[发明专利]具有顺向与反向耦合特性的波导耦合元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种波导耦合元件，特别是涉及一种可高效率地耦合光波的具有顺向与反向耦合特性的波导耦合元件及其制造方法。

背景技术

近年来，由于网络与资讯传递的发达，利用网络所传输的数据量大为增加，因此，传统通过同轴电缆线进行数据传输的方式，已不敷使用；然而，相较于同轴电缆线，光纤具有通信容量大、信号损耗小、不受电磁干扰、重量轻、以及体积小等诸多优点，故，光纤传输已成为目前网络传输数据的主要工具。

除了光纤之外，用以耦接光纤的光学元件亦于光通讯领域之中扮演极重要的角色。光学元件可分为主动元件与被动元件，主动元件指具有可执行能量转换功能的光学元件，例如电光调制器能够进行电光转换的光源；而被动元件所指的是对于光波呈现静态转换效应的光学元件，其中，耦合器属于被动元件的一种，其可将光波耦合于波导管(waveguide)与波导管之间、或者光纤(fiber)与波导管之间。耦合器依照其耦合光波方向的不同可分为顺向耦合器(co-direction coupler)与反向耦合器(contra-direction coupler)。

请参阅图1，现有习用的一种光学波导元件的立体图，如图1所示，该光学波导元件25′包括：一基层252′、一顶层254′与一波导层256′，其中，光波于波导层256′之中传递。图1所示的光学波导元件25′为结构相当简单的顺向耦合器(co-direction coupler)，传统上，该波导层256′为矩形，然，为了与光纤结合，实际制作时，波导层256′通常会被制成圆形。前述的光学波导元件25′的优点在于可利用半导体材料与工艺进行积体化与微小化的制作，其缺点则在于该波导层256′的高度(厚度)无法被制作得太高，导致其与光纤连结上的困难(光纤的芯尺寸大约8μm)。

另外，请参阅图2，现有习用的一种具有表面光栅的光学波导元件的立体图，如图2所示，该具有表面光栅的光学波导元件1′包括：一基层2′与一光学波导3′。该光学波导3′形成于该基层2′的一基面21′，且光学波导3′具有一顶面31′、一第一侧面32′与一第二侧面33′，其中，多个凹槽30′于该第一侧面32′之上形成一表面光栅(grating)4′，且，该表面光栅4′的周期决定于该多个凹槽30′的间距。上述的具有表面光栅的光学波导元件1′为一反向耦合器，其可通过该周期性的表面光栅4′，以耦合特定波长的光波，例如，波长为1490nm的光波；并且，借由改变凹槽30′的间距，可调整表面光栅4′的周期，使得该光学波导3′可通过表面光栅4′耦合并传输不同波长的光波。

上述该具有表面光栅的光学波导元件1′为反向耦合器(contra-direction coupler)，其优点在于可改变该周期性的表面光栅4′的周期，以耦合特定波长的光波；然，为了使得该表面光栅4′与光纤结合时不受损坏，因此，表面光栅4′之上须再形成一保护层，但该保护层的形成却导致了该光学波导元件1′耦合光波的效率降低，此外，使用该具有表面光栅的光学波导元件1′执行光波耦合之时，表面光栅4′的周期亦必须与光波达到相位匹配，才可有效率地进行耦合光波的工作，如此限制，降低了具有表面光栅的光学波导元件1′对于宽频光源的总体耦合效率。

由此可见，上述现有的光学波导元件(即，结构相当简单的顺向耦合器)，以及具有表面光栅的光学波导元件(即，可耦合特定波长的反向耦合器)在产品结构、制造方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品及方法又没有适切的结构及方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的具有顺向与反向耦合特性的波导耦合元件及其制造方法，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有的光学波导元件存在的缺陷，而提供一种新的具有顺向与反向耦合特性的波导耦合元件，所要解决的技术问题是使其具有至少一顺向耦合层与至少一反向耦合层，以利用该顺向耦合层连接一光纤并耦合一光波，且将该光波局限于该反向耦合层之内传递，非常适于实用。

本发明的另一目的在于，提供一种具有顺向与反向耦合特性的波导耦合元件的制造方法，所要解决的技术问题是借由该制造方法，可使用现有半导体工艺而低成本且大量地制造该具有顺向与反向耦合特性的波导耦合元件。