本發明涉及光纖結構、光通信設備和用于制造其的制造工藝，且更確切地說，涉及半d形光纖結構、包含其的光通信設備和用于制造所述光通信設備的制造工藝。

背景技術：

在常規光通信設備中，光纖和可旋轉微鏡可安置于襯底上，且光源可安置于所述可旋轉微鏡上方。來自光源的光束由可旋轉微鏡反射且隨后進入光纖的平坦末端。然而，可旋轉微鏡的制造成本較高，且難以對所述可旋轉微鏡進行控制。為解決此類問題，可將光源安置于光纖的周邊處以面向所述光纖的側表面。然而，由于光纖的側表面是彎曲的，所以來自光源的光束的一部分將直接進入光纖，而來自光源的光束的另一部分將隨機地散射到空氣。因此，光源到光纖的耦合效率較低；例如約60％。因此需要改進的光纖結構。

技術實現要素：

本發明涉及光纖結構、光通信設備和用于制造上述者的制造工藝。

在一方面中，光纖結構包含纖芯部分(coreportion)和包層部分(claddingportion)。包層部分包圍纖芯部分，且包含光反射表面和光入射表面。光反射表面相對于纖芯部分以約30度到約60度的角度傾斜，且光入射表面基本上是平坦的且與纖芯部分基本平行。

在一方面中，光通信設備包含光纖結構和光源。光纖結構包含纖芯部分和包圍所述纖芯部分的包層部分。包層部分包含光反射表面和基本上平坦的光入射表面。光反射表面相對于纖芯部分以約30度到約60度的角度傾斜。光源位于光入射表面下方且經配置以將光束發射到光纖結構中，光束穿過光入射表面到光纖結構的纖芯部分。

在一方面中，制造工藝包含：(a)提供具有纖芯部分和包層部分的光纖，其中所述包層部分包圍所述纖芯部分；(b)移除光纖的末端部分的一部分以形成光反射表面，其中光反射表面相對于纖芯部分以約30度到約60度的角度傾斜；和(c)移除光纖的周邊部分(peripheryportion)的一部分以形成光入射表面，其中光入射表面基本上是平坦的且與纖芯部分基本平行。

附圖說明

圖1說明根據本發明的一實施例的光通信設備的透視圖。

圖2說明沿圖1的線a-a截取的橫截面圖。

圖3說明沿圖1的線b-b截取的橫截面圖。

圖4說明根據本發明的一實施例的光通信設備的橫截面圖。

圖5說明根據本發明的一實施例的光通信設備的透視圖。

圖6說明沿圖5的線d-d截取的橫截面圖。

圖7說明根據本發明的一實施例的圖6中所展示的部分e的放大視圖。

圖8說明根據本發明的一實施例的光柵結構的突起的放大視圖。

圖9說明根據本發明的一實施例的光通信設備的透視圖。

圖10說明根據本發明的一實施例的光通信設備的透視圖。

圖11說明根據本發明的一實施例的光纖結構的橫截面圖。

圖12說明根據本發明的一實施例的光通信設備的透視圖。

圖13說明根據本發明的一實施例的光通信設備的透視圖。

圖14說明根據本發明的一實施例的光通信設備的透視圖。

圖15說明根據本發明的一實施例的光通信設備的透視圖。

圖16、圖17、圖18和圖19說明根據本發明的一實施例的制造工藝。

圖20說明根據本發明的一實施例的制造工藝。

具體實施方式

除非另外規定，否則例如“上面”、“下面”、“向上”、“左方”、“右方”、“向下”、“頂部”、“底部”、“垂直”、“水平”、“側面”、“高于”、“下部”、“上部”、“上方”、“下方”等空間描述是相對于圖式中所展示的定向而指示。應理解，本文中所使用的空間描述僅是出于說明的目的，且本文中所描述的結構的實際實施方案可以任何定向或方式在空間上布置，其限制條件為本發明的實施例的優點不因此布置而有偏差。

圖1說明根據本發明的一實施例的光通信設備1的透視圖。圖2說明沿圖1的線a-a截取的橫截面圖。光通信設備1包含光纖結構2和光源12。光纖結構2包含具有折射率的纖芯部分20和具有折射率的包層部分22。包層部分22包圍/圍繞纖芯部分20。包層部分22的折射率小于纖芯部分20的折射率。纖芯部分20和包層部分22部分地包含相同或類似材料，例如硅石(例如，二氧化硅(sio2))。

包層部分22具有用于反射從光源12發射的光束的光反射表面221和用于接收從光源12發射的光束的光入射表面222。光反射表面221相對于纖芯部分20以角度θ傾斜。舉例來說，角度θ為約30度到約60度，例如約35度到約55度、約40度到約50度，或約45度。纖芯部分20的末端201從光反射表面221暴露。光入射表面222是平坦的且與纖芯部分20基本平行，其中光入射表面222與纖芯部分20相鄰。因此，光入射表面222不與光反射表面221平行。如圖1和圖2中所展示，包層部分22包含在其底部部分上的槽口(notch)223，且光入射表面222是槽口223的頂部表面。也就是說，槽口223由光入射表面222和包層部分22的側表面226所定義。

光反射表面221和光入射表面222相交以形成楔形部分224和相交邊緣225。光反射表面221與光入射表面222之間的楔形部分224的角度為約30度到約60度，例如約35度到約55度、約40度到約50度，或約45度。沿相交邊緣225所設置(在圖2中展示的定向上指入頁面)的線基本上垂直于沿纖芯部分20所設置(在圖2中展示的定向上左右橫跨頁面)的線。此外，如圖1和圖2中所展示，光反射表面221的法線向量(normalvector)n1、光入射表面222的法線向量n2和纖芯部分20的延伸方向l大致在同一平面上(例如，沿繪有圖2的橫截面的紙張的表面)。

光源12用于將光束發射穿過光入射表面222到光纖結構2中。在一或多個實施例中，光源12可為垂直腔面發射激光(verticalcavitysurfaceemittinglaser,vcsel)光源或邊緣發射激光(edge-emittinglaserlightsource)光源。光源12安置于光入射表面222之下。由于光入射表面222是平坦表面，所以從光源12發射的光束的大部分進入光纖結構2，其中從光源12發射的光束的小部分由光入射表面222反射。因此，光源12到光纖結構2的耦合效率可以較高；例如大于約80％的耦合效率。另外，光通信設備1可省略可旋轉微鏡，這可降低制造成本。

圖3說明沿圖1的線b-b截取的橫截面圖。光纖結構2是單模光纖(singlemodefiber)。包層部分22的外徑w1為約125微米(μm)，且纖芯部分20的外徑w2為約8μm。纖芯部分20與光入射表面222之間的最小距離d1小于約18.5μm且大于約0.8μm。因此，光入射表面222與包層部分22的周邊上的點c(在與光入射表面相對的點處)之間的距離d2小于約85μm且大于約67.3μm。

圖4說明根據本發明的一實施例的光通信設備3的橫截面圖。光通信設備3與如圖1和2中所展示的光通信設備1類似，不同之處在于在圖4中的光反射表面221不與光入射表面222相交。槽口223'由光入射表面222和兩個相對側表面226、227所定義，且楔形部分224'延伸超過(在圖4中展示的定向上向左)槽口223'的側表面227。光反射表面221與楔形部分224'的底部表面相交以形成相交邊緣225'。光源12經定位使得從光源12發射的光束被引導到側表面226、227之間且到光入射表面222上。光反射表面221與光入射表面222之間的角度是如相對于圖1和2所描述的那樣。

圖5說明根據本發明的一實施例的光通信設備4的透視圖。圖6說明沿圖5的線d-d截取的橫截面圖。光通信設備4與如圖1和2中所展示的光通信設備1類似，不同之處在于光通信設備4進一步包含光入射表面222上的光柵結構5。光柵結構5包含周期性突起51。在一或多個實施例中，突起51通過涂布形成于光入射表面222上，且突起51可包含與包層部分22不同的材料。舉例來說，在一或多個實施例中，突起51包含二氧化鈦(tio2)且包層部分22包含sio2。在一或多個實施例中，光柵結構5的突起51通過蝕刻光入射表面222(例如，通過化學蝕刻或激光蝕刻)而形成；在此類實施例中，突起51的材料與包層部分22的材料相同。突起51和包層部分22具有相同或類似折射率，以用于從光源12發射且穿過光柵結構5的光束的相長干涉(constructiveinterference)。在圖5和6的實施例中，突起51中的每一者是從光入射表面222的一側延伸到光入射表面222的另一側的方形柱，且與相交邊緣225基本平行。光柵結構5可進一步提高光源12到光纖結構2的耦合效率。

圖7說明根據本發明的一實施例的圖6中展示的部分e的放大視圖。可以看出，對于這個實施例，突起51中的每一者的橫截面是正方形；因此，突起51的厚度t1和寬度t2大致相等。兩個突起51之間的間隙g大致等于寬度t2。在其它實施例中，厚度t1與寬度t2不同(例如，突起51的橫截面是矩形或其它形狀)，且間隙g可能與突起51的寬度t2不同。

圖8說明根據本發明的一實施例的光柵結構5a的突起52的放大視圖。這個實施例的光柵結構5a與如圖6和7中所展示的光柵結構5類似，不同之處在于突起52在所展示的定向上具有大致倒u的形狀。在圖8中所展示的實施例中，突起52包含第一部分521、第二部分522和第三部分523。第一部分521、第二部分522和第三部分523可為(或可包含)相同或類似材料；或，第一部分521、第二部分522或第三部分523中的一或多者可包含與第一部分521、第二部分522或第三部分523中的其它者不同的材料。長度l1是第一部分521的大致長度和第三部分523的大致長度(第一部分521和第三部分523具有大致相等長度)。第二部分522的長度l2小于長度l1，從而形成u形。在一實施例中，l1大致為0.86067μm，且l2大致為0.66024μm。第一部分521的寬度為x1，第二部分522的寬度為x2，第三部分523的寬度為x3，且兩個突起52之間的間隙53的寬度為x4。在一或多個實施例中，x2>x1>x4>x3。在一實施例中，x1大致為0.015μm，x2大致為0.028μm，x3大致為0.007μm，且x4大致為0.012μm。

圖9說明根據本發明的一實施例的光通信設備6的透視圖。光通信設備6與如圖1和2中所展示的光通信設備1類似，不同之處在于光通信設備6進一步包含光反射表面221上的反射膜61，以用于將從光源12發射的光束反射到纖芯部分20。在一或多個實施例中，反射膜61通過涂布形成，且反射膜61包含金(au)、另一合適的金屬，或其合金。

圖10說明根據本發明的一實施例的光通信設備7的透視圖。光通信設備7與如圖1和2中所展示的光通信設備1類似，不同之處在于光通信設備7進一步包含光入射表面222上的抗反射膜70。抗反射膜70用于減少從光源12發射的光束由光入射表面222反射的部分，從而增加從光源12發射的光束穿過光入射表面222進入包層部分22的一部分。

在一或多個實施例中，抗反射膜70包含多個層。在圖10中所展示的實施例中，抗反射膜70包含兩個層：第一層71和第二層72，其中第一層71安置于光入射表面222上，且第二層72安置于第一層71上。第一層71的折射率小于第二層72的折射率。在一或多個實施例中，第一層71是(或包含)sio2，且第二層72是(或包含)tio2。在一或多個實施例中，抗反射膜70可包含多于兩個層，且額外層安置于第二層72上方。在一或多個實施例中，抗反射膜70包含兩個額外層，第三層安置于第二層72上方，且第四層安置于所述第三層上方。在此類實施例中，第三層的折射率可小于第二層72的折射率，且可大致等于第一層71的折射率，并且第四層的折射率可大于第三層的折射率，且可大致等于第二層72的折射率。

圖11說明根據本發明的一實施例的光纖結構2a的橫截面圖。這個實施例的光纖結構2a與如圖1至3中所展示的光纖結構2類似，不同之處在于圖11中的纖芯部分20a的直徑是增大的。舉例來說，光纖結構2a為多模光纖，包層部分22的直徑w1為約125μm，纖芯部分20a的直徑w3為約50μm，纖芯部分20a與光入射表面222之間的最小距離d3小于約18.5μm且大于約0.8μm，且光入射表面222與包層部分22的周邊上的點f(在與光入射表面相對的點處)之間的距離d4小于約106μm且大于約88.3μm。

圖12說明根據本發明的一實施例的光通信設備1a的透視圖。光通信設備1a與如圖1至3中所展示的光通信設備1類似，不同之處在于光通信設備1a進一步包含用于容納光纖結構2和光源12的襯底8。襯底8包含凹口部分81、側壁82、底壁83和凹槽84。凹口部分81由側壁82和底壁83定義。凹槽84位于側壁82的頂側上。光源12安置于底壁83的上表面上的凹口部分81中，且光纖結構2橫向地安置且固定于側壁82上的凹槽84中，以使得光入射表面222面向光源12。

圖13說明根據本發明的一實施例的光通信設備1b的透視圖。光通信設備1b與如圖12中所展示的光通信設備1a類似，不同之處在于光通信設備1b進一步包含粘合劑87和頂蓋88。粘合劑87用于填充凹口部分81且覆蓋光纖結構2在光源12上方的部分。頂蓋88接觸粘合劑87且經按壓到所述粘合劑上以將光纖結構2固定在適當位置。

圖14說明根據本發明的一實施例的光通信設備1c的透視圖。光通信設備1c與如圖1至3中所展示的光通信設備1類似，不同之處在于光通信設備1c進一步包含用于容納光纖結構2和光源12的襯底8a。襯底8a包含第一部分85和第二部分86。第一部分85在第二部分86的底部處從第二部分86水平地延伸。第二部分86定義凹槽861。光源12安置于第一部分85上，且光纖結構2安置且固定于凹槽861中，以使得光入射表面222面向光源12。

圖15說明根據本發明的一實施例的光通信設備1d的透視圖。光通信設備1d與如圖14中所展示的光通信設備1c類似，不同之處在于光通信設備1d進一步包含粘合劑87a和頂蓋88a。粘合劑87a用于填充凹槽861且覆蓋光纖結構2在凹槽861中和其上方的部分。頂蓋88a接觸粘合劑87a且經按壓到所述粘合劑上以將光纖結構2固定在適當位置。

圖16至19說明根據本發明的一實施例的制造工藝。

參考圖16，提供光纖9。光纖9包含纖芯部分20、包層部分22和末端部分91。包層部分22包圍/圍繞纖芯部分20，且包層部分22的折射率低于纖芯部分20的折射率。纖芯部分20和包層部分22可包含相同或類似材料。舉例來說，纖芯部分20和包層部分22包含硅石(例如，sio2)。包層部分22具有在光纖9的末端部分91處的末端表面228。端面228垂直于纖芯部分20的設置所沿的線。在這個實施例中，光纖9為單模光纖，包層部分22的直徑為大致125μm，且纖芯部分20的直徑為大致8μm。

參考圖17，移除(例如，通過研磨或蝕刻)光纖9的末端部分91的一部分，從而形成相對于纖芯部分20以角度θ傾斜的光反射表面221。舉例來說，角度θ為約30度到約60度，例如約35度到約55度、約40度到約50度，或約45度。纖芯部分20的一個末端201從光反射表面221暴露。

參考圖18，移除(例如，通過研磨或蝕刻)光纖9的周邊的一部分，從而形成光入射表面222。在這個實施例中，也移除光反射表面221的一部分；因此，光反射表面221和光入射表面222相交以形成楔形部分224和相交邊緣225，并且獲得如相對于圖1至3所說明和描述的光纖結構2。如圖18中所展示，包層部分22具有在其底部部分上的槽口223，且光入射表面222為槽口223的頂部表面。在其它實施例中，不移除光反射表面221的部分(例如，將槽口223'制得比槽口223更窄，或移位槽口223'遠離光入射表面222)；因此，光反射表面221不與光入射表面222相交，并且獲得如相對于圖4所說明和描述的光纖結構3。

在一或多個實施例中，在圖18的階段之后，光柵結構可形成于光入射表面222上。舉例來說，可形成具有周期性突起的光柵結構，例如具有如圖5和6中所展示的大致正方形橫截面的周期性柱狀結構，或例如具有如圖8中所展示的三個大小不同的部分的周期性u形結構。可(例如)通過將材料涂布于光入射表面222上，通過蝕刻光入射表面222，或其組合來形成光柵結構。在一或多個實施例中，突起(例如，圖5和6中的突起51)由tio2形成，所述突起具有與包層部分22(例如，sio2)的折射率類似的折射率，以用于當光束穿過光柵結構到包層部分22中時的相長干涉。應注意，當通過蝕刻光入射表面222形成突起時，突起和包層部分22由相同材料形成。在一或多個實施例中，通過蝕刻光入射表面222形成突起，且隨后沿所述突起的側面將材料涂布到光入射表面222上。

在一或多個實施例中，在圖18的階段之后，一或多個層的反射膜形成于光反射表面221上(例如，反射膜61，從而獲得圖9的光纖結構6)。反射膜可通過涂布形成。在一實施例中，反射膜包含au。

在一或多個實施例中，在圖18的階段之后，一或多個層的抗反射膜形成于光入射表面222上(例如，反射膜70，從而獲得圖10的光纖結構7)。在一實施例中，抗反射膜包含形成于光入射表面222上方的sio2層和形成于所述sio2層上方的tio2層。在一實施例中，一或多個額外層形成于tio2層上方。在一實施例中，反射膜包含四個層(在光入射表面222上方的第一層，在所述第一層上方的第二層，在所述第二層上方的第三層，和在所述第三層上方的第四層)，其中第三層的折射率小于第二層的折射率且可大致等于第一層的折射率，并且第四層的折射率大于第三層的折射率且可大致等于第二層的折射率。

參考圖19，提供襯底8和光源12。襯底8包含凹口部分81、側壁82、底壁83和凹槽84。凹口部分81由側壁82和底壁83定義，且凹槽84位于側壁82的頂側上。將光源12安置于凹口部分81中的底壁83上。在一或多個實施例中，光源12為vcsel光源或邊緣發射激光光源。將光纖結構2橫向地安置且固定于側壁82上的凹槽84中，以使得光入射表面222面向光源12。因此，獲得如圖12中所展示的光通信設備1a。

在一實施例中，進一步提供粘合劑87(圖13)和頂蓋88。粘合劑87用于填充凹口部分81且覆蓋光纖結構2在光源12上方的部分。隨后，頂蓋88接觸粘合劑87且將其按壓到所述粘合劑上以將光纖結構2固定在適當位置中。因此，獲得如圖13中所展示的光通信設備1b。

圖20說明根據本發明的一實施例的制造工藝。這個實施例的初始階段是如圖16到18中所展示的那樣，且圖20的階段在圖18的階段之后。如圖20中所展示，提供襯底8a。襯底8a包含第一部分85和第二部分86。第一部分85從第二部分86的底部水平地延伸。第二部分86定義凹槽861。將光源12安置于第一部分85上。在一或多個實施例中，光源12為vcsel光源或邊緣發射激光光源。將光纖結構2安置且固定于凹槽861中，以使得光入射表面222面向光源12。因此，獲得如圖13中所展示的光通信設備1b。

在一實施例中，進一步提供粘合劑87a(圖15)和頂蓋88a。粘合劑87a用于填充凹槽861且覆蓋光纖結構2在凹槽861中和其上方的部分。隨后，頂蓋88a接觸粘合劑87a且將其按壓到所述粘合劑上以將光纖結構2固定在適當位置中。因此，獲得如圖15中所展示的光通信設備1d。

如通過上方實例實施例可見，根據本發明的實施例的光通信設備可省略可旋轉微鏡；因此，降低了制造成本。

如本文中所使用且不另外定義，術語“基本上”、“實質上”、“大致”和“約”是用于描述并考慮較小變化。當與事件或情形結合使用時，所述術語可涵蓋事件或情形明確發生的情況以及事件或情形極近似于發生的情況。舉例來說，當結合數值使用時，術語可涵蓋小于或等于所述數值的±10％的變化范圍，例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％。對于另一實例，如果兩個數值之間的差值小于或等于所述值的平均值的±10％(例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％)，那么可認為所述兩個數值基本上相同。

指代兩個組件的術語“基本上垂直”可指代兩個組件之間小于或等于90°的±10°的變化范圍，例如小于或等于±5°、小于或等于±3°、小于或等于±2°、或小于或等于±1°。指代兩個組件(每一組件沿線或平面中的一者放置)的術語“基本上平行”可指代兩個組件之間的角度移位小于或等于10°，例如小于或等于5°、小于或等于3°、小于或等于2°、或小于或等于1°。

術語“基本上平坦的”可指代其中表面的最高點與最小的點之間的差不超過3μm、不超過2μm、不超過1μm、不超過0.5μm、或不超過0.1μm的表面。

此外，有時在本文中以范圍格式呈現量、比率和其它數值。應理解，此類范圍格式是用于便利和簡潔起見，且應靈活地理解，不僅包含明確地指定為范圍限制的數值，且還包含涵蓋于所述范圍內的所有個別數值或子范圍，如同明確地指定每一數值和子范圍一般。

雖然已參考本發明的具體實施例描述且說明本發明，但這些描述和說明并非限制性的。所屬領域的技術人員應理解，在不脫離如由所附權利要求書定義的本發明的真實精神和范圍的情況下，可做出各種改變且可取代等效物。所述說明可能未必按比例繪制。歸因于制造工藝和容差，本發明中的藝術再現與實際設備之間可存在區別。可存在并未具體說明的本發明的其它實施例。應將本說明書和圖式視為說明性的而非限制性的。可做出修改，以使具體情況、材料、物質組成、方法或工藝適應于本發明的目標、精神和范圍。所有所述修改都既定在此所附權利要求書的范圍內。雖然本文中所公開的方法已參考按特定次序執行的特定操作加以描述，但應理解，可在不脫離本發明的教示的情況下組合、細分或重新排序這些操作以形成等效方法。因此，除非在本文中具體指示，否則操作的次序和分組并非局限性的。