專利名稱：用于被動光學網(wǎng)絡(luò)中光學信號解多工的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請大致是關(guān)于光學路由(routing)。更明確地說，本申請是關(guān)于被 動式光學網(wǎng)絡(luò)。
背景技術(shù)：
光纖電信系統(tǒng)目前正在部署波長分割多工r wavelength division multiplexing, WDIVN系統(tǒng)，作為一種擴展新建及現(xiàn)有光纖系統(tǒng)的容量的機 制。在波長分割多工中，輻射的多個波長同時經(jīng)由單一光纖傳遞信息。各 個波長作為攜帶資料串流的單獨信道。
被動式光學網(wǎng)絡(luò)r passive optical network, PON」是一通信架構(gòu)，其 中每一單一光纖以輻射的不同波長的方式傳輸多個信息信道。該網(wǎng)絡(luò)被稱 為r被動式」是因為所述波長的組合(多工)及分離(解多工)是使用波 長選擇式分光器(splitter)或耦合器(coupler),而不是主動式切換器或可變路 由部件。#:動式光學網(wǎng)絡(luò)的一實例是經(jīng)由光纖到戶(fiber-to-the-premises， rFTTP」或「FTTxJ )連接將視頻(電視、有線電視及/或視頻下載)、 模擬或數(shù)字電話(當?shù)?、長途及/或網(wǎng)絡(luò)電話(VolP))以及數(shù)字計算機資料 (網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)或連接網(wǎng)絡(luò))由一服務(wù)提供商分布至多個用戶。沿上述的被動 式光纖網(wǎng)絡(luò)的每一用戶/使用者位置之中或附近，通常需要接收和解多工來 自單一光纖的兩個或三個光學輸入信號。與遠程傳輸中所用的高密度波長 分割多工相比，可在較寬的波長間隔上進行接收和解多工。而在一不同波 長上將至少一光學訊息多工化及傳回該光纖。
舉例而言，在一實施中，在一 1490納米信道上提供下行通信流量 (downstream traffic),在一 1310納米信道上提供上行通信流量(upstream traffic)。在另一實施中，可指派一額外1550納米頻帶給下行射頻 (downstream rf)視頻通信流量。
現(xiàn)有多種不同被動式光學網(wǎng)絡(luò)標準。ITU-T G.983標準界定異步傳輸模式的被動式光學網(wǎng)絡(luò)(ATM PON, 「APON」)及寬頻被動式光學網(wǎng)絡(luò) (broadband PON, r BPON」)的標準。這些代表最早的被動式光學網(wǎng) 絡(luò)標準，寬頻被動式光學網(wǎng)絡(luò)以異步傳輸模式的被動式光學網(wǎng)絡(luò)標準為基 礎(chǔ)，為波長分割多工以及更佳的上行頻寬指派提供支持。最近亦關(guān)注ITU-T G.984標準，其支持更快的傳輸速率以及經(jīng)改進的安全性，作為寬頻被動 式光纖網(wǎng)絡(luò)標準的近一步發(fā)展。此外，IEEE 802.3ah標準提供一種將以太 網(wǎng)絡(luò)(Ethernet)用于封包資料的標準。在一 習知系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)上為客戶提供上 述三合一 (r triple-play」)服務(wù)的新興方法需要每秒千兆位(Gb/s)或更 高范圍的數(shù)據(jù)傳輸速率，而使用光學傳輸線而不是電子(r銅」)傳輸線 可以很容易地實現(xiàn)此傳輸速率，其產(chǎn)生一術(shù)語r GPON」，即千兆位被動 式光學網(wǎng)絡(luò)。
在實現(xiàn)任何這些各種被動式光學網(wǎng)絡(luò)時， 一般需要管理不同信號傳輸 (包括下行傳輸與上行傳輸兩者)的構(gòu)造。目前實施存在許多缺陷。舉例而 言，持續(xù)關(guān)注隔離不同波長所用的結(jié)構(gòu)、需要控制雜散輻射的吸收、以及 制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例提供引導輻射的方法及結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的實施例同時解 決目前所用的被動式光學網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中存在的多種問題。在本發(fā)明的實施例 中，此等問題的解決是通過使用低成本的硅制造方法，其以高精確度產(chǎn)生 一種結(jié)構(gòu)，其有效地管理波長隔離和雜散輻射，以提供有效的多工及解多 工操作。低成本小型硅芯片工藝的使用可在受嚴格控制的自由空間使用小 型光束而不使用波導(waveguide),從而提供經(jīng)改進的插入損耗(insertion loss)及成本。
該結(jié)構(gòu)利用反射模式的光柵來提高效率，且可使用低蝕刻深度來制造 該結(jié)構(gòu)。接著使用一聚焦光點，其大至足以有效地操作該被動式光學網(wǎng)絡(luò)， 但小至足以利用該光柵的分散來分離兩個光束。該結(jié)構(gòu)高度吸收輻射，而 光柵耦合的大小可區(qū)分所述波長，從而允許使用更大孔徑的偵測器，改進 方i置容差(tolerance)?？梢越蟻V正入射(near normal incidence)方式將光束耦合至與耦合出該芯片，以獲得改進的光學效能，特別是偏振(polarization)
及放置效能。
使用硅制造方法使所述硅晶片的平行表面用以提供可預測的光束角 度。相對于其它技術(shù)，利用低成本被動式取放工具的標準芯片組合技術(shù)可 極大地提高制造效率(比起其它技術(shù))。
產(chǎn)生物解決生產(chǎn)被動式光學網(wǎng)絡(luò)的問題，其在受嚴格控制的自由空間 中使用小型光束而不是波導，以提供經(jīng)改進的插入損耗及成本。以間距約 1微米、直徑100微米之間隔件成功地實現(xiàn)60至180納米的波長分離。 僅以實例說明， 一直徑25微米的聚焦光點在硅中的聚集范圍大約為1毫米， 從而可以在該幾何結(jié)構(gòu)中充分地區(qū)分所述光點。
下文將結(jié)合文字及隨附圖式更詳盡地描述本發(fā)明這些及其它具體實施 例，以及其優(yōu)點及特征。


圖1示意性地說明根據(jù)本發(fā)明的具體實施例的光學組件； 圖2示意性地說明可在一些具體實施例中作為光學耦合器的結(jié)構(gòu)； 圖3是一流程圖，其概述根據(jù)本發(fā)明的具體實施例引導輻射的方法； 圖4是一流程圖，其概述根據(jù)本發(fā)明的具體實施例制造光學組件的方
法；
圖5說明在制造一繞射光柵時之中間階段，該光柵與一光學組件的表 面結(jié)合為一體；
圖6定義使用圖5所示技術(shù)生成的繞射光柵類型的反射及可透射繞射 的不同量級；
圖7提供一組曲線，其說明不同繞射光柵特性的繞射效率的對比。
主要組件符號說明
24準直透鏡 26反射表面
30短桿狀突出部 32扁平光學表面
34圓柱狀支撐件或管狀突出部38光纖引線40纖核42纖衣44光纖緩沖層46聚合物保護套100光學組件
104光纖■光學耦合器
112下行通信流量116上行信號
120、128、 152偏轉(zhuǎn)器
124激光
132、140、 255、 156孔徑
136偵測器148光學吸收器
160光學次組件164、176路徑
166第一表面168第 一路徑
170第二表面172第二路徑
174吸收材料180高反射性涂層
184繞射光柵404二級結(jié)構(gòu)
408、416 結(jié)構(gòu)412四級結(jié)構(gòu)
420八級結(jié)構(gòu)428、436溝渠
432、440 剖面504入射輻射
508光沖冊
具體實施例方式
本發(fā)明的實施例提供可用于引導輻射的光學組件?？稍诮?jīng)由一被動式
對其進行修改以用于其它應(yīng)用中。本發(fā)明人沒有采用習知方法來提供上述 的光學組件，而是應(yīng)用其半導體工藝技術(shù)經(jīng)驗來開發(fā)一種結(jié)構(gòu)，其使用一
半導體基板來提供一種準自由空間(quasi-free-space)光學平臺。使用半導 體微影(lithographic)技術(shù)制造一光學次組件的結(jié)構(gòu)組件，其可提供一種結(jié) 構(gòu)，制造該結(jié)構(gòu)的成本遠低于使用更傳統(tǒng)技術(shù)制造結(jié)構(gòu)的成本。
在某些實施例中，所述制造技術(shù)有利地利用取放方法的可用性來精確 制造所述結(jié)構(gòu)。以此方式使用半導體工藝技術(shù)可得到一種結(jié)構(gòu)，其具有良好的強度、光學硬度及濕度控制。
圖1的示意圖標出一實施例的一典型結(jié)構(gòu)。在本說明中，由組件符號 100識別該光學組件，其包括一光學次組件160,可使用下文更詳盡描述
的半導體微影技術(shù)生成該光學次組件160。除該光學次組件160的外，該 光學組件100包括許多附加組件，其在原理上用于向該次組件160提供輻 射或者由該次組件160接收輻射，而該次組件160執(zhí)行光學路由功能。
可以從兩來源向該光學次組件提供輻射，該兩個來源對應(yīng)于下行通信 流量及上行通信流量的輻射源。下行通信流量112由一光纖104(耦接于一 光學耦合器108)提供，該光學耦合器108擴展攜帶該通信流量的光束112 的大小，且對其進行準直(collimate)以傳遞給次組件160。在不同實施例中， 該光學耦合器108可安裝在不同位置，而在一些實施例中，將其安裝在表 面。該輻射經(jīng)由一偏轉(zhuǎn)器(deflector)120導向該次組件160,穿過一第一表 面166，且傳播至數(shù)個繞射光柵184的其中一個，所述繞射光柵一體形成 于該次組件160的一第二表面170上。相對該第一表面166提供該第二表 面170，且其大致與第一表面166平行。
大致垂直地將來自光學耦合器108的輻射112導向第一表面166,而 在遇到該第一繞射光柵時進行角度分離。因此，該輻射的不同波長組成在 該次組件160中進行不同的傳播。例如， 一第一波長組成可能沿循一第一 路徑168，其導向該繞射光柵中的另一繞射光柵184-3。此繞射光柵184-3 的作用是反轉(zhuǎn)該單一波長組成的角度轉(zhuǎn)向(redirection),使此部分信號再次 以大致垂直于該第一表面的方式導向一第一偵測器136-1。上述的傳播是 再次大致垂直于該第一表面166并穿過一第一孔徑144-1及偏轉(zhuǎn)器140-1。
類似地， 一第二波長組成可沿循一第二路徑172，到達該繞射光柵中 的另一繞射光柵184-4。此繞射光柵184-4亦具有去除該角度分離的效果， 以將此波長組成以大致垂直于該第一表面166的方式導向一第二偵測器 136-2。再次說明，該傳播可穿過一第二孔徑144-2及一第二偏轉(zhuǎn)器140-2， 然后到達該偵測器136-2。
由該第一繞射光柵184-1角度分離的其它輻射可以類似方式沿另一路 徑176傳播，而其角度分離經(jīng)又另一繞射光柵184-5去除的。此輻射在大致垂直穿過該第一表面166之后，可能遇到另一孔徑156及偏轉(zhuǎn)器152之 后，由一光學吸收器148收集。由該吸收器收集此額外輻射，是通過防止 雜散輻射在該次組件中傳播而被任一波長偵測器136接收，以避免干擾其 它信號。
如圖式中所示，該經(jīng)分離的輻射所沿循的所述路徑168、 172及176 中的每一路徑至少自該次組件160中的第一表面166反射一次。在所示實 施例中，每一168、 172及176經(jīng)歷一次反射，但在其它實施例中， 可自該第一表面166進行多次反射。為提高將來自下行光束的輻射耦合至 所述不同偵測器136的效率，可利用一高反射性涂層180 (例如， 一金屬) 覆蓋該第一表面166。該涂層180確保因反射造成的損耗降至最低，且形 成于該第一表面166的區(qū)域內(nèi)，其中根據(jù)該次組件的幾何形狀及該繞射光 柵184的光學特性對信號進行反射。
采用相反方式，例如通過在制造過程中包含提高反射率的材料，對所 述繞射光柵進行圖案化，以獲得高反射率。亦可使用一吸收材料174覆蓋 該繞射光柵之間的第二表面170。在來自一特定信道的任意雜散輻射沿一 路徑到達一非預期的偵測器136之前，將其吸收從而有利地將該不同波長 信道之間的干擾程度降至最低。明確地說，利用該不同波長信道傳播的不 同角度方向放置所述偵測器，使得不同信號的高斯重疊(Gaussian overlay) 降至最低。例如，有兩個1490納米及1550納米的下行信道，該結(jié)構(gòu)的組 態(tài)使得該1550納米偵測器偵測到的1490納米光束輸入降至最低，而該 1490納米偵測器偵測到的1550納米光束輸入被降至最低。額外包括該吸 收件174可進一步降低干擾的可能性。
上行通信流量的操作方式大致相同，但在相反方向上傳播。該上行輻 射源在該圖式中為一激光124,盡管在替代實施例中可以使用其它類型的 輻射源。以大致垂直該第一表面166的方向，將輻射由激光124導向次組 件160內(nèi)，朝向其中之一的繞射光柵184-2。在一些實例中，該輻射可穿 過一偏轉(zhuǎn)器128及一孔徑132。該輻射經(jīng)由繞射光柵184-2轉(zhuǎn)向沿著路徑 164至第一繞射光柵184-1，該第一繞射光柵184-1引入一互補角度轉(zhuǎn)向 (complementary angular redirection),將該輻射上行通信流量傳播至光學耦合器108，在該處，其經(jīng)整合而變成光纖104中之上行信號116。
圖1所示的結(jié)構(gòu)存在許多態(tài)樣?？烧郫B該光學路徑使芯片的整體尺寸 更小。因此，系統(tǒng)的熱膨脹并不顯著影響耦合。隨著光束大小的擴展，該 光學耦合器108亦可有效地調(diào)和耦合效率。在該光束擴展為未經(jīng)擴展光束 容限的5-25倍時，仍然能夠?qū)崿F(xiàn)所欲的耦合效率。
在一些實施例中，是使用一硅基材制造該次組件，盡管在其它實施例 中可使用其它材料。對于各種光學信號使用的波長，該基板材料最好是大 致可穿透的。舉例而言，當下行波長為1490納米及/或1550納米而上行 波長為1310納米時，該基板最好是在紅外波長下為大致可穿透的。其它 可用材料的實例包括藍寶石及玻璃。特別地，硅具有較大的折射率，n=3.5, 而玻璃的折射率n=1.5。較高的折射率使得輻射在該材料中的傳輸速度更 慢，從而可以將光柵做得更小。
圖2說明可在一些實施例中作為光學耦合器108的結(jié)構(gòu)。此組態(tài)特別 適用于該光學耦合器包括一表面安裝式光學耦合器的具體實施例。在上述 的實施例中，該光學耦合器108包括一體制造的結(jié)構(gòu)，其包括一準直透鏡 24; —與該準直透鏡24的光軸28成45。角的反射表面26; —短桿狀突出 部30 (在其暴露端有一扁平光學表面32);以及一圓柱狀支撐件或管狀 突出部34，其支撐該光學耦合器，且將其與芯片對準?？吭谠撏怀霾?0 的扁平表面的是一光纖引線(optical fiber pigtail)38,其特征包括一由纖衣 (fiber cladding)42環(huán)繞的纖核40,該纖衣42又由一光纖緩沖層44環(huán)繞以 保護內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 一聚合物保護套(polymer boot)46環(huán)繞該光纖引線38的端 部及該突出部30的部分，用于提供一種機制，將該組件固定在一芯片載體 的一延伸臂上，用以保護該光纖避免其在處理期間受到損壞。當該光纖108 安裝在該芯片的背面時，將其準直透鏡24與一聚焦透鏡對準，使其相互之 間維持一預定距離，且一分隔它們的中間空氣縫隙。
圖3提供一流程圖，其概述根據(jù)本發(fā)明實施例引導輻射的方法。在文 字塊204中， 一輻射光束自一光纖下行傳輸至一光學耦合器。文字塊208 中指出該光束大小的擴展及其與光學耦合器的準直。在文字塊212中，該 經(jīng)準直及擴展的光束以大致垂直該第一表面166的方式傳遞至該次組件芯
16片。在文字塊216中，該波長部分于該次組件芯片內(nèi)發(fā)生角度分離，在文
字塊220中，該第一波長組成在該次組件芯片中反射之后，以大致垂直的 方式導向該第一表面166。當該輻射光束包含數(shù)個波長組成時，在文字塊 224中，該第二波長組成在該芯片內(nèi)反射之后，同樣地以大致垂直的方式 導向該第一表面166。
在文字塊228中，提到吸收輻射可避免雜散傳輸(spurious transmission)到所述波長偵測器，而在文字塊232中保持該第一、第二波 長組成的分離以避免干擾。文字塊204至232大致地指出如何實現(xiàn)信號的 下行傳輸，而在文字塊236至248中指出激光輻射之上行傳輸。在文字塊 236中，該激光輻射再一次以大致垂直于該第一表面166的方式傳輸至次 組件芯片。在該芯片內(nèi)反射之后，其在文字塊240中以大致垂直方式導向 該光學耦合器。在文字塊244中將該輻射耦合至一光纖可以進行信號之上 行傳輸。
在不同具體實施例中，存在多種可制造光學次組件的不同方式。圖4 提供一個說明此過程的流程圖。圖4是由不同位置執(zhí)行的個別描述步驟所 組成，例如該制造過程的一部分可能在一 CMOS工廠執(zhí)行，而該過程的其 余部分在一薄膜車間(thin-film house)執(zhí)行。圖式的左行對應(yīng)有利于互補式 金氧半導體(CMOS)工廠執(zhí)行的步驟，右行對應(yīng)有利于薄膜車間執(zhí)行的步 驟。所述步驟的此種組織方式無意于進行限制。在其它實施例中，所有所 述步驟可能在單一位置執(zhí)行，或者完成該過程的位置數(shù)目可能大于兩個。
在此實施例的方法中，在文字塊304中以一硅晶片開始，在文字塊308 中，對其背面進行氮化物鈍化。例如，該晶片可包括一直徑為8英吋、厚 度為725 士10微米、兩面拋光的晶片。該氮化物鈍化在一特定實施中可包 括沉積大約1000埃的厚度的沉積物。在文字塊312中制備該具有一特定 厚度的晶片?？赏ㄟ^量測該晶片厚度且結(jié)合研磨及拋光來得到所欲的厚度。 在一特定實施例中，制備一厚度為700 ± 2微米的晶片。通過對該變薄的 晶片進行后續(xù)清理及清除油污(degrease)來去除顆粒。在文字塊316中， 可去除該背面氮化物。隨后可在文字塊320中對該晶片的正面進行氮化物 鈍化。在文字塊324中可利用 一干式蝕刻技術(shù)對該晶片背面提供對準標記。在文字塊328中，上述的初步準備可在該背面微影形成所述繞射光柵。 例如，可通過組合沉積光阻及通過應(yīng)用相關(guān)領(lǐng)域中習知的微影與蝕刻技術(shù) 產(chǎn)生溝渠，從而實現(xiàn)上述目的。采用這一方式可形成數(shù)個光柵，其實際數(shù) 目可能取決于該次組件的特定應(yīng)用。
在此準備工作之后，在文字塊332中去除正面氮化物，然后在文字塊 336中，于背面沉積一硅石(s川ca)鈍化層。在一特定具體實施例中，可進 行沉積以產(chǎn)生一厚度大約1000埃的硅石。在文字塊340中，對準標記轉(zhuǎn) 換至該晶片正面。然后在文字塊344中，于正面形成鈦硅化物?？稍谠撜?面沉積二氧化硅覆層(blanket),而在一實施例中可達到大約5000埃的厚 度。圖案化該二氧化硅并使用該硅基板作為終止層，而圖案化與蝕刻硅化 物。在該正面覆蓋式'減射(blanket sputter)鈦，利用熱退火處理以產(chǎn)生鈦硅 化物。在大約700°C的溫度下，退火數(shù)分鐘即足夠。在某些替代具體實施 例中，可以使用其它退火技術(shù)?？墒褂靡粷袷轿g刻去除未與該硅基材接觸 的殘留鈦金屬，然后在該正面上沉積二氧化硅。此額外沉積為卡盤提供保 護，使的不受鈦及硅化物污染。
在文字塊348中可去除背面介電質(zhì)保護層，然后在文字塊352中，于 背面沉積反射金屬層。這樣完成在CMOS工廠的部分準備工作后，可在文 字塊356中對所述晶片進行包裝以進行運輸。
在文字塊360中，從CMOS工廠中接收晶片之后，可在薄膜車間對所 述晶片進行后續(xù)處理。利用上述特定實例，上述輸入晶片的直徑大約為8 英吋且厚度為700 ± 2微米。在正面的光學品質(zhì)硅拋光窗口上涂覆氧化物 或氮化物以進行保護。以一反射金屬涂覆該背面。
在文字塊364中，通過自正面去除該保護性薄膜繼續(xù)對上述的晶片進 行處理。在文字塊368中，于正面沉積一層抗反射堆棧(antireflective stack)。例如，可沉積一寬頻帶抗反射涂層，其覆蓋1310納米至1550納 米之間的紅外區(qū)域，然后涂覆二氧化硅頂層。在文字塊372中，以微影方 式形成跡線(trace)與反射金屬化層。在一具體實施例中，可使用一多層金 屬化層，例如在使用一鈦/鎳/金結(jié)構(gòu)時。可使用光阻及接觸微影技術(shù)搭配一 丙酮掀離圖案化(acetone lift-off pattem)形成該金屬化層。該金屬化過程與焊線式接合(wire bonding)兼容。在文字塊376中，使用一類似技術(shù)以微影 方式形成焊錫金屬。再者，可使用一多層結(jié)構(gòu)，例如在一實施例中可使用 一 Cr/NiV/AuSn結(jié)構(gòu)。在一具體實施例中適當?shù)暮稿a堆棧厚度大約為0.5 微米。有時可應(yīng)用一金氧化物保護帽，而這可能取決于該焊錫堆棧的厚度。 該次組件芯片的生產(chǎn)基本上在這一階段完成。在文字塊380中，相應(yīng) 地由晶片封裝(singulate)所述芯片。在兩種設(shè)備中進行制造時，通常在兩 設(shè)備之間不存在晶片處理干擾，即不存在抗蝕劑沉積及處理的干擾，然而 這不是本發(fā)明的必要條件。在上述實例中，所有處理及品質(zhì)控制都由CMOS 工廠或薄膜車間獨立進行。此外，在薄膜車間進行處理之后，晶片一般不 會再次進入CMOS工廠。這樣減少在CMOS工廠中從晶片上清除顆粒及 金屬污染物等相關(guān)問題。這可調(diào)和以下事實薄膜車間的潔凈室控制可能 低于CMOS工廠。事實上，薄膜車間通常不具備自動化晶片處理與工藝能 力。自動化晶片處理的實現(xiàn)受小生產(chǎn)量的限制，而不是受處理兼容性的限 制。
存在多種可用于繞射光柵的不同結(jié)構(gòu)。在一實施例中，使用在圖5中 說明的二元光學技術(shù)產(chǎn)生所述光柵。此技術(shù)以最終光柵之間距形成初始溝 渠，然后逐步引入附加特性，參考該圖式可更清楚地理解此過程。通過以 光柵間距蝕刻溝渠428,將一初始扁平基板制成一兩級結(jié)構(gòu)404。以一半 之間距重復此過程，如結(jié)構(gòu)408所示。利用微影技術(shù)形成一半間距的溝渠 428,并將其蝕刻至初始溝渠深度的一半。如此產(chǎn)生一具有剖面432的四 級結(jié)構(gòu)412。再次以四分之一之間距重復此過程，如結(jié)構(gòu)416所示。利用 微影技術(shù)形成四分之一間距的溝渠436,將其蝕刻至初始溝渠深度的四分 之一。如此產(chǎn)生一具有剖面440的八級結(jié)構(gòu)420。
此種處理的結(jié)果產(chǎn)生一繞射光柵結(jié)構(gòu)，其初始間距與第一結(jié)構(gòu)404相 同，但其總深度為每一處理級數(shù)蝕刻的溝渠深度總和。在一八級結(jié)構(gòu)的實 例中，總深度為初始溝渠深度的G + i + 01^倍。即使利用此一般類型的光 柵結(jié)構(gòu)，也至少可調(diào)整三種參數(shù)以改變該結(jié)構(gòu)的光學特性級數(shù)、總深度 及間距(或者此三種獨立參數(shù)的某一替代參數(shù))。
在為此等參數(shù)確定較佳值時， 一相關(guān)光學特性是該光柵與偏振相關(guān)的損耗。對于各種不同光柵設(shè)計來說，在計算光柵特性時，經(jīng)常需要考慮該
性。圖6概要地顯示一光柵508對一入射光束504的影響。該入射輻射 504的一部分被光柵508反射，而一部分則傳送過去。在顯示該反射及傳 送輻射時，對其進行光譜分解，顯示成不同的傳送(「 T」)量級及反射(f R J) 量級。在某些實施例中，應(yīng)用一八級光柵作為更具成本效應(yīng)之中間點，其 介于提供可實行結(jié)果的較少級數(shù)及顯著提高生產(chǎn)成本的較高級數(shù)之間。但 是，在許多實施例中可有效地利用不同級數(shù)的光柵。
當入射輻射的波長為1490納米時，圖7標出間距為0.8微米的八級繞 射光柵的一組結(jié)果。上部的結(jié)果示出TE偏振的效率，圖式中的不同曲線 對應(yīng)于不同的傳送及反射量級，且示出該效率如何隨光柵深度變化。下部 結(jié)果同樣地示出TM偏振的效率，不同曲線同樣對應(yīng)于不同的傳送及反射 量級。在該兩個圖式各者中，繪出一方塊指出效率至少80%的深度區(qū)域。
該光柵的結(jié)構(gòu)特性最好同時使TE偏振及TM偏振效率達到最大。這 通常是不可能實現(xiàn)的，但在某些情況下，兩偏振效率可以達到某一可接受 臨限值之上，例如，大于70%、大于75%、大于80%、大于85%、大于 90%或者大于95%。在該實例中，當該光柵深度介于0.21微米及0.28微 米之間時，TE繞射效率大于80%，當該光柵深度介于0.17微米及0.22 微米之間時，TM繞射效率大于80%。因此提供了 一個介于0.21微米及0.22 微米之間的窗口，在此窗口中，兩種偏振的繞射效率可同時大于80%。
現(xiàn)在已經(jīng)完整地描述本發(fā)明的若干具體實施例，熟習此項技術(shù)者應(yīng)了 解本發(fā)明的許多其它等價或替代具體實施例。因此，不應(yīng)參考上述描述確 定本發(fā)明的范圍，而應(yīng)參考隨附權(quán)利要求及其等價內(nèi)容的完全范圍來確定 本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1. 一種解多工數(shù)個光學信號的方法，其中所述光學信號是由光纖傳送進入硅基材并到達數(shù)個偵測器，而該硅基材具有第一表面以及與該第一表面分隔的第二表面以及鄰近該第二表面而配置的繞射組件，且各個所述光學信號對應(yīng)于數(shù)個波長的其中一個，該方法包括沿著一路徑引導所述光學信號進入該硅基材，其通過該第一表面射入該繞射組件，其中該路徑的方向大致垂直于該硅基材的第一表面與/或該繞射組件；以及該繞射組件角度性分離所述光學信號，以便各個所述波長以一波長依賴性方向橫越該硅基材朝向該第一表面；以及引導各個所述光學信號由該第一表面朝向該第二表面，其中所述波長的第一個隨即射入第一光學組件，其將所述波長的第一個導向大致垂直于該第一表面與/或所述繞射組件的第二者并射入所述偵測器的第一個；所述波長的第二者隨即射入第二光學組件，其將所述波長的第二者導向大致垂直于該第一表面并射入所述偵測器的第二者；以及所述波長的第一個是不同于所述波長的第二者。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第一光學組件是不同于該第二光 學組件。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中該繞射組件包括該第一光學組件與 該第二光學組件。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第一光學組件與該第二光學組件 各自包括繞射組件。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述偵測器的第一個是不同于所述 偵測器的第二者。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中引導各個所述光學信號包括反射各 個所述光學信號。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中 所述光學信號是包含于輻射光束；以及引導所述光學信號進入該硅基材包括擴展與準直(collimating)該輻射光束。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其更包括以第一光學吸收器吸收雜散輻 射，該第一光學吸收器是鄰近該第二表面且介于該繞射組件與該第一光學 組件之間。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其更包括以第二光學吸收器吸收雜散輻 射，該第二光學吸收器是鄰近該第二表面且介于該第一光學組件與該第二 光學組件之間。
10. 如權(quán)利要求1所述的方法，其更包括沿著第二路徑引導第三波長通 過該第一表面射入該繞射組件，其中該第二路徑的方向大致垂直于該第一表面與/或該繞射組件；以及 該繞射組件大致沿著該第一路徑以與所述光學信號相反的方向引導該 第三波長。
11. 一種解多工光纖上的數(shù)個光學信號的方法，其中各個所述光學信 號對應(yīng)于數(shù)個波長的其中一個，且該光纖具有一端部，該方法包括提供硅基材，其界定第一表面與面對該第一表面的第二表面，該硅基 材具有數(shù)個鄰近該第二表面而配置的光柵(gratings),提供光學耦合器，其操作性地耦接于該硅基材并承接該光纖的端部； 引導所述光學信號通過該光學耦合器并進入該硅基材，沿著一路徑通 過該第一表面以便射入所述光柵的第一個，其中所述光學信號的路徑大致垂直于該第一表面與/或該第一光柵；該第一光柵角度性分離所述光學信號以便各個所述波長以波長依賴性方向橫越該硅基材朝向該第一表面；以及引導各個所述光學信號由該第一表面朝向該第二表面，其中所述波長的第一個隨即射入所述光柵的第二者，其以大致垂直于 該第一表面的方式引導所述波長的第一個；所述波長的一第二者隨即射入所述光柵的第三者，其以大致垂直 于該第一表面的方式引導所述波長的第二者；以及所述波長的第一個是不同于所述波長的第二者。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中該第一光柵、第二光柵與第三光 柵是不同于彼此。
13. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中引導各個所述光學信號包括反射 各個所述光學信號。
14. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中 所述光學信號是包含于輻射光束；以及引導所述光學信號包括以該光學耦合器擴展與準直該輻射光束。
15. 如權(quán)利要求11所述的方法，其更包括以第一光學吸收器吸收雜散 輻射，該第一光學吸收器是鄰近該第二表面且介于該第一光柵與該第二光 柵之間。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其更包括以第二光學吸收器吸收雜散 輻射，該第二光學吸收器是鄰近該第二表面且介于該第二繞射組件與該第三繞射組件之間。
17. 如權(quán)利要求11所述的方法，其更包括沿著第二路徑引導第三波長通過該第一表面射入所述光柵的第一個，其中該第二路徑大致垂直于該第一表面與/或所述光柵的第一個；以及所述光柵的第一個大致沿著該第一路徑以與所述光學信號相反的方向引導該第三波長通過該光學耦合器。
18. 如權(quán)利要求11所述的方法，其更包括引導所述波長的第一個由該第二光柵至所述偵測器的第一個；以及引導所述波長的第二者由該第三光柵至所述偵測器的第二者。
19. 一種解多工由光纖傳送的數(shù)個光學信號的裝置，其中各個所述光學信號對應(yīng)于數(shù)個波長的其中一個，該裝置包括硅基材，其具有第一表面；以及第二表面，與該第一表面分隔；以及數(shù)個繞射組件，鄰近該第二表面而配置，反射涂層，形成于該硅基材內(nèi)的第一表面上；光學吸附涂層，形成于該硅基材內(nèi)介于所述繞射組件之間的第二表面上；以及數(shù)個偵測器，其中所述偵測器的第 一個是經(jīng)配置以接收橫越第 一路徑之后的所述波長的第一個，該第一路徑包括通過該第一表面至所述繞射組件的第一個；由所述繞射組件的第一個經(jīng)該反射涂層反射之后到達所述繞射組件的第二者；以及由所述繞射組件的第二者到達所述偵測器的第 一個；所述偵測器的第二者是經(jīng)配置以接收橫越第二路徑之后的所述波長的第二者，該第二路徑包括通過該第一表面至所述繞射組件的第一個；由所述繞射組件的第一個經(jīng)該反射涂層反射之后到達所述繞射組件的第三者；以及由所述繞射組件的第三者到達所述偵測器的第二者。
20. 如權(quán)利要求19所述的裝置，其中該第一繞射組件、第二繞射組件與第三繞射組件是不同于彼此。
21. 如權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述偵測器的第一個是不同于所述偵測器的第二者。
22. 如權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述偵測器的第一個是經(jīng)配置以接收該第一波長，該第一波長是沿著大致垂直于該第一表面與/或該第二繞射組件的第一路徑；以及所述偵測器的第二者是經(jīng)配置以接收該第二波長，該第二波長是沿著大致垂直于該第一表面與/或該第三繞射組件的第二路徑。
23. 如權(quán)利要求19所述的裝置，其更包括光學耦合器，操作性耦接于該硅基材并承接該光纖的 一 端部。
24. 如權(quán)利要求23所述的裝置，其中該光學耦合器包括光束擴增與準直性光學耦合器，其可擴增與準直含有所述光學信號的光束。
25. 如權(quán)利要求19所述的裝置，其中各個所述繞射組件在各個所述繞射組件的各個階段中包括數(shù)個位準(level)。
26. 如權(quán)利要求25所述的裝置，其中該位準的數(shù)目為2的次方，且大于2。
27. 如權(quán)利要求19所述的裝置，其更包括抗反射涂層，其形成于各個所述繞射組件上。
28. —種光學組件，其包括硅基板，具有第一表面及與該第一表面相對的第二表面；反射涂層，形成于該第一表面至少一部分之上；數(shù)個繞射光柵， 一體形成于該硅基板的該第二表面內(nèi)；光學吸收器，形成于所述繞射光柵之間的該第二表面上；以及數(shù)個輻射偵測器。
29. 如權(quán)利要求28所述的光學組件，其中所述繞射光柵包括至少三個繞射光柵。
30. 如權(quán)利要求28所述的光學組件，其更包括偵測器，配置于該第一表面上未被該反射涂層覆蓋的位置以接收來自該硅基板的輻射。
31. 如權(quán)利要求28所述的光學組件，其中該偵測器配置用以接收來自所述繞射光柵其中之一沿一路徑的輻射，其中該路徑是大致垂直于該第一表面。
32. 如權(quán)利要求28所述的光學組件，其更包括光束擴展準直光學耦合器，配置用以將來自光纖的下行輻射導向該硅基板，沿第一路徑到達所述繞射光柵其中之一，其中該第 一路徑是大致垂直于該第一表面。
33. 如權(quán)利要求32所述的光學組件，其更包括輻射源，配置用以將輻射導入該硅基板，沿第二路徑到達所述繞射光柵其中之一且經(jīng)由該光纖上行傳播，其中該第二路徑包括大致垂直于該第 一表面的片段。
34. 如權(quán)利要求28所述的光學組件，其中各個所述繞射組件在各個所述繞射組件的各個階段中包括數(shù)個位準。
35. 如權(quán)利要求34所述的光學組件，其中該位準數(shù)目為2的冪次，且大于2。
36. 如權(quán)利要求28所述的光學組件，其更包括抗反射涂層，形成于各個所述繞射光柵之上。
37. —種光學組件，其包括光纖；光束擴展準直光學耦合器，其操作性地與該光纖的一端耦接；硅基板，其與該光束擴展準直光學耦合器進行光學通信；繞射光柵，其一體形成于該硅基板的第一表面內(nèi)；以及輻射偵測器。
38. 如權(quán)利要求37所述的光學組件，其中該繞射光柵包括數(shù)個一體形成于該硅基板的第一表面內(nèi)的繞射光柵。
39. 如權(quán)利要求38所述的光學組件，其更包括光學吸收器，形成于所述繞射光柵之間的該硅基板的第 一表面上。
40. 如權(quán)利要求37所述的光學組件，其更包括反射涂層，形成于與該第一表面相對的該硅基板的第二表面上。
41. 如權(quán)利要求37所述的光學組件，其更包括輻射源，配置用以將輻射導入該硅基板，到達該繞射光柵并經(jīng)由該光纖上行傳送。
42. 如權(quán)利要求37所述的光學組件，其中各個所述繞射組件在各個所述繞射組件的各個階段中包括數(shù)個位準。
43. 如權(quán)利要求42所述的光學組件，其中該位準數(shù)目為2的冪次，且大于2。
44. 如權(quán)利要求37所述的光學組件，其更包括抗反射層，形成于該繞射光柵上。
45. —種形成光學次組件的方法，該方法包括在該光學次組件的第一表面上以微影方式形成數(shù)個繞射光柵；在所述繞射光柵之間的該第一表面上形成光學吸收器；在與該第一表面相對的該光學次組件的第二表面上形成反射涂層。
46. 如權(quán)利要求45所述的方法，其中以微影方式形成所述繞射光柵的步驟包括依序形成數(shù)個溝渠，在該序列的位準中形成的每一溝渠，其寬度及深度大約是該序列中前一位準中所形成的每一溝渠的一半。
47. 如權(quán)利要求45所述的方法，其中形成該反射涂層的步驟包括在該第二表面上的反射涂層中保留縫隙，經(jīng)由該縫隙，該光學次組件中的輻射可與該光學次組件外部的裝置耦合。
48. 如權(quán)利要求45所述的方法，其更包括在各個所述繞射光柵上形成抗反射涂層。
49. 如權(quán)利要求48所述的方法，其中該抗反射涂層包括寬頻帶抗反射涂層，其覆蓋包括1310至1550納米的波長范圍。
50. 如權(quán)利要求45所述的方法，其中所述繞射光柵包括至少三個繞射光沖冊。
全文摘要
揭示解多工光學信號的方法與構(gòu)造，所述光學信號是由一光纖傳送進入一硅基材到達數(shù)個偵測器。該硅基材具有兩個分隔的表面以及一鄰近所述表面其中之一而配置的繞射組件。將光學信號導入該硅基材，沿著一路徑通過該第一表面射入該繞射組件。以大致垂直于該第一表面與/或該繞射組件的方式定向該路徑，其中該繞射組件角度性分離所述光學信號以便各個波長以一波長依賴性方向橫越該基材至該第一表面。由該第一表面引導各個光學信號朝向該第二表面，射入不同的光學組件，所述光學組件可以大致垂直于該第一表面的方式將所述光學信號射入所述偵測器的一個。
文檔編號G02B6/28GK101479633SQ200780024562
公開日2009年7月8日 申請日期2007年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者A·戈貝爾, G·L·武伊齊克, L·C·韋斯特 申請人:應(yīng)用材料股份有限公司