分光器裝置的制作方法

專利名稱：分光器裝置的制作方法
分光器裝置
背景技術：
隨著電路板上的計算機芯片速度增加至甚至更快的速度，芯片間通信中的通信瓶 頸正在變成更顯著的問題。嘗試避免瓶頸的一種可能的解決方案是使用光纖來將高速計算 機芯片互連。然而，大多數電路板涉及許多層且常常要求其制造中的公差小于一微米。物 理地設置光纖并將該光纖連接到芯片可能過于不準確并耗費時間而不能在電路板制造工 藝中廣泛地采用。在電路板周圍和之間路由光信號可能增加顯著的附加復雜性。因此，適于出售的 芯片之間的光學互連已經證明是不可靠的，盡管需要寬帶數據傳輸。


圖1是被耦合到單模激光器和射束分離器的大芯徑中空波導的橫截面圖示； 圖2是在射束分離器內發生的射束離散的圖示；
圖3是具有被耦合到具有反射性內部的大芯徑中空波導的準直透鏡和到偏移的大芯 徑中空波導的耦合裝置的多模激光器的側視示；
圖4是依照實施例的被用作波導中的分光器的dove (道威)棱鏡的側視圖的圖示； 圖5是依照實施例的被插入波導中的道威棱鏡分光器的側視圖的圖示； 圖6是依照實施例的被用作波導中的分光器的倒置的道威棱鏡的側視圖的圖示； 圖7是依照實施例的被用作波導中的分光器的直角棱鏡的側視圖的圖示；以及 圖8是依照實施例被用作波導中的基于面積的分光器的直角棱鏡的側視圖的圖示； 圖9是舉例說明依照實施例的用于在波導中構建光學棱鏡分離器的方法的流程圖； 圖10是依照實施例的在硅襯底上被圖案化和金屬化的波導的側視圖的圖示； 圖11是依照實施例的使用結合層被結合到支撐襯底的硅襯底的側視圖的圖示； 圖12是依照實施例的在波導和襯底中切割的槽的側視圖的圖示； 圖13是依照實施例的插入襯底上的波導中的槽中的棱鏡和附著在波導上的蓋體的側 視圖的圖示；
圖14是依照實施例的按遞增的順序設計尺寸并被插入波導中的槽中的各個棱鏡的橫 截面圖示；
圖15是依照實施例的使用被插入波導中的槽中的、具有變化的形狀的棱鏡的圖示； 圖16是舉例說明實施例中的被注塑成型或壓印到波導壁中的分離器棱鏡的多個尺寸 的橫截面圖17舉例說明如實施例中的基于面積的棱鏡分離器，其中棱鏡分離器利用波導的蓋 體形成；以及
圖18舉例說明實施例中的基于面積的分離器的橫截面圖，其中棱鏡被安裝在光學分 接頭中。
具體實施例方式用于在電路板上的計算機芯片之間形成光學互連的一種方法是使用在電路板上 形成的光學波導。由于使用平版印刷、機械或類似工藝在電路板上形成波導的能力，光學波 導可能比用于將電子裝置互連的光纖通信優越。通常用諸如聚合物和/或電介質的基本上 光學透明的材料在電路板上形成波導。還可以在未被安裝在電路板上的其它類型的襯底 (諸如具有微芯片的硅晶片)上形成使用平版印刷或類似工藝制造的光學波導。作為附加示 例，可以在柔性襯底上形成光學波導以產生具有一個或多個光學波導的帶狀線纜。本文所 公開的光學波導是使用平版印刷或類似工藝在襯底上形成的。以這種方式形成光學波導能夠提供被構造為具有必要的物理容差以用于現代多 層電路板上的互連。然而，可以用于芯片和電路板制造中以形成板上波導的聚合物、電介質 或其它材料通常明顯比光纖更有損耗。事實上，板上波導中的損耗量已經是限制光學波導 互連的可接受性的因素之一。用來構造波導的聚合物可以具有每厘米0.1 dB的損耗。相 反，光纖中的損耗約為每千米0. 1 dB。因此，聚合物波導可以具有比光纖中的損耗大幾個數 量級的損耗。另外，典型的波導通常被制造為具有與其被設計為要載送的光波長大致成比例的 尺寸。例如，被配置為載送1000 nm光的單模波導可以具有1000 nm至5000 nm (1 μπι至 5 μ m)的最大尺寸。連接具有此尺寸的波導可能是昂貴且具有挑戰性的。產生波導并連接 波導的成本在歷史上已使得減少了其在最常見的應用中的使用。多模波導可能具有用于芯 區的約20 60 μ m量級的較大尺寸。單模和多模波導兩者都具有相對高的數值孔徑(NA)。 數值孔徑確定來自發射光纖的射束的發散。因此，較大的NA將導致與光纖到光纖的間隔有 關的不良耦合。使用這些類型的波導還難以實現被引導光束的分裂和分接。相對于使用聚合物或電介質材料形成的先前的光學波導的本質改進是使用如圖1 所示的被配置為引導相干光束1204的大芯徑中空波導1200。大芯徑中空波導可以具有約 為該波導被配置為引導的相關光束的波長的50至150倍或更大的倍數的量級的直徑(或者 寬度和/或高度)。所述大芯徑中空波導可以具有被配置為引導光信號的正方形、矩形、圓 形、橢圓形或某種其它形狀的橫截面形狀。此外，由于波導是中空的，所以光束基本上以空 氣或真空中的光速行進。圖1舉例說明將單模射束1204發射到波導1206中的激光器1202。使用分離器 1208來使光束的一部分(被稱為反射射束1214)改向至正交波導1212中。被稱為透射射束 1210的其余光束可以沿著與原始射束1204相同的方向繼續。在圖2的圖示中可以看到，在射束分離器1208內可以發生大量的射束離散。射束 離散是由于中空波導(具有空氣或真空的折射率)與分離器之間的折射率變化而發生的現 象。例如，由二氧化硅形成的射束分離器具有1.45的折射率。由Si3N4形成的射束分離器 具有2. 20的折射率。射束在其進入射束分離器時被折射。發生折射的角度取決于波導與射束分離器之 間的折射率差。射束離散是射束由于折射而行進的距離。該距離通常與光學裝置(在本例 子中為射束分離器)的厚度成比例。射束離散可能導致中空金屬波導內的模的位移，從而導 致波導邊緣附近的由于較高階模的激勵而引起的損耗。橫向位移甚至可能導致在射束分離 器之后發生的、透射射束1210被引導到中空金屬波導的區段1213的外面。
在圖2中示意性地示出光學分接頭(tap)的放大圖。入射角在空氣中被表示為Q1 且在分接頭介質中被表示為θ2。光學分接頭厚度被示為d，分接頭中的光線的長度被示為 s，并且離散距離被示為X。基于進入分接頭介質的射束的幾何學，
HiniHl -巧”王。(2)
將等式1代入2，得到
對離散距離χ求解
使用等式(4)并連同Snell定律一起
ηΛ η θ,,) , Λ ιι( 2)(5)
可以獲得射束的入射角、介質相對于分接頭的折射率、分接頭的厚度以及由分接頭引 起的離散距離之間的關系。射束離散在使用相當小的波導時可能顯得夸張。例如，即使當在50 μ m的波導中 使用具有約250 μ m (1/4毫米)的厚度的相對薄的射束分離器1208時，穿過射束分離器的 透射射束的射束離散也可以是約75 ym、即波導厚度的1.5倍的橫向位移。為了補償射束 離散的橫向位移，如圖3所示，可以使波導移位。使每個結點處的波導的位置移位以補償射束離散可能使制造變得麻煩。使射束離 散最小化的一種替換方案是使射束分離器的厚度最小化。這在2007年8月1日提交的共 同待決的美國專利申請序號No. 11/832，559中更全面地被公開。然而，極薄的射束分離器 的使用可能提供不同的制造復雜性。在某些實施例中，移位中空金屬波導的使用相對于諸 如使用薄射束分離器的其它方法而言可能是經濟的。如果通過波導的光學路徑不是基本上筆直的，則在波導內可能發生顯著的損耗。 在波導中發生的彎曲或轉彎可能使光束具有不期望數目的反彈，從而引起大量的衰減。為 了使得能夠沿著不同的方向路由光信號，可以使用反射鏡、分離器以及透鏡。為了減少空芯波導內的損耗，可以添加反射涂層1413以覆蓋波導1400的內部，如 圖3所示。如可以認識到的，可以使用鍍覆、濺射或類似工藝來形成該反射涂層。如果中空 波導包括具有低熔點的聚合物或其它材料，則可以使用諸如濺射、電鍍或熱蒸發的低溫工 藝來施加反射涂層。反射涂層1413可以由在相干光束的波長處基本上為反射性的一層或多層金屬、 電介質或其它材料組成。可以基于金屬的反射率來選擇金屬。期望的是覆蓋通道的高反射 性層。例如，可以使用能夠形成高反射性層的銀、金、鋁或某些其它金屬或合金來形成反射層。可替換地，反射層可以是能夠由在所選波長處基本上為反射性的一層或多層電介質材 料形成的電介質堆疊。在沉積反射層之前，可以對未涂覆的中空通道進行熱回流以使任何 表面粗糙平滑化。還可以對反射層進行熱回流或類似工藝以使可能在沉積過程期間發生的 反射層中的表面粗糙平滑化。還可以使用電拋光來使反射金屬表面平滑化。如果光子引導裝置未被密閉地密封，則反射涂層1413可能隨著時間的推移而氧 化。反射涂層的氧化可以大大降低其反射率。為了減少或消除金屬涂層的反射率的降低， 可以在反射涂層上形成保護層1411以充當保護覆蓋體。該保護層可以由在相干光束的波 長處基本上透明的材料組成。例如，保護層可以由能夠在反射涂層上形成基本上氣密的粘 合的二氧化硅或某種其它材料形成。此保護層還將通過使傳播的光束進一步與有損耗的反 射層分離來減少傳播損耗。具有反射表面的中空波導以與固體波導不同的方式工作。中空波導使用通過從反 射層的反射來引導光的衰減全內反射的原理來工作，而不是如通常在諸如光纖的固體波導 中發生的那樣通過較高折射率的芯區和較低折射率的包覆區之間的全內反射來引導光。如 可以認識到的，中空波導內的光束可以以比全內反射所需的角度更大的角度被反射。理想地，通常使用單模激光器來將相干光引導到中空波導中。然而，單模激光器可 能是相對昂貴的。已經發現諸如垂直腔表面發射激光器(VCSEL)的價格比較低廉的多模激 光器在使用具有反射內表面的中空波導將高數據速率信號傳遞通過相對短的距離時可能 有用。例如，可以使用多模激光器來引導高數據速率信號通過大芯徑中空反射波導以進行 芯片間和電路板間連接。多模激光器的使用可以顯著地降低光學互連的成本，從而使得能 夠實現更多種類的電子裝置的互連。然而，多模激光器輸出在被直接耦合到中空金屬波導 時可能由于以大角度傳播的較高階模的多次反射而具有明顯更大的損耗。為了克服從多模激光器1402發射的較高階模的衰減，可以在從激光器發射的多 模相干光線1406的路徑內放置準直儀1404。該準直儀可以是準直透鏡或透鏡系列。在一 個實施例中，可以將準直儀配置為球透鏡。該球透鏡可以具有防反射涂層。準直儀1404被配置為使多模射束準直以使從激光器1402發射的多個多模或射線 1406形成其中所述多模在大芯徑中空波導1400內基本上平行地行進的準直射束1408。可 以使用多模射束的準直來通過發射幾乎平行于波導的射線而將多模激光器有效地耦合到 中空金屬波導的低損耗模，從而基本上減少在波導內發生的反射的次數。在波導內發生的 準直射束的反射通常將相對于波導壁成相對淺的角度，由此使波導內的反射次數最小化并 因此減少中空波導內的光束的衰減。圖3舉例說明其中多模激光器1402發射多模相干光束1406的系統。多模相干光束 包括處于遞增的角度下的多個射線。如前文所討論的，這些射線被發送通過準直儀1404，以 使得射線在大芯徑中空波導1400內能夠基本上是平行的。準直儀可以是單個透鏡。可替換 地，準直儀可以由被配置為使得多模相干射束內的射線能夠基本上平行的多個透鏡組成。可以使用被光學地耦合到第一大芯徑中空波導1405和第二大芯徑中空波導1409 的耦合裝置1410來將基本上準直的多模相干光束的反射部分1414從第一大芯徑中空波導 1405改向至第二大芯徑中空波導1409。可以將該耦合裝置配置為將光束的至少一部分從 第一波導改向至第二波導，同時使得其余能量能夠仍在第一波導中。依照本發明的一方面， 可以選擇耦合裝置的寬度和折射率以提供期望量的射束離散。
雖然圖1和3已提供了通過大芯徑中空波導引導準直激光射束的示例性圖示，但 大芯徑中空波導的使用在使用中并不限于來自激光源的準直射束或相干光束。例如，可以 將非準直激光引入大芯徑中空波導中。由于較高階模所經歷的較多次數的反射，較高階模 在波導內將被自然地過濾。因此，甚至被輸入第一波導1405中的非準直光束也能夠基本上 作為能夠被劃分成透射射束1412和反射射束1414的準直光束從第一波導出來。還可以將 大芯徑中空波導與從發光二極管或另一基本上相干的光的源發射的基本上相干的光一起 使用。如前文所討論的，射束離散是由光束在耦合裝置內的折射引起的射束在波導內的 偏移量。可以使第三大芯徑中空波導1407移位以接收在耦合裝置1410內被移位后的多模 相干光束的偏移透射部分1412。然而，制造如圖3所示的移位或偏移波導可能使總體制造 過程變得復雜并增加整體產品成本。圖4舉例說明能夠在不需要偏移波導或更昂貴的薄膜射束分離器的情況下分離 光束的分光器裝置的實施例。所示的分光器裝置使用棱鏡來校正射束離散。分光器使用具 有形成大空芯100的壁104的波導102。該波導被配置為通過大空芯引導光信號。如前所 述，波導的壁可以被金屬化106或配備有內部反射涂層以便反射并引導光信號。系統所使用的光信號130或射束可以源自于單模或多模激光器。激光器可以使用 紅外光、可見光或其它有用光譜。通常與中空波導相結合地使用單模激光器來使反射最小 化。然而，已經發現可以將多模激光器與準直儀組合以提供具有準直射線的多模相干光源。 相干多模激光器的使用能夠顯著地降低生產成本。另外，相干多模光源的使用可以使得能 夠使用波導來傳送高數據速率信號。還可以使用其它形式的基本上相干的光，諸如發光二 極管或紅外發射二極管。準直多模相干光束可以填充大芯徑中空波導的很大一部分。可以圍繞波導的中心 引導射束以使波導與多模射束之間的接觸最小化并減少反射次數。可以通過波導102的至少一個壁來形成光學分接頭108。可以通過波導的頂部切 割光學分接頭，以使得可以將光信號的一部分從主光信號分離并被路由通過光分接頭。還 可以提供光學傳感器120以便檢測被反射通過光學分接頭的光信號。棱鏡112可以位于波導102的大空芯100中且可以使棱鏡與光學分接頭104對 準。棱鏡被配置為通過使用由使透射射束反射離開棱鏡的內面而產生的離散來使通過棱鏡 的光信號改向回到波導中。可以使透射光信號134或射束以與其進入棱鏡時相同的取向或 以由棱鏡和在棱鏡上使用的涂層限定的另一取向(例如，不同的角度和/或偏振)改向到波 導中。圖4舉例說明道威棱鏡112可以是用來使射束改向回到同一通道(未偏移通道)的 棱鏡類型，但是可以使用其它棱鏡形狀和多邊棱鏡。棱鏡可以由對感興趣的波長而言透明 的光學材料制成。感興趣的光波長的某些示例范圍可以在1350 nm至1500 nm之間或850 nm到980 nm之間。棱鏡材料的示例可以是光學硅玻璃、光學塑料、石英或可用于光學目的 的另一種類型的晶體。棱鏡可以包括棱鏡上的分離器涂層110以通過光學分接頭108將光信號132的一 部分反射到波導的外面。分離器涂層可以是電介質涂層，諸如氧化硅、氧化鉭、氧化鈦、多層 電介質、薄金屬涂層或任何其它已知分離器涂層。棱鏡上的涂層優選地對于偏振獨立射束分離器應用而言是偏振不敏感的。所使用的分離器涂層的類型和厚度取決于涂層的期望的 分離比和偏振特性。除接收面110上的分離器涂層之外，道威棱鏡可以在出射面上具有防反射涂層 116。此防反射涂層允許透射射束高效地穿到棱鏡外。還可以將道威棱鏡配置為在道威棱 鏡的底座114上具有全內反射。可以通過在硅襯底與棱鏡之間形成或留下空氣隙210來產 生全內反射。全內反射可以在射束從具有較高折射率的介質行進到具有較低折射率的介質 的地方發生，如在當前情況下一樣。可替換地，可以使道威棱鏡的底座金屬化以提供期望的 反射。未被分離走的入射光信號或射束將被透射至棱鏡中并被反射離開道威棱鏡的底座 114。然后，透射射束134將穿過棱鏡且在穿過棱鏡之后沒有離散的情況下再進入波導，這 是因為離散被空氣至棱鏡介質和介質至空氣分界面處的對稱折射所補償。如所述，能夠使透射射束改向回到波導中是有價值的，因為其降低波導路徑的復 雜性，否則波導路徑的復雜性可能是解決離散所必需的。提供使射束返回到未移位波導中 的射束分離器可以簡化波導路徑。特別地，避免偏移波導或類似調整的產生使得更易于制 造整個波導系統且可以減少總衰減。圖5是制造所述裝置的方法的示例，其中，道威棱鏡被插入波導中。起初，形成大 芯徑中空波導通道。然后可以在波導的側壁中產生開口。可以使用鋸割法、激光燒蝕、蝕刻 或光刻工藝來形成該開口。接下來，可以將道威棱鏡112插入波導通道中并固定到適當位 置。然后，可以將具有槽開口的波導蓋體施加到波導通道以使得能夠將反射的光信號路由 出來而至光學傳感器或檢測器120。在圖4和5的顯示的實施例中，光學傳感器120已被示為從波導基本上被移位。然 而，光學傳感器可以直接位于波導附近。圖6舉例說明波導中的倒置的道威棱鏡310的使用。倒置的道威棱鏡可以使用離 散進行工作，但是可以使用道威棱鏡的不同面來分離光信號。倒置的道威棱鏡可以在倒置 的道威棱鏡的倒置的底座上具有分離器涂層112。可以在倒置的道威棱鏡的入射面110和 出射面116 二者上設置防反射涂層。此配置允許將入射光信號或光束分離成到達傳感器 120的反射射束132和被返回到波導中的透射射束134。如圖7所示，還可以使用其它類型的棱鏡來實現校正射束離散的類似結果。例如， 位于波導中的棱鏡可以是三棱鏡。更具體地，三棱鏡可以是直角棱鏡410。直角棱鏡可以在 入射面上具有分離器涂層412且在出射面416上具有防反射涂層。入射光信號或光束將被 分離成到達傳感器420的反射射束432和被返回到波導中的透射或恢復射束434。直角棱鏡的(直角三角形的)斜邊414可以使用全內反射來使射束改向，該射束已 通過離散被折射回到波導中。在射束方向已被改變第一離散量之后，射束將以入射角反彈 離開斜邊，然后第二離散量將使透射射束改向回到同一波導通道中。反射射束可以以與其 進入棱鏡的角度相同的角度被發送回到波導中。可替換地，取決于棱鏡和棱鏡涂層的實際 幾何結構，射線可以以與其起初進入棱鏡時不同的角度穿出棱鏡。圖8舉例說明作為基于面積的射束分離器的三棱鏡或直角棱鏡的使用。由于被導 向射束在傳播的同時充滿波導，所以如果波導的某個區域被形成為45度角的反射表面以 進行光信號的90度分離，則射束的部分可以被反射。分離比大致上取決于波導內的傳播和 反射面積的比，從而取決于傳播射束的模分布圖(mode profile)。
為了構造以變化的分離比具有多個分離端口的波導結構，多個三棱鏡510、518可 以具有被施加于棱鏡的斜邊512的金屬化反射層。可以以遞增的高度將這些棱鏡插入波導 100中。可以使用多個橫向槽來將棱鏡插入波導中，所述多個橫向槽可以被鋸割或機械加工 到波導和硅襯底中以便形成臺階陽0、558，棱鏡位于臺階550、558的上面。還可以在將棱鏡 插入到臺階上時將棱鏡固定到硅襯底，或者可以直接在襯底上形成具有變化的高度或尺寸 的各棱鏡。面積棱鏡(area prism)被插入波導中足夠遠以將光束的期望部分反射到檢測器 120。例如，第一面積棱鏡可以反射光束的最低部分530。然后，當棱鏡足夠緊密地在一起 時，第二面積棱鏡可以反射光束的下一較高部分536。還可以存在圖中未示出的附加的棱鏡 分離器或反射器，其將反射光束的剩余部分M0，直至全部光束被反射出波導為止。覆蓋波 導橫截面的一部分的棱鏡的面積決定近似的分離比。在第一棱鏡和第二棱鏡充分地散布開時，未被基于面積的分離器反射的剩余部分 的射束將在傳播的同時完全充滿波導通道，從而被第二棱鏡占用的面積的百分比決定分離 比。所提出的設計可能在其中一系列射束分離器被合并到波導中以便路由光信號的光學總 線架構中特別有用。現在將描述用于制造用于具有大空芯的波導的分光器裝置的示例性方法，并將相 對于分別的圖中的橫截面制造圖來描述每個操作。圖9是示出在硅襯底中形成中空通道的 初始操作的流程圖，如在方框610中那樣。圖10舉例說明在諸如硅晶片的硅襯底720的頂 部上產生波導710。可以通過鋸割、壓印、激光圖案化、光刻或其它半導體制造技術來形成波 導。例如，可以通過將光致抗蝕劑圖案化到硅襯底上并隨后使用曝光工藝去除不想要的那 部分硅襯底來形成波導。該過程的結果可以形成具有底部和側壁的中空通道。例如，將硅 襯底圖案化還可以包括施加光致抗蝕劑、應用光刻工藝、應用干法蝕刻工藝以及使用清潔 工藝的步驟。可替換地，可以用鋸割工藝將通道鋸割到硅襯底中。例如，可以使用切割鋸來切割 用于波導的通道。切割鋸可以采用裝配有薄金剛石刀片或金剛石線的高速錠子來切割、分 割半導體晶片、硅、玻璃、陶瓷、晶體以及許多其它類型的材料或對它們進行開槽。一旦已經產生波導通道，則可以將金屬沉積到中空通道中以使中空通道具有反射 性，如在方框620 (圖6)中那樣。金屬的沉積可以包括施加AlN (氮化鋁)鈍化層并隨后施 加具有鈦的反射性銀作為緩沖層以改善金屬層到襯底的粘附性。如前所述，還可以使用其 它金屬來產生反射層。通道中的該反射表面產生波導通道。圖11舉例說明可以包括該方法中的可選步驟，其將另一硅晶片800結合到第一硅 襯底或第一硅晶片。可以將第二晶片與結合層810結合在一起。可以將第二晶片結合到第 一晶片的原因是增加總襯底深度以便為下一個鋸割步驟做準備。另外，兩個晶片之間的粘 合劑趨向于緩解與深切割相關聯的應力并提供機械完整性。如果使用足夠更厚的硅襯底， 則可能不需要此操作。另一操作是跨越波導鋸割深度槽，如在方框630 (圖9)中那樣。圖12舉例說明每 個深度槽910、912、914可以隨著深度槽與光信號源的距離的增加而具有遞減的深度。可以 基本上與波導垂直地鋸割深度槽，或者以針對特定光學應用所選的其它角度進行鋸割。槽 的深度取決于棱鏡的尺寸、實現給定棱鏡的期望的分離比所需的面積比、以及波導通道內的被導向射束的模分布。然后可以將直角棱鏡插入深度槽中，如在方框640 (圖9)中那樣。如圖13所示， 每個棱鏡950、952、卯4可以在棱鏡的斜邊上具有金屬涂層或其它高反射性涂層。因此，可 以將直角棱鏡配置為被定向為斜邊朝著入射光信號。然后，這些基于面積的分離器能夠基 于被每個分別的分離器覆蓋的波導的面積來將光信號或射束反射出波導。在圖13中描繪 的結構不一定是按比例的圖示，而僅僅是解釋性地說明使用階梯狀支撐結構的基于面積的 分離結構和具有斜邊的棱鏡，所述斜邊將來自波導的所選橫截面的基本上所有的光反射到 波導外面的點(例如，傳感器)。最后的操作是在中空通道上施加蓋體，如在方框650(圖9)中那樣。還可以在發生 鋸割之前施加該蓋體，但是可以以任何有用的順序來執行在本公開中描繪的操作的順序。 圖13進一步舉例說明波導蓋體960。波導蓋體包括允許將光從直角棱鏡引導到波導外面的 點的槽。例如，波導外面的點可以具有光學傳感器、微透鏡陣列或其它波導通道。實現變化 的分離比的替換方法是使用具有恒定深度槽的、尺寸變化的棱鏡。在這種方法中，在以遞增 的高度制造要插入的棱鏡的同時以恒定的深度切割將插入棱鏡的槽以提供期望的分離比。圖14是波導1410的橫截面圖示，波導1410被形成為具有襯底1412，襯底1412具 有蓋體1420。依照實施例，具有遞增尺寸的棱鏡1414、1416、1418被插入槽中。在此類基于 面積的棱鏡分離中，可以增加棱鏡的尺寸，而不是如在其它實施例中一樣增加在襯底中形 成的臺階的高度。因此，可以在襯底中使用統一的臺階高度，并且可以隨著棱鏡被定位得更 遠離光束源而增大棱鏡尺寸以改變分離比。通常，這些類型的面積分離器將較密集地被定 位在一起以避免波導中的光信號在每個分離器之間的擴展。圖15是依照實施例的被插入波導中的槽中的具有變化的形狀的棱鏡的橫截面圖 示。可以使用許多棱鏡形狀，諸如直角三棱鏡1502、道威棱鏡、等邊三角形1506、六邊形、八 邊形以及具有用于以期望的角度將射束反射出波導的適當表面的其它多邊形1504。圖16是示出用于波導1620的棱鏡1610的多個尺寸的使用的橫截面圖，其可以使 用注塑成型塑料或類似材料而被制造到襯底上。如前文所討論的，可以使棱鏡的表面金屬 化。可替換地，可以將此類棱鏡壓印到波導壁中或從波導壁鋸割以便提供分離器棱鏡。可 以使用注塑成型、壓印、鋸割以及類似制造工藝以集成的形式將上述基于面積的分離器直 接制造到襯底上或襯底中。圖17舉例說明基于面積的棱鏡分離器，其中利用波導1710的蓋體或壁形成分離 器。可以使用壓印、機械沖壓或類似制造方法將這些反射棱鏡分離器1710、1720、1730形成 到波導的壁中。圖18舉例說明波導1800中的基于面積的分離器的橫截面圖，其中棱鏡通過光學 分接頭而被安裝。波導蓋體1810可以具有為三角形或多邊形棱鏡提供支撐的棱鏡支架 1820、1830，所述三角形或多邊形棱鏡被安裝到光學分接頭中并停靠在光學分接頭區域中。 可以使用金屬化或其它技術使三角形斜邊1840具有反射性。因此，入射射束將通過具有防 反射涂層的面進入棱鏡并被使用反射性斜邊反射出光學分接頭。雖然上述方法對于諸如直角分離器的面積分離器而言是有效的，但可以使用類似 的鋸割或光蝕刻工藝來產生用于道威棱鏡的位置。用于將道威棱鏡結合到波導中的波導產 生和金屬化過程是類似的。然而，被鋸割到波導中以用于道威棱鏡的槽每個都可以具有相同的深度，然后可以將道威棱鏡插入波導的槽中。道威棱鏡被配置成透射光信號或光中的 一些，因此，可以在期望的地方將道威棱鏡直接插入波導中。替換實施例可以使用道威棱鏡作為面積分離器。這可以通過以與針對三棱鏡舉例 說明的方式類似的方式改變道威分離器的尺寸來實現。這樣，可以將道威分離器配置為允 許所選量的光越過道威棱鏡并到達另一道威分離器。可以使用大芯徑中空波導來將位于一個或多個電路板或硅晶片上的電子裝置互 連。該電子裝置可以具有電輸出和輸入，所述電輸出和輸入被轉換成光學輸出以便通過光 波導傳輸。可替換地，電子裝置可以是在不需要轉換的情況下發送和接收光信號的光學裝 置。與實芯波導相比，在波導內部上具有反射涂層的大芯徑中空波導可以大大減少被引導 通過波導的光信號的損耗。中空波導的內部上的反射涂層可以使由光信號在波導內的反射 引起的損耗最小化。可以在波導中使用棱鏡分離器來校正離散并使得透射通過棱鏡的射束 以與接收該射束時相同的角度返回到同一波導中。另外，可以在棱鏡上提供反射涂層以基 于波導內的被棱鏡占用的面積來弓I導光信號的一部分。雖然前述示例在一個或多個特定應用中舉例說明了本發明的原理，但對于本領域 普通技術人員來說將顯而易見的是，在沒有行使發明權力以及在沒有脫離本發明的原理和 概念的情況下，可以進行實施方式的形式、使用和細節方面的許多修改。因此，除了由下文 闡述的權利要求之外，并不意圖限制本發明。
權利要求
1.一種分光器裝置，包括波導(102)，其具有形成大空芯(100)的壁(104)，并被配置為通過所述大空芯來引導 光信號(130);光學分接頭(108)，其是通過波導的一個壁形成的；所述波導的大空芯中的棱鏡(112)，其與所述光學分接頭對準；以及所述棱鏡上的分離器涂層(110)，其用以將光信號的一部分通過光學分接頭引導到波 導的外面。
2.如權利要求1所述的分光器裝置，其中，所述棱鏡是道威棱鏡或倒置的道威棱鏡，所 述道威棱鏡和所述倒置的道威棱鏡每個均被配置為利用離散使透射通過棱鏡的光信號改 向回到波導中。
3.如權利要求2所述的分光器裝置，其中，所述道威棱鏡具有接收面上的分離器涂層 和出射面上的防反射涂層，以及用于道威棱鏡的底座的全內反射。
4.如權利要求2所述的分光器裝置，其中，所述倒置的道威棱鏡在所述倒置的道威棱 鏡的倒置的底座上具有分離器涂層，并在所述倒置的道威棱鏡的入射面和出射面上具有防 反射涂層。
5.如權利要求1所述的分光器裝置，其中，位于波導中的所述棱鏡是三棱鏡。
6.如權利要求5所述的分光器裝置，其中，所述三棱鏡具有被施加于三棱鏡的斜邊的 反射性金屬化涂層且所述三棱鏡被配置為利用離散使透射通過棱鏡的光信號改向回到波 導中。
7.如權利要求1所述的分光器裝置，其中，使用由波導蓋體形成的支撐體將所述棱鏡 安裝在所述光學分接頭中。
8.如權利要求7所述的分光器裝置，還包括隨著與光信號源的距離的增大而具有遞增 的尺寸的多個基于面積的棱鏡。
9.如權利要求1所述的分光器裝置，其中，所述棱鏡還包括具有被施加于斜邊的反射 性金屬化涂層的多個直角棱鏡且所述直角棱鏡被用作波導中的基于面積的分離器。
10.如權利要求1所述的分光器裝置，其中，使用選自包括下列項的組的工藝為波導的 壁形成多個棱鏡注塑成型、壓印以及沖壓。
11.一種用于制造用于具有大空芯的波導的分光器裝置的方法，包括在硅襯底中形成中空通道(610)；在所述中空通道上沉積金屬以使中空通道具有反射性并產生波導(620);跨越所述波導鋸割深度槽，其中，每個深度槽具有隨著與光信號源的深度槽距離的增 大而遞減的深度(630);將在斜邊上具有金屬化涂層的直角棱鏡插入深度槽中，并且將所述直角棱鏡定向為斜 邊朝向入射光信號(640);以及在中空通道上施加蓋體(650 )。
12.如權利要求11所述的方法，其中，形成中空通道包括使用切割鋸將所述中空通道 鋸割到硅襯底中。
13.如權利要求11所述的方法，還包括將第二硅晶片結合到第一硅晶片的底部的步馬聚ο
14.如權利要求11所述的方法，其中，將硅襯底圖案化的步驟還包括施加光致抗蝕劑 的步驟、應用光刻工藝的步驟、應用干法蝕刻工藝的步驟以及使用清潔工藝的步驟。
15.一種用于制造用于具有大空芯的波導的分光器裝置的方法，包括 在硅襯底中形成中空通道；在中空通道上沉積金屬以使中空通道具有反射性并產生波導； 跨越所述波導鋸割深度槽，其中，每個深度槽具有相同的深度； 將道威棱鏡插入所述深度槽中；以及 在所述中空通道上施加蓋體。
全文摘要
提供了一種分光器裝置和方法。該裝置可以包括具有形成大空芯的壁(104)的波導(102)。該波導可以被配置為通過大空芯引導光信號。可以通過波導(102)的至少一個壁(104)來形成光學分接頭(108)。另外，棱鏡(112)可以位于波導的大空芯中并與光學分接頭(108)對準。可以在棱鏡上提供分離器涂層(110)以通過光學分接頭(108)將光信號的一部分引導到波導(102)之外。
文檔編號G02B5/04GK102089689SQ200880130269
公開日2011年6月8日 申請日期2008年5月9日 優先權日2008年5月9日
發明者葉 J-S., T. 西爾斯 L., N. 比克內爾 R. 申請人:惠普開發有限公司