TW201426063A - 用於製造光耦合裝置的製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種用於製造光耦合裝置的製造方法，其包括：提供一個平板光波導，該平板光波導包括一個頂面及一個與該頂面垂直連接的側面，該側面用於與一個雷射光源對接且該雷射光源發出的雷射光束垂直射入該側面；利用高折射率材料在該頂面鍍上一層介質光柵薄膜，該介質光柵薄膜包括多條垂直於該側面的條狀部分；及在該頂面形成一對條狀電極，該對電極分別位於該介質光柵薄膜兩側，並平行於該多個條狀部分。該製造方法製造出的該光耦合裝置可以有效的將該雷射光束會聚入一個光學元件。

Description

用於製造光耦合裝置的製造方法
本發明涉及集成光學裝置，特別涉及一種用於製造光耦合裝置的製造方法。
在集成光學裏，光源與光學元件的耦合需要考慮的問題有：雖然集成光學普遍採用方向性較佳的雷射作為光源，然而雷射發出的光束仍具有一定的發散角，如果直接讓光源與光學元件對接，光束中的發散光線將無法進入光學元件，光利用率低。因此，如何將光源耦合至光學元件以使發散的光束會聚入光學元件以提高光利用率是一個重要課題。
有鑒於此，有必要提供一種用於製造可提高光利用率的光耦合裝置的製造方法。
一種用於製造光耦合裝置的製造方法，其包括：
提供一個平板光波導，該平板光波導包括一個頂面及一個與該頂面垂直連接的側面，該側面用於與一個雷射光源對接且該雷射光源發出的雷射光束垂直射入該側面；
利用高折射率材料在該頂面鍍上一層介質光柵薄膜，該介質光柵薄膜包括多條垂直於該側面的條狀部分；及
在該頂面形成一對條狀電極，該對電極分別位於該介質光柵薄膜兩側，並平行於該多個條狀部分。
如此，根據集成光學理論，該介質光柵薄膜與該平板光波導構成載入型光波導(strip/grating loaded waveguide)，該平板光波導載入該介質光柵薄膜的部分的等效折射率變大。如此，通過合理設置該介質光柵薄膜的結構，例如設置成啁啾光柵(chirped grating)便可構成一個啁啾光柵類型的繞射型光波導透鏡。而該對電極可以載入調製電場從而通過電光效應改變該平板光波導的折射率，從而改變該繞射型光波導透鏡的焦距，有效的將該雷射光束會聚入光學元件。
請參閱圖1及圖2，本發明較佳實施方式的製造方法用於製造一個光耦合裝置10，該製造方法包括：
步驟S01：提供一個平板光波導110，該平板光波導110包括一個頂面111及一個與該頂面111垂直連接的側面112，該側面112用於與一個雷射光源20對接且該雷射光源20發出的雷射光束21垂直射入該側面112。
步驟S02：利用高折射率材料在該頂面鍍上一層介質光柵薄膜120，該介質光柵薄膜120包括多條垂直於該側面的條狀部分121。
步驟S03：在該頂面111形成一對條狀電極130，該對電極130分別位於該介質光柵薄膜120兩側，並平行於該多個條狀部分121。
如此，根據集成光學理論，該介質光柵薄膜120與該平板光波導110構成載入型光波導，該平板光波導110載入該介質光柵薄膜120的部分的等效折射率變大。如此，通過合理設置該介質光柵薄膜120的結構，例如設置成啁啾光柵便可構成一個啁啾光柵類型的繞射型光波導透鏡。而該對電極130可以載入調製電場從而通過電光效應改變該平板光波導110的折射率，從而改變該繞射型光波導透鏡的焦距，有效的將該雷射光束21會聚入一個光學元件30。
請參閱圖3至圖4，具體地，在步驟S01包括如下子步驟：
步驟S011：提供一個基底140，該基底包括該頂面111及該側面112。
步驟S012：在該頂面111上向該基底140內部擴散形成該平板光波導110。
更加具體的，由於鈮酸鋰(LiNbO3)晶體(LN)具有較高的反應速度，而且考慮到鈮酸鋰擴散金屬鈦(單質)可以形成折射率漸變型的載入光波導，因此，該基底140的材料採用鈮酸鋰晶體。該平板光波導110通過向該頂面111鍍上金屬鈦後高溫將金屬鈦擴散入該基底140而形成。如此，在載入該介質光柵薄膜120後，該平板光波導110的折射率發生漸變，是產生啁啾光柵類型的繞射型光波導透鏡的有利條件。
請參閱圖5至圖6，具體地，步驟S02包括如下子步驟：
步驟S021：在該頂面111上鍍上一層高折射率材料膜120a；及
步驟S022：採用黃光蝕刻工藝蝕刻該高折射率材料膜120a以形成該介質光柵薄膜120。
該介質光柵薄膜120可以是一個啁啾光柵。具體的，該介質光柵薄膜120包括多個矩形的、平行設置的條狀部分121，該多個條狀部分121垂直於該側面112設置，且高度基本相同。該多個條狀部分121的數目為奇數，並關於一個對稱軸O對稱分佈，且沿該對稱軸O到遠離該對稱軸O的方向，該條狀部分121的寬度越來越小，而相鄰兩個該條狀部分121的間隙也越來越小。
請參閱圖7，本實施方式中，以該介質光柵薄膜120的寬度方向為軸，該對稱軸O與軸的相交點為原點，沿該對稱軸O到遠離該對稱軸O的方向為軸正向，以該雷射光束21在處與原點處的相位差為軸，根據平板光波導波動理論可得：，其中。該條狀部分121的第個邊界滿足如下條件：，其中，為正整數，(為構成該繞射型光波導透鏡)，及為常數與該繞射型光波導透鏡的焦距相關。如此，可推得：。而的情況，即該對稱軸O左邊的該條狀部分121的邊界可通過對稱性獲得。
請參閱圖8，該對電極130也通過鍍膜技術形成，以形成該光耦合裝置10。該對電極130在載入調製電場後產生的極間電場將橫穿該平板光波導110，從而可以進一步改變該平板光波導110的等效折射率，等效地改變啁啾光柵類型的繞射型光波導透鏡的折光能力(即焦距)，從而可以耦合以各種距離設置的該雷射光源10及該光學元件30。該對電極130的長度及高度大於或者等於該介質光柵薄膜120的長度，本實施方式中該對電極130的長度及高度等於該將該介質光柵薄膜120的長度及高度。
該雷射光源20採用分散式回饋雷射器(distributed feedback laser, DFB)，其屬於側面發射的半導體雷射器，可以在該光耦合裝置10完成後通過晶片焊接(die bond)方式將發光的側面直接焊接到該側面112上，以使該雷射光束21沿該對稱軸O入射。當然，該雷射光源20也可以採用其他類型雷射光源，並通過其他方式設置，只要保證其可沿該對稱軸O出射該雷射光束21即可。
該光學元件30可以為條狀光波導、光纖或者分光器(splitter)。本實施方式中，該光學元件30為條狀光波導。該光學元件30在該光耦合裝置10形成後直接形成在該平板光波導110上，例如通過擴散方式。
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。
10．．．光耦合裝置
110．．．平板光波導
111．．．頂面
112．．．側面
120．．．介質光柵薄膜
120a．．．高折射率材料膜
121．．．條狀部分
130．．．電極
140．．．基底
20．．．雷射光源
21．．．雷射光束
30．．．光學元件
圖1為本發明較佳實施方式的製造方法製造的光耦合裝置的工作狀態示意圖。
圖2為圖1的光耦合裝置沿線II-II的剖面示意圖。
圖3至圖8為本發明較佳實施方式的製造方法的各個步驟的示意圖。
110．．．平板光波導
111．．．頂面
112．．．側面
120．．．介質光柵薄膜
121．．．條狀部分
130．．．電極
20．．．雷射光源
21．．．雷射光束
30．．．光學元件

Claims (9)

  1. 一種用於製造光耦合裝置的製造方法，其包括：
    步驟S01：提供一個平板光波導，該平板光波導包括一個頂面及一個與該頂面垂直連接的側面，該側面用於與一個雷射光源對接且該雷射光源發出的雷射光束垂直射入該側面；
    步驟S02：利用高折射率材料在該頂面鍍上一層介質光柵薄膜，該介質光柵薄膜包括多條垂直於該側面的條狀部分；及
    步驟S03：在該頂面形成一對條狀電極，該對電極分別位於該介質光柵薄膜兩側，並平行於該多個條狀部分。
  2. 如請求項1所述的製造方法，其中，該步驟S01包括以下子步驟：
    步驟S011：提供一個基底，該基底包括該頂面及該側面；及
    步驟S012：在該頂面上向該基底內部擴散形成該平板光波導。
  3. 如請求項2所述的製造方法，其中，該基底採用鈮酸鋰晶體，該平板光波導通過向該頂面鍍上金屬鈦後高溫將金屬鈦擴散入該基底而形成。
  4. 如請求項1所述的製造方法，其中，該步驟S02包括如下子步驟：
    步驟S021：在該頂面上鍍上一層高折射率材料膜；及
    步驟S022：採用黃光蝕刻工藝蝕刻該高折射率膜以形成該介質光柵薄膜。
  5. 如請求項1所述的製造方法，其中，該介質光柵薄膜是一個啁啾光柵，該多個條狀部分垂直於該側面設置，且高度相同；該多個條狀部分的數目為奇數，並關於一個對稱軸對稱分佈，且沿該對稱軸到遠離該對稱軸的方向，該條狀部分的寬度越來越小，而相鄰兩個該條狀部分的間隙也越來越小。
  6. 如請求項5所述的製造方法，其中，以該介質光柵的寬度方向為軸，該對稱軸與軸的相交點為原點，沿該對稱軸到遠離該對稱軸的方向為軸正向，該介質部分的第個邊界滿足如下條件：，其中，，為正整數，及為常數且與該繞射型光波導透鏡的焦距相關。
  7. 如請求項1所述的製造方法，其中，該對電極通過鍍膜技術形成。
  8. 如請求項1所述的製造方法，其中，該對電極的長度大於或者等於該介質光柵薄膜的長度。
  9. 如請求項1所述的製造方法，其中，該對電極的高度大於或者等於該介質光柵薄膜的高度。
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