專利名稱：具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種波導(dǎo)耦合元件，特別是涉及一種可高效率地耦合光波的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，由于網(wǎng)絡(luò)與資訊傳遞的發(fā)達(dá)，利用網(wǎng)絡(luò)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大為增加，因此， 傳統(tǒng)通過同軸電纜線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞剑巡环笫褂?；然而，相較于同軸電纜線，光纖具有通信容量大、信號損耗小、不受電磁干擾、重量輕、以及體積小等諸多優(yōu)點(diǎn)，故，光纖傳輸已成為目前網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的主要工具。除了光纖之外，用以耦接光纖的光學(xué)元件亦于光通訊領(lǐng)域之中扮演極重要的角色。光學(xué)元件可分為主動(dòng)元件與被動(dòng)元件，主動(dòng)元件指具有可執(zhí)行能量轉(zhuǎn)換功能的光學(xué)元件，例如電光調(diào)制器能夠進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換的光源；而被動(dòng)元件所指的是對于光波呈現(xiàn)靜態(tài)轉(zhuǎn)換效應(yīng)的光學(xué)元件，其中，耦合器屬于被動(dòng)元件的一種，其可將光波耦合于波導(dǎo)管 (waveguide)與波導(dǎo)管之間、或者光纖(fiber)與波導(dǎo)管之間。耦合器依照其耦合光波方向的不同可分為順向耦合器(co-direction coupler)與反向耦合器(contra-direction coupler)。請參閱圖1，現(xiàn)有習(xí)用的一種光學(xué)波導(dǎo)元件的立體圖，如圖1所示，該光學(xué)波導(dǎo)元件25'包括一基層252'、一頂層254'與一波導(dǎo)層256'，其中，光波于波導(dǎo)層256 ‘ 之中傳遞。圖1所示的光學(xué)波導(dǎo)元件25'為結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單的順向耦合器(co-direction coupler)，傳統(tǒng)上，該波導(dǎo)層256'為矩形，然，為了與光纖結(jié)合，實(shí)際制作時(shí)，波導(dǎo)層256 ‘ 通常會(huì)被制成圓形。前述的光學(xué)波導(dǎo)元件25'的優(yōu)點(diǎn)在于可利用半導(dǎo)體材料與工藝進(jìn)行積體化與微小化的制作，其缺點(diǎn)則在于該波導(dǎo)層256'的高度(厚度)無法被制作得太高，導(dǎo)致其與光纖連結(jié)上的困難(光纖的芯尺寸大約8 μ m)。另外，請參閱圖2，現(xiàn)有習(xí)用的一種具有表面光柵的光學(xué)波導(dǎo)元件的立體圖，如圖2所示，該具有表面光柵的光學(xué)波導(dǎo)元件1'包括一基層2'與一光學(xué)波導(dǎo)3'。該光學(xué)波導(dǎo)3'形成于該基層2'的一基面21'，且光學(xué)波導(dǎo)3'具有一頂面31'、一第一側(cè)面32'與一第二側(cè)面33'，其中，多個(gè)凹槽30'于該第一側(cè)面32'之上形成一表面光柵 (grating)4'，且，該表面光柵4'的周期決定于該多個(gè)凹槽30‘的間距。上述的具有表面光柵的光學(xué)波導(dǎo)元件1'為一反向耦合器，其可通過該周期性的表面光柵4'，以耦合特定波長的光波，例如，波長為1490nm的光波；并且，借由改變凹槽30'的間距，可調(diào)整表面光柵4'的周期，使得該光學(xué)波導(dǎo)3'可通過表面光柵4'耦合并傳輸不同波長的光波。上述該具有表面光柵的光學(xué)波導(dǎo)元件Γ為反向耦合器(contra-direction coupler)，其優(yōu)點(diǎn)在于可改變該周期性的表面光柵4'的周期，以耦合特定波長的光波； 然，為了使得該表面光柵4'與光纖結(jié)合時(shí)不受損壞，因此，表面光柵4'之上須再形成一保護(hù)層，但該保護(hù)層的形成卻導(dǎo)致了該光學(xué)波導(dǎo)元件1'耦合光波的效率降低，此外，使用該具有表面光柵的光學(xué)波導(dǎo)元件1'執(zhí)行光波耦合之時(shí)，表面光柵4'的周期亦必須與光波達(dá)到相位匹配，才可有效率地進(jìn)行耦合光波的工作，如此限制，降低了具有表面光柵的光學(xué)波導(dǎo)元件1'對于寬頻光源的總體耦合效率。由此可見，上述現(xiàn)有的光學(xué)波導(dǎo)元件(即，結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單的順向耦合器)，以及具有表面光柵的光學(xué)波導(dǎo)元件(即，可耦合特定波長的反向耦合器)在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、制造方法與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。為了解決上述存在的問題，相關(guān)廠商莫不費(fèi)盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設(shè)計(jì)被發(fā)展完成，而一般產(chǎn)品及方法又沒有適切的結(jié)構(gòu)及方法能夠解決上述問題，此顯然是相關(guān)業(yè)者急欲解決的問題。因此如何能創(chuàng)設(shè)一種新的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件及其制造方法， 實(shí)屬當(dāng)前重要研發(fā)課題之一，亦成為當(dāng)前業(yè)界極需改進(jìn)的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有的光學(xué)波導(dǎo)元件存在的缺陷，而提供一種新的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件，所要解決的技術(shù)問題是使其具有至少一順向耦合層與至少一反向耦合層，以利用該順向耦合層連接一光纖并耦合一光波，且將該光波局限于該反向耦合層之內(nèi)傳遞，非常適于實(shí)用。本發(fā)明的另一目的在于，提供一種具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件的制造方法，所要解決的技術(shù)問題是借由該制造方法，可使用現(xiàn)有半導(dǎo)體工藝而低成本且大量地制造該具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件，包括一基層；至少一反向耦合層，形成于該基層之上，一光波可局限于該反向耦合層之內(nèi)傳遞；一介質(zhì)層，以包覆反向耦合層的方式形成于基層之上；以及至少一順向耦合層，形成于該介質(zhì)層之上，該順向耦合層的一端可與一外部光纖連接，以耦合光纖所傳輸?shù)脑摴獠?；其中，該介質(zhì)層的折射系數(shù)相同于順向耦合層的折射系數(shù)，使得光波于順向耦合層內(nèi)傳遞時(shí)，會(huì)將介質(zhì)層與該順向耦合層視為同一物質(zhì)，故光波可無損耗地經(jīng)由介質(zhì)層被耦合進(jìn)入該反向耦合層。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。前述的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件，該基層為一半導(dǎo)體材料基層、 一半導(dǎo)體復(fù)合材料基層與一玻璃基層中任一種。前述的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件，該反向耦合層的材料為硅、氮化硅、氮化氧硅、與碳化硅中任一種。前述的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件，該反向耦合層的結(jié)構(gòu)為一楔形結(jié)構(gòu)。前述的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件，該介質(zhì)層為一半導(dǎo)體材料或半導(dǎo)體復(fù)合材料。前述的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件，該順向耦合層為一感光材料， 其材料編號為SU-8。前述的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件，該順向耦合層的結(jié)構(gòu)為一三維錐狀結(jié)構(gòu)，其具有一斜表面，當(dāng)該斜表面的一表面斜率越高，則順向耦合層對該光波的耦合效率越高。
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前述的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件，該反向耦合層的折射系數(shù)系大于該介質(zhì)層的折射系數(shù)，該順向耦合層的折射系數(shù)系大于空氣的折射系數(shù)，且該基層的折射系數(shù)系大于空氣的折射系數(shù)。前述的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件，借由該順向耦合層-該介質(zhì)層-該反向耦合層的高效率耦合，該具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件可耦合的光波長范圍為1530nm 1580nm。前述的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件，該順向耦合層還具有一斜表面，當(dāng)該斜表面與介質(zhì)層的表面的夾角小于0.674°時(shí)，順向耦合層的光藕合效率高于 90%。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件的制造方法，包括(a)置備一基層；(b)在該基層之上形成一反向耦合層；(c)利用微影蝕刻的方式，將該反向耦合層制成一楔形結(jié)構(gòu)；(d)以包覆該反向耦合層的方式，在基層之上形成一介質(zhì)層；(e)在該介質(zhì)層之上形成一順向耦合層；(f)制備一模具；(g)使用該模具，以壓模的方式將該順向耦合層制成一三維錐狀結(jié)構(gòu)；以及(h)利用微影蝕刻的方式將順向耦合層的兩側(cè)面制成一楔形表面。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。前述的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件的制造方法，該步驟(C)還包括(cl)在該反向耦合層之上形成一第一光阻層；(c2)借由曝光顯影決定該第一光阻層的圖形；(c3)以第一光阻層為阻擋層，蝕刻反向耦合層；及(c4)移除第一光阻層。前述的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件的制造方法，該步驟(f)還包括(f 1)制備一模具基板；(f2)涂布一第二感光材料于該模具基板之上；( )壓印該第二感光材料，使其具有一特定角度；(f4)借由曝光顯影，將第二感光材料制成一三維錐狀結(jié)構(gòu)；(K)填入一聚合物于模具基板；(f6)靜置該聚合物一段時(shí)間；及(f7)將聚合物由模具基板之上移除。前述的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件的制造方法，該介質(zhì)層借由電漿輔助化學(xué)氣相沈積技術(shù)而形成于該基層之上。前述的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件的制造方法，使用電漿輔助化學(xué)氣相沈積技術(shù)形成該介質(zhì)層之時(shí)，同時(shí)通入氮?dú)?、氧化亞氮、甲烷、與氨氣。前述的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件的制造方法，該第二感光材料的材料編號為SU-8。前述的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件的制造方法，該聚合物的材料為聚二甲基硅氧烷(Poly-dimethylsiloxane, PDMS)。前述的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件，該模具基板為一半導(dǎo)體材料基板、一半導(dǎo)體復(fù)合材料基板與一玻璃基板中任一種。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件及其制造方法至少具有下列優(yōu)點(diǎn)及有益效果該具有順向與反向耦合器特性的波導(dǎo)耦合元件的結(jié)構(gòu)簡單，且借由順向耦合層可輕易地與光纖連接。該具有順向與反向耦合器特性的波導(dǎo)耦合元件的光耦合效率高，其中，借由分別地選擇反向耦合層、介質(zhì)層與順向耦合層的材料及其折射系數(shù)，使得光波可經(jīng)由順向耦合層-介質(zhì)層-反向耦合層的耦合順序，高效率地被耦合進(jìn)入反向耦合層之中傳遞。承上述第2點(diǎn)，借由順向耦合層-介質(zhì)層-反向耦合層的高效率耦合，該具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件可耦合的光波長范圍為1530nm 1580nm。通過本發(fā)明所提出的制造方法，可使用現(xiàn)有半導(dǎo)體工藝而低成本且大量地制造則該具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件，而不需要使用其它任何特殊設(shè)備。綜上所述，本發(fā)明一種具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件及其制造方法。 該具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件包括一基層、至少一反向耦合層、一介質(zhì)層、 與至少一順向耦合層。經(jīng)由順向耦合層-該介質(zhì)層-該反向耦合層的耦合順序，光波可高效率地被耦合進(jìn)入反向耦合層之中，并于局限于反向耦合層之內(nèi)傳遞。此外，借由該制造方法可使用現(xiàn)有半導(dǎo)體制程而低成本且大量地制造該具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件。本發(fā)明在技術(shù)上有顯著的進(jìn)步，并具有明顯的積極效果，誠為一新穎、進(jìn)步、實(shí)用的新設(shè)計(jì)。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。


圖1是現(xiàn)有習(xí)用的一種光學(xué)波導(dǎo)元件的立體圖；圖2是現(xiàn)有習(xí)用的一種具有表面光柵的光學(xué)波導(dǎo)元件的立體圖；圖3是本發(fā)明的一種具有順向與反向耦合器特性的波導(dǎo)耦合元件的側(cè)視圖；圖4是本發(fā)明之一種具有順向與反向耦合器特性的波導(dǎo)耦合元件的立體圖；圖5是具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件的第二側(cè)視圖；圖6是本發(fā)明的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件的制造方法的方法流程圖；圖7是具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件的一基層與一反向耦合層的側(cè)視圖；圖8是具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件的基層與反向耦合層的第二側(cè)視圖；圖9是具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件的基層、反向耦合層、一介質(zhì)層、 與一順向耦合層的側(cè)視圖；圖10是使用一模具將順向耦合層制成一三維錐狀結(jié)構(gòu)的示意圖；圖11是步驟(603)的詳細(xì)步驟流程圖；圖12是使用一第一光罩對一第一光阻層執(zhí)行曝光的示意圖；圖13是具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件的基層與反向耦合層的立體圖；圖14是步驟(606)的詳細(xì)步驟流程圖；圖15是一模具基板與一第二感光材料的側(cè)視圖；圖16是模具基板與第二感光材料的第二側(cè)視圖17是模具基板、第二感光材料與一聚合物的側(cè)視圖；以及圖18是一模具的側(cè)視圖。1 具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件1'具有表面光柵的光學(xué)波導(dǎo)元件11:基層12:反向耦合層13:介質(zhì)層14:順向耦合層141 斜表面2 光纖2'基層21'基面25'光學(xué)波導(dǎo)元件252'基層254'頂層256'波導(dǎo)層3:光波3'光學(xué)波導(dǎo)30'凹槽31'頂面32'第一側(cè)面33'第二側(cè)面4:模具4'表面光柵41 模具基板42 三維錐狀結(jié)構(gòu)43 聚合物5 第一光罩51 楔形圖形601 608 方法步驟6031 60；34 方法步驟6061 6067 方法步驟nair 空氣的折射系數(shù)ncd 順向耦合層的折射系數(shù)nctd 反向耦合層的折射系數(shù)nm 介質(zhì)層的折射系數(shù)nsub 基層的折射系數(shù)PRl 第一光阻層PR2 第二感光材料
具體實(shí)施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件及其制造方法其具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、方法、步驟、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。請同時(shí)參閱圖3與圖4，是本發(fā)明的一種具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件的側(cè)視圖與其立體圖，同時(shí)，請參閱圖5，是該具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件的第二側(cè)視圖。如圖3與圖4所示，該具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件1，包括 一基層11、一反向耦合層12、一介質(zhì)層13、與一順向耦合層14，其中，該基層11可為一半導(dǎo)體材料基層、一半導(dǎo)體復(fù)合材料基層與一玻璃基層，而于較佳的實(shí)施例之中，基層11為半導(dǎo)體復(fù)合材料基層，為硅層-絕緣層(Silicon-on-hsulator，S0I)的復(fù)合基層。該反向耦合層12形成于該基層11之上，反向耦合層12可局限一光波3于其內(nèi)部傳遞，其中，反向耦合層12的材料可為硅(silicon，Si)、氮化硅(silicon nitride，SiN)、 氮化氧硅(silicon oxinitride，SiON)、與碳化硅(silicon carbine，SiC)，而于該具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件1的較佳實(shí)施例之中，使用硅(Si)作為反向耦合層12 的材料。如圖5所示，該介質(zhì)層13以包覆反向耦合層12的方式而形成于基層11之上，介質(zhì)層13可為一半導(dǎo)體材料或?yàn)榘雽?dǎo)體復(fù)合材料，而較佳地，于本實(shí)施例之中，使用氮化氧硅(SiON)作為介質(zhì)層13的材料。該順向耦合層14則形成于介質(zhì)層13之上，其為材料編號SU-8的一感光材料，此外，順向耦合層14的一端具有一足夠高度而可與一外部光纖2連接，以耦合傳遞于光纖2內(nèi)部的光波3。請繼續(xù)參閱圖3與圖4，當(dāng)該順向耦合層14的一端連接該光纖2之后，該光波3 耦合進(jìn)入順向耦合層14之內(nèi)，此時(shí)，由于該介質(zhì)層13的折射系數(shù)nm相同于順向耦合層14 的折射系數(shù)ncd，因此，當(dāng)光波3于順向耦合層14內(nèi)傳遞時(shí)，會(huì)將介質(zhì)層13與順向耦合層 14視為同一物質(zhì)，故光波3可無損耗地經(jīng)由介質(zhì)層13被耦合進(jìn)入該反向耦合層12。此外， 由于該反向耦合層12的折射系數(shù)nctd大于介質(zhì)層13的折射系數(shù)nm，順向耦合層14的折射系數(shù)ncd大于空氣的折射系數(shù)nair，且該基層11的折射系數(shù)nsub大于空氣的折射系數(shù) nair。因此，當(dāng)光波3被耦合進(jìn)入反向耦合層12之后，可被局限于反向耦合層12之內(nèi)傳遞， 而不會(huì)發(fā)生光波外泄。并且，如圖5所示，該順向耦合層14的結(jié)構(gòu)為一三維錐狀結(jié)構(gòu)，其具有一斜表面 141，當(dāng)該斜表面141的一表面斜率越高，則順向耦合層14對該光波3的耦合效率越高，其中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當(dāng)斜表面141與該介質(zhì)層13表面的夾角小于0.674°之時(shí)，順向耦合層14的光耦合效率可大于90% ；此外，為了使得光波3可局限于反向耦合層 12之中傳遞，該反向耦合層12的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為一楔形結(jié)構(gòu)。經(jīng)由上述，可以得知該具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件1為一高效率的波導(dǎo)耦合元件；此外，本發(fā)明亦揭露一種具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件的制造方法，而可通過半導(dǎo)體工藝制作上述的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件。請參閱圖6，本發(fā)明的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件的制造方法的方法流程圖，如圖6 所示，該制造方法包括以下步驟首先，執(zhí)行步驟(601)，置備該基層11，然后，執(zhí)行步驟(602)，于基層11之上形成該反向耦合層12 ；請參閱圖7，具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件的基層與反向耦合層的側(cè)視圖，如圖7所示，完成步驟(60 之后，反向耦合層12即形成于基層11的表面。 繼續(xù)地執(zhí)行步驟(603)，利用微影蝕刻的方式，將反向耦合層12制成該楔形結(jié)構(gòu)；請參閱圖 8，基層與反向耦合層的第二側(cè)視圖，如圖8所示，為了使得該光波3可局限于反向耦合層12 內(nèi)傳遞，將反向耦合層12制成楔形結(jié)構(gòu)。當(dāng)步驟(603)完成之后，則繼續(xù)執(zhí)行步驟(604)，以包覆該反向耦合層12的方式， 于該基層11之上形成該介質(zhì)層13 ；然后，繼續(xù)執(zhí)行步驟(605)，于介質(zhì)層13之上形成該順向耦合層14 ；請參閱圖9，具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件的基層、反向耦合層、 介質(zhì)層、與順向耦合層的側(cè)視圖，如圖9所示，該介質(zhì)層13借由電漿輔助化學(xué)氣相沈積技術(shù)而形成于該基層11之上，且，使用電漿輔助化學(xué)氣相沈積技術(shù)形成介質(zhì)層13之時(shí)，同時(shí)通入氮?dú)?N2)、氧化亞氮(N2O)、甲烷(SiH4)、與氨氣(NH3)，使得折射率為1. 56的氮化氧硅層 (SiON)可形成于基層11之上以作為介質(zhì)層13，并且，順向耦合層14的材料為該感光材料， 其材料編號為SU-8。請另外參閱圖10，使用一模具將該順向耦合層制成一三維錐狀結(jié)構(gòu)的示意圖，如圖10所示，當(dāng)完成步驟(60 之后，則繼續(xù)執(zhí)行步驟(606)，制備一模具4 ；以及執(zhí)行步驟 (607)，使用該模具4，以壓模的方式將該順向耦合層14制成一三維錐狀結(jié)構(gòu)。如此，經(jīng)由上述步驟(601)至步驟(607)，即完成如圖3所示的該具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件1。另外，為了更清楚地揭露本發(fā)明的該具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件的制造方法，請參閱圖11，步驟(603)的詳細(xì)步驟流程圖，上述步驟(60 是將該反向耦合層 12制成楔形結(jié)構(gòu)的步驟，請參閱圖11，步驟(60 包括以下詳細(xì)步驟首先，執(zhí)行步驟(6031)，在該反向耦合層12之上形成一第一光阻層rai，然后，執(zhí)行步驟(6032)，借由曝光顯影決定該第一光阻層PRl的圖形；請參閱圖12，使用一第一光罩對第一光阻層執(zhí)行曝光的示意圖，如圖12所示，具有一楔形圖形51的一第一光罩5被使用來對第一光阻層PRl執(zhí)行曝光，之后，該楔形圖形51可被轉(zhuǎn)移至第一光阻層PRl之上，并且，通過顯影技術(shù)，可將第一光阻層PRl顯影成該楔形結(jié)構(gòu)。完成步驟(6032)之后，則執(zhí)行步驟(6033)，以該第一光阻層PRl為阻擋層，蝕刻該反向耦合層12 ；最后則執(zhí)行步驟(6034)，移除第一光阻層PRl ；請參閱圖13，該基層與反向耦合層的立體圖，如圖13所示，楔形結(jié)構(gòu)的反向耦合層12形成于基層11之上。另外，請參閱圖14，是步驟(606)的詳細(xì)步驟流程圖，上述步驟(606)為制備該模具4的步驟，請參閱圖14，步驟(606)包括以下詳細(xì)步驟首先，執(zhí)行步驟(6061)，制備一模具基板41，其中，該模具基板41可為半導(dǎo)體材料基板、半導(dǎo)體復(fù)合材料基板或玻璃基板，于此，使用硅基板作為模具基板41。繼續(xù)執(zhí)行步驟 (6062)，涂布一第二感光材料PR2于模具基板41之上；請參閱圖15，是模具基板與該第二感光材料的側(cè)視圖，如圖15所示，完成步驟(606 之后，該第二感光材料PR2則被涂布于模具基板41之上。繼續(xù)地執(zhí)行步驟(6063)，壓印該第二感光材料冊2，使其具有一特定角度；請參閱圖16，模具基板與第二感光材料的第二側(cè)視圖，如圖16所示，使用一載臺(tái)壓印第二感光材料PR2之后，第二感光材料PR2于模具基板之上具有該特定角度。完成步驟(606 之后， 則執(zhí)行步驟(6064)，借由曝光顯影，將第二感光材料PR2料制成一三維錐狀結(jié)構(gòu)42 ；于此， 必須特別說明的是，特意將第二感光材料PR2曝光，其目的在于將楔形圖形轉(zhuǎn)移至第二感光材料PR2之上，如此，顯影第二感光材料PR2之時(shí)，可使得第二感光材料PR2形成該三維錐狀結(jié)構(gòu)42，以獲得一較佳的光耦合效率。然后，執(zhí)行步驟(6065)，填入一聚合物43于模具基板41之上；請參閱圖17，模具基板、第二感光材料與該聚合物的側(cè)視圖，如圖17所示，聚合物43被填于該模具基板41之上后，聚合物43將緩緩地固化。完成步驟(606 之后，則執(zhí)行步驟(6066)，靜置該聚合物 43 —段時(shí)間；最后，執(zhí)行步驟(6067)，將聚合物43由該模具基板41之上移除；請參閱圖18， 該模具的側(cè)視圖，如圖18所示，聚合物43固化之后，即形成該模具4。上述已經(jīng)完整且清楚地揭露了本發(fā)明的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件及其制造方法，經(jīng)由上述可以得知本發(fā)明具有下列之優(yōu)點(diǎn)該具有順向與反向耦合器特性的波導(dǎo)耦合元件的結(jié)構(gòu)簡單，且借由順向耦合層可輕易地與光纖連接。該具有順向與反向耦合器特性的波導(dǎo)耦合元件的光耦合效率高，其中，借由分別地選擇反向耦合層、介質(zhì)層與順向耦合層的材料及其折射系數(shù)，使得光波可經(jīng)由順向耦合層-介質(zhì)層-反向耦合層的耦合順序，高效率地被耦合進(jìn)入反向耦合層之中傳遞。
承上述第2點(diǎn)，借由順向耦合層-介質(zhì)層-反向耦合層的高效率耦合，該具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件可耦合的光波長范圍為1530nm 1580nm。通過本發(fā)明所提出的制造方法，可使用現(xiàn)有半導(dǎo)體工藝而低成本且大量地制造則該具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件，而不需要使用其它任何特殊設(shè)備。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的方法及技術(shù)內(nèi)容作出些許的更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件，其特征在于，包括一基層；至少一反向耦合層，形成于該基層之上，一光波可局限于該反向耦合層之內(nèi)傳遞；一介質(zhì)層，以包覆反向耦合層的方式形成于基層之上；以及至少一順向耦合層，形成于該介質(zhì)層之上，該順向耦合層的一端可與一外部光纖連接， 以耦合光纖所傳輸?shù)脑摴獠?；其中，該介質(zhì)層的折射系數(shù)相同于順向耦合層的折射系數(shù)，使得光波于順向耦合層內(nèi)傳遞時(shí)，會(huì)將介質(zhì)層與該順向耦合層視為同一物質(zhì)，故光波可無損耗地經(jīng)由介質(zhì)層被耦合進(jìn)入該反向耦合層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件，其特征在于，該基層為一半導(dǎo)體材料基層、一半導(dǎo)體復(fù)合材料基層與一玻璃基層中任一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件，其特征在于，該反向耦合層的材料為硅、氮化硅、氮化氧硅、與碳化硅中任一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件，其特征在于，該反向耦合層的結(jié)構(gòu)為一楔形結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件，其特征在于，該介質(zhì)層為一半導(dǎo)體材料或半導(dǎo)體復(fù)合材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件，其特征在于，該順向耦合層為一感光材料，其材料編號為SU-8。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件，其特征在于，該順向耦合層的結(jié)構(gòu)為一三維錐狀結(jié)構(gòu)，其具有一斜表面，當(dāng)該斜表面的一表面斜率越高，則順向耦合層對該光波的耦合效率越高。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件，其特征在于，該反向耦合層的折射系數(shù)系大于該介質(zhì)層的折射系數(shù)，該順向耦合層的折射系數(shù)系大于空氣的折射系數(shù)，且該基層的折射系數(shù)系大于空氣的折射系數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件，其特征在于，借由該順向耦合層-該介質(zhì)層-該反向耦合層的高效率耦合，該具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件可耦合的光波長范圍為1530nm 1580nm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件，其特征在于，該順向耦合層還具有一斜表面，當(dāng)該斜表面與介質(zhì)層的表面的夾角小于0. 674°時(shí)，順向耦合層的光藕合效率高于90%。
11.一種具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件的制造方法，其特征在于，包括(a)置備一基層；(b)在該基層之上形成一反向耦合層；(c)利用微影蝕刻的方式，將該反向耦合層制成一楔形結(jié)構(gòu)；(d)以包覆該反向耦合層的方式，在基層之上形成一介質(zhì)層；(e)在該介質(zhì)層之上形成一順向耦合層；(f)制備一模具；(g)使用該模具，以壓模的方式將該順向耦合層制成一三維錐狀結(jié)構(gòu)；以及(h)利用微影蝕刻的方式將順向耦合層的兩側(cè)面制成一楔形表面。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件的制造方法，其特征在于，該步驟(c)還包括(cl)在該反向耦合層之上形成一第一光阻層； (c2)借由曝光顯影決定該第一光阻層的圖形； (c3)以第一光阻層為阻擋層，蝕刻反向耦合層；及 (c4)移除第一光阻層。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件的制造方法，其特征在于，該步驟(f)還包括(fl)制備一模具基板；(f2)涂布一第二感光材料于該模具基板之上；(f3)壓印該第二感光材料，使其具有一特定角度；(f4)借由曝光顯影，將第二感光材料制成一三維錐狀結(jié)構(gòu)；(f5)填入一聚合物于模具基板；(f6)靜置該聚合物一段時(shí)間；及(f7)將聚合物由模具基板之上移除。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件的制造方法，其特征在于，該介質(zhì)層借由電漿輔助化學(xué)氣相沈積技術(shù)而形成于該基層之上。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件的制造方法，其特征在于，使用電漿輔助化學(xué)氣相沈積技術(shù)形成該介質(zhì)層之時(shí)，同時(shí)通入氮?dú)?、氧化亞氮?甲烷、與氨氣。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件的制造方法，其特征在于，該第二感光材料的材料編號為SU-8。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件的制造方法，其特征在于，該聚合物的材料為聚二甲基硅氧烷。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件，其特征在于， 該模具基板為一半導(dǎo)體材料基板、一半導(dǎo)體復(fù)合材料基板與一玻璃基板中任一種。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件及其制造方法。該具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件包括一基層、至少一反向耦合層、一介質(zhì)層、與至少一順向耦合層，其中，該順向耦合層的一端可與一外部光纖連接，以耦合光纖所傳輸?shù)脑摴獠?，并且，?jīng)由順向耦合層-該介質(zhì)層-該反向耦合層的耦合順序，光波可高效率地被耦合進(jìn)入反向耦合層之中，并于局限于反向耦合層之內(nèi)傳遞。此外，借由該制造方法可使用現(xiàn)有半導(dǎo)體工藝而低成本且大量地制造該具有順向與反向耦合特性的波導(dǎo)耦合元件。
文檔編號G02B6/132GK102565951SQ201010600098
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者古凱寧, 李明昌 申請人:李明昌