專利名稱：采用自由安裝柔性波導(dǎo)板材制造至光纖換流器的光波導(dǎo)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造一種光學(xué)器件的方法，該光學(xué)器件包括一個基底，在該基底上集成有分層的光學(xué)波導(dǎo)部件，而該分層的光學(xué)波導(dǎo)部件包括一個聚合物引導(dǎo)層，而該聚合物引導(dǎo)層被夾在其折射率低于引導(dǎo)層的兩個偏折層之間；本發(fā)明還涉及光纖端部，該光纖端部被定位在槽中。
與集成光學(xué)器件相連的光纖端部通常被稱為“抽頭”，且提供帶有這種抽頭的波導(dǎo)部件的過程被稱為“做抽頭”。本發(fā)明還涉及能夠如此獲得的帶有抽頭的光學(xué)波導(dǎo)器件以及用于制造它們的自由柔性波導(dǎo)板材。
一般地，柔性波導(dǎo)是已知的。例如，JP 04/232906公布了一種適用于信號傳送(例如用于汽車的帶有分光裝置的光學(xué)數(shù)據(jù)線路)的柔性多層光引導(dǎo)板材。
JP 05/281428涉及一種柔性光學(xué)互連板，它包括裝在一個基板上的柔性光波導(dǎo)，該基板可以有各種形狀(例如彎曲的)。
從JP 04/274402可以知道，通過把聚酰胺酸溶液涂到一個基底上、對其進行照射以產(chǎn)生一個預(yù)固化膜、把所述膜從基底上除去、并對其進行固化以形成一個聚酰亞胺波導(dǎo)，從而提供了一種柔性波導(dǎo)。其折射率低于聚酰亞胺波導(dǎo)膜的一個聚酰亞胺膜，被用來覆蓋波導(dǎo)膜的上層和下層的至少一部分。
產(chǎn)生具有折射率圖案的聚合柔性波導(dǎo)是已知的，見JP 52/138 146—它教導(dǎo)形成一個聚合膜、在其中擴散一種單體、并在選定的區(qū)域中使該單體聚合。在JP 78/026813和JP 54/088144中也公布了類似的教導(dǎo)。
從美國專利第4，496，215號可以知道，提供了一種包括直的和彎曲段的光學(xué)互連裝置，其中光學(xué)互連是光纖形式的(設(shè)置在一種分層柔性結(jié)構(gòu)中)。
這些參考文獻沒有具體地解決做抽頭的聚合光學(xué)波導(dǎo)部件的問題。當(dāng)制造光學(xué)波導(dǎo)器件時，這仍然是一個主要的困難。在波導(dǎo)部件的引導(dǎo)層和光纖的芯之間提供光損耗(耦合損耗)最小的適當(dāng)連接，是一個復(fù)雜且通常昂貴的處理步驟。在耦合單模光纖時尤其如此。
已知的是利用具有可在其中放置光纖端部的V形槽的基底(通常是硅制成的)。該槽的V形使得光纖能夠沿著縱向(即相對于引導(dǎo)層的高度)以及橫向(即相對于引導(dǎo)層中制成的波導(dǎo)通道的寬度)而適當(dāng)?shù)貙?zhǔn)。在光纖已經(jīng)被放置在該V形槽中之后，它們通常借助膠、焊料等等而被固定。
如上所述的采用這樣的V形槽基底的一種方法，可以從GB 2000877中知道。該方法公布了借助粘合劑把多個光纖的端部接合到設(shè)置在一個透明基底上的V形槽中；把一種聚合溶液澆到固定的包含接頭光纖的基底上；以及，使該溶劑蒸發(fā)。因此，光纖接頭被嵌在聚合層中。所述聚合物層被用作光學(xué)波導(dǎo)部件的引導(dǎo)層，并包含可光聚合的單體。通過有選擇地激活這種單體，能夠有選擇地降低引導(dǎo)層的折射率。因此，能夠通過照射周圍的材料而在引導(dǎo)層中形成波導(dǎo)通道。可以使這些通道與光纖的嵌入端的位置相對準(zhǔn)。在該引導(dǎo)層上，涂上了具有低折射率的涂層，以作為頂部偏折層。該基底被用作下偏折層。
GB 2000877公布的方法有幾個缺點。一方面，這些與采用基底作為下偏折層有關(guān)。其一個缺點，在于所公布的方法不能被用來制造光電有源波導(dǎo)。E/O有源或NLO材料是已知的。在這種材料中，在外部電場的作用下產(chǎn)生了非線性電荷極化。非線性電極化會導(dǎo)致若干非線性光學(xué)現(xiàn)象，諸如倍頻和普克爾效應(yīng)。在聚合材料中獲得所希望的NLO效應(yīng)，在宏觀上要求首先在這種材料中存在的基—主要是超極化側(cè)基—得到對準(zhǔn)(極化)。這種極化通常是通過使聚合材料暴露于電壓(直流)即所謂的極化場下，以進行加熱以使聚合鏈充分地活化而能夠進行取向，而實現(xiàn)的。因此，如果可極化的e/o材料被用在引導(dǎo)層中，則產(chǎn)生極化的一個要求，是引導(dǎo)層能夠被暴露于電場。為此，需要兩個電極，其中一個通常被加在分層的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的頂部，而另一個被加到底部，即在基底與下偏折層之間。在GR 2000877中并沒有說明如何提供這種底部電極。
采用V形槽基底作為下偏折層的另一個缺點，是這種下偏折層的折射率不能被適合于引導(dǎo)層和頂部偏折層的折射率。由于層的折射率之差(折射率對比度)確定了來自一個光纖的光至波導(dǎo)的耦合(以及相反方向的耦合)的效率，所以如果任何一個層的折射率不能得到自由選擇，就會產(chǎn)生嚴重的設(shè)計上的限制。對于偏折層來說特別是這樣，因為根據(jù)器件的性質(zhì)，適用于引導(dǎo)層聚合物的要求通常比適用于包層的要求更為嚴格。例如，在光電有源引導(dǎo)層的情況下，引導(dǎo)層聚合物的選擇更多地是由其e/o系數(shù)而不是由其他的性質(zhì)(諸如折射率)確定?；蛘?，如果希望借助“漂白”(諸如公布在EP 358 476中的折射率的光物理改變)來在引導(dǎo)層中形成通道，則引導(dǎo)層聚合物可以為其漂白容量而不是為其他的而被選擇。
GB 2 000 877的方法，不能簡單地被其中把一個單獨的下偏折層加在基底上的一種方法所代替。首先，這將破壞在該公布中所教導(dǎo)的光纖—波導(dǎo)對準(zhǔn)。其次，如果下偏折層是聚合物—這在控制折射率并與聚合物引導(dǎo)層相容方面非常希望的，則問題是V形槽將被偏折層聚合物所填充，從而造成光纖芯嚴重地不能與聚合物波導(dǎo)的光引導(dǎo)通道相對準(zhǔn)，或者造成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的不平整和厚度不均勻，或者同時造成兩者。
采用V形槽的硅來連接光纖和波導(dǎo)器件的另一已知方法，可以從IEEE Transactions on Components，Hybrids，andManufacturingTechnology，Vol.13(4)，1990，780—786頁知道。該方法涉及把一個第一基底—其一個部分承載有在V形槽中的光纖—與承載著一個集成光路的第二基底接合在一起，這些光纖和光路最終彼此相鄰地得到定位。這兩個基底彼此相背，且接合是借助焊料的凸起而實現(xiàn)的。這種所謂的倒裝法焊料凸起接合是一個自對準(zhǔn)過程，該對準(zhǔn)是通過焊料回流期間表面張力的作用而實現(xiàn)的。這種方法在產(chǎn)生聚合物波導(dǎo)部件的抽頭的方面有幾個缺點。焊料的熔化和流動通常要求的溫度對于采用聚合物來說太高。一個典型的溫度是200℃，這高于很多電—光有源聚合物的玻璃轉(zhuǎn)變溫度，這將導(dǎo)致這些聚合物失去其活性。另外，釬劑(防止焊料的氧化的有機酸)一般在回流期間都留在焊料上，因而很可能對聚合物產(chǎn)生破壞。另外該方法的缺點是最后的產(chǎn)品包括不少于三個的不同基底上述的兩個基底，即承載集成光路的基底和承載V形槽中的光纖的基底，都需要由第三基底即所謂的母板來支撐。
本發(fā)明所尋求的，是提供一種抽頭產(chǎn)生方法，它能夠使用無源以及熱—光和電—光有源波導(dǎo)，使得能夠進行折射率改變，被能夠使用聚合物。為了提供這種方法，本發(fā)明的一個目的，是避免采用三個不同的基底，并采用了包括單個基底的器件。為此，在本發(fā)明中，在在開頭段落中描述的方法中，包括槽(特別是V形槽)的基底中，提供了單獨制成的聚合物結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括一或多個層，并在下面被稱為自由安裝板材。
這種自由安裝板材既可以是單個的層，也可以是包括引導(dǎo)層和至少一個偏折層的分層結(jié)構(gòu)，所述分層結(jié)構(gòu)被加上了面對基底的偏折層。較好地，該自由安裝板材是包括引導(dǎo)層和包圍該引導(dǎo)層的兩個偏折層的完全分層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
在自由安裝板材是單個層的情況下，它被用于使V形槽基底成為平面。在該層已經(jīng)被加上之后，可以借助旋涂、蒸發(fā)等等方法而把其他層加到其上。通常被認為是加上薄層的最方便的方法的旋涂法，例如在聚合光波導(dǎo)的情況下，通常涉及使所要涂覆的整個基底快速轉(zhuǎn)動。因此，層的進一步的加上，必然涉及覆蓋整個帶槽的基底。平面化的層(它可被用作下偏折層或附加層)因而被加到了帶槽的整個表面上。在加上了分層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的其他層之后，其一部分將被除去(包括平面化層的相應(yīng)部分)，以使槽暴露。這種除去通常需要借助蝕刻(例如O2反應(yīng)離子蝕刻)來進行。采用單個平面層的一個主要優(yōu)點，是能夠在槽中不填充聚合物的情況下把聚合物分層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)加到帶槽基底上。由于進一步的旋涂步驟是傳統(tǒng)的，并允許形成確定好的分層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，因而能夠?qū)崿F(xiàn)光纖和波導(dǎo)的對準(zhǔn)。然而，采用完全分層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)形式的自由安裝板材有重要的附加優(yōu)點。這種實施例比較簡單，浪費的材料被減小到最小，且能夠制成更為平坦的波導(dǎo)面。在所有實施例中，本發(fā)明通過使分層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的層厚度(以及在采用平面層的情況下平面的厚度)與光纖的大小(特別是芯的直徑)相適應(yīng)，從而能夠獲得光纖與波導(dǎo)的準(zhǔn)確連接。因此，光纖(通常為柱形或橢圓的)的芯能夠與分層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的引導(dǎo)層相面對地得到定位。
本發(fā)明的方法涉及單獨地提供已經(jīng)包含光纖端部或不包含光纖端部的帶槽基底，并制作自由安裝板材。
提供帶槽基底的方式本身不是本發(fā)明的一部分。這種基底是可商業(yè)獲得的并能夠用本領(lǐng)域的技術(shù)人員所已知的方法制成。
在原理上，該基底可以用適合于聚合物波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的任何材料制成。其例子有熱固聚合物—其中能夠通過諸如注塑的成形技術(shù)來制成所希望的槽、玻璃或諸如硅或GaAs的其他無機材料。在后一種材料中，可以從半導(dǎo)體工業(yè)中已知的蝕刻技術(shù)來制成槽。在此方面，硅是特別好的。該槽最好是V形槽，從而提供了兩個面，而光纖可以相對于這兩個面得到非常好的放置，從而相對于波導(dǎo)面得到最準(zhǔn)確的定位。槽的深度取決于所采用的光纖的直徑。
如果采用具有約9μm的芯直徑的單模光纖，則基底較好地是呈現(xiàn)各向異性蝕刻特性的單晶材料，因為必須獲得高度準(zhǔn)確的V形槽尺寸(該V形槽將包含具有125微米量級的直徑的光纖)。在此方面，硅、砷化鎵和磷化銦是適合的基底材料的例子。
如果自由安裝板材不是單純的平面層，則帶槽基底在被加上自由安裝板材之前可以帶有光纖端部。較好地是事后提供光纖端部。在形成電—光有源波導(dǎo)的情況下，首先加上薄層材料形式的底部電極—至少在將要被自由安裝板材所覆蓋的基底的部分上。這種底部金屬—最好是金—通常是借助蒸發(fā)或濺射而涂上的。特別是在此實施例中，基底較好地是包括兩個部分一個包含槽的部分(其中最終將設(shè)置光纖)和一個平整部分—其中首先加上金屬并隨后加上自由安裝板材。
該自由安裝板材是單獨制備的。考慮到所要求的層的準(zhǔn)確性和厚度均勻性，通常需要首先在基底上制成自由安裝板材。這種基底將是平面(平整)的，從而能夠制成具有明確限定的層厚度的層或分層結(jié)構(gòu)。在從原來的基底上剝?nèi)チ藢踊蚍謱咏Y(jié)構(gòu)之后，可以將它置于帶槽基底上。原來的基底可以用上述的基底材料制成，其中硅是較好的。
用于制成自由安裝板材和最終的分層波導(dǎo)的聚合物材料，對于本發(fā)明來說不是關(guān)鍵的。
偏折層，以及在無源光學(xué)部件的情況下的引導(dǎo)層，可以用任何適合的聚合物制成—該聚合物對于所采用的波長是透明的并對所希望的波長具有最小的光學(xué)損耗。實際中最重要的波長范圍是大約670nm、從約800至約1000nm、大約1300nm和大約1500nm。后兩個波長范圍特別適合于通信。當(dāng)然，引導(dǎo)層的折射率必須高于偏折層的折射率。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該知道可以適用于所希望的折射率的光學(xué)聚合物。適合的偏折(包)層材料的例子，是諸如?！揭蚁┕簿畚铮缌u乙基異丁烯酸鹽(hydroxyethyl methacrylate)和苯乙烯的共聚物及其與馬來酐的結(jié)合物。較好地是以具有官能端基的預(yù)聚合物的形式來加這些聚合物，并包括這些端基的多官能交聯(lián)劑(例如與聚氨基甲酸脂—N異氰酸鹽(Desmodur-N triisocyanate)交聯(lián)的羥基端基)。用于無源波導(dǎo)的適合聚合物材料是本領(lǐng)域的技術(shù)人員所已知的。另外，重要的是芯和偏折層容易處理且能夠在芯與偏折層給出盡可能地平整和純的接觸表面以及在芯和偏折層之間充分的粘合。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將知道哪一種材料可被用于這種目的。較好地，是采用能夠借助照射制成波導(dǎo)通道的材料，如下面所述。
如上所述，在電—光有源波導(dǎo)中，采用了這樣的聚合物—即它具有借助對準(zhǔn)而在其中實現(xiàn)的宏觀非線性光學(xué)有源性。適合的NLO有源材料(NLO聚合物)，在EP 358 476以及諸如EP 350 112、EP 350 113、EP359648、US 4，867，540、US 4，795，664以及WO 91/03001中，得到了描述。這些材料也適合于用作無源波導(dǎo)。
制造分層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)形式的自由安裝板材，通常涉及以下步驟-提供帶有在適當(dāng)處理時可以被釋放的層(例如金層或諸如聚乙烯醇等水溶材料或水溶鹽)的平整基底；-將第一偏折層加到該可釋放的層上；-將引導(dǎo)層聚合物加到第一偏折層上；-將第二偏折層聚合物加到引導(dǎo)層上；通過適當(dāng)?shù)靥幚碓摽舍尫诺膶樱鴱钠秸咨厢尫欧謱咏Y(jié)構(gòu)；在金層的情況下這種處理將涉及熱KOH(大約50℃)。
在包括不是完全分層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的自由安裝板材的情況下，可以省略適當(dāng)?shù)牟襟E。如果自由安裝板材是不被作為第一偏折層的單獨的平面，加到可釋放的層上的層基本可以是任何聚合物層。
根據(jù)本發(fā)明的一個特別有利的實施例，可釋放的層包括水溶性材料諸如象NaCl的鹽或聚乙烯醇。這意味著能夠避免諸如熱KOH的處理，且波導(dǎo)板材能夠通過使整個結(jié)構(gòu)浸入到水中而從原來的基底上得到釋放。它此時便可以被放置到帶槽基底上。
在某些情況下，特別是當(dāng)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)是柔性的從而產(chǎn)生處理問題時，首先釋放波導(dǎo)板材然后將其置于帶槽基底上的方法的一種替換方法，是同時進行這些處理。這可以通過將帶槽基底置于仍然在原來的基底上的可釋放波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的頂部，并隨后激活該可釋放的層，而實現(xiàn)?；讕Р鄣囊粋?cè)必須對著偏折層。原來的頂部偏折層因而變成帶槽基底上的底部偏折層。雖然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這在不采取進一步的措施的情況下是起作用的，但通過先給帶槽基底提供薄的粘合劑層以增強波導(dǎo)結(jié)構(gòu)與在其頂部上的帶槽基底的粘合，是有利的。最方便地，這可以是由與偏折層相同的聚合材料構(gòu)成的約0.5μm厚的層。這種薄層還覆蓋了槽的底部，但不將這些槽充滿。因此，不會出現(xiàn)當(dāng)完全的包層(厚度為3-15μm的量級)被加到帶槽基底時所產(chǎn)生的上述缺點。較好地，粘合劑層仍然是可固化的預(yù)聚物—它在結(jié)構(gòu)從原來的基底上被釋放之后得到固化(通過加熱)。至于厚度，可以說三層波導(dǎo)板材的厚度通常為約5至約50μm。
首先制作夾在兩個聚合物包層之間的聚合物引導(dǎo)層的明確限定的結(jié)構(gòu)的一個優(yōu)點，在于將該結(jié)構(gòu)置于帶槽基底上不要求高的精度。這種波導(dǎo)板材能夠以較低精度被加到帶槽基底上，且可以覆蓋希望最終形成波導(dǎo)部件的區(qū)域以外的區(qū)域。在如此加到了波導(dǎo)板材之后，通道得到限定和在將定位光纖的一側(cè)的平坦的面得到蝕刻。所有突出的部分都可以利用任何適當(dāng)?shù)奈g刻技術(shù)(例如從集成電路生產(chǎn)中知道的)來除去。在此情況下適用的，有濕化學(xué)蝕刻技術(shù)，例如采用有機溶劑或強堿的技術(shù)。然而，較好的是干蝕刻技術(shù)，諸如濺射蝕刻、反應(yīng)離子蝕刻、或反應(yīng)等離子體蝕刻。這些技術(shù)是本領(lǐng)域的技術(shù)人員所已知的且不需要在此進行進一步的解釋。或者，可以采用利用激光的蝕刻、諸如研磨、切割、鉆的機械蝕刻或借助諸如鋁、硅且特別是钚的顆粒的轟擊的蝕刻。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠不經(jīng)過不必要的實驗而選擇出適當(dāng)?shù)奈g刻劑。較好地，是采用反應(yīng)離子蝕刻(RIE)或RIE與反應(yīng)等離子體蝕刻的結(jié)合，而所謂激光燒蝕是另一種非常適當(dāng)?shù)募夹g(shù)。為了制成面，并除去分層聚合物結(jié)構(gòu)的突出部分，一個掩膜被用來覆蓋那些不應(yīng)該受到蝕刻劑影響的部分上。這些掩膜(其主要要求是它們能夠抵抗蝕刻劑的作用)是已知的，例如從集成電路技術(shù)。這樣的掩膜可以用例如金屬或合成材料制成；或者，它可以通過施加光敏樹脂(光刻膠)并隨后根據(jù)所希望的圖案來曝光并顯影所述樹脂而制成。
如果光纖與波導(dǎo)之間的空氣間隙不能通過光纖與波導(dǎo)的準(zhǔn)確定位而簡單地加以避免，則可以用一種填充物(較好地是低粘性的)來填充該間隙。以此方式，只要填充物的光學(xué)特性與聚合物的沒有顯著的不同，則就可以避免與空氣間隙有關(guān)的不方便的折射率差別。所選擇的填充物的折射率最好與聚合物波導(dǎo)的芯層的折射率相同或基本相同。因而聚合物本身也能夠作為非常好的填充物—以溶液或(在熱固的情況下)未固化狀態(tài)的形式。或者，可以采用與聚合物類似的齊聚物、一種膠或者某些其他的粘合劑。適當(dāng)?shù)恼澈蟿├缡潜娝苤沫h(huán)氧或腈基丙烯酸酯型的膠。
在制備電—光有源波導(dǎo)的情況下，本發(fā)明的最佳方法涉及將金屬層(較好地是金)形式的第一電極加到鹽層上，加上第一偏折層、引導(dǎo)層以及第二偏折層，并隨后把金屬層形式的第二電極加到第二偏折層上?，F(xiàn)在通過將適當(dāng)?shù)碾妷杭拥絻蓚€電極上，而使波導(dǎo)結(jié)構(gòu)在其被釋放之前得到極化。隨后，極化的分層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)被從平坦的基底上釋放，并被加到一個輔助基底上。
通常，需要在引導(dǎo)層中限定波導(dǎo)約束區(qū)(即橫波通道)。實現(xiàn)這點的方法是已知的。例如，通過除去分層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的部分，例如借助濕化學(xué)或干蝕刻技術(shù)，并用具有較低折射率的材料填充所形成的空隙(從而形成了通道形式的波約束區(qū)，該通道是由周圍被偏折層材料所包圍的材料構(gòu)成的)，而提供了這樣的圖案。
或者，可以采用光敏材料—它可以在照射之后得到顯影；例如一種負光刻膠，即在被照射之后對具體的溶劑(顯影劑)具有抗蝕性的材料。在此情況下顯影劑可以被用來除去未照射的材料。然而，較好的是采用正光刻膠并采用除去已經(jīng)被照射的部分的顯影劑。
然而，這種較好的技術(shù)涉及采用一種芯材料—其中在不借助蝕刻除去任何材料的情況下能夠提供一種波導(dǎo)圖案。例如，有一種芯材料，它在加熱、光或UV照射的作用下被化學(xué)轉(zhuǎn)變成具有不同折射率的材料。如果這涉及折射率的增大，則處理的材料將被用作芯材料。這可以采取利用掩膜進行處理的形式，而掩膜上的孔與所希望的波導(dǎo)圖案相同。另一方面，如果涉及折射率的減小，則處理的材料適合于被用作偏轉(zhuǎn)材料。在此情況下所涉及的處理可以利用一種掩膜來進行，在該掩膜上所覆蓋的部分與所希望的波導(dǎo)圖案相一致。參見例如上述的GB 2000877。
在根據(jù)本發(fā)明的處理中，較好的是采用一種平整的波導(dǎo)，其芯層包括能夠在照射的作用下得到漂白的聚合物。這種是一種具體的光敏或UV敏感芯層材料。也許由于化學(xué)重組反應(yīng)，照射—最好通常利用藍光—降低了這種材料的折射率，而不影響其他的物理和機械性質(zhì)。較好地，該平整波導(dǎo)帶有覆蓋所希望的通道圖案的掩膜，從而使周圍的材料的折射率能夠通過照射而得到降低(被“漂白”了)。因此，如所希望的，形成了波導(dǎo)通道，其周圍被具有較低折射率的材料(底部和頂部偏折層以及圍繞的漂白芯層材料)所包圍。這種可漂白聚合物已經(jīng)在例如EP 358,476中得到描述。
在本發(fā)明的方法中，特別有利的是采用相同的掩膜，來首先蝕刻分層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的面并除去其突出部分，并隨后用該掩膜進行照射以形成所希望的波導(dǎo)通道。因此，在將波導(dǎo)板材從原來的基底變?yōu)閹Р鄣妮o助基底之后，可以把例如金層加到整個波導(dǎo)結(jié)構(gòu)上。隨后，利用傳統(tǒng)的金蝕刻劑—諸如KI/I2，準(zhǔn)確地沿著帶槽基底的邊界(從而使轉(zhuǎn)換之后的波導(dǎo)的突出部分成為開放的)以及在所希望的波導(dǎo)面的位置上通過蝕刻而除去金。除去哪里的金且保留哪里的金，可以借助光刻膠掩膜而方便地進行。隨后借助蝕刻除去所有多余的、突出的、沒有金層的分層波導(dǎo)材料，從而給帶槽基底留下了帶有具有平坦面的分層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，該分層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)仍然被金層所覆蓋。同一金層隨后可以借助蝕刻而被部分地除去，這里再次采用了光掩膜并利用了KI/I2，以限定將被漂白的區(qū)域的圖案。由于只有一部分基底被波導(dǎo)結(jié)構(gòu)所覆蓋，在其他部分(與蝕刻的面相鄰的)上的槽是自由和可見的。槽的可見性使得所希望的波導(dǎo)通道能夠得到準(zhǔn)確的定位，即與槽(因而與光纖)的橫向?qū)?zhǔn)。準(zhǔn)確的定位還能夠通過對準(zhǔn)在帶槽基底和用于波導(dǎo)通道限定的掩膜上的掩膜的對準(zhǔn)，而獲得。還可以在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的兩端得到面，并使與各個面相鄰的帶槽基底具有自由部分。
或者，波導(dǎo)板材，在它們從原來的平整基底變成帶槽的輔助基底之前，可以帶有橫波約束區(qū)(通道)。當(dāng)然，這對于光纖對準(zhǔn)來說不是有利的，但所產(chǎn)生的自由波導(dǎo)板材可以以不同的方式(例如作為柔性光學(xué)波導(dǎo)部件)而得到應(yīng)用。即，自由安裝板材不被變成輔助基底，而是被原樣地使用，從而能夠有利地利用自由波導(dǎo)板材的柔性。
因此，本發(fā)明還涉及一種光學(xué)波導(dǎo)部件—它具有分層結(jié)構(gòu)，包括一個聚合物引導(dǎo)層，而該引導(dǎo)層被夾在兩個折射率低于引導(dǎo)層的偏折層之間，而引導(dǎo)層已經(jīng)帶有橫波約束區(qū)，其中分層結(jié)構(gòu)是柔性的且沒有被固定在剛性的基底上。這種柔性波導(dǎo)部件基本上與用于上述做抽頭方法中的波導(dǎo)板材相同，并且是以相同的方法制成但帶有波導(dǎo)通道，并能夠作為柔性光學(xué)互連(眾所周知的柔性印刷線路板的光學(xué)等同物)而得到應(yīng)用。例如，柔性波導(dǎo)部件使得能夠在兩或多個光學(xué)器件或板之間進行互連，同時經(jīng)過在這些器件或板之間的其他光學(xué)或電子結(jié)構(gòu)。與具有類似用途的已知的光纖帶相比，這種柔性聚合物光學(xué)波導(dǎo)部件具有能夠允許更大的互連密度且更容易對準(zhǔn)波導(dǎo)陣列的優(yōu)點。由于以幾個mm(例如2-10mm)的曲率半徑而彎曲波導(dǎo)所導(dǎo)致的損耗，是可忽略的。還可以制成線圈狀的柔性波導(dǎo)。作為這種柔性光學(xué)波導(dǎo)部件的背景參考文獻，有Bruce L.Booth的“用于電子和光學(xué)應(yīng)用的聚合物”(C.P.Wong編輯，Academic Press，SanDiego 1993，第549-599頁)，以及“光波技術(shù)期刊”，Vol.7，No.10，1989年10月，第1445-1453頁。
在一種特別有利的實施例中，可以用光(可見或紅外)顯微鏡觀察柔性聚合物分層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。在此實施例中，波導(dǎo)通道能夠與基底上的圖案精密地對準(zhǔn)，而在該基底上準(zhǔn)確地設(shè)置有與這些圖案有關(guān)的光纖端、檢測器或光源。用于引導(dǎo)光的大多數(shù)聚合物在從530nm(黃)至1700nm(紅外)的范圍內(nèi)是透明的。
柔性波導(dǎo)部件的端部通常帶有剛性的覆蓋物(例如通過用薄玻璃板覆蓋部件兩端的偏折層)。這種玻璃板的通常厚度為400μm，它的長度通常為1-5mm。
較好地，柔性波導(dǎo)部件在兩個表面上都包括保護涂層。即分層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)被夾在保護覆層之間。上述的剛性覆蓋物隨后可被加到該保護覆層上。這種保護覆層較好地是附加的交厚的聚合物層(通常從約50至500μm，較好地是約200-300μm)—它借助粘合劑層而被固定在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)上。該保護覆層可以以傳統(tǒng)的透明粘合帶的形式而得到應(yīng)用。特別好的是這種柔性光學(xué)波導(dǎo)部件包括一個互連部分(即將要與光纖進行耦合的部件的端部)，該部分沒有這些保護覆層之一。這種互連部分的長度通常是如上所述的，即約1-5mm。在互連部分的端部，制成了一個平坦的面，以便使光得到進入和出射耦合。這種面可以借助前述蝕刻技術(shù)、拋光技術(shù)、或刀切，而得到制成。這種互連部分具有顯著的優(yōu)點，即使得柔性波導(dǎo)能夠與光纖準(zhǔn)確地對準(zhǔn)。如果互連部分在背離沒有保護覆層的一側(cè)的一側(cè)上帶有一個剛性蓋，則這種對準(zhǔn)能夠得到進一步的改善。因此，互連部分使得處理變得容易，并基本上能夠沿著所要耦合的光學(xué)波導(dǎo)部件(諸如光纖、激光二極管、檢測器波導(dǎo))橫向、縱向和長度方向移動。
下面結(jié)合附圖進一步描述本發(fā)明。這些附圖只是用于說明目的的，而絕對不應(yīng)該被理解為限定性的。


圖1-7顯示了本發(fā)明的做抽頭方法。
圖1顯示了帶有可釋放的層(2)的平整基底(1)，以及包括下偏折層(4)、引導(dǎo)層(5)和頂部偏折層(6)的分層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(3)。
圖2顯示了分層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(3)是如何被從平整基底(1)釋放以形成自由波導(dǎo)板材的。
圖3顯示了帶槽的輔助基底(7)，它包括一個平整部分(8)和帶有槽(10)的帶槽的部分(9)。
根據(jù)圖4，釋放的波導(dǎo)(3)被加到帶槽基底(7)上，至少覆蓋了平整部分(8)。
圖5顯示出，波導(dǎo)(3)已經(jīng)帶有了與槽(10)相鄰的一個蝕刻出的面(11)。
根據(jù)圖6，已經(jīng)通過漂白引導(dǎo)層(5)而在波導(dǎo)(3)中制成了波導(dǎo)通道(12)。通道(12)已經(jīng)得到定位，從而與槽(10)對準(zhǔn)。
在圖7中，顯示了一種器件，它包括基底(7)—其上集成有分層的光學(xué)波導(dǎo)部件(3)和光纖端部(13)，該光纖端部被定位在槽(10)中。光纖端部(13)被連接到波導(dǎo)(3)的面(11)上。它們與引導(dǎo)層(5)縱向?qū)?zhǔn)并與包含在引導(dǎo)層(5)中的通道(12)橫向?qū)?zhǔn)。
圖8-10顯示了根據(jù)本發(fā)明的柔性光學(xué)波導(dǎo)部件與一個光學(xué)波導(dǎo)器件的互連。
在圖8中，顯示了一個柔性波導(dǎo)部件(101)，它包括保護涂層(102)、偏折層(103)、以及引導(dǎo)層(104)。引導(dǎo)層(104)帶有波導(dǎo)通道(105)。
圖9顯示了柔性波導(dǎo)部件(101)如何包括一個互連部分(106)，而互連部分(106)的一側(cè)(107)上沒有保護覆層(102)且在相對的一側(cè)上有一個剛性蓋(108)。
圖10顯示了部件(101)與基底(109)上的一個光學(xué)器件(108)的連接。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)器件的制造方法，該光學(xué)器件包括一個基底(7)，在該基底上集成有分層的光學(xué)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(3)，而該分層的光學(xué)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(3)包括一個聚合物引導(dǎo)層(5)，而該引導(dǎo)層(5)被夾在其折射率低于引導(dǎo)層(5)的兩個偏折層(4，6)之間；以及，光纖端部(13)，該光纖端部(13)被定位在槽(10)中，其特征在于包括槽(10)的基底(7)帶有包括一或多個層的單獨制成的聚合物結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于單獨制成的聚合物結(jié)構(gòu)是包括引導(dǎo)層(5)和至少一個偏折層(4)的分層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(3)，所述分層結(jié)構(gòu)(3)上加有對著基底(7)的偏折層(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于單獨制成的分層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括引導(dǎo)層(5)和夾住該引導(dǎo)層的兩個偏折層(4，6)。
4.根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求的的方法，其特征在于槽(10)是V形的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于基底(7)用硅、砷化鎵或磷化銦制成。
6.根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求的的方法，其特征在于單獨制成的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(3)包括在引導(dǎo)層(5)中的極化的NLO聚合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求3的用于分層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(3)的自由波導(dǎo)板材的制造方法，包括以下步驟提供一個平整基底(1)，該平整基底(1)帶有能夠借助適當(dāng)?shù)奶幚矶会尫诺膶?2)；在可釋放的層(2)上加上一個第一聚合物偏折層(4)；在第一偏折層(4)上加上一個引導(dǎo)層聚合物(5)；在引導(dǎo)層(5)上加上一個第二聚合物偏折層(6)；以適當(dāng)?shù)姆绞教幚砜舍尫诺膶?2)以使得分層結(jié)構(gòu)(3)被從平整基底(1)上釋放下來。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于在形成了分層結(jié)構(gòu)(3)之后且在釋放處理之前，把一個帶槽基底材料(7)置于第二偏折層(6)上，并使帶槽的一側(cè)面向著偏折層。
9.一種光學(xué)器件的制造方法，該光學(xué)器件包括一個基底(7)，在該基底上集成有分層的光學(xué)波導(dǎo)部件(3)，而該分層的光學(xué)波導(dǎo)部件(3)包括一個聚合物引導(dǎo)層(5)，而該引導(dǎo)層(5)被夾在其折射率低于引導(dǎo)層(5)的兩個偏折層(4，6)之間；以及，光纖端部(13)，該光纖端部(13)被定位在槽(10)中，該方法包括以下步驟提供一個平整基底(1)，該平整基底(1)帶有能夠在受到適當(dāng)處理時被釋放的層(2)；把一個第一聚合物偏折層(4)加到可釋放的層(2)上；把一個引導(dǎo)層聚合物(5)加到第一偏折層(4)上；把一個第二聚合物偏折層(6)加到引導(dǎo)層(5)上；以適當(dāng)?shù)姆绞教幚砜舍尫诺膶?2)把分層結(jié)構(gòu)(3)從平整基底(1)上釋放下來；把釋放的分層結(jié)構(gòu)(3)置于包括槽(10)的基底(7)上；給波導(dǎo)(3)提供與槽(10)相鄰的面(11)；通過適當(dāng)?shù)卣丈湟龑?dǎo)層(5)而在波導(dǎo)(3)中提供波導(dǎo)通道(12)通道(12)得到適當(dāng)?shù)亩ㄎ灰耘c槽(10)相對準(zhǔn)；將光纖端部(7)置于槽(10)中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于帶槽基底(7)包括平整部分(8)和帶槽的部分(9)，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(3)被置于基底(7)上以覆蓋平整部分(8)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中任何一項的方法，其特征在于可釋放的層(2)包括一種水溶性材料，釋放處理包括使基底(1)、可釋放的層(2)和分層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(3)所組成的疊層與水相接觸。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至11中任何一項的方法，其特征在于引導(dǎo)層聚合物是一種NLO聚合物，所述聚合物在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(3)被從基底上釋放之前得到了極化。
13.一種光學(xué)波導(dǎo)部件(101)，它具有一種分層結(jié)構(gòu)，該分層結(jié)構(gòu)包括一個聚合物引導(dǎo)層(104)，而該引導(dǎo)層(104)被夾在其折射率低于引導(dǎo)層(104)的折射率的兩個偏折層(103)之間，而引導(dǎo)層(104)已經(jīng)帶有橫波約束區(qū)(105)，其特征在于該分層結(jié)構(gòu)是柔性的且沒有被固定在剛性基底上。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的光學(xué)波導(dǎo)部件，其特征在于橫波約束區(qū)(105)能夠被制成為可通過偏折層(103)而看見的。
15.一種柔性光學(xué)波導(dǎo)部件，它具有一種分層結(jié)構(gòu)，該分層結(jié)構(gòu)包括一個聚合物引導(dǎo)層(104)，而該引導(dǎo)層(104)被夾在其折射率低于引導(dǎo)層(104)的折射率的兩個偏折層(103)之間，該分層結(jié)構(gòu)是柔性的且沒有被固定在剛性基底上，其特征在于在分層結(jié)構(gòu)的兩個表面上都提供有一個保護覆層(102)，該分層結(jié)構(gòu)因而被夾在所述保護覆層(102)之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的柔性光學(xué)波導(dǎo)部件，其特征在于在一或兩個端部上它包括一個互連部分(106)，該互連部分(106)在分層結(jié)構(gòu)的一側(cè)上沒有保護覆層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的柔性光學(xué)波導(dǎo)部件，其特征在于互連部分(106)在與沒有保護覆層的一側(cè)相背離的一側(cè)上帶有一個剛性蓋(108)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的柔性光學(xué)波導(dǎo)部件，其特征在于剛性蓋(108)是玻璃板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種做抽頭方法，即本發(fā)明提供了一種光學(xué)器件，該光學(xué)器件包括一個基底，而在該基底上集成有分層的光學(xué)波導(dǎo)部件(3)和光纖端部(13)。該光纖端部把定位在槽(10)中。該方法涉及為一個包括槽(10)—特別是V形槽—的基底(7)提供單獨制成的光學(xué)波導(dǎo)部件(3)。該部件(3)在一個單獨的平整基底(1)上制成并可以借助提供在平整基底(1)上的一個可釋放的層(2)而得到釋放。一種有利的可釋放的層由水溶性的鹽制成。本發(fā)明還涉及柔性波導(dǎo)板材(3)—諸如能夠在上述方法中使用的或者當(dāng)被提供有波導(dǎo)通道(12)時其本身成為柔性波導(dǎo)部件的。
文檔編號G02B6/13GK1156508SQ95194799
公開日1997年8月6日 申請日期1995年8月16日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月16日
發(fā)明者彼德·馬丁·塞里爾·德道伯拉樂, 彼德·鮑爾·范戴樂, 古思塔夫·羅納德·莫爾曼 申請人:阿克佐諾貝爾公司