TW424165B - Method of connecting optical fiber and optical waveguide - Google Patents

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五、餐明説明（丨） .-， 發明背景： ’ (请先閱讀背面之注意事項再嗔寫本页) 本發明係關於高速光纖通訊，特別是關於將先纖與集 體光學波導連接之方法。 技術背景：. 本發明係關於光纖至光學波導連接，例如製造集體光 學裝置時之連接，該裝置使用於通訊系統或網路中。在此 所使用光學波導與光纖差異在於設計導引光線介質於一般 形成於長方形斷面平面基板(或晶片）上或之中。所謂 疼45：疼占係指一個元件，其包含心蕊及d區感；即在基 板上或中之光線路徑以及基板；然而在本發明說明中為了 -避免混淆，光線路徑（波導）以及基板（或畢@並不相同。 通常導引光線區域(心蕊)延伸至晶片邊緣或末端。該形式 波導通常在集體光學應用中使用作為例如多工器或解多工 器，或光學線路部份。 經濟部中央橾準局負工消費合作社印製 傳統將光纖連接在一起之溶融技術使用電弧放電。不 過該方法並不適合於將光纖連接至波賢，由於波導幾何特 性以及波導熱容量高於光纖所致。因而，人們提出藉由將 元件延伸至槔頭内使光纖連接至平面形式矽石波拳以瓦藏〜) 、、射雷射光束以促使光纖熔融在一.,起。不過，其^產生其他

一 ------------------ I 問題，即使用高能量雷$光束以產生熔融接頭，其會使波導 j心蕊彎曲，除此光纖將會過份地炼融。另外一方面，假如使 用較低能量雷射光束，波導以及光纖間之接頭為較低強度 而低於屐開應用所需要之強度。 人們為了解決上述問題提串異於使用雷射光束之其他 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央梂準局貝工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明（2 方式對波導預先加熱以有效地在波導與光_融合。該預 先加熱將有可能作融合接時減小雷射光束之能量。不過 該方法在許多情況下將使形成融合接頭處理過程變為複雜 ，其需要使用特別裝置及/或改變連接至光纖之集體光學元 件結構。 另外一項考慮因素為提高光學通訊技術規格，其將使 所包含之硬體及軟體變為複雜？以及注重能夠達成更有效 之製造以及展開。例如，都會網路以及相關訊號路由之成. 長，使用16, 32,或40,或更多頻道狹窄頻帶WDM系統加入/偶 出以及切換規格能夠有益於連接多條光纖至各別波導(稱 為多光纖融合光纖尾辮）而具有良好之操作特性，精確性， 重現性，以及效率而優於單一光纖/波導之連接。 本發明提供一種方法使光纖及與晶片中光學波導之間 形成精確融合接頭，其為低光學損耗以及強固之接頭。 本發明更進一步提供一種方法以精確地形成多條光纖 融合光纖尾辮於多條光纖及晶片中'多條波導之間，其為低 ...—〜—〆-----------------八----------- 光學損耗以及強固之接頭。 發明大要： 本發明一項實施例為提供一種方法以連接光纖至晶片 中光學波導，將光纖以及波導延伸入接頭，以及以具有充份 能量以及所需要赛間能之雷射光束照射光纖與波導 間之鄰接區域；以及封閉一部份雷射光束使得鄰接區域處 ~ · . ......... . 相當於空間能量分佈中央部份之能量被減小而小於相當於 空間能量分佈遇邊部份之能量。 本紙法尺度遴用中國國家標準（CNS ) A4说格（210X297公龙） (请先閱讀背面之注意事項存填寫本育)

4 2 4 1 S d , A7 —__；__B7 五、發明“明（3 ) 本發明一項包含插入一個遮蔽元件於鄰接區域上游之 雷射光束路徑，中以去除雷射光束之中央部份同時使其週邊 部份通過。 本發明另.外一項為減小空間能量分佈中央部份而小於 週邊部份步驊之實施係藉由在鄰接區域上游將雷射光束分 . I I ίΓ Ό-VS ,. · 、多為數個不同先束，以衣_導£里些產惠gj包塑^域。此 達成能夠藉由將分裂鏡放置於鄰接區域上游之雷射光束路 •徑中，並藉由辑物屋與鏡使不同光束朝向鄰接區域。由分 裂雷射光束產生之不同光束在鄰接區域處會些微地失焦。 經濟部中央橾準局負工消費合作社印製 本發明另外一項係關於精確地定位鄰接區域相對於聚 焦或些微失焦雷射光束之位置以融合波導至光纖。該方法 包含使雷射光束影像形成於波導晶片上表面上以及產生一 組座標X!，％，其對應雷射光束之中央位置。座標心及％偏 離晶片邊界或未端分別為^χ，Ay數值。表示波導邊界位 置之第二組座標X2，y2被決定出以及波導邊界以及緊鄰光 纖以人工方式或自動方式放置於位置gx=X2_Xi，△¥%_ y!處；鄰接區域最佳地以及精確地放置於雷射光束之融合 區域中。在晶片上之雷射光束影像藉由相對於晶片以及光 纖為靜態之照相機以及雷射形成。優先地，數個影像依時 間順序地產生。依據本發明定位之方法使鄰接區域定位精 禮性約大於±1微米。 «. « 在本發明實施例中，在晶片中連接一組多根光纖至一 組多條波導之方法包含數個步驟:實質地傳播準直雷射光 束通過繞射光學元件(DOE)以同時地產生所需要空間雷射 本纸張尺度適用中國囤家標卒（CNS ) A4規格（2!〇Χ297公釐） b 五、發明韻1明（午） A7 B7 經濟部中央標準局月工消费合作社印¾ 能量分佈於每一光纖-波導連接之鄰接區域a 該實施例提供一種方法以精確地定位雷射光束能量分 伟於每一鄰接區域以及包含先前所說明定位之步驟。 在此所說明之本發明將提供一種方法在光學晶片中強 固地，精確地以及有效地將光纖連接至波導。 在該實施私{中，鄰接區域處能量分佈為非對稱性；即投 .射至波導之能量大於到達光纖之能量。在該情況下，光纖 熔融程度能夠加β控制。 在本發明另外一項實施例中，在照射鄰接區域過程中 施力於光纖與波導之間，其方向將使光纖及波導移動更加 靠近。 在另外一項中，雷射發岀能量循環之控制將使得在形 成融合接頭之第一時間週期過程中雷射光束能量保持為第 一相對較高等級，在第一時間週期後雷射光束能量保持為 較低等級，以及使融合接頭逐漸地冷卻。 本發明方.法發現能夠應用於將光導連接至平面矽石波 導。為了確保雷射能量被波導材料吸收，照射步驟進行係 使用大於4緝米波長之雷射光束。適當雷射包含波長為9. 8 微米之C0雷射，以及波長為10. 6微米之C02雷射。目前使用 C〇2將具有價格之優點。 本發明其他特性以及優點將下列詳細說明揭示出，熟 •知此技術者藉由說明即明瞭或藉由實施說明書以及申請專 利範圍所說明内容以及附圖而了解。 人們了解先前一般說明以及下列詳細說明僅作為解釋 (請先閱讀背面之ίΐ意事項再填蹲本頁〕 -丁 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（2IOX297公釐） 經濟部中央標準局員工消贽合作社印氧 4 2M f 65」鑭 A7 —----^__ B7 五、發明説明（S' ) " ；—— 本發明，以及了解申請專利範圍界定出本發明之特性及原 理。 附圖在於提供更進一步了解本發明，以及構成本發明. 之-部份。附則舉丨本發㊉，以及制綱書作為解釋 .•本發明之操作及原理。 附圖簡單說明：_ 圖1顯示出實施本發明實施例裝置之一般配置。 圖2示意性地顯示出雷射光束對著本發明實施例光纖 以及波導間之邊界偏移。 -圖3曲線圖顯示岀本發明實施例之雷射操作循環。 圖4顯示出本發明實施例光纖與波導間之另一接頭。 圖5為曲線圖，其顯示出實施本發明另一實施例之裝置。 圖6A，6B，及6C顯示出雷射光束能量分佈圓。 圖7顯示出圖5裝置產生兩個雷射光束之特定配置。 圖8示意性地顯示出本發明實施例雷射點位置之控制。 圖9示意性地顯示出本發明實施例雷射點位置之控制。 圖10示意性地顯示出本發明實施例波導末端以及光纖 接頭。 ·

I 圖11示意性地顯示出本發明實施例之多個光纖熔融尾 端。 圖12A, 12B，12C及12D示意性地顯示出本發明實施例在 鄰接區域處雷射點之幾何形狀。 圖13示意性地顯示出本發明實施例多個光纖熔融尾端 之一個光學組合.° 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4说格（2丨〇>：297公釐） (請先閲讀背面之注意事項其填寫本育) -•Αν 訂 經濟部中央標準局—工消費合作社印製 4 2 4Ί 6 5 .1 A7 ,_______ | — 五、發明説明（b) 圖14顯示出另一個階躍晶,片設計以與先纖產生強固之 埠接。 圓15示意性地顯示ih本發μ—實關〇條光雜 .融尾端。 圓16示意性地顯示出依據圈15多條光纖溶融尾端之組 合。 附圖數字符號說明： 晶片1;波導la;光纖2;端部3;鄰類域4;階躍部 份5;雷射光束10;光學元件12;均勻長方形分佈遺;長 方形分佈12B;方形分佈12C;圓形分佈12D;反射鏡14; 透鏡16;雷射光束17,18;遮參元件2〇;接頭25;光束 40;雷射光朿41’42;光束中心裂鏡阶分裂鏡表 面51，52;_形反射鏡60, 7—〇7中、美區域8〇;週邊區域 81;照相機1G8;視域110;波導末端112;雷射光束12〇; 繞射光學元件(DOE) 13G;反射元件14();階躍部份敗光 束掃瞄器170;透鏡172。 ’ 優先實施例詳細說明： ' 現在對本發明優先實施例詳細說明，其範纖示於附 圖中。在所有關巾相同或麵轉制糊參考數字。 本發明在形成光學波導之晶片中將光纖連接至波導方 法之一項實施例能夠使用顯示於則裝置及在此所說明之 方法操作。該裝置及方法在矽石基板1(構成集體先學晶片 )上破石料丨⑽及與料la對準域2端部3之間形成一 個融合接頭。光纖2端部3被剝離，即保護護套被移除以暴 本紙張尺度it财 (請先閲讀背面.y注意事項再填寫本頁〕

Α7 Β7 五、發明説明（7) 經濟部中央橾準局負工消費合作社印製 路出光纖石夕石部份。晶片1端部優先地具有階躍部份5以配 合剝除端部3以及光參2之非剝除部份。％雷射10產生雷 射光束’献束藉献件12加崎展錢準直，II由反纖 14加以反射以及齡舰(或透鏡祕)丨味焦。雷射光束 聚焦在光纖與波導間之界面仏此麟鄰無轉界面。 由雷射光束提供絲至鄰舰域4波導la與光纖2剝除端部 3之間，s亥能章產生空間分佈，相當於土央部修能量被減小 而小於週邊部份，如圖6C所示。"中央部份"係指中央區域.. 或些微地偏移光束能量分佈之中央。 為了達成st空間能量分佈，優先地為罔枝形卩且隔光 雷皇^皇赌中，優先放置於放大 及準直元件12之後然而在聚;|、元件Μ之前^在該情況下， 分佈於遮蔽元件20上能量密度為較低而低於遮蔽元件位於 放大元件之前或聚焦透鏡16之後情況。該位置將減小遮蔽 元件20中之局部加熱效應。除咚，藉由放置遮蔽元件2〇於 直控相畲大雷射光束光學路徑中一個令置，遮蔽元件2〇相 對於雷射光束定出中心之精確性將提高β在圖1中遮蔽元 件20位於放Α單元12與反射鏡14之間，在另一情況中其能 夠位於反射鏡14與透鏡16之間。遮蔽元件2〇將防止由雷射 10發射出雷射光束中央部份17到達界面4。遮蔽元件2〇去 除相對於中央部份17之能量，同時使光束其餘之週邊部份 18傳播朝向界面4 ?考慮雷射光束經過斷面之能量以此以如 分佈，雷射光束中央部份Π之遮蔽或阻隔將有可能去除大 部份光束中央部份之能量。優先地，遮蔽元件20之直徑以 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ現格（210X297公釐） (〇 五、發明“明（f ) A7 B7 經濟部中央標準局員工消贤合作、杜印- '及位置選擇將使得20%至80%，優先地為50%雷射10發射之光 .束月b量防止到達界面4處以融合之元件。遮蔽元件纟〇具有 良好的熱傳導性使得其能夠消散大部份由雷射光束產生之 能量。優先地，遮蔽元件20長度之選擇將視整個裝置所需 要之尺寸而儘可能大，使消散於其中能量為最佳。例如，元 件之直徑及萇度可分別為5麵及10删。除此，遮蔽元件之 材料當加熱時為低變形以確保由雷射光束去除之能量以及 剩餘能量之空間分佈為穩定的以及可重現性。鋼以及碳適 合作為元件20之材料。 包含波導丨a之晶片1,以及光纖2按裝於各別微定位載 台（並未顯示出）上，其放置為彼此臨接以及以傳統方式對 準(通常藉由將光纖與波導間傳送光線為最大)如圖2所示 。光纖端部3以及晶片1/波導la在界面4處鄰接，晶片及光 纖對著雷射放置著，其在底下詳細加以說明。C〇2雷射1〇被 激化以產生第一較高能量等級，直徑為3· 5刪之光束藉由放 ’大/控制元件12擴展為直徑為14mni，藉牟反射鏡14加以反射 以及利用透鏡16(透鏡系統)加以聚焦於界面上，或光纖3與 波導la之鄰择區域4。雷射光束由元件16聚焦後之直徑通 常約為150-400微求 '優先地，雷射光束在鄰接區域4處為 些微地失焦以克服在該區域處由兮类奉些微地模糊產生之 光點。 一 一— " ·»〇—- — 由於在雷射光束之光學路徑中存在遮蔽元件2〇,由雷 射10產生之約50%光束能量將防止傳播朝向將被融合之元 件。因而相當高功率雷射光束能夠使用於處理過程中而不 (請先M·讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本紙伕尺度通用中國國家標準（CNS ) A4規格（220X297公釐） .4 Ρ ·：Ι 1 η - Α7 __;___Β7 五、發明説明（1 ) -. 會使波導心蕊彎曲。優先地，雷射光束在鄰接區域4處產生 之光點並不需要嚴格地位於光纖2以及波導1 a邊界之中央， 然而需要朝向波導偏移距離Ax。該偏移將域保較大部份 光束能量到達波導la而大於光纖2,其由於特定熱容量小於 波導之熱容量，其將有傾向'溶融至並不要之程度。在一般 情況下，例如在养面處雷射光束之直徑.約為350微米，偏移 △X在20-60微米之間。該偏移量將確保達成所需要之溫度 分佈。特別是，有可能使波導及光纖為相同的溫度。 除此，雷射光束設定為相當高之第一能量等級使得在 界面4處波導la與光纖端部3產生局部熔融，如圖3所示。施 加一個力量產生緩和壓力以促使光纖朝向波導。可加以變 化，力量F能夠施加於波導上，輔助力量能夠施加於波導以 及光纖2上。在波導與光纖間並不施加朝向彼此之力量情 況，我們發現光纖2端部受到熔融而變形使得光纖與波導間 .產生一個空隙。需要施加力量F以產生低光學損耗而強固 之接頭。通常施加力量F將使光纖2與终導la在融合過程中 產生相對位移，該相對位移可達到50微米。由於該相對位 ，移，光纖2端部3將些微地穿入波導材料内。此將提高融合 接頭強度。在波導la與光纖2融合後，雷射光束能量被減小 為較低等級，以及優先地該能量在較長時間週期内逐漸地 減小使融合接頭逐漸地冷卻。在該情況下，在融合接頭中 應力將減小。圖3顯示出未發明方法一·個循環過程中〇)2雷 射之功率循環。圖3亦顯示出在施加力量F促使光纖2朝向 波導la移動過程中之時間週期，以及光纖2與波導ia間傳送 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 10 ----------絮-- (請先W讀背面之注意事項再填弈^.頁) 訂 經濟部中央標举局負工消费合作社印51 五 、發明説明（丨D) ’光學訊號之大小以監測連接處理過程之進行。可看 循ft各！1挪為非麵。㈣紋赠奴位移以及雷 射此^:循環能夠彻計算機加以㈣。通常，雷射能量循 環能夠藉由使用激發電流為控制訊號而加以控制。通常， 該控制峨；M、關齡崎觸電域電壓而標定，其 視熟知此技術者所了解之控制單元詳細構造而決定。’、 在本發明一項中，為了達成自動機械化之裝置，優先地 提供其他聚合物融合接頭或無機接頭25,如圖4所示。該輸 助接頭與晶片1端部5之階躍部份5結合以確保光纖與波導 間為特別強固輔助性之結合。如圖14所示，包含波導“以 及具有階躍部份152之單體晶片1與光纖(並未顯示)連接將 產生強固的裝置。 經濟部中央標準局月工消费合件社印装 在上述優先實施例說明中，在跨越波導與光纖間之界 面藉由偏移雷射光束產生光點離開邊界將形成之非對稱性 溫度分佈。不過，能夠使用其他方式以達成該非對稱性之 溫度分佈。例如，所需要之分佈能夠藉声使用遮蔽元件2〇 達成，其斷面（垂直於雷射光束Π，18)形狀將使得雷射光束 在聚焦於波導上之位置處包含較多能量以及在聚焦於光纖 2上之位置處包含相當少能量。該遮蔽元件20斷面能夠為 例如梨狀。可加以變化，所需要溫度分佈能夠藉由偏移雷 射光束以及特別形狀之遮蔽元件20合併情況而達成。亦能 夠使用異於在此所說明之遮蔽元件以去除雷射光束之部份 能量。例如，並不使用圓柱形而使用圓形斷面例如為圓錐 形。可加以改變，遮蔽元件可不使用圓形斷面，例如斷面為 張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 13 經濟部中央榇準局貞工消費合作社印裝 424 1 S 5 ^ ' A7 A 7 __ B7 五、發明k明（丨I) . ^ - 星形，橢圓形等。理論上，類似的結果可籍由使用圓形二維 _之遮蔽（或不同形狀)，或薄的遮蔽元件例如為碟狀物。 除此，能夠使用異於C02雷射之其他雷射，只要波導材 .料能夠吸收雷射之波長。在矽石波導情況下，該條件表示 .雷射波長實際大於4微米。 在上述說萌實施例中，精確地將雷射光束定位於鄰接 區域之方法參考圖8-10加以說明。首先參考圖8及9,照相 機108固定相對於晶片1以及光纖端部3之一個位置以融合 在一起以在圍繞以及包含波導與光纖間鄰接區域4之視域 110產生一個影像。由C02雷射發出之低功率雷射光束18聚 焦於視域内晶片上以及使用Imasys供應之Optimas影像辨 認軟體以產生相當於雷射光束中央部份之一組座標^， 。由表示之光束位置偏離晶片1之邊界112(或未端） 以及波導二個距離Λχ，Ay。波導之末端112亦被辨識出以 及以座標X2，y2表示。計算△x^Xg-XpAysyry丨以及界定 為波導邊端/光纖界面之鄰接區域4位於該座標位置。X抽 平行於晶；i中之波導，Δχ優先地為300微米。對於350微米 波導間距之晶片，沿著垂直於X軸之Υ軸Ay優先地為175微 米，其顯示於圖9之座標系統中。人們了解所有情況下Ay 受波導間距影響。 在範例性實施例中，第一影像在2-3秒時間内得到，以 及緊接之四個影像在每一先前影像0.4秒後取得》該方法 允許在鄰接區域波導末端處定位相對於雷射光束中央土 1 微米範圍内。圖〗0顯示出一個標記，其辨識波導1末端112 本纸張尺度適用中國F 嘌隼（<：阳）八4規格（210_乂297公嫠） 1屮 ----------裝------訂-------紡 (锖先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 424165 ^ A7 _____' _B7 五、發明説明（/2_) 與光纖端部3 〇 顯示於圖5之本發明另外一項中，產生數個雷射光束同 時地照射鄰接區域。依據該實施例，由雷射光源(並未顯示 出）產生之雷射光束投射至分裂鏡5〇,該分裂鏡將光束40分 裂為兩個不同雷射光束41以及42。每一光束41，42再籍由 各別拋物鏡60, 70加以反射以及再藉由拋物形反射鏡聚焦 於光纖2與波導la間之界面4處。分裂鏡50優先地為三角菱 鏡形式，其三角形斷面（圖5平面）之中線實質地與雷射光束 40中心軸43重疊，以及位於中心軸43任何一側之兩個相鄰 表面51，52將反射。_分別由分*鏡5〇兩個表面51，52反射之 雷射光束41及42優先地由光纖端部3與波導la間之鄰接區 域4上之拋物鏡加.以聚焦以重疊於其上面。圖6顯示出在光 纖2與波導la間鄰接區域之照射過程中藉由光學元件50,60 及70使雷射光束40能量分佈變化》在垂直圖5平面中在光 束受到分裂鏡50分裂前雷射光束40能量分佈之Gaussian分 佈在鄰接區域處轉變為長方形能量分如顯示於圖之 虛線。該長方形分佈相對於分別表示兩個光束41，42之兩 個Gaussian—半曲線之和。 Μ濟部中央樣準局員工消费合作社印- 在光纖2與波導la間之鄰接區域4處存在中央部份之能 量分佈顯示於圖6B中，其能階被減小以與其餘週邊部份變 為相同大小。在該情況下，該分佈在令央處能量最大值能 夠加以避免。:然而，在鄰接區域處能量分佈形狀並不必需 為長方形。圖6C顯示出能量分佈之另外一個範例，其中相 當於能量分佈中央區域80之能量能減小而小於相對於盆餘 本紙張尺度適用中國國家禕準（CNS ) A4規格（2 ί Ο X 297公釐） 14 14 經濟部中夬標準局貝工消拎合作·社印- A7 B7 五、發明説明（I 3 ) . 週邊即邊緣81能量。在酬C範讎料巾，在邊緣81處能 量大於中_8G處能1：。在該實施例中該分佈藉由投射兩條 5射光束41，42至鄰接區域4之不同點，如圖7所示。在圖gc .所顯示分佈形狀實質地與第一實施例利用遮蔽元件2〇所得 到情況相同。實際上，在鄰接區域4中由圖昍及甿能量分佈 產生之效應極术相同，在圖6C種類之分佈情況中光纖2與波 導la間鄰接區域中之溫度分佈實質上為均勻的，其由於在 該鄰接區域中產生熱擴散所致。 依據該實施例一種情況，光纖2與波導ia間鄰接區域4 .所照射之雷射光束41，42在該鄰接區域4處些微地失焦使光 束41，42產生光點在區域4為些微地模糊。在該情況下有可 能擴散能量分佈使後者情況產生較為均勻。同樣地，光束 41，42優先地投射於鄰接區域4使得到達波導纖維la之能量 大於到達光纖2之能量。到達該端部，光束41，42投射至鄰 接區域4使得在區域4產生之光點對著光纖2與波導1 a間之 邊界朝著波導方向偏移。 本發明另外一個優先實施例說明一種方法以連接一組 多根光纖至鬲片中各別之一組多個波導，即對圖11-13說明 多條光纖尾辮。 首先參考圖11，其顯示出包含數條波導la之石夕石晶片， 在晶片末端112處分別地連接至各別光纖剝除塗膜之端部3 。相對數目之雷射光束120照射光纖與波.導間之鄰接區域 。為了產生一系列雷射光束以及其相關強度分佈如圖11所 示，如圖13所顯示繞射光學元#130(DOE)插入至擴展以及 本纸張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（2i〇X29?公釐） I ^ ^-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、τ

424 1 65 A7 _____B7_ 五、發明説明（\十） - 準直雷射光束之路徑中。由DOE 130設計決定，能夠產生任 何所需要波前或一系列涑前而在鄰接區域4處形成優先需 要之光束強度分佈。圖12A，12B，12C以及12D顯示出四種由 DOE 130產生可能之光束分佈，其包含均勻長方形分佈12A; 具有類似Gaussian分佈之長方形分佈12B，其中分佈之尾端 以及中央部份簡之強度在1至10¾間變化；一系列之方形分 佈12C;以及一系列圓形分佈12D,後面兩種情況具有週期或 間距相當於光纖/波導之情況。12B表示之分佈優於12A情 況作為照射晶片，其具有相當小寬度，因為雷射光束在較小 晶片之晶片邊界對熱擴散產生較大影響。由於考慮較大寬 度之晶片對晶片邊界產生熱擴散影響較小，使得分佈12A更 有益地使用於較大晶片。由於DOE 130製造參數，能夠產生 最佳化波;!ί)，其符合融合溫度及空間能量分佈於鄰接區域 處以融合接頭同時不會負面地熔融光纖或使基板彎曲如先 前對傳統雷射融合方法所說明之問題。 如圖13所示，C02雷射10產生光束，其藉由元件12加以 擴展以及準直。在本發明優先實施例中，準直光束傳播至 反射元件1叫以及再通過DOE 130,其在鄰接區域4處產生所 需要強度以在^夕石晶片1中對一系列波導丨3以及光纖2形成 多個光纖融合尾辮e D〇E 130在鄰接區域使光線產生聚焦 之額外功能或至少產生些微地失焦光束，其適合在鄰接區 域處達成所需要之能量分佈。然而，由DOE價格以及設計參 數決定，聚焦功能能夠藉由附加放置於DOE下游之適當透鏡 元件例如為ZnSe透鏡(並未顯示出）而達成。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4現格（21〇X 297公釐） 1«? 5 --* ------------ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 4 2 4 1 6 5」_ A7 ______^_. _B7 五、發明説明（丨!Γ) 16 經濟部中央榇準扃員工消費合作社印褽 在晶片界面處以多個能量分佈照射各別一组多個鄰接 區域之情況下，優先地精择地定位光束如類似先前對單 一融合所說明情況。依據本發明實施例之一項，以及參考 圖8及9,由雷射發射出低功率強度分佈照射於照相機視場 内之晶>5上，以在晶片上得到雷射光束影像。在多強度分 佈例如圖12C及12D情況下，當所有分佈形狀及週期藉由先 月ϋ所說明DOE設計加以固定時只需要得到單一強度分佈之 影像。因而有可能藉由先前所說明影像辨識饮體處理之影 像得到相當於光束中央位置，為沿著平行晶片中波導之X軸 之座標X!，其中X】分別地偏離晶月與波導邊界數值。波 導之末端在X軸上座標為χ2。如先前所說明相鄰之波導末 端以及光纖再定位於由△χ=χ2-χί所界定之位置處。本發 明方法光束定位產生位置精確度為±1微米或更佳。該定 位之精確度確保鄰接區域之加熱範圍具有良好的重現性， 因為矽石晶片與光纖間之較大容熱能力差異所致。 另外一個多光纖尾辮之優先實施巧參考圖15及16而加 以說明，以及雷射光束掃瞄於多個鄰接區域將多條連接至 各別波導。申C02發射出雷射光束10入射至光束掃瞄器170 ，其包含一個或多個可移動反射鏡，其至少在X及γ方向產生 掃描光束。光束10藉由元件12擴展及準直以及投射至掃瞄 器Π0 °如圖15所示，掃瞄器170更進一步包含元件(並未顯 不出）例如為透鏡或透鏡系統使光束成形，聚焦，波前操作 或其他光束處理使晶片1最佳地照射。可加以變化，如圖16 所示，掃猫器17〇與透鏡或透鏡系統172分離。在該實施例 本纸張尺度適用中_家插準{ CNS) Α4· (2: 〇 χ 297公楚） I -f-- (请先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 174ΡΛ 165 A7 B7 五、發明説明（丨b) 中，所有光纖/波導連接同時地藉由掃瞄雷射光束進行加熱 。一般掃瞄頻率約為ΙΟΟΗζ-lOkHz。晶片波導相對於雷射 光點之定位相當於先前對單一，合情況所說明之方法。當 掃目田斋170為非掃猫模式，雷射光束點大小與單一融合情況 相同。計算光束中央，波導末端偏移之座標以及處理過程 如同單一融合之情況。 雖然本發明已針對特定實施例加以說明，人們了解能 夠由其中作出各種變化而並不會脫離申請專利範圍所界定 之本發明範圍。 (請先閱讀背面之注意事項*'填寫本真〕 訂 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 本紙浪尺度適用中國围家標準（CNS ) Μ规格（210X 297公釐）

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局員工消费合作社印裝 .4 24.1 6 5」_ ab B8 C8 _ D8六、申請專利範圍 l.—種連接光纖至晶片中光學波導之方法，其包含下列步 驟： ' 將光纖與波導對準， 使光纖以及波導為彼此鄰接，以及 利用具有一種功率以及空間能量分佈之雷射光束照射光 纖與波導間鄰接區域;以及阻隔一部份光束使得在鄰接區 域處空間能量分佈中央部份之能量減小而小於空間能量分 佈週邊部份。 .2.依據申請專利範圍第1項之方法，其中減小空間能量分佈 之步驟包含放置遮蔽於鄰接區域上游之雷射光束路徑中以 去除雷射光束中央部份同時讓其週邊部份通過。 3. 依據申請專利範圍第2項之方法，其中雷射光束2〇%至_ 能量藉由在鄰接區域上游之遮蔽去除，其界於光纖與波導 之間。 4, 依據申請專利範圍第2項之方法，其中雷射光束5〇%能量 藉由遮蔽去除。 5*依據申請專利範圍第1.項之方法，其中照射鄰接區域之步 驟包含將雷射，光束聚焦於鄰接區域上。 6_依據申請專利範圍第1項之方法，其中照射鄰接區域之步 驟包含將鄰接區域上之光束些微地失焦。 7,依據申請專利範圍第2項之方法，其中遮蔽為圓柱形以及 ffi柱形之長向中心軸放董於雷射光束路徑中使中心軸對準 於雷射光束之傳播方向。 •8.依據申請專利範圍第㈣之方法，其中照射鄰接區域之步 本紙法从適财國囯家標準（CNS「A4祕（2fG x297公们 8 1 ---------裝-- (請先閱讀t·面之注意事項再填寫本頁) 、π. 線 經濟部中央梓準局貝工消费合作社印製 4 2 4 1 6 5 ^ _ • A8 B8 C8 _______ DS 六、申請專利範圍 驟包含在鄰接區域上游將雷射光束分裂為一組多個光束以 將光束投射至鄰接區域。 - 9_依據申請專利範圍第8項之方法，其中一組多個光束在鄰 接區域處為些微地失焦。 10.依據申請專利範圍第1項之方法，其中空間能量分佈將 使照射於波導之能量大於照射於光纖之能量。 .11.依據申請專利範圍第1項之方法，其中照射鄰接區域之 步驟包含在鄰接區域處雷射光束具有一個直徑，其中光束 對著光纖與波導間之界面朝著波導偏移5_2〇%直徑之距離。 -12.依據申請專利範圍第〗項之方法，其中在照射鄰接區域 之過程中，施加力量於光纖與波導之間使其移動更加靠近 在一起。 13.依據申請專利範圍第12項之方法，其中施加力量將促使 相對位移小於或等於5〇微米。 14_依據申請專利範圍第丨項之方法，其中更進一步包含使 用黏接劑在光纖與波導之間形成另外一個連接之步隸。 15.依據申請專利範圍苐！項之方法，其中在光纖與波導間 形成融合接頭之第-時間週期過程中雷射功率為相當高之 第-等級，以及緊接第-時間週期後之第二時間週期過程 中為較低之等級，以使融合接碩逐漸地冷卻。 瓜依據申請專利範圍第！項之方法，其中挪石晶片中形 成波導。 17‘依據申請專利範圍幻項之方法，其中雷射光束波長大 於4微米。 令紙珉人反通片j T國國冬標準（CNS ) Λ4况格(210^297/^^ ) 裝 訂 線 (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 、申請專利範圍 Α8 Β8 C8 D8 經濟部中央標準局另工消费合作社印51 18. 依據申請專利細第17項之方法，其中雷射為二氧化碳 雷射。 . 19. 依據申凊專利範圍第1項之方法，其中照射鄰接區域更 進一步包含在鄰接區域處對雷射光束定位，其包含下列步 驟： 在晶片上得到雷射光束之影像以及產生一組座標&，y” 其對應於光束之中央位置，其中\及7〗分別由晶片與波導 邊界偏移Ax，Ay值； 決疋出座標X2, y2,其相對應於波導之末端；以及 將波導末端以及光纖定位於由△Χιζχζ-Χι，△ 所 界定出之位置， 因而鄰接區域對著雷射光束精確地定位出。 20. 依據申請專利範圍第19項之方法，其中影像由照相機得 到，該照相機以及雷射光束相對於光纖及晶片固定著。 21·依據申請專利範圍第19項之方法，其中在平行波導之X 軸上之Δχ為3_0 0微米以及沿著垂直於X軸之Υ軸之等於 波導間距之一半。 22. 依據申請專利範圍第19項之方法，其中影像使用低功率 雷射光束而得到以保持晶片與波導整體性。 23. 依據申請專利範圍第19項之方法，其令得到影像之步輝 包含依時間順序之一組多個影像。 24. 依據申請專利範圍苐23項之方法，其中苐一影像在2-3 秒内得到，以及一個或多個影像在每一先前影像後0.4秒得 到。 本紙乐尺度逍用中国國家搮準（CNS >以说格（2丨OX297公龙） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 線—— 4 2 4 钃 5 6 AB CD 21 經濟部中央標準局男工消f合作社印袈 六、申請專利範p 25. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中波導末端定位相 對於鄰接區域處雷射光束中央±1微米範圍内。 26. —種分別地連接一組多條光纖至晶片中一‘組多條光學 .波導之方法，其包含下列步驟： 傳播雷射光束通過繞射性光學元件以同時地在一組多個 連接之每一鄰#區域處產生所需要空間能量分佈。 27. 依據申請專利範圍第26項之方法，其中晶片上雷射光束 之空間能量分佈具有二維形狀，其由至少一個長方形，以及 至少個方形，以及至少一個圓形之形狀構成。 28·依據申請專利範圍苐26項之方法，其中在鄰接區域處產 生空間能量分佈之步驟更進一步包含對著鄰接區域定位空 間能量分佈，其包括在晶片上得到雷射光束之影像以及沿 著平行於波導X抽產生相當於光束中心位置之座標Χι，其中 4分別偏離晶片與波導邊界Λχ數值； 沿著X軸決定出相當於波導末端之座標％;以及 定位波導末端以及光纖於所界定出之位置。 29.故據申請專利範圍第即項之方法，其中繞射光學元件放 置於聚焦透鏡之下游側。 1 30·依據申請專利範圍第26項之方法，其中繞射光學元件使 用來將雷射光束聚焦於晶片上。 31. 依據申清專利範圍第26項之方法，其中雷射光束波長等 於或大於4微米。 32. 依據申請專利範圍第31項之方法，其中雷射為c〇2雷射。 .33, 一種分別地連接一組多條光纖至晶片中一組多條光學 本紙浪尺度逋用中國國家揉芈（CNS〉A4現格（2!〇Χ297公釐） ---------^-- (请先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .-11 錄 22 Α8 Β8 CB D8 六、申請專利範圍 波導之方法，其包含下列步驟：_ 傳播雷射光束至光束掃瞄1; · 將具有所需要空間能量分佈之光束掃過緊鄰晶片中一組 多條波導之一組多條光纖間之一組多個鄰接區域上， 因而一組多個鄰接區域同時地加熱。 34. 依據申請專利範圍第33項之方法，其中光束以丨oohz- 10 ,kHz重複速率掃過。 35. 依據申請專利範圍第33項之方法，其中在掃過步驟前更 進—步包含： 對著鄰接區域定位空間能量分佈，其包括在晶片上得到 雷射光束之影像以及沿著平行於波導X軸產生相當於光束 中心位置之座標心，其中Xl分別偏離晶片與波導邊界△乂數 值； . 沿著X軸決定出相當於波導末端之座標x2;以及 定位波導末端以及光纖於ΔΧ=χ2-Χι所界定出之位置。 ---------裝— (請先閲讀背面.之注意事項再填寫本頁) 訂 線 經濟部中央標準局舅工消費合作社印袈 本紙張尺度通用中國囡家插準（CNS ) a4規格（2〗〇χ297公釐）