TW295634B - - Google Patents

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m 經濟部中央橾準局負工消费合作社印装 A7 B7 五、發明説明（1 ) 本發明係關於一供波長選擇用之聲光波導（acousto-optical waveguide)元件0 一聲光波導元件之蓮作傜基於：沿一具雙折射性和光 彈性材料的基板上所形成光波導傳導之光訊號，和由適當 的轉化器所産生並在基板表面傳導之磬波，其間之交互作 用。 這種元件持別適合用作濾光片。藉由控制磬波的頻率 ，可能調整濾波器對光頻的饗應曲線，由此造成該濾波器 適合於例如：在一光波長分劄多工通訊条統之波道區分、 調整一雷射腔之發射波長、或在一脈衝光學通訊条統中再 生脈衝之形狀。 在一以波長分割多工（wavelength-division multi-Plexing,通常稱為WDM)傳導之光學通訊条統中，藉由光 波長多工的數個波道，亦即數値各自獨立的傳導訊號，在 同一條通常是由光纖所構成的線上傳送。上述傳導波道， 無論偽數位和類比皆可；且因毎一波道與一持定的波長相 關聯，波道間皆為可分辨的。為再度分開各別的波道*需 要一些濾波器，其可傳導的波長帶集中於一波道之波長， 並窄得足以阻絶相鄰的波道。恃別是可調的濾波器，可改 變波道選定，且因此条統得以重配置而無須改變構件的澳 線佈設。 聲光濾波器僳待別適於此類用途。其亦可同時選擇數 値波道：若沿基板表面傳導之聲波傜由不同頻率之磬波叠 加而成 > 濾波器即具有一對應不同波長間隙總合之通帶， 一 4 — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > ( 210X297公釐） J "裝 I I訂 I 务 , · -(請先^讀背面^*注意事敗 #寫本頁) { 經濟部中央橾準局®:工消费合作社印装 A7 B7_ 五、發明説明（2) 此通帶由各聲波之頻率決定。適當地達擇這些頻率，就可 控制濾波器之通帶，因此將僅傳導對應所選擇波道的欲留 波長。 一偏極化獨立平面波導聲光濾波器，由D.A. Smith等 人於 1990年 1 月 15 日發表在 Applied Physics Letters 第 56 卷第3册第209-211頁之論文中述及。該元件（第1A圖）包含 一位於鈮酸鋰（UNb〇3)基板上，可區分入射訊號之橫向電 場（TE)、橫向磁場（TM)分量之偏極化繙合器；兩膣於該二 分量上並聯蓮作之聲光偏極化轉化器；及一重新結合該等 訊號之偏極化耦合器。 該元件之光頻傳導曲線有一中央峰值、具1.3塵米之 帶寬、且有側波瓣；理論顯示（例如H. Herrmann等人1992 年5月21日發表於Electronic Letters第28卷第11册第979 一 980頁），上述論文中所述及型式之濾波器中，第一側波 瓣不會低於其-9.4dB之理論極限。 該論文中所述之濾波器有一聲光交互作用單级。此態 樣之濾波器對傳導帶之外的波長提供一衰減，但此衰減不 足供上述應用。除此之外，當該二偏極化分量穿透該濾波 器，與轚波交互作用之效果，使二分量受到不同之波長改 變。 聲光濾波器提供一第二過濾级，其可被作在一個、且 是同一具雙折射性和光彈性材料的基板上。雙级元件之光 頻饗應曲線顯示*較單级濾波器在通帶之外有一較大之衰 減、且具有減少側波瓣傳導之持徴。除此之外，雙级元件 -5 - 本紙張Λ度逍用中國國家橾準（CNS ) A4规格（210X297公釐） J n n訂 —务 (請先¾.讀背面V注意事适、供寫本页) ^ 0 經濟部中央樣準局工消費合作社印裂 A7 B7 五、發明説明（3) 之第二级可以相符之磬波頻率•補僂第一级中發生之光頻 率變化，由此重建起始頻率。 一雙级平面波導整合聲光濾波器，掲露於申請人名下 的美國專利第5,381,426號（第1B_)。其被設置在主動鎖 模雷射腔内，用作控制波長選擇之濾波器。

Cheung等人名下之美國專利第5,002,349號，掲露一 値位於鈮酸鋰基板上之平面波導整合磬光元件。在繪示於 第2A圖形態中，此元件俗將兩偏極化獨立磬光濾波器排成 一列，於同一基板上製作。毎一上述濾波器，由兩個位於 聲光交互作用级之前和之後的波導偏極化分光器組成，分 別用以分開與重新結合該二TE和TM分量。為求校準該偏極 化分光性，提供電極予每一偏極化分光器，以該電極為毎 一偏極化分光器實施獨立調整。 申請人注意到*由於四度通過該偏極化分光器*使光 訊號穿透該元件時，衰減約為箪级元件之兩倍。 申請人也觀察到，當把電的調整與控制電流當作必須 時•由於該校準電極的存在，此元件變得複雜了。除此之 外，該等電極不存在時，每一分光器的傳導像是結構公差 的結果，將不只是由偏極化決定、而且稍許由波長決定。 蓋每一分光器，對應於低衰減傳導的偏極化分量，波長間 隙會稍許不同。將數個分光器置於一串列|總合之低衰減 帶會落至每個單一分光器之低衰減間隙的交點。由於存在 四個串列的偏極化分光器，與先前列出之應用的需求相比 ，此元件将有一過度衰減或至少一降低了的調整間隙。 -6 - 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） II— I II 裝 訂 Λ^. ' (請先Μ-讀背面.V注意事3L來寫本I) f 經濟部中央樣準局属工消费合作.杜印裝 A7 B7 五、發明説明（4) 而且，上述元件之總長至少是單级元件的兩倍°因此 相對於最常通用的鈮酸鋰基板之極限大小，其龐大已逹臨 限0 一雙極平面波導整合偏極化平面磬光濾波器亦掲露於 T. Tian 等人於 1994年 7月 7 日發表在 Journal of LUhtwave Technology第12卷第7册第1 192-1 197頁之綸文中。其包含 兩傾在一鈮酸鋰基板上、偏極化相互垂直、平行蓮作之偏 極化濾波器；與為分開和重組依該二垂直偏極化之光訊號 分量的兩値偏極化分光器/耦合器。 該單一偏極化濾波器，分別包含可通TE和可通TM之起 偏器。該可通TM之起偏器特別由一波導所組成，臨近該波 導兩側二1.5 mm長之區域，其異常的折射率較形成基板的 材料大。此乃因沒有更長的導引時，TE偏極化分量會外耦 合於此基板；相對的，TM偏極化分量可通過此結構。 此異常折射率的提升*傜藉由質子交換技術達成。此 技術由在一適當溫度，暴露上述區域與酸性溶液接觸，經 一預定時間，使此基板内之部份鋰離子完成置換為氫離子 ;以及其後非必要的熱靭化步驟所組成。 在上述論文之例中，此質子交換傜以稀釋之安息香酸 在250亡，經15.5小時的時間*且隨後在330¾熱靱化4小 時而實施。 申請人之經驗顯示，上述態樣質子交換起偏器之製造 非常易於出差錯，待別基於定位該光蝕刻罩所需求之高精 度*以及控制質子交換過程的參數之限定容許範圍。 -7 - 本紙張尺度遑用中國國家橾準（CNS ) A4规格（210XΜ"/公釐） -----------1------tr------i (請先聞讀背面之注意事I 琪寫本1) ^ 經濟部中夬揉準局負工消費合作社印装 A7 B7_ 五、發明説明（5) 除此之外，起偏器對時間不穩定之光譜持性亦被注意 到。而且，製造可通TM和TE態樣之起偏器都需要待定流程 步驟*其在每一態樣之起偏器不同、且不同於此元件中其 他構件製造之所需，造成此元件之製造過程冗長且複雜。 本發明包含一供波長選擇之聲光波導元件，製作簡單 、尺寸減小、提供一寬闊的調整間隙、且顯示出對時間穩 定之光譜持性。本發明更包含一簡單且可靠的流程，製作 一供波長選擇之聲光波導元件。 依一方面而言，本發明係關於一供波長選擇用聲光波 導元件|包含一有雙折射性和光彈性材料的基板，其上形 成下列元件： 在一値第一波長間隙内之光訊號的偏極化平面之一第 一旋光级，；其包括至少一艏供該訊號行經之光波導； 在一値第二波長間隙内之光訊號的偏極化平面之一第 二旋光级；其包括至少一傾供該訊號行經之光波導； 至少一値連結上述笫一和第二级、帶有單一値偏極化 選擇元件之光波導； 至少一個位於上述第二级下游、帶有一偏極化選擇元 件之光波導； 持歡在於，上述單脑偏極化選擇元件係由一瞬逝波偏 極化耦合器所組成。 一較佳的解決方案：至少上述第一與第二级之一包含 一用以産生一表面聲波之構件；以及最佳地，上述基板包 含一磬波導，而此磬波導包括上述第一與第二级之該等光 —8 - 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) ( 210X297公釐） -----------裝------訂 線 I (請先M-讀背面之注意事一^ 嗔寫本頁) { A7 B7 29S6S4 五、發明説明（6) 波導之至少一部份。 在一特殊實施例中，此磬光元件包含一第一聲波導， 其延伸覆蓋包括該第一级之該光波導之一基板部份；以及 一第二聲波導，其延伸覆蓋包括該第二级之該光波導之一 基板部份。 較佳的，上述産生表面磬波之構件，位於至少一値上 述聲波導内，接近後者的一端點，以在該磬波導内單向傳 導上述聲波；包含沿該聲波導橫向排列之一串列交錯指狀 電極。此聲光元件可包含一配置於該磬波導端之吸音器； 此元件更可包含一吸音器，配置於該磬波導該用以與産生 一表面聲波之構件所處該端相對之一端處。 上述産生表面磬波之構件，可換由彼此相距一預定距 離排列之兩列交錯指狀電極所組成，其分別被提供以一第 一交變電壓電訊號、和一將該第一電訊號偏移90°而成之 第二電訊號，以産生一單向磬波。 在一較佳實施例中，該元件在上述第一與第二级中， 皆包含兩平行的光波導；且在上述第一與第二级之間，包 含兩個光連結波導。其中每一光連結波導帶有適於傳導兩 相互垂直的偏極化分量之一的一値單偏極化選擇元件；且 上述單偏極化選擇元件中之至少一者由一瞬逝波偏極化耩 合器組成。 在此實施例中，上述單偏極化選擇元件之一，可為一 可通TE之起偏器；且可包含一金羼層，其位於對鼴上述第 一與第二级間的光連結波導上方•並於其間加一缓衝層。 -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） ! 裝 訂 A> 鲁 (請先昤讀背面-之注意事為填寫本頁) ( 經濟部中央標準局貝工消費合作杜印裝 經濟部中央標窣局員工消费合作杜印裝 A7 B7 __ 五、發明説明（7) 上述單偏極化選擇元件I可替換為都由瞬逝波偏極化 耦合器所組成。 前述最後之替換解決方案，該等瞬逝波偏極化耦合器 皆傜供個別通過偏極化用之橫條傳導耦合器。或是，該等 瞬逝波偏極化耦合器之一，像供個別通過偏極化用之一横 條傳導耦合器；相對的，該等瞬逝波偏極化耦合器中之第 二値，傜供値別通過偏極化用之一交叉傳導耦合器。該第 二個瞬逝波偏極化耦合器，方便地以一曲線的波導部份連 結至各別的光連接波導；且可包含一筆直的中央部份，其 與各別的連接波導形成一非零角。 在一較佳實施例中，該雙折射性和光彈性材料為鈮酸 鋰；且在該實施例中，該光波導及瞬逝波偏極化耦合器傜 在該基板上以光罩蝕刻、一金屬層之沉積、以及該金靥随 後之擴散而便利地製成。上述金靨以鈦較便利。 在另一方面，本發明相關於一製作一傾供波長選擇用 聲光波導元件的流程，包含下列步驟： 藉由在一個由雙折射性和光彈性材料製成的基板内擴 散一第一金屬而於該基板上形成至少一聲波導； 藉由在上述基板内光蝕刻沉積以及随後擴散一第二金 靥，而形成一第一與一第二瞬逝波偏極化鋇合器於該基板 上；以及至少一光波導供連結於上述偏極化锅合器之間* 上述光波導至少部份包括於聲波導中； 沿該光連結波導之方向形成一單镐極化選擇元件； 藉由光蝕刻沉積一第三金靥在該基板上，而在至少一 -10 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇X：297公釐） (請先閲讀背面"'注意事又唭寫本頁) -裝.

、tT 經濟部中央椹準局負工消費合作社印製 A7 _ B7___ 五、發明説明（8) 個上述等聲波導内，形成包含交錯指狀電極之一電磬轉化 器。 待歡在於，形成一單偏極化選擇元件之步驟，偽被包 括於形成上述第一與第二偏極化耦合器與上述光連接波導 之步驟中；且傜由形成一第三瞬逝波偏極化耦合器之步驟 所组成。上述第一、第二與第三瞬逝波偏極化耦合器最好 是彼此相同的。 在一較佳的形態中，此流程包含形成一値第一與一値 第二光連结波導於上述第一與第二偏極化耦合器間，其傜 藉由光蝕刻沉積，及隨後該第二金屬在上述基板内之擴散 而形成於該基板上；該光波導至少部份包含於上述聲波導 中。且此流程包含形成一單偏極化選擇元件，沿每一上述 光連結波導。 該形成上述偏極化選擇元件的步驟，被包括在該形成 上述第一與第二偏極化耦合器與上述光連結波導之步驟中 是方便的；且其由分別沿上述第一與第二光連結波導，形 成一第三與一第四瞬逝波偏極化耦合器所組成。上述第一 、第二、第三與第四瞬逝波偏極化耦合器最好是全同的。 本發明在下文中參照繪示之附圖更詳盡閫述；其中： 第ΙΑ、1B圖兩圖顯示依習知技藝之磬光濾波器； 第2A、2B圖兩圖顯示依習知技藝之磬光濾波器； 第3A、3B圖兩圖顯示依習知技藝，可通TM之起偏器在 相顔溫度變化時*其光頻響應。 第4圖顯示依本發明之一磬光濾波器； -1 1 - (請先閱讀背面之注意事t彳填寫本頁) -裝. 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4洗格（210X297公釐）

經濟部中央橾準局負工消费合作社印«. 五、發明说明（9) 第5 _顯示一用於本發明之瞬逝波偏極化耦合器； 第6A、6B、6C圖顯示波導中之瞬逝波偏極化耦合器的 分離率（A)與波導共同部份的長度；（B、C)與波長之關傜; 第7圖顯示一單向電磬轉化器； 第8圖偽依照本發明一較佳實施例之一聲光濾波器； 第9圖偽依照本發明之一偏極化獨立聲光濾波器； 第10圖傜一用於第9圖顯·示之元件中的一波導可通TE 起偏器； 第11蘭傜依照本發明之一偏極化獨立聲光濾波器； 第12圖係依照本發明之另一較佳實施例之一偏極化獨 立聲光濾波器； 第13圖偽依照本發明之又一較佳實施例之一偏極化獨 立聲光濾波器。 —波導整合磬光濾波器，揭露於同一申請人名下的美 國專利第5，381,426號。將參照符合該專利第3圖之第1B 圖加以闡述。 濾波器16之組成，傜由一利用一鈮酸鋰結晶髏，與該 X軸正交切割而成之基板1S;在該基板上，一個有一 Y傳 導方向、在欲求的波長帶U530C λ <1560)中單模之光波道 波導19所組成。此光波導之功效偽為了限制光訊號於位所 需的途徑中，由鈦闊散造成基板中鋰鈮化物折射率局部地 上升而製成。 沿該光波導19，存在一對由具有數値梳狀電極21的金 羼平面所組成之聲光轉化器20。該等轉化器相互交錯、叠 -12 - 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ^ 裝 訂 n 务 (請先M-讀背面.W注意事'8一 讲寫本S·) ^ 經濟部中央梂準局貝工消費合作杜印«. A7 B7 五、發明説明（1()) 加於波導上，適於在電激發後’應用壓電效應’産生一聲 波傳導過該晶體。 在上述光波導19之倒，由兩個邊緣區域23界定出一磬 波導22;為使一磬波穿越此邊緣區之傳導速率較中央區域 22增快，將鈦於鋰鈮化物基板内’此邊緣區域中闊散；此 乃為導引該聲波，於上述中央區域之内。 存在兩値可通TE之起偏器24,其一位於上述電極21之 上游，且沿波導19之末端部份；另一位於該電極21本身之 下游。相對的* 一可通TM之起偏器25 <存在於上述二起偏 器24的中間位置。 上述兩個可通TE之起偏器24偽由介電質層所形成，例 如由矽製成；其以預定厚度，上覆以一金屬層，應用於上 述光波導19中。這些起偏器僅可通透辐極於基板晶格表平 面的TE模態分量光訊號。 可通TM之起偏器25，長度數毫米，傜由製作於波導側 •面之二質子交換區域依次形成；此起偏器僅可通透偏極於 垂直基板晶格·表平面的TM模態分量光訊號。 一吸音器26存在於距該可通TM之起偏器25—預定間距 、與上述電極21反向處。其係以一層隔音材料形成於晶體 表面，適合於吸收磬波，且因此阻止其與上述光波進行更 多交互作用。 該RF(射頻）産生器有一可選擇的頻率，介於170至U0 百萬赫間，控制該聲光濂波器，選定通帶波長中心於所期 望範圍（1530< λ <1560)。 -1 3 - 本紙張尺度遑用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐） ^---------^------ir------線 I (請先W-讀背面之注意事逼*«寫本頁) { 經濟部中央橾準局負工消費合作.社印裝 A7 B7___ 五、發明説明（n) 此元件之蓮作，偽基於上述偏極化光訊號之^與”分 量間的轉換（and vice-versa);該光訊號沿上述光波導傳 導，且有一在適合帶中之波長。此轉換偽經該光訊號與上 述磬波的交互作用而完成，該聲波傷沿與光輻射方向相同 的磬波導22傳導。只有光訊號的TE分量可進入位於波導19 上游之起偏器24而傳至波導。沿起偏器25上游的第一導引 部份，被包含在一値由上述聲波參數決定的通帶中之波長 ，會由TE偏極化轉換為TM偏極化。相反的*在此帶之外的 波長不會轉換，且保持其在基板表平面之偏極化。最後述 及的波長因此被起偏器25所阻絶，僅傳導波長在通帶中的 訊號之TM分量，因其偏極化與上述磬波交互作用而轉換。 起偏器25下游的波導部份《蓮作如同濾波器的第二级，在 波導22中傳導該磬波曳尾，且與光之TM訊號交互作用。第 二级之蓮作與第一级相同，但其偏極化相互交換：波長在 通帶中的訊號，由TM偏極化受位於導引19下游的起偏器24 轉換為TE偏極化且傳導；通帶以外的訊號則被該起偏器24 胆绝。 一雙级波導整合偏極化獨立磬光濾波器，掲露於由F. Tian 等人發表在 Journal of Lightwave Techology 之前述 論文。如第2B圖所示，此元件之輸入訊號，被一形成在該 基板上的波導偏極化锅合器分為兩TE和TM分量。上述偏極 化耦合器之二輸出，被連結到兩雙级濾波器；每一値雙级 濾波器，在兩级之間皆有一起偏器*分別可通TM和可通TE 。上述二濾波器*沿同一磬波導並排列於基板上；由適當 -1 4 - 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS ) A4洗格（210X297公釐） ---------裝------訂------線 垂 (讀先閲讀背面之注意事泛唭寫本頁) i tmm tmm 經濟部中央揉準局負工消费合作社印装 A7 B7 五、發明説明（12) 的交錯指狀轉化器産生的一聲波，即沿該磬波導與光訊號 相同的方向傳導。上述二雙级濾波器之輸出，最终由一偏 極化耦合器重新結合。一吸音器位於上述磬波導的末端， 以達衰減殘存表面磬波的目的。 特別是可通TM之起偏器，偽由臨近該光波導兩倒二約 1.5 μ長之區域，藉由質子交換製成。上述質子交換使該 異常的折射率增大，造成上述ΤΕ分量在基板中不再被導引 並消散；相反的，ΤΜ分量則可通透該起偏器而少有損耗。 依申請人經驗證實，此態樣之質子交換起偏器製作， 使得該磬光元件之整値製程持別易於出差錯。 申請人在鈮酸鋰基板上，製作可通ΤΜ之起偏器樣品， 以鈦於其上在1030°C擴散9小時，形成一單模態光波導。 該起偏器之製作，傜由光罩以及隨後以未稀釋之安息香酸 於2301D至240°C的不同溫度範圍，經2至7小時的時間範圍 行質子交換而成。位於上述光波導兩側，受質子交換的兩 區域之間隔，介於12徹米至13.5徹米間。 完成的樣品之消光率（該元件之輸出功率與衰減分量 比率，在本例中偽TE分量對全部輸出功率）值包含於-25.3 dB與-3.9dB之間。相反的，該傳導偏極化（在本例中為TM 分量）之衰減範圍則從一非常低之值至l.ldB。 一些樣品隨後在320°C，經一15至90分鐘之時間間隔· 接受一熱靱化步驟。消光率通常因此而降至-25dB至-20dB 間之值，但同時ΤΜ分量之衰減亦上升至2dB的量级。 在一雙级磬光濾波器中*位於第一和第二级間之起偏 -15 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210X297公釐） (請先閱讀背面41-注意事良供寫本頁) •裝 ,ιτ 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印製 A7 B7____ 五、發明説明（13) 器的消光率之值*決定了該元件全部的殘存背景雜訊；其 中，殘存背景雜訊卽意味波長位於傳導帶之外的訊號，通 透該元件所承受之最大衰減。 在一雙级聲光濾波器中所用之一起偏器’應同時具有 一低於-20dB之消光率，且對於傳導模態具有一低於0 · 5dB 之衰減。 申請人可觀察到，為限制出質子交換的區域’光蝕刻 罩置於基板上的位置，比其他一聲光元件的製造步驟•如 製作上述波導時，限制鈦的擴散所用，或上述交錯指狀電 極、及可通TE之起偏器，光蝕刻罩所需之精度更高。所有 控制質子交換流程以及隨後可能之熱靭化步驟的參數’都 被證明非常易於出差錯：即使單獨一參數中非常小的變化 ，都可能造成起偏器無法逹到需求標準，且因此被抛棄。 除此之外，一些製出的可通TM之起偏器’曝露於80 °C 以上溫度數小時，且隨時間對光頻響應顯示重要的變化。 第3A圖中繪示一上述起偏器，在曝露於l〇〇°C的溫度20小 時之前（a)與之後（b)量得之消光率。可看出該光頻曲線， 向更高的波長褊移約25奈米；且每一波長其消光率必然有 數dB的變化。數ί固受到同樣熱處理的相異起偏器，可被觀 察到包含在20與30奈米間之光頻響應曲線偏移的變化。 質子交換所造成的可通ΤΜ起偏器，其光頻響應的變化 亦發生於較低溫度、較長的曝露時間，且造成使用這些元 件易於出差錯。 除因曝露於高溫下，使光頻饗應曲線永久變化之外， -16 - 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) Α4规格（210 X 297公釐） ----------裝-- 請先閲讀背面之注意Ϋι**寫本頁) 訂 線 經濟部中央樣準局貝工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明説明（14) 上述以質子交換製造之可通TM起偏器’亦顯示一依溫度而 定之可逆態樣光頻響應。例如第3B圖’在l〇°C與30°C的溫 度*重製一起偏器之消光率對光頻曲線’顯示出在有些波 長其變化達10dB。 申請人亦可觀察到，在前述Tian等人論文之聲光 濾波器，除為製作光波導、耦合器與偏極化耦合器、聲波 導與交錯指狀轉化器所須之過程步驟外，由於必須對該裝 置中可通TM與可通TE之毎一起偏器提供特殊的過程步驟， 造成其製程長且複雜。 依照本發明之一雙级波導整合磬光元件’將參照第4 圖加以闌明： 在基板30上形成下列元件：一個有一端在基板邊緣的 波道光波導31，且其適於接收例如經一適當之連結光纖輸 入本元件之光訊號；上述波導31的另一端連結於一偏極化 耦合器32之出入波導1 ; 一値有一端在基板邊緣的光波導 28,且其另一端連结於網合器32之出入波導4 ;耦合器32 之出入波導3傜連結於一波導35，其再連結至一嬬極化耦 合器40之出入波導4;耦合器40之出入波導3傜連结於一波 導36,其再連結至鑼合器37之出入波導4 ;最後述及之耦 合器的出入波導2，連結至一終止於基板邊緣之一波導38 ，且其可使光訊號例如經連結之一光纖輸出；耦合器37之 出入波導3 «最終連結至一终止於基板邊緣之波導29。 基板30上亦形成：一聲波導41，其延伸至包含該光波 導35、36之一基板部份•其傜由對稱排列於該光波導35、 -17 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X 297公釐） II I I I I I I 訂 I 务 (請先閲讀背面之注意事炎视寫本1) f ^05634 經濟部中央揉準局負工消费合作社印装 A7 B7_____五、發明説明（15 ) 36之二長條42和43所界定，長條42和43中之磬波速度較導 引41高；一位於沿聲波導41、接近末端與鑼合器32連結的 波導35之電聲轉化器44，適於在上述聲波導中産生一表面 聲波；位於沿聲波導41、接近末端與耦合器37連結的波導 36之吸音器45，適於吸收殘存的表面磬波；以及位於沿聲 波導41、接近末端與耦合器32連結的波導34之吸音器46 ’ 適於吸收由轉化器44所産生、反向於上述光訊號之磬波。 申請人製作之一聲光元件中，為在室溫操作而選擇之 製造參數，光波長帶至少100塵米、中心在光通訊中持別 重要的1550塵米附近。一熟於此技者，選擇適當參數值， 以特殊的光波導、偏極化繙合器與聲波導中傳導之磬波， 將可使此元件適於其他溫度或其他波長帶，例如波長帶在 光通訊中亦重要之1300塵米附近。 基板30偽由一鈮酸鋰结晶體，與X軸正交切割形成； 波導31、35、36、38以及偏極化耦合器32、40、37之波導 5部份，係朝向沿晶格之Y軸方向。 除鈮酸鋰外，其他具雙折射性和光彈性材料亦可被用 作基板。可能材料如：鉅酸鋰（LiTa〇3)、二氣化締（Te〇2) 、鉬酸鈣（CaMoOO。 界定該聲波導的帶内之磬波速度上升，可由適當的物 質於基板上擴散而成。 申請人所製一元件内，全長約30毫米的磬波導41，像 由創作光蝕刻罩界定之相互分離間距110徹米的基板長條 42和43製成，在該被界定之表面，沉積一層厚度160塵米 -18 - (請先閲讀背面之注意事項iv^-寫本頁) 裝

•-IT 線 本紙張尺度遙用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） mm mm 經濟部中央揉準局負工消费合作社印製 A7 B7_ 五、發明说明（16) 的鈦，且隨後在溫度1060¾瀘中，讓鈦在基板内擴散31小 時。由擴散效應，使聲波速度上升約〇 · 3¾，基於區域42與 43中之此作用，聲波被侷限在沿導引41 ;後者傜引供聲波 使用之一單模導。聲波之衰減係數約為〇 · 1 dB/cm。 上述光波導與偏極化耦合器，可由能增高折射率的物 質在基板内擴散而成。 申請人所製一元件内，光波導與偏極化锡合器偽依一 光蝕刻罩、沉積一層105塵米厚的鈦、與隨後於1030 °C的 溫度擴散9小時而成。上述光波導處，光蝕刻罩有一 7.0 徹米之開口。 在大量筆直的此態樣之波導上作傳導測試，顯示TM分 量之衰減值約0.03dB/cra、與TE分量0.07dB/cra。 上述偏極化耦合器32、37、40偽一平面基板上之瞬逝 波耦合器。 瞬逝波耦合器意即一元件，由兩値隔一區間相互接近 的光波導所組成。其間隔寬度，使毎一導引在另一導引所 輻射傳導之瞬逝波範圍内，以使兩波導間之輻射可鑼合， 且其間光功率可轉移至另一者。 用瞬逝波耦合器在一鋰鈮化物基板上作偏極化分光器 為已知•例如A. Meyer於1989年9月4日發表在AppI ied Physics Letters第55期第10卷第927-929頁之論文，此處 亦納入參考。 供本發明元件中用之瞬逝波偏極化網合器，偽依照第 5圖所示製作。其由兩餾長度為u、相平行且隔一間距c 一 19 一 本紙張^渡逍用中國國家椟準（CNS ) A4«L格（210X297公釐） ----------^------1T------# (請先M讀背面W注意事反供寫本) ( m 經濟部中央樣準局β;工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（17) 之單模態波導所組成；其分別連結至出入單模波導1、2與 4、3。波導5之兩外緣間距離以D表示。波導1至5與波導 31、35、36、38同寛。出入導引1和4間，存在一痼與出入 導引2和3間相同夾角Θ。該出入導引1和4之中心線間最大 間距以A表示；該出入導引2和3之中心線間最大間距以B表 示；E表該耦合器之全長。 選擇足夠小之距離C，使兩導引5間之輻射可锅合。特 別可能製成耦合器之C=0,其中兩平行導引被置換為全寬 為D之單一雙模導引5 ;後續陳述將參照此狀況製作。將其 普遍化的C>0狀況，對習於此技藝者傺顯而易知的。 上述瞬逝波偏極化耩合器之運作如下：例如從出入波 導1輸入導引5之單模光訊號，將第一階之基礎對稱模態與 反對稱模態都注入導引5 ;沿該雙模波導5 *無論對此二模 態之一、或對任一模態的TE與TM兩種偏極化之一，皆有不 同的有效折射率。該兩模態沿導引5相干涉，對TE與TM分 量分別別增添相差Δ Φ t e和Δ Φ t μ，以一依偏極化而定的 過程産生一光功率脈衝。藉由適當選擇長度U與能影響該 有效折射率的參數，因此該二偏極化由導引5輸出時，可 被分開至沿該二單模態波導2與3。 為製作瞬逝波偏極化耩合器，選擇下列參數值： C = 0 w m D = 14 u in E = 5mm Θ = 0*55° -20 - 請先閱讀背面之注意事項一γ^寫本頁 •裝 訂 線 本紙張尺度逍用中國國家揉準（CNS ) Α4规格（210Χ297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 _B7_____ 五、發明说明（18) 1為使該元件能有效分離TE與TM分量，當偏極化耦合器 具有以上狀況之參數，間距A與B至少需30激米。在申請人 所製之一元件中，耦合器32、40與37中之A與B之值皆為30 微米。 且依該材料之光學特性與該波導之大小而定，在波導 35、36與區域42、43間一速度高於磬波時，其間距需大於 一最小間距。在此例中，當基板與光波導都如同申請人所 製之元件時，區域42、43基於鈦之擴散，具一高於基板之 折射率，造成部份光訊號耦合至區域42、43，為避免此光 流失，上述間距至少需35微米，至少40徹米更佳。 耦合器32之出入波導2與耦合器40之出入波導2之長度 ，製作得較其他出入波導長。輻射自該等波導傳導，經折 射率較基板高、界定聲波導之長條42,且由長條42表面擴 散或因長條本身末端之斯乃爾損耗（Fresnel丨〇SS)而釋出 該長條。 為改善沿該等出入波導傳導之輻射的吸收1可用吸光 器51，其製作偽在分別之波導上沉積一層長度超過3或4公 分的金靥。此吸光器可在製作電聲轉化器之同一流程步驟 中製作。 為確定瞬逝波偏極化耦合器32、40與37之U的最佳值 ，完成了經驗的測試，其結果概述於第6A圖。 數個不同的瞬逝波耦合器依照第5画之顯示製作•該 等销合器具上述狀況參數值，且U之長度包含於140微米 至540微米間。 -21 - 本紙張尺度逋用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I 裝 I I I I訂— 各 (請先閲讀背面之注意事\填寫本頁) (f 經濟部中央梂準局貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（19) 依以微米標示之長度L。而定，量得之以dB標示的該镄 合器的分離率SRX重繪於第6A圖。其SRX之定義為·· SRx = log (Px!/Px2) 其中X(TE或TM)偏極化，自輸出波導之一（例如 出入波導2)輸出之功率；相對的，px 2偽X偏極化，自另一 輸出波導（如上例中所示之出入波導3)輸出之功率。 第6A圖中，曲線61與SRt,e相關，曲線62與SRte相闊。 該兩曲線在Lc變化下，SRX顯示一週期性作用，而二偏極 化之週期不同。 一給定之偏極化中以絶對值表示的高分離率，相當於 幾乎將具該一偏極化之分量，完全分離至兩輸出口之一。 分離率之正值，對應於一橫燦傳導穿透本元件；亦即，一 訊號之傳導，幾乎完全定位於一與其輸入波導位於相對於 波導5中央線同側之輸出波導（參照第5圖，如訊號輸入 發生在出入波導1時之出入波導2)。分離率之負值，對 應於一交叉傳導穿透本元件；亦即，一訊號之傳導，幾乎 完全定位於一與其輸入波導位於相對於波導5中央線反側 之輸出波導（參照第5圖，如訊號輸入發生在出入波導1 時之出入波導3 )。 在曲線61(TM偏極化）情況中，在U之值180撤米時， 再現最大值，並對應一橫條傳導。相反的，在曲線62 (TE 備極化）倩況中，在U之值200微米時，再現最小值，並對 應一交叉傳導。

Lc之適當值，倦在一偏極化偽樓條傳導，且另一镳極 本纸張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4规格（210X297公釐） Ί— I I I n i I 訂 务 參 _ (請先M-讀背面•之注意事A 填寫本瓦) { 經濟部中央棣準局貝工消費合作杜印製 A7 _B7_ 五、發明説明（2Q) 化偽交叉傳導*兩偏極化同時都有以絶對值顯示之高分離 率時達成。 基於上述考量，本發明元件所用之瞬逝波偏極化耦合 器中選擇的U值為180徹米，此數值確保量得的TM分量之 分離率約25dB <且TE分量約25dB ;而TM分量傺橫條傳導且 TE分量傜交叉傳導。測得對應的衮減，TM分量約0.4 dB且 TE分量約0.5dB。 第6B與6C圖分別顯示，在瞬逝波偏極化繙合器之U值 140微米，對TM分量（第6B_)與TE分量（第6C圖）的分離率 依波長之變化。 在第4圖之聲光元件中，耦合器32與37之連結，傜用 作交叉傳導，即其蓮作如可通TE之起偏器；耦合器40之連 結•傜用於樓條傳導，即其蓮作如可通TM之起偏器。 電聲轉化器44，由一適當頻率之電訊號啓始，産生一 於聲波導41内傳導之聲波。在本例之一壓電（如鈮酸鋰）基 板，可便利地以一位於基板30上之交錯指狀電極作此轉化 器。在基板傜非壓電性材料所製之狀況|該交錯指狀電極 可位於一横於基板上的壓電材料層上。 如上述美國專利第5,002,349號所示，如基板係以鈮 酸鋰製成*該電磬轉化器可便利地與Y軸傾斜約5 °排列。 在申請人所製一磬光元件中，該電磬轉化器包含五對 交錯指狀電極•其具有21.6擻米之周期；此乃鈮酸鋰中一 頻率為173.5百萬赫之表面聲波的波長值；當一光波長約 1550塵米，該頻率傜TE<-->TM轉換所必須。變更電極之周 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------參------1T------^ - - (請先閲讀背面之注意事良填寫本頁) ( 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 295634 a7 B7__ 五、發明説明（21) 期，可能製成適於在其他波長帶蓮作的聲光元件之電磬轉 化器，偽顯而易見的。 該交錯指狀電極，可經由在基板上沉積一金屬（例如 鋁）層至例如500塵米之厚度製成。可觀察到插入一中間三 氣化二釔（γ2〇3)層，可協助降低其下光波導之損失：持別 是中間層厚度約100塵米•可觀察到損失可忽略。多種不 同態樣之材料，皆可用作中間層，如二氧化矽（S i 0 3 )或三 氧化二鋁（Ai2〇3);且其厚度之選擇，需使其下光波導之 損耗最小，而不損及基板中磬波之産生。 該聲光元件之波長可被調至1500塵米或1600塵米，即 離1550塵米之中心波長50塵米處。因此提供交錯指狀電極 約100毫瓦功率，以備在中心波長處蓮作時所需之50毫瓦。 依照本發明製作此聲光元件的流程，相形之下大大簡 化了依習知技藝製作該元件之流程。持別是由於可通TM之 起镉器偽由一波導偏極化耦合器組成，其可與原偏極化耦 合器以及光波導之製作在同一流程步驟銘刻於基板上。 該元件中，由具TE偏極化之訊號而定的一插入損失之 值（具有一 TE偏極化且波長對應於通帶中央之光訊號，穿 透該元件時所受到之衰減）*包含於2.5dB與3.5dB之間。 若亦考量波導與兩光纖間的耦合*造成的輸入與輸出 衰減，其中之光纖傜此聲光元件與光迴路上其他元件連結 所必須，TE偏極化的訊號插入損失之值的範圍，被包含於 4.OdB與 5.OdB間。 . 限定之半最大（half-jnaximiini)通帶寬包含於1.2塵米 -24 - 本紙張尺度逍用中國國家橾準（CNS ) A4规格（210X297公釐） i H I ~"訂 备· (請先閲讀背面之注意事Α填寫本頁) ( A7 __B7 _ 五、發明説明（22) 與2.0塵米間。 請 先 閲. 讀 背 Λ 冬- Ϊ 事 項 广 本衣 頁 該通帶之側波瓣相關於中央傳導峰值，有一至少20dB 之減小；在最順利的情況，此側波瓣之減小達25dB。殘存 背景雜訊（具一位於通帶外波長的訊號之衰減）低於25dB。 上述之磬光元件，適於用作限定之偏極化訊號的波長 控制濾波器*待別適於用在雷射腔内作波長選擇濾波器， 其可呈主動光纖之態樣。 上述之聲光元件，可由適當的選擇第一與第二级之長 度，達到待別有利的配置。為此，其比例約在1 : 1 · 6。如 此，相關於第一级的光頻響應曲線之最小值’恰符合相關 於第二级的光頻鎏應曲線之側波瓣最大值。所以在此聲光 元件中，整髏之光頻鎏應曲線的倒波瓣被強烈衰減。 訂 欲在不同長度的兩级中完成完整的TE-->TM-->TE轉換 ，第一级之磬功率必須比第二级的聲功率高約4dB。此可 藉由例如經一顯微印刷流程，提供一適當之吸音器|沿第 一與第二级間之聲波導，衰減第二级之磬功率。 線 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印«. 可替換的，上述聲光元件之配置可被變更為：在沿聲 波導41，接近末端連結耦合器40之波導35位置，加上吸音 構件46，且其適於吸收殘存的表面聲波；沿聲波導41，接 近末端連結耦合器40之波導36位置’加上一第二電聲轉化 器47,且其適於産生一在磬波導41中之表面聲波；以及， 沿聲波導41，接近末端連結耦合器40之波導36位置，加上 吸音構件49,且其適於吸收由轉化器47産生、與光訊號傳 導逆方向之表面聲波。 -25 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210Χ297公釐） Α7 Β7 五、發明说明（） 此方法中，第一與第二级傳導之表面聲波’傜相互獨 立産生的。因此兩级之聲功率可有所不同，以使該元件之 光譜持性得以完美。 亦可能透過該兩级表面聲波之獨立控制，選擇將兩级 之通帶中央稍徽錯開，以使該元件得到一較寛之通帶。 最後 > 此兩级獨立驅動，降低了 一半該磬光元件調整 所須時間。事實上，時間花在聲波行經該元件兩級中較長 者，比沿整脑聲波導傳導所須時間短，且在兩级有同樣長 度時，此值恰為一半。當此磬光元件偽在一波長分割多工 通訊糸統，用作多波道選擇之濾波器，一較短的調整時間 伴隨著該条統重配置較快之優點。 用吸音構件46 (且或許49)，吸收與光訊號有關的反向 傳導表面磬波之一替代解決方案，傜由使用單向電聲轉化 器而非電磬轉化器44 (與非必須的47)構成。 此態樣之轉化器，掲露於由J.H. Collins等人1969年 5月發表在 IEEE之會刊 Proceedings Letters 第 833-835頁 ，標題為「單向表面波轉化器j之論文中顯示。 如第7圖所示，該等轉化器可由兩串列交錯指狀電極 44'與44'相互以一間距（士 +n) X λ 3置於基板30上製成（ 其中λ a係該磬波長，且η為一整數），且由電訊號偏移90。 驅動。由産生器71産生之射頻電訊號，輸入串列電極44 ’。 同一訊號，在受到迴路72延遅相位90。輸入串列電極44”。 此配置對由基板表面産生，由電極串列44'朝電極串 列44”方向之聲波産生一破壊性干涉；相反的，對基板表 -26 - 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS > A4规格（210X297公釐） ---------裝-- 請先閱讀背面之注意事¾.¾寫本頁) 訂 線 經濟部中央揉準局貞工消費合作社印*. 經濟部中央搮準局貝工消费合作杜印製 A7 B7 五、發明説明（24) 面産生的一表面聲波73,有一建設性干涉。 使用單向電聲轉化器，使吸音構件46 (且或許49)可被 省略，且避免基板接近該構件處，基於磬能分散而發熱； 除此之外，經由電聲轉換效率加倍，可用一減小功率之射 頻源。 一替代形態之波導整合磬光元件，將參照苐8圖於此 詳述。依本發明，參照第4圖所述態樣，且配置於同一結 構中之光波導與該波導中之瞬逝波偏極化耦合器，被提供 於基板30上。光波導35、36在基板上的部份，包含於磬波 導81、83中。 電聲轉化器44、47産生傳導通過磬波導82、84之表面 聲波，其中聲波導δ2、84分別與波導S1、83並排，以形成 聲耦合器。這些聲波導耦合器之運作方法一如光波導耦合 器：有一中央部份，其中聲波導互相接近且表面聲波可能 從一聲波導通透至另一者。 依習知技藝·例如掲露於H. Herrmann等人1992年5月 21 日發表於 Electronic Letters 第 28 卷第 11 册第 979-980 頁論文中，該等耩合器被作成可使表面磬波沿波導81、83 之強度剖面，在該波導之中央部份有一極大且兩端有極小 ;沿光波導35、36傳導之光訊號與一前半程強度上升且後 半程強度下降之磬波交互作用。 吸音器出現在聲波導82、84之任一末端，以衰減殘存 和與光波反向傳導的表面磬波。基板可能發熱偽基於位於 此元件在基板上部份之聲能分散，而該部份並未被光波導 -27 - 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210X297公釐） ----------赛------1Τ------線· * * (請先閲讀背面之注意事^填寫本頁) ( 經濟部中央橾準局負工消費合作杜印製 A7 _B7__ 五、發明説明（25) 穿透，且因此不會在元件蓮作時顯現問題。 依照替代形態之聲光元件，光頻饗應曲線對側波瓣有 一較第4圔顯示元件更大的衰減。 依照本發明，一雙级、整合波導、偏極化獨立聲光裝 置，將參照第9圖於此詳述。下列元件會顯現在一基板30 上：一波道光波導31有一末端在基板邊緣，且其適於接收 輸入該元件的光訊號，例如經一適當的連结光纖；該波導 31的另一端，與一偏極化耦合器32之出入波導1連結；一 光波導28有一末端在基板邊緣，且另一端，與耦合器32之 出入波導4連結；耦合器32之出入波導2，經一波導33、一 可通TE起偏器39以及一波導34，連结至一偏極化耦合器37 之出入波導1;耦合器32之出入波導3,連結至與一偏極化 耦合器40之出入波導1連結的波導35 ;耦合器40之出入波 導2,連結至與一耦合器37之出入波導4連結的波導36 ;繙 合器37之出入波導2，連結至一終結於基板邊緣，且可使 光訊號例如經連結一光纖輸出的波導38 ;最後，耩合器37 之出入波導3，連結至一終结於基板邊緣的波導29。 基板30上亦形成：一聲波導41，其延伸至包含該光波 導33、34、35、36之一基板部份，且其係由其中之聲波速 度較導引41高的二長條42和43所界定；一位於沿磬波導41 ，接近波導33、35之與耦合器32連結的末端之單向電聲轉 化器44’、44”，且其適於在該聲波導中産生一表面聲波； 位於沿聲波導4〗*接近波導34、36之與耦合器37連結的末 端之吸音器45,且其適於吸收殘存的表面聲波。 -28 - 本纸張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A*»规格（210Χ297公釐） Ί» n I n I n I I I 訂 务 (請先M-讀背面·之注意事从填寫本f ) ί 經濟部中央橾準局員工消費合作杜印«. A7 B7_五、發明説明（26) 申請人所製一偏極化獨立磬光元件中，選擇與前述參 照如第4圔之磬光元件使用相同材料與相同結構參數值。 待別當通帶之中央波長被極度掛慮時，習於此技藝者 ，可由選擇已知具雙折射性和光彈性材料與不同的參數， 使該元件在不同工作條件下完美蓮作。 申請人所製該元件中，基板30傜由一鈮酸鋰結晶體， 與X軸正交切割而成；波導31、33、34、35、36、38以及 偏極化耦合器32、40、37之波導5部份，傜朝向沿晶格之Y 軸方向。 該等聲波導、光波導與偏極化耦合器之製作，係由基 板上鈦之沉積與隨後之擴散而成。該等元件之大小和製作 形式與參照第4圖之元件所述相同。 除此之外，光波導33、35與34、36分別需相隔一最小 間距，以阻止傳經導引之訊號的側尾（瞬逝波）自行叠加及 導引間之訊號必然的干渉耦合。此間距可由習於此技者， 依所用材料之光學待性（恃別是折射率）與波導大小選擇。 在此例中 > 基板與光波導如同申請人所製之元件，此最小 間距約40徹米。當需要將最大磬強度區域中之導引*保持 在接近聲波導之中心線時，可選擇較大的聲波導間距值。 且依該材料之光學持性與該波導之大小而定，在波導 33、34與區域42間速度高於磬波，且各別的，波導35、36 與區域43間速度高於磬波時，其間距需大於一最小間距。 在此例中，當基板與光波導都如同申請人所製之元件時， 區域42、43基於鈦之擴散，具一高於基板之折射率，造成 (請先閱讀背面之注意事^/填寫本頁 裝. 訂 線 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS) A4规格（210X297公釐） 經濟部中央橾準局員工消費合作社印«. A7 B7__ 五、發明説明（27) 部份光訊號耦合至區域42、43，為避免此光流失，上述間 距至少需35徹米，至少40微米更佳。 申請人所製一元件中，耦合器32之A、耦合器40之A與 B以及耦合器37之B值皆為30撤米；耦合器32之B與耦合器 37之A並非30微米。 繙合器40之波導3長度，作得較其他出入波導長。輻 射自該等波導傳導，經折射率較基板高、界定聲波導之長 條43，且由長條43表面擴散或因長條本身末端之斯乃爾損 耗而釋出該長筷。 為改善沿該等出入波導傳導之輻射的吸收，可用吸光 器51，其製作傜在分別之波導上沉積一層長度超過3或4公 分的金屬。此吸光器可在製作電聲轉化器之同一流程步驟 中製作。 第10圏顯示可通TE之起偏器39之截面，其製作傺依己 知原理（例如，見前述F. Ti an等人之論文）；由約1.5毫米 長、與前述態樣相同之單模光波導101組成，與其他波導 和偏極化耦合器同時製作。其上•沉積寬度約30徹米之一 17塵米厚、由二氧化矽製作之缓衝層102，以及一 100塵米 厚之鋁層103。起偏器39具一大於25dB之消光率，且對輻 射TE分量提供一低於0.5 dB之衰減。上述可通TE起偏器* 適用一波長包含在1550塵米帶的輻射。 習於此技者可以適當结構參數，持別是缓衝層之厚度 或材料，造出適於不同波長之可通TE起偏器。 在申請人所製之一聲光元件中，該電聲轉化器包含兩 本纸張尺度逍用中國國家橾率（CNS〉A4规格（210X297公釐） K---------^------1T------^ (請先閎讀背面之注意事1.株寫本頁) ♦ A7 2956S4 B7_ 五、發明説明（28) 相距5微米之串列44 '、44”，有五對交錯指狀電極，其具 有21.6微米之周期；此乃鈮酸娌中一頻率為173.5百萬赫 之表面磬波的波長值；當一光波長約1550塵米，該頻率傜 TE<-->TM轉換所必須。變更電極之周期•可製成適於在其 他波長帶蓮作之光濾波器的電聲轉化器，偽顯而易見的。 該交錯指狀電極偽參照前述第4圖之元件製作。 上述聲光元件之一插入損失之值（具有一波長對應於 通帶中央之光訊號，穿透該元件時所受到之衰減），包含 於2.5dB與3.5dB之間。 若亦考量波導與兩光纖間的部份，造成的輸入與輸出 衰減，其中光纖偽此聲光元件與光迴路上其他元件連结所 必須，TE偏極化的訊號插入損失之值，逹4.0dB至5.0dB。 限定之半最大通帶寬包含於1.2塵米與2.0塵米間。 該通帶之側波瓣相關於中央傳導峰值，有一至少20dB 之減小；在最順利的情況，此倒波瓣之減小逹25dB。 與偏極化相依之損失值（在光訊號相垂直的二分量間 不同的衰減）被限制在0.5dB與l.OdB間。殘存的背景雜訊（ 波長位於通帶外的訊號之衰減）低於-25dB。 上述偏極化獨立磬光元件，適於用在一波長控制濾波 器。持別適於在一 WDM光學通訊条統中，作為波道選擇濾 波器。以數痼不同頻率之電訊號璺加而成之一電訊號，驅 動該電聲轉化器；該濾波器所取得之通帶*傜由數値不同 波長間隙之總合所組成，像電驅動訊號一樣多之不同頻率 分量，其波長對應於每一上述間隙之中心，其傜由上述電 -31 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐） .---------1------ir------捧 (請先閲讀背面之注意Ϋ^.埃寫本頁) ( 經濟部中央橾準局貝工消f合作社印裝 經濟部中央輾準局貝工消費合作杜印製 A7 B7 _ 五、發明説明（29) 驅動訊號分量之頻率而定。在此方式中，聲光濾波器可被 電驅動訊號控制，而同時用來選擇數個不同波長的波道。 上述偏極化獨立聲光元件，亦可在一光學脈衝通訊糸 統，作為産生脈衝波形之用。在此情況，可提出上述偏極 化獨立聲光元件之替代形態：一表面磬波在此元件之兩级 中獨立産生，例如由一未顯示於第9圖、由兩串列交錯指 狀電極所組成的第二單向電聲轉化器，其傜參照第7圖所 述之轉化器以同一方式製成、位於沿聲光波導41接近連結 至起偏器39與耦合器40之波導34、36的末端•且適於在磬 波導41中産生一表面聲波；以及位於沿磬光波導41接近連 結至起偏器39與耦合器40之波導33、35的末端吸音構件46 (未示於第9圖），且其適於吸收在此元件第一级之殘存表 面磬波。 一依照本發明之雙级波導整合聲光元件，亦可用介於 第一與第二级間之可通TE和可通TM的起偏器製成，其皆由 波導中之瞬逝波偏極化耦合器組成。 第11圖所顯示，此結構之第一實施例《在一具雙折射 性和光彈性材料的基板30上包含下列元件：波導中，如同 上述參照第5圖所述同一態樣的三痼瞬逝波偏極化耦合器 32、40、37，選擇其長度U使TM分量樓條傳導，且TE分量 交叉傳導；如同上述參照第5圖所述同一態樣的一瞬逝波 镉極化耦合器111，選擇其長度U使TM分量橫條傳導，且 TE分量交叉傳導；一由基板末端啓始且連结至耦合器32之 出入波導1的波道光波導31; —由基板邊緣啓始且連結至 (請先閱讀·背面之注意事换寫本X ) .装. 订 線 本紙張尺度逋用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央橾準局貝工消费合作社印裂 A7 B7 五、發明説明（） 耦合器32之出入波導4的光波導28; —連結於偶合器32之 出人波導2與耦合器111之出入波導4間的波導33 ; —連結 於偶合器Π 1之出入波導3與耦合器37之出入波導1間的波 導34 ;—連結於偶合器32之出入波導3與耦合器40之出入 波導1間的波導35 ; —連結於偶合器40之出入波導2與網合 器37之出入波導4間的波導36 ; —連結於偶合器37之出入 波導2且終於基板邊緣的波導38 ; —連結於偶合器37之出 入波導3且終於基板邊緣的波導29 ; —聲波導41 ’其延伸 至包含該光波導33、34、35、36之一基板部份’且其由 其中之聲波速度較導引41高的二長條42和43所界定；一位 於沿磬波導41，接近波導33與35之與耦合器32連結的末端 電聲轉化器44，且其適於在該聲波導中産生一表面聲波； 位於沿聲波導41，接近波導34、36之與耦合器37連結的末 端之吸音器45，且其適於吸收殘存的表面聲波。 波導31、33、34、35、36、38以及偏極化耦合器32、 111、40、37之波導5部份，皆相互平行。 锅合器111之出入波導2與耦合器40之出入波導3之長 度，製作得較其他出入波導長。輻射自該等波導傳導’經 折射率較基板高、界定轚波導之長條42與43，且由長條42 與43表面擴散或因長條末端之斯乃爾損耗而釋出該長條。 為改善沿該等出入波導傳導之輻射的吸收，可用吸光 器51，其製作例如在分別之波導上沉積一層長度超過3或4 毫米的金屬。此吸光器可在製作電聲轉化器之同一流程步 驟中製作。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210X297公釐） ----------裝— (請先閲讀背面之注意事“%寫本頁

、1T 線 經濟部中央揉準局負工消费合作杜印裂 A7 B7___ 五、發明説明（31) 選擇偏極化耦合器Π1之波導5的L。值包含於500微米 與1000撒米間、出入波導間一分叉角Θ = 0.55 ° ，以使波 長約在1550塵米時，TM分量係橫條傳導且TE分量傜交叉傳 導。依申請人之計算*在相關既定值下，增大此角度可能 減小長度U。 選擇其基板材料以及方位，光與聲波導、偏極化耦合 器和電聲轉化器之大小和製造技術，皆可參照用於策9圖 所述元件之相似元件的同樣標準。 此實施例之優點係可以一非常簡易方式製造。恃別是 該光波導與偏極化耦合器可同時銘刻於基板中，因此消除 了製作可通TE之起偏器的步驟，且必然減少了製造此元件 之必需流程步驟的數目。 概要地顯示於第12圖之可替換的第二實施例中，預知 了使用一全同於偏極化耦合器32、37、40的瞬逝波偏極化 繙合器121，作為一介於第一與第二级間，可通TM之起偏 器。耦合器121，以位於波導5之中心線相對倒的出入波導 1、3，用交叉傳導模態，連结了基板上剩餘光迺路。 波導33以一波道光波導之長度F的曲線部份122,連結 至耦合器121之出入波導1。為避免曲線部份122與界定磬 波導的長條間叠加作用，其意味曲線部份122中傳導的光 訊號朝長條方向流失，故應於該聲波導與相闋的定界長條 中央部份加以干擾。此法中，分別以表面聲波速度較大的 長條124、125與127、128定界，形成各自對應該元件每一 级的兩聲波導123與126。 -34- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） b----------參------ΐτ------ii (請先閲讀背面之注意事ίέ-.^寫本頁) 一 經濟部中央揉準局負工消費合作社印製 A7 B7_ 五、發明説明（32) 光波導33、35以及34、36，分別被包括在聲波導123 與126延伸的基板部份。 除此之外，對應於聲波導123與126之單向電聲轉化器 44 '、44 ”以及47 ’、47 "，位於沿末端分別連結至耦合器32 與耦合器121、40之波導|且適於在各別的磬波導産生表 面聲波；以及吸音構件46、45 ·位於沿末端分別連結至耦 合器121、40與耦合器37之波導。 此第二替換實施例，傜藉與前一解決方案中所用近似 的元件，任何人可依據上述配置一全同之結構。 在一例中，曲線部份122之長度F約4毫米，且為降低 基於光波導彎曲之損失，光波導對應彎曲半徑不小於100 毫米。 由降低所須步驟數的角度 > 依此第二替換實施例，該 元件之製程具有與第一實施例相同的優點。除此之外，第 二實施例中偏極化耦合器相互皆全同，由此使該元件對流 程改變更不敏感，並簡化預定步驟；不像其他耦合器，無 需改善一偏極化耦合器之大小，才能使TE分量橫條傳導且 TM分量同時交叉傳導。 一第三替換實施例，概要顯示於第13圖，因一瞬逝波 偏極化耩合器131配置於關於波導31、33、34、35、36、 38之方向轉折處，而與第二實施例不同。 以對應於耦合器出入波導的分叉角Θ之半，旋轉一角 度•可容許元件中耦合器出入波導與光波導間曲線連結部 份132之長度減少。特別是曲線連結部份132之長度可低於 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） (請先聞！IW: 彳填寫本頁 -裝. 訂 A7 B7_ 五、發明説明（33) 0.5毫米。 此例中之基板係由一鈮酸鋰材料形成；其輻射傳導係 沿晶格之Y軸方向；若旋轉角Θ / 2小於晶格Y軸相關於 基板之安置方向的可能精密度，此精度約〇 . 3 ° ，則旋轉 耦合器實質上傜與其他耦合器以同樣途徑蓮作。 在其他方面，為補憤:可能的擻小差異，整個濾波器結 構可在相反方向旋轉約Θ/4，且保有該元件之第三實施 例的優點。 依本發明之元件，迄今之敘述皆參照表面聲波與光訊 號沿各自平行的波導同方向傳導；但亦可能提供一實施例 ，其表面聲波與光訊號反向傳導。 為改善聲波之指向性品質•以及最大磬音強度區能接 近光波導，磬波導之蓮用如上所述。無論如何，為與本發 明一致，在欠缺磬波導時，亦可能提供利用指向轉化器産 生於光波導方向傳導之表面聲波。 而且，闋於一些前述元件提出之替代形態，在完成熟 於此技者易於達成之適當的改善後，亦可被用於其他前述 元件。 即使到現在為止，本發明之敘述針對連結至該元件兩 聲波交互作用级、由一單瞬逝波偏極化耦合器組成的一艢 起偏器。對熟於此技者，顯而易見：當該元件之總長以及 衰減輕微增加傜可接受時，一値或每一個連結在該二级之 起偏器，可由二（或可能更多）串連瞬逝波偏極化耩合器組 成。因此，每一起偏器可得到一較低的消光率；整個元件 -36 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I---------裝— 請先閱讀背面之注意事^寫本頁

、tT 線 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印製 五、發明説明（ A7 B7 34 可得到一較低背景雜訊。 元件標號對照表 19 ' 28 ' 29 ' 31 、 33 、 34 ' 35、 36 ' 37 ^ 38 ' 101 22、 41、81 ' 82、83、84 、123 ' 126 聲波導 32 ' 37 、 40 、 111 、 121 、 131 偏極化耦合器 42、 43 ' 124 ' 125 ' 127 ' 128 長條 44 ' 、44' 47，' 47，， 交錯指狀電極 A、 B、C、D、E、F、Lc 長度 1 ' 2、3、4 出入波導 51 吸光器 16 濾波器 71 産生器 18、 30 基板 72 迺路 20 聲光轉化器 73 表面聲波 21 梳狀電極 101 單模態波導 23 區域 102 缓衝層 24 ' 25、39 起偏器 103 鋁層 26 ' 45 吸音器 122 、132 曲線部份 44 ' 47 電聲轉化器 Θ 角度 46、 49 吸音構件 請 先 閲. 讀 背 ιέ 之* 注 意 事 訂 線 經濟部中央棣準局另工消費合作杜印裂 7 3 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Α4规格（210Χ297公釐）

Claims (1)

1. 8 8 8 8 ABCD 經濟部中央標準局貝工消費合作社印«. 六、申請專利範圍 1. 一種供波長選擇用之磬光波導元件，包含一有雙折射 性和光彈性材料的基板，其上形成： 在一値第一波長間隙内之光訊號的偏極化平面之 一第一旋光级，其包括至少一個供該訊號行經之光波 導； 在一個第二波長間隙内之光訊號的偏極化平面之 一第二旋光级，其包括至少一個供該訊號行經之光波 導； 至少一値光波導，其連結該等第一和第二级、帶 有一起偏器； 至少一値光波導，位於該第二级下游、帶有一偏 極化選擇元件； 其持徽在於，該起偏器包含一瞬逝波偏極化耦合 器。 2 .如申請專利範圍第1項之磬光波導元件，其持歡在於 該等第一與第二级中之至少一個，包含用以産生一表 面聲波之構件。 3 .如申請專利範圍第2項之磬光波導元件，其待徽在於 該基板包含一磬波導，其包括該等第一與第二级之該 等光波導之至少一部份。 4 ·如申請專利範圍第3項之磬光波導元件，其恃微在於 其包含一第一磬波導，其延伸覆蓋包括該第一级之該 光波導之一基板部份；以及一第二聲波導•其延伸覆 蓋包括該第二级之該光波導之一基板部份。 -38 - 本纸張尺度適用中國囷家搮準（CNS ) A4洗格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝- •訂 經濟部中央標準局貝工消费合作社印装 Α8 Β8 C8 D8 π'申請專利範圍 5 ·如申請專利範圍第3項之一聲光元件，其特徵在於該 用以産生一表面磬波之構件，位於至少一値該等聲波 導内，接近後者的一端點’以在該磬波導内單向傳導 該聲波。 6 ·如申請專利範圍第5項之磬光元件，其持徵在於該用 以産生一表面聲波之構件，包含沿該聲波導橫向排列 之一串列交錯指狀電極。 7 .如申請專利範圍第6項之聲光元件，其特徵在於其包 含排列於該聲波導之該末端處之一吸音器。 8 .如申請專利範圍第5項之聲光元件，其待徽在於其包 含一吸音器，配置於該聲波導該用以與産生一表面聲 波之構件所處該端相對之一端處。 9 .如申請專利範圍第5項之磬光元件，其特徵在於該用 以産生一表面磬波之構件，由彼此相距一預定距離排 列之兩列交错指狀電極所組成，其分別被提供以一第 一交變電壓電訊號、和一將該第一電訊號偏移90 °而 成之第二電訊號，以産生一單向聲波。 10 ·如申請專利範圍第1項之磬光元件，其持獻在於其包 含在該第一與第二级之每一级中之兩光平行波導，以 及在該等第一與第二级間之兩個光連結波導；其中每 一光連結波導帶有適於傳導兩相互垂直的偏極化分量 之一的一個起偏器；且其中該等起偏器中之至少一者 由一瞬逝波偏極化耩合器組成。 11.如申請專利範圍第10項之聲光元件，其持歡在於該等 -39 - 本紙張尺度逋用十國國家梯準（CNS > Α4現格（210X297公釐〉 ---------1------'訂丨：-----線， :: ( < (請先閲讀背面之注意事項再瑣寫本頁) 經濟部中央梂準局貝工消費合作社印SL A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 起偏器之一傺一可通TE之起偏器，且包含一金屬層， 其位於在該等第一與第二级間的對應光連結波導上方 ，並於其間加一缓衝層。 1 2 .如申請專利範圍第10項之聲光元件，其特徵在於毎一 該等起偏器包含一瞬逝波偏極化耦合器。 13. 如申請專利範圍第12項之聲光元件，其特徵在於該等 瞬逝波偏極化耦合器，皆傜供個別通過偏極化用之橫 條傳導耦合器。 14. 如申請專利範圍第12項之磬光元件|其持獻在於該等 瞬逝波偏極化耦合器之一，傜供個別通過偏極化用之 一橫傑傳導耦合器；以及該等瞬逝波偏極化耦合器中 之第二値，偽供痼別通過偏極化用之一交叉傳導耦合 器。 15 .如申請專利範圍第14項之磬光元件，其持徵在於該第 二瞬逝波偏極化耦合器，係由一曲線波導部份連結至 各別的光連結波導。 16 .如申請專利範圍第14項之磬光元件，其持徵在於該第 二瞬逝波偏極化耦合器包含一筆直的中央部份，其與 各別的連接波導形成一非零角。 17.如申請專利範圍第12項之磬光元件，其持擻在於該等 起偏器中之至少一個包含二瞬逝波偏極化耦合器。 18 .如申請專利範圍苐17項之聲光元件.其持擻在於每一 該等起偏器包含二瞬逝波偏極化耦合器。 19.如申請專利範圍第丄項之聲光元件，其特擻在於該雙 本紙張尺度逋用中國國家梯準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 經濟部中央標準局員工消費合作社印装 295(334 μ C8 —---^__ 、申請專利範圍 折射性和光彈性材料偽鈮酸鋰。 20.如申請專利範圍第19項之磬光元件，其持擻在於該等 光波導與瞬逝波偏極化耦合器係該基板上以光蝕刻罩 、一金靥層沉積以及隨後該金屬之擴散製成。 21 ·如申請專利範圍第20項之聲光元件，其持擻在於該金 屬係鈦。 22 . —種用以製造一供波長選擇用之聲光波導元件的方法 ，包含下列步驟： 藉由在一値由雙折射性和光彈性材料製成的基板 内擴散一第一金屬而於該基板上形成至少一聲波導； 藉由在該基板内光蝕刻沉積以及隨後擴散一第二 金屬，而形成一第一與一第二瞬逝波偏極化耦合器於 該基板上；以及至少一光波導供連結於該等偏極化耦 合器之間，該光波導至少部份的被包括在該磬波導中； 沿該光連結波導形成一起偏器； 藉由光蝕刻沉積一第三金屬在該基板上，而在至 少一個該等磬波導内，形成包含交錯指狀電極之一電 磬轉化器； 其特戡在於，該形成一起偏器之步驟，偽被包括 於形成該等第一與第二偏極化耦合器與該光連接波導 之該步驟中；且傜由形成一第三瞬逝波偏極化耦合器 之步驟所組成。 23.如申請專利範圍第22項之磬光波導元件製作方法，其 特擻在於該等第一、第二與第三瞬逝波偏極化耦合器 -41 - 本紙張尺度逋用中國國家揉準（CNS > Α4規格（210X297公羡） .1叫^ 「裝 •訂I ： ^線 (請先閲讀背面之注意事項再瑣寫本頁) A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 傜彼此相同的。 24.如申請專利範圍第22項之磬光波導元件製作方法，其 特歡在於其包含形成一個第一與一値第二光連結波導 於該等第一與第二偏極化耦合器間，其偽藉由在該基 板本身内光蝕刻沉積及隨後擴散該第二金屬而形成於 該基板上，該等光波導至少部份包括於該聲波導中； 以及包含沿每一該等光連結波導形成一起偏器。 25 .如申請專利範圍第24項之聲光波導元件製作方法，其 持徵在於形成該等起偏器的該步驟，被包括在形成該 等第一與第二偏極化耦合器與該等光連結波導之該步 驟中，且其由分別沿該等第一與第二光連結波導，形 成一第三與一第四瞬逝波偏極化耦合器所組成。 26 .如申請專利範圍第25項之聲光波導元件製作方法，其 特獻在於，該等第一、第二、第三與第四瞬逝波偏極 化耦合器相互俗彼此相同的。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝_ ••訂 泉 經濟部中央標準局貞工消費合作社印装 本紙張尺度適用中國國家揉準.（CNS ) A4规格（210X297公釐）