[發明專利]具有高折射率的平面波導

無效

• 申請號: 01804530.8
• 申請日: 2001-01-24
• 公開（公告）號: CN1398356A
• 公開（公告）日: 2003-02-19
• 發明（設計）人: L·烏克蘭克茲依克
• 申請（專利權）人: 康寧股份有限公司
• 主分類號: G02B6/10
• 分類號: G02B6/10
• 代理公司: 上海專利商標事務所
• 代理人: 錢慰民

發明背景

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。