光学装置的制作方法

1.本揭露是关于一种光学装置，特别是具有高密度波分复用(dense wavelength-division multiplexing，dwdm)滤光片结构的光学装置，其在宽操作温度之下，例如在工业级范围之内，在中心波长偏移(central wavelength shifting，cwts)和极化相依损耗(polarization dependent loss，pdl)方面具有良好且稳定的性能。


背景技术：

2.波分复用(wavelength-division multiplexing，wdm)是一种将多种不同波长的光复用(例如相加)到单一光纤上，并从单一光纤中解复用为(例如分路)多种不同波长的光的技术，从而增加信息容量并实现双向信号传输。多个光信号在发射器处以通过复用器结合的不同波长的光进行复用处理，导向单一光纤以传输信号，并由解复用器分到接收器的指定通道。基于可将多个光通道合并为一个通道的功能，wdm组合件和相关联的装置可被应用于光学网路当中。
3.通常，wdm传输系统可充分利用频宽并增加光于自由空间链路的传输容量。使用不同光通道(波长)来承载资料信号的自由空间wdm(free-space wdm)传输系统对于光于自由空间链路同时提供资料与电信服务而言将非常有用。此所指的自由空间光学系统是一种使用空气或真空作为传播媒介的直视性通讯系统。其使用非引导式媒介而具有提供宽频的潜力，同时支援堪比光纤的高数据速率，从而使其在满足日益增长的宽频流量方面极具吸引力。


技术实现要素：

4.本揭露的一实施例关于一种光学装置。该光学装置包含一基板和多个滤光片。所述这些多个滤光片置于该基板上方。每个滤光片包含一支撑体、一滤光片层和一中心对称垫片。该支撑体具有一第一侧面和与该第一侧面相对的一第二侧面。该滤光片层在该第一侧面上。该垫片通过该第一侧面上的一第二粘着剂层附接到该第一侧面。该中心对称垫片附接到该滤光片层，该滤光片层的至少一外围部分没有被该中心对称垫片覆盖。
5.本揭露的另一实施例关于一种光学装置。该光学装置包含一基板和多个滤光片。所述这些多个滤光片在该基板上方。每个滤光片包含一支撑体、一滤光片层、一垫片和一应力平衡机构。该支撑体具有一第一侧面和与该第一侧面相对的一第二侧面。该滤光片层在该第一侧面上。该垫片附接至该滤光片层。该应力平衡机构附接至该支撑体。
6.本揭露的再一实施例关于一种光学装置。该光学装置包含一基板和多个滤光片。所述这些多个滤光片置于该基板上方。每个滤光片包含一支撑体、一滤光片层和一垫片。该支撑体具有一第一侧面和与该第一侧面相对的一第二侧面。该滤光片层在该第一侧面上。该垫片附接至该滤光片层。每个滤光片在约-40℃至约85℃的温度范围内具有小于约0.03nm的带通中心波长漂移。
附图说明
7.当结合附图阅读时，从以下详细描述中可最佳理解本揭露态样。请注意，根据业内的标准实践，各种结构并未按比例绘制。事实上，为了讨论的明确起见，许多结构的尺寸可能任意放大或缩小。
8.图1a例示根据本揭露中一些具体实施例的一光学装置的俯视图。
9.图1b例示根据本揭露中一些具体实施例的一光学装置的剖面图。
10.图2描绘根据本揭露中一些具体实施例的一滤光片的立体图。
11.图3例示根据本揭露中一些具体实施例的一光学装置一部分的侧视图。
12.图4a例示根据本揭露中一些具体实施例的一光学装置一部分的侧视图。
13.图4b例示根据本揭露中一些具体实施例的一光学装置一部分的俯视图。
14.图5例示用于根据本揭露中一些具体实施例的各种滤光片中cwts相对于温度的图表。
15.图6a例示根据本揭露中一些具体实施例的一垫片的主视图。
16.图6b例示根据本揭露中一些具体实施例的一垫片的主视图。
17.图6c例示根据本揭露中一些具体实施例的一垫片的主视图。
18.图7a例示根据本揭露中一些具体实施例的一垫片的主视图。
19.图7b例示根据本揭露中一些具体实施例的一垫片的主视图。
20.图8描绘根据本揭露中一些具体实施例的一滤光片的立体图。
21.图9例示根据本揭露中一些具体实施例的一光学装置一部分的侧视图。
22.图10描绘根据本揭露中一些具体实施例的一滤光片的立体图。
23.图11例示用于根据本揭露中一些具体实施例的各种滤光片中pdl相对于温度的图表。
具体实施方式
24.下列揭示内容提供用于实现所提供主题中不同特征的许多不同的具体实施例或范例。以下说明元件和配置的具体范例，以简化本揭露。当然，这些仅为范例而非限制性。例如，以下描述中在第二特征上或之上形成第一特征可包含其中第一和第二特征直接接触形成的具体实施例，并且也可包含其中可在第一与第二特征之间形成附加特征，使得第一和第二特征不直接接触的具体实施例。此外，本揭露可在各个范例中重复参考编号及/或字母。该重复的目的在于简单和清楚，并且本身并不表示所讨论的各种具体实施例及/或配置之间的关系。
25.此外，本文可使用空间相关用语，例如「底下」、「下方」、「之下」、「上方」、「之上」、「上」等，以便于描述一个元件或特征与另一元件或特征的关系，如图中所示。除了图中所描绘方位之外，此类空间相关用语还涵盖装置于使用或操作中的不同方位。该设备可以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，并且可相应地解释本文中使用的空间相关描述符。
26.如此处所使用，诸如「第一」、「第二」和「第三」等词描述许多元件、组件、区域、层及/或区段，这些元件、组件、区域、层及/或区段不应受限于这些词。这些词只用于将一个元件、组件、区域、层或区段与其他元件、组件、区域、层或区段分辨。除非上下文明确指出，否则本文中使用的诸如「第一」、「第二」和「第三」的术语并不暗示顺序或次序。
27.高密度波分复用(dwdm)是一种光纤传输技术，其涉及将许多不同波长的信号复用到一条光纤上的处理，而每条光纤都有一组平行的光通道，并且每条光纤使用的光波长都略有不同。所述这些光纤可采用光波长以位元平行或按字元串列来传输资料。dwdm是可供资料传输的光学网路中非常重要的组件。
28.dwdm中的滤光片是光学通讯的重要组件，但是dwdm滤光片对波长偏移很敏感，例如当dwdm滤光片在较高或较低温度下工作，及/或像是有应力等机械性质存在时，波长就可能会偏移。肇因于恶劣的工作环境和应力而产生波长偏移，dwdm滤光片就会失效。通常，在自由空间dwdm系统中，每个dwdm滤光片都包含由玻璃基板或玻璃陶瓷基板侧向支撑的dwdm薄膜。为满足光学装置的微型化要求，布置在光学装置中的dwdm滤光片是从一个原始单元分切成许多小块，这些微小的玻璃基板都可能会受到其下方的粘着剂层的影响而承受张力，同时，被dwdm薄膜覆盖的玻璃基板的侧面可能会因结构内的应力而具有凸轮廓。dwdm滤光片的这种变形在较低的操作温度(例如低于0℃)下可能会加剧，因此中心波长偏移(cwts)和极化相依损耗(pdl)都会增加。
29.因此，本揭露的一些具体实施例提供一种光学装置，其可减轻由dwdm滤光片中的操作温度或应力变化引起的cwts和pdl问题。在一些具体实施例中，可将垫片及/或应力平衡机构用于dwdm滤光片。通过利用垫片及/或应力平衡机构，可在工业级范围内的操作温度下(即，从大约-40℃到大约85℃)将dwdm滤光片的cwts控制在
±
0.03nm以内。同样，在上述操作温度的工业级范围内，可以将pdl控制为小于约0.1db。
30.图1a和图1b分别例示根据本揭露中一些具体实施例的光学装置以及沿ab线的剖面图。在一些具体实施例中，本揭露中的光学装置是自由空间dwdm系统的至少一部分。该光学装置包含一基板10和多个滤光片20。基板10包含上表面10a和与上表面10a相对的下表面10b，并且多个滤光片20设置在基板10的上表面10a上方。在一些具体实施例中，多个滤光片20以第一阵列51(例如，包含滤光片201-204)和实质上平行于第一阵列的第二阵列52(例如，包含滤光片205-208)布置在基板10上方。此外，光学装置可包含置于基板10上方的多个准直仪60(例如，包含600-608)，并且多个准直仪60分别与多个滤光片20中的每一者对准。
31.基于这种结构，从准直仪600发射的光可先穿过滤光片201，并且具有选定波长的透射光可由准直仪601靠近滤光片201的一侧所接收，并且透射光相应地被引导到所连接的光纤。同时，具有其他波长的反射光可由滤光片201反射到滤光片205，后者是第二阵列52中的第一滤光片。同样地，反射光的特定波长可透射滤光片205并由准直仪606接收，而未透射光则反射到第一阵列51中的滤光片202，依此类推。因此，从准直仪600发射的不同波长的光可由不同的滤光片201-208分开，并且在光连续反射期间可通过准直仪601-608而被引导到不同的光纤，并且可沿着第一阵列51与第二阵列52之间空间内的曲折路径行进。
32.请参照图2，在一些具体实施例中，每个滤光片20都包含支撑体21和垫片30。支撑体21是透明的，并且可由包含玻璃、石英、光学塑胶、硅等多种材料当中选用制成，并且一般而言，支撑体21的形状通常是正方体或长方体。如图3内所示，支撑体21可具有一底部表面，其与夹在支撑体21和基板10中间的第一粘着剂层41接触，因此支撑体21固定在基板10的上表面10a上方。
33.在一些替代具体实施例中，支撑体21的底部表面不与第一粘着剂层41接触。例如，请参阅图4a所示的侧视图，支撑体21的底部表面与基板10的上表面10a接触，而第一粘着剂
expansion，cte)在约8ppm/℃至约12ppm/℃的范围内。在一些具体实施例中，cte是确定采用哪种垫片30材料的主要参数。例如，如图5内所示，一旦具有第一cte的第一垫片通过第二粘着剂层(即，图5中的「含1号垫片」线)附接到支撑体，则可使滤光片21的cwts优化为在约-40℃至约85℃的操作温度范围内下为约0.014nm至约-0.018nm。然而，由于滤光片21在低温下的cwts变为正值，而在高温下的cwts也显著相反地变为负值，因此较佳使用具有第二cte(小于第一cte)的第二垫片，以获取特定温度范围内cwts的较平坦趋势(即，图5中的「含2号垫片」线)。通过使用第二垫片而不是第一垫片，可将滤光片21的cwts控制在较佳范围内，并且证明了可通过使用具有与滤光片配合的合适cte的垫片，来调整滤光片21的cwts。
39.在一些具体实施例中，垫片30为中心对称，并且支撑体21的第一侧面22的中心部分没有被垫片30覆盖。例如，如图6a所示，从前视图的角度来看，垫片30可为环形，因此垫片30可在其中心部分具有让光通过的开口31。如图6b和图6c所示，在其他范例中，从前视图的角度来看，垫片30可为正方形或多边形，并且在其中心部分也具有让光通过的开口31。在其他具体实施例中，垫片30的内部形状和外部形状可以不同，例如，如图7a和图7b所示，垫片30的内部形状可为环形，但是垫片30的外部形状可为与支撑体21的边缘对齐的正方形或多边形。此外，通过使用图6a、图6c和图7b所示的中心对称垫片30，则滤光片层24的至少一外围部分(如，滤光片层24的四角部分)可以不被中心对称垫片30覆盖，例如先前在图2中所示的具体实施例。
40.在一些具体实施例中，垫片30可由玻璃陶瓷制成。由于玻璃陶瓷可为透明或不透明，因此在垫片30是透明的情况下，垫片30的中央部分可不具有开口。此外，由透明玻璃陶瓷(transparent glass ceramics，tgcs)制成的垫片30的形状可与支撑体21的侧面相同，并且这种垫片30易于附接到支撑体21。像由金属制成的垫片30一样，由玻璃陶瓷制成的垫片30的cte也在约8ppm/℃至约12ppm/℃的范围内。
41.在其它具体实施例中，垫片30为非中心对称。例如，垫片30可为三角形，并且在其中心部分具有让光通过的开口。在一些具体实施例中，非中心对称垫片用于平衡支撑体21中的应力。更详细而言，由于支撑体21通过第一粘着剂层41而固定在基板上，因此至少支撑体21的下部与第一粘着剂层41接触，并且因此第一粘着剂层41可导致支撑体21内存在应力并影响支撑体21的光学性质。因此，在本揭露的一些具体实施例中，非中心对称垫片是用来平衡前述支撑体21中的应力，因此垫片30的形状是对应于应力源。据此，可将支撑体21的光学性质调整至较佳的状态，例如在约-40℃至约85℃的操作温度范围下，cwts小于约0.01nm。
42.如前所述，第一粘着剂层41用于将支撑体21固定在基板10上方，而第二粘着剂层42用于将垫片30固定在支撑体21的侧面上，或更准确地说，第二粘着剂层42用于固定垫片30并使其与滤光片层24接触。在一些具体实施例中，第一粘着剂层41的材料与第二粘着剂层42的材料相同。在一些具体实施例中，第一粘着剂层41和第二粘着剂层42均包含uv可固化粘着剂或热固化粘着剂。在一些具体实施例中，第一粘着剂层41和第二粘着剂层42均包含环氧树脂。
43.此外，可通过在支撑体21上采用除了第一粘着剂层41和第二粘着剂层42以外的附加粘着剂材料来调整滤光片的cwts。在一些具体实施例中，可在不利用垫片的情况下采用附加粘着剂材料。例如，如图8内所示，在不使用垫片的情况下，第四粘着剂层44可与支撑体
21的上侧部分接触，并且第四粘着剂层44可不与第一粘着剂层41接触。在这种具体实施例中，第四粘着剂层44仅用于调整滤光片的光学性质，并且没有其他组件固定在支撑体21上。一般而言，第四粘着剂层44是置于支撑体21涂覆有滤光片层24的一侧。在一些替代具体实施例中，第四粘着剂层44可置于支撑体21的另一侧。
44.与原始滤光片和仅置于具有第一粘着剂层41的基板上的滤光片的光学性质相比，使用第四粘着剂层44可让cwts在特定温度范围内有更好的稳定性。如前面提到在图5所示的分析，通过第一粘着剂层41固定在基板10上并且在一侧面具有第四粘着剂层44的支撑体21(即，图5中的「含环氧树脂」线)的cwts可具有比原始滤光片(即，图5中的「原始滤光片」线)的cwts和滤光片20置于仅具有第一粘着剂层41的基板10上(即，图5中的「载盘上」线)的cwts为更线性的趋势表现。然而，在低温下使用具有第四粘着剂层44的滤光片20的cwts接近约0.020nm。换句话说，与仅使用第四粘着剂层44相比，使用垫片30的示例可提供更好的光学性质。
45.如图9内所示，在一些具体实施例中，应力平衡机构包含通过第三粘着剂层43置于多个滤光片20上方的覆盖基板12。覆盖基板12也在滤光片层24的顶面上。在这种具体实施例中，第三粘着剂层43的材料与第一粘着剂层41的材料相同，而覆盖基板12可覆盖支撑体21的整个顶面。第三粘着剂层43与支撑体21的顶面接触，并且因此被支撑体21和覆盖基板20夹在中间。覆盖基板12和第三粘着剂层43用来当成应力平衡机构，因为支撑体21中的应力可能由第一粘着剂层41和基板10引起。也就是说，第一粘着剂层41和基板10可自支撑体21的下部分引起应力，因此第三粘着剂层43和覆盖基板12可自反方向引起应力，以补偿或抵消支撑体21的光学性质变化。在一些具体实施例中，覆盖基板12是用于封装或密封光学装置的盖板的一部分。
46.如图10内所示，在一些具体实施例中，滤光片另包含涂覆在支撑体21上的抗反射层25。通常，抗反射层25涂覆在支撑体21的第二侧面23上，其与滤光片层24的位置相反。
47.除如先前在图5所示的cwts变化之外，通过使用提供足够的cte以改善低温下光学性质的垫片30，垫片30和其他应力平衡机构也可减轻pdl。例如，在特定操作温度之下，可将pdl控制为小于约0.1db。如图11所示，在将滤光片20置于基板10上的情况下(即，图11中的「载盘上」线)，在从约-40℃至约40℃的操作温度范围下，pdl相对较高(例如，超过0.1db)。接下来，在将滤光片20置于基板10上并且进一步由第四粘着剂层44侧向覆盖的情况下(即，图11中的「含环氧树脂」线)，可在上述操作温度范围内稍微减轻pdl，但pdl在约-40℃至约15℃的操作温度范围下仍超过0.1db。此外，通过使用由第二粘着剂层42附接到支撑体21的第一侧面22上的第一垫片(即，图11中的「含1号垫片」线)，pdl显著减轻，例如在约-20℃至约85℃的操作温度范围下，pdl小于0.1db。基于此，通过使用由第二粘着剂层42附接到支撑体21的第一侧面22上的第二垫片(即，图11中的「含2号垫片」线)，因为第二垫片具有小于第一垫片的第一cte的第二cte，在约-40℃至约85℃的操作温度范围下，pdl的减轻可进一步改善为小于约0.1db。也就是说，通过使用垫片或其他应力平衡机构，可减轻滤光片20的pdl，并且具有适当与支撑体21配合的特定cte的垫片可更好地减轻pdl。换句话说，垫片30的cte是改善滤光片20的光学性质的关键因素。在一些具体实施例中，垫片的较佳cte在从约8ppm/℃至约12ppm/℃的范围内。
48.本揭露揭示了一种光学装置。总体而言，该光学装置在宽操作温度范围内可出色
地表现出极低的cwts和pdl。cwts和pdl可以通过使用具有cte与光学装置中支撑体配合的垫片，及/或进一步与其他应力平衡机构组合以补偿或抵消由不可避免的应力源所引起的应力，从而被减少或减轻。由于光学装置中滤光片的光学性质得到改善并且对温度不那么敏感，因此光学装置在宽操作温度范围内，尤其是在诸如低于0℃的低温下，可具有稳定的性能。
49.在一个示范态样中，提供一种光学装置。该光学装置包含一基板和多个滤光片。所述这些多个滤光片置于该基板上方。每个滤光片包含一支撑体、一滤光片层和一中心对称垫片。该支撑体具有一第一侧面和与该第一侧面相对的一第二侧面。该滤光片层在该第一侧面上。该垫片通过该第一侧面上的一第二粘着剂层附接到该第一侧面。该中心对称垫片附接到该滤光片层，该滤光片层的至少一外围部分没有被该中心对称垫片覆盖。
50.在另一个示范态样中，提供一种光学装置。该光学装置包含一基板和多个滤光片。所述这些多个滤光片在该基板上方。每个滤光片包含一支撑体、一滤光片层、一垫片和一应力平衡机构。该支撑体具有一第一侧面和与该第一侧面相对的一第二侧面。该滤光片层在该第一侧面上。该垫片附接至该滤光片层。该应力平衡机构附接至该支撑体。
51.在又另一个示范态样中，提供一种光学装置。该光学装置包含一基板和多个滤光片。所述这些多个滤光片置于该基板上方。每个滤光片包含一支撑体、一滤光片层和一垫片。该支撑体具有一第一侧面和与该第一侧面相对的一第二侧面。该滤光片层在该第一侧面上。该垫片附接至该滤光片层。每个滤光片在约-40℃至约85℃的温度范围内具有小于约0.03nm的带通中心波长漂移。
52.上面概述若干具体实施例的结构，使得精通技术人士可更好地理解本揭露的各态样。精通技术人士应理解，他们可轻易地使用本揭露作为设计或修改其他处理和结构的基础，以实现相同目的及/或实现本文所介绍具体实施例的相同优点。精通技术人士也应了解，这样的同等构造不脱离本揭露的精神和范围，并且在不脱离本揭露的精神和范围的情况下，可进行各种改变、替换和变更。
53.符号说明
54.10
ꢀꢀꢀ
基板
55.10a
ꢀꢀ
上表面
56.10b
ꢀꢀ
下表面
57.12
ꢀꢀꢀ
覆盖基板
58.20、201-208 滤光片
59.21
ꢀꢀꢀ
支撑体
60.22
ꢀꢀꢀ
第一侧面
61.23
ꢀꢀꢀ
第二侧面
62.24
ꢀꢀꢀ
滤光片层
63.25
ꢀꢀꢀ
抗反射层
64.30
ꢀꢀꢀ
垫片
65.31
ꢀꢀꢀ
开口
66.41
ꢀꢀꢀ
第一粘着剂层
67.41a
ꢀꢀ
外边缘
68.42
ꢀꢀꢀ
第二粘着剂层
69.43
ꢀꢀꢀ
第三粘着剂层
70.44
ꢀꢀꢀ
第四粘着剂层
71.51
ꢀꢀꢀ
第一阵列
72.52
ꢀꢀ
第二阵列
73.60、600-608 准直仪
74.ab
ꢀꢀꢀ
线段