TWI752831B - 積體雙翼式光電感測核心晶片 - Google Patents

Abstract

提供一種積體雙翼式光電感測核心晶片，至少包含：非線性光學基板、第一波導結構、第二波導結構及波導連接光纖。非線性光學基板、該第一波導結構及該第二波導結構為相同的非線性光學材料所構成。第一波導結構與第二波導結構係以獨立於非線性光學基板外部的波導連接光纖連接，因此第一波導結構及第二波導結構可以於縱向重疊，而且於橫向及縱向皆可以被設置為彼此靠近，所以積體雙翼式光電感測核心晶片得以小型化及能夠滿足互易性。積體雙翼式光電感測核心晶片可以適用於光纖感測器，光纖感測器可以是光纖陀螺儀或光纖電流感測器。

Description

積體雙翼式光電感測核心晶片

本發明關於一種積體光電感測核心晶片(Integrated optical sensing core chip)，尤其是指整合積體光耦合器與積體光電調制器於單一材料所形成的非線性光學基板上的積體雙翼式光電感測核心晶片(Integrated biplane optical sensing core chip)。

光纖感測器具有靈敏度高的優點，可以被用來量測聲音、溫度、壓力、角速度及磁場等各種變化量，例如用於光纖陀螺儀或光纖電流感測器。目前光纖陀螺儀面臨微型化的需求，因此有如中國發明專利授權公告第CN101476889B號(以下稱為文獻1)所述，將傳統一整個光纖陀螺儀分為兩個單元，分別為包含光纖環、Y波導相位調制器及光耦合器的前端敏感單元，以及包含信號處理電路、光源、光探測器及信號輸入輸出接口的後端處理單元，並且依據使用場合而調節連接前端敏感單元及後端處理單元的光纖的長度，以將前端敏感單元小型化。然而這只是將傳統一整個光纖陀螺儀分為獨立的兩個單元之後再以光纖連接，如果以整體觀之，並非真正的將整個光纖陀螺儀小型化。

有關於前端敏感單元小型化的方式，又如同中國發明專利授權公告第CN101216317B號(以下稱為文獻2)所述，將傳統分束器(相當於文獻1的光耦合器)及Y波導調制器整合設置於鈮酸鋰基底材料，成為多功能積體光電感測晶片(Multifunction Integrated Optical Circuit，MIOC)，以符合小型化的發展趨勢。然而鈮酸鋰基底材料為非線性光學材料與不完美之光學波導，導致可能的漏光情形，因此光波在傳播時會產生非互易性(non-reciprocal)的問題。文獻2為了解決光波在非線性光學材料上的非互易性問題，特意將視為分束器功能的第一Y分支波導的兩分支端，以及視為Y波導調制器的第二Y分支波導的兩分支端，皆設在平行四邊形晶片的同一側而形成四個並列的端口。換言之，第一Y分支波導的兩分支端的前端部形成第一夾角，第二Y分支波導的兩分支端的前端部形成第二夾角，第一夾角的開口與第二夾角的開口朝向相同方向，而且第一Y分支波導的兩分支端的末端部與第二Y分支波導的兩分支端的末端部皆為平行。而在同樣的鈮酸鋰基底材料中製作一個弧形波導連接第一Y分支波導及第二Y分支波導，以滿足互易性的要求；然而這樣的設計為了滿足互易性的要求，必須將弧形波導的區率半徑受限於特定的範圍內例如2~6mm之間。相較於文獻1將Y波導相位調制器及光耦合器以長度方向由右至左依序排列的方式而言，文獻2將傳統分束器及Y波導調制器整合的方式可以縮短光纖感測器的長度，但是由於第一夾角的開口與第二夾角的開口朝向相同方向，使得第一Y分支波導及第二Y分支波導只能並列於鈮酸鋰基底，晶片的同一側所形成的四個並列端口造成MIOC的寬度(文獻2的尾纖耦合邊緣)增加；而且再加上弧形波導的區率半徑的限制，使得相鄰的第一Y分支波導的分支端的末端部與第二Y分支波導的分支端的末端部必須維持3~10mm的間距，這又更進一步造成MIOC的寬度增加，因此文獻2顯然地並無法真正滿足MIOC的長度與寬度能夠同時縮小的小型化光纖感測器。

另外，中國發明專利授權公告第CN104931036B號(以下稱為文獻3)雖然將第一Y分支波導的第一夾角的開口與第二Y分支波導的第二夾角的開口朝向相反方向，但是為了滿足互易性要求卻是將第一Y分支波導與第二Y分支波導並列且通過兩個90度圓弧波導於長度方向及寬度方向皆錯開一定的距離。文獻3相較於文獻2而言，文獻3反而造成MIOC的長度及寬度皆增加，因此實際上並無法實現長度與寬度能夠同時縮小的小型化光纖感測器。

本發明的主要目的即在於提供整合積體光耦合器與積體光電調制器於單一材料所形成的非線性光學基板上的積體雙翼式光電感測核心晶片，本發明的積體雙翼式光電感測核心晶片不僅達到小型化的功效，而且同時滿足互易性的要求與經濟化量產型晶片之可行性。

為達上述目的，本發明之一種積體雙翼式光電感測核心晶片，至少包含：一非線性光學基板、一第一波導結構、一第二波導結構及一波導連接光纖。其中，該第一波導結構係於該非線性光學基板上具有一第一主光波導及由該第一主光波導分歧出的一第一分歧光波導及一第二分歧光波導之分歧型光波導，該第一分歧光波導及該第二分歧光波導共同形成一第一分歧夾角，該第一分歧夾角的開口的方向為一第一開口方向。該第二波導結構係於該非線性光學基板上具有一第二主光波導及由該第二主光波導分歧出的一第三分歧光波導及一第四分歧光波導之分歧型光波導，該第三分歧光波導及該第四分歧光波導共同形成一第二分歧夾角，該第二分歧夾角的開口的方向為一第二開口方向，該第一開口方向與該第二開口方向係平行且朝向相反方向。以及，該第一波導結構的該第一主光波導與該第二波導結構的該第二主光波導之間係以該波導連接光纖連接。

在本發明的一實施例中，該積體雙翼式光電感測核心晶片係包含依序於橫向延伸相連接的一第一區域、一第二區域及一第三區域；該第一區域係依序於縱向設有該第一分歧光波導、該第二分歧光波導及該第二主光波導；該第三區域係依序於縱向設有該第一主光波導、該第三分歧光波導、該第四分歧光波導；以及，該第二區域係依序於縱向設有該第一分歧光波導、該第二分歧光波導、該第三分歧光波導、該第四分歧光波導。

在本發明的一實施例中，該第一分歧光波導及該第二分歧光波導共同形成一第一分歧部，該第一分歧光波導及/或該第二分歧光波導自該第一分歧部非橫向延伸；該第三分歧光波導及該第四分歧光波導共同形成一第二分歧部，該第三分歧光波導及/或該第四分歧光波導自該第二分歧部非橫向延伸；該非線性光學基板環狀地具有依次序相連接的一第一側部、一第二側部、一第三側部及一第四側部，且該第四側部與該第一側部為相連接；以及，該第一區域係為包含該第一側部及該第二分歧部，該第三區域係為包含該第三側部及該第一分歧部，該第二區域係介於該第一區域與該第三區域之間並與該第一區域與該第三區域相連，該第二區域係為包含該第二分歧部及該第一分歧部。

在本發明的一實施例中，該第一分歧光波導及該第二分歧光波導自該第一分歧部非橫向延伸一第一非橫向延伸區段，該第一分歧夾角係由兩個該第一非橫向延伸區段於該第一分歧部相交所形成，該第一分歧光波導及該第二分歧光波導分別接續該第一非橫向延伸區段，並且往該第一側部橫向延伸一第一橫向延伸區段；該第三分歧光波導及該第四分歧光波導自該第二分歧部分別非橫向延伸一第二非橫向延伸區段，該第二分歧夾角係由兩個該第二非橫向延伸區段於該二分歧部相交所形成，該第三分歧光波導及該第四分歧光波導分別接續該第二非橫向延伸區段往該第三側部橫向延伸一第二橫向延伸區段。

在本發明的一實施例中，該第一區域係依序於縱向設有該第一分歧光波導的該第一橫向延伸區段、該第二分歧光波導的該第一橫向延伸區段及該第二主光波導；該第三區域係依序於縱向設有該第一主光波導、該第三分歧光波導的該第二橫向延伸區段、該第四分歧光波導的該第二橫向延伸區段；以及，該第二區域接近該第三區域處係依序於縱向設有該第一分歧光波導的該第一非橫向延伸區段、該第二分歧光波導的該第一非橫向延伸區段、該第三分歧光波導的該第二橫向延伸區段及該第四分歧光波導的該第二橫向延伸區段；該第二區域接近該第一區域處係依序於縱向設有該第一分歧光波導的該第一橫向延伸區段、該第二分歧光波導的該第一橫向延伸區段、該第三分歧光波導的該第二非橫向延伸區段、該第四分歧光波導的該第二非橫向延伸區段。

在本發明的一實施例中，該第一主光波導係橫向延伸並於該第三側部形成一第一對接部，該第二主光波導係橫向延伸並於該第一側部形成一第四對接部，該第一主光波導與該第二主光波導係為平行設置，該第一對接部與該第四對接部之間係以獨立於該非線性光學基板外部的該波導連接光纖連接。

在本發明的一實施例中，該第一波導結構係為一積體光耦合器，該第一波導結構的該第一主光波導係通過設置於該非線性光學基板的一偏振器；該第二波導結構係為一積體光電調制器，該第二波導結構的該第三分歧光波導的該第二橫向延伸區段的兩側及該第四分歧光波導的該第二橫向延伸區段的兩側分別設有一相位調變器。

在本發明的一實施例中，該第一波導結構包含一光波導自帶偏振器與一光波導分光器，該光波導自帶偏振器係構成於該第一主光波導，該光波導分光器係由該第一主光波導、該第一分歧光波導及該第二分歧光波導所構成；該第二波導結構包含一相位調變器與另一光波導自帶偏振器，該相位調變器係構成於該第三分歧光波導的該第二橫向延伸區段及該第四分歧光波導的該第二橫向延伸區段，該另一光波導自帶偏振器係構成於該第二主光波導；所述該光波導自帶偏振器係指由該第一主光波導或該第二主光波導本身構成一偏振器。

在本發明的一實施例中，該第一波導結構的該第二分歧光波導與該第二波導結構的該第三分歧光波導之間設置一光學阻隔結構。

在本發明的一實施例中，該第一對接部及該第四對接部係分別以一單芯光纖模塊對接頭與該波導連接光纖的兩端連接。

在本發明的一實施例中，該非線性光學基板、該第一波導結構及該第二波導結構為相同的一非線性光學材料所構成，該非線性光學材料可包含但不限於鈮酸鋰、鉭酸鋰或磷酸氧鈦鉀等具有非線性特徵之材料所構成。

因此，本發明之積體雙翼式光電感測核心晶片至少包含：該非線性光學基板、該第一波導結構、該第二波導結構及該波導連接光纖。該非線性光學基板、該第一波導結構及該第二波導結構為相同的非線性光學材料所構成。該第一波導結構與該第二波導結構係以獨立於該非線性光學基板外部的該波導連接光纖連接，因此該第一波導結構及該第二波導結構可以於縱向重疊，而且於橫向及縱向皆可以被設置為彼此靠近，所以該積體雙翼式光電感測核心晶片得以小型化及能夠滿足互易性。該積體雙翼式光電感測核心晶片可以適用於一光纖感測器，該光纖感測器可以是光纖陀螺儀或光纖電流感測器。

為利瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。

首先，請同時參閱第1圖及第2圖， 本發明之一種積體雙翼式光電感測核心晶片3可以適用於一光纖感測器100，該光纖感測器100可以是光纖陀螺儀或光纖電流感測器，該光纖感測器100包含一光源1、一偵測器2、該積體雙翼式光電感測核心晶片3及一感應光學通路4，其中該光源1及該偵測器2分別以一光源光纖11及一偵測器光纖21與該積體雙翼式光電感測核心晶片3連接，該感應光學通路4的兩端係與該積體雙翼式光電感測核心晶片3連接，該感應光學通路4係可以為環狀光纖、光纖線圈或光學波導迴路。該積體雙翼式光電感測核心晶片3包含一非線性光學基板31、一第一波導結構32及一第二波導結構33，該非線性光學基板31可包含但不限於鈮酸鋰、鉭酸鋰及磷酸氧鈦鉀等具有非線性特徵之材料所構成之鈮酸鋰光學基板、鉭酸鋰光學基板及磷酸氧鈦鉀光學基板等非線性光學基板。該非線性光學基板31、該第一波導結構32及該第二波導結構33為相同的非線性光學材料所構成，較佳地，為鈮酸鋰。更佳地，該第一波導結構32及該第二波導結構是在鈮酸鋰光學基板之該非線性光學基板31，以習知的黃光微影製程進行顯影、蝕刻所製作而成。該第一波導結構32及該第二波導結構33可以是擴散式光學波導、脊狀光學波導或離子交換式光學波導。該第一波導結構32及該第二波導結構33分別包含由一主光波導及從該主光波導分出至少二支分歧光波導的光學波導分光與合光通道，該第一波導結構32及該第二波導結構33可以為但不限於是Ｙ型分支結構、正弦分支結構、餘弦分支結構、上升正弦分支結構、上升餘弦分支結構、半徑圓弧分支結構、雙曲線分支結構或多項式曲線分支結構。於後述的實施例中，基於說明方便的目的，該第一波導結構32及該第二波導結構33分別是以Ｙ型分支結構為舉例，例如該第一波導結構32及該第二波導結構33分別是Y型波導。

該積體雙翼式光電感測核心晶片3的形狀為四邊形，例如為平行四邊形或矩形。較佳地，如第1圖的實施例中，該積體雙翼式光電感測核心晶片3的形狀為平行四邊形，該非線性光學基板31依順時針方向環狀地具有依次序相連接的一第一側部311、一第二側部312、一第三側部313及一第四側部314，且該第四側部314與該第一側部311為相連接；該第一側部311與該第三側部313為相對應且平行設置，該第二側部312與該第四側部314為相對應且平行設置，該第一側部311的兩端分別與該第二側部312及該第四側部314連接，且該第三側部313的兩端分別與該第二側部312及該第四側部314連接。

請參閱第2圖，該第一波導結構32係於該非線性光學基板31上具有一第一主光波導321及由該第一主光波導321分歧出的一第一分歧光波導3211及一第二分歧光波導3212之分歧型光波導。該第一主光波導321係橫向延伸並於該第三側部313形成一第一對接部3210，所述橫向延伸於第2圖的實施例中係為以平行該第四側部314的方向而延伸。該第一分歧光波導3211及該第二分歧光波導3212共同形成一第一分歧部322，該第一分歧光波導3211及該第二分歧光波導3212於接近該第一分歧部322處共同形成一第一分歧夾角θ1，且該第一分歧夾角θ1的開口朝向該第一側部311。前述提及的接近該第一分歧部322處，係指該第一分歧光波導3211及該第二分歧光波導3212自該第一分歧部322分別非橫向延伸的一第一非橫向延伸區段3211A、3212A。於第2圖的實施例中，該第一分歧夾角θ1係由兩個該第一非橫向延伸區段3211A、3212A於該第一分歧部322相交所形成，該第一分歧夾角θ1的開口的方向為一第一開口方向A1係朝向圖的右側並且與該第四側部314平行。該第一分歧光波導3211及該第二分歧光波導3212於遠離該第一分歧部322處係橫向延伸並分別於該第一側部311形成一第二對接部3213及一第三對接部3214。前述提及的遠離該第一分歧部322處，係指該第一分歧光波導3211及該第二分歧光波導3212分別接續該第一非橫向延伸區段3211A、3212A，並且往該第一側部311橫向延伸的一第一橫向延伸區段3211B、3212B。

該第二波導結構33係於該非線性光學基板31上具有一第二主光波導331及由該第二主光波導331分歧出的一第三分歧光波導3311及一第四分歧光波導3312之分歧型光波導。該第二主光波導331係橫向延伸並於該第一側部311形成一第四對接部3310，換言之，該第一主光波導321與該第二主光波導331係為平行設置。該第三分歧光波導3311及該第四分歧光波導3312共同形成一第二分歧部332，該第三分歧光波導3311及該第四分歧光波導3312於接近該第二分歧部332處共同形成一第二分歧夾角θ2，且該第二分歧夾角θ2的開口朝向該第三側部313。前述提及的接近該第二分歧部332處，係指該第三分歧光波導3311及該第四分歧光波導3312自該第二分歧部332分別非橫向延伸的一第二非橫向延伸區段3311A、3312A。於第2圖的實施例中，該第二分歧夾角θ2係由兩個該第二非橫向延伸區段3311A、3312A於該二分歧部332相交所形成，該第二分歧夾角θ2的開口的方向為一第二開口方向A2係朝向圖的左側並且與該第四側部314平行。因此，該第一開口方向A1與該第二開口方向A2係平行且朝向相反方向。該第三分歧光波導3311及該第四分歧光波導3312於遠離該第二分歧部332處係橫向延伸並分別於該第三側部313形成一第五對接部3313及一第六對接部3314。前述提及的遠離該第二分歧部332處，係指該第三分歧光波導3311及該第四分歧光波導3312分別接續該第二非橫向延伸區段3311A、3312A往該第三側部313橫向延伸的一第二橫向延伸區段3311B、3312B。

特別地，該第一波導結構32的該第一主光波導321的該第一對接部3210與該第二波導結構33的該第二主光波導331的該第四對接部3310之間係以獨立於該非線性光學基板31外部的一波導連接光纖34連接，該波導連接光纖34即為滿足互易性的傳統光纖，因此即使該第一波導結構32及該第二波導結構33為非線性材料所構成，然而整體由該非線性光學基板31、該第一波導結構32、該第二波導結構33及該波導連接光纖34所構成的該積體雙翼式光電感測核心晶片3卻足以滿足互易性。相較於前述先前技術所提及的文獻2及文獻3而言，本發明不需要弧形波導或兩個90度圓弧波導，因此該第一波導結構32及該第二波導結構33於橫向及縱向皆可以被設置為彼此靠近，因此該積體雙翼式光電感測核心晶片3得以小型化。前述所稱縱向是指平行於該第一側部311的方向。

請參閱第3圖，該積體雙翼式光電感測核心晶片3係形成三個區域，分別為依序於橫向延伸相連接的一第一區域W1、一第二區域W2及一第三區域W3，其中，該第一區域W1係為包含該第一側部311及該第二分歧部332的平行四邊形，該第三區域W3係為包含該第三側部313及該第一分歧部322的平行四邊形，該第二區域W2係介於該第一區域W1與該第三區域W3之間並與該第一區域W1與該第三區域W3相連，該第二區域W2係為包含該第二分歧部332及該第一分歧部322的平行四邊形。該第一區域W1係依序於縱向設有該第一分歧光波導3211的該第一橫向延伸區段3211B、該第二分歧光波導3212的該第一橫向延伸區段3212B及該第二主光波導331。而且，在該第一側部311的三個對接部係依序於縱向為該第二對接部3213、該第三對接部3214及該第四對接部3310。該第三區域W3係依序於縱向設有該第一主光波導321、該第三分歧光波導3311的該第二橫向延伸區段3311B、該第四分歧光波導3312的該第二橫向延伸區段3312B。而且，在該第三側部313的三個對接部係依序於縱向為該第一對接部3210、該第五對接部3313及該第六對接部3314。該第二區域W2接近該第三區域W3處係依序於縱向設有該第一分歧光波導3211的該第一非橫向延伸區段3211A、該第二分歧光波導3212的該第一非橫向延伸區段3212A、該第三分歧光波導3311的該第二橫向延伸區段3311B及該第四分歧光波導3312 的該第二橫向延伸區段3312B；該第二區域W2接近該第一區域W1處係依序於縱向設有該第一分歧光波導3211的該第一橫向延伸區段3211B、該第二分歧光波導3212的該第一橫向延伸區段3212B、該第三分歧光波導3311的該第二非橫向延伸區段3311A、該第四分歧光波導3312的該第二非橫向延伸區段3312A。相較於前述先前技術所提及的文獻1而言，本發明的該第一波導結構32及該第二波導結構33於該第二區域W2係於縱向重疊，因此該積體雙翼式光電感測核心晶片3得以更進一步小型化。

請參閱第4圖，該第一波導結構32係可以為一積體光耦合器(coupler)，因此該第一波導結構32的該第一主光波導321係通過設置於該非線性光學基板31的一偏振器(polarizer)323，所以該第一波導結構32能夠將光波偏振純化。該第二波導結構33係可以為一積體光電調制器，因此該第二波導結構33的該第三分歧光波導3311的該第二橫向延伸區段3311B的兩側及該第四分歧光波導3312的該第二橫向延伸區段3312B的兩側分別設有一相位調變器(phase modulator)333，所以該第二波導結構33能夠將光波進行相位調制。。請參閱第5圖，該第一波導結構32的該第二分歧光波導3212與該第二波導結構33的該第三分歧光波導3311之間可以設置一光學阻隔結構35，該光學阻隔結構35係阻隔該第一波導結構32的光波與該第二波導結構33的光波彼此的干擾。該光學阻隔結構35可以為槽狀結構或脊狀結構等光學分隔道，又或者是光學隔離吸收機制，例如光吸收體或粗化散色表面，在第5圖中，該光學阻隔結構35為槽狀結構。請參閱第6圖，該第一對接部3210及該第四對接部3310係分別以一單芯光纖模塊對接頭36與該波導連接光纖34的兩端連接，該第二對接部3213及該第三對接部3214係以一雙芯光纖模塊對接頭37分別與該光源光纖11及該偵測器光纖21連接，該第一對接部3210及該第四對接部3310係分別以一單芯光纖模塊對接頭與該波導連接光纖34的兩端連接，該第五對接部3313及該第六對接部3314係以另一雙芯光纖模塊對接頭37分別與該感應光學通路4的兩端連接。

特別說明的是，所述該第一波導結構32、該第二波導結構33及該偏振器323可參照文獻4(國家科學委員會專題研究計畫成果報告，計畫編號： NSC 99-2623-E-008-010-D，多功能光學調制器研製之應用-光學陀螺儀(I)，2011年 03 月 31 日)進行製作。

請再度參閱第2圖，當然，於可能的實施例中該第一波導結構32也可以是包含一光波導自帶偏振器與一光波導分光器，該光波導自帶偏振器係構成於該第一主光波導321，該光波導分光器係由該第一主光波導321、該第一分歧光波導3211及該第二分歧光波導3212所構成。該第二波導結構33也可以是包含另一相位調變器與另一光波導自帶偏振器，該另一相位調變器係構成於該第三分歧光波導3311的該第二橫向延伸區段3311B及該第四分歧光波導3312的該第二橫向延伸區段3312B，該另一光波導自帶偏振器係構成於該第二主光波導331。所述該光波導自帶偏振器係指由該第一主光波導321或該第二主光波導331本身構成一偏振器，而不需要額外加上偏振器。所述該光波導自帶偏振器可參照文獻5(Low-loss high-extinction polarizers fabricated in LiNbO3 by proton exchange，OPTICS LETTERS / Vol. 13, No. 2 / February 1988，pages 172-174) 進行製作。

由上述之說明可知，本發明與現有文獻相較之下，本發明所提供的積體雙翼式光電感測核心晶片，該第一波導結構及該第二波導結構於該第二區域係於縱向重疊，而且不需要弧形波導或兩個90度圓弧波導，因此該第一波導結構及該第二波導結構於橫向及縱向皆可以被設置為彼此靠近，因此該積體雙翼式光電感測核心晶片得以小型化。而且，該第一波導結構及該第二波導結構為非線性材料所構成，整體由該非線性光學基板、該第一波導結構、該第二波導結構及該波導連接光纖所構成的該積體雙翼式光電感測核心晶片能夠滿足互易性。

綜上所述，本發明之積體雙翼式光電感測核心晶片，的確能達到所預期之使用功效，且本創作亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求。爰依法提出創作專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。惟，上述所揭之圖示及說明，僅為本創作之較佳實施例，非為限定本創作之保護範圍；大凡熟悉該項技藝之人士，其所依本創作之特徵範疇，所作之其它等效變化或修飾，皆應視為不脫離本創作之設計範疇。

1:光源 11:光源光纖 100:光纖感測器 2:偵測器 21:偵測器光纖 3:積體雙翼式光電感測核心晶片 31:非線性光學基板 311:第一側部 312:第二側部 313:第三側部 314:第四側部 32:第一波導結構 321:第一主光波導 3210:第一對接部 3211:第一分歧光波導 3211A:第一非橫向延伸區段 3211B:第一橫向延伸區段 3212:第二分歧光波導 3212A:第一非橫向延伸區段 3212B:第一橫向延伸區段 3213:第二對接部 3214:第三對接部 322:第一分歧部 33:第二波導結構 331:第二主光波導 3310:第四對接部 3311:第三分歧光波導 3311A:第二非橫向延伸區段 3311B:第二橫向延伸區段 3312:第四分歧光波導 3312A:第二非橫向延伸區段 3312B:第二橫向延伸區段 3313:第五對接部 3314:第六對接部 332:第二分歧部 323:偏振器 333:相位調變器 34:波導連接光纖 35:光學阻隔結構 36:單芯光纖模塊對接頭 37:雙芯光纖模塊對接頭 4:感應光學通路 A1:第一開口方向 A2:第二開口方向 W1:第一區域 W2:第二區域 W3:第三區域 θ1:第一分歧夾角 θ2:第二分歧夾角

第1圖是本發明積體雙翼式光電感測核心晶片適用於光纖感測器的結構示意圖。 第2圖是本發明積體雙翼式光電感測核心晶片的結構示意圖。 第3圖是本發明積體雙翼式光電感測核心晶片具有三個區域的結構示意圖。 第4圖是本發明積體雙翼式光電感測核心晶片具有偏振器及相位調變器的結構示意圖。 第5圖是本發明積體雙翼式光電感測核心晶片具有光學阻隔結構的結構示意圖。 第6圖是本發明積體雙翼式光電感測核心晶片具有光纖模塊對接頭的結構示意圖。

3:積體雙翼式光電感測核心晶片

31:非線性光學基板

311:第一側部

312:第二側部

313:第三側部

314:第四側部

32:第一波導結構

321:第一主光波導

3210:第一對接部

3211:第一分歧光波導

3211A:第一非橫向延伸區段

3211B:第一橫向延伸區段

3212:第二分歧光波導

3212A:第一非橫向延伸區段

3212B:第一橫向延伸區段

3213:第二對接部

3214:第三對接部

322:第一分歧部

33:第二波導結構

331:第二主光波導

3310:第四對接部

3311:第三分歧光波導

3311A:第二非橫向延伸區段

3311B:第二橫向延伸區段

3312:第四分歧光波導

3312A:第二非橫向延伸區段

3312B:第二橫向延伸區段

3313:第五對接部

3314:第六對接部

332:第二分歧部

34:波導連接光纖

A1:第一開口方向

A2:第二開口方向

θ 1:第一分歧夾角

θ 2:第二分歧夾角

Claims (9)

1. 一種積體雙翼式光電感測核心晶片，至少包含：一非線性光學基板(31)、一第一波導結構(32)、一第二波導結構(33)及一波導連接光纖(34)；其中， 該第一波導結構(32)係於該非線性光學基板(31)上具有一第一主光波導(321)及由該第一主光波導(321)分歧出的一第一分歧光波導(3211)及一第二分歧光波導(3212)之分歧型光波導，該第一分歧光波導(3211)及該第二分歧光波導(3212)共同形成一第一分歧夾角(θ1)，該第一分歧夾角(θ1)的開口的方向為一第一開口方向(A1)； 該第二波導結構(33)係於該非線性光學基板(31)上具有一第二主光波導(331)及由該第二主光波導(331)分歧出的一第三分歧光波導(3311)及一第四分歧光波導(3312)之分歧型光波導，該第三分歧光波導(3311)及該第四分歧光波導(3312)共同形成一第二分歧夾角(θ2)，該第二分歧夾角(θ2)的開口的方向為一第二開口方向(A2)，該第一開口方向(A1)與該第二開口方向(A2)係平行且朝向相反方向；以及， 該第一波導結構(32)的該第一主光波導(321)與該第二波導結構(33)的該第二主光波導(331)之間係以該波導連接光纖(34)連接。
2. 如請求項1所述積體雙翼式光電感測核心晶片，其中，該第一分歧光波導(3211)及該第二分歧光波導(3212)共同形成一第一分歧部(322)，該第一分歧光波導(3211)及/或該第二分歧光波導(3212)自該第一分歧部(322)非橫向延伸；該第三分歧光波導(3311)及該第四分歧光波導(3312)共同形成一第二分歧部(332)，該第三分歧光波導(3311)及/或該第四分歧光波導(3312)自該第二分歧部(332)非橫向延伸；該非線性光學基板(31)環狀地具有依次序相連接的一第一側部(311)、一第二側部(312)、一第三側部(313)及一第四側部(314)，且該第四側部(314)與該第一側部(311)為相連接。
3. 如請求項2所述積體雙翼式光電感測核心晶片，其中，該第一分歧光波導(3211)及該第二分歧光波導(3212)自該第一分歧部(322)非橫向延伸一第一非橫向延伸區段(3211A、3212A)，該第一分歧夾角(θ1)係由兩個該第一非橫向延伸區段(3211A、3212A)於該第一分歧部(322)相交所形成，該第一分歧光波導(3211)及該第二分歧光波導(3212)分別接續該第一非橫向延伸區段(3211A、3212A)，並且往該第一側部(311)橫向延伸一第一橫向延伸區段(3211B、3212B)；該第三分歧光波導(3311)及該第四分歧光波導(3312)自該第二分歧部(332)分別非橫向延伸一第二非橫向延伸區段(3311A、3312A)，該第二分歧夾角(θ2)係由兩個該第二非橫向延伸區段(3311A、3312A)於該第二分歧部(332)相交所形成，該第三分歧光波導(3311)及該第四分歧光波導(3312)分別接續該第二非橫向延伸區段(3311A、3312A)往該第三側部(313)橫向延伸一第二橫向延伸區段(3311B、3312B)。
4. 如請求項3所述積體雙翼式光電感測核心晶片，其中，該第一主光波導(321)係橫向延伸並於該第三側部(313)形成一第一對接部(3210)，該第二主光波導(331)係橫向延伸並於該第一側部(311)形成一第四對接部(3310)，該第一主光波導(321)與該第二主光波導(331)係為平行設置，該第一對接部(3210)與該第四對接部(3310)之間係以獨立於該非線性光學基板(31)外部的該波導連接光纖(34)連接。
5. 如請求項4所述積體雙翼式光電感測核心晶片，其中，該第一波導結構(32)係為一積體光耦合器，該第一波導結構(32)的該第一主光波導(321)係通過設置於該非線性光學基板(31)的一偏振器(323)；該第二波導結構(33)係為一積體光電調制器，該第二波導結構(33)的該第三分歧光波導(3311)的該第二橫向延伸區段(3311B)的兩側及該第四分歧光波導(3312)的該第二橫向延伸區段(3312B)的兩側分別設有一相位調變器(333)。
6. 如請求項4所述積體雙翼式光電感測核心晶片，其中，該第一波導結構(32)包含一光波導自帶偏振器與一光波導分光器，該光波導自帶偏振器係構成於該第一主光波導(321)，該光波導分光器係由該第一主光波導(321)、該第一分歧光波導(3211)及該第二分歧光波導(3212)所構成；該第二波導結構(33)包含一相位調變器與另一光波導自帶偏振器，該相位調變器係構成於該第三分歧光波導(3311)的該第二橫向延伸區段(3311B)及該第四分歧光波導(3312)的該第二橫向延伸區段(3312B)，該另一光波導自帶偏振器係構成於該第二主光波導(331)；所述該光波導自帶偏振器係指由該第一主光波導(321)或該第二主光波導(331)本身構成一偏振器。
7. 如請求項5或6所述積體雙翼式光電感測核心晶片，其中，該第一波導結構(32)的該第二分歧光波導(3212)與該第二波導結構(33)的該第三分歧光波導(3311)之間設置一光學阻隔結構(35)。
8. 如請求項7所述積體雙翼式光電感測核心晶片，其中，該第一對接部(3210)及該第四對接部(3310)係分別以一單芯光纖模塊對接頭(36)與該波導連接光纖(34)的兩端連接。
9. 如請求項1所述積體雙翼式光電感測核心晶片，其中，該非線性光學基板(31)、該第一波導結構(32)及該第二波導結構(33)為相同的一非線性光學材料所構成，該非線性光學材料為鈮酸鋰、鉭酸鋰或磷酸氧鈦鉀。

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