CN107884875A - 波导 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种波导，包含基板、多层包覆层、第一介电层、第二介电层及第三介电层。包覆层位于基板上，并在基板上定义出至少一个隧道，且包覆层的其中至少一个的材料包含金属。第一介电层设置于隧道中，并具有第一折射率。第二介电层设置于隧道中，并具有第二折射率。第三介电层设置于隧道中，并具有第三折射率。第二折射率大于第一折射率，且第二折射率大于第三折射率。第二介电层位于第一介电层与第三介电层之间，借以增加行进于波导内的光束的行进方向的水平分量，其中此水平方量为平行于隧道的轴向方向，从而提升波导的传输效率。

Description

波导

技术领域

本发明是有关于一种波导。

背景技术

随着资讯处理的发展，广泛使用的排线其传输速度已经渐渐跟不上中央处理器的计算速度。因此，通过光信号增加传输速度的概念已被实现出来。此外，相较于电性传输，光信号传输可具有实质上较大的频宽。在光学传输系统之中，二进位的电性信号可被转换为光信号，接着，光信号可再通过光通道而到达光接收器，并被转换回电性信号。对此，光信号在光通道内的传输表现将可能会影响数据传输的效能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种波导，其包含了多层包覆层及多层介电层，且多层介电层为设置于由多层包覆层所定义的隧道中。在介电层的组合体中，具有最大折射率的介电层可做为核心层。通过自核心层向外渐减少折射率的配置，可增加行进于波导内的光束的行进方向之中的水平分量，其中此水平方量为平行于隧道的轴向方向，因此，可提升波导的传输效率。

本发明的一实施方式提供一种波导，包含基板、多层包覆层、第一介电层、第二介电层及第三介电层。包覆层位于基板上，并在基板上定义出至少一个隧道，且包覆层的其中至少一个的材料包含金属。第一介电层设置于隧道中，并具有第一折射率。第二介电层设置于隧道中，并具有第二折射率。第三介电层设置于隧道中，并具有第三折射率。第二折射率大于第一折射率，且第二折射率大于第三折射率。第二介电层位于第一介电层与第三介电层之间。

在部分实施方式中，第一介电层及第三介电层分别接触的包覆层的材料包含金属。

在部分实施方式中，第一介电层的一部分以朝向基板的方向突出，且第二介电层及第三介电层具有与第一介电层相同的形状。

在部分实施方式中，包覆层的其中至少一个位于基板与第一介电层之间，并以朝向隧道且背向基板的方向突出。

在部分实施方式中，第一介电层的一部分以背向基板的方向突出，且第二介电层及第三介电层具有与第一介电层相同的形状。

在部分实施方式中，第一介电层及第三介电层互相连接，以围绕第二介电层。

在部分实施方式中，波导还包含第四介电层。第四介电层设置于隧道中，其中第三介电层位于第二介电层与第四介电层之间，第四介电层具有第四折射率，且第三折射率大于第四折射率。

在部分实施方式中，与第一介电层及第四介电层分别接触的包覆层的材料包含金属。

在部分实施方式中，第一介电层、第二介电层、第三介电层及第四介电层之中的至少一个的厚度异于第一介电层、第二介电层、第三介电层及第四介电层之中的其它介电层的厚度。

在部分实施方式中，波导还包含第五介电层。第五介电层设置于隧道中，其中第一介电层位于第二介电层与第五介电层之间，第五介电层具有第五折射率，且第一折射率大于第五折射率。

在部分实施方式中，与第四介电层及第五介电层分别接触的包覆层的材料包含金属。

在部分实施方式中，第五介电层的一部分以朝向基板的方向突出，且第一介电层、第二介电层、第三介电层及第四介电层具有与第五介电层相同的形状。

在部分实施方式中，包覆层的其中至少一个位于基板与第五介电层之间，并以朝向隧道且背向基板的方向突出。

在部分实施方式中，第五介电层的一部分以背向基板的方向突出，且第一介电层、第二介电层、第三介电层及第四介电层具有与第五介电层相同的形状。

在部分实施方式中，第一介电层及第三介电层互相连接，以围绕第二介电层，且第四介电层及第五介电层互相连接，以围绕第一介电层、第二介电层及第三介电层。

在部分实施方式中，第一介电层、第二介电层、第三介电层、第四介电层及第五介电层的其中至少两个具有异于彼此的厚度。

在部分实施方式中，第一折射率异于第三折射率，且第四折射率异于第五折射率。

在部分实施方式中，波导还包含绝缘层。绝缘层设置于包覆层的其中一个与基板之间，其中绝缘层具有凹陷部，且凹陷部承接位于其上的包覆层的一部分。

在部分实施方式中，隧道的至少一个部分具有延伸方向，且基板具有邻近包覆层的表面，隧道的延伸方向与表面为实质上平行。

在部分实施方式中，基板由硅构成，而第一介电层、第二介电层及第三介电层的材料包含二氧化硅与穿透材料的其中至少一个。

本发明提供的波导与现有技术相比，具有可提升波导的传输效率的有益效果。

附图说明

图1A为依据本发明的第一实施方式绘示波导的俯视示意图。

图1B绘示沿图1A的线段1B-1B的剖面示意图。

图1C绘示沿图1A的线段1C-1C的剖面示意图。

图2为依据本发明的第二实施方式绘示波导的剖面示意图，其剖面位置与图1B相同。

图3为依据本发明的第三实施方式绘示波导的剖面示意图，其剖面位置与图1B相同。

图4为依据本发明的第四实施方式绘示波导的剖面示意图，其剖面位置与图1C相同。

图5为依据本发明的第五实施方式绘示波导的剖面示意图，其剖面位置与图1B相同。

图6为依据本发明的第六实施方式绘示波导的剖面示意图，其剖面位置与图1B相同。

图7A为依据本发明的第七实施方式绘示波导的剖面示意图，其剖面位置与图1B相同。

图7B为图7A的波导的剖面示意图，其剖面位置与图1C相同。

图8为依据本发明的第八实施方式绘示波导的剖面示意图，其剖面位置与图1B相同。

图9为依据本发明的第九实施方式绘示波导的剖面示意图，其剖面位置与图1B相同。

图10为依据本发明的第十实施方式绘示波导的剖面示意图，其剖面位置与图1C相同。

具体实施方式

以下将以附图公开本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些公知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。

请参照图1A、图1B及图1C，其中图1A为依据本发明的第一实施方式绘示波导100A的俯视示意图，图1B绘示沿图1A的线段1B-1B的剖面示意图，而图1C绘示沿第1A图的线段1C-1C的剖面示意图。波导100A可用以传递光信号，例如像是光束。波导100A包含基板102、多层包覆层104、第一介电层110、第二介电层112及第三介电层114。基板102可由硅构成，而第一介电层110、第二介电层112及第三介电层114的材料可包含二氧化硅与穿透材料的其中至少一个。此外，图1A、图1B及图1C的包覆层104绘示有网底。

包覆层104设置于基板102上，且包覆层104的其中至少一个的材料包含金属。多层的包覆层104可在其之间定义出至少一个个隧道106，如图1C所示，且相邻的包覆层104的界线为以虚线表示。在部分实施方式中，互相相邻的两层包覆层104之间存在可辨识的界线。在另一部分实施方式中，互相相邻的两层包覆层104为互相合并，使得没有可辨识的界线存在于其间。包覆层104可做为反射层，并用以反射行进于隧道106内的光束。隧道106具有延伸方向，且基板102具有邻近包覆层104的表面S，而隧道106的延伸方向与表面S为实质上平行。

第一介电层110、第二介电层112及第三介电层114设置于隧道106中。第二介电层112连接于第一介电层110，而第三介电层114连接在第二介电层112上，且第二介电层112位于第一介电层110与第三介电层114之间。因此，第一介电层110、第二介电层112及第三介电层114的组合可为一种堆叠结构。此外，第一介电层110、第二介电层112及第三介电层114至基板102的垂直投影可为相同的。也就是说，第一介电层110、第二介电层112及第三介电层114至基板102的垂直投影会彼此重合，并具有相同的形状和尺寸。

如图1B及图1C所示，介电层的组合体(即设置于隧道106的多层介电层)为内埋于包覆层104的组合体之中，使得介电层的组合体可接触于包覆层104。对此，与第一介电层110及第三介电层114分别接触的包覆层104的材料包含金属。

介电层的组合体可自包覆层104的组合体的第一边缘E1延伸至第二边缘E2，且第一边缘E1与第二边缘E2为彼此相对。第一介电层110、第二介电层112及第三介电层114分别具有第一折射率N1、第二折射率N2及第三折射率N3。第二折射率N2大于第一折射率N1，且第二折射率N2大于第三折射率N3，即N2>N1且N2>N3。在此配置下，当有光信号于包覆层104的组合体内自第一边缘E1传递至第二边缘E2时，可减少光信号所产生的反射次数，对此，以下将说明减少光信号所产生的反射次数的机制。

如图1B所示，光信号可例如为所标示的光束L。在部分实施方式中，光束L可由发射器(未绘示)提供，且发射器可设置于包覆层104的组合体的第一边缘E1。此外，第二介电层112的第二折射率N2可被设计为与位于包覆层104的组合体外的介质(未绘示)的折射率光学匹配。

光束L可自第一边缘E1穿过第一介电层110、第二介电层112及第三介电层114，而行进至第二边缘E2，且光束L可由包覆层104反射，如图1B所示，其绘示了光束L的光路，然而此光路仅为范例。光束L可自第二介电层112行进往第三介电层114，而一旦光束L自第二介电层112进入第一介电层110及第三介电层114的其中一个时，光束L可能会在其之间的界面发生反射，且由于第二折射率N2大于第一折射率N1及第三折射率N3，故光束L的入射角会小于折射角。此外，在介电层的组合体中，具有最大折射率的第二介电层112可做为其中的核心层。

在此状况下，由于光束L的入射角小于折射角，故在光束L的行进方向中，其与表面S平行的水平分量会增加，而当光束L的行进方向中的水平分量增加时，光束L自第一边缘E1行进至第二边缘E2的光路可被缩短，使得光束L对于包覆层104的组合体所产生的反射次数也会减少。另一方面，当光束L的行进方向中的水平分量增加时，可增加光束L的总路径之中的有效路径的比例。关于词汇“有效路径”，其所指为光束L于波导100A之中的移动量的水平分量。因此，波导100A的传递效率可提升。

在以下实施方式中，将对介电层的配置变化作说明，而与上述实施方式相同的部分将不再赘述。

请看图2，图2为依据本发明的第二实施方式绘示波导100B的剖面示意图，其剖面位置与图1B相同。本实施方式与第一实施方式的至少一个差异点为，本实施方式的波导100B还包含绝缘层108。绝缘层108设置于包覆层104的其中一个与基板102之间。举例而言，绝缘层108设置于包覆层104’与基板102之间，且绝缘层108接触于基板102与包覆层104’。绝缘层108具有凹陷部109，且凹陷部109承接位于其上的包覆层104’的一部分。

如图2所示，第一介电层110、第二介电层112及第三介电层114的组合体为设置于隧道106之中，并位于绝缘层108之上。由于存在绝缘层108的凹陷部109，故包覆层104的组合体及隧道106的形状会随之变化。举例而言，第一实施方式的隧道106可视作为一条长直隧道，而本实施方式的隧道106可视作为折线形的隧道。因此，设置于隧道106内的介电层的组合体的形状也会随之变化。举例而言，第一介电层110的一部分会以朝向基板102的方向突出，且第二介电层112及第三介电层114可具有与第一介电层110相同的形状。换言之，第一实施方式的介电层的组合体可视作为一条长直通道，而本实施方式的介电层的组合体可视作为折线形的通道。

请看图3，图3为依据本发明的第三实施方式绘示波导100C的剖面示意图，其剖面位置与图1B相同。本实施方式与第一实施方式的至少一个差异点为，本实施方式的包覆层104的其中至少一个，以朝向隧道106且背向基板102的方向突出，例如像是位于基板102与第一介电层110之间的包覆层104’。

如图3所示，由于包覆层104’以朝向隧道106且背向基板102的方向突出，故位于隧道106中的介电层的组合体的形状也会随之改变。举例而言，第一介电层110的一部分会以背向基板102的方向突出，且第二介电层112及第三介电层114会具有与第一介电层110相同的形状。因此，本实施方式的介电层的组合体可视作为折线形的通道。

请看图4，图4为依据本发明的第四实施方式绘示波导100D的剖面示意图，其剖面位置与图1C相同。本实施方式与第一实施方式的至少一个差异点为，所形成的波导100D的介电层的组合体为环状。

如图4所示，第一介电层110及第三介电层114互相连接，而第一介电层110及第三介电层114之间的界线以虚线绘示。在部分实施方式中，第一介电层110及第三介电层114之间存在可辨识的界线。在另一部分实施方式中，第一介电层110及第三介电层114为互相合并，使得没有可辨识的界线存在于其间。

在介电层的组合体之中，第一介电层110及第三介电层114会围绕第二介电层112，而因此第二介电层112的侧表面会完全由具有较大折射率的介电层覆盖。在此配置下，第二介电层112可做为介电层的组合体的核心通道。

请看图5，图5为依据本发明的第五实施方式绘示波导100E的剖面示意图，其剖面位置与图1B相同。本实施方式与第一实施方式的至少一个差异点为，波导100E还包含第四介电层116。第四介电层116设置于隧道106中，且第三介电层114位于第二介电层112与第四介电层116之间。第四介电层116具有第四折射率N4，且第二折射率N2大于第三折射率N3而第三折射率N3大于第四折射率N4，即N2>N3>N4。第二介电层112仍做为核心层。对所设置的多个介电层而言，自基板102向上开始依序为第四介电层116、第三介电层114、第二介电层112及第一介电层110。换言之，第四介电层116为最接近基板102的介电层，且第四介电层116位于基板102与第三介电层114之间。

同于第一实施方式，第一介电层110、第二介电层112、第三介电层114至基板102的垂直投影会与第四介电层116至基板102的垂直投影相同，且第一介电层110、第二介电层112、第三介电层114及第四介电层116的组合体为内埋于包覆层104内。除此之外，与第一介电层110及第四介电层116分别接触的包覆层104的材料包含金属。

在本实施方式中，第一折射率N1、第二折射率N2、第三折射率N3及第四折射率N4之间的关系为第二折射率N2大于第一折射率N1及第三折射率N3，且第三折射率N3大于大四折射率N4，即N2>N1且N2>N3>N4。因此，可提升光束L(请见图1A)的行进方向中的水平分量，并借以提升光束L(请见图1A)的总路径中的有效路径所占的比例。

除此之外，介电层的组合体可为非对称型结构。举例而言，第一介电层110所具有的厚度会大于第二介电层112、第三介电层114及第四介电层116所具有的厚度。此外，在部分实施方式中，第一介电层110、第二介电层112、第三介电层114及第四介电层116之中的至少一个的厚度可异于其它介电层的厚度。

请看图6，图6为依据本发明的第六实施方式绘示波导100F的剖面示意图，其剖面位置与图1B相同。本实施方式与第五实施方式的至少一个差异点为，波导100F的介电层的堆叠顺序作出改变。在波导100F中，对所设置的多个介电层而言，自基板102向上开始依序为第一介电层110、第二介电层112、第三介电层114及第四介电层116。换言之，第一介电层110为最接近基板102的介电层，且第一介电层110位于基板102与第二介电层112之间。除此之外，介电层的组合体仍为非对称型结构。

请看图7A及图7B。图7A为依据本发明的第七实施方式绘示波导100G的剖面示意图，其剖面位置与图1B相同，而图7B为图7A的波导100G的剖面示意图，其剖面位置与图1C相同。本实施方式与第一实施方式的至少一个差异点为，波导100G还包含第四介电层116及第五介电层118。第四介电层116及第五介电层118设置于隧道106中，且第四介电层116连接于第三介电层114而第五介电层118连接于第一介电层110。第三介电层114位于第二介电层112与第四介电层116之间，且第一介电层110位于第二介电层112与第五介电层118之间。第四介电层116具有第四折射率N4，而第五介电层118具有第五折射率N5。第二折射率N2大于第一折射率N1且第一折射率N1大于第五折射率N5，以及第二折射率N2大于第三折射率N3且第三折射率N3大于第四折射率N4，即N2>N1>N5且N2>N3>N4。第二介电层112可视作为核心层。此外，第一折射率N1可异于第三折射率N3，且第四折射率N4可异于第五折射率N5。自基板102向上开始依序为第五介电层118、第一介电层110、第二介电层112、第三介电层114及第四介电层116。换言之，第五介电层118为最接近基板102的介电层，且第五介电层118位于基板102与第一介电层110之间。

同于第一实施方式，第一介电层110、第二介电层112、第三介电层114至基板102的垂直投影会与第四介电层116及第五介电层118至基板102的垂直投影相同，且第一介电层110、第二介电层112、第三介电层114、第四介电层116及第五介电层118的组合体为内埋于包覆层104内。除此之外，与第四介电层116及第五介电层118分别接触的包覆层104的材料可包含金属。

请看图8，图8为依据本发明的第八实施方式绘示波导100H的剖面示意图，其剖面位置与图1B相同。本实施方式与第七实施方式的至少一个差异点为，波导100H还包含绝缘层108，且波导100H的绝缘层108可与图2所绘的绝缘层108相似。

如图8所示，同于第二实施方式，由于存在绝缘层108的凹陷部109，故包覆层104’以及设置于隧道106内的第一介电层110、第二介电层112、第三介电层114、第四介电层116及第五介电层118的组合体的形状会随之变化。举例而言，第五介电层118的一部分会以朝向基板102的方向突出，且第一介电层110、第二介电层112、第三介电层114及第四介电层116可具有与第五介电层118相同的形状。换言之，本实施方式的介电层的组合体可视作为折线形的通道。

请看图9，图9为依据本发明的第九实施方式绘示波导100I的剖面示意图，其剖面位置与图1B相同。本实施方式与第七实施方式的至少一个差异点为，本实施方式的包覆层104的其中至少一个，以朝向隧道106且背向基板102的方向突出，例如像是位于基板102与第一介电层110之间的包覆层104’。

如图9所示，由于包覆层104’以朝向隧道106且背向基板102的方向突出，故位于隧道106中的介电层的组合体的形状也会随之改变。举例而言，第五介电层118的一部分会以背向基板102的方向突出，且第一介电层110、第二介电层112、第三介电层114及第四介电层116会具有与第五介电层118相同的形状。因此，本实施方式的介电层的组合体可视作为折线形的通道。

请看图10，图10为依据本发明的第十实施方式绘示波导100J的剖面示意图，其剖面位置与图1C相同。本实施方式与第七实施方式的至少一个差异点为，于波导100J中，所形成的第一介电层110、第二介电层112、第三介电层114、第四介电层116及第五介电层118波导的组合体为环状。

如图10所示，第一介电层110及第三介电层114互相连接，而第四介电层116及第五介电层118互相连接，以围绕第二介电层112，且第一介电层110及第三介电层114之间的界线以及第四介电层116及第五介电层118之间的界线皆以虚线绘示。在部分实施方式中，这些界线为可辨识的。在另一部分实施方式中，介电层间的这些界线为不可辨识的。第一介电层110及第三介电层114会围绕第二介电层112，而因此第二介电层112的侧表面会完全由具有较大折射率的介电层覆盖(即折射率大于第二介电层112的介电层)。此外，第四介电层116及第五介电层118会围绕第一介电层110、第二介电层112及第三介电层114。

综上所述，波导包含了多层包覆层及多层介电层，且多层介电层为设置于由多层包覆层所定义的隧道中。在介电层的组合体中，具有最大折射率的介电层可做为核心层。通过自核心层向外渐减少的折射率的配置，可增加行进于波导内的光束的行进方向之中的水平分量。因此，光束的光路可被缩短，且可以减少光束对于包覆层的组合体的反射次数。换言之，光束的总路径之中的有效路径的比例可被提升，借以提升波导的传输效率。

虽然本发明已以多种实施方式公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属领域中的一般技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims (20)

1.一种波导，其特征在于，包含：

基板；

多个包覆层，位于所述基板上，并在所述基板上定义出至少一个隧道，且所述多个包覆层的其中至少一个的材料包含金属；

第一介电层，设置于所述隧道中，并具有第一折射率；

第二介电层，设置于所述隧道中，并具有第二折射率；以及

第三介电层，设置于所述隧道中，并具有第三折射率，其中所述第二折射率大于所述第一折射率，且所述第二折射率大于所述第三折射率，其中所述第二介电层位于所述第一介电层与所述第三介电层之间。

2.如权利要求1所述的波导，其特征在于，与所述第一介电层及所述第三介电层分别接触的所述多个包覆层的材料包含金属。

3.如权利要求1所述的波导，其特征在于，所述第一介电层的一部分以朝向所述基板的方向突出，且所述第二介电层及所述第三介电层具有与所述第一介电层相同的形状。

4.如权利要求1所述的波导，其特征在于，所述多个包覆层的其中至少一个位于所述基板与所述第一介电层之间，并以朝向所述隧道且背向所述基板的方向突出。

5.如权利要求4所述的波导，其特征在于，所述第一介电层的一部分以背向所述基板的方向突出，且所述第二介电层及所述第三介电层具有与所述第一介电层相同的形状。

6.如权利要求1所述的波导，其特征在于，所述第一介电层及所述第三介电层互相连接，以围绕所述第二介电层。

7.如权利要求1所述的波导，还包含：

第四介电层，设置于所述隧道中，其中所述第三介电层位于所述第二介电层与所述第四介电层之间，所述第四介电层具有第四折射率，且所述第三折射率大于所述第四折射率。

8.如权利要求7所述的波导，其特征在于，与所述第一介电层及所述第四介电层分别接触的所述多个包覆层的材料包含金属。

9.如权利要求7所述的波导，其特征在于，所述第一介电层、所述第二介电层、所述第三介电层及所述第四介电层之中的至少一个的厚度异于所述第一介电层、所述第二介电层、所述第三介电层及所述第四介电层之中的其它介电层的厚度。

10.如权利要求7所述的波导，还包含：

第五介电层，设置于所述隧道中，其特征在于，所述第一介电层位于所述第二介电层与所述第五介电层之间，所述第五介电层具有第五折射率，且所述第一折射率大于所述第五折射率。

11.如权利要求10所述的波导，其特征在于，与所述第四介电层及所述第五介电层分别接触的所述多个包覆层的材料包含金属。

12.如权利要求11所述的波导，其特征在于，所述第五介电层的一部分以朝向所述基板的方向突出，且所述第一介电层、所述第二介电层、所述第三介电层及所述第四介电层具有与所述第五介电层相同的形状。

13.如权利要求11所述的波导，其特征在于，所述多个包覆层的其中至少一个位于所述基板与所述第五介电层之间，并以朝向所述隧道且背向所述基板的方向突出。

14.如权利要求13所述的波导，其特征在于，所述第五介电层的一部分以背向所述基板的方向突出，且所述第一介电层、所述第二介电层、所述第三介电层及所述第四介电层具有与所述第五介电层相同的形状。

15.如权利要求11所述的波导，其特征在于，所述第一介电层及所述第三介电层互相连接，以围绕所述第二介电层，且所述第四介电层及所述第五介电层互相连接，以围绕所述第一介电层、所述第二介电层及所述第三介电层。

16.如权利要求10所述的波导，其特征在于，所述第一介电层、所述第二介电层、所述第三介电层、所述第四介电层及所述第五介电层的其中至少两个具有异于彼此的厚度。

17.如权利要求10所述的波导，其特征在于，所述第一折射率异于所述第三折射率，且所述第四折射率异于所述第五折射率。

18.如权利要求1所述的波导，还包含：

绝缘层，设置于所述多个包覆层的其中一个与所述基板之间，其中所述绝缘层具有凹陷部，且所述凹陷部承接位于其上的所述包覆层的一部分。

19.如权利要求1所述的波导，其特征在于，所述隧道的至少一个部分具有延伸方向，且所述基板具有邻近所述多个包覆层的表面，所述隧道的所述延伸方向与所述表面为实质上平行。

20.如权利要求1所述的波导，其特征在于，所述基板由硅构成，而所述第一介电层、所述第二介电层及所述第三介电层的材料包含二氧化硅与穿透材料的其中至少一个。