專利名稱：無熱化的光波導(dǎo)集成器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明針對光波導(dǎo)集成器件，這種器件中的光傳送特性對溫度變化和波動不敏感。更特別的是，本發(fā)明針對具有含有機的外包層的無熱平面光波導(dǎo)集成器件，其中的外包層含硅酸鹽玻璃、聚合物和/或雜合的(有機的/無機的)溶膠凝膠。
背景技術(shù)：
光波導(dǎo)集成器件，諸如光集成電路，將小型化的波導(dǎo)和光學(xué)器件組合成安裝在小平面基片之上的光學(xué)功能系統(tǒng)。這樣的光波導(dǎo)集成器件舉例來說，通常通過連接光波導(dǎo)纖維而在光通訊系統(tǒng)中使用，該光波導(dǎo)纖維將光信號作為輸入輸出傳送到光波導(dǎo)集成器件。光波導(dǎo)集成器件在光通訊系統(tǒng)中完成傳送光線的功能或過程。
結(jié)合了光程差的光集成電路，舉例來說，可被用作波長多路復(fù)用和波長多路分解器件。這種光集成設(shè)備作波長分頻多路復(fù)用(WDM)/多路分解時特別有用，而且可與由多個不同的光程上有差異的波導(dǎo)芯臂(core arm)組成的相控陣列結(jié)合。
波長分頻多路分解器特別包括，至少一個在N個不同的波長(λ1，λ2，…λN)傳送N個光信號的輸入波導(dǎo)，以及至少N個輸出波導(dǎo)，每一個波導(dǎo)傳送在設(shè)定的波長λi(i＝1，2，…N)上N個光信號中的一個。相反，波長分頻多路復(fù)用器包括至少N個輸入波導(dǎo)，每一個波導(dǎo)傳送在波長λ1，λ2，…λN上的N個光信號，以及至少一個傳送N個光信號的輸出波導(dǎo)。N個光信號的波長λ1，λ2，…λs、較佳等于信道中心波長，在這個值上實際器件的傳送光譜顯示最小的損耗。任何引起器件信道中心波長變化的擾動較佳地被避免。
WDM，諸如相位器，需要對相控陣列鄰近波導(dǎo)路徑間的光程差(OPD)做精確的控制。OPD可由n×ΔL表示，其中，n是光波導(dǎo)路徑中基本模式的有效指數(shù)，ΔL為鄰近波導(dǎo)路徑的物理路程差。平均信道波長λ0由mλ0＝OPD＝n×ΔL決定，其中m是衍射級。平均信道波長的任何遷移將引起信道中心波長上的相同遷移。由于n和ΔL通常都取決于溫度，現(xiàn)有的光波導(dǎo)集成器件需要溫度調(diào)節(jié)以防止伴隨溫度的波長變化。雖然這種器件在與標(biāo)準(zhǔn)一致的室溫下提供了好的性能，但當(dāng)器件被用于暴露在有熱變化和溫度波動的環(huán)境中時，它們表現(xiàn)出的性能是糟糕的。在這種集成器件中，在1550nm范圍內(nèi)大于傳送波長信道間隔十分之一的信道中心波長的熱遷移，在變化中的溫度的環(huán)境下會限制該器件的有效性。二氧化硅基相位器顯示約為0.01nm/℃的信道波長遷移，同時當(dāng)前的信道間隔為0.4到1.6nm，這樣便將它們的使用限制在小溫度范圍內(nèi)。從而，光波導(dǎo)集成器件的使用受到溫度依賴性的限制。
當(dāng)今，光波導(dǎo)集成器件的應(yīng)用已被一定的要求所阻礙，該要求為保持器件溫度一致，比如主動加熱或冷卻器件。雖然這種昂貴和消耗能量的加熱和冷卻能在實驗室器件中可能得到滿足，但人們需要可生產(chǎn)的并能在野外部署并當(dāng)遇到溫度變化時可正常操作的光波導(dǎo)集成器件。相應(yīng)地，本發(fā)明針對能被生產(chǎn)、包裝和/或使用的而無溫度控制需求的無熱光集成器件。
發(fā)明的概述本發(fā)明部分地針對光波導(dǎo)集成器件，該光波導(dǎo)集成器件大致排除了一個或多個因相關(guān)工藝的限制和缺點引起的困難。本發(fā)明部分地提供了無熱光波導(dǎo)集成器件，它包含熱遷移補償負(fù)dn/dT的、含有機的外包層(諸如，聚合物或溶膠凝膠)，此上包層阻止因操作溫度在設(shè)定的操作溫度范圍內(nèi)變化而引起的信道波長的遷移。在本發(fā)明的較佳實施例中，提供了無熱相控陣列波長分頻多路復(fù)用器/多路分解器。
本發(fā)明另外的特征和優(yōu)勢將在以下的描述中被闡述，而且部分地在描述中變得明顯或可通過發(fā)明的實踐了解。本發(fā)明的目的和其它優(yōu)勢將通過特別在書面描述和它的權(quán)利要求以及附圖中提出的器件、組成和方法來實現(xiàn)和得到。
為了達到這些以及其它優(yōu)勢，根據(jù)本發(fā)明的目的，如實施和廣泛描述的，本發(fā)明提供了包括在平面基片上支承的摻雜石英波導(dǎo)電路芯的光波導(dǎo)集成電路器件。該平面基片較佳為還可以包括內(nèi)包層或緩沖層(諸如不摻雜或少許摻雜的石英層)的固體平面基片(諸如石英晶片或硅晶片)。摻雜石英波導(dǎo)電路芯具有第一波導(dǎo)路徑和至少一個第二波導(dǎo)路徑，其中，波導(dǎo)路徑具有路程差ΔL，該差異被選出來以提供相應(yīng)于合適的在范圍1500到1600nm之內(nèi)的信道波長λ和相關(guān)于合適的自由光譜范圍(關(guān)于信道數(shù)目和信道間隔)的光程差。
本發(fā)明較佳的光波導(dǎo)器件包括熱遷移補償負(fù)dn/dT的含有機的外包層，比如聚合物或溶膠凝膠，它們可與摻雜石英(或硅酸鹽玻璃)的部分外包層聯(lián)合使用。含有機的外包層(若可行的話，跟摻雜石英的部分外包層一起)包蓋摻雜石英的波導(dǎo)電路芯。含有機的外包層較佳由聚合物材料或溶膠凝膠材料組成，并且較佳作為局部外包層、雙層外包層或雜合外包層與硅酸鹽玻璃聯(lián)合使用。該外包層覆蓋和封裝波導(dǎo)電路芯。較佳地，含有機的外包層，其折射率對溫度的變化(dn/dT)為負(fù)。含有機的材料和器件的幾何參數(shù)經(jīng)過挑選，使含有機材料的折射率對溫度的負(fù)變化(dn/dT)限制信道中心波長的遷移少于0.10nm，較佳地少于0.05nm，此時器件經(jīng)歷范圍從0℃到70℃的溫度變化。
在本發(fā)明的較佳實施例中，器件是具有形成相控矩陣的波導(dǎo)通路的波長分頻多路復(fù)用器/多路分解器。在本發(fā)明的其它較佳實施例中，無熱集成光相控矩陣的波長分頻多路復(fù)用器/多路分解器包含在平面基片上的摻雜石英的波導(dǎo)芯，該平面基片部分被硅酸鹽玻璃外包層外包裹，部分被由氟化單體構(gòu)成的聚合物外包裹或被雜合的有機/無機的溶膠凝膠外包裹。
其它較佳的與波導(dǎo)芯器件結(jié)合的無熱光電訊波長分頻多路復(fù)用器/多路分解器包含支承于平面基片之上的摻雜石英的波導(dǎo)電路芯，在平面基片中，石英波導(dǎo)電路芯包括用于多路復(fù)用/多路分解多個光電訊波長信道的多路復(fù)用/多路分解電路區(qū)域(相控矩陣)。該器件也包含外包裹包括第一波導(dǎo)外包層材料和第二波導(dǎo)外包層材料的不同類波導(dǎo)電路。該器件引導(dǎo)在波導(dǎo)芯功率分配和在波導(dǎo)外包層功率分配中的光電訊光線，在其中，波導(dǎo)外包層功率分配中被引導(dǎo)的光線的第一部分被引導(dǎo)穿過第一波導(dǎo)外包層材料，而在波導(dǎo)外包層功率分配中被引導(dǎo)的光線的第二部分則被引導(dǎo)穿過第二波導(dǎo)外包層材料，使多路復(fù)用/多路分解器件在經(jīng)歷范圍0到70℃之間的溫度變化時其在信道波長中由熱引起的波長遷移被抑制在小于0.10nm。所述的多路復(fù)用/多路分解器件在信道波長中的由熱引起的波長遷移可被抑制在小于0.05nm。第一波導(dǎo)外包層材料較佳為含有機的光學(xué)材料，第二波導(dǎo)外包層材料較佳為無機光學(xué)材料。第一波導(dǎo)外包層材料較佳具有的折射率對溫度的變化為負(fù)，第二波導(dǎo)外包層材料較佳具有的折射率對溫度的變化為正。第一波導(dǎo)外包層材料折射率對溫度的負(fù)變化較佳小于-5×10-5℃-1，第二波導(dǎo)外包層材料折射率對溫度的正變化通常大于5×10-6℃-1。
本發(fā)明還包含制作光波導(dǎo)波長分頻多路復(fù)用/多路分解器件的方法。該方法包括提供平面基片的步驟和在平面基片上用安裝有光程差的波導(dǎo)芯形成摻雜石英的波導(dǎo)芯的步驟，其中的光程差符合適當(dāng)?shù)男诺啦ㄩLλ在范圍1500到1600nm之間。該方法還包括用折射率對溫度變化(dn/dT)為負(fù)的聚合物外包層外包裹摻雜石英的波導(dǎo)芯，其中，聚合物外包層在器件經(jīng)歷溫度變化時抑制信道中心波長的遷移。
在本發(fā)明的較佳實施例中，制作結(jié)合波導(dǎo)電路器件的無熱光電訊波長分頻多路復(fù)用器/多路分解器的方法包含，提供支承于包括波導(dǎo)內(nèi)包層的平面基片之上的波導(dǎo)電路芯，波導(dǎo)內(nèi)包層可為緩沖層或基片本身。波導(dǎo)電路芯材料和波導(dǎo)內(nèi)包層材料較佳地折射率對溫度的變化為正。波導(dǎo)電路芯較佳包括用于多路復(fù)用/多路分解多個光電訊波長信道的多路復(fù)用/多路分解電路區(qū)域。提供了包括第一波導(dǎo)外包層材料和第二波導(dǎo)外包層材料的不同類的波導(dǎo)電路外包層。第一波導(dǎo)外包層材料較佳具有的折射率對溫度的變化為負(fù)，第二波導(dǎo)外包層材料較佳具有的折射率對溫度的變化為正。波導(dǎo)電路芯、波導(dǎo)內(nèi)包層材料以及第二波導(dǎo)外包層材料的折射率對溫度的正變化通過第一波導(dǎo)外包層材料的折射率對溫度的負(fù)變化來補償，其中，或者1)光線被器件一部分中的波導(dǎo)電路芯、波導(dǎo)內(nèi)包層材料和第一波導(dǎo)外包層材料引導(dǎo)，也被器件另一部分中的波導(dǎo)電路芯、波導(dǎo)內(nèi)包層材料和第二波導(dǎo)外包層材料引導(dǎo)；或2)第一波導(dǎo)外包層材料被疊加到第二波導(dǎo)外包層材料之上，使光線的第一部分被波導(dǎo)電路芯、波導(dǎo)內(nèi)包層材料和第二波導(dǎo)外包層材料引導(dǎo)，同時光線的第二部分被第一波導(dǎo)外包層材料引導(dǎo)；或3)第二波導(dǎo)外包層材料與第一波導(dǎo)外包層材料混合以形成雜合波導(dǎo)外包層材料，而光線被波導(dǎo)電路芯、波導(dǎo)內(nèi)包層材料和雜合波導(dǎo)外包層材料引導(dǎo)，使多路復(fù)用/多路分解器件在經(jīng)歷溫度變化范圍在0到70℃之間時其在信道波長中由熱引起的波長遷移被抑制在小于0.10nm。多路復(fù)用/多路分解器件在信道波長中由熱引起的波長變化較佳被抑制在小于0.05nm。
結(jié)合附帶的圖紙進一步提供對本發(fā)明的理解，圖紙構(gòu)成一部分說明書、描繪本發(fā)明的實施例以及與文字描述一起解釋發(fā)明的原理。


圖1描繪了本發(fā)明的較佳聚合物包層的較佳單體單元，包括五氟苯乙烯(5FS)、甲基丙烯酸三氟乙酯(3FEMA)、甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)、丙烯酸十五氟辛酯(15FOA)、丙烯酸五氟芐酯(5FBA)、丙烯酸三氟乙酯(3FEA)和丙烯酸六氟丙酯(6FPA)。
圖2顯示了用于帶有摻雜石英的外包層的相控矩陣波長分頻多路分解器件的平均信道波長對溫度的曲線(點線；dλ/dT＝+0.01nm/℃)，用于本發(fā)明外包層氟化共聚物環(huán)氧9的相控陣波長分頻多路分解器件的平均信道波長對溫度的曲線(有叉的實線)，和用于本發(fā)明外包層氟化環(huán)氧10的相控陣波長分頻多路分解器件的平均信道波長對溫度的曲線(有菱形的實線)。
圖3A是較佳光波導(dǎo)集成電路相控矩陣波長分頻多路復(fù)用/多路分解器件的俯視圖。它還顯示了用于局部外包層沉積的掩膜的位置。
圖3B顯示了圖3A沿著虛線AA’截面的左視圖，它包含使掩膜被托至脊之上的支持物。
圖4顯示了具有較佳的雙層含有機的外包層的截面圖。
圖5A顯示了具有厚玻璃外包層的較佳波導(dǎo)的截面圖，圖中顯示了遺留在波導(dǎo)之上外包層表面的小圖案。
圖5B顯示了圖5A中描繪的較佳波導(dǎo)被蝕刻后的截面圖。
圖5C顯示了圖5B中描繪的較佳波導(dǎo)在沉積含有機材料層從而形成雙層外包層之后的截面圖。
圖6A和圖6B顯示了在蝕刻玻璃過包雙層方法中無熱化的含有機材料的理想理論n(T)(折射率對溫度)曲線的圖表，含有機材料3um(6A)和5um(6B)厚的玻璃外包層以及不同的n(0℃)值。
圖7顯示了用于相控陣波長分頻多路分解器件的平均信道波長對溫度的曲線，該器件具有本發(fā)明的雙層外包層，雙層外包層包含蝕刻硅酸鹽玻璃部分和由氟化共聚物環(huán)氧16組成的聚合物部分。
圖8是由本發(fā)明的薄玻璃外包層方法外包裹的較佳波導(dǎo)的截面圖。
圖9顯示了在薄玻璃過包雙層方法中無熱化的含有機材料的理想理論n(T)(折射率對溫度)曲線的圖表，含有機材料0.5um厚的玻璃外包層以及不同的n(0℃)值。
較佳實施例的詳細(xì)描述本發(fā)明部分包含無熱光波導(dǎo)集成器件，該器件包含可抑制信道波長遷移的含有機外包層，波長的遷移是由于在預(yù)先決定的操作溫度范圍內(nèi)操作溫度時帶來的變化。
光波導(dǎo)集成器件對熟練的工匠來說是非常著名的且在文學(xué)中被詳細(xì)描述。典型的光波導(dǎo)集成器件較佳包括平面基片上的摻雜石英的波導(dǎo)電路芯，較佳在扁平的平面石英基片，諸如熔化的石英元件或有石英緩沖層的石英晶片。
在本發(fā)明的較佳實施例中，光波導(dǎo)集成器件是帶有具備波導(dǎo)通路的電路芯的相控陣相控陣波長分頻多路復(fù)合器/多路分解器。這樣的器件對熟練的工匠來說非常著名。在本發(fā)明的某寫較佳實施例中，石英波導(dǎo)電路芯包含在第一波導(dǎo)通路和至少較佳鄰近且基本平行的第二波導(dǎo)通路。然而，本發(fā)明用具有至少幾百個波導(dǎo)通路的相控矩陣來包圍多數(shù)波導(dǎo)通路的相控矩陣。在多路分解器件的例子中，波長多路復(fù)用信號通過輸入波導(dǎo)被輸入器件，其中的多路復(fù)用信號包含多路波長λ1、λ2....λN。耦合區(qū)隨后將多路波長信號結(jié)合進相控矩陣的波導(dǎo)通路。相控矩陣多路分解(分離)波長λ1到λN，使它們通過第二耦合器被結(jié)合進它們各自退出器件的信道輸出波導(dǎo)。相反地，在相控矩陣多路復(fù)合的例子中，波長λ1到λN通過它們各自的信道輸入波導(dǎo)被輸入器件且通過第一耦合區(qū)被結(jié)合進相控陣的波導(dǎo)通路。相控矩陣結(jié)合波長λ1到λS，使它們通過第二耦合器被結(jié)合進共同的輸出波導(dǎo)。不管在多路分解器件還是在多路復(fù)合器件中，相控矩陣波導(dǎo)通路具有路程差ΔL，該路程差經(jīng)過挑選以提供符合波長多路復(fù)用信號λ1、λ2....λN的光程差。光程差較佳經(jīng)過挑選以符合適當(dāng)?shù)脑诜秶?500到1600nm的波長λ1、λ2....λN和符合適當(dāng)?shù)淖杂晒庾V范圍。
在商業(yè)供應(yīng)的光學(xué)器件中的伴隨溫度的平均信道波長的遷移由以下的等式1表示，其中λ是平均信道波長，T是溫度dλ/dT＝λ(1/n×dn/dT+1/ΔL×dΔL/dT) (1)有效折射率n和物理路程差ΔL都取決于溫度。dn/dT的值對石英大約為10-5℃-1，對聚合物大約在-4×10-4℃-1和5×10-5℃-1之間。第二項“1/ΔL×dΔL/dT”，符合基片熱膨脹系數(shù)，對石英基片大約為5.5×10-7℃-1。在第一近似值中它可被忽略或用負(fù)得較少的dn/dT抵消。本發(fā)明的含有機的外包層提供它們折射率對溫度的負(fù)變化。本發(fā)明的光波導(dǎo)器件包含平面基片(至少包含石英基片或石英內(nèi)包層)、摻雜石英的芯心以及包含至少含有機部分的外包層，如果有的話包含硅酸鹽玻璃部分。本發(fā)明光波導(dǎo)器件的基本模式有效折射率取決于摻雜石英芯材料折射率(正dn/dT)和石英內(nèi)包層或基片材料折射率(正dn/dT)，如果可能的話取決于硅酸鹽玻璃外包層材料折射率(正dn/dT)和含有機的外包層材料折射率(負(fù)dn/dT)。較佳器件中的光信號不僅在芯中傳播還在層中傳播。含有機的外包層補償含石英部分(內(nèi)包層、芯心，如果有的話還有外包層)之上的熱效應(yīng)(折射率和物理路程)，消去了器件對溫度的依賴性，使信道中心波長的變化在溫度工作在范圍0到70℃時被抑制在小于大約0.1nm，較佳小于約0.05nm。由于石英表現(xiàn)出正的dn/dT，因此含有機的外包層材料，諸如具有負(fù)dn/dT值的聚合物或溶膠凝膠，對它們的使用實現(xiàn)了在混合石英聚合物系統(tǒng)中消去信道波長的熱漂移。從而，發(fā)明的含有機的的外包層成份允許外包層折射率精確的調(diào)整，并且提供了無熱的特性。
在本發(fā)明的較佳實施例中，光波導(dǎo)器件包含包蓋波導(dǎo)電路芯的含有機的外包層。含有機的外包層較佳封裝由平面基片支持的石英波導(dǎo)電路芯，在石英基片中，光線由石英波導(dǎo)電路芯、含有機的外包層和平面基片引導(dǎo)并在石英波導(dǎo)電路芯、含有機的外包層和平面基片中傳播。
在本發(fā)明的較佳實施例中，含有機的外包層具有負(fù)的折射率對溫度的變化(dn/dT)，且該外包層經(jīng)過挑選使含有機的外包層dn/dT抑制信道中心波長的變化在器件經(jīng)歷0到70℃范圍溫度變化時少于約0.10nm，較佳少于約0.05nm。更佳的是，含有機的外包層和折射率對溫度的負(fù)變化dn/dT經(jīng)過挑選，使抑制信道中心波長的變化少于大約0.01nm。
對無熱器件有用的含有機外包層折射率的精確范圍取決于諸如芯折射率、芯dn/dT和芯體積這樣的參數(shù)。特別地，上限由彎曲波導(dǎo)中的損失決定并且取決于波導(dǎo)電路芯曲率的半徑。在較佳實施例中，芯折射率大約為1.35到1.60，較佳為大約1.40到1.50。更佳地，芯折射率在1550nm和20℃上大約為1.455±0.002，假設(shè)的dn/dT等于石英(10-5℃-1)，且芯體積大約為6×6.5nm。在本例中，含有機外包層的折射率在1 550nm和20℃時在范圍1.430到1.450之間，更佳地當(dāng)1550nm和20℃時在大約1.437到1.447之間。
本發(fā)明較佳的含有機的外包層包含含有氟化單體的聚合物和/或共聚物，較佳地其中的氟化單體從乙烯、丙烯酸、甲基丙烯酸或烯丙基族中挑選(由乙烯、丙烯酸、甲基丙烯酸和烯丙基組成的組群)。含氟化單體的共聚物較佳用自由基方法(熱誘導(dǎo)的或光誘導(dǎo)的)合成。含有機的外包層可包含含其它族的聚合物或共聚物，比如氟化間二氧雜環(huán)戊烯。如果芯材料的折射率在1550nm(不同摻雜的芯材料)高于1.5，新的族比如氟化聚酰亞胺可被使用。五氟苯乙烯(5FS)、一甲基丙烯酸三氟乙酯(3FEMA)、丙烯酸十五氟辛酯(5FS)、丙烯酸五氟芐酯(5FBA)(見圖1)，以及它們的組合和類似的組合較佳為本發(fā)明的含有機的外包層的氟化單體。工藝上熟練的人能夠使用其它氟化單體，比如本發(fā)明中含有機外包層的丙烯酸三氟乙酯(3FEA)或丙烯酸六氟丙酯(6FPA)(見圖1)。
對包含在共聚物中單體的選擇不僅影響折射率還影響共聚物的dn/dT。通常聚合物在它們的玻璃轉(zhuǎn)化溫度(Tg)之下呈現(xiàn)在范圍-1×10-4℃-1中的dn/dT，而在它們的玻璃轉(zhuǎn)化溫度(Tg)之上呈現(xiàn)在范圍-3×10-4℃-1中的dn/dT。通過改變聚合物化學(xué)式，可實現(xiàn)先調(diào)節(jié)Tg隨后是dn/dT。五氟苯乙烯、甲基丙烯酸以及單體上的短的支鏈(甲基或乙基)趨向于升高共聚物的Tg。5FS和3FEMA對高Tg且負(fù)的dn/dT較少的共聚物來說是較佳的單體。丙烯酸、單體上的長支鏈趨向于降低共聚物的Tg。5FBA、15FOA和6FPA對低Tg且dn/dT負(fù)得相當(dāng)多的共聚物來說是較佳的單體。
當(dāng)雙功能甲基丙烯酸環(huán)氧單體被添加時較佳的含有機的外包層得到改進，尤其當(dāng)雙功能的甲基丙烯酸環(huán)氧單體是丙烯酸縮水甘油酯(GMA)時(見圖1)。雖然并不想受到理論的束縛，但相信，雙功能甲基丙烯酸環(huán)氧單體在含有機的外包層在摻雜的波導(dǎo)芯和平面基片之上沉積之后可提供共聚物的陽離子和/或熱交聯(lián)。工藝嫻熟的人能使用其它可提供本發(fā)明共聚物的交聯(lián)的雙功能單體。外包層較佳由溶液中的共聚物澆鑄。通常，外包層通過旋涂或浸涂來澆鑄。用于溶解和澆鑄本發(fā)明共聚物的溶劑可從四氫呋喃、三氯甲烷、二氯甲烷、甲苯和其它芳族溶劑，來自酯和酮族的溶劑中挑選。用醋酸乙酯、醋酸丁酯或丁酮可得到好的結(jié)果。
當(dāng)使用增粘劑時也可獲得經(jīng)過改良的聚合物外包層。較佳的增粘劑來自硅烷族。用脫水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(GlyMo)、巰基丙基三甲氧基硅烷(MPMo)、r-氨基丙基三甲氧基硅烷(GAPS)和類似的物質(zhì)可獲得好的結(jié)果。增粘劑可在澆鑄聚合物外包層前被用作器件的表面處理?；蛘撸稣硠┛赏糜跐茶T器件和形成外包層的本發(fā)明聚合物的溶液混合。
本發(fā)明較佳的含有機包層包含大約25-65wt.％的甲基丙烯酸三氟乙酯(3FEMA)、大約10-75wt.％的五氟苯乙烯(5FS)和大約0-30wt.％的甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)。單體混合物較佳通過自由基過程來聚合。較佳的自由基引發(fā)劑是占總的單體濃度大約0.1-5wt.％的4，4’-偶氮二(4-氰基戊酸)(ADVN)。聚合較佳在溶液中進行。在較佳實施例中，聚合混合物由50-95wt.％的四氫呋喃(THF)組成。
本發(fā)明的另一個較佳的含有機的包層包含大約30-80wt.％的五氟苯乙烯(5FS)、約20-40wt.％的丙烯酸十五氟辛酯(15FOA)和大約0-30wt.％的甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)。單體混合物較佳通過自由基過程聚合。較佳的自由基引發(fā)劑是占總的單體濃度大約0.1-5wt.％的4，4’-偶氮二(4-氰基戊酸)(ADVN)。聚合較佳在溶液中進行。在較佳實施例中，聚合混合物由50-95wt.％的四氫呋喃(THF)組成。
在本發(fā)明的較佳實施例中，含有機的外包層包含在這里稱為“共聚物環(huán)氧9”的共聚物。共聚物環(huán)氧9通過聚合約60wt.％的5FS、約30wt.％的3FEMA和大約10wt.％的GMA來配置。1wt.％的ADVN自由基引發(fā)被加入到在THF中溶解的混合物。在THF中單體的總濃度通常在5-50wt.％范圍中。溶液被攪拌并在70℃被加熱16個小時。共聚物隨后通過在甲醇中沉淀被分離和純化。在1550nm和20℃時的共聚物折射率由米棱鏡耦合器測量得1.447，而dn/dT由后反射技術(shù)測量得約為-1×10-4-℃-1。
在本發(fā)明的其它較佳實施例中，含有機的外包層包含在這里稱為”共聚物環(huán)氧16“的共聚物。共聚物環(huán)氧16通過聚合約67wt.％的5FS、約29wt.％的15FOA和大約4wt.％的GMA來配置。1wt.％的ADVN自由基引發(fā)劑被加入到在THF中溶解的混合物。在THF中單體的總濃度通常在5-50wt.％范圍中。溶液被攪拌并在70℃被加熱16個小時。共聚物隨后通過在甲醇中沉淀被分離和純化。在1550nm和20℃時的共聚物折射率為ca.1.44，而dn/dT在1550nm時通過使用后反射技術(shù)測量得-1.4×10-4-℃-1。
本發(fā)明另一個較佳的含有機的包層包含大約45-100wt.％的丙烯酸五氟芐酯(5FBA)、約0-25wt.％的丙烯酸十五氟辛酯(15FOA)和大約0-30wt.％的甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)。通常，通過聚合60wt.％的5FBA、35wt.％的15FOA和5wt.％的GMA來制備的共聚物的dn/dT約為-3×10-4℃-1。
在本發(fā)明的其它較佳實施例中，溶膠凝膠外包層，較佳為雜合溶膠凝膠材料，而非聚合物被用作含有機的外包層。雜合溶膠凝膠材料特有的性能是，dn/dT能通過從純凈的SiO2到R-SiO2/3改變成分來連續(xù)調(diào)節(jié)，其中的R為有機側(cè)基。在這成分范圍中最顯著的變化是平均網(wǎng)絡(luò)配位數(shù)，對二氧化硅來說是4而對倍半硅氧烷來說是3。網(wǎng)絡(luò)配位鍵增加一個就加強了基質(zhì)的壓縮性和剛度，而且這是區(qū)別物理特性的主要因素。影響折射率的一個物理特性是通過摩爾容積折射率的熱膨脹系數(shù)(CTE)。已認(rèn)識到dn/dT隨CTE而成比例變化。因此，可通過使用平均網(wǎng)絡(luò)配位來影響材料的CTE發(fā)展出組分改變的方法來調(diào)節(jié)dn/dT。純凈的SiO2具有的膨脹系數(shù)為5.5×10-7/℃，而R-SiO2/3化合物具有的膨脹系數(shù)在200×10-6/℃范圍中。將四重配位的二氧化硅與三重配位的雜合材料結(jié)合在一起將會改變膨脹系數(shù)，使其值大大地減小，從而改變dn/dT從-3×10-4/℃(倍半硅氧烷的值)到+1×10-5/℃(二氧化硅的值)。組合物的CTE與平均網(wǎng)絡(luò)配位數(shù)的近似線性的關(guān)系已被測得。類似地，可以假定dn/dT的值，取決于雜合材料中SiO2的含量。dn/dT的理想值能通過適當(dāng)平衡三重和四重配位的硅原子在組合物中的含量來得到。可選擇有機的側(cè)基R以調(diào)節(jié)折射率，從而輕微地改變dn/dT。為了制得dn/dT為-1×10-4/℃的雜合溶膠凝膠材料，需要60％為SiO2、40％為R-SiO2/3的組合物。為了進一步修正組成以獲得1.444的折射率，40％的三重配位的可包含75％的乙基倍半硅氧烷和25％的苯基倍半硅氧烷。有其它有機側(cè)鏈的前體可被使用，且它們對折射率的影響需要獨立的優(yōu)化。上述具有-1×10-4/℃的dn/dT和1.444的n的雜合材料，其典型的配方將在下文出現(xiàn)。簡單地說，40.4cc的TEOS用60ccIPA稀釋，并與1.5到2.0cc的H2O和0.28cc的HNO3反應(yīng)。這一反應(yīng)在加入1.5到2.0cc H2O之前可在45℃進行60分鐘。在45℃再反應(yīng)30分鐘之后，加入0.9cc的PDMS、17.4cc的ETMS和6.4cc的PTES。最后，加入3.8到4.5cc的H2O并在冷卻之前反應(yīng)30分鐘。在使用前，溶膠被稀釋到它容量的50％以提供水樣透明溶膠。水含量的選擇主要影響材料的固化速度特性，較高的水含量可得到較快的速度。
用于調(diào)節(jié)dn/dT的機制是在成分上改變硅原子的平均網(wǎng)絡(luò)連結(jié)性。雜合的二氧化硅成分由四乙氧基硅烷前體提供，而倍半硅氧烷成分由烷氧基有機硅烷提供。由于它們都通過水解和縮合發(fā)生反應(yīng)，所以最終產(chǎn)品中三重配位硅原子和四重配位硅原子的混合物將會在顯微鏡下也是均勻的。因此，比如折射率這樣的特性在光路中在亞微米的距離上也是均勻的，這一點在光電路中對可接受性能的保持來說很關(guān)鍵。
本發(fā)明的溶膠凝膠基組合物具有低光損耗，控制折射率的方法和隨著升高的溫度發(fā)生負(fù)變化的折射率。本發(fā)明的組合物包括(但不僅限于)那些在WO98/263154、WO98/25862和S.Dawes和R.Hagerty編著的于1999年2月5日出版的美國臨時出版物第60/118，946號中敘述的組合物，在這里用到的每一項都參考它的全部。這些組合物在本發(fā)明中特別合適，因為其在1550nm上的低光損耗、良好的耐熱性、對潮濕炎熱環(huán)境良好的抵御力、成分上調(diào)節(jié)折射率的能力以及折射率負(fù)的熱系數(shù)(dn/dT)。
包含約8％聚二甲基硅氧烷、約68％甲基三乙氧基硅烷、約8％苯基三氟硅烷和約16％苯基三乙氧基硅烷的摩爾分?jǐn)?shù)的組合物的dn/dT值在球狀的后反射器件中被測量。纖維的裂開端被浸入溶膠前體并被固化至250℃。溶膠凝膠球端用于散射所有的傳送光。隨后標(biāo)準(zhǔn)的后反射測量提供來自纖維/溶膠凝膠界面的反射光上的信息。球狀纖維與獨立的熱電偶一起被放入爐子中，在20到100℃之間的好幾個溫度獲得反射率的測量。折射率的值可使用等式R＝(n2-n1)/(n2+n1)由反射率計算而得。我們發(fā)現(xiàn)，折射率對溫度的關(guān)系基本線性，而且dn/dT值確定在-3×10-4/℃。該值不僅在符號上相反，而且在數(shù)量級上也遠(yuǎn)高于二氧化硅的dn/dT。負(fù)dn/dT的數(shù)量級可用固化的雜合溶膠凝膠材料的高熱膨脹系數(shù)(200×10-6/℃)來解釋。容積上的快速變化減小了材料的摩爾折射率并引起折射率上的負(fù)變化。
為了展示含有機材料能用于影響相位器(phasar)dλ/dT特性中的變化，如下準(zhǔn)備了較佳的器件。提供帶有芯層的二氧化硅晶片，使用對于工藝嫻熟的人來說很著名的標(biāo)準(zhǔn)光刻技術(shù)和反應(yīng)離子蝕刻技術(shù)來將它蝕刻成理想的波導(dǎo)圖案。雜合溶膠凝膠外包層被澆鑄到芯結(jié)構(gòu)之上以提供20到50μm厚的層。溶膠凝膠層的折射率在1550nm和21℃時為1.447。這種結(jié)構(gòu)中的包層在單一模式中帶有約10％的光。該器件在輸入和輸出上被修整以顯示波導(dǎo)從而樣本被測量。在21℃、40℃和50℃測量相位器性能。相位器在輸出信道上提供了明確的信號，帶有相當(dāng)高的損耗和鄰近的信道串話，以及良好的非鄰近信道串話。此外，每個信道中的波長遷移是-3.5×10-2/℃，它與硅酸基芯/包層組合物的遷移相反并大致在大小上比其大三到四倍。波長遷移的大小和方向都大致與dn/dT的分析以及波導(dǎo)f+/f-的特性一致。
該器件中的損耗比將在硅酸鹽外包層器件中的損耗高出6dB，而且損耗的引起可以是由于澆鑄厚度的不均勻性、基片/外包層界面的機器損傷、不準(zhǔn)確的折射率匹配以及溶膠凝膠材料固有的損耗。鄰近的串話被磁泡的裂縫影響，磁泡的裂縫被夾在器件相控陣部分中外包層內(nèi)。良好的非鄰近串話值說明折射率的均勻性是最小的。盡管有溶膠凝膠的高膨脹率，卻觀察到很低的極化效應(yīng)。結(jié)果表明，系統(tǒng)上的應(yīng)力大致小于硅酸鹽系統(tǒng)的三分之一。這個結(jié)果與二氧化硅上雜合溶膠凝膠材料膜上作的測量所得的獨立的應(yīng)力相一致。低壓力由與雜合材料的低模數(shù)以及低溫過程引起。
另一個相控陣多路分解器用具有數(shù)量級為-1×10-4℃-1的dn/dT的聚合物上包蓋。相位器通過用光刻技術(shù)和反應(yīng)離子蝕刻在摻雜石英芯層上形成圖案來制備。芯層支持于熔合的石英基片之上。芯層折射率(在1550nm)和厚度用米線棱鏡耦合器測量分別為1.453和6.8μm。波導(dǎo)線寬被發(fā)現(xiàn)為6.1μm。相控陣器件隨后用上述的本發(fā)明的共聚物環(huán)氧9進行外包層，通過在器件上旋涂在65wt.％的醋酸乙酯中35wt.％共聚物環(huán)氧9的溶液。
用共聚物環(huán)氧9外包層的器件在23、53和71℃時測量。溫度通過將器件放在Peltier元件上來改變。信道波長對溫度的曲線在圖2中顯示出來(有叉的實線)。曲線的斜率為-0.02nm/℃，這個值仍舊在符號上同硅酸鹽玻璃外包層器件中的遷移相反(圖2，點線)。
為了進一步降低器件的波長對溫度的依賴性，另一相位器用具有同共聚物環(huán)氧9相同數(shù)量級(ca.-1×10-4℃-1)且在1550nm和20℃時折射率較小的dn/dT的共聚物進行外包層。較小的層折射率引起包層中被引導(dǎo)光線的較小分?jǐn)?shù)，從而，在波導(dǎo)有效的dn/dT中負(fù)dn/dT聚合物的重量較小。如同先前一樣，相位器通過在支持于石英基片之上的摻雜石英芯層上形成圖案來準(zhǔn)備。芯層折射率(在1550nm)和厚度分別為1.453和6.8um。波導(dǎo)線寬被發(fā)現(xiàn)為6.3um。用于外包層這個相位器件的聚合物在這里被稱為“共聚物環(huán)氧10”。共聚物環(huán)氧10通過聚合約35wt.％5FS、55wt.％3FEMA和10wt.％GMA來進行制備。用同共聚物環(huán)氧9相同的步驟制備該共聚合物和旋涂器件。共聚物層折射率在1550nm和20℃時為1.434。
用共聚物環(huán)氧10外包層的器件在15、25、50和70℃時測量。平均信道波長對溫度的曲線在圖2中顯示(帶菱形的實線)。這些測量顯示，平均信道波長在15到70℃之間保持在0.05nm的范圍中。共聚物環(huán)氧10由此使得相控陣多路復(fù)用/多路分解器件能達到無熱化。
然而，用共聚物環(huán)氧10外包層的波導(dǎo)的基本模式由于這種共聚物的低折射率將呈現(xiàn)出非常地不對稱，尤其在高于室溫的溫度。結(jié)果，如使用光學(xué)建模軟件預(yù)測的，帶有標(biāo)準(zhǔn)纖維(SMF28)的耦合損耗每個界面被升高約0.3dB。從而，使用折射率接近(至少接近室溫時)的共聚物，比如共聚物環(huán)氧9，較為理想。
為了補償與折射率接近石英以及dn/dT值小于ca.-8×10-5℃-1的含有機材料——比如共聚物環(huán)氧9或上述的雜合溶膠凝膠——一起出現(xiàn)的負(fù)波長-溫度相關(guān)性，含有機外包層材料可與如此后描述的dn/dT為正的硅酸鹽玻璃材料相連。
含有機外包層不同的模式都在本發(fā)明的范疇內(nèi)，且這些模式包括局部外包層、雙層外包層和雜合外包層。局部外包層的特征為，石英包層在器件一部分上局部沉積，沉積后對器件剩余部分用含有機外包層進行涂層。雙層外包層的特征為，它是由第一石英層和第二含有機外包層材料組成的雙層。雜合外包層的特征為，它是由嵌入聚合物基質(zhì)的二氧化硅納米粒子組成的包層。術(shù)語含有機材料的項更特別地描述聚合物和混合有機/無機體溶膠凝膠。
局部外包層在局部外包層方法中，玻璃外包層為了在外包層的局限區(qū)域提供含有機的材料，如圖3A所示，只局部地在波導(dǎo)上沉淀。在更短的長度上方更多的光線可暴露于含有機的區(qū)域。這可通過在玻璃外包層沉淀時對區(qū)域進行遮蔽膜來完成。其中的遮蔽，可以是薄二氧化硅片，它能如圖3B所示，通過支撐的方法被擱置在波導(dǎo)上方。如果該片足夠薄，它就能遠(yuǎn)離波導(dǎo)被切割且在玻璃外包層沉淀后被移走。在玻璃外包層沉淀中被放上遮蔽膜的器件部分隨后用含有機材料外包層。
跨過波導(dǎo)的二氧化硅片的邊緣位置必須精確地決定以獲得玻璃外包層區(qū)域中恒定的路程差ΔLg和含有機外包層區(qū)域的恒定路程差ΔLp，使得ΔLg+ΔLp＝ΔL?，F(xiàn)在，平均信道波長λ0由式m×λ0＝ng×ΔLg+np×ΔLp決定，其中的ng為玻璃外包層波導(dǎo)的有效指數(shù)，而np則為含有機外包層波導(dǎo)的有效指數(shù)。為了獲得無熱化的器件，ΔLp對ΔLg的比率較佳在第一近似(忽略CTE項)中等于dng/dT對-dnp/dT的比率。局部外包層方法的優(yōu)勢是，在器件邊緣的附近，外包層可包含玻璃。從而，標(biāo)準(zhǔn)引線技術(shù)(用于全玻璃器件)能被應(yīng)用以用攜帶光信號的纖維連接輸入和輸出波導(dǎo)。
雙層外包層在本發(fā)明的另一個實施例中，含有機外包層使用雙層方法被應(yīng)用。在該方法中，玻璃外包層和含有機外包層如圖4所示地疊加。構(gòu)造被加工，使只有光的理想分?jǐn)?shù)通過dn/dT為負(fù)的區(qū)域以平衡根據(jù)等式IIf-×(dn-/dT)＝f+×(dn+/dT)的有效折射率，其中，負(fù)-dn/dT材料中的分?jǐn)?shù)由f-表示，而正+dn/dT材料中的分?jǐn)?shù)則由f+表示。較佳地，雙層外包層可應(yīng)用于兩種不同的模式中蝕刻玻璃外包層和薄玻璃外包層。
在蝕刻玻璃外包層方法中，厚玻璃外包層首先在波導(dǎo)上放置。通常，小圖案沿著波導(dǎo)留在外包層表面(見圖5A)。隨后，玻璃外包層被蝕刻，直到它到達波導(dǎo)芯的頂端(見圖5B)。為了在器件輸入/輸出較容易引線，一種可供選擇的光刻掩膜方法能被用于蝕刻僅在相控陣區(qū)域的器件。由于只需要蝕刻以去除外包層，所以不需要高精度的模式。器件隨后用本發(fā)明的外包層材料外包層。
這種具有近似圖4形狀的波導(dǎo)的有效折射率已用光模型軟件計算過。以下的參數(shù)組被使用波長1550nm芯寬和高度6um×6.5um二氧化硅CTE5.5×10-7℃-1在0℃時二氧化硅基片和玻璃外包層折射率1.444在0℃時的芯折射率1.455(相當(dāng)于Δ的0.75％)二氧化硅基片、玻璃外包層與芯dn/dT’s10.5×10-6℃-1(假設(shè)在可見范圍內(nèi)等于二氧化硅dn/dT)含有機外包層在0℃時的折射率1.443，1.444或1.445
在蝕刻后遺留在波導(dǎo)兩邊的玻璃外包層厚度3μm或5μm。
對于六組參數(shù)中的每一組(相對于不同的含有機材料折射率和玻璃外包層厚度)，在0℃的有效折射率被首先計算出來。隨后，在較高的溫度T(以10℃為間隔從10到70℃)，對無熱化理想的有效折射率neff(T)用等式1計算出，而含有機材料對獲得有效折射率neff(T)的理想折射率用商業(yè)用的光學(xué)模型軟件計算出。結(jié)果在圖6A(3μm厚的玻璃外包層)和圖6B(5μm厚的玻璃外包層)中顯示。圖6A和圖6B顯示，含有機材料的dn/dT較佳在較高的溫度變得較負(fù)，使用聚合物便是這樣的例子。在0到70℃之間的平均dn/dT較佳在3um厚的例子中約為(-1.8±0.2)×10-4℃-1，而在5um厚的例子中約為(-3.3±0.2)×10-4℃-1。本方法的優(yōu)點為，因為器件的邊緣用玻璃外包層，引線變得容易。
相控陣多路分解器用蝕刻玻璃外包層方法外包層。通過用光刻和活性離子蝕刻在摻雜石英芯層上形成圖案來備制相位器。芯層被支持在熔合的硅基片上。玻璃外包層隨后通過火焰水解沉積被沉淀，在1240℃被固化3/4小時，隨后部分被蝕刻去，在波導(dǎo)上方留下大約2μm的外包層。相控陣器件隨后用共聚物環(huán)氧16(上述的)通過在器件上旋涂在65wt.％乙酸乙酯中共聚物環(huán)氧16占35wt.％的溶液來進行外包層。
用共聚物環(huán)氧16外包層的器件在15、23、50、70和80℃測量。平均信道波長對溫度的曲線如圖7所示。曲線的斜率為+0.007nm/℃，該斜率稍微小于在硅酸鹽玻璃外包層器件中的變化率(+0.001nm/℃)。如果玻璃外包層被蝕刻去更深的部分，dn/dT為負(fù)的外包層將取得更大的影響。
在本發(fā)明的另一個實施例中，可應(yīng)用第二雙層方法。薄玻璃外包層方法包括，首先在器件上沉積非常薄的玻璃外包層，隨后用dn/dT為負(fù)的含有機材料外包層。在圖8中描繪了這種波導(dǎo)的橫截面。理論n(T)曲線如以上在蝕刻玻璃外包層方法中描述的被計算出。在圖9中顯示了玻璃外包層厚度為0.5μm的曲線。含有機材料的dn/dT在較高溫度變得更負(fù)。在0到70℃之間的平均dn/dT對厚度為0.5um的玻璃外包層較佳約為(-3.0±0.4)×10-4℃-1。本方法的優(yōu)點是工序的可制造性和經(jīng)濟化的途徑。此外，玻璃外包層的厚度能容易地調(diào)諧以將信道波長的變化調(diào)節(jié)至零。在較佳實施例中，決定器件芯波導(dǎo)和-dn/dT含有機外包層的可供選擇的玻璃外包層厚度(調(diào)諧厚度)，以使信道波長的變化最小。器件隨后被提供這種能抑制信道波長變化的調(diào)諧玻璃外包層厚度。
雜合外包層在本發(fā)明的另一個較佳實施例中，使用了雜合外包層方法。在雜合方法中，外包層較佳通過將聚合物外包層材料同石英納米粒子混合制得。負(fù)-dn/dT聚合物同正dn/dT石英的混合物提供了具有dn/dT負(fù)得較少的材料，適合本發(fā)明對器件的外包層。聚合物中環(huán)氧基的存在以及增粘劑——比如脫水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷或巰基丙基三甲氧基硅烷——或類似物質(zhì)的使用，提供了玻璃和聚合物之間的兼容性并且還提供了不帶相位分離的石英粒子的良好散布。直徑小于10nm的二氧化硅納米顆粒是較佳的且作商業(yè)用。雜合材料聚合物/二氧化硅納米粒子在接近可視的IR范圍中是透明的，不同折射率的領(lǐng)域較佳非常小，以至于在1.55um無法增加傳播損耗。
對工藝嫻熟的人，有一點是非常明顯的，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可對本發(fā)明的方法、成分、和器件做各種修改和變化。因此，只要這個發(fā)明的修改和變化在附加的權(quán)利要求和其等價物的范圍內(nèi)，本發(fā)明就適用這個發(fā)明的修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種無熱化的光電訊波長分頻多路復(fù)用/多路分用波導(dǎo)集成電路器件，所述的器件，其特征在于包含包括波導(dǎo)內(nèi)包層的平面基片，它可以是緩沖層或基片本身；支持于所述平面基片之上的摻雜石英波導(dǎo)電路芯，其中，所述的石英波導(dǎo)電路芯包括用于多路復(fù)用/多路分用多個光電訊波長信道的多路復(fù)用/多路分用電路區(qū)域；包括第一波導(dǎo)外包層材料和第二波導(dǎo)外包層材料的不均勻波導(dǎo)電路外包層；其中，所述的器件引導(dǎo)波導(dǎo)電路芯功率分配中、波導(dǎo)內(nèi)包層功率分配中和波導(dǎo)外包層功率分配中的光電訊光線，其中，所述波導(dǎo)外包層功率分配中被引導(dǎo)的光線的第一部分穿過所述的第一波導(dǎo)外包層材料被引導(dǎo)，而所述波導(dǎo)中被引導(dǎo)光線的第二部分穿過所述第二波導(dǎo)外包層材料被引導(dǎo)，由此當(dāng)所述的器件經(jīng)歷溫度變化在0到70℃范圍時，所述多路復(fù)用/多路分用器件的信道波長中由熱引起的波長遷移被抑制在少于0.10nm。
2.權(quán)利要求1的器件，其特征在于，所述的多路復(fù)用/多路分用器件的信道波長中由所述熱引起的波長遷移被抑制在少于0.05nm。
3.權(quán)利要求1的器件，其特征在于，所述的第一波導(dǎo)外包層材料是含有機材料，而所述的第二波導(dǎo)外包層材料是無機光學(xué)材料。
4.權(quán)利要求1的器件，其特征在于，所述的第一波導(dǎo)外包層材料折射率對溫度中的變化為負(fù)，而所述的第二波導(dǎo)外包層材料折射率對溫度中的變化為正。
5.權(quán)利要求4的器件，其特征在于，所述的第一波導(dǎo)外包層材料折射率對溫度中的負(fù)變化為＜-5×10-5℃-1，而所述的第二波導(dǎo)外包層材料折射率對溫度中的正變化為＞5×10-6℃-1。
6.一種制作無熱化的光電訊波分復(fù)用/分用集成波導(dǎo)電路器件的方法，其特征在于包含提供支持于平面基片之上的波導(dǎo)電路芯，該基片包括波導(dǎo)內(nèi)包層，它可以是緩沖層或基片本身；所述的波導(dǎo)電路芯材料和所述的波導(dǎo)內(nèi)包層材料在折射率對溫度中的變化為正；所述的波導(dǎo)電路芯，包括用于多路復(fù)用/多路分用多個光電訊波長信道的多路復(fù)用/多路分用電路區(qū)域；提供包括第一波導(dǎo)外包層材料和第二波導(dǎo)外包層材料的不均勻波導(dǎo)電路外包層；所述的第一波導(dǎo)外包層材料在折射率對溫度的變化中為負(fù)，而所述的第二波導(dǎo)外包層材料在折射率對溫度的變化中為正；通過所述的第一波導(dǎo)外包層材料折射率對溫度中的負(fù)變化補償在所述波導(dǎo)電路芯、所述波導(dǎo)內(nèi)包層材料和所述第二波導(dǎo)外包層材料的折射率對溫度中的正變化，其中光線由所述器件一部分中的波導(dǎo)電路芯、波導(dǎo)內(nèi)包層材料和第一波導(dǎo)外包層材料來引導(dǎo)，還由所述器件另一部分的波導(dǎo)電路芯、波導(dǎo)內(nèi)包層材料和第二波導(dǎo)外包層材料引導(dǎo)；或者所述的第一波導(dǎo)外包層材料以一定的方式疊加在所述第二波導(dǎo)外包層材料上，以使光線的第一部分由所述波導(dǎo)電路芯、所述內(nèi)包層材料和所述第二波導(dǎo)外包層材料來引導(dǎo)，而光線的第二部分則由所述第一波導(dǎo)外包層材料引導(dǎo)；或者所述第二波導(dǎo)外包層材料與所述第一波導(dǎo)外包層材料混合以制造雜合波導(dǎo)外包層材料，而光線則由所述波導(dǎo)電路芯、所述波導(dǎo)內(nèi)包層材料和所述混合波導(dǎo)外包層材料引導(dǎo)；由此，所述多路復(fù)用/多路分用器件的信道波長中由熱引起的波長遷移當(dāng)所述器件經(jīng)歷溫度變化在范圍0到70℃之間時被抑制在少于0.10nm。
7.權(quán)利要求6的方法，其特征在于，所述多路復(fù)用/多路分用器件信道波長中由熱引起的波長遷移被抑制在少于0.05nm。
8.具有含有機外包層的無熱化的光波導(dǎo)器件包含，氟化單體，包括五氟苯乙烯，甲基丙烯酸三氟乙酯，甲基丙烯酸脫水甘油酯，丙烯酸十五氟辛酯，丙烯酸五氟芐酯，丙烯酸六氟丙酯，丙烯酸三氟乙酯或它們的組合。
9.權(quán)利要求8的器件，其特征在于，含有機外包層包含甲基丙烯酸三氟乙酯，五氟苯乙烯和甲基丙烯酸失水甘油酯。
10.權(quán)利要求9的無熱化的光波導(dǎo)器件，其特征在于，所述的含有機外包層包含大約10到75wt.％的五氟苯乙烯，大約25到65wt.％的甲基丙烯酸三氟乙酯和大約0到30wt.％的甲基丙烯酸失水甘油酯。
11.權(quán)利要求9的無熱化的光波導(dǎo)器件，其特征在于，所述的含有機外包層包含大約35到65wt.％的五氟苯乙烯，大約30到50wt.％的甲基丙烯酸三氟乙酯和大約5到15wt.％的甲基丙烯酸失水甘油酯。
12.權(quán)利要求8的無熱化的光波導(dǎo)器件，其特征在于，所述器件的一部分用硅酸鹽玻璃外包層包蓋，所述器件的另一部分用所述的含有機外包層包蓋。
13.權(quán)利要求8的無熱化的光波導(dǎo)器件，其特征在于，所述的含有機外包層疊加在硅酸鹽玻璃外包層上。
14.權(quán)利要求13的無熱化的光波導(dǎo)器件，其特征在于，所述的硅酸鹽玻璃外包層首先通過形成厚玻璃外包層然后部分蝕刻器件來形成。
15.權(quán)利要求13的無熱化的光波導(dǎo)器件，其特征在于，所述的硅酸鹽玻璃外包層厚度少于2μm。
16.權(quán)利要求8的無熱化的光波導(dǎo)器件，其特征在于，所述的含有機外包層為雜合外包層，也包含二氧化硅或硅酸鹽玻璃納米粒子。
17.權(quán)利要求8的器件，其特征在于，所述器件包含相控陣波長分頻多路復(fù)用器/多路分解器。
18.權(quán)利要求8的器件，其特征在于，所述的含有機外包層包含五氟苯乙烯，丙烯酸十五氟辛酯和甲基丙烯酸失水甘油酯。
19.權(quán)利要求18的器件，其特征在于，所述的含有機外包層包含大約30到80wt.％的五氟苯乙烯，大約20到40wt.％的丙烯酸十五氟辛酯和大約0到30wt.％的甲基丙烯酸失水甘油酯。
20.權(quán)利要求18的器件，其特征在于，所述的含有機外包層包含大約55到75wt.％的五氟苯乙烯，大約20到35wt.％的丙烯酸十五氟辛酯和大約1到10wt.％的甲基丙烯酸失水甘油酯。
21.權(quán)利要求8的器件，其特征在于，所述的含有機外包層包含丙烯酸五氟芐酯，丙烯酸十五氟辛酯和甲基丙烯酸失水甘油酯。
22.權(quán)利要求21的器件，其特征在于，所述的含有機外包層包含約45-100wt.％丙烯酸五氟芐酯，約0-25wt.％丙烯酸十五氟辛酯和約0-20wt.％甲基丙烯酸失水甘油酯。
23.權(quán)利要求21的器件，其特征在于，所述的含有機外包層包含約65-90wt.％丙烯酸五氟芐酯，約5-20wt.％丙烯酸十五氟辛酯和約5-15wt.％甲基丙烯酸失水甘油酯。
24.權(quán)利要求18的器件，其特征在于，所述的含有機外包層疊加在硅酸鹽玻璃外包層上。
25.權(quán)利要求18中的器件，其特征在于，所述的器件包含相控陣波長分頻多路復(fù)用器/多路分解器。
26.權(quán)利要求8的器件，其特征在于，所述的含有機外包層還包含增粘劑。
27.一種操作光波長信道λ的無熱化的光波導(dǎo)器件，其特征在于，所述的器件具有包含二氧化硅波導(dǎo)芯的光波導(dǎo)集成電路，其中，溶膠凝膠材料抑制信道中熱引起的波長遷移。
28.權(quán)利要求27的器件，其特征在于，所述的溶膠-凝膠外包層包含聚二甲基硅氧烷，甲基三乙氧基硅烷，苯基三氟硅烷和苯基三乙氧基硅烷。
29.權(quán)利要求28的器件，其特征在于，所述的溶膠-凝膠外包層包含摩爾分?jǐn)?shù)約5-15％聚二甲基硅氧烷，約60-75％甲基三乙氧基硅烷，約5-15％苯基三氟硅烷和約10-25％苯基三乙氧基硅烷。
30.權(quán)利要求29的器件，其特征在于，所述的溶膠-凝膠外包層包含摩爾分?jǐn)?shù)約8％聚二甲基硅氧烷，約68％甲基三乙氧基硅烷，約8％苯基三氟硅烷和約16％苯基三乙氧基硅烷。
31.權(quán)利要求27的器件，其特征在于，所述的器件包含相控陣波長分頻多路復(fù)用器/多路分解器。
32.權(quán)利要求27中的器件，其特征在于，所述器件的一部分用硅酸鹽玻璃外包層包蓋，而所述器件的另一部分用溶膠凝膠外包層包蓋。
33.權(quán)利要求27的器件，其特征在于，所述的溶膠凝膠外包層疊加在硅酸鹽玻璃外包層上。
34.權(quán)利要求29的器件，其特征在于，所述的硅酸鹽玻璃外包層首先通過形成厚玻璃外包層再通過部分蝕刻器件來形成。
35.權(quán)利要求33的器件，其特征在于，所述硅酸鹽玻璃層的厚度少于2μm。
36.一種具有局部外包層的集成光波導(dǎo)電路器件的無熱化的相控陣波長分頻多路復(fù)用器/多路分解器，其特征在于，所述器件的一部分用硅酸鹽玻璃外包層上包蓋，而所述器件的另一部分用負(fù)dn/dT外包層材料上包蓋。
37.權(quán)利要求36的器件，其特征在于，所述的負(fù)dn/dT外包層材料是聚合物。
38.權(quán)利要求37的器件，其特征在于，所述的聚合物材料包含五氟苯乙烯，甲基丙烯酸三氟乙酯和甲基丙烯酸失水甘油酯。
39.權(quán)利要求37的器件，其特征在于，所述的聚合物材料包含約10-75wt.％五氟苯乙烯，約25-65wt.％甲基丙烯酸三氟乙酯和約0-30wt.％甲基丙烯酸失水甘油酯。
40.權(quán)利要求37的器件，其特征在于，所述的聚合物材料包含約35-65wt.％五氟苯乙烯，約30-50wt.％甲基丙烯酸三氟乙酯和約5-15wt.％甲基丙烯酸失水甘油酯。
41.權(quán)利要求37的器件，其特征在于，所述的聚合物材料包含五氟苯乙酯，丙烯酸十五氟辛酯和甲基丙烯酸失水甘油酯。
42.權(quán)利要求37的器件，其特征在于，所述的聚合物材料包含約38-80wt.％五氟苯乙烯，約20-40wt.％丙烯酸十五氟辛酯和約0-30wt.％甲基丙烯酸失水干油酯。
43.權(quán)利要求37的器件，其特征在于，所述的聚合物材料包含約55-75wt.％五氟苯乙烯，約20-35wt.％丙烯酸十五氟辛酯和約1-10wt.％甲基丙烯酸失水甘油酯。
44.權(quán)利要求37的器件，其特征在于，所述的聚合物材料包含丙烯酸五氟芐酯，丙烯酸十五氟辛酯和甲基丙烯酸失水甘油酯。
45.權(quán)利要求37的器件，其特征在于，所述的聚合物材料包含約45-100wt.％丙烯酸五氟芐酯，約0-25wt.％丙烯酸十五氟辛酯和約0-30wt.％甲基丙烯酸失水甘油酯。
46.權(quán)利要求37的器件，其特征在于，所述的聚合物材料包含約65-90wt.％丙烯酸五氟芐酯，約5-20wt.％丙烯酸十五氟辛酯和約5-15wt.％甲基丙烯酸失水甘油酯。
47.權(quán)利要求37的器件，其特征在于，所述聚合物外包層還包含增粘劑。
48.權(quán)利要求36的器件，其特征在于，所述的負(fù)dn/dT外包層材料是溶膠凝膠。
49.權(quán)利要求48的器件，其特征在于，所述的溶膠-凝膠外包層包含聚二甲基硅氧烷，甲基三乙氧基硅烷，苯基三氟硅烷和苯基三乙氧基硅烷。
50.權(quán)利要求48的器件，其特征在于，所述的溶膠-凝膠外包層包含摩爾分?jǐn)?shù)約5-15％聚二甲基硅氧烷，約60-75％甲基三乙氧基硅烷，約5-15％苯基三氟硅烷和約10-25％苯基三乙氧基硅烷。
51.權(quán)利要求48的器件，其特征在于，所述的溶膠-凝膠外包層包含摩爾分?jǐn)?shù)約8％聚二甲基硅氧烷，約68％甲基三乙氧基硅烷，約8％苯基三氟硅烷和約16％苯基三乙氧基硅烷。
52.一種具有雙層外包層的集成光波導(dǎo)電路器件的無熱化的相控陣波長分頻多路復(fù)用器/多路分用器，其特征在于，負(fù)dn/dT外包層被疊加在硅酸鹽玻璃外包層上。
53.權(quán)利要求52的器件，其特征在于，所述的器件包含平面基片上的二氧化硅芯，其中，所述的芯與所述的二氧化硅外包層接觸，而所述的二氧化硅外包層與負(fù)dn/dT外包層材料接觸。
54.權(quán)利要求52的器件，其特征在于，首先通過形成厚玻璃層后通過部分蝕刻器件以形成所述的硅酸鹽玻璃外包層。
55.權(quán)利要求52的器件，其特征在于，所述硅酸鹽玻璃外包層的厚度少于2um。
56.權(quán)利要求52的器件，其特征在于，所述的負(fù)dn/dT外包層材料是聚合物。
57.權(quán)利要求55的器件，其特征在于，所述的負(fù)dn/dT外包層材料包含五氟苯乙烯，甲基丙烯酸三氟乙酯和甲基丙烯酸失水甘油酯。
58.權(quán)利要求55的器件，其特征在于，所述的負(fù)dn/dT外包層材料包含約10-75wt.％五氟苯乙酯，約25-65wt.％甲基丙烯酸三氟乙酯和約0-30wt.％甲基丙烯酸失水甘油酯。
59.權(quán)利要求55的器件，其特征在于，所述的負(fù)dn/dT外包層材料包含約35-65wt.％五氟苯乙烯，約30-50wt.％甲基丙烯酸三氟乙酯和約5-15wt.％甲基丙烯酸失水甘油酯。
60.權(quán)利要求54的器件，其特征在于，所述的負(fù)dn/dT外包層材料包含五氟苯乙烯，丙烯酸十五氟辛酯和甲基丙烯酸失水甘油酯。
61.權(quán)利要求54的器件，其特征在于，所述的負(fù)dn/dT外包層材料包含約30-80wt.％五氟苯乙烯，約20-40wt.％丙烯酸十五氟辛酯和約0-30wt.％甲基丙烯酸失水甘油酯。
62.權(quán)利要求54的器件，其特征在于，所述的負(fù)dn/dT外包層材料包含約55-75wt.％五氟苯乙烯，約20-35wt.％丙烯酸十五氟辛酯和約0-10wt.％甲基丙烯酸失水甘油酯。
63.權(quán)利要求54的器件，其特征在于，所述的負(fù)dn/dT外包層材料包含丙烯酸五氟芐酯，丙烯酸十五氟辛酯和甲基丙烯酸失水甘油酯。
64.權(quán)利要求54的器件，其特征在于，所述的負(fù)dn/dT外包層材料包含約45-100wt.％丙烯酸五氟芐酯，約0-25wt.％丙烯酸十五氟辛酯和約0-30wt.％甲基丙烯酸失水甘油酯。
65.權(quán)利要求54的器件，其特征在于，所述的負(fù)dn/dT外包層材料包含約65-90wt.％丙烯酸五氟芐酯，約5-20wt.％丙烯酸十五氟辛酯和約5-15wt.％甲基丙烯酸失水甘油酯。
66.權(quán)利要求56的器件，其特征在于，所述的聚合物外包層還包含增粘劑。
67.權(quán)利要求52的器件，其特征在于，所述的負(fù)dn/dT外包層材料是溶膠凝膠。
68.權(quán)利要求67的器件，其特征在于，所述的溶膠-凝膠外包層包含聚二甲基硅氧烷，甲基三乙氧基硅烷，苯基三氟硅烷和苯基三乙氧基硅烷。
69.權(quán)利要求67的器件，其特征在于，所述的溶膠-凝膠外包層包含摩爾分?jǐn)?shù)約5-15％聚二甲基硅氧烷，約60-75％甲基三乙氧基硅烷，約5-15％苯基三氟硅烷和約10-25％苯基三乙氧基硅烷。
70.權(quán)利要求67的器件，其特征在于，所述的溶膠-凝膠外包層包含摩爾分?jǐn)?shù)約8％聚二甲基硅氧烷，約68％甲基三乙氧基硅烷，約8％苯基三氟硅烷和約16％苯基三乙氧基硅烷。
71.一種具有雜合外包層的集成光波導(dǎo)電路器件的無熱化的相控陣波長分頻多路復(fù)用器/多路分解器，其特征在于，二氧化硅或硅酸鹽玻璃納米粒子被嵌入聚合物基質(zhì)中。
72.權(quán)利要求71的器件，其特征在于，所述的聚合物基質(zhì)包含五氟苯乙烯，甲基丙烯酸三氟乙酯和甲基丙烯酸失水甘油酯。
73.權(quán)利要求71的器件，其特征在于，所述的聚合物基質(zhì)包含約10-75wt.％五氟苯乙烯，約25-65wt.％甲基丙烯酸三氟乙酯和約0-30wt.％甲基丙烯酸失水甘油酯。
74.權(quán)利要求71的器件，其特征在于，所述的聚合物基質(zhì)包含約35-65wt.％五氟苯乙烯，約30-50wt.％甲基丙烯酸三氟乙酯和約5-15wt.％甲基丙烯酸失水干油酯。
75.權(quán)利要求71的器件，其特征在于，所述的聚合物基質(zhì)還包含增粘劑。
76.一種制作無熱化的光波導(dǎo)器件的方法，包含提供所述的含有波導(dǎo)芯的器件；用玻璃外包層接觸所述器件的第一部分；用聚合物或溶膠凝膠外包層接觸所述器件的第二部分。
77.一種制作無熱化的光波導(dǎo)器件的方法包含提供所述的含波導(dǎo)芯的器件；用玻璃外包層接觸所述器件；用聚合物或溶膠凝膠接觸所述的玻璃外包層。
78.權(quán)利要求77的方法，其特征在于，在用玻璃外包層接觸所述器件之后，器件被蝕刻以暴露于所述波導(dǎo)芯的頂端。
79.權(quán)利要求77的方法，其特征在于，所述玻璃外包層的厚度少于2μm。
80.權(quán)利要求1、6、8或20中任一的器件，其特征在于，所述器件包含至少一個選自包括雙層外包層、局部外包層和雜合外包層的組群的無熱化的包層結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供集成平面光波導(dǎo)電路器件的無熱化的含有機外包層,其中,信道波長由熱引起的遷移被最小化。含有機外包層材料與二氧化硅或摻雜二氧化硅玻璃的材料以局部外包層、雙層外包層或雜合外包層的形式結(jié)合。含有機外包層材料是聚合物或溶膠凝膠材料。
文檔編號G02B6/13GK1423753SQ00818324
公開日2003年6月11日 申請日期2000年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月11日
發(fā)明者S·B·杜斯, M·莫羅尼, S·瓦倫 申請人:康寧股份有限公司