[发明专利]集成光耦合器

说明书

技术领域

本发明涉及光耦合器，它们通过预先对准的波导通道(waveguide channel)芯和光纤槽使输入光纤与输出光纤耦合。另一方面，揭示了用来制备无源光耦合器的子模和制备这些子模的母模。还揭示了制作该母模的方法。

背景技术

光耦合器把一根或多根输入光纤与一根或多根输出光纤连接在一起。它们可把输入光纤所载的光输送至输出光纤，或在输出光纤间分裂，或合并入输出光纤。它们在光纤通信、有线电视链路和数据通信等方面起着很重要的作用。

目前，通过熔融光纤或使光纤与一平面的玻璃集成光学器件相连来制造耦合器，该器件把来自输入光纤的光导向接在器件相对端的输出光纤。这两种方法都要花费很多劳动，而且成本很高。成本还正比于所需要的输出光纤的数目(因为这要精心熔融或连接每单个光纤)。这些花费劳动的工艺还阻碍了这些器件的大批量生产。

与光耦合器不同，通道波导(channel waveguid)已广泛使用并便于生产。在过去的二十年中，已发展了多种生产这些波导的方法。例如，多年前就已知道，在母模上电镀镍来制造通道波导子模，和用光致抗蚀剂技术来形成波导通道。近来，已用光刻技术来制造改进的波导。在形成聚合物的通道波导方面，铸造和固化(cast-and-cure)法己补充了较老的射压造型法。但这些方法中没有一种能用来使光纤被动地对准这样的通道波导。

在一近期的刊物(由A.Neyer，T.Knoche和L.Muller撰写，发表于电子快报，第29卷，第399页(1993))中，揭示了一种便宜的能复制许多波导的方法。该方法包括在光致抗蚀剂中制作出一母型(只对于直的波导通道)，然后在镍中电镀，用射压造型法在聚甲基丙烯酸甲酯中形成波导槽，用具有高折射率的紫外固化树脂填充各槽，把一平顶部件放在树脂衬底件上，并使整体固化。在该刊物中，作者建议在一个制造步骤中同时制造光波导结构和光纤对准槽。但没有说明或建议如何改进该过程，使之包括光纤槽的形成和对准。

发明内容

概括地说，本发明提供了一种集成的n×m光耦合器，该光耦合器包括一聚合物的外罩(即通过连接一衬底和一顶盖而形成的整体结构)，其中封装着

(a)n根输入光纤，

(b)n条波导输入通道，它们位于衬底和/或顶盖上，可分离成或汇合成m条波导输出通道，它们也位于衬底和/或顶盖上，和

(c)m根输出光纤，其中n和m是从1至1024的相互独立的整数，通过所述外罩中精确对准的槽，使所述n条波导输入通道中的每一条与相应的n根光纤的纤芯对准，并使所述m条波导输出通道中的每一条与相应的m根光纤的纤芯对准。至少用一种能固化而提供波导芯子的、可聚合的单体填充所述波导通道。

另一方面，本发明提供了一种聚合物外罩，该外罩用于封入光纤和通道波导的芯子并使之预对准，它包括：

(a)一衬底部件，包括

(i)第一部分，其一个水平表面包含n个槽，用于容纳n根

输入光纤，

(ii)第二部分，其一个水平表面包含n条波导输入通道，

这些通道分离成或汇合成m条波导输出通道，和

    (iii)第三部分，其一个水平表面包含m个槽，用于容纳m

根输出光纤；

(b)一顶盖部件，包括

    (i)第一部分，其一个水平表面包含n个槽，用于固定n根

输入光纤，

    (ii)第二部分，其一个水平表面基本上是平的，和

    (iii)第三部分，其一个水平表面包含m个槽，用于固定m

根输出光纤；其中n和m是从1至1024的独立整数，如此构造所述n和m个槽，使容纳于其中的光纤纤芯恰好对准所述相应波导通道的端部，用这样的方式来制造所述衬底和顶盖，即将两个部件粘合连接在一起，以形成基本单一的外罩。

又一方面，本发明提供了一种制造上述聚合物外罩的子模，所述外罩用于封入光纤和通道波导并使之预对准。

又一方面，本发明提供了一种母模，在该母模上电镀上述子模，所述子模用来制造封入光纤和通道波导并使之预先对准的聚合物外罩。

再一方面，本发明提供了一种用来制造形成上述聚合物外罩的子模的方法，所述外罩用于封入光纤和通道波导并使之预先对准，该方法包括下列步骤：

a)用光刻法蚀刻一硅片，以形成光纤对准槽；

b)用一种光致抗蚀剂材料涂覆硅片；

c)在光致抗蚀剂中形成与光纤对准槽对准的波导通道图样；

d)用一层金属电镀所述具有图样的硅片，为所述硅片提供一金属补充物；和

e)使该金属补充物与硅片分离。