3是根据本发明第一具体实施例的一光学模块的结构示意图。
图4是根据本发明第二具体实施例的一光学模块的结构示意图。
图5是根据图4的光学模块的三波长BiDi光学收发器的运作原理及端口组态的架构示意图。
图6是第一光学波导与第二光学波导之间三重反射的光线耦合的交叉角度的相关性及一微镜片可增进该耦合的示意图。
图7是藉由一蚀刻方法制造该光学模块的步骤的示意图。
图8是藉由该湿蚀刻硅基板的移转蚀刻所制造的一光学波导的切口的扫描电子微显影的示意图。
图9是第二具体实施例中该光学模块的另一个结构示意图。
图10是根据本发明第三具体实施例的一双向四波长光学传送器-接收器组合的结构示意图。
图11是根据本发明第四具体实施例的一光学模块的结构示意图。
图12是根据本发明第五具体实施例的一光学模块的结构示意图。
1：光纤                     2：光纤
4：接收器光二极管           5：光学传送器
7：薄膜滤波器               8：薄膜滤波器
9：沟槽                     10：基板
14：输入端口                8：光学波导
20：光学波导                20a：下方包覆
20b：核心                   20c：上方包覆
21：晶体管轮廓罐                     21a：镜片
21b：光二极管                        22：晶体管轮廓罐
22a：镜片                            22b：光二极管
23：晶体管轮廓罐                     23a：镜片
23b：光二极管                        23c：激光二极管
24：镜片                             25：光纤
26：薄膜滤波器                       27：薄膜滤波器
28：薄膜滤波器                       29：薄膜滤波器
30：切口                             31：表面
32：第一斜面                         33：薄膜滤波器
34：第二斜面                         35a：垂直投射
36：第一光学波导                     37：第二光学波导
38：第三光学波导                     39：第四光学波导
40：光学接收器                       51：光学波导
51a：IO端口                         52：光学波导
53：光学波导                         54：光学波导
55：光学波导                         56：模块
56a：薄膜滤波器                      56b：光学装置
57：模块                             57a：薄膜滤波器
57b：光学装置                        58：模块
58a：薄膜滤波器                      58b：光学装置
59：模块                             59a：薄膜滤波器
59b：光学装置                        60：模块
60a：薄膜滤波器                      60b：光学装置
81：载具                             81a：二氧化硅
82：角锥形凹穴                       83：薄膜滤波器
84：微镜片                           84a：波导
84b：波导                            84c：微镜片
85：激光二极管                       86：斜面
87：光学波导                         87a：光学波导
87b：光学波导                        88：斜面
89：切口                             91：下游模拟光学信号
92：下游模拟光学信号                 93：上游数字光学信号
95：载具板                           96：斜面
96a：第一斜面                        96b：第二斜面
97：光遮蔽                           97a：光遮蔽
97b：光遮蔽                        98：薄膜滤波器
98a：第一薄膜滤波器                98b：第二薄膜滤波器
99：光学装置                       99a：第一光学装置
99b：第二光学装置                  100：基板
120：光学波导                      120a：下方包覆
120b：核心                         120c：上方包覆
130：切口                          132：斜面
133：薄膜滤波器                    134：斜面
136：第一波导                      137：第二波导
140：光学装置                      20ba：输入光学波导
具体实施方式
以下将详细说明本发明的范例性具体实施例。但是，本发明并不限于下述的具体实施例，但可实施成多种形式。因此，以下的具体实施例是为了使本说明更加完整来说明，并可使熟知该项技术者了解。
(第一具体实施例)
请参阅图3所示，是根据本发明第一具体实施例的一光学模块的结构示意图。
如图3所示，本发明的第一具体实施例的光学模块包含，形成在一基板100上的一光学波导120；一切口130，其具有至少两个斜面通过至少具有一斜面132的光学波导的核心120b；一光学薄膜(未示出)，其视需要被覆在该斜面132上；及一薄膜滤波器133，其位于该切口130之上。
上述的光学波导120包含，在输入侧上的第一波导136，及位于相反侧上的第二波导137。但其亦可能在需要时仅使用136，137其中之一来设置一光学模块。当光学波导120具有传送光线通过斜面132，134的功能时，其需要在切口130填满一透明光学媒介。斜面132，134在当没有填入媒介时，可为不需要任何被覆的完全内部反射表面。光学波导136，137亦可倾斜某种程度，例如在x-y平面上为8度，以防止由光学装置140或薄膜滤波器133反射回到该输入光学波导。
其亦可在切口130的相同侧面上形成第一光学波导136及第二波导137。例如，第一光学波导与垂直于基板100的斜面的投射形成一第一角度；而第二光学波导提供在相同侧面上，用于接收来自第一光学波导藉由该斜面及该斜面上薄膜滤波器所反射的光线。
较佳地是，每个斜面132，134装设有一多层被覆(未示出)，用于根据该入射光的波长传送或反射。其亦可利用反射式被覆做为金属被覆或甚至不需要任何被覆来运作。该倾斜垂直线较佳地是与xy平面形成45度；其可保证近乎垂直入射到薄膜滤波器133，及该输入与该输出光学波导之间的互连。
较佳地是，薄膜滤波器133为一多层被覆，其根据光线的波长传送或反射该入射光。
光学装置140可附加于薄膜滤波器133上。光学装置140可为一光学传送器或一光学接收器；并可例如使用覆晶贴合的常用方法来简单地附着。光学传送器可为垂直凹穴表面放射激光(Vertical CavitySurface-Emitting Laser，VCSEL)或一垂直凹穴表面放射激光(Horizontal Cavity Surface-Emitting Laser，HCSEL)；及该接收器可为一表面感应光二极管。一边缘放射激光亦可在激光束当采用一额外载具较佳地被导引到该基板时亦可使用，这种载具旋转激光束90度，该载具用于边缘放射激光的常用TOCAN封装。
基板100的材料可多样化，其上形成一光学波导。较佳地是，使用一硅基板形成一应用硅石的光学波导。
使用第一具体实施例的光学模块，光学模块的生产性简单地藉由提供薄膜滤波器133与斜面132，134来增进，其必须分开或组合光学波长到波导的光学路径成为一小型结构。例如，在该斜面上薄膜滤波器的光学被覆仅可藉由自该晶圆的上方或底部蚀刻或切割造成该切口来完成；藉此根据光线波长选择性地自该光学波导传送或反射光线信号。再者，来自该斜面反射的光线根据其波长再次滤波，藉由在该波导上方的薄膜滤波器133处反射或传送。
本发明可使用像是覆晶贴合的一简单步骤藉由放置该光学接收器在薄膜滤波器133上，接收经由薄膜滤波器133传送的信号。另一方面，本发明可经由该光学路径的相反方向发射该光线，放置一光学传送器，取代在薄膜滤波器133上一光学接收器。本发明可产生多种光学模块，例如BiDi-三工器及多波长光学传送器或接收器，其使用该光学模块做为一单元组件。以下将进行说明。
(第二具体实施例)
请参阅图4所示，是根据本发明第二具体实施例的一光学模块的结构示意图。
如图4所示，本发明第二具体实施例之BiDi三工器装设第一及第二光学波导36，37，第三及第四光学波导38，39，切口30及薄膜滤波器33。较佳地是，切口30填入一光学媒介。
上述的第一及第二光学波导36，37在基板10上具有一相互交叉区域L1，L2；
上述的第三及第四光学波导38，39经由交叉区域L1，L2连接到每一个第一及第二光学波导36，37。
上述的切口30形成在交叉区域L1，L2中，并装设第一斜面32，其利用一第一切割角(Φ1)切割第一及第二光学波导36，37，第二斜面34利用一第二切割角(Φ2)切割第三及第四光学波导38，39。第一及第二切割角较佳地是45度，如第一具体实施例中所述。
在此具体实施例中的光学模块在光学波导20的交叉区域L1，L2上额外具有一光学接收器40。较佳地是，一薄膜滤波器33可装设在交叉区域L1，L2上光学波导层20及光学装置40之间。
在光学波导层20中，第一及第三光学波导36，38与第一斜面32的垂直投射形成一角度θ，而第二及第四光学波导37，39形成对称结构到第一及第三光学波导36，38。入射角(θ)的理想范围为1到25度。
第一及第二斜面32，34与基板10的表面31形成约45°，并被覆一金属或多层介电材料。第一斜面32及第二斜面34分别具有第一切割角(Φ1)及第二切割角(Φ2)，其传送或反射来自两个光学波导的光线。
根据第二具体实施例，多波长光线信号来自第一光学波导36，其维持与第一斜面32的垂直投射35a的入射角(θ)。在其中第一及第二波长藉由第一斜面32反射，并投射到薄膜滤波器33中。然后入射到薄膜滤波器33的角度构成与进入波导相同的角度(θ)。
在入射到薄滤波器33的光线信号当中，仅有第二波长传送薄膜滤波器33到达薄膜滤波器33之上的光学接收器40。其它波长被反射回到第一斜面32，然后到达第二光学波导37。
另一方面，具有第三波长的光学信号进入通过第三光学波导38；并通过第二及第一斜面34，32，离开通过第一光学波导36。
请参阅图5所示，是根据图4的光学模块的三波长BiDi光学收发器的运作原理及端口组态的架构示意图。
如图5所示，第一斜面32及第二斜面34反射来自第一光学波导36入射的1.49μm及1.55μm波长的光学信号，并传送来自第三光学波导38入射的1.31波长的光学信号；且薄膜滤波器33反射1.49μm及1.55μm波长之一并传送另一个。
第一及第二光学波导36，37(或第三及第四光学波导38，39)可在靠近第一斜面32(或第二斜面34)的侧边结合，用于光学波导间的光学对准。
所述光学波导可具有一光点尺寸转换器，其在垂直与水平方向上改变导引结构。如图5所示为该波导的宽度与厚度渐小的一光点尺寸转换器；但光点尺寸转换器的其它结构亦可应用。
第一及第二光学波导36，37可经由第一斜面32及第一斜面32上的上表面两次产生的其镜像影像虚拟地平直对准；而来自第一波导36入射光线行经在垂直于波导上方包覆中的基板的平面内，直到经由三次反射该入射光离开该光学接收器或第二光学波导37。在此光线通道中，未提供光线导引结构，造成一些光线散射。因此，在此第一36与第二光学波导37之间的光学互连当中发生一些光学损失。
当一波导在该核心与该包覆的折射系数中有相当大的差异时，即需要采用一光点尺寸转换器来降低该损失。相反地，当该差异小到0.25％时，大于10μm的波导的模态尺寸及该损失即藉由最佳化该波导的结构而做得较小。例如，如果是0.25％光学波导中上方包覆的典型厚度为20μm，这种模态场域的折射发生在第一斜面32与薄膜滤波器33间40μm的来回行程中可小到0.5dB。
请参阅图6所示，是第一光学波导与第二光学波导之间三重反射的光线耦合的交叉角度的相关性及一微镜片可增进该耦合的示意图。一数值模拟使用在基于图5中光学模块的计算当中。在交叉区域L1，L2上加入微镜片，如同在微镜片上方的薄膜滤波器的图9当中，其增进耦合损失由0.4dB到0.25dB，其在一般应用中可忽略。所使用微镜片的细节在第四及第五具体实施例中说明。
类似地，来自第三波导38的入射光线要被发射到第一光学波导36。在第二斜面34及第一斜面32间未定义光学波导。藉此，该光点尺寸转换器即因相同理由用于降低该损失。较佳地是，即需要同时在水平及垂直方向上扩充该模态场域的光点尺寸转换器，但在一些状况中，可使用仅在一个方向上扩充的一光点尺寸转换器，其可为水平或垂直。基于图4中的组态，由第一到第三光学波导计算的光线耦合显示出小于0.3dB损失。
在第一与第三光学波导间光线路径上的一微镜片可进一步降低该耦合损失。这些微镜片可多样化地制造，例如将一较高折射系数的微球镜片插入到该切口，接着利用一聚合物或一环氧树脂重新填入该缝隙，以固定该镜片在定位；或藉由局部放射适当的紫外线或超快激光造成波导或该切口的填入材料的折射系数改变。
概言之，横向磁性(Transverse Magnetic，TM)极性化光线比横向电性(Transverse Electric，TE)极性化光线具有相当低的反射性，因为反射时的入射角度接进布鲁斯特(Brewster)角。因此，如果光学表面具有45度的入射角，具有对极性化较低相关性的光学滤波器的设计在原理上很困难，也有时候薄膜滤波器的层可堆栈甚至到100层，以达到所想要的光学效能。
在设计一光学模块时，请参见图5，入射到薄膜滤波器33的光线具有与第一光学波导36对于第一斜面的垂直投射35a相同的入射角θ。因此，θ角可在光学波导的配置设计期间来选择。角度θ可被选择为接近该基板的垂直方向，其可以容易地利用对极性化的低相关性来设计薄膜滤波器33。相反地，如果角度太小，即会发生由第一光学波导36到第四光学波导39的光线的交叉泄漏或由第一到第一光学波导36的返回泄漏。较佳的θ角范围由1到25度。
较佳地是，第一斜面32与第二斜面34要相同的被覆如同对称表面。切口30要填入一透明光学媒介，如光学玻璃或聚合物材料，其与该光学波导具有相同的折射系数。例如，该切口可由化学气相沉积(Chemical VaporDeposition，CVD)沉积一应用硅石玻璃到一波导厚度，然后额外地填入一应用聚合物材料，较佳地是包含一些黑碳。该黑碳可吸收来自该光学表面、该波导横跨或填入该切口媒介的散失光线，以消除对该光学接收器的噪声。
值得一提的是在切口30的第一斜面32与第二斜面34上的薄膜可藉由沉积在一倾斜角度以不同比例被覆。在此例中，在斜面32，34的每一侧上堆栈薄膜在其厚度上具有一固定比例，其是根据该倾斜角度，造成反射或穿透的光谱范围中一些偏移。使用此方法，来自一切口单一图案的第一斜面32与第二斜面34的光学特性可不同地调整。此调整方法应用在第五具体实施例中。
在穿透第一与第二斜面32，34的方向上第三光学波导38被选择为反方向上1.31μm波长的穿透。在斜面上，具有良好波长分离特性的滤波器很难设计，因为该斜面的角度很接近布鲁斯特(Brewster)角度，因此造成极性化反射或穿透的明显相关性。因此，所述斜面用于组合远程波长1.31μm的滤波器为两个接近的波长1.49μm及1.55μm。另一方面，在波导上方的薄膜滤波器较适于分离波长1.49μm及1.55μm的邻近频道，因为对该薄膜滤波器的入射角在光学波导的配置中可视需要尽量地小。
如图5中所示多数个模块可以组合成多种组合，其造成不仅是一单一端口光学模块，但亦可为在多波长频道中传送或接收的许多多端口光学模块(如图10)。此将在以下做说明。
请参阅图7所示，是藉由一蚀刻方法制造该光学模块的步骤的示意图。如图7所示，将依序说明在本发明具体实施例中制造该光学模块的步骤。图7所示为该光学模块的横截面。
首先，硅基板10的表面为平面[100]或与[100]倾斜成某个角度的平面，且两侧皆研磨。这种基板的特殊方向藉由熟知的硅基板的非等向蚀刻而产生一特定面向角度，其由硅的结晶轴与该基板表面垂直方向的角度所决定。仔细选择晶圆方向有助于在以下的硅基板的非等向蚀刻中控制该切口的面向角度。
如图7(a)，光学波导20的基底层(20a；或下方包覆)形成在晶圆上；且一三角锥形的切口由基板10的背侧蚀刻出来。该基底层可由氧化该硅晶圆或使用CVD(化学气相沉积)或FHD(火焰水解沉积)沉积一应用硅石玻璃来制造。硅的氧化同时发生在该基板的两侧。自该基板的背侧移除氧化物，使用正方图案的一负光掩膜，暴露所提出成角锥形切口的基底；然后该区域使用常用的非等向湿蚀刻方式蚀刻成一角锥形。
当使用CVD或FHD时，除了氧化之外，用于制造光学波导的下方包覆，其仅在单一侧上沉积一应用硅石玻璃。因此，对于以下的非等向蚀刻于该背侧处沉积一氮化硅层做为一屏蔽层；并光图案化该正方形，接着蚀刻该氮化物以暴露所提供切口的基底。然后该暴露的区域以前述相同的步骤被蚀刻成一角锥形，并移除剩余的氮化硅层。
如图7(b)，光学波导20的核心与上方包覆20b，20c产生于下方包覆20a上，并沉积薄膜滤波器在上方包覆20c上。将光学波导以精确的位置对准于该基板上的切口对于本发明的适当运作很重要；并提供在本具体实施例中。换言之，光学波导的图案对准于角锥穴上方的正方形，其可透过下方包覆20a看到。
该上方包覆有时候由于波导核心的轮廓而不均匀，并可由常用的平面化方法做平面化。在上方包覆的平面化表面上，可选择性地沉积薄膜滤波器。例如，可使用一升空方法用于选择性沉积，其使用一光掩膜沉积一牺牲层，接着被覆薄膜滤波器，然后移除该牺牲层。
如图7(c)，在基板上切口的图案由该基板背侧移转到波导层，同时蚀刻硅的斜面及波导层的暴露区域，直到接近薄膜滤波器的层。横跨硅与波导层接口的图案移转通常会改变深度的长宽比，其较佳地是藉由控制多种条件来调整成产生切口的45度斜面，例如氧、氢氟碳、碳氢氟及/或氩的相对部分压力；相对偏压功率及/或RF功率；及压力。特别是，每种气体的相对部分压力及RF/偏压功率为关键参数。图8是藉由该湿蚀刻硅基板的移转蚀刻所制造的一光学波导的切口的扫描电子微显影的示意图。表1所示为该移转蚀刻的范例性步骤。
表1
样本编号                TX9                    TX10
RF功率[W]               1800                   1800
偏压功率[W]             120                    150
CF4流量[sccm]           75                     80
CHF3流量[sccm]          30                     35
02流量[sccm]            10                     15
Ar流量[sccm]            10                     20
压力[mTorr]             4                      4
蚀刻时间[min]           30                     30
在硅斜面的移转蚀刻到波导层之后，下包覆的倾斜角度可不同于上包覆。此是由于每个波导层的材料组成的变化。适当选择层的材料以及移转蚀刻的适当步骤可大部分修正此问题。在该切口斜面上额外沉积低溶点材料做为硼磷硅玻璃或聚合物，接着在适当温度下退火通过溶解，亦有助于修正像是该切口斜面不均匀的特征。斜面的粗糙度在此步骤中亦有改善，其亦有助于光学应用。
如图7(d)，一适当的光学薄膜的结构沉积在该切口的斜面上。如图7(d)的垂直于该基板的沉积在该切口的两侧上造成相同的薄膜，但与垂直线的一些偏移在该切口的每一侧上产生两个不同的薄膜堆栈，其在每一层中具有固定的比例。
如图7(e)，该切口填入一背面光学媒介，然后该光学装置粘结到该切口上方。该背面光学媒介可为一应用聚合物的材料、由CVD或FHD制造的一应用硅石的材料，或前述材料的多重层。
请参阅图9所示，是第二具体实施例中该光学模块的另一个结构示意图。在图9所示的模块中，较佳地是仅被覆该切口两个表面中一个斜面，并活化成一光学表面，而另一个则藉由填入匹配折射系数的一透明媒介而调整成透明。我们可将此模块视为仅具有一光学斜面，即使在该切口的步骤中制造两个斜面。
解释与在图7所述步骤的差异，切口30在制造波导层20中该基板的前侧上产生。这种结构可简易地使用一适当的机械工具在波导层20上加工一V型沟槽来制造。
首先，在基板10上产生一光学波导。然后，使用一旋转机械工具，例如盘片锯，较佳地是具有一适当形状的切割边缘，沿着该表面移动而切割该波导层有一深度。此处的切割边缘代表利用钻石粉处理的一适当形状的研磨表面。该切割边缘的横截面可由具有一适当角度的两个侧面构成。藉由这种工具，由与该基板具有角度的两个面向表面构成的一适当形状的沟槽可沿着该基板的表面加工。适当的使用一机械工具可产生1μm的典型精度，其足以生产本发明的光学模块。当然，可以实现具有45度倾斜角的沟槽。
另一种生产具有45度倾斜角的切口的方式为使用一种熟知的晶圆贴合法，其常用于生产一绝缘体上硅(silicon-on-insulator)晶圆。一额外的硅晶圆可贴合到具有一波导层的晶圆。然后，贴合的硅晶圆研磨出一适当的厚度。一角锥形的切口由非等向性蚀刻该附着晶圆来产生，接着移转蚀刻该切口到该波导层某一深度，如图7所示。
另一种由基板的前侧产生45度斜面的方法为使用一灰阶光掩膜(灰阶；一光掩膜的多层遮影)，其在半导体产业中时常使用。制造使用灰阶光掩膜的一光阻的V型横截面图案，然后使用干蚀刻方法直接移转到该波导层中。
当由波导晶圆的前方侧产生该切口时，其亦需要沉积一光学被覆在该切口的斜面上，然后使用透明光学媒介填入该切口，接着平面化该填入材料的表面。该填入材料可为一光学聚合物或一应用硅石的玻璃。
(第三具体实施例)
请参阅图10所示，是根据本发明第三具体实施例的一双向四波长光学传送器-接收器组合的结构示意图。在图10中每个组件模块56，57，58，59，60代表本发明中如图3所示的光学模块。所述单元模块56，57，58，59，60装设有薄膜滤波器56a，57a，58a，59a，60a、光学装置56b，57b，58b，59b，60b，及具有斜面的切口(未示出)。
在第三具体实施例中的四波长光学收发器具有接收波长1.49μm，1.55μm及1.61μm，传送波长1.31μm。光学信号到外部的IO(输入-输出)端口51a经由光学波导51连接到光学模块56的第一单元。模块56的第一单元接收一波长频道，并结合一传输波长频道到该进入光学路径的反向方向中。由光学波导52，54连接模块的第二及第三单元57，58分开接收光学信号成每一个其波长。
由光学波导53，55连接的模块的第五及第四单元60，59组合每个波长的传输信号，或监视该激光传送器的运作。
在本具体实施例中结构在模块的第一单元56处分离该传输与接收信号成为两个独立的波导路径，其降低进入与离开信号之间的串音。
如图10所示，在模块的第一单元56中的光学装置56b，其位于该切口第一斜面的上，接收与该进入信号分离的滤波56a的一波长频道。另一方面，值得一提的是光学装置56b亦可位于该切口的第二斜面之上，用于监视该传送信号。
在此具体实施例中，其有可能输入或输出来自该晶圆表面所有接收或传送光线；而该光学传送器或接收器可使用一覆晶贴合方法简单地安装在薄膜滤波器56a，57a，58a，59a，60a上。在本例中使用的传送器或接收器为表面吸收光二极管或表面放射激光二极管，如前所述。
在下述中，该光学模块的运作原理依一四波长的范例解释，其中1.31μm用于传输，1.49μm，1.55μm及1.61μm用于接收。经由51a来自外部光纤的接收信号进入模块的第一单元56，造成经由该光学波导51的入射角θ1；然后由薄膜滤波器56a反射，除了1.49μm信号。1.49μm信号被传递到光学接收器56b，其中被转换成电子信号。其它信号，如1.55μm及1.61μm，由光学波导52所导引。
光学波导52导引1.55μm及1.61μm的光线进入模块的第二单元57，造成一入射角θ2。1.55μm信号传送通过模块的第二单元57中的薄膜滤波器57a；并由光学接收器57b转换成电子信号。其它信号1.61μm被导引到光学波导54。
来自光学波导54的1.61μm的光学信号进入模块的第三单元58，构成入射角θ3；然后，其传送通过薄膜滤波器58a，并由光学接收器58b转换成电子信号。在此，薄膜滤波器58a用于隔离所有其它波长，例如1.31μm，1.49μm及1.55μm。当1.31μm，1.49μm及1.55μm的信号足够弱时，可排除滤波器58b。
另一方面，由在模块的第四单元59上传送器59b所产生的上游信号，在通过抗反射被覆59a被发射到光学波导55中；然后被传递到模块的第五单元60，其中该信号经由薄膜滤波器60a而部分传递到光学接收器60b。其余的信号被反射及发射到光学波导53中。在此，第五单元60中的光学装置60b做为一监视光二极管(mPD)。再次地，来自光学波导53的传输信号传送模块的第一单元56的两个斜面，并经由光学波导51及IO端口51a离开到外部光纤。
模块的第一到第三单元56，57，58上的薄膜滤波器56a，57a，58a通常会不同的被覆，其代表在模块上每个薄膜滤波器有不同的沉积。我们可减少一次的沉积，对连接到所述模块的每个光学波导引入不同的入射角θ1，θ2，及θ3。此所利用的事实为一薄膜滤波器的穿透范围由入射角的改变而偏移，即使模块的薄膜56a，57a，58a皆相同。
模块的第二到第五单元57，58，59，60的45度斜面上的光学被覆为广泛波长范围中的反射式，并可为一金属被覆、一介电被覆、一没有任何被覆的完全内部反射表面，或其中的组合。
做为接收器模块的第一到第三单元56，57，58的薄膜滤波器56a，57a，58a的穿透范围皆紧密相隔，而多层介电层基本上由数十层所构成。选择入射角到0度可便于薄膜滤波器的设计，并可造成紧密相隔的波长频道之间高隔离性与极性化的低相关性。
在模块的第四单元59上的薄膜滤波器59a可为抗反射或无功能(未被覆)，其上放置一光学传送器。模块的第五单元60的薄膜滤波器60a部分反射该入射光，并通常被覆一介电质或金属或其组合。
在此具体实施例中，其亦可利用直接耦合一边缘放射激光到一光学波导，如传送器模块的传统激光，而取代一表面放射激光自该晶圆表面耦合。一传送器模块的正方形区域，取代模块的第四单元59，由该基板的上方干蚀刻到一适当的深度；且该边缘放射激光固定在该蚀刻的底部，对准于暴露在该蚀刻侧壁上光学波导的核心。
对于修正，此具体实施例在当传输波长为紧密间隔时即依下述实施。该单元模块仅由第一及第二光学波导、第一斜面及薄膜滤波器(图4中的36，37，32，33)构成。多数单元模块由光学波导连接成锯齿状，其可设置成一波长多任务器或反多任务器。在此，图4中第一斜面32为所有波长的反射镜；而在该斜面之上的薄膜滤波器进行波长选择。
另一方面，分配到任何波长频道的光学路径为一可反向路径，也就是接收与传送可互换使用。因此，在任何薄膜滤波器上以一接收器取代一传送器可改变传输的功能为接收功能，反之亦然。
常用于光学通讯的光学装置为一表面吸收光二极管、一边缘放射激光或一VCSEL。一表面吸收光二极管的活化区域的直径基本上为20到100μm，其大小足以由覆晶贴合构成光二极管的对准。
相反地，一光学传送器的发光区域的直径一般仅为数微米。因此，在本发明的模块中，必须使用一额外的工具(例如镜片或光点尺寸转换器)由该传送器连接该光学路径到该光学波导。一些具体实施例在下述说明，请参见图9及图10。
(第四具体实施例)
请参阅图11所示，是根据本发明第四具体实施例的一光学模块的结构示意图。
如图11，本发明第四具体实施例的光学模块装设有，形成在基板10上的光学波导20；具有斜面88，86的切口89通过至少光学波导20的核心20b；及在微镜片84a上的薄膜滤波器83。承载一光学装置85的载具81额外安装在薄膜滤波器83之上。该载具在一角锥形凹穴82中沿着其中心轴提供一光学路径，其通过薄膜滤波器83及微镜片84，然后到达光学装置85。凹穴82的其余部分通常保留净空；但当需要时可选择性由一光学媒介填满。
载具81辅助经由该基板的表面由光学波导20的倾斜终端的光学连接到光学装置85，其为一传送器或一接收器。其固定光学装置85的位置在基板10上，并提供装置85与光学波导20之间光学的空间。一接收器装置不需要该载具，因为接收器的感应区域的50μm的直径相较于典型为6μm到8μm的波导20的尺寸足够大。相反地，一传送器装置，例如表面放射或一边缘放射激光，其大致需要一微镜片，以匹配一激光的模态尺寸到一波导；及一载具提供由该镜片到该激光二极管的适当的距离。在此，所示为在一载具上具有一激光的光学模块。
根据此具体实施例的结构，该传送器(或激光)85放置在斜面86上的载具81上；一微镜片84a放置成与斜面86有些区隔；及一额外的微镜片84b，84c，其装设在具有载具81的主体内。此是要达到光学波导87a，87b之间模态场域的最佳匹配，以及激光二极管85的模态场域与波导87a或87b的最佳匹配。
为此目的，一激光二极管固定在一额外的载具81上，其中心部分清除为一角锥形；而该载具可光学地对准并固定于基板10的表面上。载具使用硅晶圆的非等向蚀刻来制造，其为熟知的硅光学工作台(Silicon opticalbench，SiOB)技术。
微镜片可制造在切口的上波导的上包覆中(或在切口的填料上)。在玻璃层(或聚合物)的圆形(或多边形；椭圆形)光阻图案即做为圆形，经由将其溶解由光阻的表面张力形成镜片；然后类似镜片的光阻即由一干蚀刻移转到底层。
微镜片通常制作于薄膜滤波器上额外的玻璃层。在此具体实施例中，该微镜片先制造在波导晶圆的上表面上，然后由一薄膜滤波器被覆(一薄膜滤波器)。因此，该被覆的薄膜层依循该成镜片表面的轮廓。较佳地是，来自光学波导87a或87b的发散相位前端与在微镜片84a上薄膜滤波器84a具有相同的曲率，但在该基板垂直方向偏离轴上。
在此组态中，在成镜片表面上的薄膜滤波器在45度斜面86的辅助下将来自入射波导87a反射波长的光线聚焦到离开波导87b，而其它波长的光线行经该薄膜滤波器，而对相位前端不会造成扭曲。激光二极管85光线耦合到光学波导可独立地由镜片84b，84c完成。由于波导87a与87b间折射造成的通道损失可由聚焦消除，如图6所示。
以下说明在该载具的内形成微镜片的范例。在两侧研磨的硅晶圆即氧化成厚度15μm。一角锥形的凹穴藉由光掩膜及非等向蚀刻在氧化的晶圆上制造。厚氧化物在下一步骤的蚀刻之后留在该载具上方。然后，在凹穴82之内由较低到较高折射系数堆栈层84c，84b产生一微镜片。较佳地是，溶解其间先前堆栈层可圆角该堆栈层的表面轮廓，并可控制该镜片的收敛特性。每一层可为应用硅石的玻璃或由FHD，CVD，光学聚合物的旋转或其它方式沉积的光学聚合物。较佳地是由较高到较低的溶解温度的堆栈层。
在载具81上方的二氧化硅81a层提供一额外光学表面作为一第二薄膜滤波器。因此，在此具体实施例中分别提供形成微镜片与薄膜滤波器的两种方式。
该微镜片系统可为对称或非对称，其绕着晶圆表面的垂直方向旋转约90度。该非对称镜片使用像是长方形或椭圆形的一非对称图案来简单地制造，其沿着该镜片的正交轴造成两种不同的镜片轮廓。该非对称镜片特别有用于修正该激光二极管的散光。
将激光二极管光线耦合到该光学波导87a或87b是位于与载具81中凹穴82的中心轴的偏离轴上，其位于晶圆表面处垂直于该基板的平面上的θ角在折射角度上，如同在该基板上的波导。这种偏离轴耦合可由位于该载具芯片上方的激光二极管的偏离轴对准来完成。值得注意的是该组合的镜片系统84中，一个在基板上，另一个在该载具之内，其可同时处理将来自波导84a的光线聚焦到波导84b中，及将来自激光二极管(光学装置85)的光线聚焦到前述的波导84a，84b之一。
(第五具体实施例)
请参阅图12所示，是根据本发明第五具体实施例的一光学模块的结构示意图。
如图12所示，本发明的该具体实施例的光学模块在基板10上装设一光学波导20；具有第一及第二斜面96a，96b的切口至少通过光学波导20的核心20b；被覆在第一斜面上的第一薄膜(未示出)；被覆在第二斜面上的第二薄膜(未示出)；在切口之上的第一薄膜滤波器98a；在第一薄膜滤波器98a上的第一光学装置99a；在切口之下的第二薄膜滤波器98b；一载具板95，其支撑第二薄膜滤波器98b；及在第二薄膜滤波器98b上第二光学装置99b。
此具体实施例为第二具体实施例中所述的一双向三波长收发器的另一例示。由输入光学波导20ba入射的1.55μm的下游模拟光学信号91自第一斜面96a所反射；通过第一薄膜滤波器98a，穿过光遮蔽97a；然后由第一光学装置99a所侦测。由输入光学波导20ba入射的1.49μm的下游模拟光学信号92通过第一斜面96a；由第二斜面96b反射；通过第二薄膜滤波器98b，穿过光遮蔽97b；然后由第二光学装置99b所侦测。第一薄膜滤波器98a为1.49μm信号的切断滤波器，而第二薄膜滤波器98b为1.55μm信号的切断滤波器。光遮蔽97a，97b被额外地加入，用于遮蔽由91，92及93所定义的特定路径所逸出的散失光线。另一方面，1.31μm的上游数字光学信号93来自输入光学波导20ba的另一侧20bb，并组合到通过第二斜面96b与第一斜面96a的输入光学波导的反向路径当中。
在基板10的上方侧上第一光学装置99a与光学波导20仅相隔数十微米。因此，来自光学波导的笔形光束发散非常小，直到其到达来自第一斜面96a的第一光学装置99a。相反地，第二光学装置99b位于基板10的背侧上，其与光学波导20相隔基板的厚度(约1mm)。然后，来自该光学波导的笔形光束在横跨该基板的侧向发散超过第二光学装置99b的感应区域(直径正常约为50μm)。因此，其有需要聚焦光束92到第二光学装置99b的感应区域当中。在此具体实施例中微镜片的聚焦光学例示于图12。
在此具体实施例中连接该光学模块亦可制造具有更多功能的一双向多波长光学模块。在本发明中将此具体实施例进一步组合到其它光学模块仍可能更多样性地制造其它光学装置。
本发明的多种修正皆可在本发明的观念及范围内进行。因此，根据本发明的具体实施例的解释并非做为申请专利范围或其同等者的限制，而仅做为例示之用。

Claims (30)

1、一种光学模块，其特征在于其包含：
一光学波导，位于一基板的上方侧；
一切口，其具有至少两个斜面，至少通过该光学波导的核心；以及
一薄膜滤波器，其位于该切口之上或之下。
2、根据权利要求1所述的光学模块，其特征在于其中所述的切口的两个斜面中至少一斜面被覆成一光学层。
3、根据权利要求1或2所述的光学模块，其特征在于其中所述的光学波导要装设横跨该斜面的一延伸，以沿着该光学波导持续光线传递。
4、根据权利要求1或2所述的光学模块，其特征在于其进一步包含在该切口之上或之下的一光学装置。
5、根据权利要求1或2所述的光学模块，其特征在于其中所述的光学波导形成与该斜面的垂直方向投射成一角度。
6、根据权利要求1或2所述的光学模块，其特征在于其中所述的光学波导包含一第一波导与一第二波导，且其中该第一光学波导装设成与该斜面的垂直投射成一角度，而该第二光学波导额外装设，用于接收来自该薄膜滤波器与该斜面反射的该第一光学波导光线。
7、根据权利要求4所述的光学模块，其特征在于其进一步包含在自该光学波导至该光学装置的光线路径中至少一微镜片。
8、根据权利要求4所述的光学模块，其特征在于其进一步包含用于支撑及区隔该基板上该光学装置的一种工具。
9、根据权利要求8所述的光学模块，其特征在于其中所述的工具承载在该工具或其上薄膜滤波器内本体中所形成的微镜片。
10、根据权利要求7所述的光学模块，其特征在于其中所述的微镜片形成为对称或非对称，而在微镜片的平面上旋转约90度。
11、根据权利要求1或2所述的光学模块，其特征在于其中所述的光学模块包含经由该光学波导彼此连接的多数单元光学模块。
12、一种光学模块，其特征在于其包含：
一第一光学波导及一第二光学波导，其在一基板的上方侧彼此接近；
一第三光学波导及一第四光学波导，其彼此接近，具有连接到延伸的第一光学波导及第二光学波导接近区域；
一切口，位于该接近区域，其包含一第一斜面，用于利用一第一切割角切割该第一光学波导及该第二光学波导，及一第二斜面，用于利用一第二切割角切割该第三光学波导及该第四光学波导；以及
一薄膜滤波器，其形成在该接近区域上。
13、根据权利要求12所述的光学模块，其特征在于其中所述的第一光学波导与第三光学波导及该第二与第四光学波导在该基板的平面上对称于该第一斜面与该第二斜面的垂直投射。
14、根据权利要求12所述的光学模块，其特征在于其中所述的第一斜面与该第二斜面对称于通过所述光学波导的交叉中心的该基板的垂直线。
15、根据权利要求12所述的光学模块，其特征在于其进一步包含在该接近区域之上或之下的一光学装置。
16、根据权利要求12所述的光学模块，其特征在于其中来自该第一光学波导进入光线的一些波长藉由该第一斜面反射而传输到该第二光学波导；而来自该第三光学波导进入光线的一些波长横跨该第一斜面与第二斜面而传输到该第一光学波导。
17、根据权利要求15所述的光学模块，其特征在于其中所述的光学装置为一表面放射激光二极管或一表面感应光二极管。
18、根据权利要求12所述的光学模块，其特征在于其中所述的切口填入一透明光学媒介或一双层的一透明光学媒介及一光线吸收媒介，用于防止一散失光线。
19、根据权利要求18所述的光学模块，其特征在于其中所述的透明光学媒介或该光线吸收媒介为一玻璃、一聚合物、一环氧树脂、或包含在一吸收剂的一聚合物或环氧树脂。
20、根据权利要求14所述的光学模块，其特征在于其中所述的第一斜面与第二斜面为非对称性被覆。
21、一种光学模块，其特征在于其包含：
一第一光学波导及一第二光学波导，其在一基板的上方侧彼此接近；
一第三光学波导及一第四光学波导，其彼此接近，具有连接到延伸的第一与第二光学波导的接近区域；
一切口，位于该接近区域，其包含一第一斜面，用于利用一第一切割角切割该第一光学波导及第二光学波导，及一第二斜面，用于利用一第二切割角切割该第一光学波导及第二光学波导；及
一薄膜滤波器，其形成在该接近区域上。
22、一种光学模块，其特征在于其包含：
一第一光学波导及一第二光学波导，其在一基板的上方侧彼此接近；
一切口，其位于该接近区域，由一斜面构成，利用一角度切割该第一光学波导及第二光学波导；及
一薄膜滤波器，其形成在该接近区域上，
其中该第一光学波导相对于该基板的平面上该斜面垂直投射构成一第一入射角，且该第二光学波导接收来自该第一光学波导自该斜面及该薄膜滤波器反射的光线。
23、一种光学模块，其特征在于其包含：
该光学模块的一第一单元以及一第二单元，其彼此连接；
其中光学模块的第一单元包含一第一光学波导与一第二光学波导，其在一基板的上方侧彼此靠近；位于该接近区域处一第一切口，由一第一斜面构成，利用一角度切割该第一与第二光学波导；及一第一薄膜滤波器，其形成在该接近区域上，该第一光学波导相对于该基板的平面上该第一斜面垂直投射构成一第一入射角，且该第二光学波导接收来自该第一光学波导自该第一斜面及该第一薄膜滤波器反射的光线；
其中光学模块的第二单元包含该第二光学波导及一第三光学波导，其在一基板的上方侧彼此靠近；位于该第二接近区域处一第二切口，由一第二斜面构成，利用一角度切割该第二光学波导与第三光学波导；及一第二薄膜滤波器，其形成在该第二接近区域上，该第二光学波导相对于该基板的平面上该第二斜面垂直投射构成一第二入射角，且该第三光学波导接收来自该第二光学波导自该第二斜面及该第二薄膜滤波器反射的光线。
24、根据权利要求23所述的光学模块，其特征在于其中所述的第一薄膜滤波器与第二薄膜滤波器以相同的结构构成；但第一入射角与第二入射角不相同。
25、一种光学模块的制造方法，其特征在于其包括以下步骤：
在晶圆基板上形成光学波导；
由该基板的前方侧或后方侧形成具有至少两个斜面的切口，其通过至少该光学波导的核心；以及
在接近波导的区域中，选择性地在该斜面上被覆光学薄膜。
26、根据权利要求25所述的光学模块的制造方法，其特征在于其中所述的形成该切口的步骤是由自一硅基板的背侧的一非等向湿式蚀刻，接着藉由干蚀刻转换该湿蚀刻图案到该波导层；或由该基板的前方侧使用一硅或光阻的适当轮廓的蚀刻光掩膜干式蚀刻该波导层。
27、根据权利要求25所述的光学模块的制造方法，其特征在于其中所述的形成该切口的步骤是使用机械工具加工该波导层。
28、根据权利要求25所述的光学模块的制造方法，其特征在于其中所述的在形成该切口的步骤中，该切口的斜面是45度。
29、根据权利要求28所述的光学模块的制造方法，其特征在于其中所述的在形成该切口的步骤，该切口的斜面是45度，其藉由控制以下的条件，包括氧、氢氟碳、碳氢氟碳及/或氩的相对部分压力；相对偏压功率及/或RF功率；及压力。
30、一种光学模块，其特征在于其包含：多数单元光学模块，所述单元光学模块的每一模块包含：一光学波导，其位于一基板的上方侧；一切口，其具有至少两个斜面，通过至少该光学波导的核心；及一薄膜滤波器，其位于该切口的上方或下方，其中所述单元光学模块的每一模块的输入端口及/或输出端口经由该光学波导连接到光学模块单元中至少一单元。
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