TWI530720B - 光波導及光波導的製作方法 - Google Patents

Description

光波導及光波導的製作方法

本發明涉及一種光波導及一種光波導的製作方法。

光訊號傳輸中一般倸用光波導作為光傳輸介質，當極高頻的光訊號在光波導介質中傳輸時，易因光波導的幾何外形設計而影響其傳導特性。尤其是當光波導以一定曲率半徑做彎曲時，在轉角處的部分光線由于入射角小於臨界角，不滿足全反射條件，這部分光線由于折射而容易產生極大的非預期傳播損耗，然而過小的曲率半徑，其曲率變化太快會導致散射損耗增加，緩慢的曲率變化雖然可降低散射的損耗，但卻會增加元件的長度，使成本增加。

鑒於上述狀況，有必要提供一種能克服上述問題的光波導及一種光波導的製作方法。

一種光波導，其包括基底及嵌設在該基底上的導光層，該導光層包括第一側面、第二側面、第三側面、第四側面與第一反射面，該第一側面平行於該第二側面，該第三側面平行於該第四側面，該第三側面與該第一側面相連接形成一第一鈍角，該第一反射面位於該第二側面和該第四側面之間且連接該第二側面及該第四側面，該第一反射面與該第二側面連接所成的第一銳角為α 1，該 第一鈍角為θ 1，α 1與θ 1之間滿足α 1<(180°-θ 1)，該基底包括平板狀基板及位於該平板狀基板上的脊型結構，該導光層嵌設在該脊型結構中，該脊型結構的材質與該平板狀基板的材質相同。

一種光波導的製作方法，其包括：提供一基底；在該基底的表面塗佈一層導光材料層；在該導光材料層上塗布一層光阻層；提供一個如上所述之導光材料層對應圖形之光罩，倸用此光罩對該光阻層曝光，顯影後在該導光材料層上形成一蝕刻阻擋層；蝕刻未被該蝕刻阻擋層遮蓋的該導光材料層；移去該蝕刻阻擋層，以得到與該光罩形狀對應的導光層；及將該導光層擴散於該基底內。

相較先前技術，本發明提供的光波導及光波導的製作方法，在導光層的外側設置了反射面，且角度滿足α 1<(180°-θ 1)，使在導光層內傳播的光線入射至反射面的入射角增大，從而增加在導光層內發生全反射的光線數量，進而減少光線損失。該光波導應用在光通訊網絡，光損失低，具有較好的導光特性。

100，110，120‧‧‧光波導

11‧‧‧第一側面

13‧‧‧第二側面

15‧‧‧第三側面

17‧‧‧第四側面

12‧‧‧第一反射面

19‧‧‧第五側面

21‧‧‧第六側面

14‧‧‧第二反射面

30，302‧‧‧基底

301‧‧‧脊型結構

303‧‧‧平板狀基板

310‧‧‧第一側邊

320‧‧‧第二側邊

330‧‧‧第三側邊

340‧‧‧第四側邊

350‧‧‧連接面

40,401‧‧‧導光層

50‧‧‧平板

501‧‧‧蝕刻遮罩

60‧‧‧導光材料層

70‧‧‧光阻層

80‧‧‧光罩

82‧‧‧蝕刻阻擋層

圖1是本發明第一實施例提供的一種光波導的立體示意圖。

圖2是圖1的光波導的平面示意圖。

圖3是圖1的光波導的光路示意圖。

圖4是本發明第二實施例提供的一種光波導的平面示意圖。

圖5是本發明第三實施例提供的一種光波導的平面示意圖。

圖6-圖10是本發明第一實施例提供的光波導的製作方法的步驟示意圖。

下面以具體實施方式並結合附圖對本發明提供的光波導及光波導的製作方法作進一步詳細說明。

請一併參閱圖1-2，本發明第一實施例提供的一種光波導100。該光波導100為脊型光波導，其包括基底30及嵌設在該基底30上的導光層40。該基底30包括一平板狀基板303及位於該平板狀基板303上的脊型結構301，該導光層40嵌設在該脊型結構301中，該導光層40包括第一側面11、第二側面13、第三側面15、第四側面17與第一反射面12，該第一側面11與該第二側面13相背設置且相互平行，該第三側面15與該第四側面17相背設置且相互平行，該第三側面15與該第一側面11相連接形成一第一鈍角，該第一反射面12位於該第二側面13和該第四側面17之間且連接該第二側面13及該第四側面17，該第一反射面12與該第二側面13連接所成的第一銳角為α 1，該第一鈍角為θ 1，α 1與θ 1之間滿足α 1<(180°-θ 1)。

請參圖3，假設光線L以平行於第一側面11的方向在導光層40內傳播並入射至第一反射面12，該第一反射面12的法線為H，該入射角為β 1。若導光層40不存在第一反射面12，而是第二側面13與第四側面17直接連接(參虛線所示)，光線L將入射至第四側面17，該第四側面17的法線為h，該入射角為β 2。由圖3可知，β 1=90°-α 1,β 2=90°-(180°-θ 1)，因此，β 1-β 2=90°-α 1-90°+(180°-θ 1)=180°-θ 1-α 1，又因α 1<(180°-θ 1)，故β 1- β 2>0。因此，設置第一反射面12使光線L的入射角增大，從而增加在導光層40內發生全反射的光線數量，進而減少光線損失。該光波導100應用在光通訊網絡，光損失低，具有較好的導光特性。

另外，為了減少脊型側壁對光信號傳播的損耗，本實施方式中，該脊型結構301的形狀與導光層40的形狀相匹配。請參閱圖7，該脊型結構301包括第一側邊310、第二側邊320、第三側邊330、第四側邊340與連接面350，其中該第一側邊310與該第二側邊320相背設置且相互平行，該第三側邊330與該第四側邊340相背設置且相互平行，該第三側邊330與該第一側邊310相連接形成一第三鈍角θ 3，該連接面350位於該第二側邊320和該第四側邊340之間且連接該第二側邊320及該第四側邊340，該連接面350與該第二側邊320連接所形成的第三銳角為α 3，該第三鈍角為θ 3，α 3與θ 3之間滿足α 3<(18)°-θ 3)。且該α 3=α 1，θ 3=θ 1。

請參閱圖4，圖4提供的是本發明第二實施例的光波導110的結構示意圖，該光波導110與第一實施例的光波導100的結構基本相同，其不同之處在與該光波導110的基底302呈平板型，該導光層40直接嵌設在該基底302中，該光波導110為平面光波導。

請參閱圖5，本發明第三實施例提供的光波導120的結構示意圖，該光波導120與第一實施例的光波導100的結構基本相同，其不同之處在與該光波導120的導光層401還包括第五側面19、第六側面21與第二反射面14，該第五側面19與該第六側面21相背設置且相互平行，該第三側面15位於該第一側面11與該第五側面19之間，該第五側面19與該第三側面15相連接並在連接處形成一第二鈍角 ，該第二反射面14位於該第四側面17與該第六側面21之間且連接該第四側面17與該第六側面21，該第二反射面14與該第四側面17連接所形成的第二銳角為α 2，該第二鈍角為θ 2，α 2與θ 2之間滿足α 2<(180°-θ 2)。在本實施方式中，該α 1等於該α 2,θ 1=θ 2，在其它實施方式中，該α 1也可以不等於該α 2。本發明第一實施例光波導100的導光層40包括一個反射面，第三實施例光波導120導光層401包括兩個反射面。在其它實施例中導光層還可包括兩個以上的反射面，從而達到光波導的大角度彎曲設計。而且導光層可以嵌設入具有脊型結構的基底中形成脊型光波導，也可以嵌設入平板狀基底中形成平面光波導。

請參圖6-10，本發明第三實施例還提供一種光波導100的製作方法，其包括以下步驟：

步驟S1：提供基底30。請參閱圖7，該基底30包括一平板狀基板303及位於該平板狀基板303上的脊型結構301。

本實施方式中以濕式蝕刻法制作脊型結構301。請參圖6-7，具體步驟為：提供一平板50，該平板50的材質為鈮酸鋰或者鈮酸鋇。採用黃光微影在該平板50上定義出脊型圖案，在該脊型圖案表面鍍上一層金屬鉈作為蝕刻遮罩501，請參閱圖6，該蝕刻遮罩501覆蓋部分該平板50。

將表面鍍有蝕刻遮罩501的平板50放於苯甲酸溶液或者己二酸溶液中進行質子交換。該平板50上未被該蝕刻遮罩501覆蓋的部分會進行質子交換。其中質子交換的時間為6小時。

將質子交換後的平板50置於蝕刻液中進行蝕刻，蝕刻所得的脊型 結構301的厚度為3um左右。此處所用的蝕刻液由HF與HNO₃的摩爾比為1：2所組成，這樣能達到最快的蝕刻速率，蝕刻時間為3小時。去掉該蝕刻遮罩，便得到具有脊型結構301的基底30，請參閱圖7。

步驟S2：在該基底30的表面塗布一層導光材料層60。本實施方式中，是在脊型結構301上塗布導光材料層60；

步驟S3：在該導光材料層60上塗布一層光阻層70。請參閱圖8，其中，該導光材料層60的厚度介於0.6~0.8um，該導光材料層60的材料為鈦、鎳、鋅、鎵或者鋅鎳合金。優選地，選鈦作為導光材料層60。在脊型結構301表面形成該導光材料層60的方法為電子束蒸發鍍膜法或射頻濺射鍍膜法。

步驟S4：提供一個與導光層40對應圖形之光罩80，並利用該光罩80對該光阻層70曝光顯影後在該導光材料層60上形成一蝕刻阻擋層82。此處選用不透光之光罩80，在其他實施例中，光罩也可以透光光罩。具體情況依光阻的性質而定。

步驟S5：蝕刻未被該蝕刻阻擋層82遮蓋的該導光材料層60。該步驟蝕刻所用的蝕刻液為HNO₃。

步驟S6：移去該蝕刻阻擋層82，便得到與該光罩80形狀對應的導光層40。導光層40形成在該脊型結構301的表面。

步驟S7：將該導光層40擴散于於該脊型結構301內。請參閱圖10，本實施方式是採用高溫擴散方法將導光層40形成於該脊型結構301內。具體做法是將基底30及導光層40均放入高溫爐中進行導光層40的擴散，其中，高溫爐的溫度為1020℃，時間為4~8小時 。導光層40會擴散進入脊型結構301內，用以改變晶體的折射率分佈，從而得到如圖1所示的光波導100。

該光波導110的製作方式和該光波導100的製作方法類似，其不同之處在與不需要在平板50上製作脊型結構，只需要一道光罩，採用黃光微影在基板上來形成導光層，在這不再贅述。

該光波導120的製作方式和該光波導100的製作方法類似，其不同之處在于形成該光波導的脊型結構和光波導圖案所需的光罩形狀不同，在這不再贅述。

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援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

30‧‧‧基底

301‧‧‧脊型結構

303‧‧‧平板狀基板

40‧‧‧導光層

Claims (10)

1. 一種光波導，其包括基底及嵌設在該基底上的導光層，該導光層包括第一側面、第二側面、第三側面、第四側面與第一反射面，該第一側面與該第二側面相背設置且相互平行，該第三側面與該第四側面相背設置且相互平行，該第三側面與該第一側面相連接形成一第一鈍角，該第一反射面位於該第二側面和該第四側面之間且連接該第二側面及該第四側面，該第一反射面與該第二側面連接所形成的第一銳角為α 1，該第一鈍角為θ 1,α 1與θ 1之間滿足α 1<(180°-θ 1)，該基底包括平板狀基板及位於該平板狀基板上的脊型結構，該導光層嵌設在該脊型結構中，該脊型結構的材質與該平板狀基板的材質相同。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光波導，其中：該導光層還包括第五側面、第六側面與第二反射面，該第五側面與該第六側面相背設置且相互平行，該第三側面位於該第一側面與該第五側面之間，該第五側面與該第三側面相連接並在連接處形成一第二鈍角，該第二反射面位於該第四側面與該第六側面之間且連接該第四側面與該第六側面，該第二反射面與第四側面連接所成的第二銳角為α 2，該第二鈍角為θ 2，α 2與θ 2之間滿足α 2<(180°-θ 2)。
3. 如申請專利範圍第2項所述的光波導，其中：該α 1等於該α 2。
4. 如申請專利範圍第2項所述的光波導，其中：該α 1不等於該α 2。
5. 一種如申請專利範圍第1項所述之光波導的製作方法，其包括以下步驟：提供一基底；在該基底的表面塗布一層導光材料層；在該導光材料層上塗布一層光阻層； 提供一個與如申請專利範圍第1項所述之導光層對應圖形之光罩，並利用該光罩對該光阻層曝光顯影後在該導光材料層上形成一蝕刻阻擋層；蝕刻未被該蝕刻阻擋層遮蓋的該導光材料層；移去該蝕刻阻擋層，以得到與該光罩形狀對應的導光層；及將該導光層擴散於該基底內。
6. 如申請專利範圍第5項所述之光波導的製作方法，其中：該基底包括一平板狀基板及位於該平板狀基板上的脊型結構，該脊型結構包括第一側邊、第二側邊、第三側邊、第四側邊與連接面，該第一側邊與該第二側邊相背設置且相互平行，該第三側邊與該第四側邊相背設置且相互平行，該第三側邊與該第一側邊相連接形成一第三鈍角，該連接面位於該第二側邊和該第四側邊之間且連接該第二側邊及該第四側邊，該連接面與該第二側邊連接所成的第三銳角為α 3，該第三鈍角為θ 3，α 3與θ 3之間滿足α 3<(180°-θ 3)，且α 3=α 1，θ 3=θ 1。
7. 如申請專利範圍第5項所述之光波導的製作方法，其中：該基底為平板型。
8. 如申請專利範圍第5項所述之光波導的製作方法，其中：該基底的材質為鈮酸鋰或者鈮酸鋇。
9. 如申請專利範圍第5項所述之光波導的製作方法，其中：該導光層的厚度介於0.6~0.8um。
10. 如申請專利範圍第5項所述之光波導的製作方法，其中：該導光層的材料為鈦、鎳、鋅、鎵或者鋅鎳合金。