[发明专利]低损耗光学有源器件及其制造方法

说明书

本发明涉及一种光学器件及其制造方法，更进一步地说，涉及一种低损耗光学有源器件，它能够通过将非线性光学聚合物只注入到发生非线性效应的波导区而降低器件的导波损耗，以及涉及该器件的制造方法。

一般说来，在用光学聚合物形成诸如光学调制器或光学开关等光学有源器件时，形成在器件中的光波导由一包覆区和一芯区构成。通常，在用光学聚合物形成光学有源器件的过程中，器件的波导芯区由具有非线性特性的有机聚合物形成。

但是，如果形成器件的全部波导芯区都由非线性光学聚合物构成，则器件的总损耗特性是要降低的。非线性光学聚合物制成的波导，其导波损耗特性表现为0.5-1.0dB/cm；线性光学聚合物制成的波导，其导波损耗特性表现为0.5-1.0dB/cm。所以，在形成长度和形状都相同的波导情况下，与形成由线性光学聚合物制成的波导相比。非线性光学聚合物制成的波导在器件注入损耗方面有缺点。

图1A和1B分别表示了一个传统的定向耦合器型光学开关，及一个传统的马赫-策德尔(Mach-Zehnder)型光学调制器，该器件波导的全部芯区都由非线性光学聚合物制成，其中标号100表示基片，标号120表示非线性聚合物制成的波导，而标号130表示电极。如图1A和1B所示，通常由于包含电极130的波导内所有芯区都由具有比线性光学聚合物更高的光学损耗的非线性光学聚合物构成，致使器件的注入总损耗显著增加。

为了解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种低损耗光学有源器件，它采用光学聚合物来降低波导导波损耗，与用非线性光学聚合物形成波导整个芯区的情况相比，本发明中仅仅是发生光学调制效应的波导芯区由非线性光学聚合物形成，而其余的芯区由线性光学聚合物形成。

本发明的另一个目的是提供一种用于制作低损耗光学有源器件的方法。

因此，为了实现上述目的，提供了一种将至少一个输入光束传输成至少一个输出光束的光学有源器件，它包括：一块基片；沉积在基片上的下包层；沉积在下包层上用于传播光信号并且包含引起非线性效应的非线性芯区和不会引起非线性效应的线性芯区的光波导；以及沉积在该光波导和下包层上的上包层，其中光波导的非线性芯区沉积在线性芯区之间并由非线性聚合物制成，光波导的线性芯区具有一个与非线性芯区相连的端头和具有另一个与光信号的输入或输出端口相连的端头，并由其光波导损耗低于非线性聚合物的光波导损耗的线性聚合物制成，而且其中上下包层的折射率低于构成波导芯的线性聚合物和非线性聚合物的折射率。

根据本发明的第二目的，提供了一种用于制作具有光波导的光学有源器件的方法，该光波导由一个传导光信号时产生非线性效应的光学波导芯区(非线性芯区)和一个不产生非线性效应的光学波导芯区(线性芯区)构成，该方法包括下述步骤：用线性聚合物在可透过紫外(UV)光的基片上形成一下包层；在该下包层上的一个区域形成不透过UV光的第一金属层，其它区域将要沉积上光波导；在沉积的第一金属层上且与线性芯区两端头相邻处，形成由不同于制成第一金属层的材料制成并且不能透过UV光的第二金属层；在波导区、第一金属层和第二金属层上形成非线性聚合物层；通过从基片底部一侧用UV光对其曝光并除掉形成在第一和第二金属层上的未固化的非线性聚合物，而仅在非线性芯区形成固化的非线性聚合物；在沉积在非线性芯区的非线性聚合物上形成第三金属层；除掉第二金属层；在第一金属层和光波导上涂覆线性聚合物；通过从基片底部一侧用UV光对其曝光，而仅在线性芯区形成线性聚合物；除掉沉积在下包层上的第一金属层和第三金属层；以及在下包层和波导芯区上形成上包层。

形成第三金属层的步骤包括以下步骤：在具有在非线性聚合物形成步骤中所形成的固化的非线性聚合物的基片上涂覆光刻胶；通过从基片底部一侧让UV光照射在其上以除掉沉积在固化的非线性聚合物上的光刻胶，而形成光刻胶图案；通过真空沉积法在有图案的基片上沉积第三金属层；并去掉沉积在基片上的光刻胶。

本发明的上述目的和优点，将通过结合附图对本发明优选实施例的详细说明而变得更为清楚，其中：

图1A表示了一个传统的定向耦合器型光学开关，其中组成器件的波导的整个芯都由非线性聚合物构成；

图1B表示了一个传统的马赫-策德尔型光学调制器；

图2是表示根据本发明一个实施例的低损耗光学有源器件的示意图；

图3是为了说明的目的表示本发明整体结构沿A-A′、B-B′和C-C′剖面线的定义的示意图；

图4表示根据本发明在一基片上涂覆下包层的情况；

图5表示了根据本发明，在形成于基片上的下包层上形成第一金属层；