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1. Gebiet der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
allgemein Verbesserungen in dem Gebiet planarer photonischer Vorrichtungen,
und insbesondere Aspekte von Systemen und Verfahren zum optischen Überwachen
in photonischen Vorrichtungen.
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2. Technischer
Hintergrund
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In einer planaren photonischen Vorrichtung ist
es wünschenswert,
zahlreiche diskrete optische Komponenten in ein einziges kompaktes
Gehäuse
zu integrieren, um die Verpackungskosten und den Platzbedarf der
Vorrichtung zu verringern. Optische Signale innerhalb dieser Vorrichtungen
werden durch ein Feld einzelner Wellenleiter geführt, die auf einem planaren
Substrat gefertigt worden sind, das innerhalb des Gehäuses versiegelt
ist.
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In bestimmten planaren photonischen
Vorrichtungen, wie etwa manchen Vorrichtungen, die beim Wellenlängen-Divisionsmultiplexen
(WDM) verwendet werden, oder anders angeordneten Vorrichtungen ist
es wünschenswert,
ein Überwachen
der optischen Signale durchzuführen,
die durch einzelne Wellenleiter innerhalb des versiegelten Gehäuses geführt werden.
Jedoch ist es wegen der topologischen Einschränkungen der Vorrichtungen schwierig,
einen Zugriff auf die einzelnen Wellenleiter für Überwachungszwecke auf eine
kompakte Weise ohne eine Unterbrechung der Funktion der Vorrichtung
oder eine signifikanten Dämpfung
einer optischen Energie bereitzustellen. Das Problem eines Überwachens
einzelner Wellenleiter wird zunehmend schwierig, wenn planare photonische
Vorrichtungen immer komplexer werden.
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In einer planaren photonischen Vorrichtung ist
es wünschenswert,
dass eine Anzahl diskreter optischer Komponenten und Wellenleiter
in einem einzigen Gehäuse
integriert sind. Diese Komponenten und Wellenleiter werden auf einem
planaren Substrat in einer Reihe von Herstellungsschritten gebildet.
Die resultierende Vorrichtung kann signifikant kompakter als eine
vergleichbare Vorrichtung sein, die aus diskreten Komponenten aufgebaut
ist. Eine derartige Vorrichtung zeigt typischerweise auch eine potenziell höhere Zuverlässigkeit,
niedrigere Herstellungskosten und eine geringere optische Signalverschlechterung
auf.
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Bestimmte planare photonische Vorrichtungen
sind für
Systeme entwickelt worden, die ein Wellenlängen-Divisionsmultiplexen (WDM)
verwenden. Beim WDM wird die Gesamtrate einer Datenübertragung
durch ein Übertragen
mehrfacher Datenströme gleichzeitig
entlang einer einzigen optischen Faser erhöht. Jeder Datenstrom weist
seine eigene eindeutige Wellenlänge
auf. Die Datenströme
werden in ein multiplexiertes Datensignal kombiniert. Nach einer Übertragung
wird das kombinierte Datensignal dann zurück in einzelne Datenströme demultiplexiert.
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In einem Übertragungssystem unter Verwendung
von WDM ist es häufig
notwendig, Betriebsweisen einzeln auf unterschiedlichen Wellenlängen zu überwachen,
zu konditionieren und durchzuführen. Da
die Anzahl von Wellenlängen,
die in diesen Systemen verwendet werden, zunimmt, und die Betriebsweisen,
die auf den Wellenlängen
durchgeführt werden,
komplexer werden, nimmt der Umfang der Ausrüstung, der für das System
benötigt
wird, auch zu. Die zunehmende Komplexität hat Anstrengungen motiviert,
das Volumen, das von einer derartigen Komponente der optischen Übertragungsausrüstung eingenommen
wird, zu verringern.
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In einer planaren photonischen Vorrichtung können Wellenleiter
innerhalb der Vorrichtung in Feldern auf dem planaren Substrat der
Vorrichtung gefertigt werden, so dass jede der mehrfachen Wellenlängen einzeln
innerhalb des gleichen zusammenhängenden
planaren Felds betrieben werden kann. Komponenten, die unterschiedliche
optische Funktionen durchführen,
können
alternativ zusammen in eine einzelne planare photonische Vorrichtung
zusammen hybridisiert oder integriert werden. Diese Integration
verringert das Volumen, das zum Verpacken einer getrennten Vorrichtung
für jede
optische Funktion und/oder jede Wellenlänge erforderlich ist. Beispielsweise
kann eine planare optische Komponente einen integrierten Demultiplexer
zum Demultiplexieren eines multiplexierten Eingangssignals in einzelne
Signale für
eine Verarbeitung und/oder einen integrierten Multiplexer oder einen
Kombinierer zum Kombinieren der verarbeiteten einzelnen Signale
in ein multiplexiertes Signal, integriert oder hybridisiert mit
anderen Funktionen, wie etwa einer Entzerrung oder einer Überwachung,
einschließen.
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In WDM und anderen Anwendungen ist
es häufig
notwendig, eine optische Überwachung
am Beginn, am Ende und in der Mitte derartiger Komponenten sowohl
zur Steuerung der Komponente selbst als auch des optischen Übertragungssystems
als Ganzem durchzuführen.
Jedoch kann in planaren photonischen Vorrichtungen, insbesondere
solchen, die angeordnet sind und/oder mehrfache integrierte Funktionen
enthalten, ein Zugriff auf das Signal ohne eine Unterbrechung ihrer
Funktion schwierig sein.
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Der Grund, dass ein optisches Überwachen problematisch
ist, besteht in der Topologie des Felds der Wellenleiter innerhalb
der planaren photonischen Vorrichtung. Wegen der Herstellungstechniken,
die verwendet werden, muss jeder Wellenleiter in dem Feld der Wellenleiter
typischerweise in der gleichen Ebene liegen, parallel zu der Ebene,
die durch das Substrat der Vorrichtung definiert ist. Zusätzlich können die
optischen Wellenleiter auf dem Substrat nicht zu scharf gewinkelt
oder gebogen werden, ohne Biegeverluste herbeizuführen. Weiter schafft,
wenn optische Wellenleiter einander kreuzen, dies potenziell eine
hohe Dämpfung
und/oder ein unannehmbar hohes Übersprechen
unter Wellenleitern.
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Bei einer Methode werden Anzapf-Wellenleiter
verwendet, um optische Signale zu überwachen, die durch das Feld
von Wellenleitern laufen. Wie sein Name nahelegt, ist ein Anzapf-Wellenleiter ein "Sporn"-Wellenleiter,
der einen Durchgangswellenleiter, der einen kleinen Teil des optischen
Signals, das durch den Durchgangswellenleiter geführt wird,
anzapft, schneidet oder evaneszent ankoppelt. Der angezapfte Teil
des Signals wird dann zu einer Photodiode oder zu einer anderen
Erfassungsvorrichtung geführt.
Jedoch wird, unter Vorgabe der Einschränkungen, dass sämtliche
Wellenleiter, einschließlich Anzapf-Wellenleitern,
in der gleichen Ebene liegen, dass die Wellenleiter nicht zu eng
gewinkelt oder gebogen werden dürfen
und dass die Wellenleiter einander nicht kreuzen dürfen, die
Verwendung von Anzapf-Wellenleitern zunehmend problematisch, wenn planare
photonische Vorrichtungen komplexer werden.
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Die
US
5170448 beschreibt ein Verfahren zum Aufnehmen von Licht
von einem Polymerwellenleiter durch ein Platzieren einer facettierten
Nut in dem Wellenleiter, wodurch ein Teil des Lichts, das sich durch
den Wellenleiter ausbreitet, von der Facettierung in einem schrägen Winkel
reflektiert wird.
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Die GB 2315595 beschreibt eine Vorrichtung zum
Wiederausrichten von Licht von einem Wellenleiter auf einen Chip,
der eine Schicht aus Silizium, die von einem Substrat durch eine
Isolationsschicht getrennt ist, umfasst, wobei die Vorrichtung eine
reflektive Facette umfasst, die in einer Aussparung der Siliziumschicht
gebildet ist, wobei die Facette positioniert ist, Licht von einem
Wellenleiter zu empfangen, der in oder auf einem Niveau der Siliziumschicht
gebildet ist und derart gewinkelt ist, Licht in einer gewünschten
Richtung zurückzurichten.
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Diese Dokumente lehren Einrichtungen
zum Aufnehmen und Überwachen
von Licht von einem Wellenleiter durch ein zurückrichten von Licht aus der Ebene
des Wellenleiters heraus. Jedoch bleibt ein Bedarf für einen
variablen optischen Abschwächer, der
innerhalb einer kompakten und planaren photonischen Vorrichtung
niedriger Dämpfung
integriert werden kann.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Dieses Erfordernis wird durch die
vorliegende Erfindung angesprochen. Eine erste Ausführungsform
der Erfindung stellt einen variablen optischen Abschwächer bereit,
der einen Durchgangswellenleiter zum Führen eines optischen Signals
umfasst. Der Durchgangswellenleiter bildet ein Mach-Zehnder-Interferometer, das
obere und untere Arme aufweist, wobei zumindest einer der Arme des
Mach-Zehnder-Interferometers ein Heizkissen aufweist, das nahe daran
angebracht ist, um eine Phasenfehlanpassung zwischen den jeweiligen
Teilen des optischen Signals, das durch die oberen und unteren Arme
geführt
wird, thermooptisch zu induzieren. Ein Anzapf-Wellenleiter ist an
den Durchgangswellenleiter gekoppelt, wobei der Anzapf-Wellenleiter einen Teil
des optischen Signals in eine Anzapf-Aufnahme divertiert, die in dem Pfad
des Anzapf-Wellenleiters angeordnet ist, derart, dass der Teil des
optischen Signals, das in den Anzapf-Wellenleiter divertiert wird, in
die Anzapf-Aufnahme
eintritt. Die Anzapf-Aufnahme weist eine Mündung in der Nähe einer
größeren Fläche des
variablen optischen Abschwächers
auf, und ein Lichtsensor ist in der Nähe der Mündung der Anzapf-Aufnahme zum Überwachen
von Licht, das in die Anzapf-Aufnahme eingetreten ist, angebracht.
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Ein vollständigeres Verständnis der
vorliegenden Erfindung, wie auch weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung, werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung und
den zugehörigen
Zeichnungen offensichtlich werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Querschnittsseitenansicht eines Anzapf-Aufnahmeüberwachungssystems gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 ein
Diagramm eines Energieentzerrers, der das Überwachungssystem, das in 1 gezeigt ist, verkörpert, gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 ein
Flussdiagramm eines Verfahrens zum Aufbauen einer planaren photonischen
Vorrichtung, die die vorliegende Erfindung verkörpert, wie etwa jene in 1 gezeigte, die zusammengesetzt werden
kann, um den Entzerrer der 2 zu
bilden;
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3A–H eine
ungefähre
Querschnittsseitendarstellung einer planaren photonischen Vorrichtung,
die gemäß dem in 3 gezeigten Verfahren aufgebaut
ist, gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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4 eine
Unterseitenansicht einer länglichen
Anzapf-Aufnahme 20 der 1 gemäß der vorliegenden Erfindung;
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5 eine
Oberseitenskizze der länglichen Anzapf-Aufnahme 20 der 4, gemäß der vorliegenden Erfindung;
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6A–C einige
der Schritte eines Ätzens von
Gittern in einen Durchgangswellenleiter vor einem Ummanteln, um eine
planare photonische Vorrichtung zu bilden, gemäß der vorliegenden Erfindung;
und
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7A–C einige
der Schritte beim Ätzen
von Gittern in einen Durchgangswellenleiter nach einem Ätzen der
Ummantelung, um die Aufnahme 620 für die planare photonische Vorrichtung
zu bilden, gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung
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Die vorliegende Erfindung wird nun
vollständiger
unter Bezugnahme auf die zugehörigen
Zeichnungen beschrieben werden, in welchen gegenwärtig bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung gezeigt sind. Jedoch kann die beschriebene Erfindung in
verschiedenen Formen ausgeführt
werden und sollte nicht ausgelegt werden, auf die hierin offenbarten
beispielhaften Ausführungsformen
beschränkt
zu sein. Vielmehr sind diese repräsentativen Ausführungsformen
im Detail beschrieben, so dass diese Offenbarung eingehend und vollständig sein
wird und den Aufbau, den Betrieb, die Funktionalität und den potenziellen
Umfang einer Anwendbarkeit der Erfindung Durchschnittsfachleuten
vollständig
vermitteln wird.
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1 zeigt
eine Querschnittsansicht A-A' der 4 des Anzapf-Aufnahmeüberwachungssystemteils der
vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 10 schließt ein planares
Substrat 12, eine Pufferschicht 14, einen Anzapf-Wellenleiter 16,
einen Ummantelungswellenleiter 18, eine Anzapf-Aufnahme 20,
einen Anzapf-Aufnahmespiegel 22, einen Lichtsensor in der
bevorzugten Form einer Photodiode 24 mit einem aktiven
Bereich 26, Photodiodenlötkontakten 28, 30 und
einer Index-angepassten Klebefüllung 32 ein.
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Ein Wafer vorzugsweise in der Form
einer SiO2/Si-Hauptplatine wird beginnend mit einem planaren Substrat 12 gefertigt.
Falls nötig,
wird die untere Schicht oder "Unterlegung" 14, die aus
einem Material mit einer niedrigen Absorption bei der Signalwellenlänge hergestellt
ist, auf die Oberseite des Substrats 12 aufgebracht. Dann
werden die Wellenleiter innerhalb der Vorrichtung einschließlich des
Anzapf-Wellenleiters 16 auf der Oberseite der Unterlage 14 gebildet,
um Pfade für
die Ausbreitung optischer Signale bereitzustellen. Die Wellenleiter
werden unter der oberen Schicht oder "Abdeckung" 18 versiegelt,
die einen niedrigeren Brechungsindex als die Wellenleiter aufweist
und typischerweise den gleichen Brechungsindex wie die Unterlage,
wenn eine vorhanden ist, aufweist. Die Unterlage 14, der
Wellenleiter 16 und die Abdeckung 18 werden aus
dotiertem Silizium gefertigt. Die Schichten sind durch das Niveau
einer Dotierung definiert, die verwendet wird, um den Brechungsindex
jeder Schicht zu steuern.
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Um einen Zugriff auf das Ende des
Anzapf-Wellenleiters 16 für Überwachungszwecke zu erhalten,
wird ein Abschnitt des Wafers, wie etwa durch Ätzen, entfernt, um eine Anzapf-Aufnahme 20 zu
bilden. Wie in 1 gezeigt,
weist die Anzapf-Aufnahme 20 ein im Wesentlichen hemisphärisches oder
"schalen"-ähnliches
Profil auf und verläuft
von der oberen Oberfläche
der Abdeckung 18 durch die Abdeckung 18 über den
Anzapf-Wellenleiter 16 und herab in die Unterlage 14.
Der Anzapf-Wellenleiter 16 schließt die Anzapf-Aufnahme 20 ab.
Somit unterbricht die Anzapf-Aufnahme 20 den Datenstrom,
der von dem Wellenleiter 16 geführt wird, um Licht von ihm
in das Innere der Anzapf-Aufnahme 20 zu
diffundieren.
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Der Anzapf-Wellenleiter 16 zapft
einen kleinen Bruchteil von Licht, der als das "Anzapf-Signal" bezeichnet
wird, von dem Hauptteil des Signals, das sich auf dem Durchgangspfad
oder dem Durchgangswellenleiter der Vorrichtung, das als das "Durchgangssignal"
bezeichnet wird, für
Zwecke einer Überwachung
ab. In einer planaren photonischen Vorrichtung kann dies auf verschiedene
Arten mit nur einer geringen Dämpfung
einer Signalintensität
und vernachlässigbaren
weiteren nachteiligen Effekten auf das Durchgangssignal erreicht
werden. In 1 kreuzt
der Anzapf-Wellenleiter 16 beispielsweise den Durchgangswellenleiter
und koppelt eine bestimmte Energie von dem Durchgangssignal. Alternativ
wird Licht von einem Durchgangswellenleiter durch einen Anzapf-Wellenleiter
abgezapft, der eine bestimmte Energie von dem Durchgangssignal in
dem Durchgangswellenleiter evaneszent koppelt.
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Es wäre auch innerhalb des Umfangs
der vorliegenden Erfindung, eine Anzapf-Aufnahme direkt oberhalb
des Durchgangswellenleiters zu bilden, ohne den Durchgangswellenleiter
vollständig
zu unterbrechen. In diesem Fall würde die Anzapf-Aufnahme einen
Bruchteil des Lichts von dem Durchgangssignal evaneszent koppeln.
Die Menge an Licht, die in die Anzapf-Aufnahme gekoppelt wird, würde von der
Tiefe und Länge
der Anzapf-Aufnahme abhängen.
Diese letztere Anordnung weist den Vorteil eines vollständigen Eliminierens
des Anzapf-Wellenleiters auf.
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In der Anzapfung der 6–7 wird
Licht 600 durch Gitter 720 abgezapft, die zwischen
der Abdeckschicht 18 und dem Durchgangswellenleiter oder
planaren Wellenleiter 40 angeordnet sind. Diese Gitter 720 koppeln
eine bestimmte Energie von dem Durchgangssignal in die Photodiode 24.
Anstelle eine Aufnahme in der Form einer Schale, die einen kreisförmigen Querschnitt
aufweist und einen Spiegel als Teil ihrer inneren Oberfläche aufweist,
zu verwenden, kann ein Gitter 720 oberhalb des Durchgangswellenleiters 40 hergestellt
sein, der einen kontrollierten Bruchteil des Lichts auskoppelt.
In diesem Fall wird die Aufnahme eine geneigte, geringfügig kreisförmige oder
jedwede andere Typen von Seitenwänden
nach einem Ätzen
aufwei sen, um eine Kavität 620 zu
bilden, um das Unterfüttern
der Photodiode mit dem Füllmaterial 32 zuzulassen.
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Das Füllmaterial 32, vorzugsweise
ein flüssiger
Kleber, wird wieder zum Brechungsindex-Anpassen und mechanischen
Verfestigen der Photodiodenanbringung verwendet, und auch um jedwede
potenzielle Wellen 618 in der Abdeckung 18 zu
entfernen. Die Gitter 720 können in dem Anzapf-Wellenleiter
oder in dem Durchgangswellenleiter 40 geätzt werden.
Unter Bezugnahme auf die 6A–C können die
Gitter 720 geätzt
werden, bevor die Abdeckschicht 18 abgeschieden wird. Eine
Aufnahme in der Form einer Schale oder irgendeinem anderen Typ einer
Kavität 620 wird
dann in 6B geätzt, um
die Ummantelungswellen 680 aufgrund des vorhergehenden
Gitterschritts in 6A herauszuätzen. Unter
Bezugnahme auf 6C wird
die Photodiode über
der Kavität 620 hybridisiert.
Eine Hybridisierung schließt
die Metallisierungsmaskenauslegung für Spiegel, elektrische Leitungen
oder Heizkissen, die Ausrichtung und Bondierung von Photodioden
und eine Kleberabscheidung ein.
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Alternativ können die Gitter 720 nach
der Schalen- oder Kavitäts-620-Ätzung in
den 7A–C geätzt werden.
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Somit kann die Anzapf-Aufnahme 20 in
der Form einer Schale oder Kavität 620 unter
Verwendung einer Anzahl unterschiedlicher Verfahren gebildet werden.
Beispielsweise können
die Anzapf-Schale oder -Aufnahme 20 der 1 oder die Kavität 620 der 6–7 durch
ein Wegätzen
von Material durch eine Maske gebildet werden, die das umgebende Material
schützt.
Dieses Ätzen
kann steuerbar und ökonomisch
durch die Verwendung eines Nassätzens
mit einer gepufferten Flusssäure
(HF)-Lösung
in dem Fall einer Leitung in einer SiO2-basierten
Vorrichtung oder eines Kaliumhydroxids (KOH) in einer Si-basierten
Vorrichtung ökonomisch
ausgeführt
werden. Die Verwendung einer Nassätztechnik erzeugt Anzapf-Aufnahmen
in einer geeigneten Form im Wege niedriger Kosten. Alternativ kann
der Prozess mit einem Trockenätzprozess,
wie etwa einem reaktiven Ionenätzen,
durchgeführt
werden. Auch kann die Kavität
oder ein anderes Loch durch einen physikalischen Prozess, um Material
zu entfernen, wie etwa eine Ablation, ein Schneiden, ein Schleifen
oder ein Bohren, gebildet werden.
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Unter Bezugnahme zurück auf 1 divergiert Licht, das
aus dem Anzapf-Wellenleiter 16 in das Innere der Anzapf-Aufnahme 20 austritt,
und wird von den Wänden
und dem Boden der Anzapf-Aufnahme
reflektiert oder gestreut. Das hemisphärische Profil oder der kreisförmige Querschnitt
der Durchgangsform der Anzapf-Aufnahme 20 verursacht es, dass
Licht, das in der Anzapf-Aufnahme 20 aufgenommen
wird, aufwärts
zu der oberen Oberfläche des
Wafers hin reflektiert wird. Ein Aufnahme des Lichts in dem aktiven
Bereich 26 der Photodiode kann durch die Abscheidung einer
Beschichtung eines reflektierenden Materials in die Anzapf-Aufnahme 20 verstärkt werden,
um einen Spiegel 22 zu bilden. In der vorliegenden Ausführungsform
wird Gold (Au) für
diesen Zweck verwendet. Vorzugsweise werden eine Sputter-Abscheidung
von Gold und ein dickes Photoresist für die zur Spiegelstrukturierung oder
die Maskenauslegung verwendet.
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Jedoch können andere Materialien, wie
etwa Aluminium (Al) und andere Abscheideverfahren, auch verwendet
werden. Die reflektierende Oberfläche wird unter Verwendung beispielsweise
der Techniken eines Sputterns oder eines Verdampfens abgeschieden,
obwohl andere Verfahren verwendet werden können. Das Beschichten kann
auch wirken, es zu verringern oder zu verhindern, dass Licht zurück in die
planare Vorrichtung koppelt. Wie in 1 in
der vorliegenden Ausführungsform
gezeigt, ist die Beschichtung auf der Seite der Anzapf-Aufnahme 20 gegenüberliegend
der Richtung, von welcher sich das Licht in die Anzapf-Aufnahme 20 ausgebreitet hat,
abgeschieden. Dies kann beispielsweise durch ein Aufrechterhalten
einer bestimmten Orientierung des Wafers in einer Verdampfungskammer
während der
Abscheidung des reflektierenden Materials oder durch ein Maskieren
jenes Abschnitts der Anzapf-Aufnahme, für welche es unerwünscht wäre, ein in
hohem Maße
reflektierendes Material aufzuweisen, erreicht werden.
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Die Photodiode 24 oder ein
anderer Typ von Lichtsensoren ist auf der Oberseite des Wafers angebracht,
um die Vorrichtung 10 derart zu bilden, dass ihr aktiver
Bereich 26 Licht aufnimmt, das aufwärts von der Anzapf-Aufnahme 20 reflektiert
oder gestreut wird. Ein Paar elektrischer Kontakte, ein nKontakt 28 und
ein p-Kontakt 30, sind an der oberen Oberfläche des
Wellenleiters auf jeder Seite der Mündung der Anzapf-Aufnahme 20 befestigt.
Diese Kontakte können
auch zur dualen Funktion eines physikalischen Befestigens der Photodiode
an der planaren Vorrichtung dienen. Nachdem die Photodiode 24 in
Position gelötet
oder anderweitig befestigt ist, wird die Anzapf-Aufnahme 20 mit
einem transparenten Material, wie etwa Epoxid 32, mit einem
Brechungsindex, der an jenen des Anzapf-Wellenleiters 16 angepasst
ist, gefüllt.
Dies stellt es sicher, dass Licht, das auf die Anzapf-Aufnahme 22 auftrifft,
in die Anzapf-Aufnahme diffundiert wird, anstelle zu dem Substrat
herab oder sonst wohin innerhalb der Leitungsschichten reflektiert
zu werden.
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Das Epoxid oder andere Füllmaterial 32 ist vorzugsweise
ein flüssiger
Kleber. Ein Unterfüllen
der Photodiode wird am besten mit einem flüssigen Material ausgeführt, um
den Schalenabschnitt der Aufnahme 20 ohne Luftblasen ideal
zu füllen.
Jedoch muss, solange die Photodiode von dem Kleber umgeben ist oder
anderweitig ausreichend befestigt ist, nicht die gesamte Aufnahme 20 mit
Kleber unterfüllt werden.
Der Kleber, der in diesem Fall verwendet wird, ist der vom Typ EPO-TEK 353 ND,
erhältlich von
Epoxy Technology, Inc.. Dieser flüssige Kleber wird erstens als
ein gutes Indexanpassmittel gewählt, um
Rück reflexionen
zu vermeiden (der Index von Silizium beträgt ungefähr 1,46, und der Index dieses Klebers
beträgt
1,56). Zweitens ist dieser Kleber in ausreichendem Maße eine
fließende
Flüssigkeit,
wobei sie weniger viskos als andere Kleber ist. (Ihre Viskosität bei 23°C liegt zwischen
3000 und 5000 cps verglichen mit anderen Klebern: Viskosität von ungefähr 48.000
cps für
EPO-TEK 353ND-T beispielsweise). Diese Viskosität stellt sicher, dass Kleberausbreitung
unter der Photodiode 24 komplett und ohne Blasen sein wird.
Drittens wird nach einem Aushärten dieses
Klebers bei 80°C
das Verfestigen der Photodiodenanbringung sichergestellt.
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Um das Verteilen oder Tunneln des
Füllmaterials 32 unterhalb
der Photodiode 24 weiter zu erleichtern, kann die Aufnahme
von einer im Wesentlichen Schalenform in eine längliche Version modifiziert
werden. Die 4 und 5 zeigen eine derartige Anzapf-Aufnahme
in der Form einer länglichen "Z"-förmigen Mulde 420,
die einen kreisförmigen Querschnittskörperabschnitt 20 unterhalb
des Lichtsensors und ein Paar von gegenüberliegenden Endabschnitten
oder Becken 402 und 404, die vor und hinter dem
Lichtsensor zum Verteilen des Füllmaterials 32 durch
die "Z"-förmige
Mulde 420 angeordnet sind, aufweist. Die Schale, die in
dem Querschnittskörperabschnitt 20 gebildet
ist, wird dann verwendet, um die Photodiode 24 mit dem
Kleber oder einem anderen Füllmaterial 32 zu
unterfüllen.
Der kreisförmige Querschnittskörperabschnitt 20 wird
wahlweise länger
als eine einfachere Schalenform ausgeführt, derart, dass der Kleber
oder ein anderes Füllmaterial 32 nach
der Photodioden-Bondierung getunnelt oder verteilt werden kann,
wobei von der Photodiode so viel wie möglich bedeckt wird und Luftblasen
gleichzeitig verhindert werden. Wahlweise können die gegenüberliegenden
Endabschnitte oder Becken 402 und 404, die Dimensionen
von ungefähr
80 μm×135 μm aufweisen,
beide oder einzeln vorhanden sein, um ein Becken an dem (den) Ende(n)
dieser langen Schalenmulde von ungefähr 450 μm bereitzustellen, um das Füllmate rial 32 zu
laden. Vorzugsweise würde
die Schale dann länger
in der Richtung senkrecht zu dem Anzapf-Wellenleiter 16 sein,
wie in 5 zu ersehen.
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Eine Aufnahme von Licht nach einem
Streuen weist den Vorteil eines Minimierens einer Polarisationsabhängigkeit
des Ansprechens der Photodiode auf. Die Photodiode kann, wenn gewünscht, mit
ihrer aktiven Seite aufwärts
gerichtet angebracht werden. In diesem Fall würde es ein Infrarot-(IR-)transparentes
Substrat zulassen, dass Licht durch das Photodiodensubstrat in den
aktiven Bereich der Photodiode passiert. Alternativ kann die Photodiode,
oder ein Abschnitt der Photodiode, wobei die aktive Seite aufwärts, abwärts oder
seitlich orientiert ist, innerhalb der Anzapf-Aufnahme platziert
werden, um das Licht vor und/oder nach einem Streuen von den Aufnahmewänden aufzufangen.
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Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform
eine elektrische Verbindung mit der Photodiode durch ein Löten sowohl
der nals auch der p-Kontakte an elektrische Leiter auf der planaren
Wellenleitervorrichtung erreicht wird, kann ein leitfähiger Kleber anstelle
von Lötmittel
verwendet werden. Alternativ kann die elektrische Verbindung durch
ein Drahtbondieren ausgeführt
werden. Eine Thermokompression kann zum Photodioden-Bondieren verwendet
werden. Überdies
scheidet eine Drahtbondierungsausrüstung vorzugsweise Goldstifte
für die
Photodiodenanbringung ab.
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Es ist auch möglich, dass die Photodioden elektrisch
und/oder mechanisch auf einem getrennten Träger angebracht werden, der über der
planaren Wellenleitervorrichtung befestigt ist, derart, dass jede Photodiode
bezüglich
ihrer jeweiligen Anzapf-Aufnahme
ausgerichtet ist. Überdies
kann, um Verarbeitungsschritte zu reduzieren, eine große Anzahl
von Photodioden in Form von Feldern in einem einzigen Schritt angebracht
werden.
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Eine Anwendung für die vorliegende Erfindung
besteht in der Steuerung eines planaren Felds variabler optischer
Abschwächer
(VOAs). Ein VOA kann leicht und zweckmäßig mit anderen planaren Vorrichtungen,
wie etwa Teilern, Kombinierern, Wellenlängen-Divisionsmultiplexern
und Wellenlängen-Divisionsdemultiplexern
integriert werden. Der Abschwächer
kann ein Mach-Zehnder-Interferometer sein,
wie etwa das in 2 gezeigte,
das unten stehend diskutiert wird, in welchem die Intensität des Lichts,
das durch den Abschwächer
läuft,
variabel durch eine Verwendung des thermooptischen Effekts abgeschwächt werden
kann. In dieser Anwendung verursacht ein differentielles Erwärmen eines
oder beider Arme des Interferometers eine Phasenfehlanpassung von
Licht, das getrennt in den beiden Armen des Interferometers läuft, und
eine Abschwächung eines
Teils des gesamten Lichts am Punkt einer Rekombination an dem Ende
des Interferometers. Diese Abschwächung ist proportional zu dem
Betrag einer erzeugten Phasenfehlanpassung, die von der Änderung
in dem Brechungsindex abhängig
ist, die durch das differentielle Erwärmen herbeigeführt wird.
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Ein Weg eines Aufrechterhaltens einer
Steuerung des Abschwächers
besteht darin, eine Lichtintensität vor und/oder nachdem sie
durch den Abschwächer
passiert ist, zu messen. Durch ein Messen der Intensität der Anzapf-Signale
und ein Einstellen des VOAs, bis die gewünschte Intensität erreicht ist,
oder durch ein Vergleichen der Intensitäten der Anzapf-Signale vor
und nach dem VOA und ein Einstellen des VOAs, bis die gewünschten
relativen Intensitäten
erreicht sind, kann der VOA gesteuert werden. Der VOA kann beispielsweise
für eine
Energieentzerrung verschiedener Wellenlängen eines demultiplexierten
Signals verwendet werden.
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2 zeigt
ein Diagramm einer planaren photonischen Vorrichtung 34 (nicht
maßstäblich gezeichnet),
die die vorliegende Erfindung verkörpert. Die veranschaulichte
Vorrichtung ist ein Energieentzerrer, der beispielsweise verwendet
werden kann, um Raumumschaltungs-, Wellenlängenselektions- und Wellenlängenkonversionskomponenten
in einem optischen Signalverarbeitungssystem zu verbinden. Er kann
in einer Sender-Vorgewichtung und einer Konditionierung gemischter
Datenraten, wie auch in einem Energieentzerrer in sowohl In-line-
als auch Empfängeranwendungen
verwendet werden.
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Der Eingang in die Vorrichtung wird
durch optische Fasern bereitgestellt. In der vorliegenden Ausführungsform
sind die optischen Fasern in einen Block von Materialien in einem
Feld 36 eingebettet, um eine Ausrichtung zu erleichtern
und die Faser an dem planaren Substrat zu sichern. Der Faserblock 36 empfängt acht
getrennte Signaleingänge
bei unterschiedlichen Wellenlängen
auf acht getrennten Fasern 38 von einem Sender oder Demultiplexer.
In einer alternativen Ausführungsform
kann, falls gewünscht,
ein Demultiplexer-Schalter oder eine andere Vorrichtung an dem Eingang
hybridisiert werden, um eine weitere Stufe einer Integration zuzulassen.
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Die acht Fasereingänge werden
acht planaren Wellenleitern 40 zugeführt, die die acht Signale zu
einem ersten Feld von acht Anzapfungen 42 führen, um
das Signal in jedem zu überwachen.
Ein Bruchteil jedes Durchgangssignals wird von jedem planaren Wellenleiter
unter Verwendung eines Anzapf-Wellenleiters 44, der durch
den Durchgangswellenleiter an einer Y-Verbindung kreuzt, ausgekoppelt. Dieses
angezapfte Licht wird dann zu einer Anzapf-Aufnahme 46,
wie etwa die in 1 gezeigte, geführt und
endet darin. Das angezapfte Licht wird dann von den Wänden der
Anzapf-Aufnahme 46 gestreut, und ein Teil des gestreuten
Lichts wird dann von einer Photodiode 48 aufgenommen, die über der Öffnung der
Anzapf-Aufnahme 46 positioniert ist. In der vorliegenden
Ausführungsform
ist der aktive Bereich der Photodioden abwärts gerichtet und deckt die Öffnung der
Auf nahme ab. Die elektrischen Verbindungen der n- und p- Sperrschichten der
Photodiode sind beide auf der gleichen Seite der Photodiode wie
der aktive Bereich. Wie oben beschrieben und in 1 gezeigt, ist eine elektrische Ausführung mit
einem Lötmittel
an den elektrischen Leitungen auf der Oberfläche der Komponente ausgeführt. Die
Photodiode ist auch mechanisch mittels eines Lötmittels an der Oberfläche der
Komponente befestigt.
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Die Durchgangssignale werden dann
einem Feld von acht VOAs 50 zugeführt, die verwendet werden,
um den Energiepegel des eigentlichen Wellenlängensignals, der dorthin durchläuft, einzustellen. Jeder
VOA in dem Feld schließt
obere und untere Arme 52, 54 ein. Einer oder beide
Arme jedes VOA 54 schließt ein Heizkissen 56 ein,
das verwendet wird, um die relative Phase des Signals in den beiden Armen
thermooptisch zu steuern. Nachdem die Signale durch das Feld der
VOAs gelaufen sind, werden die Signale dann einem zweiten Feld von
Anzapfungen 58 für
einen zweiten Durchgang einer Überwachung
zugeführt.
Wie oben beschrieben, wird ein Vergleich der gemessenen Pegel des
optischen Signals in jedem Durchgangswellenleiter vor und nach jedem
jeweiligen VOA verwendet, um den gewünschten Pegel einer Abschwächung in
dem VOA zu bestimmen. Die acht getrennten Signale werden dann einem
8×1-Kombinierer 60 zugeführt, der
optisch an die Durchgangswellenleiter gekoppelt ist, und der kombinierte
Ausgang wird einem einzigen optischen Faserausgang 62 zugeführt.
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Der Energieentzerrer, der in 2 gezeigt ist, kann hinsichtlich
einer Anzahl von Aspekten modifiziert werden, ohne von dem Umfang
der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann ein
Wellenlängen-Divisionsmultiplexer
(WDM) anstelle des 8×1-Kombinierers 60 verwendet
werden, oder der Kombinierer 60 kann gänzlich entfernt werden. Weiter
kann, falls gewünscht,
ein Wellenlängen-Divisionsdemultiplexer
an die planaren Wellenleiter 40 gekoppelt werden, was es
zulässt,
dass der Energieentzerrer einen multiplexierten Eingang auf einer
optischen Signalfaser empfängt.
In dieser Ausführungsform
kann ein Teiler anstelle des Demultiplexers verwendet werden.
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Wie oben diskutiert, kann eine planare
photonische Vorrichtung potenziell beträchtlich weniger Raum einnehmen
als eine entsprechende Komponente, die aus diskreten Komponenten
aufgebaut ist. Eine beispielhafte Implementierung der Vorrichtung 34,
die in 2 gezeigt ist,
würde,
wenn sie verpackt ist, nur einen Bruchteil des Raums einnehmen,
der von einer Vorrichtung, die eine ähnliche Funktion aufweist,
aber aus diskreten mikrooptischen und/oder anderen ausgedehnten
Strahlvorrichtungen aufgebaut ist, eingenommen wird. Weiter erfordert
die Vorrichtung, die in 2 gezeigt
ist, nur neun Faserverzweigungsverbindungen, acht für den Eingang
und eine für
den Ausgang. Wenn sie aus diskreten fasergekoppelten Komponenten
aufgebaut wäre,
würde die
Vorrichtung dreiunddreißig
Verbindungen benötigen.
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3 zeigt
ein Flussdiagramm einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens 64 zum
Herstellen des Energieentzerrers, der in 2 gezeigt ist. Jeder Schritt des Verfahrens
ist in den Verfahren 3A–H in einer groben
Darstellung veranschaulicht, um nur die Schritte und nicht die resultierenden Strukturen
zu zeigen, welche nicht maßstäblich oder mit
einer Querschnittsgenauigkeit gezeichnet sind. In einem ersten Schritt 66 wird,
wie in 3A veranschaulicht,
die untere Schicht oder "Unterlage" 84 auf ein planares
Substrat 82 abgeschieden, und eine durchgehende Schicht
eines Wellenleitermaterials 86 wird auf der Oberseite der
Unterlage 84 abgeschieden. In einem Schritt 68,
der in 3B veranschaulicht
ist, wird die durchgehende Schicht des Wellenleitermaterials verwendet,
um sämtliche
der Durchgangswellenleiter und Anzapf-Wellenleiter innerhalb der
Vorrichtung zu fertigen, indem unerwünschte Teile des Materials
weggeätzt
werden. Unter Bezugnahme auf 3B sind
die resultierenden Wellenleiter in einer groben Querschnittsdarstellung entlang
einer geschlängelten
diagonalen Linie über die
Draufsicht der 2 veranschaulicht,
um grob so viel von den Strukturen wie möglich darzustellen. Für Zwecke
einer Veranschaulichung sind in 3B ein Anzapf-Wellenleiter 88 und
die oberen und unteren Arme 90, 92 eines VOAs,
wie etwa eines der VOAs in dem in 2 gezeigten
Feld 50, das oben beschrieben ist, gezeigt. In einem Schritt 70,
der in 3C veranschaulicht
ist, wird die Überzugsschicht oder
"Abdeckung" über
sowohl der freigelegten Unterlage 84 als auch den geätzten Wellenleitern 88, 90, 92 abgeschieden.
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In einem Schritt 72, der
in 3D veranschaulicht
ist, wird eine Anzapf-Aufnahme 96 durch die Abdeckung 94,
den Anzapf-Wellenleiter 88 und die
Unterlage 84 geätzt.
Wie oben beschrieben, endet jeder Anzapf-Wellenleiter 88 in
einer Anzapf-Aufnahme 96.
In einem Schritt 74, der in 3E veranschaulicht
ist, werden die metallischen Elemente der Komponenten abgeschieden.
Diese schließen
einen Anzapf-Spiegel 98, ein Heizkissen 100 für den VOA und
elektrische Leitungen 102 für die Photodiode ein. In einem
Schritt 76, der in 3F veranschaulicht
ist, werden die Photodioden-Lötkissen 104 in
einer Position über
den elektrischen Leitungen 102 abgelegt. In einem Schritt 78,
der in 3G veranschaulicht
ist, werden Photodioden 106 an den Lötkissen 94 angebracht,
wobei ihre jeweiligen aktiven Bereiche 108 der Mündung der
Anzapf-Aufnahme 96 gegenüberstehen. In einem Schritt 80,
der in 3H veranschaulicht
ist, wird die Anzapf-Aufnahme mit einem Füllmaterial, wie etwa Epoxid 110,
das den Brechungsindex der Anzapf-Leitung anpasst, gefüllt. Wie oben diskutiert, stellt
die Verwendung eines Füllmaterials
mit einem geeignet gewählten
Brechungsindex sicher, dass Licht, das in die Anzapf-Aufnahme eintritt,
in der korrekten Richtung gestreut werden wird.
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Es wird für Durchschnittsfachleute offensichtlich
sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen in der vorliegenden
Erfindung ausgeführt werden
können,
ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Somit
ist beabsichtigt, dass das vorliegende Patent die Modifikationen und
Variationen dieser Erfindung abdeckt, vorausgesetzt, dass sie in
dem Umfang der angehängten
Ansprüche
liegen.