专利名称：光波导芯片的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学器件，更具体地说，涉及一种如下的光波导芯片，在该光波导芯片与光纤、光纤阵列模块或另一光波导连接以装配光波导装置时，它能提高准确连接的容错范围，并且对光学连接耗耗影响很小。
在关于光波导器件的平面波导技术中，一个目的在于批量生产低成本的光学通信部件。普遍地，光波导芯片的制造过程已经发展成能够在半导体制造技术的基础上批量生产。然而，与光波导器件的制造技术相比，其装配技术发展缓慢。这种装配技术的缓慢发展的速度已成为大规模生产的最大障碍。特别地，光波导芯片与光纤、光纤阵列模块或另一光波导芯片之间的连接技术，作为影响器件性能和成本的因素，在无源元件中十分重要。此技术在光波导器件的低成本批量生产以及确保其光学特性方面十分关键。
图1A表示光波导芯片的输出波导与另一光波导芯片的输入波导之间通过传统方法的连接。在图1A中，附图标记100表示具有输出波导的光波导芯片的基片，附图标记110表示光波导芯片的输出波导。附图标记130表示具有输出波导的光波导芯片与另一具有输入波导的光波导芯片之间的连接部分，附图标记140表示光波导芯片的输入波导，并且附图标记150表示具有输入波导的光波导芯片的基片。图1B表示光波导芯片的输出波导与光纤阵列模块之间的连接。在图1B中，附图标记160表示具有输出波导的光波导芯片和光纤阵列模块之间的连接部分，附图标记170表示光纤阵列模块的对准基片，并且附图标记190表示光纤。图1C表示光波导芯片的输出波导与光纤之间的连接。在图1C中，附图标记195表示具有输出波导的光波导芯片和光纤之间的连接部分。
如图1A至1C所示，当光波导芯片与光纤、光纤阵列模块或另一光波导芯片通过传统方法连接时，为了使光学连接损耗最小，必须使准确连接的容错范围保持在小于1μm的亚微米量级以下，而1μm大约对应于单模波导宽度的10％，为保证连接的准确性，采用传统方法需要昂贵的准确对准设备、高水平的技术人员和许多时间，从而增加了制造成本以及批量生产的难度。
为解决上述问题，本发明目的在于提供一种光波导芯片，在该光波导芯片与光纤、光纤阵列模块或者另一光波导芯片连接以封装光波导装置时，它能提高准确连接的容错范围而不增加光学连接损耗。
相应地，为实现上述目的，在此提供一种光波导芯片，它具有一个连接至光纤、光纤阵列模块或另一光波导芯片的输出波导，其中该输出波导的连接截面宽于光纤的纤芯和光纤阵列模块的光纤以及其他光波导的芯部。
最好，该光波导芯片的输出波导的截面宽度以小于或等于10°的倾斜角向着波导端部逐渐增加。
通过结合附图对本发明优先实施例的详细描述，将使本发明的上述目的及优点将变得更加清楚。在附图中图1A表示光波导芯片的输出与另一光波导芯片的输入波导之间通过传统方法进行的连接；图1B表示光波导芯片的输出与光纤阵列模块之间通过传统方法进行的连接；图1C表示光波导芯片的输出波导与光纤之间通过传统方法进行的连接；图2A表示光波导芯片的输出与另一光波导芯片的输入波导之间根据本发明第一优选实施例进行的连接；图2B表示光波导芯片的输出波导与光纤阵列模块之间的根据本发明第二优选实施例进行的连接；图2C表示光波导芯片的输出波导与光纤之间根据本发明第三优选实施例进行的连接；
图3A表示在单模状态下6μm边长的方光波导的光波导芯片的一个结构实例；图3B表示两个光波导芯片相连接时随波导结构和偏移量的变化而变化的传输特性；图3C表示图3B中所示波导片随其偏移量的变化而变化的光传输特性；图3D表示在宽度增加区域的长度增大的情况下，两个光波导连接时随其波导结构和偏移量的变化而变化的传输特性；以及图3E表示图3D中所示光波导芯片随其偏移量的变化而变化的光传输特性。
在图2A中，画出了光波导芯片的输出波导与另一光波导芯片的输入波导之间根据第一优选实施例进行的连接。此处，附图标记200表示光波导芯片的基片，附图标记210表示光波导芯片的输入波导，附图标记220表示输出波导的宽度增加区，附图标记230表示光波导芯片的输出波导与另一光波导芯片的输入波导之间的连接区域，附图标记240表示该另一光波导芯片的输入波导，且附图标记250表示该另一光波导芯片的基片。
图2B表示根据本发明第二实施例的光波导芯片输出波导与光纤阵列模块的连接。在图2B中，附图标记260表示光波导芯片的输出波导和光纤阵列模块之间的连接区域，附图标记270表示光纤阵列模块的对准基片，附图标记280表示光纤的纤芯，且附图标记290表示光纤。图2C表示光波导芯片的输出波导与光纤之间的连接。在图2C中，附图标记255表示光波导芯片的输出波导与光纤之间的连接区域，附图标记265表示光纤的纤芯，并且附图标记275表示光纤的包层。
如图2A至2C所示，光波导芯片的输出波导210具有一个宽度增加区220，其截面宽于光纤的纤芯截面和光纤阵列模块的光纤芯截面以及与输出波导210连接的光波导的输入波导截面。
光波导芯片的输出波导210的截面向着波导端部逐渐增加，其倾斜角为等于或小于10°，光波导芯片的输出波导210的端部宽度最好是单模波导最大宽度的两至四倍。优选地，光波导芯片的输出波导210宽度开始增加的点与光波导芯片的波导端部的距离为单模波导最大宽度的6-12倍。
光波导芯片的基片100可以由LiNbO3、硅晶片、Si3N4、无机玻璃或元素周期表中Ⅲ-Ⅴ族的半导体材料制成。通过在一个在所用光波导具有光传输能力的平面基片上淀积提高折射率的扩散材料，然后采用化学或机械方法使该扩散材料扩散并渗入所述平面基片中，来制造输出波导。
下面说明本发明的光波导芯片。根据光波导芯片的输出波导结构，从距离输出波导端部大约10倍波导宽度的点处，波导宽度逐渐增加，使得此波导的端部宽度大约为波导通常宽度的2倍，得到一个矩形截面的输出波导。其结果是，当该光波导芯片的输出波导与光纤、光纤阵列模块或另一光波导芯片的输入波导连接时，即使其光轴的偏移量为10％时，也可以使其连接损耗最小。
图3A表示在单模状态下6μm边长的方光波导的光波导芯片的一个结构实例。此处，附图标记300表示光波导芯片的基片，附图标记310表示光波导芯片的输出波导，且附图标记320表示输出波导的宽度增加区。根据图3A的例子，光波导芯片的6μm边长的方波导的宽度从距离该光波导芯片端部大约12μm。在此情况下，即使当其中心偏移量高达0.5μm时，其传输特性也在90％以上。图3B表示两个光波导芯片连接时随波导结构及其偏移量而变化的传输特性。在图3B中，附图标记330表示光波导芯片的输出波导与另一光波导芯片的输入波导之间的连接区域，附图标记340表示光波导芯片的输入波导，且附图标记350表示另一光波导芯片的基片。图3C同样表示随图3B所示光波导芯片的偏移量而变化的光传输特性。
另外，若波导的宽度增加区的长度超过单模波导宽度的10倍以上时，波导的传输性能会稍微下降。图3D表示两个光波导芯片连接时随波导结构及其偏移量而变化的的传输特性，其中其宽度增加区的长度增大。图3E表示随图3D所示光波导芯片的偏移量而变化的光传输特性。然而，如果输出波导的端部宽度以大约5°以上的倾斜角陡峭增加，则会产生大量的连接损耗。
如上所述，当光波导与光纤、光纤阵列模块或另一光波导芯片连接以装配光波导装置时，可以允许10％的光轴偏移量。而且，与传统制造方法相比，无需任何附加步骤，且不引起光学特性的任何额外损失，并可显著降低所需的连接时间。特别地，在光波导芯片与光纤阵列模块或另一光波导芯片连接时，对于其光轴偏移量十分敏感的连接损耗可以得到相当大的补偿。
权利要求
1.一种光波导芯片，其中包括与光纤、光纤阵列模块或另一光波导芯片相连接的一输出波导，其特征在于，该输出波导的连接截面宽于所述光纤的纤芯和所述光纤阵列模块的光纤纤芯，以及所述另一光波导芯片的芯部。
2.如权利要求1所述的光波导芯片，其特征在于，该光波导片的输出波导的截面宽度向着该波导的端部逐渐增加。
3.如权利要求2所述的光波导芯片，其特征在于，所述的输出波导的截面宽度以等于或小于10℃的倾斜角增加。
4.如权利要求1所述的光波导芯片，其特征在于，所述光波导芯片的输出波导的端部宽度高达单模波导通常宽度的4倍。
5.如权利要求1所述的光波导芯片，其特征在于，该光波导芯片的波导的宽度开始增加的点位置与该光波导芯片的输出波导端部的距离为单模波导通常宽度的6-12倍。
6.如权利要求1所述的光波导芯片，其特征在于，该光波导芯片的基片由下组件料之一制成，该组材料包括LiNbO3、硅晶片、Si3N4、无机玻璃或元素周期表中Ⅲ-Ⅴ族的半导体。
7.如权利要求1所述的光波导芯片，其特征在于，所述的输出波导通过在一个能够传输具有所用光波长的光的平面基片上淀积用于提高折射率的扩散材料，然后采用化学或机械方法使该扩散材料扩散并渗入所述的平面基片中而制成。
全文摘要
一种光波导芯片,其中包括连接至光纤、光纤阵列模块或另一光波导芯片的输出波导,该输出波导的连接截面宽于光纤纤芯和光纤阵列模块的光纤纤芯以及另一光波导芯片的波导芯部。并且该光波导芯片的输出波导的截面宽度等于或小于10℃的倾斜角向着波导端部逐渐增加。因此,当装配光波导装置时,允许有大约为波导宽度10%的光轴偏移量。而且,在制造光波导芯片的过程中无需附加步骤,不产生光学特性的额外损失,并可降低所需连接时间。
文档编号G02B6/30GK1218190SQ98124788
公开日1999年6月2日 申请日期1998年11月18日 优先权日1997年11月18日
发明者李泰衡, 李炯宰, 李相润, 俞炳权 申请人:三星电子株式会社