CN1423753A - 无热化的光波导集成器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供集成平面光波导电路器件的无热化的含有机外包层,其中,信道波长由热引起的迁移被最小化。含有机外包层材料与二氧化硅或掺杂二氧化硅玻璃的材料以局部外包层、双层外包层或杂合外包层的形式结合。含有机外包层材料是聚合物或溶胶凝胶材料。

Description

无热化的光波导集成器件
发明领域
本发明针对光波导集成器件，这种器件中的光传送特性对温度变化和波动不敏感。更特别的是，本发明针对具有含有机的外包层的无热平面光波导集成器件，其中的外包层含硅酸盐玻璃、聚合物和/或杂合的(有机的/无机的)溶胶凝胶。
发明背景
光波导集成器件，诸如光集成电路，将小型化的波导和光学器件组合成安装在小平面基片之上的光学功能系统。这样的光波导集成器件举例来说，通常通过连接光波导纤维而在光通讯系统中使用，该光波导纤维将光信号作为输入输出传送到光波导集成器件。光波导集成器件在光通讯系统中完成传送光线的功能或过程。
结合了光程差的光集成电路，举例来说，可被用作波长多路复用和波长多路分解器件。这种光集成设备作波长分频多路复用(WDM)/多路分解时特别有用，而且可与由多个不同的光程上有差异的波导芯臂(core arm)组成的相控阵列结合。
波长分频多路分解器特别包括，至少一个在N个不同的波长(λ1，λ2，…λN)传送N个光信号的输入波导，以及至少N个输出波导，每一个波导传送在设定的波长λi(i＝1，2，…N)上N个光信号中的一个。相反，波长分频多路复用器包括至少N个输入波导，每一个波导传送在波长λ1，λ2，…λN上的N个光信号，以及至少一个传送N个光信号的输出波导。N个光信号的波长λ1，λ2，…λs、较佳等于信道中心波长，在这个值上实际器件的传送光谱显示最小的损耗。任何引起器件信道中心波长变化的扰动较佳地被避免。
WDM，诸如相位器，需要对相控阵列邻近波导路径间的光程差(OPD)做精确的控制。OPD可由n×ΔL表示，其中，n是光波导路径中基本模式的有效指数，ΔL为邻近波导路径的物理路程差。平均信道波长λ0由mλ0＝OPD＝n×ΔL决定，其中m是衍射级。平均信道波长的任何迁移将引起信道中心波长上的相同迁移。由于n和ΔL通常都取决于温度，现有的光波导集成器件需要温度调节以防止伴随温度的波长变化。虽然这种器件在与标准一致的室温下提供了好的性能，但当器件被用于暴露在有热变化和温度波动的环境中时，它们表现出的性能是糟糕的。在这种集成器件中，在1550nm范围内大于传送波长信道间隔十分之一的信道中心波长的热迁移，在变化中的温度的环境下会限制该器件的有效性。二氧化硅基相位器显示约为0.01nm/℃的信道波长迁移，同时当前的信道间隔为0.4到1.6nm，这样便将它们的使用限制在小温度范围内。从而，光波导集成器件的使用受到温度依赖性的限制。
当今，光波导集成器件的应用已被一定的要求所阻碍，该要求为保持器件温度一致，比如主动加热或冷却器件。虽然这种昂贵和消耗能量的加热和冷却能在实验室器件中可能得到满足，但人们需要可生产的并能在野外部署并当遇到温度变化时可正常操作的光波导集成器件。相应地，本发明针对能被生产、包装和/或使用的而无温度控制需求的无热光集成器件。
发明的概述
本发明部分地针对光波导集成器件，该光波导集成器件大致排除了一个或多个因相关工艺的限制和缺点引起的困难。本发明部分地提供了无热光波导集成器件，它包含热迁移补偿负dn/dT的、含有机的外包层(诸如，聚合物或溶胶凝胶)，此上包层阻止因操作温度在设定的操作温度范围内变化而引起的信道波长的迁移。在本发明的较佳实施例中，提供了无热相控阵列波长分频多路复用器/多路分解器。
本发明另外的特征和优势将在以下的描述中被阐述，而且部分地在描述中变得明显或可通过发明的实践了解。本发明的目的和其它优势将通过特别在书面描述和它的权利要求以及附图中提出的器件、组成和方法来实现和得到。
为了达到这些以及其它优势，根据本发明的目的，如实施和广泛描述的，本发明提供了包括在平面基片上支承的掺杂石英波导电路芯的光波导集成电路器件。该平面基片较佳为还可以包括内包层或缓冲层(诸如不掺杂或少许掺杂的石英层)的固体平面基片(诸如石英晶片或硅晶片)。掺杂石英波导电路芯具有第一波导路径和至少一个第二波导路径，其中，波导路径具有路程差ΔL，该差异被选出来以提供相应于合适的在范围1500到1600nm之内的信道波长λ和相关于合适的自由光谱范围(关于信道数目和信道间隔)的光程差。
本发明较佳的光波导器件包括热迁移补偿负dn/dT的含有机的外包层，比如聚合物或溶胶凝胶，它们可与掺杂石英(或硅酸盐玻璃)的部分外包层联合使用。含有机的外包层(若可行的话，跟掺杂石英的部分外包层一起)包盖掺杂石英的波导电路芯。含有机的外包层较佳由聚合物材料或溶胶凝胶材料组成，并且较佳作为局部外包层、双层外包层或杂合外包层与硅酸盐玻璃联合使用。该外包层覆盖和封装波导电路芯。较佳地，含有机的外包层，其折射率对温度的变化(dn/dT)为负。含有机的材料和器件的几何参数经过挑选，使含有机材料的折射率对温度的负变化(dn/dT)限制信道中心波长的迁移少于0.10nm，较佳地少于0.05nm，此时器件经历范围从0℃到70℃的温度变化。
在本发明的较佳实施例中，器件是具有形成相控矩阵的波导通路的波长分频多路复用器/多路分解器。在本发明的其它较佳实施例中，无热集成光相控矩阵的波长分频多路复用器/多路分解器包含在平面基片上的掺杂石英的波导芯，该平面基片部分被硅酸盐玻璃外包层外包裹，部分被由氟化单体构成的聚合物外包裹或被杂合的有机/无机的溶胶凝胶外包裹。
其它较佳的与波导芯器件结合的无热光电讯波长分频多路复用器/多路分解器包含支承于平面基片之上的掺杂石英的波导电路芯，在平面基片中，石英波导电路芯包括用于多路复用/多路分解多个光电讯波长信道的多路复用/多路分解电路区域(相控矩阵)。该器件也包含外包裹包括第一波导外包层材料和第二波导外包层材料的不同类波导电路。该器件引导在波导芯功率分配和在波导外包层功率分配中的光电讯光线，在其中，波导外包层功率分配中被引导的光线的第一部分被引导穿过第一波导外包层材料，而在波导外包层功率分配中被引导的光线的第二部分则被引导穿过第二波导外包层材料，使多路复用/多路分解器件在经历范围0到70℃之间的温度变化时其在信道波长中由热引起的波长迁移被抑制在小于0.10nm。所述的多路复用/多路分解器件在信道波长中的由热引起的波长迁移可被抑制在小于0.05nm。第一波导外包层材料较佳为含有机的光学材料，第二波导外包层材料较佳为无机光学材料。第一波导外包层材料较佳具有的折射率对温度的变化为负，第二波导外包层材料较佳具有的折射率对温度的变化为正。第一波导外包层材料折射率对温度的负变化较佳小于-5×10-5℃-1，第二波导外包层材料折射率对温度的正变化通常大于5×10-6℃-1。
本发明还包含制作光波导波长分频多路复用/多路分解器件的方法。该方法包括提供平面基片的步骤和在平面基片上用安装有光程差的波导芯形成掺杂石英的波导芯的步骤，其中的光程差符合适当的信道波长λ在范围1500到1600nm之间。该方法还包括用折射率对温度变化(dn/dT)为负的聚合物外包层外包裹掺杂石英的波导芯，其中，聚合物外包层在器件经历温度变化时抑制信道中心波长的迁移。
在本发明的较佳实施例中，制作结合波导电路器件的无热光电讯波长分频多路复用器/多路分解器的方法包含，提供支承于包括波导内包层的平面基片之上的波导电路芯，波导内包层可为缓冲层或基片本身。波导电路芯材料和波导内包层材料较佳地折射率对温度的变化为正。波导电路芯较佳包括用于多路复用/多路分解多个光电讯波长信道的多路复用/多路分解电路区域。提供了包括第一波导外包层材料和第二波导外包层材料的不同类的波导电路外包层。第一波导外包层材料较佳具有的折射率对温度的变化为负，第二波导外包层材料较佳具有的折射率对温度的变化为正。波导电路芯、波导内包层材料以及第二波导外包层材料的折射率对温度的正变化通过第一波导外包层材料的折射率对温度的负变化来补偿，其中，或者1)光线被器件一部分中的波导电路芯、波导内包层材料和第一波导外包层材料引导，也被器件另一部分中的波导电路芯、波导内包层材料和第二波导外包层材料引导；或2)第一波导外包层材料被叠加到第二波导外包层材料之上，使光线的第一部分被波导电路芯、波导内包层材料和第二波导外包层材料引导，同时光线的第二部分被第一波导外包层材料引导；或3)第二波导外包层材料与第一波导外包层材料混合以形成杂合波导外包层材料，而光线被波导电路芯、波导内包层材料和杂合波导外包层材料引导，使多路复用/多路分解器件在经历温度变化范围在0到70℃之间时其在信道波长中由热引起的波长迁移被抑制在小于0.10nm。多路复用/多路分解器件在信道波长中由热引起的波长变化较佳被抑制在小于0.05nm。
结合附带的图纸进一步提供对本发明的理解，图纸构成一部分说明书、描绘本发明的实施例以及与文字描述一起解释发明的原理。
附图说明
图1描绘了本发明的较佳聚合物包层的较佳单体单元，包括五氟苯乙烯(5FS)、甲基丙烯酸三氟乙酯(3FEMA)、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、丙烯酸十五氟辛酯(15FOA)、丙烯酸五氟苄酯(5FBA)、丙烯酸三氟乙酯(3FEA)和丙烯酸六氟丙酯(6FPA)。
图2显示了用于带有掺杂石英的外包层的相控矩阵波长分频多路分解器件的平均信道波长对温度的曲线(点线；dλ/dT＝+0.01nm/℃)，用于本发明外包层氟化共聚物环氧9的相控阵波长分频多路分解器件的平均信道波长对温度的曲线(有叉的实线)，和用于本发明外包层氟化环氧10的相控阵波长分频多路分解器件的平均信道波长对温度的曲线(有菱形的实线)。
图3A是较佳光波导集成电路相控矩阵波长分频多路复用/多路分解器件的俯视图。它还显示了用于局部外包层沉积的掩膜的位置。
图3B显示了图3A沿着虚线AA’截面的左视图，它包含使掩膜被托至脊之上的支持物。
图4显示了具有较佳的双层含有机的外包层的截面图。
图5A显示了具有厚玻璃外包层的较佳波导的截面图，图中显示了遗留在波导之上外包层表面的小图案。
图5B显示了图5A中描绘的较佳波导被蚀刻后的截面图。
图5C显示了图5B中描绘的较佳波导在沉积含有机材料层从而形成双层外包层之后的截面图。
图6A和图6B显示了在蚀刻玻璃过包双层方法中无热化的含有机材料的理想理论n(T)(折射率对温度)曲线的图表，含有机材料3um(6A)和5um(6B)厚的玻璃外包层以及不同的n(0℃)值。
图7显示了用于相控阵波长分频多路分解器件的平均信道波长对温度的曲线，该器件具有本发明的双层外包层，双层外包层包含蚀刻硅酸盐玻璃部分和由氟化共聚物环氧16组成的聚合物部分。
图8是由本发明的薄玻璃外包层方法外包裹的较佳波导的截面图。
图9显示了在薄玻璃过包双层方法中无热化的含有机材料的理想理论n(T)(折射率对温度)曲线的图表，含有机材料0.5um厚的玻璃外包层以及不同的n(0℃)值。
较佳实施例的详细描述
本发明部分包含无热光波导集成器件，该器件包含可抑制信道波长迁移的含有机外包层，波长的迁移是由于在预先决定的操作温度范围内操作温度时带来的变化。
光波导集成器件对熟练的工匠来说是非常著名的且在文学中被详细描述。典型的光波导集成器件较佳包括平面基片上的掺杂石英的波导电路芯，较佳在扁平的平面石英基片，诸如熔化的石英元件或有石英缓冲层的石英晶片。
在本发明的较佳实施例中，光波导集成器件是带有具备波导通路的电路芯的相控阵相控阵波长分频多路复合器/多路分解器。这样的器件对熟练的工匠来说非常著名。在本发明的某写较佳实施例中，石英波导电路芯包含在第一波导通路和至少较佳邻近且基本平行的第二波导通路。然而，本发明用具有至少几百个波导通路的相控矩阵来包围多数波导通路的相控矩阵。在多路分解器件的例子中，波长多路复用信号通过输入波导被输入器件，其中的多路复用信号包含多路波长λ1、λ2....λN。耦合区随后将多路波长信号结合进相控矩阵的波导通路。相控矩阵多路分解(分离)波长λ1到λN，使它们通过第二耦合器被结合进它们各自退出器件的信道输出波导。相反地，在相控矩阵多路复合的例子中，波长λ1到λN通过它们各自的信道输入波导被输入器件且通过第一耦合区被结合进相控阵的波导通路。相控矩阵结合波长λ1到λS，使它们通过第二耦合器被结合进共同的输出波导。不管在多路分解器件还是在多路复合器件中，相控矩阵波导通路具有路程差ΔL，该路程差经过挑选以提供符合波长多路复用信号λ1、λ2....λN的光程差。光程差较佳经过挑选以符合适当的在范围1500到1600nm的波长λ1、λ2....λN和符合适当的自由光谱范围。
在商业供应的光学器件中的伴随温度的平均信道波长的迁移由以下的等式1表示，其中λ是平均信道波长，T是温度：
        dλ/dT＝λ(1/n×dn/dT+1/ΔL×dΔL/dT)      (1)有效折射率n和物理路程差ΔL都取决于温度。dn/dT的值对石英大约为10-5℃-1，对聚合物大约在-4×10-4℃-1和5×10-5℃-1之间。第二项“1/ΔL×dΔL/dT”，符合基片热膨胀系数，对石英基片大约为5.5×10-7℃-1。在第一近似值中它可被忽略或用负得较少的dn/dT抵消。本发明的含有机的外包层提供它们折射率对温度的负变化。本发明的光波导器件包含平面基片(至少包含石英基片或石英内包层)、掺杂石英的芯心以及包含至少含有机部分的外包层，如果有的话包含硅酸盐玻璃部分。本发明光波导器件的基本模式有效折射率取决于掺杂石英芯材料折射率(正dn/dT)和石英内包层或基片材料折射率(正dn/dT)，如果可能的话取决于硅酸盐玻璃外包层材料折射率(正dn/dT)和含有机的外包层材料折射率(负dn/dT)。较佳器件中的光信号不仅在芯中传播还在层中传播。含有机的外包层补偿含石英部分(内包层、芯心，如果有的话还有外包层)之上的热效应(折射率和物理路程)，消去了器件对温度的依赖性，使信道中心波长的变化在温度工作在范围0到70℃时被抑制在小于大约0.1nm，较佳小于约0.05nm。由于石英表现出正的dn/dT，因此含有机的外包层材料，诸如具有负dn/dT值的聚合物或溶胶凝胶，对它们的使用实现了在混合石英聚合物系统中消去信道波长的热漂移。从而，发明的含有机的的外包层成份允许外包层折射率精确的调整，并且提供了无热的特性。
在本发明的较佳实施例中，光波导器件包含包盖波导电路芯的含有机的外包层。含有机的外包层较佳封装由平面基片支持的石英波导电路芯，在石英基片中，光线由石英波导电路芯、含有机的外包层和平面基片引导并在石英波导电路芯、含有机的外包层和平面基片中传播。
在本发明的较佳实施例中，含有机的外包层具有负的折射率对温度的变化(dn/dT)，且该外包层经过挑选使含有机的外包层dn/dT抑制信道中心波长的变化在器件经历0到70℃范围温度变化时少于约0.10nm，较佳少于约0.05nm。更佳的是，含有机的外包层和折射率对温度的负变化dn/dT经过挑选，使抑制信道中心波长的变化少于大约0.01nm。
对无热器件有用的含有机外包层折射率的精确范围取决于诸如芯折射率、芯dn/dT和芯体积这样的参数。特别地，上限由弯曲波导中的损失决定并且取决于波导电路芯曲率的半径。在较佳实施例中，芯折射率大约为1.35到1.60，较佳为大约1.40到1.50。更佳地，芯折射率在1550nm和20℃上大约为1.455±0.002，假设的dn/dT等于石英(10-5℃-1)，且芯体积大约为6×6.5nm。在本例中，含有机外包层的折射率在1 550nm和20℃时在范围1.430到1.450之间，更佳地当1550nm和20℃时在大约1.437到1.447之间。
本发明较佳的含有机的外包层包含含有氟化单体的聚合物和/或共聚物，较佳地其中的氟化单体从乙烯、丙烯酸、甲基丙烯酸或烯丙基族中挑选(由乙烯、丙烯酸、甲基丙烯酸和烯丙基组成的组群)。含氟化单体的共聚物较佳用自由基方法(热诱导的或光诱导的)合成。含有机的外包层可包含含其它族的聚合物或共聚物，比如氟化间二氧杂环戊烯。如果芯材料的折射率在1550nm(不同掺杂的芯材料)高于1.5，新的族比如氟化聚酰亚胺可被使用。五氟苯乙烯(5FS)、一甲基丙烯酸三氟乙酯(3FEMA)、丙烯酸十五氟辛酯(5FS)、丙烯酸五氟苄酯(5FBA)(见图1)，以及它们的组合和类似的组合较佳为本发明的含有机的外包层的氟化单体。工艺上熟练的人能够使用其它氟化单体，比如本发明中含有机外包层的丙烯酸三氟乙酯(3FEA)或丙烯酸六氟丙酯(6FPA)(见图1)。
对包含在共聚物中单体的选择不仅影响折射率还影响共聚物的dn/dT。通常聚合物在它们的玻璃转化温度(Tg)之下呈现在范围-1×10-4℃-1中的dn/dT，而在它们的玻璃转化温度(Tg)之上呈现在范围-3×10-4℃-1中的dn/dT。通过改变聚合物化学式，可实现先调节Tg随后是dn/dT。五氟苯乙烯、甲基丙烯酸以及单体上的短的支链(甲基或乙基)趋向于升高共聚物的Tg。5FS和3FEMA对高Tg且负的dn/dT较少的共聚物来说是较佳的单体。丙烯酸、单体上的长支链趋向于降低共聚物的Tg。5FBA、15FOA和6FPA对低Tg且dn/dT负得相当多的共聚物来说是较佳的单体。
当双功能甲基丙烯酸环氧单体被添加时较佳的含有机的外包层得到改进，尤其当双功能的甲基丙烯酸环氧单体是丙烯酸缩水甘油酯(GMA)时(见图1)。虽然并不想受到理论的束缚，但相信，双功能甲基丙烯酸环氧单体在含有机的外包层在掺杂的波导芯和平面基片之上沉积之后可提供共聚物的阳离子和/或热交联。工艺娴熟的人能使用其它可提供本发明共聚物的交联的双功能单体。外包层较佳由溶液中的共聚物浇铸。通常，外包层通过旋涂或浸涂来浇铸。用于溶解和浇铸本发明共聚物的溶剂可从四氢呋喃、三氯甲烷、二氯甲烷、甲苯和其它芳族溶剂，来自酯和酮族的溶剂中挑选。用醋酸乙酯、醋酸丁酯或丁酮可得到好的结果。
当使用增粘剂时也可获得经过改良的聚合物外包层。较佳的增粘剂来自硅烷族。用脱水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(GlyMo)、巯基丙基三甲氧基硅烷(MPMo)、r-氨基丙基三甲氧基硅烷(GAPS)和类似的物质可获得好的结果。增粘剂可在浇铸聚合物外包层前被用作器件的表面处理。或者，增粘剂可同用于浇铸器件和形成外包层的本发明聚合物的溶液混合。
本发明较佳的含有机包层包含大约25-65wt.％的甲基丙烯酸三氟乙酯(3FEMA)、大约10-75wt.％的五氟苯乙烯(5FS)和大约0-30wt.％的甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)。单体混合物较佳通过自由基过程来聚合。较佳的自由基引发剂是占总的单体浓度大约0.1-5wt.％的4，4’-偶氮二(4-氰基戊酸)(ADVN)。聚合较佳在溶液中进行。在较佳实施例中，聚合混合物由50-95wt.％的四氢呋喃(THF)组成。
本发明的另一个较佳的含有机的包层包含大约30-80wt.％的五氟苯乙烯(5FS)、约20-40wt.％的丙烯酸十五氟辛酯(15FOA)和大约0-30wt.％的甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)。单体混合物较佳通过自由基过程聚合。较佳的自由基引发剂是占总的单体浓度大约0.1-5wt.％的4，4’-偶氮二(4-氰基戊酸)(ADVN)。聚合较佳在溶液中进行。在较佳实施例中，聚合混合物由50-95wt.％的四氢呋喃(THF)组成。
在本发明的较佳实施例中，含有机的外包层包含在这里称为“共聚物环氧9”的共聚物。共聚物环氧9通过聚合约60wt.％的5FS、约30wt.％的3FEMA和大约10wt.％的GMA来配置。1wt.％的ADVN自由基引发被加入到在THF中溶解的混合物。在THF中单体的总浓度通常在5-50wt.％范围中。溶液被搅拌并在70℃被加热16个小时。共聚物随后通过在甲醇中沉淀被分离和纯化。在1550nm和20℃时的共聚物折射率由米棱镜耦合器测量得1.447，而dn/dT由后反射技术测量得约为-1×10-4-℃-1。
在本发明的其它较佳实施例中，含有机的外包层包含在这里称为”共聚物环氧16“的共聚物。共聚物环氧16通过聚合约67wt.％的5FS、约29wt.％的15FOA和大约4wt.％的GMA来配置。1wt.％的ADVN自由基引发剂被加入到在THF中溶解的混合物。在THF中单体的总浓度通常在5-50wt.％范围中。溶液被搅拌并在70℃被加热16个小时。共聚物随后通过在甲醇中沉淀被分离和纯化。在1550nm和20℃时的共聚物折射率为ca.1.44，而dn/dT在1550nm时通过使用后反射技术测量得-1.4×10-4-℃-1。
本发明另一个较佳的含有机的包层包含大约45-100wt.％的丙烯酸五氟苄酯(5FBA)、约0-25wt.％的丙烯酸十五氟辛酯(15FOA)和大约0-30wt.％的甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)。通常，通过聚合60wt.％的5FBA、35wt.％的15FOA和5wt.％的GMA来制备的共聚物的dn/dT约为-3×10-4℃-1。
在本发明的其它较佳实施例中，溶胶凝胶外包层，较佳为杂合溶胶凝胶材料，而非聚合物被用作含有机的外包层。杂合溶胶凝胶材料特有的性能是，dn/dT能通过从纯净的SiO2到R-SiO2/3改变成分来连续调节，其中的R为有机侧基。在这成分范围中最显著的变化是平均网络配位数，对二氧化硅来说是4而对倍半硅氧烷来说是3。网络配位键增加一个就加强了基质的压缩性和刚度，而且这是区别物理特性的主要因素。影响折射率的一个物理特性是通过摩尔容积折射率的热膨胀系数(CTE)。已认识到dn/dT随CTE而成比例变化。因此，可通过使用平均网络配位来影响材料的CTE发展出组分改变的方法来调节dn/dT。纯净的SiO2具有的膨胀系数为5.5×10-7/℃，而R-SiO2/3化合物具有的膨胀系数在200×10-6/℃范围中。将四重配位的二氧化硅与三重配位的杂合材料结合在一起将会改变膨胀系数，使其值大大地减小，从而改变dn/dT从-3×10-4/℃(倍半硅氧烷的值)到+1×10-5/℃(二氧化硅的值)。组合物的CTE与平均网络配位数的近似线性的关系已被测得。类似地，可以假定dn/dT的值，取决于杂合材料中SiO2的含量。dn/dT的理想值能通过适当平衡三重和四重配位的硅原子在组合物中的含量来得到。可选择有机的侧基R以调节折射率，从而轻微地改变dn/dT。为了制得dn/dT为-1×10-4/℃的杂合溶胶凝胶材料，需要60％为SiO2、40％为R-SiO2/3的组合物。为了进一步修正组成以获得1.444的折射率，40％的三重配位的可包含75％的乙基倍半硅氧烷和25％的苯基倍半硅氧烷。有其它有机侧链的前体可被使用，且它们对折射率的影响需要独立的优化。上述具有-1×10-4/℃的dn/dT和1.444的n的杂合材料，其典型的配方将在下文出现。简单地说，40.4cc的TEOS用60ccIPA稀释，并与1.5到2.0cc的H2O和0.28cc的HNO3反应。这一反应在加入1.5到2.0cc H2O之前可在45℃进行60分钟。在45℃再反应30分钟之后，加入0.9cc的PDMS、17.4cc的ETMS和6.4cc的PTES。最后，加入3.8到4.5cc的H2O并在冷却之前反应30分钟。在使用前，溶胶被稀释到它容量的50％以提供水样透明溶胶。水含量的选择主要影响材料的固化速度特性，较高的水含量可得到较快的速度。
用于调节dn/dT的机制是在成分上改变硅原子的平均网络连结性。杂合的二氧化硅成分由四乙氧基硅烷前体提供，而倍半硅氧烷成分由烷氧基有机硅烷提供。由于它们都通过水解和缩合发生反应，所以最终产品中三重配位硅原子和四重配位硅原子的混合物将会在显微镜下也是均匀的。因此，比如折射率这样的特性在光路中在亚微米的距离上也是均匀的，这一点在光电路中对可接受性能的保持来说很关键。
本发明的溶胶凝胶基组合物具有低光损耗，控制折射率的方法和随着升高的温度发生负变化的折射率。本发明的组合物包括(但不仅限于)那些在WO98/263154、WO98/25862和S.Dawes和R.Hagerty编著的于1999年2月5日出版的美国临时出版物第60/118，946号中叙述的组合物，在这里用到的每一项都参考它的全部。这些组合物在本发明中特别合适，因为其在1550nm上的低光损耗、良好的耐热性、对潮湿炎热环境良好的抵御力、成分上调节折射率的能力以及折射率负的热系数(dn/dT)。
包含约8％聚二甲基硅氧烷、约68％甲基三乙氧基硅烷、约8％苯基三氟硅烷和约16％苯基三乙氧基硅烷的摩尔分数的组合物的dn/dT值在球状的后反射器件中被测量。纤维的裂开端被浸入溶胶前体并被固化至250℃。溶胶凝胶球端用于散射所有的传送光。随后标准的后反射测量提供来自纤维/溶胶凝胶界面的反射光上的信息。球状纤维与独立的热电偶一起被放入炉子中，在20到100℃之间的好几个温度获得反射率的测量。折射率的值可使用等式：R＝(n2-n1)/(n2+n1)由反射率计算而得。我们发现，折射率对温度的关系基本线性，而且dn/dT值确定在-3×10-4/℃。该值不仅在符号上相反，而且在数量级上也远高于二氧化硅的dn/dT。负dn/dT的数量级可用固化的杂合溶胶凝胶材料的高热膨胀系数(200×10-6/℃)来解释。容积上的快速变化减小了材料的摩尔折射率并引起折射率上的负变化。
为了展示含有机材料能用于影响相位器(phasar)dλ/dT特性中的变化，如下准备了较佳的器件。提供带有芯层的二氧化硅晶片，使用对于工艺娴熟的人来说很著名的标准光刻技术和反应离子蚀刻技术来将它蚀刻成理想的波导图案。杂合溶胶凝胶外包层被浇铸到芯结构之上以提供20到50μm厚的层。溶胶凝胶层的折射率在1550nm和21℃时为1.447。这种结构中的包层在单一模式中带有约10％的光。该器件在输入和输出上被修整以显示波导从而样本被测量。在21℃、40℃和50℃测量相位器性能。相位器在输出信道上提供了明确的信号，带有相当高的损耗和邻近的信道串话，以及良好的非邻近信道串话。此外，每个信道中的波长迁移是-3.5×10-2/℃，它与硅酸基芯/包层组合物的迁移相反并大致在大小上比其大三到四倍。波长迁移的大小和方向都大致与dn/dT的分析以及波导f+/f-的特性一致。
该器件中的损耗比将在硅酸盐外包层器件中的损耗高出6dB，而且损耗的引起可以是由于浇铸厚度的不均匀性、基片/外包层界面的机器损伤、不准确的折射率匹配以及溶胶凝胶材料固有的损耗。邻近的串话被磁泡的裂缝影响，磁泡的裂缝被夹在器件相控阵部分中外包层内。良好的非邻近串话值说明折射率的均匀性是最小的。尽管有溶胶凝胶的高膨胀率，却观察到很低的极化效应。结果表明，系统上的应力大致小于硅酸盐系统的三分之一。这个结果与二氧化硅上杂合溶胶凝胶材料膜上作的测量所得的独立的应力相一致。低压力由与杂合材料的低模数以及低温过程引起。
另一个相控阵多路分解器用具有数量级为-1×10-4℃-1的dn/dT的聚合物上包盖。相位器通过用光刻技术和反应离子蚀刻在掺杂石英芯层上形成图案来制备。芯层支持于熔合的石英基片之上。芯层折射率(在1550nm)和厚度用米线棱镜耦合器测量分别为1.453和6.8μm。波导线宽被发现为6.1μm。相控阵器件随后用上述的本发明的共聚物环氧9进行外包层，通过在器件上旋涂在65wt.％的醋酸乙酯中35wt.％共聚物环氧9的溶液。
用共聚物环氧9外包层的器件在23、53和71℃时测量。温度通过将器件放在Peltier元件上来改变。信道波长对温度的曲线在图2中显示出来(有叉的实线)。曲线的斜率为-0.02nm/℃，这个值仍旧在符号上同硅酸盐玻璃外包层器件中的迁移相反(图2，点线)。
为了进一步降低器件的波长对温度的依赖性，另一相位器用具有同共聚物环氧9相同数量级(ca.-1×10-4℃-1)且在1550nm和20℃时折射率较小的dn/dT的共聚物进行外包层。较小的层折射率引起包层中被引导光线的较小分数，从而，在波导有效的dn/dT中负dn/dT聚合物的重量较小。如同先前一样，相位器通过在支持于石英基片之上的掺杂石英芯层上形成图案来准备。芯层折射率(在1550nm)和厚度分别为1.453和6.8um。波导线宽被发现为6.3um。用于外包层这个相位器件的聚合物在这里被称为“共聚物环氧10”。共聚物环氧10通过聚合约35wt.％5FS、55wt.％3FEMA和10wt.％GMA来进行制备。用同共聚物环氧9相同的步骤制备该共聚合物和旋涂器件。共聚物层折射率在1550nm和20℃时为1.434。
用共聚物环氧10外包层的器件在15、25、50和70℃时测量。平均信道波长对温度的曲线在图2中显示(带菱形的实线)。这些测量显示，平均信道波长在15到70℃之间保持在0.05nm的范围中。共聚物环氧10由此使得相控阵多路复用/多路分解器件能达到无热化。
然而，用共聚物环氧10外包层的波导的基本模式由于这种共聚物的低折射率将呈现出非常地不对称，尤其在高于室温的温度。结果，如使用光学建模软件预测的，带有标准纤维(SMF28)的耦合损耗每个界面被升高约0.3dB。从而，使用折射率接近(至少接近室温时)的共聚物，比如共聚物环氧9，较为理想。
为了补偿与折射率接近石英以及dn/dT值小于ca.-8×10-5℃-1的含有机材料——比如共聚物环氧9或上述的杂合溶胶凝胶——一起出现的负波长-温度相关性，含有机外包层材料可与如此后描述的dn/dT为正的硅酸盐玻璃材料相连。
含有机外包层不同的模式都在本发明的范畴内，且这些模式包括局部外包层、双层外包层和杂合外包层。局部外包层的特征为，石英包层在器件一部分上局部沉积，沉积后对器件剩余部分用含有机外包层进行涂层。双层外包层的特征为，它是由第一石英层和第二含有机外包层材料组成的双层。杂合外包层的特征为，它是由嵌入聚合物基质的二氧化硅纳米粒子组成的包层。术语含有机材料的项更特别地描述聚合物和混合有机/无机体溶胶凝胶。
局部外包层
在局部外包层方法中，玻璃外包层为了在外包层的局限区域提供含有机的材料，如图3A所示，只局部地在波导上沉淀。在更短的长度上方更多的光线可暴露于含有机的区域。这可通过在玻璃外包层沉淀时对区域进行遮蔽膜来完成。其中的遮蔽，可以是薄二氧化硅片，它能如图3B所示，通过支撑的方法被搁置在波导上方。如果该片足够薄，它就能远离波导被切割且在玻璃外包层沉淀后被移走。在玻璃外包层沉淀中被放上遮蔽膜的器件部分随后用含有机材料外包层。
跨过波导的二氧化硅片的边缘位置必须精确地决定以获得玻璃外包层区域中恒定的路程差ΔLg和含有机外包层区域的恒定路程差ΔLp，使得ΔLg+ΔLp＝ΔL。现在，平均信道波长λ0由式m×λ0＝ng×ΔLg+np×ΔLp决定，其中的ng为玻璃外包层波导的有效指数，而np则为含有机外包层波导的有效指数。为了获得无热化的器件，ΔLp对ΔLg的比率较佳在第一近似(忽略CTE项)中等于dng/dT对-dnp/dT的比率。局部外包层方法的优势是，在器件边缘的附近，外包层可包含玻璃。从而，标准引线技术(用于全玻璃器件)能被应用以用携带光信号的纤维连接输入和输出波导。
双层外包层
在本发明的另一个实施例中，含有机外包层使用双层方法被应用。在该方法中，玻璃外包层和含有机外包层如图4所示地叠加。构造被加工，使只有光的理想分数通过dn/dT为负的区域以平衡根据等式II：f-×(dn-/dT)＝f+×(dn+/dT)的有效折射率，其中，负-dn/dT材料中的分数由f-表示，而正+dn/dT材料中的分数则由f+表示。较佳地，双层外包层可应用于两种不同的模式中：蚀刻玻璃外包层和薄玻璃外包层。
在蚀刻玻璃外包层方法中，厚玻璃外包层首先在波导上放置。通常，小图案沿着波导留在外包层表面(见图5A)。随后，玻璃外包层被蚀刻，直到它到达波导芯的顶端(见图5B)。为了在器件输入/输出较容易引线，一种可供选择的光刻掩膜方法能被用于蚀刻仅在相控阵区域的器件。由于只需要蚀刻以去除外包层，所以不需要高精度的模式。器件随后用本发明的外包层材料外包层。
这种具有近似图4形状的波导的有效折射率已用光模型软件计算过。以下的参数组被使用：
波长：1550nm
芯宽和高度：6um×6.5um
二氧化硅CTE：5.5×10-7℃-1
在0℃时二氧化硅基片和玻璃外包层折射率：1.444
在0℃时的芯折射率：1.455(相当于Δ的0.75％)
二氧化硅基片、玻璃外包层与芯dn/dT’s：10.5×10-6℃-1(假设在可见范围内等于二氧化硅dn/dT)
含有机外包层在0℃时的折射率：1.443，1.444或1.445
在蚀刻后遗留在波导两边的玻璃外包层厚度：3μm或5μm。
对于六组参数中的每一组(相对于不同的含有机材料折射率和玻璃外包层厚度)，在0℃的有效折射率被首先计算出来。随后，在较高的温度T(以10℃为间隔从10到70℃)，对无热化理想的有效折射率neff(T)用等式1计算出，而含有机材料对获得有效折射率neff(T)的理想折射率用商业用的光学模型软件计算出。结果在图6A(3μm厚的玻璃外包层)和图6B(5μm厚的玻璃外包层)中显示。图6A和图6B显示，含有机材料的dn/dT较佳在较高的温度变得较负，使用聚合物便是这样的例子。在0到70℃之间的平均dn/dT较佳在3um厚的例子中约为(-1.8±0.2)×10-4℃-1，而在5um厚的例子中约为(-3.3±0.2)×10-4℃-1。本方法的优点为，因为器件的边缘用玻璃外包层，引线变得容易。
相控阵多路分解器用蚀刻玻璃外包层方法外包层。通过用光刻和活性离子蚀刻在掺杂石英芯层上形成图案来备制相位器。芯层被支持在熔合的硅基片上。玻璃外包层随后通过火焰水解沉积被沉淀，在1240℃被固化3/4小时，随后部分被蚀刻去，在波导上方留下大约2μm的外包层。相控阵器件随后用共聚物环氧16(上述的)通过在器件上旋涂在65wt.％乙酸乙酯中共聚物环氧16占35wt.％的溶液来进行外包层。
用共聚物环氧16外包层的器件在15、23、50、70和80℃测量。平均信道波长对温度的曲线如图7所示。曲线的斜率为+0.007nm/℃，该斜率稍微小于在硅酸盐玻璃外包层器件中的变化率(+0.001nm/℃)。如果玻璃外包层被蚀刻去更深的部分，dn/dT为负的外包层将取得更大的影响。
在本发明的另一个实施例中，可应用第二双层方法。薄玻璃外包层方法包括，首先在器件上沉积非常薄的玻璃外包层，随后用dn/dT为负的含有机材料外包层。在图8中描绘了这种波导的横截面。理论n(T)曲线如以上在蚀刻玻璃外包层方法中描述的被计算出。在图9中显示了玻璃外包层厚度为0.5μm的曲线。含有机材料的dn/dT在较高温度变得更负。在0到70℃之间的平均dn/dT对厚度为0.5um的玻璃外包层较佳约为(-3.0±0.4)×10-4℃-1。本方法的优点是工序的可制造性和经济化的途径。此外，玻璃外包层的厚度能容易地调谐以将信道波长的变化调节至零。在较佳实施例中，决定器件芯波导和-dn/dT含有机外包层的可供选择的玻璃外包层厚度(调谐厚度)，以使信道波长的变化最小。器件随后被提供这种能抑制信道波长变化的调谐玻璃外包层厚度。
杂合外包层
在本发明的另一个较佳实施例中，使用了杂合外包层方法。在杂合方法中，外包层较佳通过将聚合物外包层材料同石英纳米粒子混合制得。负-dn/dT聚合物同正dn/dT石英的混合物提供了具有dn/dT负得较少的材料，适合本发明对器件的外包层。聚合物中环氧基的存在以及增粘剂——比如脱水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷或巯基丙基三甲氧基硅烷——或类似物质的使用，提供了玻璃和聚合物之间的兼容性并且还提供了不带相位分离的石英粒子的良好散布。直径小于10nm的二氧化硅纳米颗粒是较佳的且作商业用。杂合材料聚合物/二氧化硅纳米粒子在接近可视的IR范围中是透明的，不同折射率的领域较佳非常小，以至于在1.55um无法增加传播损耗。
对工艺娴熟的人，有一点是非常明显的，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可对本发明的方法、成分、和器件做各种修改和变化。因此，只要这个发明的修改和变化在附加的权利要求和其等价物的范围内，本发明就适用这个发明的修改和变化。

Claims (80)

1.一种无热化的光电讯波长分频多路复用/多路分用波导集成电路器件，所述的器件，其特征在于包含：
包括波导内包层的平面基片，它可以是缓冲层或基片本身；
支持于所述平面基片之上的掺杂石英波导电路芯，其中，所述的石英波导电路芯包括用于多路复用/多路分用多个光电讯波长信道的多路复用/多路分用电路区域；
包括第一波导外包层材料和第二波导外包层材料的不均匀波导电路外包层；
其中，所述的器件引导波导电路芯功率分配中、波导内包层功率分配中和波导外包层功率分配中的光电讯光线，其中，所述波导外包层功率分配中被引导的光线的第一部分穿过所述的第一波导外包层材料被引导，而所述波导中被引导光线的第二部分穿过所述第二波导外包层材料被引导，由此当所述的器件经历温度变化在0到70℃范围时，所述多路复用/多路分用器件的信道波长中由热引起的波长迁移被抑制在少于0.10nm。
2.权利要求1的器件，其特征在于，所述的多路复用/多路分用器件的信道波长中由所述热引起的波长迁移被抑制在少于0.05nm。
3.权利要求1的器件，其特征在于，所述的第一波导外包层材料是含有机材料，而所述的第二波导外包层材料是无机光学材料。
4.权利要求1的器件，其特征在于，所述的第一波导外包层材料折射率对温度中的变化为负，而所述的第二波导外包层材料折射率对温度中的变化为正。
5.权利要求4的器件，其特征在于，所述的第一波导外包层材料折射率对温度中的负变化为＜-5×10-5℃-1，而所述的第二波导外包层材料折射率对温度中的正变化为＞5×10-6℃-1。
6.一种制作无热化的光电讯波分复用/分用集成波导电路器件的方法，其特征在于包含：
提供支持于平面基片之上的波导电路芯，该基片包括波导内包层，它可以是缓冲层或基片本身；
所述的波导电路芯材料和所述的波导内包层材料在折射率对温度中的变化为正；
所述的波导电路芯，包括用于多路复用/多路分用多个光电讯波长信道的多路复用/多路分用电路区域；
提供包括第一波导外包层材料和第二波导外包层材料的不均匀波导电路外包层；
所述的第一波导外包层材料在折射率对温度的变化中为负，而所述的第二波导外包层材料在折射率对温度的变化中为正；
通过所述的第一波导外包层材料折射率对温度中的负变化补偿在所述波导电路芯、所述波导内包层材料和所述第二波导外包层材料的折射率对温度中的正变化，其中：
光线由所述器件一部分中的波导电路芯、波导内包层材料和第一波导外包层材料来引导，还由所述器件另一部分的波导电路芯、波导内包层材料和第二波导外包层材料引导；或者
所述的第一波导外包层材料以一定的方式叠加在所述第二波导外包层材料上，以使光线的第一部分由所述波导电路芯、所述内包层材料和所述第二波导外包层材料来引导，而光线的第二部分则由所述第一波导外包层材料引导；或者
所述第二波导外包层材料与所述第一波导外包层材料混合以制造杂合波导外包层材料，而光线则由所述波导电路芯、所述波导内包层材料和所述混合波导外包层材料引导；由此，所述多路复用/多路分用器件的信道波长中由热引起的波长迁移当所述器件经历温度变化在范围0到70℃之间时被抑制在少于0.10nm。
7.权利要求6的方法，其特征在于，所述多路复用/多路分用器件信道波长中由热引起的波长迁移被抑制在少于0.05nm。
8.具有含有机外包层的无热化的光波导器件包含，氟化单体，包括五氟苯乙烯，甲基丙烯酸三氟乙酯，甲基丙烯酸脱水甘油酯，丙烯酸十五氟辛酯，丙烯酸五氟苄酯，丙烯酸六氟丙酯，丙烯酸三氟乙酯或它们的组合。
9.权利要求8的器件，其特征在于，含有机外包层包含甲基丙烯酸三氟乙酯，五氟苯乙烯和甲基丙烯酸失水甘油酯。
10.权利要求9的无热化的光波导器件，其特征在于，所述的含有机外包层包含大约10到75wt.％的五氟苯乙烯，大约25到65wt.％的甲基丙烯酸三氟乙酯和大约0到30wt.％的甲基丙烯酸失水甘油酯。
11.权利要求9的无热化的光波导器件，其特征在于，所述的含有机外包层包含大约35到65wt.％的五氟苯乙烯，大约30到50wt.％的甲基丙烯酸三氟乙酯和大约5到15wt.％的甲基丙烯酸失水甘油酯。
12.权利要求8的无热化的光波导器件，其特征在于，所述器件的一部分用硅酸盐玻璃外包层包盖，所述器件的另一部分用所述的含有机外包层包盖。
13.权利要求8的无热化的光波导器件，其特征在于，所述的含有机外包层叠加在硅酸盐玻璃外包层上。
14.权利要求13的无热化的光波导器件，其特征在于，所述的硅酸盐玻璃外包层首先通过形成厚玻璃外包层然后部分蚀刻器件来形成。
15.权利要求13的无热化的光波导器件，其特征在于，所述的硅酸盐玻璃外包层厚度少于2μm。
16.权利要求8的无热化的光波导器件，其特征在于，所述的含有机外包层为杂合外包层，也包含二氧化硅或硅酸盐玻璃纳米粒子。
17.权利要求8的器件，其特征在于，所述器件包含相控阵波长分频多路复用器/多路分解器。
18.权利要求8的器件，其特征在于，所述的含有机外包层包含五氟苯乙烯，丙烯酸十五氟辛酯和甲基丙烯酸失水甘油酯。
19.权利要求18的器件，其特征在于，所述的含有机外包层包含大约30到80wt.％的五氟苯乙烯，大约20到40wt.％的丙烯酸十五氟辛酯和大约0到30wt.％的甲基丙烯酸失水甘油酯。
20.权利要求18的器件，其特征在于，所述的含有机外包层包含大约55到75wt.％的五氟苯乙烯，大约20到35wt.％的丙烯酸十五氟辛酯和大约1到10wt.％的甲基丙烯酸失水甘油酯。
21.权利要求8的器件，其特征在于，所述的含有机外包层包含丙烯酸五氟苄酯，丙烯酸十五氟辛酯和甲基丙烯酸失水甘油酯。
22.权利要求21的器件，其特征在于，所述的含有机外包层包含约45-100wt.％丙烯酸五氟苄酯，约0-25wt.％丙烯酸十五氟辛酯和约0-20wt.％甲基丙烯酸失水甘油酯。
23.权利要求21的器件，其特征在于，所述的含有机外包层包含约65-90wt.％丙烯酸五氟苄酯，约5-20wt.％丙烯酸十五氟辛酯和约5-15wt.％甲基丙烯酸失水甘油酯。
24.权利要求18的器件，其特征在于，所述的含有机外包层叠加在硅酸盐玻璃外包层上。
25.权利要求18中的器件，其特征在于，所述的器件包含相控阵波长分频多路复用器/多路分解器。
26.权利要求8的器件，其特征在于，所述的含有机外包层还包含增粘剂。
27.一种操作光波长信道λ的无热化的光波导器件，其特征在于，所述的器件具有包含二氧化硅波导芯的光波导集成电路，其中，溶胶凝胶材料抑制信道中热引起的波长迁移。
28.权利要求27的器件，其特征在于，所述的溶胶-凝胶外包层包含聚二甲基硅氧烷，甲基三乙氧基硅烷，苯基三氟硅烷和苯基三乙氧基硅烷。
29.权利要求28的器件，其特征在于，所述的溶胶-凝胶外包层包含摩尔分数约5-15％聚二甲基硅氧烷，约60-75％甲基三乙氧基硅烷，约5-15％苯基三氟硅烷和约10-25％苯基三乙氧基硅烷。
30.权利要求29的器件，其特征在于，所述的溶胶-凝胶外包层包含摩尔分数约8％聚二甲基硅氧烷，约68％甲基三乙氧基硅烷，约8％苯基三氟硅烷和约16％苯基三乙氧基硅烷。
31.权利要求27的器件，其特征在于，所述的器件包含相控阵波长分频多路复用器/多路分解器。
32.权利要求27中的器件，其特征在于，所述器件的一部分用硅酸盐玻璃外包层包盖，而所述器件的另一部分用溶胶凝胶外包层包盖。
33.权利要求27的器件，其特征在于，所述的溶胶凝胶外包层叠加在硅酸盐玻璃外包层上。
34.权利要求29的器件，其特征在于，所述的硅酸盐玻璃外包层首先通过形成厚玻璃外包层再通过部分蚀刻器件来形成。
35.权利要求33的器件，其特征在于，所述硅酸盐玻璃层的厚度少于2μm。
36.一种具有局部外包层的集成光波导电路器件的无热化的相控阵波长分频多路复用器/多路分解器，其特征在于，所述器件的一部分用硅酸盐玻璃外包层上包盖，而所述器件的另一部分用负dn/dT外包层材料上包盖。
37.权利要求36的器件，其特征在于，所述的负dn/dT外包层材料是聚合物。
38.权利要求37的器件，其特征在于，所述的聚合物材料包含五氟苯乙烯，甲基丙烯酸三氟乙酯和甲基丙烯酸失水甘油酯。
39.权利要求37的器件，其特征在于，所述的聚合物材料包含约10-75wt.％五氟苯乙烯，约25-65wt.％甲基丙烯酸三氟乙酯和约0-30wt.％甲基丙烯酸失水甘油酯。
40.权利要求37的器件，其特征在于，所述的聚合物材料包含约35-65wt.％五氟苯乙烯，约30-50wt.％甲基丙烯酸三氟乙酯和约5-15wt.％甲基丙烯酸失水甘油酯。
41.权利要求37的器件，其特征在于，所述的聚合物材料包含五氟苯乙酯，丙烯酸十五氟辛酯和甲基丙烯酸失水甘油酯。
42.权利要求37的器件，其特征在于，所述的聚合物材料包含约38-80wt.％五氟苯乙烯，约20-40wt.％丙烯酸十五氟辛酯和约0-30wt.％甲基丙烯酸失水干油酯。
43.权利要求37的器件，其特征在于，所述的聚合物材料包含约55-75wt.％五氟苯乙烯，约20-35wt.％丙烯酸十五氟辛酯和约1-10wt.％甲基丙烯酸失水甘油酯。
44.权利要求37的器件，其特征在于，所述的聚合物材料包含丙烯酸五氟苄酯，丙烯酸十五氟辛酯和甲基丙烯酸失水甘油酯。
45.权利要求37的器件，其特征在于，所述的聚合物材料包含约45-100wt.％丙烯酸五氟苄酯，约0-25wt.％丙烯酸十五氟辛酯和约0-30wt.％甲基丙烯酸失水甘油酯。
46.权利要求37的器件，其特征在于，所述的聚合物材料包含约65-90wt.％丙烯酸五氟苄酯，约5-20wt.％丙烯酸十五氟辛酯和约5-15wt.％甲基丙烯酸失水甘油酯。
47.权利要求37的器件，其特征在于，所述聚合物外包层还包含增粘剂。
48.权利要求36的器件，其特征在于，所述的负dn/dT外包层材料是溶胶凝胶。
49.权利要求48的器件，其特征在于，所述的溶胶-凝胶外包层包含聚二甲基硅氧烷，甲基三乙氧基硅烷，苯基三氟硅烷和苯基三乙氧基硅烷。
50.权利要求48的器件，其特征在于，所述的溶胶-凝胶外包层包含摩尔分数约5-15％聚二甲基硅氧烷，约60-75％甲基三乙氧基硅烷，约5-15％苯基三氟硅烷和约10-25％苯基三乙氧基硅烷。
51.权利要求48的器件，其特征在于，所述的溶胶-凝胶外包层包含摩尔分数约8％聚二甲基硅氧烷，约68％甲基三乙氧基硅烷，约8％苯基三氟硅烷和约16％苯基三乙氧基硅烷。
52.一种具有双层外包层的集成光波导电路器件的无热化的相控阵波长分频多路复用器/多路分用器，其特征在于，负dn/dT外包层被叠加在硅酸盐玻璃外包层上。
53.权利要求52的器件，其特征在于，所述的器件包含平面基片上的二氧化硅芯，其中，所述的芯与所述的二氧化硅外包层接触，而所述的二氧化硅外包层与负dn/dT外包层材料接触。
54.权利要求52的器件，其特征在于，首先通过形成厚玻璃层后通过部分蚀刻器件以形成所述的硅酸盐玻璃外包层。
55.权利要求52的器件，其特征在于，所述硅酸盐玻璃外包层的厚度少于2um。
56.权利要求52的器件，其特征在于，所述的负dn/dT外包层材料是聚合物。
57.权利要求55的器件，其特征在于，所述的负dn/dT外包层材料包含五氟苯乙烯，甲基丙烯酸三氟乙酯和甲基丙烯酸失水甘油酯。
58.权利要求55的器件，其特征在于，所述的负dn/dT外包层材料包含约10-75wt.％五氟苯乙酯，约25-65wt.％甲基丙烯酸三氟乙酯和约0-30wt.％甲基丙烯酸失水甘油酯。
59.权利要求55的器件，其特征在于，所述的负dn/dT外包层材料包含约35-65wt.％五氟苯乙烯，约30-50wt.％甲基丙烯酸三氟乙酯和约5-15wt.％甲基丙烯酸失水甘油酯。
60.权利要求54的器件，其特征在于，所述的负dn/dT外包层材料包含五氟苯乙烯，丙烯酸十五氟辛酯和甲基丙烯酸失水甘油酯。
61.权利要求54的器件，其特征在于，所述的负dn/dT外包层材料包含约30-80wt.％五氟苯乙烯，约20-40wt.％丙烯酸十五氟辛酯和约0-30wt.％甲基丙烯酸失水甘油酯。
62.权利要求54的器件，其特征在于，所述的负dn/dT外包层材料包含约55-75wt.％五氟苯乙烯，约20-35wt.％丙烯酸十五氟辛酯和约0-10wt.％甲基丙烯酸失水甘油酯。
63.权利要求54的器件，其特征在于，所述的负dn/dT外包层材料包含丙烯酸五氟苄酯，丙烯酸十五氟辛酯和甲基丙烯酸失水甘油酯。
64.权利要求54的器件，其特征在于，所述的负dn/dT外包层材料包含约45-100wt.％丙烯酸五氟苄酯，约0-25wt.％丙烯酸十五氟辛酯和约0-30wt.％甲基丙烯酸失水甘油酯。
65.权利要求54的器件，其特征在于，所述的负dn/dT外包层材料包含约65-90wt.％丙烯酸五氟苄酯，约5-20wt.％丙烯酸十五氟辛酯和约5-15wt.％甲基丙烯酸失水甘油酯。
66.权利要求56的器件，其特征在于，所述的聚合物外包层还包含增粘剂。
67.权利要求52的器件，其特征在于，所述的负dn/dT外包层材料是溶胶凝胶。
68.权利要求67的器件，其特征在于，所述的溶胶-凝胶外包层包含聚二甲基硅氧烷，甲基三乙氧基硅烷，苯基三氟硅烷和苯基三乙氧基硅烷。
69.权利要求67的器件，其特征在于，所述的溶胶-凝胶外包层包含摩尔分数约5-15％聚二甲基硅氧烷，约60-75％甲基三乙氧基硅烷，约5-15％苯基三氟硅烷和约10-25％苯基三乙氧基硅烷。
70.权利要求67的器件，其特征在于，所述的溶胶-凝胶外包层包含摩尔分数约8％聚二甲基硅氧烷，约68％甲基三乙氧基硅烷，约8％苯基三氟硅烷和约16％苯基三乙氧基硅烷。
71.一种具有杂合外包层的集成光波导电路器件的无热化的相控阵波长分频多路复用器/多路分解器，其特征在于，二氧化硅或硅酸盐玻璃纳米粒子被嵌入聚合物基质中。
72.权利要求71的器件，其特征在于，所述的聚合物基质包含五氟苯乙烯，甲基丙烯酸三氟乙酯和甲基丙烯酸失水甘油酯。
73.权利要求71的器件，其特征在于，所述的聚合物基质包含约10-75wt.％五氟苯乙烯，约25-65wt.％甲基丙烯酸三氟乙酯和约0-30wt.％甲基丙烯酸失水甘油酯。
74.权利要求71的器件，其特征在于，所述的聚合物基质包含约35-65wt.％五氟苯乙烯，约30-50wt.％甲基丙烯酸三氟乙酯和约5-15wt.％甲基丙烯酸失水干油酯。
75.权利要求71的器件，其特征在于，所述的聚合物基质还包含增粘剂。
76.一种制作无热化的光波导器件的方法，包含：
提供所述的含有波导芯的器件；
用玻璃外包层接触所述器件的第一部分；
用聚合物或溶胶凝胶外包层接触所述器件的第二部分。
77.一种制作无热化的光波导器件的方法包含：
提供所述的含波导芯的器件；
用玻璃外包层接触所述器件；
用聚合物或溶胶凝胶接触所述的玻璃外包层。
78.权利要求77的方法，其特征在于，在用玻璃外包层接触所述器件之后，器件被蚀刻以暴露于所述波导芯的顶端。
79.权利要求77的方法，其特征在于，所述玻璃外包层的厚度少于2μm。
80.权利要求1、6、8或20中任一的器件，其特征在于，所述器件包含至少一个选自包括双层外包层、局部外包层和杂合外包层的组群的无热化的包层结构。
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