TW201346363A - 光波導方向耦合器 - Google Patents

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Abstract

一種光波導方向耦合器，其包括一基底及形成於該基底上之兩條光波導。該基底包括一個截面呈凸字形的脊形區及一個與該脊形區相連接的矩形區，該脊形區包括隆起的內脊區，該內脊區平滑連接該矩形區。該兩條光波導橫跨該內脊區與該矩形區，每條該光波導包括位於該內脊區的第一直波導段，以及位於該矩形區的與該第一直波導段連接的彎曲波導段及與該彎曲波導段連接的第二直波導段，該兩條光波導的第一直波導段相互平行且之間形成一耦合作用區，該兩條光波導的彎曲波導段向外彎曲延伸，該兩條光波導的第二直波導段相互平行。

Description

光波導方向耦合器
本發明涉及光波導元件，尤其涉及一種光波導方向耦合器。
光波導方向耦合器（Light Waveguide Directional Coupler）係光通訊的一種重要的光波導元件，其利用相鄰光波導間發生光耦合的原理實現光功分功能或光合波功能，從而實現具有方向性的光功率分配與控制。光波導方向耦合器相較於其它的光波導元件，例如相較於Y分岔形分光器具有元件長度短、成本低及傳播損耗較小之優點。
傳統光波導方向耦合器呈平板矩形，其含有兩個互相平行的直光波導。然而，由於光波導方向耦合器的耦合效應受相鄰光波導的耦合間距影響大，從而使得方向耦合器的製程容忍度低。
有鑒於此，有必要提供一種光波導方向耦合器，其可以增強耦合效應及提高製程容忍度。
一種光波導方向耦合器，其包括一基底及形成於該基底上之兩條光波導。該基底包括一個截面呈凸字形的脊形區及一個與該脊形區相連接的矩形區，該脊形區包括隆起的內脊區，該內脊區平滑連接該矩形區。該兩條光波導橫跨該內脊區與該矩形區，每條該光波導包括位於該內脊區的第一直波導段，與該第一直波導段連接的且位於該矩形區的彎曲波導段，以及位於該矩形區的且與該彎曲波導段連接的第二直波導段，該兩條光波導的該第一直波導段相互平行且之間形成一耦合作用區，該兩條光波導的該彎曲波導段向外彎曲延伸，該兩條光波導的該第二直波導段相互平行。
相對於先前技術，本發明提供之光波導方向耦合器的兩相鄰光波導耦合作用區位於一脊形結構上，由於脊形結構側壁的折射率變化量大，使兩相鄰光波導的光場往中間集中，從而使得兩相鄰光波導之間的光場重疊量增加，導致耦合作用增強。該耦合效應增強意味著兩相鄰光波導之耦合間距變大還具有與平板矩形式直波導相同的耦合效果，因此亦提高其製程容忍度；另一方面，本發明提供之光波導方向耦合器僅耦合作用區位於脊形結構上，該兩條光波導的彎曲波導段使第二直波導段之間間距大，易於製成，從而製程容忍度高。
請參閱圖1及圖2，本發明實施例提供之光波導方向耦合器100包括一基底110，及形成於該基底110上之兩條光波導122, 124。
該基底110包括一個截面呈凸字形的脊形區112，以及一個與該脊形區112相鄰的矩形區114。該脊形區112隆起的中間部分形成內脊區116，該內脊區116上表面平滑連接該矩形區114上表面。該脊形區112於該內脊區116兩側的區域形成平板區118。該平板區118上可以放置電極（圖未示）等器件。該平板區118外邊緣與該矩形區114外邊緣平齊。本實施例中，該內脊區116的寬度E1為32μm。
該兩條光波導122, 124橫跨該內脊區116與該矩形區114。該兩條光波導122, 124分別包括位於該內脊區116的第一直波導段122a, 124a，與該第一直波導段122a, 124a連接的位於該矩形區114的彎曲波導段122b, 124b，以及位於該矩形區114的與該彎曲波導段122b, 124b連接的第二直波導段122c, 124c。本實施例中，每條該光波導122, 124的寬度E2為7μm，其可以通過黃光微影製程直接蝕刻於該基底110表面所形成。每條該光波導122, 124內部僅填充有空氣。
該兩個第一直波導段122a, 124a相互平行且之間形成一耦合作用區126。該耦合作用區126的兩個第一直波導段122a, 124a之間的耦合間距W以3μm≦W≦5μm範圍為宜，本實施例中，該耦合間距W為4μm。該耦合作用區126的耦合長度L可以根據光功率的分配與控制的需要而設定，本實施例中，該兩個第一直波導段122a, 124a長度不相同，該第一直波導段122a自與該第一直波導段124a末端平齊處延伸至該內脊區116邊緣，其長度D1約為3500μm。該兩個彎曲波導段122b, 124b朝該兩個第二直波導段122c, 124c的方向單調向外彎曲延伸，該延伸形成一夾角0ο＜θ≦1ο，且以0.91ο為最佳。該兩個彎曲波導段122b, 124b投影長度D2為2500μm，投影高度H為40μm。該兩個第二直波導段122c, 124c相互平行，本實施例中，該兩個第二直波導段122c, 124c自該兩個彎曲波導段122b, 124b末端延伸至矩形區114邊緣，其長度D3亦約為3500μm。
脊形結構側壁的折射率變化量大，例如由於基底材料與側壁空氣折射率差別大，使兩相鄰光波導122, 124的光場往中間集中，光波導122, 124外側光場尾量小，從而使得兩相鄰光波導122, 124之間的光場重疊量增加，導致耦合作用增強。該耦合效應增強意味著兩相鄰光波導122, 124之耦合間距w變大還具有與平板矩形式直波導相同的耦合效果。舉例來說，傳統平板矩形式需要的光波導耦合間距為1μm ,可1μm卻為黃光微影製程的最小極限值，利用上述脊形結構，光波導耦合間距W設定為3μm或更大還具有相同的耦合效果，從而上述脊形結構使得耦合效應增強，同時亦提高製程容忍度。
另一方面，上述光波導方向耦合器100僅耦合作用區126位於脊形結構上，該兩條光波導122, 124的彎曲波導段122b, 124b使第二直波導段122c, 124c之間的間距大，易於製成，從而製程容忍度高。
上述彎曲波導段122b, 124b相較傳統Y形分光器之直接偏折方式，可以避免尖銳的轉折角產生，從而使傳播的損耗降低。該彎曲波導段122b, 124b亦使第二直波導段122c, 124c之間的間距可以增大，從而避免該第二直波導段122c, 124c之間發生光耦合。該第二直波導段122c, 124c之間可以明顯地區別開來作為穩定的輸出端。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士爰依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
100．．．光波導方向耦合器
110．．．基底
122,124．．．光波導
112．．．脊形區
114．．．矩形區
116．．．內脊區
118．．．平板區
122a,124a．．．第一直波導段
122b,124b．．．彎曲波導段
122c,124c．．．第二直波導段
126．．．耦合作用區
圖1係本發明實施例提供之光波導方向耦合器之立體示意圖。
圖2係圖1的光波導方向耦合器之俯視示意圖。
100．．．光波導方向耦合器
110．．．基底
122,124．．．光波導
112．．．脊形區
114．．．矩形區
116．．．內脊區
118．．．平板區

Claims (10)

  1. 一種光波導方向耦合器，其包括一基底及形成於該基底上之兩條光波導，其改進在於：
    該基底包括一個截面呈凸字形的脊形區及一個與該脊形區相連接的矩形區，該脊形區包括隆起的內脊區，該內脊區平滑連接該矩形區；
    該兩條光波導橫跨該內脊區與該矩形區，每條該光波導包括位於該內脊區的第一直波導段，與該第一直波導段連接的且位於該矩形區的彎曲波導段，以及位於該矩形區的且與該彎曲波導段連接的第二直波導段，該兩條光波導的該第一直波導段相互平行且之間形成一耦合作用區，該兩條光波導的該彎曲波導段向外彎曲延伸，該兩條光波導的該第二直波導段相互平行。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光波導方向耦合器，其中：該耦合作用區的兩個該第一直波導段之間的耦合間距W滿足3μm≦W≦5μm。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之光波導方向耦合器，其中：該內脊區的寬度為32μm。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之光波導方向耦合器，其中：每條該光波導的寬度為7μm。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光波導方向耦合器，其中：每條該光波導通過直接蝕刻於該基底而形成，且每條該光波導內部僅填充有空氣。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之光波導方向耦合器，其中：該兩個第一直波導段的長度不相同。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之光波導方向耦合器，其中：該兩個彎曲波導段延伸所形成的夾角0ο＜θ≦1ο。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之光波導方向耦合器，其中：該夾角θ為0.91ο。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之光波導方向耦合器，其中：該兩個彎曲波導段分別朝對應的該第二直波導段的方向單調向外彎曲，其投影長度均為2500μm，投影高度均為40μm。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之光波導方向耦合器，其中：該脊形區還包括位於該內脊區兩側的平板區，該平板區外邊緣與該矩形區外邊緣平齊。
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