专利名称：光功率分配器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及到一种光功率分配器，尤其涉及到一种使用光束分离器和光束扩展器的光功率分配器，以及制造这种光功率分配器的方法。
一般来讲，一个光功率分配器是用于在多个区域中分配入射光。光功率分配器能够应用于各种领域如光通信系统或光通路网络，并且是一种用于光通信的基本元件。光功率分配器根据输出端口的数目可以分为1×2,1×4,1×8,…,1×N型，其中N=2m并且m是一个自然数。光通常是用一致的比例输出到每个输出端口。然而，在每个端口的分离比对特殊的目的可以是不同的。如
图1A和1B所示，该光功率分配器是由每个都具有两个输出口以彼此并联再级连形式的连接成Y型分支光波导来扩展的，象一个树枝形。即，图1A所示的1×4类型光功率分配器是由每个都具有两个输出口以彼此串联并联的形式连接3个1×2Y-型分支光波导形成的，而图1B所示的1×8类型光功率分配器是通过以串联并联方式连接7个1×2Y-型分支光波导获得的。
假设光功率分配器是通过上述方式扩展，当输出端口数量增加就需要更多的级连。因此，1×4分支光波导的长度或1×8分支光波导的长度是1×2分支光波导长度的两或三倍。此外，当光功率分配器的长度增加时，光传播的损耗也增加。在此，Y-型分支光波导的长度能够通过增加光波导结构内的分支角度而减少。然而，这种增加分支角度也增加了分支区域的辐射损耗，所以减少分支光波导的长度是有限制的。因此，为了增加分支角度同时又保持辐射损耗最小，一个具有特殊的结构[H.P.Chan andP.S.Chung,Lett.,卷32.652-654页]分支区域已经设计成，并且一个微棱镜结构被插入到分支区域[H/B.Lin.R.S.Cheng and W.S.Wang,IEEEPhton.Technol.Lett.,卷6.825-827页1994]。
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种采用光束分离器和光束扩展器的光功率分配器，以致当光功率分配器输出端口扩展时不产生附加损耗并且不增加光功率分配器的长度。
本发明的另一个目的是提供一种制造光功率分配器的方法。
根据第一个目的的一个方面，这里提供的光功率分配器包括一个具有用来接收入射光的输入端口，以及通过该输入端口引导该入射光的输入光波导；一组具有至少两个输出端口的输出光波导，用来输出通过输入光波导入射的光到输出端口，其中输出光波导的数目等于输出端口的数目以及一位于入射在输入光波导的光朝向输出光波导传送的分支区域的光束分离器，该光束扩展器是由具有折射率低于输入和输出光波导芯的材料构成，用于按预定比例分离到输出光波导的光。
该光功率分配器还包括位于入射在输入光波导的光向着输出光波导发散的分支区域外面的多个光束扩展器，该光束扩展器是由具有折射率高于输入和输出光波导外覆盖区域折射率的材料构成，用来均匀将该光分离到输出端口。
更可取的是，该光束分离器具有三角形状，并且输出到输出端口的光是根据折射率，以及三角形的高和边长以预定比例分离的。
根据第一个目的的另一个方面，这里提供的光功率分配器包括一个具有用来接收入射光的输入端口，以及通过该输入端口引导该入射光的输入光波导；一组具有至少两个输出端口的输出光波导，用来输出通过输入光波导入射的光到输出端口，其中输出光波导的数目等于输出端口的数目；以及位于入射在输入光波导的光朝向输出光波导传送的分支区域外侧附近的多个光束扩展器，光束扩展器是由具有折射率高于输入和输出光波导外覆盖区折射率的材料构成，用于均匀分离该光到输出端口。
该光束分离器最好为三角形状，并且输出到输出端口的光是根据折射率，以及三角形的高和边长以预定比例分离的。
还根据第一个目的的另一个方面，这里提供的1×4光功率分配器包括一个具有用来接收入射光的输入端口，以及通过该输入端口引导该入射光的输入光波导；具有四输出端口，用来将通过输入光波导入射的光输出到输出端口的四个输出光波导；一个位于入射在输入光波导的光向着输出光波导发散的分支区域的上下区域之间的对称点，并具有三角形形状的光束分离器，该光束分离器是由具有折射率低于输入和输出光波导芯的材料构成，用来根据折射率，以及三角形的高和边长以一个预定的比例分离到输出光波导的光；以及位于入射在输入光波导的光朝向输出光波导传送的分支区域外侧附近的多个光束扩展器，光束扩展器是由具有折射率高于输入和输出光波导外覆盖区折射率的材料构成，用来根据折射率，以及三角形的高和边长均匀分离该光到输出端口。
该光束分离器的折射率与输入输出光波导的外覆盖区域的折射率最好是相同的，而光束扩展器的折射率与输入输出光波导芯的折射率是相同的。
四输出光波导之间的分支角度最好是相同的。
设四输出光波导从顶部被称为第一，第二，第三和第四输出光波导，则有一条虚线AA＇平行于输入光波导的宽度并且通过第一和第四输出光波导内侧之间的交叉点b，而一条虚线BB＇平行于输入光波导的宽度并且通过第二和第三输出光波导内侧之间的交叉点c，该光束分离器位于虚线AA＇和虚线BB＇之间分支区域的中心并且该光束分离器具有点c作为底的中心和点b作为三角形等长边之间交叉点的等腰三角形形状。
光束扩展器最好位于虚线AA＇和虚线BB＇之间第一和第四输出光波导外侧附近，具有一个三角形形状，该三角形的一边是虚线BB＇的一部分，而该三角形的一个交叉点在虚线AA＇上。
可以设四输出光波导从顶部被称为第一，第二，第三和第四输出光波导，则有一条虚线AA＇平行于输入光波导的宽度并且通过第一和第四输出光波导内侧之间的交叉点b，而一条虚线BB＇平行于输入光波导的宽度并且通过第二和第三输出光波导内侧之间的交叉点c，该光束分离器位于虚线AA＇和虚线BB＇之间分支区域的上下区域之间对称中心并且该光束分离器具有点b作为三角形等长边之间交叉点，并且高比虚线AA＇和虚线BB＇之间间隔大的等腰三角形形状。
光束扩展器最好位于虚线AA＇和虚线BB＇之间第一和第四输出光波导外侧附近，具有一个三角形形状，三角形的交叉点在虚线AA＇上，并且三角形的高大于虚线AA＇和虚线BB＇之间的间隔。
该光束分离器最好位于虚线AA＇和虚线BB＇之间分支区域的中心并且该光束分离器具有点c作为底的中心和点b作为三角形等长边之间交叉点的等腰三角形形状，并且在虚线BB＇上的第二与第三输出光波导之间的间隔等于三角形光束分离器的底边长度。
根据第二个目的的一个方面，这里提供一种用来制造光功率分配器的方法，该光功率分配器包括一个用来导引入射光的输入光波导，至少两个用来导引通过输入光波导的入射光的输出光波导，一个用来分离入射光的光束分离器，该光束分离器位于入射在输入光波导的光向着输出光波导发散的分支区域并且由比输入输出光波导的芯折射率低的材料组成，以及用来扩展入射光的光束扩展器，该光束扩展器位于入射在输入光波导的光向着输出光波导发散的分支区域外面并且由比输入输出光波导的覆盖层折射率高的材料组成，该方法包括这些步骤(a)在基片上形成一层薄膜作为下覆盖层；(b)在步骤(a)中的薄膜上生长一层薄膜作为芯，其具有比步骤(a)的薄膜较高的折射率；(c)选择地腐蚀步骤(b)的生成物以形成光功率分配器的结构；以及(d)在步骤(c)的生成物上生长一层上覆盖层。
该基片形成的材料最好是从硅(Si)，砷化镓(GaAs)和InP中选取，而下覆盖层，芯以及上覆盖层是由半导体薄膜形成。
更可取的是，该基片是由硅或融化的二氧化硅形成，而下覆盖层，芯以及上覆盖层是由二氧化硅或聚合物形成。
根据第二个目的的另一个方面，这里提供用来制造光功率分配器的方法包括一些步骤(a)在一个铁电基片上形成一层具有折射率高于该铁电体的芯层；(b)腐蚀步骤(a)的生成物来形成光功率分配器的结构；以及(c)在步骤(b)的光波导上形成一个上覆盖层。
还根据第二个目的的另一个方面，这里提供用来制造光功率分配器的方法包括一些步骤(a)通过增加铁电基片结构中预定区域的折射率来在其上形成光波导；和(b)在光波导上形成上覆盖层。
铁电基片最好是LiNbO3或LiTaO3。
该折射率最好是通过一种质子变换方法在铁电基片内用氢离子替换锂离子，或者内扩散一层金属薄膜来增加的。
金属薄膜层最好是一种钛薄膜或者镍薄膜，而上覆盖层是一种二氧化硅薄膜或者氧化铝薄膜。
本发明的目的和优点通过参照附图详细地描述将更加清楚图1A显示一个常规的1×4光功率分配器；图1B显示一个常规的1×8光功率分配器；图2显示根据本发明的第一实施例采用一个扩展的Y-型分支光波导的1×4光功率分配器的基本结构；图3显示一个根据本发明的第二实施例的1×4光功率分配器；图4显示一个根据本发明的第三实施例的1×4光功率分配器；图5A是一个根据本发明显示根据光束分离器和光束扩展器的长度x1与x2的光功率分配比例图；以及图5B是一个根据本发明显示根据光束分离器和光束扩展器的长度x1与x2的附加损耗图。
一个根据本发明的光功率分配器包括一个输入光波导，多个输出光波导，一个光束分离器和多个光束扩展器。该输入光波导包括一个入射和引导入射光的输入端口。输出光波导至少包括两个输出端口并且输出通过输入光波导入射的光到输出端口。
该光束分离器位于三角形分支区域内，在该区内通过输入端口引导的入射光发散到多个输出光波导。该光束分离器是由一种折射率低于输入和输出光波导芯的材料制做，并且输出到输出光波导的光是按照预定的比率分离的。这里，输出到输出端口的光的分离率是根据光束分离器的折射率和三角形基座的高度和边长确定的。
光束扩展器位于三角形分支区域外面。另外，光束扩展器是由一种具有折射率高于输入和输出光波导的外覆盖的材料做的，并且按照预定的比率将入射到输入光波导的光扩展输出到输出端口。这里，输出到输出端口的光的分离比率是根据光束扩展器的折射率和每个三角形基座的高度和边长确定的。
在此，本发明的基本思想将在详细描述光功率分配器之前描述。本发明的基本思想是当通过输入光波导引导该入射光输出到至少两个或更多输出光波导时光的分离率是由光束分离器和光束扩展器控制的。即，当入射到一个输入光波导的光分散到一组输出光波导时，中心光的聚集在入射光分散时能够通过安装具有比分支区域的输入输出光波导芯折射率低的光束分离器来稳定。再者，该光束当其向一组输出光波导分散时能够通过安装具有比靠近分支区域外面的输入输出光波导覆盖区域折射率低的光束扩散器向外分散以代替在中心聚集。因此，无论是光束分离器还是光束扩散器都可以根据输出光波导的数量与输出光波导的折射率来使用。
图2显示根据本发明最佳实施例的1×4光功率分配器的基本结构，它是通过在常规Y-型分支光波导上和下增加两个光波导来得到。
常规Y-型分支光波导(1×2光功率分配器)是通过连接两个等宽的光波导，即，具有分支角θ的第二与第三端口P2和P3到一个具有W宽度的单模直通光波导的aa＇端来获得。再者，另外两个光波导，即，第一与第四端口P1和P4接在Y-型分支光波导第二端口的上面和第三端口的下面，它们之间具有基于端aa’的3θ的分支角度，结果形成4-路分支光波导。在此，相邻光波导间的分支角度等于θ如图2所示。这里，假设有一条虚线AA＇经过附加的第一和第四端口P1和P4内侧之间的点b，它垂直对应于光束传播的方向，而虚线BB＇经过第二和第三端口P2和P3内侧之间的交叉点c，它垂直对应于光束传播的方向。分别称作光束分离器200和光束扩展器210的三角形结构被插在虚线AA＇与BB＇之间的分支区域。
光束分离器200是一个具有底边长度是x1的等腰三角形，它位于分支区域的中心。光束分离器200的折射率等于不属于光波导部分的覆盖区域的折射率。再者，光束扩展器210对称地位于分支区域的两侧，是具有一个边长是X2的三角形形状，并且有等于光波导芯区域折射率的折射率。这就是，光束分离器200与光束扩展器210被安置在具有类似梯形分支区域的结构中，被包含在两条虚线AA＇与BB＇之间沿着一条虚线bc分开，然后被分开的两部分之间的空间按预定分支角度增加。
图3和图4显示图2所示1×4光功率分配器的改动的实例。在此，输出端口在没有改变光功率分配器长度的情况下利用光束分离器和光束扩展器来扩展。图3的例子除了光束分离器300和光束扩展器310沿着光束传输方向延长超过虚线BB＇外具有图2所示光功率分配器相同的结构。再者，图3中修改的光功率分配器依据图2光功率分配器相同工作原理工作。然而，在图3中修改的光功率分配器中，在每个端口之间形成的楔形尖端数量通过消除第二和第三端口P2和P3之间交叉点而减少，所以该光功率分配器容易制造。图4显示不同于图2光功率分配器的另一个光功率分配器。根据图4光功率分配器的结构，第二和第三端口P2和P3被岔开为一个光束分离器400的长度X1，以致于楔形尖端数量减少，因此提供有如图3结构的同样优点。
下面描述图2中1×4光功率分配器的工作。首先，如果没有光束分离器和光束扩展器，通过输入端口入射的光在具有小分支角度的内输出端口(第二和第三端口P2和P3)聚集。因此，由于根据本发明光功率分配器的对称结构，内输出端口(第二和第三端口P2和P3)比较外输出端口(第一和第四端口P1和P4)有强的光密度。然而，具有底边长度X1的光束分离器和具有一个边长X2的光束扩展器在四个输出端口P1,P2,P3和P4之间平均地分割入射光。更详细地说，光束分离器200在分支点平均地分离入射光到第二和第三端口P2和P3，而光束扩展器210向外扩散分离后的入射光是为了避免该分离的入射光在输出端口(第二和第三端口P2和P3)内聚集。结果，入射光均匀地通过内与外输出端口输出。光束分离器和光束扩展器适当的每边长度X1和X2根据波导光引导模式的大小和分支角度而变化。如果分支角度小，均匀输出特性能够用光束分离器或光束扩展器来获得。
为了设计具有图2结构的1×4光功率分配器，用2-维有限差分光束传播方法分析一个光波导器件。为了数值模拟，参数设置如下光波导通道的宽度W是6μm，分支角度θ是1°，覆盖层和芯的有效折射率Nc1和Nc分别是1.5248和1.5276。根据每个光束分离器和光束扩展器的长度X1和X2，输出到每个外(第一和第四端口P1和P4)和内(第二和第三端口P2和P3)输出端口的光功率被表示为图5A中的对数分散比，其通过10×Log10(P1.4/P2.3)获得。如图5A所示，当光束分离器和光束扩展器的长度X1和X2合适时，光能够均匀地输出到每个输出端口。再者，为了特殊目的基于数值模拟的结果，输出光功率可以设置到一个预定值。图5B显示根据光束分离器和光束扩展器的长度X1和X2的附加损耗，描述为由10×Log10(P1+P2+P3+P4)获得的对数值(单位dB)。如图5B中所示，光束扩展器的长度X2越短，附加损耗越小。还有，对于均匀输出的光，根据上述光束分离器和光束扩展器的长度范围该附加损耗相对地减少到-0.09至-0.17dB的范围。
接下来，将根据本发明描述制造光功率分配器的一种方法。该光功率分配器可以用各种方法各种材料形成。首先，半导体如硅(Si)，砷化镓(GaAs)或者InP都能够用作光波导基片的材料。一种半导体薄膜用作下覆盖层形成在半导体基片上，而后一种具有稍微高折射率的半导体薄膜作为芯在其上生长。然后，在经过湿或干刻蚀形成了光功率分配器的结构后，一种半导体薄膜作为上覆盖层在其上生长，最后产生一个光功率分配器。
再者，铁电如LiNbO3或者LiTaO3可以用作基片的材料。当使用这种铁电材料时，基片本身可以作为一个下覆盖层不再在基片上形成下覆盖层。光波导是通过在基片整个表面形成一个具有比基片折射率高的芯而后用湿或干腐蚀合成结构而获得。然而，一种通过在将作为光波导的基片的一部分增加折射率用于制造光波导是较好的方法。例如，一种通过在铁电基片内用氢离子替换锂离子增加折射率的质子变换方法，或者经过一层如钛(Ti)或镍(Ni)金属薄膜的内扩散来增加折射率的一种方法。用这种方法制造的光波导具有坡度系数纵剖面而不是用先前方法制造的半导体光波导具有阶梯系数剖面。在形成光波导后，空气可以被用作上覆盖层而不在芯上形成上覆盖层。然而，对于特殊的目的，二氧化硅(SiO2)或氧化铝(Al2O3)薄膜可以用作上覆盖层。
再者，另一个光功率分配器可以采用一些在二氧化硅或混合二氧化硅基片上形成二氧化硅或聚合物薄膜来制造。这种制造方法类似于用半导体基片制造光功率分配器的方法。即，首先下覆盖层形成在一个基片上，而后具有高于覆盖层折射率的芯层。芯层被选择地腐蚀要成为光功率分配器剩余物，然后一个上覆盖层形成在合成结构上，结果形成一个光功率分配器。
在根据本发明的这个光功率分配器和制造方法中，光功率分配器的长度被减少。当扩展一个1×2光功率分配器到一个1×4光功率分配器时，Y-型分支光波导应该用常规方法以2级串联方式连接同时本发明的方法仅仅扩展一个1×2分支光波导来获得1×4光功率分配器。因此，根据本发明的1×4光功率分配器的长度只达到常规1×4光功率分配器的50％。
这就是，不象常规1×4光功率分配器的方法通过串联和并联连接1×2光功率分配器而得，本发明的1×4光功率分配器用在1×2光功率分配器的外边加两个光波导制造。所以，本发明的1×4光功率分配器的长度比常规1×4光功率分配器的短。如果一个1×N光功率分配器是通过把1×4光功率分配器作为单元分离器以串联和并联连接形成，该1×N光功率分配器能够明显地减少。例如，一个1×16光功率分配器能够根据本发明简单地通过用5个1×4光功率分配器两级串联和并联连接制造。同时，十五个1×2光功率分配器在常规方法中必须是四级串联和并联的连接，因此复杂了最终光功率分配器和增加了长度。
第二，插入损耗(传播损耗和辐射损耗)能够降低。因为根据本发明的光功率分配器是短的，所以当通过光波导时光的传播损耗比常规光功率分配器小。还有，分支区域数量和分支点的减少，所以减少了发射损耗。这就是，因为传输损耗发生在光通过光波导时，而在分支点辐射损耗小，所以光功率分配器的全部插入损耗减少。当光经过Y-型分支光波导的一个分支点时，不期望的方式耦合发生在分支点，所以光部分地辐射，因此使得光损耗。假设制造一个1×4光功率分配器，对于1×4光功率分配器常规方法使得在输入输出端口之间路径有两个分支点而根据本发明的1×4光功率分配器仅有一个分支点。所以，辐射损耗较常规光功率分配器减少。
第三，对于特殊用处的光功率分配器，在输出端口内和外之间提供不同的分离比，能够容易地通过控制光束分离器和光束扩展器的长度来设计。即，在根据本发明具有光束分离器和光束扩展器的1×4光功率分配器中，光功率的分离比能够通过控制光束分离器和光束扩展器的尺寸根据分离器的目的合适地调节，因此该光功率分配器有广泛的应用。
第四，制造该光功率分配器的成本能够减少。因为根据本发明的光功率分配器比常规的短，许多分离器可以集成在同一个基片上，所以减少制造成本。一般来讲，需要关注是光发散的分支区域里没有误差。根据本发明的光功率分配器仅有一个比常规还少的分支区域，所以根据本发明的光功率分配器不太受可能发生在制造过程中的灰尘或薄膜不纯等缺点的影响。因此，象光波导器件的质量一样产量也能够增加，所以降低了制造成本。
权利要求
1．一个光功率分配器包括；一个具有用来接收入射光的输入端口，以及通过该输入端口引导该入射光的输入光波导；一组具有至少两个输出端口的输出光波导，用来输出通过输入光波导入射的光到输出端口，其中输出光波导的数目等于输出端口的数目；以及一位于入射在输入光波导的光朝向输出光波导传送的分支区域的光束分离器，该光束扩展器是由具有折射率低于输入和输出光波导芯的材料构成，用于按预定比例分离到输出光波导的光。
2．根据权利要求1中所述的光功率分配器，还包括位于入射在输入光波导的光向着输出光波导发散的分支区域外面的多个光束扩展器，该光束扩展器是由具有折射率高于输入和输出光波导外覆盖区域折射率的材料构成，用来均匀将该光分离到输出端口。
3．根据权利要求1中所述的光功率分配器，其特征在于光束分离器具有三角形状，并且输出到输出端口的光是根据折射率，以及三角形的高和边长以预定比例分离的。
4．根据权利要求2中所述的光功率分配器，其特征在于光束分离器具有三角形状，并且输出到输出端口的光是根据折射率，以及三角形的高和边长以预定比例分离的。
5．一种光功率分配器包括；一个具有用来接收入射光的输入端口，以及通过该输入端口引导该入射光的输入光波导；一组具有至少两个输出端口的输出光波导，用来输出通过输入光波导入射的光到输出端口，其中输出光波导的数目等于输出端口的数目；以及位于入射在输入光波导的光朝向输出光波导发散的分支区域外侧附近的多个光束扩展器，光束扩展器是由具有折射率高于输入和输出光波导外覆盖区折射率的材料构成，用于均匀分离该光到输出端口。
6．根据权利要求5中所述的光功率分配器，其特征在于光束分离器具有三角形状，并且输出到输出端口的光是根据折射率，以及三角形的高和边长以预定比例分离的。
7．一种1×4光功率分配器，其特征在于包括一个具有用来接收入射光的输入端口，以及通过该输入端口引导该入射光的输入光波导；具有四输出端口，用来将通过输入光波导入射的光输出到输出端口的四个输出光波导；一个位于入射在输入光波导的光向着输出光波导发散的分支区域的上下区域之间的对称点，并具有三角形形状的光束分离器，该光束分离器是由具有折射率低于输入和输出光波导芯的材料构成，用来根据折射率，以及三角形的高和边长以一个预定的比例分离到输出光波导的光；以及位于入射在输入光波导的光朝向输出光波导传送的分支区域外侧附近的多个光束扩展器，光束扩展器是由具有折射率高于输入和输出光波导外覆盖区折射率的材料构成，用来根据折射率，以及三角形的高和边长均匀分离该光到输出端口。
8．根据权利要求7中所述的1×4光功率分配器，其特征在于该光束分离器的折射率与输入和输出光波导的外覆盖区域的折射率是相同的，而光束扩展器的折射率与输入和输出光波导芯的折射率是相同的。
9．根据权利要求7中所述的1×4光功率分配器，其特征在于四输出光波导之间的分支角度是相同的。
10．根据权利要求9中所述的1×4光功率分配器，其特征在于设四输出光波导从顶部被称为第一，第二，第三和第四输出光波导，则有一条虚线AA＇平行于输入光波导的宽度并且通过第一和第四输出光波导内侧之间的交叉点b，而一条虚线BB＇平行于输入光波导的宽度并且通过第二和第三输出光波导内侧之间的交叉点c，该光束分离器位于虚线AA＇和虚线BB＇之间分支区域的中心，并且该光束分离器具有点c作为底的中心和点b作为三角形等长边之间交叉点的等腰三角形形状。
11．根据权利要求10中所述的1×4光功率分配器，其特征在于光束扩展器位于虚线AA＇和虚线BB＇之间第一和第四输出光波导外侧附近，具有一个三角形形状，该三角形的一边是虚线BB＇的一部分，而该三角形的一个交叉点在虚线AA＇上。
12．根据权利要求9中所述的1×4光功率分配器，其特征在于设四输出光波导从顶部被称为第一，第二，第三和第四输出光波导，则有一条虚线AA＇平行于输入光波导的宽度并且通过第一和第四输出光波导内侧之间的交叉点b，而一条虚线BB＇平行于输入光波导的宽度并且通过第二和第三输出光波导内侧之间的交叉点c，该光束分离器位于虚线AA＇和虚线BB＇之间分支区域的上下区域之间对称中心，并且该光束分离器具有点b作为三角形等长边之间交叉点，并且高比虚线AA＇和虚线BB＇之间间隔大的等腰三角形形状。
13．根据权利要求12中所述的1×4光功率分配器，其特征在于光束扩展器位于虚线AA＇和虚线BB＇之间第一和第四输出光波导外侧附近，具有一个三角形形状，三角形的交叉点在虚线AA＇上，并且三角形的高大于虚线AA＇和虚线BB＇之间的间隔。
14．根据权利要求8中所述的1×4光功率分配器，其特征在于设四输出光波导从顶部被称为第一，第二，第三和第四输出光波导，则有一条虚线AA＇平行于输入光波导的宽度并且通过第一和第四输出光波导内侧之间的交叉点b，而一条虚线BB＇平行于输入光波导的宽度并且通过第二和第三输出光波导内侧之间的交叉点c，其中光束分离器位于虚线AA＇和虚线BB＇之间分支区域的中心，并且该光束分离器具有点c作为底的中心和点b作为三角形等长边之间交叉点的等腰三角形形状，在虚线BB＇上第二和第三输出光波导之间的间隔等于三角形光束分离器底边的长度。
15．一种用来制造光功率分配器的方法，该光功率分配器包括一个用来导引入射光的输入光波导，至少两个用来导引通过输入光波导的入射光的输出光波导，一个用来分离入射光的光束分离器，该光束分离器位于入射在输入光波导的光向着输出光波导发散的分支区域并且由比输入输出光波导的芯折射率低的材料组成，以及用来扩展入射光的光束扩展器，该光束扩展器位于入射在输入光波导的光向着输出光波导发散的分支区域外面并且由比输入输出光波导的覆盖层折射率高的材料组成，该方法包括这些步骤(a)在基片上形成一层薄膜作为下覆盖层；(b)在步骤(a)中的薄膜上生长一层薄膜作为芯，其具有比步骤(a)的薄膜较高的折射率；(c)选择地腐蚀步骤(b)的生成物以形成光功率分配器的结构；以及(d)在步骤(c)的生成物上生长一层上覆盖层。
16．根据权利要求15中所述的方法，其特征在于基片是由从硅Si，砷化镓GaAs和InP中选取的材料构成，下覆盖层，芯以及上覆盖层是由半导体薄膜形成。
17．根据权利要求15中所述的方法，其特征在于基片是由硅或融化的二氧化硅形成，而下覆盖层，芯以及上覆盖层是由二氧化硅形成。
18．根据权利要求15中所述的方法，其特征在于基片是由硅或融化的二氧化硅形成，而下覆盖层，芯以及上覆盖层是由聚合物形成。
19．一种用来制造光功率分配器的方法，该光功率分配器包括一个用来导引入射光的输入光波导，至少两个用来导引通过输入光波导的入射光的输出光波导，一个用来分离入射光的光束分离器，该光束分离器位于入射在输入光波导的光向着输出光波导发散的分支区域并且由比输入输出光波导的芯折射率低的材料组成，以及用来扩展入射光的光束扩展器，该光束扩展器位于入射在输入光波导的光向着输出光波导发散的分支区域外面并且由比输入输出光波导的覆盖层折射率高的材料组成，该方法包括这些步骤(a)在一个铁电基片上形成一层折射率高于该铁电体的芯层；(b)腐蚀步骤(a)的生成物来形成光功率分配器的结构；以及(c)在步骤(b)形成的光波导上形成一个上覆盖层
20．根据权利要求19中所述的方法，其特征在于铁电基片由LiNbO3或LiTaO3形成。
21．一种用来制造光功率分配器的方法，该光功率分配器包括一个用来导引入射光的输入光波导，至少两个用来导引通过输入光波导的入射光的输出光波导，一个用来分离入射光的光束分离器，该光束分离器位于入射在输入光波导的光向着输出光波导发散的分支区域并且是由比输入输出光波导的芯折射率低的材料组成，以及用来扩展入射光的光束扩展器，该光束扩展器位于入射在输入光波导的光向着输出光波导发散的分支区域外面并且是由比输入输出光波导的覆盖层折射率高的材料组成，该方法包括这些步骤(a)通过增加铁电基片结构中预定区域的折射率来在其上形成光波导；和(b)在光波导上形成上覆盖层。
22．根据权利要求21中所述的方法，其特征在于铁电体是LiNbO3或LiTaO3。
23．根据权利要求22中所述的方法，其特征在于折射率是通过一种质子变换方法在铁电基片内用氢离子替换锂离子增加的。
24．根据权利要求22中所述的方法，其特征在于折射率是通过内扩散一层金属薄膜增加的。
25．根据权利要求22中所述的方法，其特征在于该金属薄膜是钛薄膜或者镍薄膜。
26．根据权利要求21中所述的方法，其特征在于上覆盖层是二氧化硅薄膜或者氧化铝薄膜。
全文摘要
一种采用光束分离器和光束扩展器的光功率分配器和制造方法。该光功率分配器包括一个具有输入端口的输入光波导,一组具有至少两个输出端口的输出光波导,其中输出光波导的数目等于输出端口的数目,以及一个光束扩展器,该光束扩展器是由折射率高于输入和输出光波导外覆盖的材料构成,用预定比例分离该光到输出光波导。因此,该光功率分配器的长度变得较短并且插入损耗能够降低。不同的光功率分配器,可提供不同的分离比。
文档编号G02B6/12GK1218913SQ9812445
公开日1999年6月9日 申请日期1998年11月5日 优先权日1997年11月5日
发明者申相永, 宋炫采, 李相润, 张祐赫 申请人:三星电子株式会社