专利名称：平面光波导组件及其与光纤数组的对准方法
技术领域：
本发明是关于一种平面光波导组件及其与光纤数组的对准方法；尤其关于一种具对准结构的平面光波导组件及其与光纤数组于耦接过程中的对准方法。
背景技术：
光通讯技术的发展主要是以高频宽、低传输损失及不受电磁干扰等特性为基础。由于一具分/合光、光学切换(optical switch)等功能的平面光波导组件是利用半导体技术在硅基板上所制作而成，因此与光纤材质的兼容性高，如今已被广泛用来作为主要的光通讯组件。
一般而言，一平面光波导组件是与至少一光纤数组耦接。图1是一示意图，显示一公知完成耦接的平面光波导组件及一光纤数组的主要架构。如图1所示，平面光波导组件1的基板3上形成有多条波导线路2，这些波导线路2主要是借由光罩图案设计(未显示)，利用显影、蚀刻等步骤所形成。另一方面，光纤数组4是由固接于一光纤连接座(connector)5上的多条光纤6所组成。在平面波导组件1与光纤数组4的耦接过程中，首先，透过波导线路2的导入端8将一光源7所发射的光波导入整个波导线路2，而让光波通过耦接区9后进入各个对应的光纤6，其次，利用一光功率传感器(power meter)10来接收这些光波，而借由所接收的光波的功率大小来调整耦接区9内各波导线路2与相对应的光纤6的耦接位置，最后，当所接收的光波的功率到达一最大值时，即表示各波导线路2与相对应的光纤6已对准，而可将耦接位置固定。由于波导线路2的核心层(core)折射率较披覆层(cladding)的折射率高，因此光会被局限于波导内传输，而进一步利用光程长度(opticallength)的不同或是核心层截面形状的不同，可制作出各式各样的平面光波导线路，如图2A至图2D所示。
承上所述，由于一公知平面光波导组件与光纤数组的耦接位置对准是依靠光功率传感器对于波导线路及光纤数组的耦合功率来判断，因此此一对准常会受平面光波导线路图案设计的影响，对于耦接位置的调整实增添不少的困难度。举例而言，平面光波导线路图案的曲线变化复杂多样，往往让光波通过波导线路后的功率减弱许多，不但影响光功率传感器的接收效果，也让一最大耦合功率值的搜寻变得更加困难。而此一问题后续将造成平面波导组件与光纤数组在组装(assembly)上的困难。
因此，为了让一平面光波导组件与一光纤数组在对准上能够更为便利，乃至于能够提升耦接的速度，本发明意欲提出一种用以对准平面光波导组件与光纤数组的有效方法。
发明内容
为解决上述一平面光波导组件与一光纤数组在耦接时的对准问题，本发明的第一目的在于提出一种平面光波导组件，此一平面光波导组件具有对准结构，可快速而准确地与一光纤数组对准进而耦接。
本发明的第二目的在于提出一种平面光波导组件与光纤数组的对准方法，此方法不会受平面光波导线路图案设计的影响，从而使平面光波导组件与一光纤数组在对准上能够更为便利，乃至于能够提高耦接的速度。
依本发明第一实施方案所提供的一种平面光波导组件，包含多条波导线路及二条直波导线路，分别形成于所述波导线路两侧，所述直波导线路的耦接端与所述波导线路的耦接端是平行且位于同一平面上；其中所述直波导线路与所述波导线路的核心层尺寸及折射率相同。在一实施例中，所述波导线路的耦接端是所述波导线路的导入端。另一实施例中，所述波导线路的耦接端是所述波导线路的导出端。
依本发明第一实施方案所提供的一种平面光波导组件，更与一光纤数组耦接，该光纤数组包含多条传输光纤；及二条对准光纤，分别配置于所述传输光纤的两侧，其耦接端与所述传输光纤的耦接端是平行且位于同一平面上；其中，各个所述直波导线路的耦接端是分别与所述对准光纤的对应耦接端相接合，且各个所述波导线路的耦接端分别与所述传输光纤的对应耦接端相接合。
在一实施例中，所述波导线路的耦接端是所述波导线路的导入端。另一实施例中，所述波导线路的耦接端是所述波导线路的导出端。
依本发明第二实施方案所提供的平面光波导组件与光纤数组的对准方法，包含下列步骤提供该平面光波导组件，其上形成有多条波导线路及至少二条分别形成于所述波导线路两侧的直波导线路，所述直波导线路的耦接端与所述波导线路的耦接端平行且位于同一平面上；提供该光纤数组，其是由多条传输光纤及至少二条对准光纤组成，所述对准光纤与所述传输光纤的耦接端是平行且位于同一平面上且所述对准光纤的耦接端相对于相邻的所述传输光纤的耦接端的位置系相同于所述直波导线路的耦接端相对于相邻的所述波导线路的耦接端的位置；将该平面光波导组件与该光纤数组相对，所述直波导线路的耦接端分别面向所述对准光纤的耦接端；分别设置光功率传感器于所述直波导线路的末端，且分别导入光波至所述对准光纤，使光波通过所述直波导线路后为所述光学功率传感器所接收；以及调整该光纤数组与该平面光波导组件的耦接位置，使所侦测的光的功率值为最大。
在一实施例中，所述直波导线路与所述波导线路的核心尺寸及折射率相同。此外，所述波导线路及所述直波导线路的设计是在一半导体工艺的光罩制作中同时进行。
本发明的优点在于平面光波导组件与光纤数组在对准上能够更为便利，乃至于能够提高两者耦接的速度。
图1是一示意图，显示一公知完成耦接的平面光波导组件及一光纤数组的主要架构；图2A是一示意图，显示公知的平面光波导线路图案；图2B是一示意图，显示公知的平面光波导线路图案；图2C是一示意图，显示公知的平面光波导线路图案；图2D是一示意图，显示公知的平面光波导线路图案；图3是一上视图，显示本发明实施例一的平面光波导组件及光纤数组的主要架构；图4是一流程图，显示本发明实施例一的平面光波导组件与光纤数组的对准方法步骤；
图5是一上视图，显示本发明实施例二的平面光波导组件及光纤数组的主要架构；图6是一流程图，显示本发明实施例二的平面光波导组件与传输用光纤数组的对准方法步骤；及图7是一示意图，描绘本发明的平面波导组件与光纤数组对准剖面。
组件符号说明1、31、51平面光波导组件2、32、52波导线路3、33、53基板4、39、59、70光纤数组5、38、58、72光纤连接座6光纤7、43、44光源8、34、54导入端9、45、65、66耦接区10、46、47、75、76光功率传感器35、55导出端36a、36b、56a、56b直波导37a、37b、57a、57b、57c、57d耦接端40a、40b、60a、60b、73a、73b对准光纤41a、41b、61a、61b、74a、74b对准光纤的耦接端42、62、71光纤数组的耦接端401～404本发明实施例一的平面光波导组件与光纤数组的对准方法步骤601～604本发明实施例二的平面光波导组件与光纤数组的对准方法步骤具体实施方式
本发明的主要内容是在一具有任意形式波导线路的平面光波导组件的光罩制作阶段中加入两个或两个以上的直波导设计，此等直波导与主要波导线路的核心尺寸(包括高度及宽度)及折射率均相同。由于直波导的加入主要是在光罩制作阶段中进行，因此在半导体工艺中并不会对其余步骤有所影响。进一步地，该直波导可利用来进行平面光波导组件与一光纤数组耦接时的对准。以下将以实施例来详细说明本发明的平面光波导组件的特点及其与一光纤数组的对准方法。
图3是一上视图，显示本发明实施例一的平面光波导组件及光纤数组的主要架构。本实施例的平面光波导组件31具有下述特点第一、波导线路32是形成在一基板33上，而此一波导线路32的导入端34及导出端35均位于同一侧，亦即此平面光波导组件31为一单边形式；第二、波导线路32的两侧更形成二直波导36a及36b，直波导36a及36b与波导线路32的核心层尺寸(包括高度及宽度)与折射率相同；第三、直波导36a及36b的耦接端37a及37b与波导线路32的导出端35平行且相邻端之间距(space)相同。另一方面，本实施例的光纤数组39是由一光纤连接座38所固接，此外，光纤连接座38更配置了二对准用(aligning)光纤40a及40b，二对准用光纤40a及40b的耦接端41a及41b与相邻的光纤数组39的耦接端42的间距配置成与直波导36a及36b的耦接端37a及37b与相邻的波导线路32的导出端35的间距相同。
因此，在本实施例中，当平面光波导组件31与光纤数组39耦接时，波导线路32的各个导出端35对应至光纤数组39的各个耦接端42，而直波导36a及36b的耦接端37a及37b分别对应至对准用光纤40a及40b的耦接端41a及41b。如此一来，只要能够完成直波导36a及36b的耦接端37a及37b与对准用光纤40a及40b的耦接端41a及41b的对准(alignment)，便能够同时自动地完成波导线路32的各个导出端35与光纤数组39的各耦接端42的对准。图4是一流程图，简单说明本实施例的平面光波导组件31与光纤数组39的对准方法步骤，以下为各个步骤的详细说明。
步骤401提供平面光波导组件31及光纤数组39；步骤402耦接平面光波导组件31及光纤数组39，俾二直波导36a及36b的二耦接端37a及37b分别面向二对准用光纤40a及40b的二耦接端41a及41b；
步骤403分别自光源43及44导入二光波至二对准用光纤40a及40b，俾光波通过耦接区45及二直波导36a及36b后分别为二光功率传感器46及47接收。
步骤404调整平面光波导组件31与光纤数组39的位置，当二光功率传感器46及47所接收到的光功率为最大值时，将平面光波导组件31与光纤数组39的位置固定。
需注意的是，只要利用本实施例中基板上所形成的直波导36a来进行对准的目的可以达到，则直波导36a及36b的耦接端37a及37b与相邻的波导线路32导出端35之间的间距不一定要和各个导出端35之间的间距相同。在此情况下，对准光纤40a及40b的耦接端41a及41b与相邻的光纤数组39的耦接端42的配置间距亦必须随之改变，俾耦接端41a及41b分别与直波导36a及36b的耦接端37a及37b相接合，且光纤数组39的各个耦接端42分别与波导线路32的各个导出端35相接合。另外，所形成的直波导数目以及对应的对准光纤的数目亦不限定为二个，而导入端及导出端亦可位于不同侧，波导线路图案可为任意形式。
图5是一上视图，显示本发明实施例二的平面光波导组件及光纤数组的主要架构。本实施例的平面光波导组件51的基板53上所形成的波导线路52的导入端54及导出端55是位于不同边，亦即此一平面光波导组件51为一双边形式。除此之外，平面光波导组件51的特点是相同于实施例一中的平面光波导组件31，不再赘述。另一方面，本实施例的光纤数组59及70的特点是相同于实施例一中的光纤数组39，不再赘述。
在本实施例中，当平面光波导组件51与二光纤数组59及70耦接时，波导线路52的各个导入端54是对应至光纤数组59的各个耦接端62，而波导线路52的各个导出端55是对应至另一光纤数组70的各个耦接端71；此外，直波导56a及56b的耦接端57a及57b是分别对应至对准用光纤60a及60b的耦接端61a及61b，且直波导56a及56b的耦接端57c及57d是分别对应至对准用光纤73a及73b的耦接端74a及74b。如此一来，只要能够完成耦接端57a、57b、57c及57d与耦接端61a、61b、74a及74b的对准，便能够同时自动地完成波导线路32的各个导入端54及导出端55与光纤数组59的各耦接端62及光纤数组70的各耦接端71的对准。图6是一流程图，显示本实施例的平面光波导组件51与光纤数组59及70的对准方法步骤，以下为各个步骤的详细说明。
步骤601提供平面光波导组件51及光纤数组59及70；步骤602耦接平面光波导组件51及光纤数组59及70，俾二直波导56a及56b的四耦接端57a、57b、57c及57d分别面向四对准用光纤60a、60b、73a及73b的四耦接端61a、61b、74a及74b；步骤603分别自光源63及64导入二光波至对准用光纤60a及60b，且让光波通过耦接区65、二直波导56a及56b、耦接区66及二对准用光纤73a及73b后分别由二光功率传感器75及76接收。
步骤604调整平面光波导组件51与光纤数组59及70的位置，当二光功率传感器75及76所接收到的光功率为最大值时，将平面光波导组件51与光纤数组59及70的位置固定。
需注意的是，只要本实施例中基板上所形成的直波导56a及56b与波导线路52位于同一平面上，则直波导56a及56b的耦接端57a及57b与相邻的波导线路52导入端54之间的间距不一定要和各个导入端54之间的间距相同，同理，直波导56a及56b的耦接端57c及57d与相邻的波导线路52导出端55之间的间距亦不一定要和各个导出端55之间的间距相同。在此情况下，对准光纤60a及60b的耦接端61a及61b与相邻的光纤数组59的耦接端62的配置间距亦必须随的改变，俾耦接端61a及61b分别与直波导56a及56b的耦接端57a及57b相接合，且光纤数组59的各个耦接端62分别与波导线路52的各个导入端54相接合，而对准光纤73a及73b的耦接端74a及74b与相邻的光纤数组70的耦接端71的配置间距亦必须随的改变，使耦接端74a及74b分别与直波导56a及56b的耦接端57c及57d相接合，且光纤数组70的各个耦接端71分别与波导线路52的各个导出端55相接合。另外，所形成的直波导数目以及对应的对准光纤的数目亦不限定为二个，而导入端及导出端的数目亦可不相同，波导线路图案可为任意形式。
图7是一示意图，显示本发明的平面波导组件与光纤数组于对准情形下的剖面。如图7所示，由于平面波导组件是以半导体工艺所制作而成，因此所有的波导信道均位于同一平面上。就此而言，当两端的对准用光纤1及2分别与直波导1及2对准时，主要的光纤数组及波导线路就会自动对位。
综上所述，本发明已利用实际例子以及借由各个实施例来详加描述。然而，本领域技术人员应当了解的是，本发明的各个实施例在此仅为例示性，而非为限制性，即，在不脱离本发明实质精神及范围之内，上述所述及的各项组件或各个方法步骤的变化例及修正例均为本发明所涵盖。举例而言，本发明的平面光波导组件中的波导线路可为任何图案形式的波导线路。因此，本发明是由权利要求的保护范围所加以界定的。
权利要求
1.一种平面光波导组件，包含多条波导线路；及二条直波导线路，分别形成于所述波导线路两侧，所述直波导线路的耦接端与所述波导线路的耦接端是平行且位于同一平面上。
2.如权利要求1所述的平面光波导组件，其特征在于所述波导线路的耦接端是所述波导线路的导入端。
3.如权利要求1所述的平面光波导组件，其特征在于所述波导线路的耦接端是所述波导线路的导出端。
4.如权利要求1所述的平面光波导组件，其特征在于所述直波导线路与所述波导线路的核心层尺寸及折射率相同。
5.如权利要求1所述的平面光波导组件，其特征在于还与一光纤数组耦接，该光纤数组包含多条传输光纤；及二条对准光纤，分别配置于所述传输光纤的两侧，其耦接端与所述传输光纤的耦接端是平行且位于同一平面上；其中，各个所述直波导线路的耦接端分别与所述对准光纤的对应耦接端相接合，且各个所述波导线路的耦接端分别与所述传输光纤的对应耦接端相接合。
6.如权利要求5所述的平面光波导组件，其特征在于所述对准光纤的耦接端与相邻的所述传输光纤的耦接端的间距与所述直波导线路的耦接端与相邻的所述波导线路的耦接端的间距相同。
7.如权利要求5所述的平面光波导组件，其特征在于所述波导线路的耦接端是导入端。
8.如权利要求5所述的平面光波导组件，其特征在于所述波导线路的耦接端是导出端。
9.一种平面光波导组件与光纤数组的对准方法，其特征在于包含下列步骤提供该平面光波导组件，其上形成有多条波导线路及至少二条分别形成于所述波导线路两侧的直波导线路，所述直波导线路的耦接端与所述波导线路的耦接端平行且位于同一平面上；提供该光纤数组，其是由多条传输光纤及至少二条对准光纤组成，所述对准光纤与所述传输光纤的耦接端是平行且位于同一平面上且所述对准光纤的耦接端与相邻的所述传输光纤的耦接端的间距是相同于所述直波导线路的耦接端与相邻的所述波导线路的耦接端的间距；将该平面光波导组件与该光纤数组相对，使所述直波导线路的耦接端分别面向所述对准光纤的耦接端；分别设置光功率传感器于所述直波导线路的末端，且分别导入光波至所述对准光纤，使光波通过所述直波导线路后为所述光学功率传感器所接收；以及调整该光纤数组与该平面光波导组件的耦接位置，使所侦测的光的功率值为最大。
10.如权利要求9所述的平面光波导组件与光纤数组的对准方法，其特征在于所述直波导线路与所述波导线路的核心尺寸及折射率相同。
11.如权利要求9所述的平面光波导组件与光纤数组的对准方法，其特征在于所述波导线路及所述直波导线路的设计是在一半导体工艺的光罩制作中同时进行。
全文摘要
本发明披露一种平面光波导组件，其包含多条波导线路及两个分别形成于所述波导线路两侧的直波导线路，直波导线路的耦接端与波导线路的耦接端是平行且位于同一平面上。本发明的平面光波导组件更可与至少一光纤数组耦接，而利用上述的直波导线路可让平面光波导组件与该光纤数组于耦接时的对准更加方便、有效及快速。
文档编号G02B6/12GK1510448SQ02159309
公开日2004年7月7日 申请日期2002年12月26日 优先权日2002年12月26日
发明者黄郁湘 申请人:台达电子工业股份有限公司