專利名稱：具有高折射率的平面波導的制作方法
背景技術：
1.發明領域本發明一般涉及用于光通信的平面光學器件，特別涉及應用纖芯具有較高折射率的波導和/或由纖芯和外部包層確定的纖芯折射率和包層折射率差別較大的波導的平面光學器件。
2.技術背景已知平面光學器件的波導纖芯的折射率遠高于外部包層。這些器件包括一個其上配置下包層的平面基底或本身用作下包層的平面基底；一種圖案(patterned)纖芯材料，配置在下包層上，形成光波導線路；和，一個可選的上包層，它與下包層一起環繞著圖案纖芯。其波導由折射率相當高的圖案纖芯材料限定的平面光學器件的一個例子是光學照相開關。由于這種器件中纖芯材料的折射率相對較高，所以纖芯的截面尺寸(即寬度和高度)通常遠小于折射率約為1.4的典型纖芯材料的截面尺寸。一般而言，由于與較大截面尺寸關聯的多模傳播導致無法接受的光強損耗(即信號損耗和信噪比下降)，所以必須減小截面尺寸以維特經過波導的單模光傳播。
已知的平面光學器件使用一種折射率較高和/或纖芯折射率與外部包層折射率差別較大的纖芯材料，即使在適當地制造以防止多模光傳播時，與典型的波導相比仍顯示出相對高的信號強度損耗，該典型波導的纖芯折射率較低，截面尺寸較大，纖芯折射率和包層折射率的差別較大。這導致，光波在穿過一個由折射率較高的纖芯材料限定的波導時，與穿過一個由折射率較低的纖芯材料限定的典型波導相比，撞擊纖芯和包層間界面的頻率將更高。無論何時，當光撞擊波導的纖芯和包層間的界面時，光會因為界面處的缺陷而散射。因此，光撞擊纖芯和包層間的界面的頻率越高，導致在界面缺陷處的光散射越多，纖芯折射率較高和/或纖芯折射率與包層折射率差別較大的光學器件中的信號強度損耗越大。
在纖芯折射率較高和/或纖芯折射率與包層折射率差別較大的已知光學器件中，除了信號強度損耗較大的缺點外，還有與光從一個典型波導耦合入該器件關聯的附加損耗，該典型波導例如是截面尺寸(直徑)遠大于平面光學器件中高折射率纖芯材料的截面尺寸的標準光纖。典型地，通過將光纖一端的表面與光學器件一端的表面鄰接，并將光纖一端粘附到光學器件，就將光纖連接到平面光學器件的波導的輸入端。鄰接表面基本上垂直于通過光纖和通過平面光學器件波導的光徑，這樣光纖的纖芯就盡可能接近地對準平面光學器件的纖芯，使纖芯與纖芯的接觸面積達到最大，并使光纖和平面光學器件間界面處的損耗最少。然而，由于典型光纖纖芯的截面尺寸和纖芯折射率較高的典型光學器件纖芯的截面尺寸差別較大，所以光纖和平面光學器件間界面處的損耗也相對較大。另一個導致光纖和平面光學器件間界面處損耗較大的因素是光纖纖芯的折射率和平面光學器件纖芯的折射率間差別較大，而引起的在界面處反射的光。
發明概述本發明涉及包含一個波導的平面光學器件，該波導包含一個圖案(patterned)纖芯和至少一個其上配置圖案纖芯的下包層，其中纖芯材料具有相對高的折射率和/或纖芯折射率與包層折射率間的差別較大；并且器件中和光纖與平面光學器件光輸入端之間界面上的光信號損耗低于纖芯折射率較高的傳統平面光學器件中的相應損耗。這些改善是用一個平面光學器件獲得的，該平面光學器件包括一個波導段，該波導段有一個纖芯，纖芯的截面尺寸和折射率與典型光纖纖芯的截面尺寸和折射率相緊密匹配；第二區域，該第二區域有一個纖芯，與第一段的纖芯相比，該纖芯具有較高的折射率和適當較小的截面尺寸以防止多模光波傳播；以及一個過渡段，它有一個由兩種不同材料制成的纖芯，這兩種材料形成沿過渡段長度延伸的界面。
依照本發明的一個方面，一個平面光學器件包括一個波導，該波導包含纖芯材料為第一折射率的第一波導段；纖芯材料為第二折射率的第二波導段；及在第一和第二波導段之間的過渡波導段。過渡波導段包括第一折射率的纖芯材料和第二折射率的纖芯材料，第一和第二纖芯材料包括一個相對于光穿過該波導的方向傾斜成銳角的界面。
依照本發明的另一個方面，一個平面光學器件包括一個波導，該波導包含折射率約為1.5或更小的第一纖芯材料的第一段，折射率約大于1.5的第二纖芯材料的第二段，和配置在第一段和第二段間的過渡段。該過渡段包括一個由第一纖芯材料和第二纖芯材料構成的纖芯。過渡段中的第一纖芯材料與第一段中的第一纖芯材料鄰接，并且其截面尺寸在從第一段向第二段的方向上遞減。過渡段中的第二纖芯材料與第二段中的第二纖芯材料鄰接，并且其截面尺寸在從第二段到第一段的方向上遞減。過渡段界面中的第一和第二纖芯材料沿過渡段的長度接合。
依照本發明的又一方面，一個平面光學器件包括一個波導，該波導包括第一段，該段包括一個纖芯和一個包層，其中纖芯折射率與包層折射率之差為約0.2％到約2％；第二段，該段也包括一個纖芯和一個包層，其中纖芯折射率與包層折射率之差約大于2％；和位于第一段和第二段間的過渡段。過渡段包括由第一材料連續塊和第二材料連續塊組成的纖芯，和一個包層，其中第一材料折射率與包層折射率之差為約0.2％到約2％，第二材料折射率與包層折射率之差大于約2％。第一和第二連續塊的沿過渡段的長度接合。第一連續塊與第一波導段的纖芯相接，并且它的截面尺寸在從第一波導段到第二波導段的方向上遞減。第二連續塊與第二波導段的纖芯相接，并且它的截面尺寸在從第一波導段到第二波導段的方向上遞增。
本發明的平面光學器件易于將纖芯折射率相對較低且纖芯折射率與包層折射率之差相對較小的典型光纖連接到纖芯折射率相對較高和/或纖芯折射率和包層折射率之差相對較大的平面光學波導。特別地是，通過使第一波導段的纖芯尺寸與標準光纖的纖芯尺寸相匹配，并提供具有錐形高和低折射率纖芯的過渡段，該纖芯能在高和低折射率纖芯的界面處降低反射損耗，從而本發明的平面光學器件在光纖和第一波導段的界面處展示出非常低的插入損耗。
本發明的其他特征及優點將在下面詳細闡述，那些技術熟練人員將從描述中明白，或通過實現下列描述、權利要求及附圖中描述的本發明而認識到本發明的這些特征和優點。
應當明白上面的描述只是本發明的示范，試圖提供一個概況，用于理解如權利要求中所詳細說明的本發明的本質和特征。所包括的附加圖提供對本發明的進一步了解，合并入并構成本說明書的一部分。


的本發明各種特征和實施例，與其他描述一起用于解釋本發明的原理的操作。
附圖簡述圖1是實現本發明的平面光學器件的垂直截面示意圖；圖2是沿圖1剖面線II-II的圖1所示器件的截面示意圖；圖3是實現本發明的另一個平面光學器件的垂直截面示意圖；圖4是沿圖3剖面線IV-IV的截面示意圖；圖5是沿圖4剖面線V-V的截面示意圖；圖6是類似于圖3-5所示器件的一個器件的垂直截面示意圖，該示意圖用作評估器件特性作為其幾何形狀函數的模型；圖7是用于確定圖6所示器件特性作為其幾何形狀函數的計算結果的曲線圖，即對n＝1.45和波導厚度為6.3微米的波導錐體的長度繪制出相對功率輸出；圖8是用于確定圖6所示器件特性作為其幾何形狀函數的計算結果的曲線圖，即對n＝1.47和波導厚度為6.3微米的波導錐體的長度繪制出相對功率輸出；圖9是是用于確定圖6所示器件特性作為其幾何形狀函數的計算結果的曲線圖，即對n＝1.5和波導厚度為6.3微米的波導錐體的長度繪制出相對功率輸出；圖10是是用于確定圖6所示器件特性作為其幾何形狀函數的計算結果的曲線圖，即對n＝1.7和波導厚度為6.3微米的波導錐體的長度繪制出相對功率輸出；圖11是是用于確定圖6所示器件特性作為其幾何形狀函數的計算結果的曲線圖，即對n＝1.7和波導厚度為1微米的波導錐體的長度繪制出相對功率輸出。
較佳實施例詳述圖1和圖2顯示了實現本發明的一方面的液晶交連開關10。開關10是一個平面光學器件，包含基底11，基底層上配置了包層12。配置在包層12上的是一個圖案(patterned)纖芯層14，該纖芯層比標準光纖或其他標準波導具有相對較高的折射率。纖芯層14有錐形邊緣或傾斜邊緣16，17，由此纖芯層14的厚度就沿著由纖芯層14和包層12限定的波導長度而變化。配置在纖芯層14和未被纖芯層14覆蓋的包層12區域上的是第二圖案(patterned)纖芯層18，它具有比圖案纖芯層14的折射率相對較低的折射率。配置在第二圖案纖芯層18上的是上包層20。
層12，14，18，和20被溝槽22分開，溝槽中充滿液晶材料23，形成液晶交連開關。開關10包括由第二圖案纖芯層18、包層12和20構成的輸入波導段24；第一過渡段26，其中通過低折射率纖芯層18傳播的光進入高折射率纖芯層14；把光傳輸到液晶材料23的第一高折射率波導段27；充滿液晶材料23的溝槽22；第二高折射率波導段，其中收集通過液晶材料23傳播的光；第二過渡段29，其中通過第二過渡段28的高折射率纖芯層14傳播的光進入低折射率纖芯14；及由纖芯層18、包層12和20構成的輸出波導段30。
輸入波導段24和輸出波導段30均有一個截面尺寸和折射率與標準光纖或其他波導的截面尺寸和折射率非常匹配的纖芯層18。或者，包層14和20的厚度最好至少等于標準光纖包層的徑向厚度，其折射率與標準光纖或其他典型光波導的包層的折射率非常匹配。通過使輸入波導段24和輸出波導段30的幾何形狀和光學特性與標準光纖或其他典型光波導(如另一個光學器件上的平面波導)的幾何形狀和光學特性相匹配，當器件10(它包括纖芯折射率較高且纖芯和包層的折射率之差較大的波導段)連接到纖芯為典型折射率(如約1.45)且纖芯層折射率與包層折射率間為典型差別(如約0.35％)的標準光纖或其他波導時，可能達到較低的光信號損耗。
過渡波導段26使光沿纖芯層18和纖芯層14間的錐形或傾斜過渡界面16和17從輸入段24的纖芯層18有效地傳輸到纖芯層14，使得由于光撞擊界面的角度相對較小而使纖芯層18和纖芯層14界面處的反射損耗減小到最少。同樣，由于光撞擊過渡段28中纖芯層18和纖芯層14間的傾斜界面的角度相對較小，過渡波導段28能使光從纖芯層14有效地傳輸到器件10輸出端的纖芯層18。
在高折射率段27和28中，大多數光穿過纖芯層14，該纖芯層的折射率約匹配于液晶材料23的折射率。盡管一些光穿過高折射率段27和28中的纖芯層18，尤其是與液晶材料23直接鄰接的高折射率段28的纖芯層18區域，但是纖芯層18更多地是作為這些段的包層。高折射率段27和28中纖芯層14的厚度通常為不允許光信號多模傳輸的最大值。如所知的，其厚度取決于纖芯和包層(或兩個包層，如果上包層和下包層不同)在穿過該器件的信號波長處的折射率。對于圖1和圖2描述的器件10，下包層12的折射率通常約等于標準光纖的包層折射率(例如，約1.44)，纖芯層18的折射率通常約等于標準光纖纖芯的折射率(例如約1.45)，而纖芯層14的折射率約等于液晶材料23的折射率(例如約1.7)。用這些典型數值，高折射率纖芯層14的厚度約為0.2微米，而低折射率纖芯層18厚度約為6微米。
纖芯層14和18間的錐形或傾斜界面16和17解決了兩個主要問題，該兩個主要問題與纖芯折射率較高的平面光學器件有關。首先，傾斜界面16和17易于傳輸來自一個其尺寸與典型光纖或其他光學波導尺寸緊密相配的波導的光。在這種結構中，用低折射率波導和高折射率波導尺寸的漸變代替典型光纖或其他波導的低折射率纖芯的截面尺寸和該器件的高折射率波導截面尺寸的突變引起的信號損耗。這導致信號損耗的顯著減少。另一個好處是用該器件的輸入和輸出波導段比用高折射率纖芯的傳統平面光學器件更易實現光纖或其他波導的合適對準，在高折射率纖芯中，與典型光纖尺寸相比，由折射率相對較高且截面尺寸相對較小的纖芯材料構成該器件的整個波導。其次，與傳統器件相比，低折射率纖芯18和高折射率纖芯14間的傾斜或錐形界面16和17顯著地減少了反射損耗，該傳統器件中光纖的低折射率纖芯和平面光學器件的高折射率纖芯間的界面一般與光穿過該界面的方向垂直。
所述的液晶交連開關10示范了本發明的特殊應用，它涉及一種平面光學器件的規格，此光學器件包括一個高折射率波導段，一個低折射率波導段和一個過渡段，在該光學器件中，光信號能從低折射率波導段有效地傳輸到高折射率波導段，或從高折射率波導段有效地傳輸到低折射率波導段，其信號損耗很小。包含液晶材料23的液晶開關是一個特殊器件的實例，其中高折射率波導是非常有用的。然而，為了完整和清楚起見，開關10的工作原理只作簡要描述。通過給液晶材料23施加一個電場，開關10可以用作on/off開關。眾所周知，液晶方向可以用電場控制，而液晶材料23的折射率取決于液晶方向。因此，通過液晶材料23的適當選擇和電場的適當應用，可以被改變液晶材料23的折射率，以允許光穿過液晶材料23或者在纖芯材料14和液晶材料23間的界面上反射。
器件10設計的另一個優點是由于在液晶材料23中自由傳播引起散射的光線在高折射率段18的纖芯層18中至少部分被收集，因此與只有單一高折射率纖芯材料的傳統器件相比減少了損耗。
用傳統的沉積技術和光刻技術制備器件10。例如，可以利用任何合適的沉積技術將下包層12沉積在基底11上，沉積技術包括物理汽相沉積(PVD)過程，如濺射、電子束蒸發、分子束外延和激光蝕刻；較佳的是化學汽相沉積(CVD)過程，包括火焰水解沉積(FHD)、大氣壓化學汽相沉積(APCVD)、低壓化學汽相沉積(LPCVD)、等離子體增強化學汽相沉積(PECVD)、和化學束外延。對典型的平面光學器件來說，因為低的波導傳輸損耗和極好的成分及厚度均勻度，火焰水解沉積(FHD)和等離子體增強化學汽相沉積(PECVD)已經是最廣泛應用的方法。基底11可以是半導體(如單晶硅)、陶瓷或玻璃。器件的不同層可以用已知的溶膠-凝膠沉積技術來沉積。波導纖芯層14最好用溶膠-凝膠沉積技術形成，因為這種技術能產生更光滑、在纖芯層與包層間的界面上引起光表面散射的缺陷更少的表面。該設備的不同層也可以用已知的溶膠-凝膠沉積技術來沉積。波導纖芯層14最好用溶膠-凝膠沉積技術形成，因為這種技術能產生更光滑、在纖芯層與包層間界面上引起光表面散射的缺陷更少的表面。然而，權利要求中“基底”的描述意味著一般包含任一種玻璃層可以在其表面上形成圖案的固體材料，盡管通常首選的是硅襯底。例如，下包層12可以是高硅玻璃。然而，也可以用其他的玻璃、晶體材料或陶瓷材料。下包層12的合適厚度為約10到約20微米。依照特殊應用，下包層12的典型折射率約為1.44，盡管它可能稍微高或低。沉積在下包層12上的是一個高折射率纖芯層14，這個纖芯層14的典型折射率約大于1.5，更典型地為約1.7到4或5，并甚至能更高。高折射率纖芯層14可以是任一種合適的玻璃、晶體或陶瓷材料，該纖芯層對所述信號波長(如1550納米)的光是透明的，并在所述信號波長處具有所需的高折射率。合適材料的實例包括石英-氧化鈦玻璃、硅和鉛-鑭-鋯的鈦酸鹽(PLZT)。根據層14的折射率和周圍包層的折射率以某一厚度沉積纖芯層14。層14的厚度比層18的厚度小，并通常在約0.1微米到約1或2微米范圍之間。在低折射率纖芯層18沉積之前，必須使纖芯層14形成圖案，它可以通過已知的光刻技術來完成。例如，層14可以通過一塊掩模來沉積。在通過一塊掩模在包層12上進行物理或化學汽相沉積期間就形成了錐形邊緣16和17。或者，層14的圖案可以通過先沉積一個厚度均勻的層，然后蝕刻掉層14中那些不想要的部分來完成。這可以通過在纖芯層14上施加一個光阻層(正或負)，通過一塊掩模照射光阻層來固化部分光阻層或退化部分光阻層，以此用脫模材料移去部分掩模，以允許將層14蝕刻成所需的圖案。在蝕刻過程中，形成錐形或傾斜邊緣16和17。
在層14形成所需的圖案后，沉積低折射率纖芯層18。低折射率纖芯層18一般可以包括任何一種對信號波長(如1,550納米)的光是透明的且在信號波長處有所需折射率的玻璃、晶體或陶瓷材料。典型地，纖芯層18的折射率比包層12的折射率高約0.2％到約2％，更典型地高約0.2％到約1％，而甚至更典型地高約0.2％到約0.5％(如約0.35％)。一般可以用前面所描述的圖案纖芯層14的任何傳統蝕刻或沉積過程使纖芯層18形成圖案。高折射率纖芯層14的折射率比包層12的折射率至少高約2％，更典型至少高10％，并可以高達250％或更高。上包層20可以沉積到纖芯層18上。與層12和14一樣，層18和20可以用可接受的物理汽相沉積或化學汽相沉積技術進行沉積。溝槽22可以通過沉積在層20上的有圖案的光阻層對層12，14，18，和20進行蝕刻而建立，或通過切割或定向溝槽22而機械化地建立，或通過在確定溝槽22底部的基底11的上表面區域掩膜，沉積層12和16，使層16形成圖案，沉積層18和20，然后從確定溝槽22底部的區域除去掩模來建立。其后，用液晶材料23填充溝槽22，并提供了把液晶材料23置于電場的傳統電接觸件(沒有顯示)。
圖3和圖4示出一個實現本發明另一方面的二維光學晶體器件110。器件110包括石英基底111，波長為1550納米時的折射率為1.444；二維光學晶體114；和低折射率纖芯層118，波長為1550納米時的折射率為1.449。二維光學晶體114上面的空間150填充了空氣，其折射率為1.0，并用作晶體114的上包層。二維光學晶體114由高折射率材料制成，如波長為1550納米時折射率為3.85的晶體硅。二維光學晶體已被普遍認識，并且已經應用到其他領域，如微波應用。已示出能使光在一個有限空間以90度角折射的二維光學晶體。二維光學晶體114包含孔陣140，孔的直徑約是信號光波長的1/4(如1550/4納米)，且孔與孔之間的間隔距離約為信號光波長的1/4(如1550/4納米)。基于圖4中所示的圖案，光以與它進入器件110的方向成90度的方向從二維光學晶體114和器件110中出來。
與器件10一樣，器件110包含輸入段124，由低折射率纖芯118和包層111構成；過渡段，包括低折射率纖芯層118和包層111；過渡段126，其中光可以從低折射率纖芯材料118有效地傳輸到高折射率纖芯材料114；第二過渡段128，其中光可以從二維光學晶體114的高折射率材料有效地傳輸到纖芯118的低折射率材料；和輸出段130。過渡段126和128包括低折射率纖芯材料和高折射率纖芯材料間的傾斜界面，這減少了界面上的反射損耗，并使輸入和輸出段124和130具有與標準光纖和其他光波導的截面尺寸相匹配的截面尺寸，因此易于將光纖低損耗地連接到器件110的輸入和輸出段。這種結構也利于輸入和輸出段124和130具有纖芯和包層的兩種折射率，該折射率可以與標準光纖或其他光波導的纖芯和包層的折射率緊密匹配，因此減少光纖和具有高折射率纖芯材料的光學器件的輸入和/或輸出波導段間界面處另外可能出現的反射損耗。器件110可以包含在它端部的上包層120，以易于和標準光纖連接。
圖6顯示了類似于器件110的器件210，它用作該器件特性作為幾何形狀的函數的計算模型。器件210包含基底211，充當下包層，其厚度為20微米，折射率為1.444。用傳統的BeamPropTM軟件為光學晶體錐體計算錐形長度。圖6示出計算中所用的幾何結構。假定硅波導214長約為2000微米，厚度約為0.3微米。低折射率波導224的折射率和厚度是變化的。硅波導錐體216和低折射率波導錐體225的長度也是變化的。四種低折射率的波導被認為有以下的折射率n＝1.45，n＝1.47，n＝1.5，n＝1.7。假設波導的高度為6.3微米。因此，n＝1.47，n＝1.5，n＝1.7的波導為多模，n＝1.45的波導為單模。計算的結果顯示在圖7-11中。可以看出，隨著波導折射率的增加，損耗明顯減少。低折射率波導錐體225的長度和高折射率(硅)波導錐體216的長度是很重要的。例如，如果錐體216很長，而錐體225短，損耗就很大。當錐體216的長超過2000微米，而錐體225的長超過5000微米時，就產生n＝1.7時的最小損耗(圖中y軸上的功率輸出1)。當n＝1.7的波導是單模(厚度1微米)時，對錐體216約大于2000微米和低折射率波導錐體225約大于1000微米的硅波導來說，功率輸出與錐體長度無關。基于這個結果，錐體的長度較佳地應大于1000微米，更佳地大于2000微米。圖表沒有按比例。具體而言，錐體界面的角度被大大地夸大了。例如，當波導214為1微米厚時，對于一個1000微米長的界面，基底層211上表面與界面116間的角度應為約3.4分。
已說明的器件10和110僅僅是典型的應用，本發明的其他應用例如包括電光器件，其中對電流敏感的高折射率纖芯用作信號切換或衰減。本發明的原理可以有利地應用到各種希望在相對高折射率(如約1.45或更少)纖芯材料間的界面處減少信號損耗的光學器件中。
很顯然，對于那些技術熟練的人員能對這里描述的本發明較佳實施例作各種修改，并沒有背離由附加權利要求所規定的本發明的精神和范圍。
權利要求
1.一種平面光學器件，其特征在于，包括一個波導，確定光信號按一個方向傳輸的光徑，該波導包括第一波導段，它具有第一折射率的第一纖芯材料；第二波導段，具有第二折射率的第二纖芯材料；及所述第一波導段和所述第二波導段之間的過渡波導段，所述過渡波導段包括所述第一纖芯材料和所述第二纖芯材料，所述第一纖芯材料和所述第二纖芯材料的界面與光通過所述波導的方向成銳角傾斜。
2.如權利要求1所述的平面光學器件，其特征在于，所述第一折射率約小于1.5，及所述第二折射率約大于1.5。
3.如權利要求1所述的平面光學器件，其特征在于，所述第一纖芯材料和所述第二纖芯材料可以從玻璃材料、晶體材料和陶瓷材料組中獨立選擇。
4，如權利要求1所述的平面光學器件，其特征在于，所述第一波導段和所述第二波導段進一步由一包層材料構成，而所述第一纖芯材料的折射率與所述包層材料的折射率之差為約0.2％到約2％，所述第二纖芯材料的折射率與包層材料的折射率之差大于約2％。
5.如權利要求1所述的平面光學器件，其特征在于，所述傾斜界面的長度大于約1000微米。
6.如權利要求1所述的平面光學器件，其特征在于，所述傾斜界面的長度大于約2000微米。
7.一種平面光學器件，其特征在于，包括一個波導，確定光信號按一個方向傳輸的光徑，所述波導包括第一段、第二段和配置在所述第一段和所述第二段間的過渡段；所述第一段具有折射率約為1.5或更小的第一纖芯材料；所述第二段具有折射率大于約1.5的第二纖芯材料；所述過渡段包括由第一纖芯材料和第二纖芯材料構成的纖芯，所述過渡段的第一纖芯材料與所述第一段的第一纖芯材料相接，且其截面尺寸在從所述第一段到所述第二段的方向上減小，所述過渡段的第二纖芯材料與所述第二段的第二纖芯材料相接，且其截面尺寸在從所述第二段向所述第一段的方向上減小，這樣所述過渡段中的所述第一纖芯材料和所述第二纖芯材料構成了一個延伸所述過渡段長度的傾斜界面。
8.如權利要求7所述的平面光學器件，其特征在于，所述第二折射率大于約1.7。
9.如權利要求7所述的平面光學器件，其特征在于，所述第一纖芯材料和所述第二纖芯材料可以從玻璃材料、晶體材料和陶瓷材料中獨立選擇。
10.如權利要求7所述的平面光學器件，其特征在于，所述第一段、所述第二段和所述過渡段進一步包括一個包層，其中所述第一纖芯材料的折射率與所述包層的折射率之差為約0.2％到約2％，所述第二纖芯材料的折射率與所述包層的折射率之差約大于2％。
11.如權利要求10所述的平面光學器件，其特征在于，所述第二纖芯材料的折射率與所述包層的折射率之差約大于10％。
12.如權利要求7所述的平面光學器件，其特征在于，所述傾斜界面的長度大于約1000微米。
13.如權利要求7所述的平面光學器件，其特征在于，所述傾斜界面的長度大于約2000微米。
14.如權利要求7所述的平面光學器件，其特征在于，所述過渡段中所述第一纖芯材料和所述第二纖芯材料間的界面與光在波導內傳輸的方向成銳角。
15.一種平面光學器件，其特征在于，包括一個波導，確定光信號按一個方向傳輸的光徑，所述波導包括第一段，第二段，和配置在所述第一段和所述第二段間的錐形過渡段；所述第一段含有第一纖芯材料和包層材料，其中所述第一纖芯材料的折射率與所述包層材料的折射率之差為約0.2％到約2％；所述第二段含有第二纖芯材料和所述包層材料，其中所述第二纖芯材料的折射率與所述包層的折射率之差約大于2％；及所述錐形過渡段包括所述第一纖芯材料的連接塊，所述第二纖芯材料的連接塊和所述包層材料，所述第一連接塊和所述第二連接塊構成延伸所述過渡段長度的界面。
16.如權利要求15所述的平面光學器件，其特征在于，所述第一纖芯材料的折射率約為1.45，所述包層材料的折射率約為1.44，而所述第二纖芯材料的折射率至少約為1.7。
17.如權利要求16所述的平面光學器件，其特征在于，所述第一纖芯材料、所述第二纖芯材料和所述包層材料可以從玻璃材料、晶體材料和陶瓷材料中獨立選擇。
18.如權利要求17所述的平面光學器件，其特征在于，所述波導配置在基底上。
19.如權利要求18所述的平面光學器件，其特征在于，所述基底是硅。
20.如權利要求19所述的平面光學器件，其特征在于，所述過渡段中所述第一纖芯材料和所述第二纖芯材料間的所述界面與光在波導里傳輸的方向成銳角。
21.一種把來自光纖的光信號耦合到具有第一折射率約大于1.7的第一纖芯材料的第一波導的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟提供平面光學器件，確定光信號按某一個方向傳輸的光徑，該平面光學器件包括第一波導；第二波導，具有第二折射率約少于1.5的第二纖芯材料；和過渡波導，位于所述第一波導和所述第二波導間，所述過渡波導包括第一折射率的纖芯材料和第二折射率的纖芯材料，所述第一纖芯材料和所述第二纖芯材料的界面與光在平面光學器件里傳輸的方向成銳角；以及把來自所述光纖的光信號耦合到所述第二波導段。
22.如權利要求21的方法，其特征在于，所述第一纖芯材料和所述第二纖芯材料可以從玻璃材料、晶體材料和陶瓷材料中獨立選擇。
23.如權利要求22的方法，其特征在于，所述第一段、第二段和過渡段進一步包括一個包層，其中所述第一纖芯材料的折射率與所述包層的折射率之差為約0.2％到約2％，所述第二纖芯材料的折射率與所述包層的折射率之差約大于2％。
24.如權利要求22的方法，其特征在于，所述第二纖芯材料的折射率與所述包層的折射率之差約大于10％。
25.如權利要求21的方法，其特征在于，所述傾斜界面長度約大于1000微米。
26.如權利要求21的方法，其特征在于，所述傾斜界面長度約大于2000微米。
全文摘要
具有相對高折射率波導的平面光學器件(10)能連接到具有相對低折射率波導的標準光纖和標準光學波導，該平面光學器件與具有高折射率波導的傳統平面光學器件相比展示了減少的信號損耗。這個器件包括一個波導，該波導包括具有第一折射率的纖芯材料(18)的第一波導段(24)，和介于第一波導段(24)和第二波導段(27)之間的過渡波導段(26)。這個過渡波導段(26)包括第一折射率的纖芯材料(18)和第二折射率的纖芯材料(14)。在不同折射率的纖芯材料間，第一和第二纖芯材料(18，14)有一個相對損耗界面，該界面是銳角的傾斜面或錐形面(16，17)。
文檔編號G02B6/12GK1398356SQ01804530
公開日2003年2月19日 申請日期2001年1月24日 優先權日2000年2月8日
發明者L·烏克蘭克茲依克 申請人:康寧股份有限公司