專利名稱：光波導(dǎo)耦合器線路器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如在光通信等中，應(yīng)用于光分波器和合波器等的、特別能抵抗偏振光變化和抵抗溫度變化的高分子光波導(dǎo)線路。
背景技術(shù)：
在使用S、C及L波段光的高密集波分復(fù)用(DWDM)通信系統(tǒng)中，把以1550nm(納米)為中心帶寬為80-100nm的光，與波長(zhǎng)變化無(wú)關(guān)地按一定的分配比例分為兩個(gè)通道輸出的光器件有波長(zhǎng)無(wú)關(guān)型光波導(dǎo)耦合器。分配比例為1∶1的耦合器稱為3dB耦合器，其在很多情況下使用。
波長(zhǎng)無(wú)關(guān)型光波導(dǎo)耦合器由圖9示例的Mach-Zehnder(馬赫-曾德)干涉計(jì)式光線路17所構(gòu)成，其具有形成于石英或硅片等構(gòu)成的基片20的表面上的2條光波導(dǎo)纖芯13、14(K.JINGUJI et al，“具有波長(zhǎng)展平耦合比的馬赫-曾德干涉式光波導(dǎo)耦合器(MACH-ZEHNDER INTERFEROMETERTYPE OPTICAL WAVEGUIDE COUPLER WITH WAVELENGTH-FLATTENED COUPLINGRATIO)”，Electron.Lett.，1990，Vol.26，No.17，pp.1326-1327，特開(kāi)平3-213829號(hào)公報(bào))。
光波導(dǎo)纖芯13、14被形成于基片20之上的下部覆蓋層18和上部覆蓋層19所覆蓋。當(dāng)這些纖芯和覆蓋層的主要成分由二氧化硅(SiO2)構(gòu)成時(shí)，稱為石英光波導(dǎo)，當(dāng)由高分子材料構(gòu)成時(shí)，稱為高分子光波導(dǎo)。
該Mach-Zehnder干涉計(jì)式光線路17具有2個(gè)方向性耦合器15、16，它們是通過(guò)使上述光波導(dǎo)纖芯13、14相互平行地接近而形成的。Mach-Zehnder干涉計(jì)式光線路17把從上述光波導(dǎo)纖芯13、14中的任何一方的光波導(dǎo)纖芯13或14的一個(gè)端部13a或者14a輸入的、以1550nm波長(zhǎng)為中心帶寬為80-100nm的信號(hào)光的能量，按1∶1的分配比例進(jìn)行分離，分別以輸入的50％從上述光波導(dǎo)纖芯13、14的另一個(gè)端部13b、14b輸出。
該Mach-Zehnder干涉計(jì)式光線路17的重要的應(yīng)用例可舉出圖2所示的2×2N分光器。該2×2N分光器(splitter)通過(guò)將波長(zhǎng)無(wú)關(guān)型3cB耦合器9和波導(dǎo)分支線路10沿長(zhǎng)邊方向連接來(lái)構(gòu)成，波長(zhǎng)無(wú)關(guān)型3dB耦合器9具有與Mach-Zehnder干涉計(jì)式光線路17相同的波導(dǎo)布線，波導(dǎo)分支線路10由沿橫向并列的2個(gè)1×N分光器構(gòu)成。具有這樣的特征的布線結(jié)構(gòu)的圖2所示的2×2N分光器既具有DWDM要求的波段，又實(shí)現(xiàn)了光能量分路的功能。
例如，如圖2所示的2×2N分光器具有這樣的功能將從上述波長(zhǎng)無(wú)關(guān)型3dB耦合器9的輸入口9a、9b中的其中一個(gè)輸入口9a輸入的、以1550nm為中心帶寬為80-100nm的信號(hào)光λ的輸入光的能量均等地分配，從上述波導(dǎo)分支線路10的各輸出口101、102、…、102N輸出。雖然從輸入口9b輸入，效果也完全相同，但在通常的通信系統(tǒng)中，考慮到通信線路的安全性，輸入口9a和9b中的任意一個(gè)起到作為備用輸入口的作用。
因?yàn)閳D2所示的2×2N分光器利用了高分子光波導(dǎo)，使用溫度變化時(shí)，特性的變動(dòng)很大，因此可應(yīng)用的溫度范圍比較狹窄。而且，因?yàn)楦叻肿硬牧暇哂须p折射性，當(dāng)所使用的光的偏振光方向發(fā)生變化時(shí)，特性的變化也會(huì)很大，因此圖2所示的2×2N分光器的偏振光依賴損失特性(PDL)變差。
但是，對(duì)構(gòu)成圖2所示的2×2N分光器的后半部分的上述波導(dǎo)分支線路10來(lái)說(shuō)，即使采用高分子光波導(dǎo)，由于其結(jié)構(gòu)不容易依賴于溫度變化和偏振光變化，因此不大會(huì)受到溫度變化和偏振光變化的影響(Bao-Xue Chen et al，“光耦合器(Optical Coupler)”，US Patent5757995)。因此，問(wèn)題在于，構(gòu)成圖2所示的2×2N分光器的前半部分的上述波長(zhǎng)無(wú)關(guān)型3dB耦合器9。
用于光波導(dǎo)的高分子材料的折射率溫度系數(shù)是石英的十幾倍以上，此外，石英的多折射幾乎為0，而高分子材料則大約為0.0082。當(dāng)周?chē)鷾囟茸兓蚬獾钠窆饷姘l(fā)生變化時(shí)，傳播上述波長(zhǎng)無(wú)關(guān)型3dB耦合器9的波導(dǎo)模式的有效折射率發(fā)生很大變化，破壞了所設(shè)計(jì)的參數(shù)的平衡，特性偏離設(shè)計(jì)目標(biāo)。
當(dāng)利用具有與上述波長(zhǎng)無(wú)關(guān)型3dB耦合器9相同結(jié)構(gòu)的如圖9示例的Mach-Zehnder干涉計(jì)式光線路17來(lái)進(jìn)行分析時(shí)，當(dāng)周?chē)鷾囟茸兓瘯r(shí)，上述光波導(dǎo)纖芯13、14及這些光波導(dǎo)纖芯周?chē)母采w層的折射率也發(fā)生很大變化，由此引起的特性劣化主要有下列2個(gè)原因。第一個(gè)原因是由于上述2個(gè)方向性耦合器15、16的完全耦合長(zhǎng)發(fā)生變化，不能達(dá)到設(shè)計(jì)的耦合系數(shù)。第2個(gè)原因是由于上述光波導(dǎo)纖芯13、14的光程差所產(chǎn)生的相位差發(fā)生變化，因此導(dǎo)致能量分配比例發(fā)生變化。此外，當(dāng)輸入信號(hào)光的偏振光面發(fā)生變化時(shí)，受到雙折射的影響，光波導(dǎo)的等價(jià)折射率發(fā)生變化。因此，上述2個(gè)方向性耦合器15、16的完全耦合長(zhǎng)和上述光波導(dǎo)纖芯13、14的光程差所引起的相位差發(fā)生變化，導(dǎo)致能量分配比例偏離設(shè)計(jì)值。
要解決上述溫度依賴性的問(wèn)題，必須進(jìn)一步改進(jìn)整體結(jié)構(gòu)。與此類(lèi)似的問(wèn)題在一部分石英光波導(dǎo)線路中也會(huì)發(fā)生。在石英材料的情況下，有下列方法等由于折射率溫度系數(shù)為正值并且很小，因此在石英光波導(dǎo)纖芯上涂覆具有負(fù)折射率溫度系數(shù)的高分子薄膜，以去除該溫度依賴性。但是，由于高分子材料的折射率溫度系數(shù)基本上為負(fù)值并且絕對(duì)值很大，因此，該方法并不適合于高分子光波導(dǎo)的情況。
為改善高分子光波導(dǎo)的溫度特性，還有使用由熱膨脹率較大的高分子材料來(lái)構(gòu)成基片的方法。該方法主要是有效地利用基片所具有的較大熱線膨脹率，抵消高分子光波導(dǎo)所具有的負(fù)的溫度特性。但是，該方法只局限于具有大熱線膨脹率的材料，對(duì)硅或石英基片等熱膨脹率值很小的材料來(lái)說(shuō)，不能象在硅片上集成其它半導(dǎo)體器件那樣，在其上制作高分子光波導(dǎo)。
為解決上述偏振光依賴性的問(wèn)題，存在這樣的方法在光波導(dǎo)截面上開(kāi)槽，并在該槽內(nèi)插入薄膜波長(zhǎng)片，從而使偏振光面沿直角方向旋轉(zhuǎn)，通過(guò)使旋轉(zhuǎn)前后的影響相抵消來(lái)去除偏振光依賴性。但是，為達(dá)到這樣的效果，必須具有鏡面對(duì)稱的光波導(dǎo)線路布線，因此可以用于AWG(陣列波導(dǎo))那樣的對(duì)稱結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)布線，但對(duì)于通過(guò)光波導(dǎo)線路的非對(duì)稱性來(lái)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)無(wú)關(guān)化的耦合器來(lái)說(shuō)，該方法并不適用。此外，在光波導(dǎo)上開(kāi)槽并在該槽內(nèi)插入薄膜波長(zhǎng)片等制造工藝的條件相當(dāng)繁雜而苛刻，存在由于需要顯微鏡操作等原因，合格率降低，成本變高的不利方面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種既保持采用高分子光波導(dǎo)的最重要理由的低成本這一優(yōu)點(diǎn)，又利用現(xiàn)有技術(shù)而在硅或石英基片等上具有偏振光無(wú)關(guān)性及溫度無(wú)關(guān)性的高分子光波導(dǎo)Mach-Zehnder型干涉計(jì)式光線路，高分子光波導(dǎo)耦合器線路，根據(jù)用途不同，有重視溫度無(wú)關(guān)性的耦合器線路，以及溫度無(wú)關(guān)性和偏振光無(wú)關(guān)性兩方面都重視的耦合器線路。本發(fā)明者們將重點(diǎn)放在溫度無(wú)關(guān)性上首先提出一種能抑制由溫度變化引起的輸出偏差的高分子光波導(dǎo)耦合器線路。
為解決上述問(wèn)題并達(dá)到目的，如圖1所示的本發(fā)明的抵抗偏振光變化和溫度變化的高分子光波導(dǎo)耦合器線路8的特征在于其由2條光波導(dǎo)纖芯2、3構(gòu)成，該2條光波導(dǎo)纖芯2、3形成于由石英或硅片等構(gòu)成的基片1的表面。該光波導(dǎo)纖芯2、3被形成于基片1上的下部覆蓋層6和上部覆蓋層7所覆蓋，并具有通過(guò)使光波導(dǎo)纖芯2、3相互平行地接近而形成的2個(gè)方向性耦合器4、5，對(duì)與光波導(dǎo)纖芯2、3的截面形狀、折射率和線路布線有關(guān)的各因素進(jìn)行最優(yōu)化，以使即使波長(zhǎng)變化、偏振光變化和溫度變化，也能夠使線路特性保持恒定。
本發(fā)明的光波導(dǎo)耦合器線路器件具有基片；高分子下部覆蓋層，其形成于所述基片上；至少2條高分子光波導(dǎo)，其形成于所述高分子下部覆蓋層上；高分子上部覆蓋層，其覆蓋所述高分子光波導(dǎo)；多個(gè)方向性耦合器，其是使所述至少2條高分子光波導(dǎo)中的2條光波導(dǎo)在多個(gè)位置相互接近而構(gòu)成的，所述2條高分子光波導(dǎo)的各自的一個(gè)端部為輸入端，而各自的另一個(gè)端部為輸出端，所述光波導(dǎo)耦合器線路器件的特征在于對(duì)連接所述多個(gè)方向性耦合器中相鄰的任意2個(gè)方向性耦合器之間的所述2條光波導(dǎo)的有效光路長(zhǎng)設(shè)定一個(gè)差ΔL，該有效光路長(zhǎng)差ΔL設(shè)定為0.7至0.9μm。
本發(fā)明的特征在于具有基片；高分子下部覆蓋層，其形成于所述基片上；至少2條高分子光波導(dǎo)，其形成于所述高分子下部覆蓋層上；高分子上部覆蓋層，其覆蓋所述高分子光波導(dǎo)；多個(gè)方向性耦合器，其是使所述至少2條高分子光波導(dǎo)中的2條光波導(dǎo)在多個(gè)位置相互接近而構(gòu)成的，對(duì)連接所述多個(gè)方向性耦合器中相鄰的任意2個(gè)方向性耦合器之間的所述2條光波導(dǎo)的有效光路長(zhǎng)設(shè)定一個(gè)差ΔL，并且所述有效光路長(zhǎng)差ΔL設(shè)定為0.7至0.9μm，所述各方向性耦合器分別具有2條光波導(dǎo)的平行部分。
本發(fā)明的特征在于上述高分子光波導(dǎo)由折射率為1.508～1.568和雙折射率為0.008～0.01的高分子材料構(gòu)成。
本發(fā)明的特征在于上述高分子下部覆蓋層由折射率為1.503～1.562和雙折射率為0.008～0.01的高分子材料構(gòu)成。
本發(fā)明的特征在于上述高分子上部覆蓋層由折射率為1.503～1.562和雙折射率為0.008～0.01的高分子材料構(gòu)成。
本發(fā)明的特征在于上述方向性耦合器中的其中一個(gè)的2條光波導(dǎo)的平行部分的長(zhǎng)度選定為0.101～0.128mm，而上述方向性耦合器中的另一個(gè)的平行部分的長(zhǎng)度選定為1.454～1.612mm。
本發(fā)明的特征在于上述各方向性耦合器的2條光波導(dǎo)的平行部分的間隔分別選定為4.3～5.1μm。
本發(fā)明的特征在于上述光波導(dǎo)的截面形狀形成為寬度為w、厚度為t的矩形。
本發(fā)明的特征在于上述光波導(dǎo)的截面形狀形成為正方形。
本發(fā)明的特征在于上述光波導(dǎo)的截面形狀形成為正方形，其邊長(zhǎng)為6～8μm。
本發(fā)明的特征在于上述高分子下部覆蓋層的厚度約為20μm。
本發(fā)明的特征在于上述基片由石英片構(gòu)成。
本發(fā)明的特征在于上述基片由硅片構(gòu)成。
本發(fā)明的特征在于上述基片由聚酰亞胺樹(shù)脂片構(gòu)成。
現(xiàn)在假設(shè)將TE偏振光或TM偏振光的光信號(hào)輸入到圖1所示的光線路8的光波導(dǎo)纖芯2的一個(gè)端部2a，那么從圖1的光波導(dǎo)的另一端2b、3b輸出的光能的分配比例η可如下表示η=|Bout|2|Aout|2+|Bout|2=a2+b2+2abcos(βΔL)......(1)]]>這里a=cos[π2Lc1(L1+Le1)]sin[π2Lc2(L2+Le2)].......(2)]]>b=sin[π2Lc1(L1+Le1)]cos[π2Lc2(L2+Le2)].......(3)]]>其中，Aout和Bout分別為從光波導(dǎo)纖芯2、3的另一端2b、3b輸出的光的振幅，Lc1和Lc2分別為方向性耦合器4、5的完全耦合長(zhǎng)，L1和L2分別為方向性耦合器4、5的平行部的長(zhǎng)度，Le1和Le2分別為方向性耦合器4、5的等價(jià)平行部增加長(zhǎng)，β為傳播光波導(dǎo)纖芯2、3的波導(dǎo)模式的傳播常數(shù)、ΔL為光波導(dǎo)纖芯2、3的長(zhǎng)度之差。但是，上述Lc1、Lc2和Le1、Le2以及β隨偏振光方向不同而具有不同的值。
上述Lc1、Lc2和Le1、Le2不僅依賴于偏振光，同時(shí)也還是波長(zhǎng)λ、光波導(dǎo)纖芯2、3的寬度w和厚度t、光波導(dǎo)纖芯2、3的折射率ng、覆蓋層6、7的折射率nc，方向性耦合器4、5的平行部間隔s1、s2的函數(shù)Lci＝Lci(λ，w，t，ng，nc，si)。i＝1，2 (4)Lei＝Lei(λ，w，t，ng，nc，si)，i＝1，2 (5)與此相同，傳播常數(shù)β也是波長(zhǎng)λ、光波導(dǎo)纖芯2、3的寬度w和厚度t、光波導(dǎo)纖芯2、3的折射率ng、覆蓋層6、7的折射率nc的函數(shù)β＝β(λ，w，t，ng，nc) (6)光波導(dǎo)纖芯2、3的折射率ng和覆蓋層6、7的折射率nc都是環(huán)境溫度T和波長(zhǎng)λ的函數(shù)ng＝ng(λ，T)(7)nc＝nc(λ，T)(8)考慮偏振光模式，在使用波段和假定的溫度變化范圍內(nèi)，為滿足下述聯(lián)立方程式(9)至(12)η(λ，T)＝50％±δη (9)|δη(λ,T)|λ=|∂η∂λ×δλ|<σλ.........(10)]]>|δη(λ,T)|T=|∂η∂T×δT|<σT.........(11)]]>δη＝|δη(λ，T)|λ+|δη(λ，T)|T(12)通過(guò)將光波導(dǎo)纖芯2、3的寬度w和厚度t、方向性耦合器4、5的平行部間隔s1、s2、光波導(dǎo)纖芯2、3的折射率ng和覆蓋層6、7的折射率nc、方向性耦合器4、5的平行部的長(zhǎng)度L1、L2、以及光波導(dǎo)纖芯2、3的長(zhǎng)度之差ΔL等各參數(shù)最優(yōu)化，就可以同時(shí)解除波長(zhǎng)依賴性和溫度依賴性。此處設(shè)定σλ和σT使δη≤1％。但是，由于圖1所示的光線路8的輸出特性具有周期性，因此對(duì)于一個(gè)偏振光模式，具有多個(gè)同時(shí)將波長(zhǎng)和溫度都無(wú)關(guān)化的最優(yōu)化參數(shù)的集合(set)數(shù)。由此對(duì)TE和TM模式分別計(jì)算所得的最優(yōu)化參數(shù)的集合數(shù)為其2倍。
其次，為了進(jìn)一步使由上述計(jì)算所得的同時(shí)波長(zhǎng)和溫度無(wú)關(guān)化的光波導(dǎo)線路參數(shù)對(duì)偏振光也無(wú)關(guān)化，可利用統(tǒng)計(jì)最優(yōu)化方法。此處，ηlmn表示通過(guò)上述計(jì)算所得到的光能量的分配比例，Q為設(shè)計(jì)目標(biāo)值，Dlmn設(shè)定為ηlmn和Q之差Dlmn＝ηlmn-Q，l＝1，2，m＝1，2，…；n＝1，2，…；(13)此處，下標(biāo)l＝1，2分別表示TE和TM模式，m和n分別表示溫度和波長(zhǎng)的采樣值。因此，可以用δ=ΣlΣmΣnDlmn'2l=1,2;m=1,2,······;n=1,2,·······;·······(14)]]>來(lái)表示評(píng)價(jià)函數(shù)δ，該評(píng)價(jià)函數(shù)δ統(tǒng)計(jì)地表示計(jì)算值和目標(biāo)值的一致程度。使用了通過(guò)數(shù)值計(jì)算法使式14的δ最小化來(lái)選擇的各參數(shù)的高分子光波導(dǎo)耦合器線路可以同時(shí)解除偏振光依賴性、溫度依賴性、以及波長(zhǎng)依賴性。
采取上述措施的本發(fā)明的抵抗偏振光和溫度變化的高分子光波導(dǎo)耦合器線路8，其特征在于如下將各要素最優(yōu)化。亦即，如圖1所示，基片1的材質(zhì)是石英或硅等，光波導(dǎo)纖芯2、3的材料是在波長(zhǎng)為1550nm時(shí)，折射率ng為1.508～1.568，雙折射率為0.008～0.01的高分子材料，覆蓋光波導(dǎo)纖芯2、3的下部覆蓋層6和上部覆蓋層7的材料是在波長(zhǎng)為1550nm時(shí)，折射率nc為1.503～1.562，雙折射率為0.008～0.01的高分子材料。此外，該光波導(dǎo)纖芯2、3的截面形狀是邊長(zhǎng)為6～8μm的正方形，方向性耦合器4的平行部的長(zhǎng)度L1為0.101～0.128mm或1.454～1.612mm，方向性耦合器5的平行部的長(zhǎng)度L2為1.454～1.612mm或0.101～0.128mm，方向性耦合器4的平行部間隔s1為4.3～5.1μm，方向性耦合器5的平行部間隔s2為4.3～5.1μm，光波導(dǎo)纖芯2、3的長(zhǎng)度差ΔL為0.7至0.9μm。


圖1是本發(fā)明的高分子光波導(dǎo)耦合器線路器件平面圖及其側(cè)視圖。
圖2是高分子光波導(dǎo)2×2N分光器的平面圖。
圖3表示當(dāng)使用溫度為20℃時(shí)，在圖1所示的本發(fā)明的高分子光波導(dǎo)耦合器線路器件中，能量分配比例相對(duì)于信號(hào)光的偏振光變化和波長(zhǎng)變化而變化的示意圖。
圖4表示當(dāng)使用溫度為-10℃時(shí)，在圖1所示的本發(fā)明的高分子光波導(dǎo)耦合器線路器件中，能量分配比例相對(duì)于信號(hào)光波長(zhǎng)變化和偏振光變化而變化的示意圖。
圖5表示當(dāng)使用溫度為0℃時(shí)，在圖1所示的與本發(fā)明有關(guān)的高分子光波導(dǎo)耦合器線路器件中，能量分配比例相對(duì)于信號(hào)光波長(zhǎng)變化和偏振光變化而的變化的示意圖。
圖6表示當(dāng)使用溫度為10℃時(shí)，在圖1所示的與本發(fā)明有關(guān)的高分子光波導(dǎo)耦合器線路器件中，能量分配比例相對(duì)于信號(hào)光波長(zhǎng)變化和偏振光變化而變化的示意圖。
圖7表示當(dāng)使用溫度為30℃時(shí)，在圖1所示的與本發(fā)明有關(guān)的高分子光波導(dǎo)耦合器線路器件中，能量分配比例相對(duì)于信號(hào)光波長(zhǎng)變化和偏振光變化而變化的示意圖。
圖8表示當(dāng)使用溫度為40℃時(shí)，在圖1所示的與本發(fā)明有關(guān)的高分子光波導(dǎo)耦合器線路器件中，能量分配比例相對(duì)于信號(hào)光波長(zhǎng)變化和偏振光變化而變化的示意圖。
圖9是Mach-Zehnder干涉計(jì)式光線路17的俯視圖及其側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例以下參照附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1是本發(fā)明的光波導(dǎo)耦合器線路器件示意圖。
如圖1所示，本發(fā)明的抵抗偏振光和溫度變化的高分子光波導(dǎo)耦合器線路8具有2條光波導(dǎo)纖芯2、3，該纖芯2、3形成于由石英構(gòu)成的基片1的表面上。如圖所示，光波導(dǎo)纖芯2、3由折射率ng為1.508～1.568和雙折射率為0.008～0.01的高分子材料構(gòu)成，并且其截面形狀為邊長(zhǎng)6～8μm的正方形，優(yōu)選是具有邊長(zhǎng)從7μm起稍稍靠近8μm的正方形。覆蓋了光波導(dǎo)纖芯2、3的下部覆蓋層6和上部覆蓋層7的材料是折射率nc為1.503～1.562和雙折射率為0.008～0.01的高分子材料。
光波導(dǎo)纖芯2、3具有相互平行接近而形成的2個(gè)方向性耦合器4、5。該方向性耦合器4的平行部長(zhǎng)度L1為0.101～0.128mm(或1.454～1.612mm)，平行部間隔s1為4.3～5.1μm。方向性耦合器5的平行部長(zhǎng)度L2為1.454～1.612mm(或0.101～0.128mm)，平行部間隔s2為4.3～5.1μm。
光波導(dǎo)纖芯2、3的長(zhǎng)度之差ΔL優(yōu)選形成為0.7至0.9μm的范圍。
其次，本發(fā)明的高分子光波導(dǎo)耦合器線路8的制造方法的一例如下所述。
采用石英片作為基片1，在其表面，把形成下部覆蓋層的高分子溶液(將4，4’-(六氟異亞丙基)二鄰苯二甲酸酐(4，4’-(Hexafluoroisopropylidene)Diphthalic anhydride)和2，2-雙(三氟甲基)-4，4’-二氨基聯(lián)苯(2，2-Bis(trifluoromethyl)-4，4’-diaminodiphenyl)等摩爾量溶解于N，N，-二甲基乙酰胺(N，N，-Dimethylacetamide)中，在25℃下經(jīng)過(guò)24小時(shí)，在氮?dú)鈿夥障聰嚢韬笏玫娜芤?通過(guò)旋轉(zhuǎn)涂布法(Spin coating)形成薄膜，其后，經(jīng)由去除溶劑和熱處理等，形成約20μm厚的高分子下部覆蓋層6。
進(jìn)而，在該下部覆蓋層6上，添加4，4’-二氨基二苯醚(4，4’-diaminodiphenyl ether)來(lái)代替形成上述覆蓋層高分子時(shí)所用的2，2-雙(三氟甲基)-4，4’-二氨基聯(lián)苯的一部分，使該二胺化合物的量的合計(jì)與4，4’-(六氟異亞丙基)二鄰苯二甲酸酐(4，4’-(Hexafluoroisopropylidene)Diphthalic anhydride)等摩爾量，利用由同樣方法作成的高分子溶液，通過(guò)旋轉(zhuǎn)涂布法，在先前形成的高分子下部覆蓋層上形成薄膜，此后，通過(guò)去除溶劑和熱處理等，形成折射率比下部覆蓋層6提高0.25％～0.45％左右的6～8μm厚的高分子芯層。
進(jìn)而，在上述芯層的表面，通過(guò)光刻膠形成規(guī)定的光波導(dǎo)圖案之后，在氧氣氣氛中通過(guò)反應(yīng)性離子蝕刻法對(duì)芯層進(jìn)行選擇性的蝕刻，形成具有規(guī)定圖案的光波導(dǎo)纖芯2、3。其后，再次采用與剛才形成下部覆蓋層時(shí)所用的高分子溶液同樣的高分子溶液，通過(guò)旋轉(zhuǎn)涂布法和隨后的去除溶劑和熱處理等方法，形成埋入光波導(dǎo)纖芯2、3的高分子上部覆蓋層7。并且，上部覆蓋層7的折射率低于纖芯的折射率，但不一定要和下部覆蓋層6的折射率相等。
此外，在上述實(shí)施例中，作為上述基片1使用了石英片，但也可以使用硅片或聚酰亞胺樹(shù)脂片等。此外，光波導(dǎo)纖芯的截面形狀也可以形成寬度為w、厚度為t的矩形。
使用上述的本發(fā)明的高分子光波導(dǎo)耦合器線路8的試驗(yàn)結(jié)果如下。
首先，在使用溫度為20℃的環(huán)境中，將波長(zhǎng)分別為1490nm，1510nm，1530nm，1550nm，1570nm，1590nm和1610hm的7種類(lèi)型波長(zhǎng)的光，按TE偏振光和TM偏振光，輸入到圖1所示的本發(fā)明的抵抗偏振光和溫度變化的高分子光波導(dǎo)耦合器線路8的光波導(dǎo)纖芯2的一個(gè)端部2a，用圖3所繪的曲線圖表示從上述光波導(dǎo)纖芯的另一端2b、3b所輸出的光能的比例，亦即各種波長(zhǎng)能量分配比例。其結(jié)果為，根據(jù)在120nm的帶寬上的波長(zhǎng)變化和偏振光變化所產(chǎn)生的能量分配比例，全部落入(50±0.79)％的范圍。
其次，在使用溫度分別為-10℃、0℃、10℃、30℃、40℃的各種環(huán)境下，進(jìn)行了與在上述20℃時(shí)相同的實(shí)驗(yàn)。在各種溫度下，每種波長(zhǎng)的TE和TM偏振光的能量分配比例被分別表示于圖4、圖5、圖6、圖7和圖8中。根據(jù)波長(zhǎng)變化和偏振光變化而產(chǎn)生的能量分配比例分別落入(50±0.71)％、(50±0.73)％、(50±0.76)％、(50±0.81)％、(50±0.84)％的范圍，幾乎未受到偏振光、溫度及波長(zhǎng)變化的影響。
因此，本發(fā)明的抵抗偏振光變化和溫度變化的高分子光波導(dǎo)耦合器線路8，對(duì)用于密集波分復(fù)用通信中的以1550nm波長(zhǎng)為中心、帶寬為120nm的信號(hào)光來(lái)說(shuō)，波長(zhǎng)變化和偏振光變化對(duì)其影響非常之小，即使使用溫度發(fā)生了從-10℃變化到40℃，幾乎覆蓋了一年之中的溫度變動(dòng)時(shí)，其特性也不會(huì)改變。因此，作為本發(fā)明的抵抗偏振光變化和溫度變化的高分子光波導(dǎo)耦合器線路8的一個(gè)例子，可以構(gòu)成如圖2所示的高分子光波導(dǎo)2×2N分光器，作為同時(shí)與偏振光和溫度都無(wú)關(guān)的耦合器9加以使用。
在本發(fā)明中，因?yàn)閷?duì)圖1所示的高分子光波導(dǎo)耦合器線路8的纖芯截面形狀、折射率以及與線路布線有關(guān)的各因素進(jìn)行了優(yōu)化，使線路特性不僅相對(duì)于波長(zhǎng)變化，而且相于對(duì)偏振光變化和溫度變化也能保持恒定，從而明顯地降低了由于高分子光波導(dǎo)的高的溫度依賴性以及由雙折射引起的偏振光依賴性對(duì)能量分配比例的影響。
因此，本發(fā)明的高分子光波導(dǎo)耦合器線路8，具有用于密集波分復(fù)用通信中的以1550nm波長(zhǎng)為中心、120nm的帶寬，但不需要對(duì)輸入信號(hào)光的偏振光保持裝置，此外，即使在溫度從-10℃到40℃的變化范圍內(nèi)，不使用特別的恒溫設(shè)備就可以使用。
由于本發(fā)明通過(guò)上述的最優(yōu)化方法，把對(duì)偏振光變化、波長(zhǎng)變化和溫度變化的依賴性抑制到幾乎接近于0的程度，因此作為一個(gè)應(yīng)用例，可以用于高分子光波導(dǎo)2×2N分光器對(duì)偏振光和溫度的無(wú)關(guān)化中。
由于本發(fā)明提供的最優(yōu)化方法，對(duì)現(xiàn)有的使用材料保持原樣不必改變，因此，沒(méi)有必要改變現(xiàn)有的所開(kāi)發(fā)出來(lái)的高分子光波導(dǎo)的制造工藝。從而，當(dāng)把高分子作為材料來(lái)使用時(shí)，既可以保持光波導(dǎo)制造成本低的優(yōu)點(diǎn)，又可以達(dá)到線路特性與偏振光和溫度的無(wú)關(guān)化。
權(quán)利要求
1.一種光波導(dǎo)耦合器線路器件，具有基片；高分子下部覆蓋層，其形成于所述基片上；至少2條高分子光波導(dǎo)，其形成于所述高分子下部覆蓋層上；高分子上部覆蓋層，其覆蓋所述高分子光波導(dǎo)；多個(gè)方向性耦合器，其是使所述至少2條高分子光波導(dǎo)中的2條光波導(dǎo)在多個(gè)位置相互接近而構(gòu)成的，所述2條高分子光波導(dǎo)的各自的一個(gè)端部為輸入端，而各自的另一個(gè)端部為輸出端，所述光波導(dǎo)耦合器線路器件的特征在于對(duì)連接所述多個(gè)方向性耦合器中相鄰的任意2個(gè)方向性耦合器之間的所述2條光波導(dǎo)的有效光路長(zhǎng)設(shè)定一個(gè)差ΔL，該有效光路長(zhǎng)差ΔL設(shè)定為0.7至0.9μm。
2.一種光波導(dǎo)耦合器線路器件，其特征在于具有基片；高分子下部覆蓋層，其形成于所述基片上；至少2條高分子光波導(dǎo)，其形成于所述高分子下部覆蓋層上；高分子上部覆蓋層，其覆蓋所述高分子光波導(dǎo)；多個(gè)方向性耦合器，其是使所述至少2條高分子光波導(dǎo)中的2條光波導(dǎo)在多個(gè)位置相互接近而構(gòu)成的，對(duì)連接所述多個(gè)方向性耦合器中相鄰的任意2個(gè)方向性耦合器之間的所述2條光波導(dǎo)的有效光路長(zhǎng)設(shè)定一個(gè)差ΔL，并且所述有效光路長(zhǎng)差ΔL設(shè)定為0.7至0.9μm，所述各方向性耦合器分別具有2條光波導(dǎo)的平行部分。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光波導(dǎo)耦合器線路器件，其特征在于所述高分子光波導(dǎo)由折射率為1.508～1.568和雙折射率為0.008～0.01的高分子材料構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的光波導(dǎo)耦合器線路器件，其特征在于所述高分子下部覆蓋層由折射率為1.503～1.562和雙折射率為0.008～0.01的高分子材料構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)所述的光波導(dǎo)耦合器線路器件，其特征在于所述高分子上部涂覆層由折射率為1.503～1.562和雙折射率為0.008～0.01的高分子材料構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述的光波導(dǎo)耦合器線路器件，其特征在于所述方向性耦合器中的其中一個(gè)的2條光波導(dǎo)的平行部分的長(zhǎng)度選定為0.101～0.128mm，而所述方向性耦合器中的另一個(gè)的平行部分的長(zhǎng)度選定為1.454～1.612mm。
7.如權(quán)利要求1至6中任何一項(xiàng)所述的光波導(dǎo)耦合器線路器件，其特征在于所述各方向性耦合器的2條光波導(dǎo)的平行部分的間隔分別選定為4.3～5.1μm。
8.如權(quán)利要求1至7中任何一項(xiàng)所述的光波導(dǎo)耦合器線路器件，其特征在于所述光波導(dǎo)的截面形狀形成為寬度為w、厚度為t的矩形。
9.如權(quán)利要求1至8中任何一項(xiàng)所述的光波導(dǎo)耦合器線路器件，其特征在于所述光波導(dǎo)的截面形狀形成為正方形。
10.如權(quán)利要求9所述的光波導(dǎo)耦合器線路器件，其特征在于所述光波導(dǎo)的截面形狀為正方形，其邊長(zhǎng)為6～8μm。
11.如權(quán)利要求1至10中任何一項(xiàng)所述的光波導(dǎo)耦合器線路器件，其特征在于所述高分子下部覆蓋層的厚度約為20μm。
12.如權(quán)利要求1至11中任何一項(xiàng)所述的光波導(dǎo)耦合器線路器件，其特征在于所述基片由石英片構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求1至11中任何一項(xiàng)所述的光波導(dǎo)耦合器線路器件，其特征在于所述基片由硅片構(gòu)成。
14.如權(quán)利要求1至11中任何一項(xiàng)所述的光波導(dǎo)耦合器線路器件，其特征在于所述基片由聚酰亞胺樹(shù)脂片構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種可應(yīng)用于光分波器和合波器等的、特別能抵抗偏振光變化和溫度變化的高分子光波導(dǎo)線路。光波導(dǎo)耦合器線路8由形成于基片1表面的2條光波導(dǎo)纖芯2、3構(gòu)成，該光波導(dǎo)纖芯2、3被形成于基片1上的下部覆蓋層6及上部覆蓋層7所覆蓋，并具有通過(guò)使光波導(dǎo)纖芯2、3相互平行地接近而形成的2個(gè)方向性耦合器4、5，本發(fā)明對(duì)與光波導(dǎo)纖芯2、3的截面形狀、折射率和線路布線有關(guān)的各因素進(jìn)行最優(yōu)化，使得即便波長(zhǎng)變化、偏振光變化和溫度變化，線路特性也能夠保持恒定。
文檔編號(hào)G02B6/122GK1475822SQ0314576
公開(kāi)日2004年2月18日 申請(qǐng)日期2003年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月2日
發(fā)明者陳抱雪, 磯守 申請(qǐng)人:新田株式會(huì)社