专利名称：具有反射器的双向光通讯模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及双向光通讯模块，具体而言涉及用于光通讯网络的具有反射器的双向光通讯模块。
背景技术：
双向光通讯模块被用于将光信号在光通讯网络中多路传输或者多路分解。双向光通讯模块典型地通过将下包覆层、具有指定图案的芯层以及上包覆层顺序叠加在硅或者聚合体基片上而生产。
总体而言，产生光信号的光源和用于检测接收的光信号的光检测器位于光通讯网络的传输和接收终端。双向光通讯模块设置有安置在单个基片上的光源和光检测器，并通过多路复用器传输或者接收光信号。为了将光源和光检测器之间发生的串音最小化，光源和光检测器分别在双向通讯模块的终端分离放置，其中所述光源和光检测器其中的一个通过反射器连接到多路复用器。
图1显示的是传统双向光通讯模块的反射器的示意图。图2显示的是另外一个传统双向光通讯模块的示意图。反射器104通过将一金属层141沉淀或者附着到双向光通讯模块的一个末端表面而制成，并用于将从多路复用器中输出的光信号输入到光检测器中，或者将光源产生的光信号输入到多路复用器中。这样，反射器104的作用根据光源和光检测器的位置而确定。
图1中所示的反射器104的结构使得金属层141连接到一个连接波导143a的一个终端，输入波导134和输出波导133连接到连接波导143a的另外一个终端。输入波导134和输出波导133之间的角度(èb)处于范围10°和40°之间的相对较大值。输入波导134和输出波导133靠近反射器104的金属层141相互连接。
在图2中所示的反射器104中，输入波导134和输出波导133之间的角度(èb)处于范围2°和5°之间的相对较小值，输入波导134和输出波导133在连接波导143b的一个末端基本上相互连接。
具有上述反射器104的双向光通讯模块通过获取多路复用器、波导等制成。具体而言，模块通过下述步骤提供将芯层和下包覆层沉淀在硅或者聚合体基片上，通过光刻工艺蚀刻芯层，在其上沉淀上包覆层。因此，反射器104通过下述步骤获得将基片切成段117，抛光所获得的段117，将金属层141沉淀到基片的段117上。注意普通技术人员很容易理解上述方法。
但是，通过将基片切成段、抛光基片的段和在段上沉淀金属层而获得的双向光通讯模块不能够减小位于±10μm内的位置偏差，所述偏差是由于切割和抛光布置的特性所导致。结构，反射表面的位置，即连接波导的长度偏离设定或者理想值而不同。这意味着在通过反射器传输光信号的过程中，光信号在反射器中的传输长度可以从设计值变化达到±20μm。这将导致好几个问题，诸如减小了反射器的反射率，增加了传输通过反射器的光信号损耗。
发明内容
因此，本发明的是为了通过提供一种具有反射器的双向光通讯模块而克服上述问题并具有其它的优点，所述反射器在反射表面的位置中增加了精度，这样提高了反射率并减小了反射器的光损耗。
根据本发明中的一方面，提供了一种双向光通讯模块并包括用于输入光信号的输入波导；反射器，所述反射器具有反射槽，所述反射槽通过光刻工艺形成，这样反射槽从双向光通讯模块的一个末端表面延展到连接波导；和反射层，所述反射层形成在基部表面上，所述基部表面形成在反射槽中，以反射从输入波导中输入的光信号；输出波导，所述输出波导用于将由反射器的反射的光信号输出；连接波导，所述连接波导用于将从输入波导中输入的光信号传输到反射器并将反射器反射的光信号输出到输出波导。
根据本发明的另外一方面，双向光通讯模块包括多路复用器，所述多路复用器连接到第一波导和两个或者多个第二波导，所述第一波导用于将多路传输的光信号输出或者输入，所述两个或者多个第二波导用于将多路分解的光信号输入或者输出；反射层，连接到选定的一个第二波导的终端，用于反射光信号；第三波导，所述第三波导用于将光信号输入到反射层或者输出由反射层反射的光信号，其中反射层形成在基部表面上，所述基部表面形成在反射槽中，所述反射槽通过光刻工艺形成，这样反射槽从双向光通讯模块的一个末端表面延展。
本发明的上述特征和其它优点将从下面的详细说明和附图中变得更为容易理解，其中图1显示的是传统双向光通讯模块中的反射器的示意图；图2显示的是另外一种传统双向光通讯模块中的反射器的示意图；图3显示的是具有根据本发明中的优选实施例中的反射器的双向光通讯模块的示意图；图4显示的是具有根据本发明中另外一个优选实施例中的图3中的反射器的双向光通讯模块的示意图；图5显示的是图3中双向光通讯模块中的反射器的放大视图；图6显示的是图5中双向光通讯模块中的反射器的平面图；图7显示的是图5中双向光通讯模块中另外一个例子的平面图；图8显示的是根据光波导的线宽变化的反射率的变化图；图9显示的是根据图6中所示的反射器的位置变化的反射率的变化图；图10显示的是根据图7中所示的反射器的位置变化的反射率的变化图；
具体实施例方式
现在将参照附图对本发明的优选实施例进行详细的说明。处于简洁的目的，此处将省略并入的已知功能和结构的详细说明，因为这将使得本发明的主题变得不清晰。
图3显示的是具有根据本发明中的一个优选实施例的反射器的双向光通讯模块200的示意图。如图所示，双向光通讯模块200包括多路复用器203、反射槽(在图5中显示为249)、光波导231、232、233和234。多路复用器203、反射槽249、光波导231、232、233和234通过将下包覆层202叠在硅或者聚合体基片201上、将芯层(未示出)叠放在下包覆层202上、使用光刻工艺蚀刻芯层、然后在其上沉积上包覆层(未示出)。双向光通讯模块200进一步包括光源213和安装在预指定位置处的光检测器211。多路复用器203、反射器204、光源213和光检测器211通过波导231、232、233和234相互连接。反射器204包括形成在反射槽249中的金属层(图5中显示为241)，所述反射槽249自双向光通讯模块200的一个末端表面217a开始延展。优选地，反射槽249通过光刻工艺蚀刻获得，这样来保证反射器204中位置的精确性。
多路复用器203可以是从由定向耦合器、多模式干涉仪、或者阵列波导栅构成的组中选择的一个。在图3中定向耦合器被用作多路复用器203。多路复用器203将从通讯网络的光纤中接收到的光信号输出到光检测器211，并将光源213振荡产生的光信号输出到通讯网络中的光纤中。
图5显示的是图3中所示双向光通讯模块200中的反射器的放大视图。如图所示，反射器204通过将位于反射槽249中的金属层241沉积或者附着而获得，所述反射槽249形成在双向光通讯模块200的一个末端表面。
反射槽249通过光刻工艺形成并在纵向上从双向光通讯模块200的一个末端表面延展。反射器204通过将金属层241沉积或者附着到基部表面217b上而完成，反射槽249和双向光通讯模块200的连接波导243a连接到所述基部表面。相应地，反射槽204的基表面217b被用作反射器204的反射表面。由于反射槽249通过使用光刻工艺获得，就有可能保证模块中反射器204的精确位置，更具体而言是基表面217b的位置。使用传统切割和抛光过程，非常难于将反射器的位置控制在离指定值的±10μm范围内。但是，使用光刻工艺，就有可能将反射器204的位置控制在离指定值的±0.2μm范围内。
波导231、232、233和234由第一波导231、至少两个第二波导232和233以及第三波导234构成。第一波导231在光通讯网络的光纤和多路复用器203之间形成光信号传输线。每个第二波导232和233将光信号从多路复用器203输出到光检测器211，或者将由光源213产生的光信号输入到多路复用器203。第三波导234在反射器204和光源213之间形成光信号传输线。反射器204将光源213产生的光信号在多路复用器203的方向上反射。从反射器204角度来看，第三波导234作为输入波导将光源213产生的光信号输入到反射器204，从第二波导232和233中所选择的一个波导作为输出波导将被反射的光信号输出到多路复用器203中。
在图4中，显示了另外一个实施例，其中多模式干涉仪用作多路复用器203。反射器204通过第三波导234连接到光检测器211。即反射器204将从多路复用器203中输出的光信号反射，然后将反射的光信号输入到光检测器211。相应地，图4中显示的反射器204通过第二波导233接收光信号，容纳后将接收到的光信号通过第三波导234输出到光检测器211。
图6显示的是图5中所示的双向光通讯模块200的反射器204的平面图。反射器204通过连接波导243a连接到第二波导233和第三波导234。在图6中所示的反射器204中，第二波导233和第三波导234间的角度(èb)在范围2°和5°范围内，第二波导233和第三波导234通过连接波导243a连接到反射器204。
图6中所示反射器204的反射率(R)根据基表面的位置，即反射表面217b由下述公式1限定。
R=R0cos2[2π(n0-n1)λd]]]>此处，R0表示具有设定位置值的反射器的反射率，n0和n1分别表示在第二和第三波导即连接波导243的连接区域上第一和第二模式的有效折射指数。ё表示光信号的波长，d表示基表面217b位置的变化。即d表示设定位置值和反射镜的事实位置值之间的差值。
反射表面217b的位置的允许值(d0)和差值(d)由反射器204的损耗允许限度所确定。即，如果根据反射表面217b位置的差值(d)的反射器204的额外损耗被允许达到xdB，反射表面217b的位置差值(d)的允许值(d0)由下述公式2所限定。
d0=λ4π(n0-n1)cos-1(2×10-x/10-1)]]>此处，如果第二波导233和第三波导234被连接使得第二波导233和第三波导234间的角度(èb)在范围2°和5°范围内，第一和第二模式的反射系数(n0，n1)受波长的线宽影响。
图8显示的图表10说明了根据波导的线宽变化在反射表面217b的位置被固定的情况下反射率的变化。总体而言，使用光刻工艺生产的波导的线宽具有自指定值±0.2μm的变化，反射率(R)减小大约0.2dB。普通技术人员可以理解基表面的位置即反射表面217b根据反射率(R)的减小而更精确的控制，所述反射率(R)的减小是由于光波导的线宽的变化而引起的。
图9相比较地说明了根据反射表面217b的差值(d)通过公式1的计算获得的反射率(R)值的变化与通过BPM(波束传播方法)模拟所获得的反射率值的变化。此处，波导的宽为6.5μm，高为6.5μm，波导的核心与包覆层之间的折射系数差值为0.75％。依赖计算的结果，根据波导的线宽的变化的反射率的损耗为0.2dB的情况下，反射表面217b的位置差值(d)的允许值(d0)必须限制在范围5.7μm和12.6μm之间以在范围0.05dB至0.01dB之内控制反射器204的额外损耗(x)。由于在传统的切割和抛光工艺过程中在±10μm范围内控制反射表面217b的位置变化比较困难，上述反射表面217b的位置差值(d)的允许值(d0)不能够通过传统切割和抛光过程获得。此反射表面217b的位置差值(d)的允许值(d0)可以通过光刻工艺获取，其中反射表面217b的位置差值(d)被控制在达到±0.2μm的范围。
参照图7，第二波导233和第三波导234间的角度(èb)在反射器204中10°和40°范围内，第二波导233和第三波导234被连接到它们的一个终端，从而形成单个连接波导243b。
图7中所示反射器204的反射率(R)通过基表面的位置，即反射表面217b来确定，并通过下述公式3限定。
R=R0exp[-d2sin2θbw2cos2(θb/2)]]]>此处，R0表示具有设定位置值的反射器的反射率，d表示基表面217b位置的变化。即d表示设定位置值和反射镜的真实位置值之间的差值。èb表示第二波导233和第三波导234间的角度，w表示光波导的MFD(模场直径)的值的一半。
如果根据反射表面217b的位置差值(d)的额外损耗可以达到xdB，反射表面217b的位置差值(d)的允许值(d0)通过下述公式4限定。
d1=xw2cos2(θb/2)10log10esin2θb]]>图10相比较地说明了根据反射表面217b的差值(d)通过公式3的计算获得的反射率(R)值的变化，以及通过BPM(波束传播方法)模拟所获得的反射率值的变化。如果波导的宽为6.5μm，高为6.5μm时，波导的核心与包覆层之间的折射系数差值为0.75％，第二波导233和第三波导234间的角度(èb)为20°，反射表面217b的位置差值(d)必须限定在1.6μm范围内，以在范围0.1dB范围内控制反射器204的额外损耗(x)。相应地，优选地使用照像平板印刷术工艺来制造的反射器204的反射表面217b的位置差值(d)可被限制到±0.2μm。
从上述说明中可以明显看出，本发明提供了一种带有反射器的双向光通讯模块，其中反射表面的位置通过光刻工艺确定，反射器将金属层沉积在基片上获得，这样精确地控制了反射器的反射表面的位置。相应地，就有可能放置反射镜的反射率由于反射表面的位置的变化而降低，由此减小模块的最终产品的缺陷部分，提高了模块制造过程的生产率，并减小模块的生产成本。
尽管对本发明的一些实施例进行了详细的说明，本领域技术人员将会理解在不偏离本发明的范围和精神的情况下，有可能进行不同的修改、添加和对特定部件进行替换，其范围也落入本发明的权利要求所限定的范围内。
权利要求
1.一种双向光通讯模块，包括用于输入光信号的输入波导；反射器，所述反射器具有通过光刻工艺形成的反射槽，所述反射槽自所述光通讯模块的一个末端表面延展至连接波导，形成在反射槽的基表面上的反射层，所述反射层用于反射从所述输入波导中输入的光信号；输出波导，所述输出波导用于将由所述反射器反射的光信号输出；以及其中连接波导构成用于将从所述输入波导输入的光信号传输至所述反射器并将所述反射器反射的光信号输出到所述输出波导。
2.根据权利要求1中所述的双向光通讯模块，其特征在于，连接到所述连接波导的所述输入波导和所述输出波导重叠，这样所述输入波导和所述输出波导之间的角度就在2°至5°范围之内。
3.根据权利要求2中所述的双向光通讯模块，其特征在于，所述基表面的位置变化被限制在由下述公式所限定的允许值范围之内d0=λ4π(n0-n1)cos-1(2×10-x/10-1),]]>其中d0表示所述基表面位置的变化允许值，ё表示光信号的波长，n0和n1表示输入和输出波导连接到的连接波导的第一和第二模式的有效折射指数，x表示用于确定额外损耗所产生的面积的损耗值。
4.根据权利要求1中所述的双向光通讯模块，其特征在于，连接到所述连接波导的所述输入波导和所述输出波导重叠，由此所述输入波导和所述输出波导之间的角度在10°至40°范围之内。
5.根据权利要求4中所述的双向光通讯模块，其特征在于，所述基表面的位置变化被限制在由下述公式所限定的允许值范围之内d1=xw2cos2(θb/2)10log10esin2θb,]]>其中d1表示所述基表面位置的变化允许值，x表示用于确定额外损耗所产生的面积的损耗值，w表示光波导的MFD(模场直径)值的一半，θb表示所述输入波导和所述输出波导之间的角度。
6.根据权利要求1中所述的双向光通讯模块，其特征在于，所述反射层是沉积或者附着到所述反射槽内形成的基表面上的金属层。
7.根据权利要求1中所述的双向光通讯模块，进一步包括形成在其上的多层复用器，其中所述输入波导连接到所述多层复用器，所述输出波导连接到光检测器。
8.根据权利要求1中所述的双向光通讯模块，进一步包括形成在其上的多层复用器，其中所述输入波导连接到光源，所述输出波导连接到所述多层复用器，
9.根据权利要求1中所述的双向光通讯模块，进一步包括多层复用器；由硅或者聚合体制成的基片；以及堆叠在基片上的包覆层，其中多路复用器、输入波导、输出波导、连接波导和所述反射槽形成在所述包覆层上。
10.根据权利要求9中所述的双向光通讯模块，其特征在于，所述多路复用器是定向耦合器、多模式干涉仪、以及阵列波导栅其中之一。
11.一种双向光通讯模块，包括多路复用器，所述多路复用器连接到第一波导和两个或者多个第二波导，所述第一波导用于将多路传输的光信号输出或者输入，所述两个或者多个第二波导用于将多路分解的光信号输入或者输出；反射层，连接到从第二波导中选择的一个波导的终端，用于反射光信号；第三波导，所述第三波导用于将光信号输入到所述反射层或者将所述反射层所反射的光信号输出，其中反射层形成在基部表面上，所述基部表面形成在反射槽中，所述反射槽通过光刻工艺形成，由此反射槽从双向光通讯模块的一个末端表面延展。
12.根据权利要求11中所述的双向光通讯模块，进一步包括光源，所述光源形成在从所述第二波导中选定的另外一个波导的终端上；以及光检测器，所述光检测器形成在所述第三波导的终端上。
13.根据权利要求11中所述的双向光通讯模块，进一步包括光检测器，所述光检测器形成在从所述第二波导中选定的另外一个波导的终端上；以及光源，所述光源形成在所述第三波导的终端上。
14.根据权利要求11中所述的双向光通讯模块，进一步包括用于将光信号输入到所述反射层或者将所述反射层所反射的光信号输出的连接波导，其中从所述第二波导中选择的一个波导和第三波导在连接波导的终端以预定角度重叠。
15.根据权利要求14中所述的双向光通讯模块，其特征在于，连接到所述连接波导的所述输入波导和所述输出波导相互重叠，从而所述输入波导和所述输出波导之间的角度在2°至5°范围之内。
16.根据权利要求15中所述的双向光通讯模块，其特征在于，所述基表面的位置变化被限制在由下述公式所限定的允许值范围之内d0=λ4π(n0-n1)cos-1(2×10-x/10-1),]]>其中d0表示所述基表面位置的变化允许值，ё表示光信号的波长，n0和n1表示第二和第三波导连接到的连接波导的第一和第二模式的有效折射指数，x表示用于确定额外损耗所产生的面积的损耗值。
17.根据权利要求14中所述的双向光通讯模块，其特征在于，连接到所述连接波导的所述输入波导和所述输出波导重叠，从而所述输入波导和所述输出波导之间的角度就在10°至40°范围之内。
18.根据权利要求17中所述的双向光通讯模块，其特征在于，所述基表面的位置变化被限制在由下述公式所限定的允许值范围之内d1=xw2cos2(θb/2)10log10esin2θb]]>其中d1表示所述基表面位置的变化允许值，x表示用于确定额外损耗所产生的面积的损耗值，w表示光波导的MFD(模场直径)值的一半，θb表示所述输入波导和所述输出波导之间的角度。
19.根据权利要求11中所述的双向光通讯模块，其特征在于，所述多路复用器是定向耦合器、多模式干涉仪、以及阵列波导栅其中之一。
全文摘要
本发明公开了一种能够准确控制反射器的反射表面位置的双向光通讯模块。模块包括用于输入光信号的输入波导；反射器，所述反射器具有通过光刻工艺形成的反射槽，所述反射槽自所述光通讯模块的一个末端表面延展至连接波导，形成在反射槽的基表面上的反射层，所述反射层用于反射从所述输入波导中输入的光信号；输出波导，所述输出波导用于将由所述反射器反射的光信号输出。连接波导的结构将从所述输入波导输入的光信号传输至所述反射器并将所述反射器反射的光信号输出到所述输出波导。
文档编号G02B6/42GK1573384SQ20031011806
公开日2005年2月2日 申请日期2003年11月24日 优先权日2003年6月5日
发明者金京濂, 权五达, 李周勋 申请人:三星电子株式会社