TW556004B

TW556004B - Methods and apparatus for the production of optical filters

Info

Publication number: TW556004B
Application number: TW091101420A
Authority: TW
Inventors: Eric Dickey; Tom Long; Runar Olof Ivar Tornqvist
Original assignee: Planar Systems Inc
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2002-01-29
Publication date: 2003-10-01
Also published as: JP2002277628A; EP1229356A2; EP1229356A3; US20050087132A1

Description

556004 A7 ______B7___ 五、發明說明（I ) [發明範疇] 本發明係關於光學濾波器，以及製造該等濾波器的方法與裝置。 [發明背景] 現已發展出依複數個高折射指數及低折射指數材料之交替層所建構的薄膜光學濾波器，以供應用於像是顯示器、護目鏡、色彩計量及雷射裝置等。這種瀘波器通常雖含有介電層，但在某些應用裡確是供置以導電層。可藉由各種任何已知方法將介電或導電層沉積在基材上。對於光學濾波器應用，各膜層通常會藉蒸鍍、離子射束輔助蒸鍍或濺鍍等方法所沉積。蒸鍍與濺鍍（以及由該等製程所製作的濾波器）雖已可足夠許多方面的應用，然適於更爲嚴苛之應用的濾波器確會要求控制膜層厚度及膜層成分，而這通常會是蒸鍍與濺鍍製程所無法達到的。此外，蒸鍍與濺鍍會產生在沉積時受到壓力的薄膜。而此種濾波器及方法確屬不適用的一項特殊應用範例，就是一款應用在波長分割多工(WDM)式光學通訊系統內光學信號多工及解多工作業，而依於某選定中心波長的窄頻頻帶濾波器。從而，確需要一種經改良之濾波器以及該等濾波器之製造方法及裝置。 [發明槪要] 3 ί紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ·. ·11111

-n h H I ,ί ^ I ϋ ϋ ϋ I 556004 A7 _____Β7 _ 五、發明說明（y) 構成膜層的方法，其包含原子層磊晶（ALE)、原子層化學氣相沉積(ALCVD)，及原子層沉積(ALD)。爲便說明 ’本文中這些ALE、ALVCD與ALD詞彙可相互換用。在該等方法裡，基材表面會受曝於兩種或更多的先質材料的交互衝擊。其第一先質材料貼接於該表面，而第二先質材料則與所附著之第一先質材料相互作用，構成出具有由該等先質材料所混合而得之材料成分的次層。可根據該基材表面因受曝於兩種或更多先質材料而得的飽和狀態，來控制利用該等方法所構成的膜層。由於這種表面飽和所提供之處理控制，作用處理控制並未於該方法加以實作且被視爲非屬必要者。然而，根據這種飽和結果的處理控制確實無法對於高精準光學濾波器提供適當的膜層控制。這些方法的處理程序監控作業極爲不易，原因是膜層構成係基於令該表面曝出於氣相形式之先質材料，藉此將先質材料累積在該基材表面上。先質材料（通常屬氣相者）流體會擴延整個其中置放有基材的反應室內，以使得該反應室表面易於累積有各沉積膜層。因此，透過反應室的膜層構成監控作業將會因任何或另得作爲監控膜層構成作業之透窗處構成膜層之故而變得更加繁雜。克服上列各項問題的製程方法、裝置及濾波器可如本 \/案所述。在各代表方法中，基材表面在一曝出循環裡會被交替地受曝於至少兩種先質材料（「先質」），其中各個被供置於基材表面上的先質會混合而於該基材表面上構成一次層。可由多個次層構成出各膜層。根據至少單一膜層、 4 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -·——-——·訂--------線L· I— n LI n I n I I ϋ ϋ I氏張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ' A7 556004 _____B7__ 五、發明說明（））次層或者是膜層與次層組合之其一性質或多項性質的決定結果，可決定出一選定膜層的次層數目，並且選設構成各膜層所需之曝出循環數。用以於一基材的鍍覆表面上構成一膜層之裝置，其中包含一反應室，此者係經組態設定以包封該鍍層表面，並以承置該基材之第二表面俾面離於該反應室內部。該反應室包括至少其一或更多的注入孔，組態設定以對該鍍層表面供應兩種以上的先質。先質曝出控制器係經組態設定，而可於各個多重曝出循環內交替地將這兩種以上先質之衝擊流遞送至該鍍層表面，藉由混合這些個別先質脈衝所供應的兩種以上先質來構成出各個次層。可設定一處理監視器以測量樣本的鍍層表面特徵，並以提供相對應於該受測特徵的監視輸出。在此，可組態設定一含有脈衝選擇器的控制器，用以根據於該監視輸出而選定先質脈衝的循環數或是將遞送於其鍍層表面之先質脈衝數。或另者，該控制器根據該監視輸出，以選取待將遞送於該鍍層表面的其一或多項材料。除該等具體實施例外，反應室可包含一具有環週孔洞的室壁。此環週孔洞可經設定以握持該基材，使得該鍍層表面會朝向該反應室的內部，而該基材的第二表面則時朝離於該反應室的內部。在其他的代表性具體實施例裡’系統包括〜位於該基材和該室壁間之環週孔洞處的封嵌’此者係經組態設定以防止先質流逸離此反應室。而又在其他進一步的具體實施例裡，該反應室包括一按以避免受曝於 ___ 5 __ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

556004 A7 P-__B7___ 五、發明說明（4 ；) 該等先質所置放的監視透窗。在基材上構成膜層的方法包括交替地按循環方式曝出該基材袠面於第一先質及一第二先質，以於該表面上構成第一材料的各個次層。將一測量光線流束朝指至該基材的鍍層表面，並根據從該測量表面處收到的部份測量光線流束測量結果，來決定該次層或各次層合成的特徵。該鍍層表面會受曝於依照從該測量表面處收到的部份測量光線流束測量結果所決定之第一及第二先質交替曝出次數(循環) 。在代表性具體實施例中，此測量結果包含透射比、反射比’或是依波長之函數的透射比及/或反射比。在其他具體實施例裡，此測量結果爲橢圓對稱的測量結果。一種用以構成一多膜層光學濾波器的裝置具體實施例，其中包含一組態設定以握持一基材的反應室。該反應室可定義一測量孔洞。該反應室包含至少一個先質注入孔以供承納至少一種先質進入該反應室。在此供置有一光學測量系統，其中·包括一源處，可產生穿過該測量孔洞而朝指於基材的測量光線流束。該光學測量系統包含一接收器，此者經組態設定以接收從基材處遞送到該測量孔洞之測量光線流束部份。一與該接收器相互連訊的控制器係經設定以選定待加構成於至少一膜層內的次層數目，其中是藉由交替方式令該基材曝出於至少一種先質來構成某一次層。控制器會根據朝向該接收器之測量光線流束的測量結果’ 來決定其次層數目及次層類型。在一示範性具體實施例裡，該測量光源係一雷射，而該接收器包含一光學頻譜分析 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X297公釐） ~ ' 一""" (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

A7 556004 _______B7___ 五、發明說明（G ) 儀。而在其他的具體實施例中，該裝置包括經組態設定以旋轉該基材的旋動系統或其他環轉系統，且該控制器係經組態設定以決定該基材的旋轉速率。在此亦提供多款根據一具體實施例之光學濾波器(像是波長分割多工與解多工濾波器），其中包括一基材及複數個高指數與低指數材料的交替膜層。在此，至少其一膜層含有數個根據該濾波器所傳送或反射而來之測量光線流束所選定的數個次層。該次層大致是由第一先質與第二先質之組合而構成之材料所組成。根據另款具體實施例，可提供有光學濾波器，其中含有一基材及複數個次層，各次層可合成而於該基材上構成一膜層。在此，可藉由交替方式令該基材曝出於兩種以上先質來產生各次層，在此可根據測量光線流束相關於該膜層’或是相關於該等次層其一或更多者的測量結果來選定其次層數目。這些濾波器可擁有窄於約〇.5奈米(nm)之頻寬Μ的頻譜通透性或反射性，其中該蚪係分別地爲位於從最局頻譜通透性或反射性向下〇.5 dB處之頻譜通透性或反射性完全寬度。在進一步示範性具體實施例裡，可提供含有基材及高折射指數材料與低折射指數材料之交替性膜層的光學濾波器’其中該高折射指數材料主要是由二氧化鈮組成。在一特疋具體實施例中，這些高折射指數材料膜層包含多個高折射指數材料的次層。本發明彼等及其他特性與優點將如後文參酌於隨附圖 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

556004 A7 ___ B7_____ 五、發明說明（b ) 式而加以說明。 [圖示簡單說明] 圖1A爲一光學濾波器之頻譜通透圖；圖1B爲一光學濾波器之截面略圖；圖1C爲一用於波長分割多工之光學濾波器截面略圖圖ID爲含有多個次層之膜層的光學濾波器截面略圖 f 圖2爲一波長分割多工光學通訊系統之略示圖；圖3A爲用以於一基材上構成出一膜層之系統區塊略圖；圖3B爲用以於一基材上構成出一膜層之系統區塊略圖，其中含有一光學探器以監視該基材的光學性質；圖3C爲說明膜層構成裝置之部份略圖，其中含有一具備監視擴充部份之反應室；圖4A- 4B分別爲一導波組裝之平面及截面視圖’其中含有由複數個次層所構成之膜層而定義的導波器。圖4C - 4D分別爲一頻道導波之平面及截面視圖，其中含有一光柵區域。 [元件符號說明] 150. 濾波器 152. 基材 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線-· 556004 A7 B7 五、發明說明（ 154. 膜層 156. 膜層 160. WDM濾波器 162. 基材 163. 膜層堆疊 164. 隔置膜層 166. 多膜層反射器 170. 濾波器 171 膜層 172. 基材 173. 膜層 175. 次層 300. 系統 302. 反應室 303. 真空室 304. 輸入璋 305. 來源模組 306. 離出埠 307. 個別來源 308. 個別來源 309. 機閥 310. 機閥 312. 電腦 314. 可調式雷射 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 蘑___ r Λ

訂---------線I ϋ n ϋ ϋ ϋ n ϋ -ϋ ^1 H ϋ H ϋ - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 556004 五、發明說明（ A7 B7 315. 室體孔洞 316. 基材 316A. 表面 316B. 表面 317. 封嵌 322. 接收器 331. 機閥 340. 光纖 341. 鄰接端 342. 波形 343. 脈衝序列 344. 鏡片 346. 熱性調節器 351. 基材 353. 供應方向 371. 反應室 373. 延伸體 375. 延伸端 377· 輸入口 380. 基材 381. 透窗 382. 基材握器 391. 惰性氣體流 392. 基材表面 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 556004 A7 ____— B7 五、發明說明（1) 393. 遞送機埠 400. 導波組裝 401. 基材 402. 脊型導波 404. 次層 420. 導波 422. 蝕刻通道 424. 基材 426. 次層 428. 光栅區域 430. 光柵元件 [發明詳細說明] 現請參酌於圖ΙΑ，此爲適合在一光學波長分割多工 (WDM)通訊系統內進行頻道選擇(頻道解多工)或頻道合倂( 多工)之光學濾波器頻譜通透圖，簡便地按中央波長爲；^。^ ，頻寬爲△又1與^ λ2來表示。這些頻寬△ ；^與^ λ2通常是分別被定義爲自一最高通透性Tmax下行至〇·5 dB處，和自該最高通透性Tmax下行至30 dB處0+完全寬度。標定出這些頻寬△ λ!與^ λ2是爲讓光學濾^器可分別地匹配於一特定中央波長，並決定該濾波器拒除鄰近波長的輻射之效率性應爲多高。對於光學WDM通訊系統，可將通訊頻道定義在 200 GHz、100 GHz、50 GHz 或 25 GHz 頻道-頻率間隔，這會在1500 nm光纖傳輸訊窗裡分別對應於頻道- 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

556004 A7 _B7__ 五、發明說明（（C ) 波長間隔約 1·6 nm、0·8 nm、0.4 nm 及 0.2 nm。圖 1A 雖按經組態設定以展示窄頻頻譜通透性之濾波器所說明，然該等濾波器可爲經組態設定以展現出窄頻反射性，或是其他反射性或通透性特點。例如，濾波器可經組態設定爲光纖雷射之增益調平器，或是爲射束切分器、隔離濾波器、增/刪多工器及幫浦雷射隔離器。圖1中略述一種示範性光學濾波器150。該濾波器150 包含一基材152,以及分別爲高折射指數材料與低折射指數材料的交替性膜層154、156。爲便說明，本圖所繪之濾波器150具有七個膜層，然實可供置更多或更少的膜層。可沉積出該等膜層154、156令以具有個別的光學厚度（真實厚度除以個別的折射指數），此爲設計波長的預定部份。常見者爲二分一波長與四分一波長光學厚度的膜層，但確可採取其他的膜層厚度。該光學濾波器150的反射性、通透性或其他性質係依照個別的膜層數目、膜層厚度與膜層合成成分而定。圖1C爲一示範性WDM濾波器160，其中含有一構成於基材162之上的膜層堆疊163。該膜層堆疊163包括多個多膜層反射器166及一隔置膜餍I64。該隔置膜層164 具有大致等於一濾波器中央波長二分一之整數倍數的光學厚度。該等多膜層反射器166包含具有高折射指數及低折射指數之個別材料的交替膜層。各膜層具有大致等於濾波器中央波長四分一的個別光學厚度。這些濾波器類似於圖 1B內所述的光學濾波器。可重複谁佈此膜層堆疊163 ;其 _____12 _______ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

A7 556004 ________B7^__ _ 五、發明說明（Λ ) 他類型的範例濾波器包括在單一基材上佈放兩組以上的膜層堆疊。此另外的濾波器堆疊膜層可具有大致類似的光學厚度。具三個膜層堆疊而適合於WDM應用之濾波器通常會具有12〇 - 180個的個別膜層。現參考圖1D，濾波器170包含膜層HI、173及一基材172。爲便於說明，該濾波器no中繪列僅兩個膜層，但通常濾波器可疊覆有如前所述般眾多膜層。膜層171含有複數個次層175,其中該次層數目及各次層的折射指數係經組態設定以提供經選定之光學厚度。在示範性具體實施例裡，各次層是由相同材料所構成，但在其他具體實施例中，可對爲該等次層供置兩種以上材料，使得該膜層 171具備根據各次層Π5之折射指數而定的有效折射指數。在本文中，該膜層會具有一折射指數，此指數値爲各次層之折射指數的函數，而各次層又具有不同的折射指數，而這個膜層會被稱爲加工折射指數膜層或是合成折射指數膜層，且分別具有一加工或合成折射指數。可例如交替疊放兩種具有不同折射指數材料之次層的方式來供置各次層。或另者，可供置各次層以構成一階變折射指數膜層，其中折射指數會單調性地隨著膜層厚度維度而增加或降彳氏，至少就以該膜層厚度的某部份而言。也可構建出具有#齊勻性折射指數之各次層。或另者，不同次層材料可提供一種合成折射指數，而此者並無法在含有單一次層材料之各次層的單膜層內所提供。也可利用各個不同材料次層的組合以獲得一種膜層，這種膜層會具備與其他該等次層之光 13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱1 ^ - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

556004 A7 ________Β7__ 五、發明說明（θ) 學性質互異的光學性質。後文中將說明該等次層175的次層構成方式。這種瀘波器在示範性Ν頻道WDM系統201的應用可如圖2所示。資料來源203、204供應頻道資料給個別的傳送器205、206，可分別在波長、λΝ產生經調變之光學信號(爲便說明，圖2中僅繪出頻道1和Ν)。經調變的光學信號會被送交到一個將此等信號合倂的頻道多工器(mux) 211。經合倂的光學信號再透過一通常爲光纖的傳送鏈路 213所傳送。經合倂的光學信號會被一頻道解多工器 (demux) 221所解多工，使得在波長λ!、λΝ的經調變光學信號會被分別遞送到接收器231、232，還原出頻道-1資料與頻道-Ν資料。該mux 211與demux 221各者含有想是如圖1C所示的光學濾波器。可利用如圖3A之系統300，來製作含有適於應用在光學多工器及解多工器之瀘波器的光纖。一反應室302架設於一真空室303內，其中供置有經組態設定以分別注入與汲出膜層先質的輸入埠304及離出埠306。在此，會從一來源模組305內的個別來源307、308處，在由電腦312或其他控制裝置所掌控之機閥309、310的控制下，將第一與第二先質供應給反應室302。通常，該電腦312爲像是個人電腦的專用微電腦，且經裝設以介面硬體’俾供控制該等機閥且能夠與其他週邊元件相互通訊。在此’對該控制器312裝設有包含多項電腦可執行指令以供操作該系統 300的電腦可讀取媒體，或是該等指令可透過一網路連線 14 _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

-I · I _ I I I I - «—— — — — — II I----------------I--- - - I A7 556004 ___B7____ 五、發明說明（Λ ) 或其他接至一網路電腦或工作站之遠端連線所接收。在此提供一可調式雷射314或其他光源，並經組態設定以照明位在該室體孔洞315處之反應室302周圍處的基材316。封嵌317可限制膜層先質流，使其不致經該室體孔洞315而從該反應室302流到該真空室303。來自於該可調式雷射314的光學射束會被導向到基材316，且該光學射束的反射部份會被照返至接收器322。該接收器322 係經組態設定以決定此光照反射部份之強度規模式、相位、極化狀態或其他特徵，並且將對應於該反射部份之選定特徵的電子信號遞交給電腦。即如圖3A所示，該光學射束的反射成分會被導至該接收器322。或另者，在其他範例裡，可將傳出或反射成分的其一或兩者導引至一接收器。通常，會對各個離出該反應室的光學射束成分提供以接收器，然確可於圖3A內組態設定一光學系統(未以圖示），選擇性地將兩者成分導引到單個接收器的方式來利用單個接收器。控制312可與先質來源模組305相互通訊。根據例如相關於該先質來源的溫度或壓力等測量結果，該控制器 312可確認一特定先質來源現落屬可接收作業範圍，從而可順利地將相關的先質提供給該反應室302。該控制器312 也會與該反應室302及該基材316相互通訊，俾確認確已觸抵例如某選定的反應室壓力、氣體內容或溫度。爲便說明，圖3A內並未繪出爲提供溫度、壓力或其他資料所必需的感測器。同時，本圖內亦未繪出如調節器、加熱器、 ___ 15 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

556004 A7 _B7__ 五、發明說明（A) 幫浦及其他所需用以建立該等及其他處理條件的元件。系統300係經組態設定以令該控制器312可選接取其一或更多淨除氣體以供透過一機閥331來潔淨該反應室302,或可控制一加熱元件(未以圖示)以供潔淨該反應室表面。在由該控制器312決定任何所需待以供應至該反應室 302之先質來源或先質來源組合後，該反應室302現爲備妥狀態，則該控制器312會啓動一序列該基材301表面之 316A對於該選定先質的曝出作業。通常，該控制器312會藉對基材301以交替方式提供其一或更多的先質脈衝遞送，來控制該基材301對於先質的曝出作業。現參考圖3A，在此將一序列的第一先質脈衝(即如波形342所表示)提供給該反應室302。這些脈衝可爲對應於足以實質地令該表面316A飽和充滿該第一先質的先質壓力、溫度或體積等任者。在此，表面「飽和」充滿某先質是指一種處理程序，其中任何對於該先質的額外表面曝出皆會產生在該表面上該先質量的變動，而此先質量會少於類似之先前曝出作業所產生者。例如，拉長第一脈衝Tpulsel的時段通常並不會產生正比於脈衝時段變動的第一先質表面覆蓋率之變化。在將該基材曝出於該第一先質後，該控制器312會導引該機閥331爲關閉，且經一延遲Tdelay後，開啓該機閥331以將時段Tpulse2的第二先質脈衝(脈衝序列343的第一脈衝)提供給該反應室302。在一延遲時段Tdelay裡，可利用惰性氣體或其他氣體來淨除該反應室302,或是在該控制器312 的導引下連接到一真空幫浦。可另提供額外的延遲時間。 16 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

A7 556004 __B7______ 五、發明說明（6 ) 在此，雖可利用多個連接及制斷於該反應室302之相對應先質來源機閥來產生不同先質的脈衝，然不同先質脈衝通常會是按含有像是氮器之惰性氣體的氣相擴散屏障所區隔。亦可將其他材料引入該反應室302以供例如調節各膜層與次層內的氧氣含量。第一先質脈衝條件的選定方式係實質地令飽和該表面，第二先質脈衝條件的選定方式則是爲令該第二先質可與所有沉積於表面316A上的第一先質相互反應。在引入各個先質脈衝後，基材316的表面316A會含有由第一及第二先質所組成的化合物次層。藉由如圖3A般脈衝交替，可控制各次層裡像是厚度、折射指數、密度等參數，而得控制由各次層所構成之膜層性質。各次層的厚度通常是 0.05 nm到〇.5 nm，且構成出多個次層以產生具有如四分一或二分一波長之選定光學厚度的膜層。由於是藉由利用雷射314及接收器322來監視沉積程序來決定諸如次層厚度等性質，因此該控制器可選定將於其一或更多膜層內疊覆構成之次層數目，俾達到各項目標光學性質。藉由例如增加超過預先設計之次層來選定次層數目’構成少於根據預定設計所預期的次層數或是更改次層組成成分，可對施加於表面316A上的光學鍍層提供精確的特徵與控制結果〇在基材316的曝出於脈衝的期間，或是在延遲期間，氣體擴散屏障時間間隔’或者因對膜層或次層進行評鑑而引生的延遲時段’雷射314所產生之光學射束的反射部份 17 本紙張尺度適用中國i標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •--------訂--------線 A7 556004 _____B7_ 五、發明說明（屮）會朝向該接收器322處。控制器312會接收來自對應於該雷射射束既收部份之接收器322的電子信號或其他信號。根據這個信號，該控制器312會調整處理條件以導控該膜層構成程序，俾產生具預定性質的膜層，或產生具預定性質的膜層堆疊。例如，一序列膜層的反射性及通透性會按照各膜層的膜層厚度及折射指數而定。可藉由調整先質來源性質（像是溫度或壓力）、選取曝出脈衝寬度，或是控制用於構成某特定膜層之曝出數目等方式，來控制這種膜層性質。例如，倘若須達到一特定膜層厚度，則可改變所沉積的次層數目。而在其他的代表性範例中，可爲構成額外次層、構成較少次層，或是選用不同的先質或先質參數。現參考圖3B，在此供置有一光學監視系統，其中包含接收器322及雷射314。該雷射314所產生的雷射射束會朝向部份握存於一探線承體內之光纖340 (或是其他光學導管或中繼光學系統)的鄰接端341。鏡片344可將該雷射射束從該光纖340的尾端345導向該表面316A，並接收該雷射射束的反射部份，而將該反射部份導向該光纖340的尾端345。即如圖3B所示，該光纖340將雷射射束遞送至表面316B，接收來自於表面316A的反射光線，然後將反射光線遞交給該接收器322。在其他示範性具體實施例裡，供設有額外的光纖以便讓將雷射射束遞交給該基材316, 並透過另外的光纖回返至該接收器322。可採應用多模式或單模式光纖，且光纖可爲極化維固性者。爲降低光纖 340及承體342的熱度，可供置熱性調節器346。 18 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •________訂________線丨0 — 1ΙΙΓ— — — — — — — — — — — — — — — — A7 556004 ___B7_____ 五、發明說明（A ) 如圖3A的系統可經組態設定以握持多重個基材。這些基材可沿著或相對於某先質流或先質供應方向而座置’ 使得被遞送給一基材的先質量可隨著基材的位置而改變。例如，圖3A也說明另款基材351，此者截跨位於一先質供應方向353，而在其他的具體實施例裡，基材可沿著這種供應方向而置放。此外，可安裝單一基材，以使得被遞送給該基材表面的先質量能夠按照表面的位置而改變。這種定位方式可供以構成出具有越於該基材表面而變動(單維或二維方式所變化)之性質的膜層。這種定位也可供以於單一個膜層建構步驟裡，能夠在個別基材上構成不同的膜層。可在膜層建構過程中，對單一基材表面或是其一或更多基材表面上的其一或更多位置進行監視，以控制膜層構成作業，即如圖3B所示。在一代表性範例裡，可按選定基材裝設單一光學監視器。可對該基材的先質供應加以組態設定，使得沉積於一基材上之膜層測量結果能夠供以決定膜層性質，而同時處理剩餘的基材。在一些系統裡，先質遞送作業與基材條件在整個反應室中可爲足夠地固定，使得在該反應室中進行處理的多個或全部基材能夠接收到大致相同的膜層。在其他範例裡，對基材的先質遞送的縱斷或其他梯度性，可產生具有沿著該梯度軸位置而改變之性質的膜層。而又在其他的具體實施例裡，因先質供應或基材的先質滯延而產生之先質遞送至基材的橫越或縱斷梯度或是其他的非均勻性，都會造成個別基材具有個別膜層，而其中的中央波長會 19 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 556004 ___B7____ 五、發明說明（J ) 隨著基材上的位置而變動。對此，可將單個具有如此膜層的基材切分爲兩個以上具有不同個別中央波長的濾波器。如此，單一鍍層構成作業可產生出按於複數個中央波長的多重濾波器。即如圖3A所示，供置有一基材316以決定待加沉積的次層數目。在其他範例中，可置放一透窗並令其組態設定以接收大致相同次層而爲次層，使得不會令某一次層作爲監視之用。該透窗通常是被維持在大約與該基材相同的溫度，並且是由相同或類似材料所製成。照射在將構成出各次層之表面上的雷射射束可具有一對應於該濾波器所採行之波長的中央波長，或是具有不同的中央波長。此外，該雷射射束可具有窄型頻寬，或者爲利用寬型頻寬之光線射束。利用寬型頻寬照射方式，該接收器可包含利用繞射光柵之光學頻譜分析儀、稜鏡、Fabry-Perot標準器或是其他的頻譜選擇性裝置，以供頻譜分析自該基材所回返的光線。厚度、折射指數與其他膜層性質亦可按橢圓測量方式決定’在此情況下可將接收器組態設定以包含一橢圓測量元件。倂合於橢圓測量頻譜分析裝置，控制器可包含一軟體元件，該者可加調適俾決定「經計算」或「如沉積」膜層、次層或薄膜各項性質；根據初始設計來導引多重膜層構成作業；提供原始設計的變化結果；及/或拒絕或接受所構成出的膜層。現參考圖3C，一反應室371可含有一延伸體373，而此者終結於延伸端375。透窗381位在該延伸端375處。 ___ 20 _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ·

訂---------線U 556004 A7 _______B7_____ 五、發明說明（) 在該反應室371內，基材380是由一基材握器382所握持。可選定該延伸體373的長度與該延伸端375的直徑或寬度，使得在輸入口 377處進入該反應室371的先質，並不會以足致構成膜層或次層的量來觸抵該透窗381，以避免糊化基材光學監視作業。或另者，可設計像是氮氣的惰性氣體以防止次層材料累積於監視透窗上。圖3C中所示的範例裡，惰性氣體流391會經一遞送機埠393而被導向越於該基材表面392。一種對於WDM濾波器特別適合的高指數材料爲二氧化鈮(Nb2〇5)。可利用h2〇與Nb(OC2H5)5作爲先質而構成出二氧化鈮，並令該反應室371溫度維持在約攝氏15〇一 350度。其結果二氧化鈮次層與膜層具有約2·3 — 2.5的折射指數，且大致爲非晶質(即非爲結晶性），而構成在像是玻璃與熔融石英等材料的典型光學表面上。適合利用如圖3A-3C之選定次層沉積系統來產製出光學濾波器的其他材料可包含Ti02、ZnS、Ta2〇2、SrS、

ZnO、Hf02、CaS、Ga203、Y203、Al2〇3、ZnF3、SrF2、

CaF3、BaS、Co02、ZnO、AIN、ZnSe、Ce2〇3、Ce〇2、 Bi2〇3及MgO。可利用例如二氧化鋁及二氧化鈮，或是二氧化鋁及二氧化鉬各交替膜層來構成濾波器。可按氯化物或有機化合物的方式，像是三甲基鋁，來供應各膜層先質 ’並且可運用不同的先質來構成屬於相同材料的次層。含有諸多次層的膜層一般在構成出該等次層相關溫度之溫度下，通常是（TC到27〇。(：之間，並不會展現出張力 _ 21 本紙張尺度適用國家標準（CNS)X4規格（21〇)< 297公釐）一"-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

A7 556004 ____ B7___ 五、發明說明（y° ) 。相對地，由其他方法所沉積出的膜層或會在室溫下呈現出張力，而只有在較高溫度時才會成爲無張力。此外，各次層會含有一些用以構成彼等次層的反應物餘質。例如，以有機化合物所構成之次層通常會含有殘餘碳質的痕跡，而且會集縮成每百萬數個粒子。像是WDEM濾波器的濾波器可構成在一平面基材上或一弧形表面上，即如透鏡、反射鏡或其他光學元件。由前述方法所構成的膜層可均勻一致地覆蓋於基材上，並可覆蓋於弧形表面上。除了經組態設定爲平行於其厚度維度之光線傳播的膜層外，這種膜層也可被組態設定以應用在光線傳播爲與該厚度維度相互垂直。參可圖4A- 4B，一導波組裝400包含一基材401及脊型導波402，此爲由一介電或其他材料所製成，且其中含有複數個例如依照前文所述方式而構建之次層404的膜層所定義者。該等次層404 可屬單一材料，或是利用不同材料之次層，來構成單一膜層以獲得一加工性或合成性折射指數。也可利用含有諸多次層之膜層，來構成其他組態之導波及導波裝置。圖4C - 4D即說明一示範性導波420，經定義於基材424的蝕刻通道422內。在此，會以由複數個次層426所定義之膜層，來塡充或部份地塡充該通道422 。該導波420也包含一光柵區域428，這是由折射指數或其他光學性質的交替性或週期性變化所定義。該光柵區域 428裡包含複數個光柵元件430，彼等可構成作爲由複數個次層所定義之膜層的某部份，而抑或無須此膜層。可依照 22 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

556004 B7 五、發明說明（—）多種方式來將膜層進行樣式化，俾構成導波及光柵區域。例如，可利用微影蝕刻技術來構成某樣式，藉此定義出屏障物的樣式。而在發展該屏障物後將’可移除掉部份的屏障物，然後再藉由像是電漿蝕刻或其他濕性或乾性蝕顆處理的蝕刻處理程序列，來移除該等膜層的曝出部份。本發明雖係按參酌於數款具體實施例所描述，然對於熟諳本項技藝之人士而言，應即知悉可將彼等具體實施例之排置及細節方式加以變化，而無虞悖離本發明原理，且該等具體實施例之說明不應被詮釋爲屬本發明限制者。吾人在此主張一切由後載之申請專利範圍所涵蓋者。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · 訂---------線丨康 I I Γ I I ί— — — — — — — — — — — — — — — —

' _ μ D 本氏張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑵◦ X挪公

Claims

556004 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 ΐ·一種用以構成一多膜層光學濾波器的系統，其中包含： (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 一反應室，經組態設定以包封該基材鍍層表面’該反應室包含至少一個注入孔，經組態設定以供應兩種先質至該鍍層表面，該等先質可在該反應室中相互反應以產生一膜層材料；一先質曝出控制器，係經組態設定以交替地遞送至少兩種以上先質的脈衝至該鍍層表面，其中彼等先質相互反應，藉由膜層材料累積於此鍍層表面上而構成該膜層；一監視器，經組態設定以於膜層的構成過程中或之後，測量該樣本的鍍層表面的特徵，並提供相對應於該測得特徵之監視器輸出；一控制器，其連接於該監視器，該控制器包含有經組態設定以根據該監視器輸出，選取將遞送至該鍍層表面之脈衝數目的脈衝選取器。 2·如申請專利範圍第1項之系統，其中該反應室包含一具有環週孔洞的室壁，且經設定以握持該基材，使得該鍍層表面會朝向該反應室的內部，而該基材的第二表面則朝向面離於該反應室的內部。 3. 如申請專利範圍第2項之系統，其中更進一步包含一位於該基材和該室壁間之環週孔洞處的封嵌，此封嵌係經組態設定以防止先質流逸離此反應室。 4. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該反應室包含一監視器透窗，此監視透窗置放方式係以避免受曝於至少本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 556004 A8 題 D8 六、申請專利範圍其中一先質。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 5.如申請專利範圍第4項之系統，其中更包含一流體屏遮，經組態設定以令一相對於該流體屏遮所置放之監視透窗，可實質地位於該先質流體外部。 6·如申請專利範圍第1項之系統，其中該監視器係經組態設定以測量該鍍層表面的光學性質。 7. 如申請專利範圍第6項之系統，其中該光學性質爲反射比或透射比。 8. —種用以構成一多膜層光學瀘波器的裝置，該裝置包含：一反應室，經組態設定以握持一基材，該反應室可定義一監視孔洞；至少一先質注入孔，以承納至少一種先質進入該反應室；至少一離出機埠，以從該反應室中移除先質；一光學測量系統，其中包括一源處，其經組態設定以產生測量光線流束，並且將該測量光線流束導向穿過該監視器孔洞，以及一接收器，其經組態設定以接收從該測量孔洞處之測量光線流束部份；及一控制器，可與該接收器相互連訊，並經組態設定以根據回返到該接收器之測量光線流束的測量結果，來選定該基材曝出於至少一反應物的交替曝出次數。 9. 如申請專利範圍第8項之裝置，其中該源處爲一雷射。 2 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐） 556004 六、申請專利範圍 10·如申請專利範圍第8項之裝置，其中該接收器包含一光學頻譜分析儀。 f請先閲讀背面之注意事項再填'寫本頁} 11·如申請專利範圍第8項之裝置，其中更包括經組態設定以旋轉在該反應室之基材的行星系統。 I2·如申請專利範圍第11項之裝置，其中該控制器係經組態設定以決定該基材的旋轉速率。 13.—種用於原子膜層磊晶之反應室，其中包含：一外壁；一經定義於該外壁內之孔洞；一位於該孔洞處之基材握持器；及一封嵌，爲以阻擋在此基材及該外壁之間的先質流體〇 14·一種用以於基材上構成膜層的方法，其中包含：將一測量光線流束遞送至該基材表面；線將該基材表面交替地曝出於第一先質及一第二先實，該等第一及第二先質可互相作用而構成出第一材料；令該等第一及第二先質在該表面上構成第一材料的次層；及根據從該表面處所接收之部份測量光線流束測量結果，來決定該次層，或者是該次層與先前於該表面上所構成次層之組合的特徵。 15·如申請專利範圍第14項之方法，其中更包括令該基材表面交替受曝的步驟，而曝出次數係依照該部份測量光線流束之測量結果所決定。 3 紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ' ' 556004 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 16.如申請專利範圍第15項之方法，其中決定該次層特徵或是該次層與先前於該表面上所構成次層之組合的特徵之步驟，係基於所接收來自與決定該特徵之局部處不同的表面部份之測量光線流束部份測量結果。 17·如申請專利範圍第15項之方法，其中該測量結果係透射比或反射比的測量結果。 18_如申請專利範圍第15項之方法，其中該測量結果係依波長之函數的透射比或反射比之測量結果。 19.如申請專利範圍第15項之方法，其中該測量結果係橢圓對稱測量結果。 20·—種電腦可讀取媒體，其含有電腦可執行指令，以根據基材測量結果，選取在原子膜層沉積作業中所構成之次層數目。 21.—種波長分割濾波器，含有複數個高折射指數與低折射指數材料之交替膜層，其中各膜層中至少一個含有數個次層，其數目係根據該濾波器所傳送或反射之測量光線流束而選定。 2 2 ·如申g靑專利範圍弟21項之波長分割爐波器，其中該次層主要是由一第一先質與一第二先質之合成所構成。 23. —種光學濾波器，其包含：一基材；複數個次層，其合倂以於該基材上構成至少一膜層，該等次層係藉由令該基材交替曝出於兩種或兩種以上之先質所產得，其中該等次層的數目係根據相關於該膜層或是 4 本紙張尺度適財酬家鮮(CNS)A4祕(21G X 297公愛) "~ 556004 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍其一或更多次層之光學性質的測量結果而選定。 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 24. 如申請專利範圍第23項之光學濾波器，其中該等次層係經組態設定以根據一光學放大器增益頻譜來產生頻譜傳通性。 25. 如申請專利範圍第23項之光學濾波器，其中該濾波器具有一頻譜傳通性或反射性，其具有小於1.0 nm頻寬的Δλ:，其中該△又1爲分別位在離於該頻譜傳通性或反射性最高之下〇.5dB處的頻譜傳通性或反射性之完全寬度。 26. 如申請專利範圍第25項之光學濾波器，其中該頻譜寬度小於約0.5 nm。 27. 如申請專利範圍第25項之光學濾波器，其中該頻譜寬度小於約0.1 nm。 28. 如申請專利範圍第23項之光學濾波器，其中至少一膜層主要是由鈮氧化物組成。 29. —種光學濾波器，其包含：一基材；及具有第一折射指數之第一材料與具有第二折射指數之第二材料之交替性膜層，其中該第一材料主要含有鈮氧化物。 30. 如申請專利範圍第29項之光學濾波器，其中該第二材料主要含有鋁氧化物。 31. 如申請專利範圍第29項之光學濾波器，其中該第一材料膜層包括至少一個次層。 32. 如申請專利範圍第31項之光學濾波器，其中該第 5 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐） 556004 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍二材料主要含有鋁氧化物。 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 33. —種光學膜層，其含有複數個至少兩種不同次層材料的次層，其中該膜層的各項光學性質會是各次層材料之光學性質的函數。 34. 如申請專利範圍第33項之光學膜層，其中該膜層具有一進入表面及一離出表面，係經組態設定以分別地接收一光線射束以及將所接收之光線射束射出，其中該膜層之光學性質會單調地沿實質平行於該進入表面或該離出表面之厚度維度而改變。 35. 如申請專利範圍第34項之光學膜層，其中會單調地改變的光學性質爲折射指數。 6 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐）