CN102089689B - 分光器装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种分光器装置和方法。该装置可以包括具有形成大空芯的壁（104）的波导（102）。该波导可以被配置为通过大空芯引导光信号。可以通过波导（102）的至少一个壁（104）来形成光学分接头（108）。另外，棱镜（112）可以位于波导的大空芯中并与光学分接头（108）对准。可以在棱镜上提供分离器涂层（110）以通过光学分接头（108）将光信号的一部分引导到波导（102）之外。

Description

分光器装置

背景技术

随着电路板上的计算机芯片速度增加至甚至更快的速度，芯片间通信中的通信瓶颈正在变成更显著的问题。尝试避免瓶颈的一种可能的解决方案是使用光纤来将高速计算机芯片互连。然而，大多数电路板涉及许多层且常常要求其制造中的公差小于一微米。物理地设置光纤并将该光纤连接到芯片可能过于不准确并耗费时间而不能在电路板制造工艺中广泛地采用。

在电路板周围和之间路由光信号可能增加显著的附加复杂性。因此，适于出售的芯片之间的光学互连已经证明是不可靠的，尽管需要宽带数据传输。

附图说明

图1是被耦合到单模激光器和射束分离器的大芯径中空波导的横截面图示；

图2是在射束分离器内发生的射束离散的图示；

图3是具有被耦合到具有反射性内部的大芯径中空波导的准直透镜和到偏移的大芯径中空波导的耦合装置的多模激光器的侧视图图示；

图4是依照实施例的被用作波导中的分光器的dove（道威）棱镜的侧视图的图示；

图5是依照实施例的被插入波导中的道威棱镜分光器的侧视图的图示；

图6是依照实施例的被用作波导中的分光器的倒置的道威棱镜的侧视图的图示；

图7是依照实施例的被用作波导中的分光器的直角棱镜的侧视图的图示；以及

图8是依照实施例被用作波导中的基于面积的分光器的直角棱镜的侧视图的图示；

图9是举例说明依照实施例的用于在波导中构建光学棱镜分离器的方法的流程图；

图10是依照实施例的在硅衬底上被图案化和金属化的波导的侧视图的图示；

图11是依照实施例的使用结合层被结合到支撑衬底的硅衬底的侧视图的图示； 

图12是依照实施例的在波导和衬底中切割的槽的侧视图的图示；

图13是依照实施例的插入衬底上的波导中的槽中的棱镜和附着在波导上的盖体的侧视图的图示；

图14是依照实施例的按递增的顺序设计尺寸并被插入波导中的槽中的各个棱镜的横截面图示；

图15是依照实施例的使用被插入波导中的槽中的、具有变化的形状的棱镜的图示；

图16是举例说明实施例中的被注塑成型或压印到波导壁中的分离器棱镜的多个尺寸的横截面图；

图17举例说明如实施例中的基于面积的棱镜分离器，其中棱镜分离器利用波导的盖体形成；以及

图18举例说明实施例中的基于面积的分离器的横截面图，其中棱镜被安装在光学分接头中。

具体实施方式

用于在电路板上的计算机芯片之间形成光学互连的一种方法是使用在电路板上形成的光学波导。由于使用平版印刷、机械或类似工艺在电路板上形成波导的能力，光学波导可能比用于将电子装置互连的光纤通信优越。通常用诸如聚合物和/或电介质的基本上光学透明的材料在电路板上形成波导。还可以在未被安装在电路板上的其它类型的衬底（诸如具有微芯片的硅晶片）上形成使用平版印刷或类似工艺制造的光学波导。作为附加示例，可以在柔性衬底上形成光学波导以产生具有一个或多个光学波导的带状线缆。本文所公开的光学波导是使用平版印刷或类似工艺在衬底上形成的。

以这种方式形成光学波导能够提供被构造为具有必要的物理容差以用于现代多层电路板上的互连。然而，可以用于芯片和电路板制造中以形成板上波导的聚合物、电介质或其它材料通常明显比光纤更有损耗。事实上，板上波导中的损耗量已经是限制光学波导互连的可接受性的因素之一。用来构造波导的聚合物可以具有每厘米0.1 dB的损耗。相反，光纤中的损耗约为每千米0.1 dB。因此，聚合物波导可以具有比光纤中的损耗大几个数量级的损耗。

另外，典型的波导通常被制造为具有与其被设计为要载送的光波长大致成比例的尺寸。例如，被配置为载送1000 nm光的单模波导可以具有1000 nm至5000 nm（1 μm至5 μm）的最大尺寸。连接具有此尺寸的波导可能是昂贵且具有挑战性的。产生波导并连接波导的成本在历史上已使得减少了其在最常见的应用中的使用。多模波导可能具有用于芯区的约20～60 μm量级的较大尺寸。单模和多模波导两者都具有相对高的数值孔径（NA）。数值孔径确定来自发射光纤的射束的发散。因此，较大的NA将导致与光纤到光纤的间隔有关的不良耦合。使用这些类型的波导还难以实现被引导光束的分裂和分接。

相对于使用聚合物或电介质材料形成的先前的光学波导的本质改进是使用如图1所示的被配置为引导相干光束1204的大芯径中空波导1200。大芯径中空波导可以具有约为该波导被配置为引导的相关光束的波长的50至150倍或更大的倍数的量级的直径（或者宽度和/或高度）。所述大芯径中空波导可以具有被配置为引导光信号的正方形、矩形、圆形、椭圆形或某种其它形状的横截面形状。此外，由于波导是中空的，所以光束基本上以空气或真空中的光速行进。

图1举例说明将单模射束1204发射到波导1206中的激光器1202。使用分离器1208来使光束的一部分（被称为反射射束1214）改向至正交波导1212中。被称为透射射束1210的其余光束可以沿着与原始射束1204相同的方向继续。

在图2的图示中可以看到，在射束分离器1208内可以发生大量的射束离散。射束离散是由于中空波导（具有空气或真空的折射率）与分离器之间的折射率变化而发生的现象。例如，由二氧化硅形成的射束分离器具有1.45的折射率。由Si₃N₄形成的射束分离器具有2.20的折射率。

射束在其进入射束分离器时被折射。发生折射的角度取决于波导与射束分离器之间的折射率差。射束离散是射束由于折射而行进的距离。该距离通常与光学装置（在本例子中为射束分离器）的厚度成比例。射束离散可能导致中空金属波导内的模的位移，从而导致波导边缘附近的由于较高阶模的激励而引起的损耗。横向位移甚至可能导致在射束分离器之后发生的、透射射束1210被引导到中空金属波导的区段1213的外面。

在图2中示意性地示出光学分接头（tap）的放大图。入射角在空气中被表示为θ₁且在分接头介质中被表示为θ₂。光学分接头厚度被示为d，分接头中的光线的长度被示为s，并且离散距离被示为x。基于进入分接头介质的射束的几何学，

             （1）

。          （2）

将等式1代入2，得到：

         （3）

对离散距离x求解：

。          （4）

使用等式（4）并连同Snell定律一起：

         （5）

可以获得射束的入射角、介质相对于分接头的折射率、分接头的厚度以及由分接头引起的离散距离之间的关系。

射束离散在使用相当小的波导时可能显得夸张。例如，即使当在50 μm的波导中使用具有约250 μm（1/4毫米）的厚度的相对薄的射束分离器1208时，穿过射束分离器的透射射束的射束离散也可以是约75 μm、即波导厚度的1.5倍的横向位移。为了补偿射束离散的横向位移，如图3所示，可以使波导移位。

使每个结点处的波导的位置移位以补偿射束离散可能使制造变得麻烦。使射束离散最小化的一种替换方案是使射束分离器的厚度最小化。这在2007年8月1日提交的共同待决的美国专利申请序号No. 11/832,559中更全面地被公开。然而，极薄的射束分离器的使用可能提供不同的制造复杂性。在某些实施例中，移位中空金属波导的使用相对于诸如使用薄射束分离器的其它方法而言可能是经济的。

如果通过波导的光学路径不是基本上笔直的，则在波导内可能发生显著的损耗。在波导中发生的弯曲或转弯可能使光束具有不期望数目的反弹，从而引起大量的衰减。为了使得能够沿着不同的方向路由光信号，可以使用反射镜、分离器以及透镜。

为了减少空芯波导内的损耗，可以添加反射涂层1413以覆盖波导1400的内部，如图3所示。如可以认识到的，可以使用镀覆、溅射或类似工艺来形成该反射涂层。如果中空波导包括具有低熔点的聚合物或其它材料，则可以使用诸如溅射、电镀或热蒸发的低温工艺来施加反射涂层。

反射涂层1413可以由在相干光束的波长处基本上为反射性的一层或多层金属、电介质或其它材料组成。可以基于金属的反射率来选择金属。期望的是覆盖通道的高反射性层。例如，可以使用能够形成高反射性层的银、金、铝或某些其它金属或合金来形成反射层。可替换地，反射层可以是能够由在所选波长处基本上为反射性的一层或多层电介质材料形成的电介质堆叠。在沉积反射层之前，可以对未涂覆的中空通道进行热回流以使任何表面粗糙平滑化。还可以对反射层进行热回流或类似工艺以使可能在沉积过程期间发生的反射层中的表面粗糙平滑化。还可以使用电抛光来使反射金属表面平滑化。

如果光子引导装置未被密闭地密封，则反射涂层1413可能随着时间的推移而氧化。反射涂层的氧化可以大大降低其反射率。为了减少或消除金属涂层的反射率的降低，可以在反射涂层上形成保护层1411以充当保护覆盖体。该保护层可以由在相干光束的波长处基本上透明的材料组成。例如，保护层可以由能够在反射涂层上形成基本上气密的粘合的二氧化硅或某种其它材料形成。此保护层还将通过使传播的光束进一步与有损耗的反射层分离来减少传播损耗。

具有反射表面的中空波导以与固体波导不同的方式工作。中空波导使用通过从反射层的反射来引导光的衰减全内反射的原理来工作，而不是如通常在诸如光纤的固体波导中发生的那样通过较高折射率的芯区和较低折射率的包覆区之间的全内反射来引导光。如可以认识到的，中空波导内的光束可以以比全内反射所需的角度更大的角度被反射。

理想地，通常使用单模激光器来将相干光引导到中空波导中。然而，单模激光器可能是相对昂贵的。已经发现诸如垂直腔表面发射激光器（VCSEL）的价格比较低廉的多模激光器在使用具有反射内表面的中空波导将高数据速率信号传递通过相对短的距离时可能有用。例如，可以使用多模激光器来引导高数据速率信号通过大芯径中空反射波导以进行芯片间和电路板间连接。多模激光器的使用可以显著地降低光学互连的成本，从而使得能够实现更多种类的电子装置的互连。然而，多模激光器输出在被直接耦合到中空金属波导时可能由于以大角度传播的较高阶模的多次反射而具有明显更大的损耗。

为了克服从多模激光器1402发射的较高阶模的衰减，可以在从激光器发射的多模相干光线1406的路径内放置准直仪1404。该准直仪可以是准直透镜或透镜系列。在一个实施例中，可以将准直仪配置为球透镜。该球透镜可以具有防反射涂层。

准直仪1404被配置为使多模射束准直以使从激光器1402发射的多个多模或射线1406形成其中所述多模在大芯径中空波导1400内基本上平行地行进的准直射束1408。可以使用多模射束的准直来通过发射几乎平行于波导的射线而将多模激光器有效地耦合到中空金属波导的低损耗模，从而基本上减少在波导内发生的反射的次数。在波导内发生的准直射束的反射通常将相对于波导壁成相对浅的角度，由此使波导内的反射次数最小化并因此减少中空波导内的光束的衰减。

图3举例说明其中多模激光器1402发射多模相干光束1406的系统。多模相干光束包括处于递增的角度下的多个射线。如前文所讨论的，这些射线被发送通过准直仪1404，以使得射线在大芯径中空波导1400内能够基本上是平行的。准直仪可以是单个透镜。可替换地，准直仪可以由被配置为使得多模相干射束内的射线能够基本上平行的多个透镜组成。

可以使用被光学地耦合到第一大芯径中空波导1405和第二大芯径中空波导1409的耦合装置1410来将基本上准直的多模相干光束的反射部分1414从第一大芯径中空波导1405改向至第二大芯径中空波导1409。可以将该耦合装置配置为将光束的至少一部分从第一波导改向至第二波导，同时使得其余能量能够仍在第一波导中。依照本发明的一方面，可以选择耦合装置的宽度和折射率以提供期望量的射束离散。

虽然图1和3已提供了通过大芯径中空波导引导准直激光射束的示例性图示，但大芯径中空波导的使用在使用中并不限于来自激光源的准直射束或相干光束。例如，可以将非准直激光引入大芯径中空波导中。由于较高阶模所经历的较多次数的反射，较高阶模在波导内将被自然地过滤。因此，甚至被输入第一波导1405中的非准直光束也能够基本上作为能够被划分成透射射束1412和反射射束1414的准直光束从第一波导出来。还可以将大芯径中空波导与从发光二极管或另一基本上相干的光的源发射的基本上相干的光一起使用。

如前文所讨论的，射束离散是由光束在耦合装置内的折射引起的射束在波导内的偏移量。可以使第三大芯径中空波导1407移位以接收在耦合装置1410内被移位后的多模相干光束的偏移透射部分1412。然而，制造如图3所示的移位或偏移波导可能使总体制造过程变得复杂并增加整体产品成本。

图4举例说明能够在不需要偏移波导或更昂贵的薄膜射束分离器的情况下分离光束的分光器装置的实施例。所示的分光器装置使用棱镜来校正射束离散。分光器使用具有形成大空芯100的壁104的波导102。该波导被配置为通过大空芯引导光信号。如前所述，波导的壁可以被金属化106或配备有内部反射涂层以便反射并引导光信号。

系统所使用的光信号130或射束可以源自于单模或多模激光器。激光器可以使用红外光、可见光或其它有用光谱。通常与中空波导相结合地使用单模激光器来使反射最小化。然而，已经发现可以将多模激光器与准直仪组合以提供具有准直射线的多模相干光源。相干多模激光器的使用能够显著地降低生产成本。另外，相干多模光源的使用可以使得能够使用波导来传送高数据速率信号。还可以使用其它形式的基本上相干的光，诸如发光二极管或红外发射二极管。

准直多模相干光束可以填充大芯径中空波导的很大一部分。可以围绕波导的中心引导射束以使波导与多模射束之间的接触最小化并减少反射次数。

可以通过波导102的至少一个壁来形成光学分接头108。可以通过波导的顶部切割光学分接头，以使得可以将光信号的一部分从主光信号分离并被路由通过光分接头。还可以提供光学传感器120以便检测被反射通过光学分接头的光信号。

棱镜112可以位于波导102的大空芯100中且可以使棱镜与光学分接头104对准。棱镜被配置为通过使用由使透射射束反射离开棱镜的内面而产生的离散来使通过棱镜的光信号改向回到波导中。可以使透射光信号134或射束以与其进入棱镜时相同的取向或以由棱镜和在棱镜上使用的涂层限定的另一取向（例如，不同的角度和/或偏振）改向到波导中。

图4举例说明道威棱镜112可以是用来使射束改向回到同一通道（未偏移通道）的棱镜类型，但是可以使用其它棱镜形状和多边棱镜。棱镜可以由对感兴趣的波长而言透明的光学材料制成。感兴趣的光波长的某些示例范围可以在1350 nm至1500 nm之间或850 nm到980 nm之间。棱镜材料的示例可以是光学硅玻璃、光学塑料、石英或可用于光学目的的另一种类型的晶体。

棱镜可以包括棱镜上的分离器涂层110以通过光学分接头108将光信号132的一部分反射到波导的外面。分离器涂层可以是电介质涂层，诸如氧化硅、氧化钽、氧化钛、多层电介质、薄金属涂层或任何其它已知分离器涂层。棱镜上的涂层优选地对于偏振独立射束分离器应用而言是偏振不敏感的。所使用的分离器涂层的类型和厚度取决于涂层的期望的分离比和偏振特性。

除接收面110上的分离器涂层之外，道威棱镜可以在出射面上具有防反射涂层116。此防反射涂层允许透射射束高效地穿到棱镜外。还可以将道威棱镜配置为在道威棱镜的底座114上具有全内反射。可以通过在硅衬底与棱镜之间形成或留下空气隙210来产生全内反射。全内反射可以在射束从具有较高折射率的介质行进到具有较低折射率的介质的地方发生，如在当前情况下一样。可替换地，可以使道威棱镜的底座金属化以提供期望的反射。未被分离走的入射光信号或射束将被透射至棱镜中并被反射离开道威棱镜的底座114。然后，透射射束134将穿过棱镜且在穿过棱镜之后没有离散的情况下再进入波导，这是因为离散被空气至棱镜介质和介质至空气分界面处的对称折射所补偿。

如所述，能够使透射射束改向回到波导中是有价值的，因为其降低波导路径的复杂性，否则波导路径的复杂性可能是解决离散所必需的。提供使射束返回到未移位波导中的射束分离器可以简化波导路径。特别地，避免偏移波导或类似调整的产生使得更易于制造整个波导系统且可以减少总衰减。

图5是制造所述装置的方法的示例，其中，道威棱镜被插入波导中。起初，形成大芯径中空波导通道。然后可以在波导的侧壁中产生开口。可以使用锯割法、激光烧蚀、蚀刻或光刻工艺来形成该开口。接下来，可以将道威棱镜112插入波导通道中并固定到适当位置。然后，可以将具有槽开口的波导盖体施加到波导通道以使得能够将反射的光信号路由出来而至光学传感器或检测器120。

在图4和5的显示的实施例中，光学传感器120已被示为从波导基本上被移位。然而，光学传感器可以直接位于波导附近。

图6举例说明波导中的倒置的道威棱镜310的使用。倒置的道威棱镜可以使用离散进行工作，但是可以使用道威棱镜的不同面来分离光信号。倒置的道威棱镜可以在倒置的道威棱镜的倒置的底座上具有分离器涂层112。可以在倒置的道威棱镜的入射面110和出射面116二者上设置防反射涂层。此配置允许将入射光信号或光束分离成到达传感器120的反射射束132和被返回到波导中的透射射束134。

如图7所示，还可以使用其它类型的棱镜来实现校正射束离散的类似结果。例如，位于波导中的棱镜可以是三棱镜。更具体地，三棱镜可以是直角棱镜410。直角棱镜可以在入射面上具有分离器涂层412且在出射面416上具有防反射涂层。入射光信号或光束将被分离成到达传感器420的反射射束432和被返回到波导中的透射或恢复射束434。

直角棱镜的（直角三角形的）斜边414可以使用全内反射来使射束改向，该射束已通过离散被折射回到波导中。在射束方向已被改变第一离散量之后，射束将以入射角反弹离开斜边，然后第二离散量将使透射射束改向回到同一波导通道中。反射射束可以以与其进入棱镜的角度相同的角度被发送回到波导中。可替换地，取决于棱镜和棱镜涂层的实际几何结构，射线可以以与其起初进入棱镜时不同的角度穿出棱镜。

图8举例说明作为基于面积的射束分离器的三棱镜或直角棱镜的使用。由于被导向射束在传播的同时充满波导，所以如果波导的某个区域被形成为45度角的反射表面以进行光信号的90度分离，则射束的部分可以被反射。分离比大致上取决于波导内的传播和反射面积的比，从而取决于传播射束的模分布图（mode profile）。

为了构造以变化的分离比具有多个分离端口的波导结构，多个三棱镜510、518可以具有被施加于棱镜的斜边512的金属化反射层。可以以递增的高度将这些棱镜插入波导100中。可以使用多个横向槽来将棱镜插入波导中，所述多个横向槽可以被锯割或机械加工到波导和硅衬底中以便形成台阶550、558，棱镜位于台阶550、558的上面。还可以在将棱镜插入到台阶上时将棱镜固定到硅衬底，或者可以直接在衬底上形成具有变化的高度或尺寸的各棱镜。

面积棱镜（area prism）被插入波导中足够远以将光束的期望部分反射到检测器120。例如，第一面积棱镜可以反射光束的最低部分530。然后，当棱镜足够紧密地在一起时，第二面积棱镜可以反射光束的下一较高部分536。还可以存在图中未示出的附加的棱镜分离器或反射器，其将反射光束的剩余部分540，直至全部光束被反射出波导为止。覆盖波导横截面的一部分的棱镜的面积决定近似的分离比。

在第一棱镜和第二棱镜充分地散布开时，未被基于面积的分离器反射的剩余部分的射束将在传播的同时完全充满波导通道，从而被第二棱镜占用的面积的百分比决定分离比。所提出的设计可能在其中一系列射束分离器被合并到波导中以便路由光信号的光学总线架构中特别有用。

现在将描述用于制造用于具有大空芯的波导的分光器装置的示例性方法，并将相对于分别的图中的横截面制造图来描述每个操作。图9是示出在硅衬底中形成中空通道的初始操作的流程图，如在方框610中那样。图10举例说明在诸如硅晶片的硅衬底720的顶部上产生波导710。可以通过锯割、压印、激光图案化、光刻或其它半导体制造技术来形成波导。例如，可以通过将光致抗蚀剂图案化到硅衬底上并随后使用曝光工艺去除不想要的那部分硅衬底来形成波导。该过程的结果可以形成具有底部和侧壁的中空通道。例如，将硅衬底图案化还可以包括施加光致抗蚀剂、应用光刻工艺、应用干法蚀刻工艺以及使用清洁工艺的步骤。

可替换地，可以用锯割工艺将通道锯割到硅衬底中。例如，可以使用切割锯来切割用于波导的通道。切割锯可以采用装配有薄金刚石刀片或金刚石线的高速锭子来切割、分割半导体晶片、硅、玻璃、陶瓷、晶体以及许多其它类型的材料或对它们进行开槽。

一旦已经产生波导通道，则可以将金属沉积到中空通道中以使中空通道具有反射性，如在方框620（图6）中那样。金属的沉积可以包括施加AlN（氮化铝）钝化层并随后施加具有钛的反射性银作为缓冲层以改善金属层到衬底的粘附性。如前所述，还可以使用其它金属来产生反射层。通道中的该反射表面产生波导通道。

图11举例说明可以包括该方法中的可选步骤，其将另一硅晶片800结合到第一硅衬底或第一硅晶片。可以将第二晶片与结合层810结合在一起。可以将第二晶片结合到第一晶片的原因是增加总衬底深度以便为下一个锯割步骤做准备。另外，两个晶片之间的粘合剂趋向于缓解与深切割相关联的应力并提供机械完整性。如果使用足够更厚的硅衬底，则可能不需要此操作。

另一操作是跨越波导锯割深度槽，如在方框630（图9）中那样。图12举例说明每个深度槽910、912、914可以随着深度槽与光信号源的距离的增加而具有递减的深度。可以基本上与波导垂直地锯割深度槽，或者以针对特定光学应用所选的其它角度进行锯割。槽的深度取决于棱镜的尺寸、实现给定棱镜的期望的分离比所需的面积比、以及波导通道内的被导向射束的模分布。

然后可以将直角棱镜插入深度槽中，如在方框640（图9）中那样。如图13所示，每个棱镜950、952、954可以在棱镜的斜边上具有金属涂层或其它高反射性涂层。因此，可以将直角棱镜配置为被定向为斜边朝着入射光信号。然后，这些基于面积的分离器能够基于被每个分别的分离器覆盖的波导的面积来将光信号或射束反射出波导。在图13中描绘的结构不一定是按比例的图示，而仅仅是解释性地说明使用阶梯状支撑结构的基于面积的分离结构和具有斜边的棱镜，所述斜边将来自波导的所选横截面的基本上所有的光反射到波导外面的点（例如，传感器）。

最后的操作是在中空通道上施加盖体，如在方框650（图9）中那样。还可以在发生锯割之前施加该盖体，但是可以以任何有用的顺序来执行在本公开中描绘的操作的顺序。图13进一步举例说明波导盖体960。波导盖体包括允许将光从直角棱镜引导到波导外面的点的槽。例如，波导外面的点可以具有光学传感器、微透镜阵列或其它波导通道。实现变化的分离比的替换方法是使用具有恒定深度槽的、尺寸变化的棱镜。在这种方法中，在以递增的高度制造要插入的棱镜的同时以恒定的深度切割将插入棱镜的槽以提供期望的分离比。

图14是波导1410的横截面图示，波导1410被形成为具有衬底1412，衬底1412具有盖体1420。依照实施例，具有递增尺寸的棱镜1414、1416、1418被插入槽中。在此类基于面积的棱镜分离中，可以增加棱镜的尺寸，而不是如在其它实施例中一样增加在衬底中形成的台阶的高度。因此，可以在衬底中使用统一的台阶高度，并且可以随着棱镜被定位得更远离光束源而增大棱镜尺寸以改变分离比。通常，这些类型的面积分离器将较密集地被定位在一起以避免波导中的光信号在每个分离器之间的扩展。

图15是依照实施例的被插入波导中的槽中的具有变化的形状的棱镜的横截面图示。可以使用许多棱镜形状，诸如直角三棱镜1502、道威棱镜、等边三角形1506、六边形、八边形以及具有用于以期望的角度将射束反射出波导的适当表面的其它多边形1504。

图16是示出用于波导1620的棱镜1610的多个尺寸的使用的横截面图，其可以使用注塑成型塑料或类似材料而被制造到衬底上。如前文所讨论的，可以使棱镜的表面金属化。可替换地，可以将此类棱镜压印到波导壁中或从波导壁锯割以便提供分离器棱镜。可以使用注塑成型、压印、锯割以及类似制造工艺以集成的形式将上述基于面积的分离器直接制造到衬底上或衬底中。

图17举例说明基于面积的棱镜分离器，其中利用波导1710的盖体或壁形成分离器。可以使用压印、机械冲压或类似制造方法将这些反射棱镜分离器1710、1720、1730形成到波导的壁中。

图18举例说明波导1800中的基于面积的分离器的横截面图，其中棱镜通过光学分接头而被安装。波导盖体1810可以具有为三角形或多边形棱镜提供支撑的棱镜支架1820、1830，所述三角形或多边形棱镜被安装到光学分接头中并停靠在光学分接头区域中。可以使用金属化或其它技术使三角形斜边1840具有反射性。因此，入射射束将通过具有防反射涂层的面进入棱镜并被使用反射性斜边反射出光学分接头。

虽然上述方法对于诸如直角分离器的面积分离器而言是有效的，但可以使用类似的锯割或光蚀刻工艺来产生用于道威棱镜的位置。用于将道威棱镜结合到波导中的波导产生和金属化过程是类似的。然而，被锯割到波导中以用于道威棱镜的槽每个都可以具有相同的深度，然后可以将道威棱镜插入波导的槽中。道威棱镜被配置成透射光信号或光中的一些，因此，可以在期望的地方将道威棱镜直接插入波导中。

替换实施例可以使用道威棱镜作为面积分离器。这可以通过以与针对三棱镜举例说明的方式类似的方式改变道威分离器的尺寸来实现。这样，可以将道威分离器配置为允许所选量的光越过道威棱镜并到达另一道威分离器。

可以使用大芯径中空波导来将位于一个或多个电路板或硅晶片上的电子装置互连。该电子装置可以具有电输出和输入，所述电输出和输入被转换成光学输出以便通过光波导传输。可替换地，电子装置可以是在不需要转换的情况下发送和接收光信号的光学装置。与实芯波导相比，在波导内部上具有反射涂层的大芯径中空波导可以大大减少被引导通过波导的光信号的损耗。中空波导的内部上的反射涂层可以使由光信号在波导内的反射引起的损耗最小化。可以在波导中使用棱镜分离器来校正离散并使得透射通过棱镜的射束以与接收该射束时相同的角度返回到同一波导中。另外，可以在棱镜上提供反射涂层以基于波导内的被棱镜占用的面积来引导光信号的一部分。

虽然前述示例在一个或多个特定应用中举例说明了本发明的原理，但对于本领域普通技术人员来说将显而易见的是，在没有行使发明权力以及在没有脱离本发明的原理和概念的情况下，可以进行实施方式的形式、使用和细节方面的许多修改。因此，除了由下文阐述的权利要求之外，并不意图限制本发明。

Claims (13)

1.一种分光器装置，包括：

波导（102），其具有形成大空芯（100）的壁（104），并被配置为通过所述大空芯来引导光信号（130）；

多个光学分接头（108），其是通过波导的一个壁形成的；

位于所述波导的大空芯中的多个棱镜（112），每个棱镜与所述多个光学分接头之一对准；以及

每个棱镜上的分离器涂层（110），其用以将光信号的一部分通过光学分接头引导到波导的外面，

其中，所述多个棱镜中的每个位于跨越所述波导锯割的相应深度槽中，其中每个深度槽具有随着与光信号源的距离的增大而递减的深度。

2.如权利要求1所述的分光器装置，其中，所述棱镜是道威棱镜或倒置的道威棱镜，所述道威棱镜和所述倒置的道威棱镜每个均被配置为利用离散使透射通过棱镜的光信号改向回到波导中。

3.如权利要求2所述的分光器装置，其中，所述道威棱镜具有接收面上的分离器涂层和出射面上的防反射涂层，以及用于道威棱镜的底座的全内反射。

4.如权利要求2所述的分光器装置，其中，所述倒置的道威棱镜在所述倒置的道威棱镜的倒置的底座上具有分离器涂层，并在所述倒置的道威棱镜的入射面和出射面上具有防反射涂层。

5.如权利要求1所述的分光器装置，其中，位于波导中的所述棱镜是三棱镜。

6.如权利要求5所述的分光器装置，其中，所述三棱镜具有被施加于三棱镜的斜边的反射性金属化涂层且所述三棱镜被配置为利用离散使透射通过棱镜的光信号改向回到波导中。

7.如权利要求1所述的分光器装置，其中，使用由波导盖体形成的支撑体将所述棱镜安装在所述光学分接头中。

8.如权利要求1所述的分光器装置，其中，所述多个棱镜还包括具有被施加于斜边的反射性金属化涂层的多个直角棱镜且所述直角棱镜被用作波导中的分离器。

9.如权利要求1所述的分光器装置，其中，使用选自包括下列项的组的工艺为波导的壁形成所述多个棱镜：注塑成型、压印以及冲压。

10.一种用于制造用于具有大空芯的波导的分光器装置的方法，包括：

在硅衬底中形成中空通道（610）；

在所述中空通道上沉积金属以使中空通道具有反射性并产生波导（620）；

跨越所述波导锯割深度槽，其中，每个深度槽具有随着与光信号源的距离的增大而递减的深度（630）；

将在斜边上具有金属化涂层的直角棱镜插入深度槽中，并且将所述直角棱镜定向为斜边朝向入射光信号（640）；以及

在中空通道上施加盖体（650）。

11.如权利要求10所述的方法，其中，形成中空通道包括使用切割锯将所述中空通道锯割到硅衬底中。

12.如权利要求10所述的方法，还包括在锯割之前将第二硅衬底结合到硅衬底的底部的步骤。

13.如权利要求10所述的方法，其中，形成中空通道的将硅衬底图案化的步骤还包括施加光致抗蚀剂的步骤、应用光刻工艺的步骤、应用干法蚀刻工艺的步骤以及使用清洁工艺的步骤。