[发明专利]混合的有机－无机平面光波导器件

说明书

有关的申请

本申请享有下列申请的利益：S.Dawes于1996年12月13日递交的题为“用于连接光传输材料的方法和组合物”的美国专利申请No.60/032,961(该专利文献在此引作参考)以及S.Dawes和A.Sadd于1997年10月22日递交的题为“光导材料及连结”的美国专利申请No.08/956,177(该专利文献在此引作参考)。

发明领域

本发明涉及平面光波导器件，其中有一层是用混合无机-有机材料加工方法形成的。尤其是其中有一层是无机-有机混合材料，所述材料含有广延的基体，该基体含有硅原子和氧原子，其中部分硅原子直接与取代的或未取代的烃部分键合。本发明还涉及不采用光刻工艺而形成平面光波导器件的方法。较好的是该无机-有机材料含有一种固体材料，它包括甲基-硅氧烷基团、苯基硅氧烷基团和氟，该固体材料是通过热固化一种前体混合物而得到的，所述前体混合物包括聚二甲基-硅氧烷、甲基三烷氧基硅烷、苯基三烷氧基硅烷以及含有氟原子的结构改性剂。

发明背景

典型的光波导器件包括平面基体，一排支承在该平面基体上的波导芯以及覆盖层。光辐射在所述芯中传播。具有较低折射率的覆盖层把光辐射限制在具有较高折射率的芯层内。在某些情况下，在所述芯和平面基体之间还存在第二覆盖层。

设计平面光波导器件使其能将光辐射传输通过二维平面基体表面。该器件通常对光辐射产生被动的功能，由此以特殊的方式改变来自输入信号的输出信号。平面光波导器件一些实例如下所述。光分离器(optical splitter)将一个波导中的光信号功率分至两个或更多个波导中。耦合器(coupler)将来自两个或更多个波导的光信号叠加入较少数目的输出波导中。光谱滤波器(spectral filter)、偏振器(polarizer)和隔离器(isolator)可引入波导设计中。WDM(波分复用(WavelengthDivision Multiplexing))结构将输入光信号分离至光谱分离的输出波导中，通常采用相位阵列设计(phase array design)或光栅。平面光波导器件的一个特殊的优点是能在一个平台(platform)上包含多种功能。在平面设计中也可包含主动的功能(active functionality)，其中输入信号通过与第二种光信号或电信号相互作用而改变。主动功能的实例包括转接(使用电-光器件、热-光器件或声-光器件)和放大。

一般来说，平面波导器件的主要属性是光损耗，以及加工性能和费用。加工性能是指以良好的分辨率且无缺陷地写入(write)所需的波导结构图案的能力。每个器件都有各自的技术要求，在符合更一般的要求之外还必须满足这些技术要求。

为了获得平面光波导，现有技术中通常采用以下通用方法。首先提供一基体。该基体可以是硅或硅石，提供一清洁平滑表面。当该基体是硅基体时，沉积一层涂层(低折射率的二氧化硅或硅酸盐)。然后在该基体上沉积具有精确厚度的、高折射率的芯层(一种硅酸盐)。所述芯层和外涂层均由火焰水解反应技术或者CVD技术或等离子体沉积技术制得。接着，对平面层构图，形成一列波导芯层，通常采用光刻技术或蚀刻技术的一些变更方法。最后，沉积低折射率的外层以完成波导结构。这些方法步骤的所有变更方法都存在固有的高成本的问题。沉积时间长且构图技术费时费力。用该方法能形成高质量的结构，其特征分辨率(feature resolution)达0.5微米之低，且缺陷数量少。在高附加值应用(high valueadded application)中，如WDM器件，该方法显示出一定的商业可行性。而在其它应用中，如耦合器，则成本过高，因而不能与其它技术相竞争。

根据上述考虑，本发明的一个目的是提供一种平面光波导器件，该器件克服了现有技术中存在的上述问题。更具体地说，本发明的一个目的是提供一种平面光波导器件，该器件是由低成本的吸收率低的光学材料形成的，它具有一定范围的折射率，可快速沉积，在非固态发生大部分质量损失(mass loss)。本发明的另一个目的是提供形成平面波导器件的方法，该方法不需要采用光刻技术。

发明综述