专利名称：用于波导间自由空间光传播的光学部件的制作方法
技术领域：
本发明的领域涉及光学部件。特别的是，在此公开的用于波导间自由空间光传播的反射和/或透射光学部件。
背景技术：
平面型光波导适合用于通讯和其他领域的多种光学设备。除平面型波导，平面型波导基层还同时包括(通过在其上面制造和/或在其上面放置的)用于基层上的光学部件/设备的放置的调整/支持构件；用于基层上的光纤和/或光纤锥的定位的V形槽和/或其他调整/支持构件；补偿器，光栅，滤光片，和/或其他光学元件/设备；使电子进入基层上的有源设备的电子接触件和/或通道；和/或其他适当的部件。反射和/或透射的光学元件包括，但不限于，镜子，波束分裂器，波束合并器，滤光片，透镜等，这些在此公开的元件是用于和一个或多个平面型光波导一起使用，以及用于自由空间的光传播和/或它们之间的端耦合。
发明内容
一种光学部件包括一个水平组件，这个组件具有从水平组件中凸出的两个侧壁和一个完全透明的端壁。端壁，侧壁和水平组件可以部分地将一个内部空间包起来，并且可以在端壁的至少一部分上实现光学功能。实现光学功能的例子包括(但不限于)i)在光学部件层上的至少一个表面上形成一个光学薄膜；ii)使光学部件层具有至少一个曲面；iii)使端壁的至少一个表面具有一个随空间变化的表面轮廓；iv)使光学部件层具有至少一个随空间变化的光学特性；v)使光学部件层具有至少一个各向异性的光学特性；和/或vi)使光学部件层具有至少一个随光谱变化的光学特性。
光学部件可在基层上形成，该基层的一部分形成水平组件，并且从该基层上凸出侧壁和端壁。光学仪器也可在基层上形成，端壁包括一个形成在基层上的光学部件层，随后要从光学部件层下面去除基层材料。侧壁和水平组件是由沿着光学部件层的与基层的其它部分分离的基层材料形成。这些方法中的任何一个都可以在晶片规模上实现，目的是同时制作多个光学部件。光学功能可在晶片规模上，在条级，和/或单独部件级上实现。
一种光学组件可以包括如上文所述的安装在波导基层上的一种光学部件，形成在基层上的一种平面型波导，以及定位在基层上的一种第二波导。通过光学部件端壁的反射光或者光学部件端壁的透射光，波导被用光学方式端部耦合在一起。使用容纳在内部空间内的一种平面型波导的端部，光学部件可以安装在波导基层上。利用部件上和/或波导基层上的调整表面和/或调整标记，可以正确调整光学部件相对于波导的位置。
参照下面的文字说明和/或权利要求书所提到的以及附图所描述的公开的实施例，在此公开的光学部件和/或组件的目的和优点是显然的。
图1是一种普通光学组件的示意性顶视图。
图2是一种普通光学组件的示意性顶视图。
图3A和3B分别是一种普通光学组件的示意性顶视和正视图。
图4A和4B分别是一种普通光学组件的示意性顶视和正视图。
图5A、5B、5C和5D分别是一种示例光学部件的顶视、端视、侧视及轴测图。
图6A、6B、6C和6D是示例光学部件和波导的顶视图。
图7A和7B分别是一种示例光学组件的示意性顶视和正视图。
图7C是一种示例光学组件的示意性正视图。
图8A和8B分别是一种示例光学组件的示意性顶视和正视图。
图8C是一种示例光学组件的示意性正视图。
图9是一种示例光学组件的示意性顶视图。
图10是一种示例光学组件的示意性顶视图。
图11A和11B是示例双光学组件和波导的顶视图。
图12A、12B、12C、13A和13B描述了制作光学部件的示例性工艺步骤。
图14A和14B是示例光学部件的示意性轴测图。
图15A、15B和15C是光波导的平面和剖面图。
图16是一种示例光学组件的示意性顶视图。
应注意，图中所示的多种构件的相对比例可能失真，其目的是更加清晰地描述本发明。多种光学设备，光波导，光纤，光学部件，光学模式，调整/支持组件，槽等等的相对尺寸可能失真，这些失真存在于它们彼此之间以及在它们相对的横向和/或纵向比例中。在很多图中，为了清晰，一种光学元件的横向尺寸相对于纵向尺寸被放大了，导致在某纵向位置的横向尺寸的变化看起来被夸大了。
此处公开和/或要求的本发明的范围不限于图中所示的实施例具体实施方式
在此描述的很多光波导(包括光纤和平面型波导)具有尺寸和设计参数，用于支持仅仅一种或几种最低位的光模式。在可见和近红外波长，所得到的光模式典型地在横向区域上是几个μm，最多10或15个μm。基于波导的本质，被导引的光模式可以是近柱对称，或者在沿完全正交的横向方向的横向区域上完全不同。这些波长和尺寸的模式在支持波导的端面外一般表现为完全衍射行为，在距离支持波导端面足够远的地方一般成为完全会聚/发散(NA一般大于0.1)。相应的，为了取得端耦合的波导间的可接受的运行水平之上的一定程度的光能传递，需要一个或者多个下列的改变保持在波导端面间的非导向光通路长度小到可使用一种特别的光学组件；改变一个或全部两个波导的端部来减少波导端面光学模式的衍射行为；在波导之间加入一个或者多个光学元件，目的是再聚焦，再成像，或者为了加强波导间的端部耦合而利用该模式的空间特性。
常有的情况是，在基于波导的光学系统或基于波导的多部件光学设备中，光学功能不容易在波导内部实现，而必须在波导端面之间的光路内插入一种光学部件(反射和/或透射)，在波导间进行非导向(例如自由空间)光传播(从一种反射光学部件反射和/或从一种透射光学部件透射)。为了用这种方式实现光学功能，同时保持通过光学系统的总的透过率处于或者高于可接受的运行水平，典型地需要使用上一段文字中描述的光学系统或多部件光学设备。
图1是一种光学组件的示意图，它包括光学部件100，该部件连同光波导210，230，和250一起位于一种平面型波导基层200上，这些波导中至少有一个是形成在基层200上的平面型波导。光能可以穿过波导210/230/250中的每一个，用一种或者多种各自支持的传播模式传播。每个波导210/230/250分别终止在各自的端面211/231/251，通过各自的自由传播光束10/30/50(自由传播指没有波导提供的横向导向)的光能端部传递(相应的端部传递，端部耦合，端部耦合的光能传递，光能的端部耦合传递，端部耦合传递)，光能穿过这些端面进/出各自的波导。波导210和230及光学部件100可以进行适当的安排，通过光束10和/或30从光学部件100的表面102和/或104的反射(对于从表面104上的反射，包括穿过部件100的两次透射；图1、2、3A/3B和4A/4B中仅描述了从表面102上的反射)，使光能在波导210和230间具有反射耦合的端部传递。同样地，波导210和250和光学部件100可以进行适当的安排，通过光束10和/或50在光学部件100内和它的表面102和/或104上的透射，使光能在波导210和250间具有传播耦合的端部传递。
光学部件100可以用多种方式改变强度，空间特征，偏振特征，和/或从光学部件反射的和/或透射的光束的光谱特征(例如，使光学部件上具有光学功能)。使用图1中的普通光学组件，可以实现穿过光学部件100的一系列的光学功能(也可用于加强波导间的端部耦合)，同时处于本次公开和/或所附的权利要求的范围之内。实现光学功能的例子包括，但不限于i)在光学部件上的至少一个表面上形成一个光学薄膜；ii)使光学部件具有至少一个曲面；iii)使光学部件的至少一个表面具有一种随空间变化的表面轮廓；iv)使光学部件具有至少一种随空间变化的光学特性；v)使光学部件具有至少一个各向异性的光学特性；和/或vi)使光学部件具有至少一个随光谱变化的光学特性。为了实现光学功能对光学部件100进行的更具体的改进例子可以包括(不限于)表面102/104的空间取向；在表面102/104的一个或两个上的一或两维的曲率；在表面102/104的一个或两个上的表面不连续(如小平面间的分界)；表面102/104的一个或两者上的反射、部分反射，和/或减反射膜；在表面102/104的一个或两个上和/或在部件100内部采用的衍射构件；在部件100内部的折射率光谱和/或空间不连续，梯度，和/或调制度；在部件100内部的双折射和/或二色特性(相对于线和/或圆偏振)；在表面102/104的一个或两个上的双折射和/或二色膜(相对于线和/或圆偏振)；在部件100内部的法拉第旋转；在部件100内部的光吸收/透射；前述的任何一个或多个的光谱和/或空间不连续，梯度，和/或调制度。与图1中的光学组件具有特殊的功能一样，光学部件100的这些改变可以是位置相关或无关的，可以是波长相关或无关的，并且可以是偏振相关或无关的。
波导210/230/250中的至少一个可以用作形成在基层200上的一种平面型波导。如果三个波导全是形成在基层200上的平面型波导，那么为了使基层上的波导十分精确地定位(在操作可接受的容差内)需要使用空间选择性材料处理技术，其目的是使光学组件具有预期的功能。如果波导210/230/250的一个或两个不是基层200上的平面型波导，那么可以适当改变基层200来固定这些对应于其上的平面型波导的波导，目的是使(在操作可接受的容差内)光学组件具有预期的功能。例如，波导210/230/250的一个或两个可以包括一种光纤(例如，图2中示意性显示的波导250)。基层200可以装有对应的V形槽201、调整边202、和/或其他适当的调整构件，用于使光纤相对于平面型波导(在操作可接受的容差内)具有足够精确的被动定位(与主动定位相反，为了确定位置精度，它的光学组件或子组件被监控)。在另一个例子中，波导210/230/250中的一个或两个(例如图3A/3B中示意性显示的波导230)包括一种形成在一种对应的分开的波导基层239上的平面型波导。基层200和/或基层239可以分别装有适当的支持/调整构件203和233，目的是使波导230相对于波导210/250具有(在操作可接受的容差内)足够精确的被动定位。另外一个选择是，基层200可以装有支持构件205，基层200和239可分别装有调整标志204和234，目的是使波导230相对于波导210/250(图4中的示意图)具有足够精确的基于视觉的被动定位(人类视觉或机器视觉在操作可接受的容差内)。
可以改变光学组件100使基层200相对于波导210/230/250能十分精确地被动定位(在操作可接受的容差内)并使光学组件具有预期的功能。部件100的一个实施例，其适于安装在靠近一种平面型波导(例如波导250)的一个端面附件的基层200上，如图5A/5B/5C/5D中所示。所示光学部件100在部件基层上形成，其被空间选择性处理来形成一个部分封闭的槽或内部空间106，所述槽或内部空间处于侧壁108，水平组件101和形成光学部件100的端壁之间。该示例的实施例中的光学部件100分别包括完全平的，完全垂直的内外表面102和104。该例子中的内部空间106的另一端是开放的。该例子中的水平组件101延伸到光学部件100和侧壁108之外，但这种情况不是必须的。
使用完全同性质材料制造部件100在部件100内部可以产生完全同性质的光学特性，而使用不同的材料(具有一种或多种空间不连续，梯度，和/或调制度)会在部件100内部导致类似的不一致的特性。部件100，水平组件101，和侧壁108可以通过对基层材料进行空间选择性的处理来制成。另一个选择是，将包括一种或多种材料的一种重迭层覆在一种基层上并进行空间选择性的处理用来制做部件100和侧壁108；在这种情况下，水平组件101可以包括基层材料和重迭层材料的一个或两者。光学部件100要足够薄，以能够保持波导210/230/250的端部间不需要分开过多情况下的结构完整。部件100的厚度可以典型地处于从约10μm到约50μm范围内，通常处于约20μm到约30μm之间。如果使用非常坚固的材料制作并仔细的处理，可以使用更薄的光学部件。如果必须或需要实现特殊的光学功能，和/或用于从两个非垂直入射的部件表面的侧面反射的波束，可以使用更厚的光学部件100(最大到100μm或更大)。表面102/104的一个或两者上可以装有一种光学薄膜来实现光学功能。可以对空间选择性材料进行处理来提供一个或多个用于使波导基层200上相对应的调整/支持构件连接的一个或多个调整边和/或在侧壁108上的垂直和/或水平调整表面和/或水平组件101；用于实现在对应的标有记号的波导基层200上的部件100的基于视觉的定位的一个或多个调整标记124；和/或用于将部件100牢固地固定在基层200上的一个或多个焊盘123。
制造好后，将水平组件101和它上面的光学部件100上下倒置，使用所谓的“倒装法”牢固地安装在基层200上(如图7A/7B和8A/8B所示)。将光学部件100安装在基层200上并牢固地安置/支撑的时候，为了减少波导210/230/250端部间分开的距离(因而减轻可能出现的衍射端部耦合损失)，至少平面型波导中的一个(例如示例中描述的波导250)波导的一个端部可以从基层200的相邻区域凸出来形成一个隆起，这样通过用倒装法将光学部件100安装在基层200上，波导250的端部容纳在槽106的内部，这时光学部件100的表面104靠近波导250的端面251(图6A/6B/6C/6D)。槽或内部空间106的高度可以是从10μm到几十μm或更多，目的是安放典型的平面型波导，并且可以被制成所需的任意宽度来安放一种平面型波导。槽106的宽度和/或它的侧壁108的位置/方向可以被设定，目的是在相对于波导250(并且也可以相对于波导210/230)所需要的角度(在操作可接受的容差内；如图6A/6B/6C/6D，7A/7B和8A8B中描述的示例)上安放光学部件100。当在波导间安装部件100时，为了减少衍射损失，波导可以定位在基层上，这样在安装光学部件100时，每个波导端面和部件表面102和104的距离在约5μm之内。在波导端面和光学部件表面之间更大的间隔也处于本次公开和/或所附的权利要求的范围之内。
图6A显示的是一个光学部件的实例，相对于部件100处于完全垂直入射的状态，相对于波导的端面也处于完全垂直入射的状态。图6B显示的是一个非垂直光学部件，它有一个完全垂直的波导端面。波导210，230，和/或250的端面可以改变，其目的是在波导间不用过多分开的情况下实现一种非垂直光学部件100的近定位。在图6C/6D，7A/7B，和8A/8B示例中，端面是有角度的(即，与对应的波导的传播方向不是完全垂直的)，因此可使一种非垂直光学部件100的定位更靠近每个波导的端面。
为了在波导端面和光学部件100的任何一个名义上的非反射表面上(当波导和光学部件具有相似的折射率时)减少多余的反射损失，在波导端面和光学部件的表面可以放入一种折射率匹配的嵌入介质。它可以这样来实现，将组件中的波导和光学部件嵌入到一种完全的折射率匹配的嵌入介质，例如一种聚合物。一种聚合物前体的溶液或悬浮液被加入并流到光学表面之间的空间。经过对聚合物的处理，波导和光学部件被嵌入了。为了使光学部件的内表面104和容纳在光学部件的槽内的波导端面之间的折射率匹配(或“填充的”)介质容易流动，在穿过侧壁108的一个或两者，端壁上的部件100的周围，和/或穿过部件基层101的这些地方可以有一个或多个开口。即使波导和部件材料具有完全不同的折射率，嵌入材料还是能减少多余的反射损失(相对于空气或真空)。
如果只需要透射式耦合的端部传导，在此公开的所制作的光学部件可以垂直或近似于垂直入射的使用(在图6A中的描述)，虽然也可使用非垂直入射。只需要透射性光学功能的光学部件可以包括光谱切口，短波通，长波通，和/或带通滤光片，例如，需要抑制一个或多个不需要定向到其它位置的入射光谱部件。这些功能可以通过在光学部件100的表面102和104的一个或两者上加上一层或多层光学膜而立即实现。只用于透射的光学部件的其它例子可以处于本次公开和/或所附的权利要求的范围之内。针对部件100的非垂直入射(如图6B/6C/6D，7A/7B，和8A/8B中的描述)典型地要求包括反射式耦合的端部传导。这些部件可以包括如示例一样如上文提到的多种光谱滤光片类型，其中被抑制的光谱部件必须指向一个特定的位置。透射加反射的光学功能的其他示例可以处于本次公开和/或所附的权利要求的范围之内。
消除从光学部件100反射，透射，和/或散射的至少一部分多余的光可能是需要的。例如，一小部分从波导230射出并从光学部件100反射到波导210的光会从部件100漏出。假设波导230和250的角度失准，在很多情况下，大量多余的透射光会进入波导250。并且，也希望减少这些泄漏光到达基层200上的其他部件或设备。例如，侧壁108可以改变来吸收这些从波导230穿过部件100透射的多余光(处于部件100的运行波长)。另一个选择，如图7C和8C所示，侧壁108可以倾斜并适当地镀上膜用来将多余的透射光向下反射进入基层200，然后被吸收或透射至远离基层表面的部件的位置。这些改变可以消除从部件100反射的多余光，波导250射出的光通过部件100透射，然后进入波导210。另一个选择是，一个额外的波导270可以被安放在基层200上，目的是接收多余的透射或反射的光信号(分别来自波导230和250)，如图16所示。这样一种“波束消除”波导可以将多余光传送至远离基层200上敏感部件的位置，或者可以用任何适当的方式改变来吸收或驱除多余光。应当注意，图16中所示的示例性实施例还可以用于实现一种四端口光学组件，它的波导210，230，250，和/或270中的全部或任何一个可被用于透射和/或接收由部件100反射和/或透射的光学信号。
反射式耦合的端部传导可以在光学部件100上的任何一个合适的入射角上执行。很多光学膜和/或部件的特性会随入射角的改变而变化，并且它们具有依赖于入射角的波长和/或偏振特性依赖性(在汇聚或发散的入射光束中，由于入射角的范围会使这一问题进一步复杂化)。依赖性典型的在近垂直入射时最小，并且随入射角的增大而增大，在一些情况下针对可能用于特定的光学部件100的入射角要加上一个上限。可用的入射角的下限可以部分的由衍射损失的程度来决定，这些衍射损失的程度在光学组件中是可以承受的。在图7A和8A中，波导210和230在接近部件100时合并在一起。寄生的光学损失随着波导合并在一起的部分的长度的增加而增加，也随着入射角的减小而增加(并且因此，波导间的分离角也减小)。在任何特定的组件中，所需的光学性能(较大的入射角会使性能下降)与由波导融合的部分引发的光学损失保持平衡(较小的入射角会使其典型地恶化)。波导基层上的几何形状和空间限制也同时起作用。一系列折衷的值可以得到，用于通过光学部件100使特殊的光学组件具有特殊的光学功能。很多光学组件可以具有小于45°的入射角(即，反射耦合的波导形成一个小于约90°的角)，一般在约7°到18°之间(即，反射耦合的波导形成一个介于约15°和约35°之间的角)。然而，任何光学组件100上的合适的入射角(以及在反射耦合的波导之间相对应的夹角)应该处于本次公开和/或附加的要求书的范围之内。
如图15A-15C所示，当光学部件100上的入射角较小时，一种具有薄核(即，高度小于约3μm，通常高度小于约1μm)的波导可用于减少光损失。核212和232中的一个的出现在另外一个内引起寄生光学损失，并且这个寄生损失与干扰核的横截面面积成大致的比例。对于由波导210和230支持的给定光模式尺寸，减少核212和232各自的横截面面积将相应地减少由另外一个核引起的这个核中的寄生光学损失的水平。对于一个波导之间特定的角，使用薄的波导核(如图15C中的剖面)可以减少相对于厚的波导核(如图15B的剖面所示)的寄生光学损失。例如，对分开20°的波导，高度和宽度约为6～7μm的核有约0.8dB或更多的光学损失。相对应的，对于相同的分开角，高约0.5μm，宽约5μm的薄核只有约0.2dB的光学损失。另外，相对于厚核，使用覆盖材料更完全和更均匀地填充核之间的锐角，薄核能进一步减少光学损失(为了使覆盖材料能再次流动，不需要高温或额外的处理步骤)。
图9所示为一个具有多种功能的光学部件100的一个实例。在这个实例中，部件100可作为一种光谱滤光片，用于将入射光学信号(入射光束10)的第一个光谱分量(接近λ1)从平面型波导210指向平面型波导230(反射光束30)，并将入射光信号的第二个光谱分量(接近λ2)从波导210透射到平面型波导250(透射光束50)。表面102可以具有一种合适的光谱选择性的反射膜，目的是当完全透射第二个光谱分量(接近λ2)时完全反射第一个光谱分量(接近λ1)，从而具有光谱滤光片的功能。如果必须或需要，表面104可以具有一种合适的抗反射膜(接近λ2)。另外，表面102和/或104可以具有曲率(在一维或两维上；只示于图9的水平维度中)，目的是改进波导210和230之间和/或波导210和250之间的端部耦合。在图9的示例实施例中，表面102被作为一种凹面显示。表面102的曲率可以被设计用来作为一种聚焦镜，它接收入射光束10并产生具有减少的发散度或一定程度汇聚的反射光束30，从而在波导210和230之间改进端部耦合。曲面102可以被设计，使波导210和230进行完全的模式匹配。表面104的曲度可以被设计，这样具有曲面102和104的部件100可以作为一种聚焦透镜(在本例中是一种凹凸透镜)，它接收入射光束10并产生具有减少的发散度或一定程度的汇聚的透射光束50，从而改进在波导210和250之间的端部耦合。曲面102和/或104可以被设计，使波导210和250进行完全的模式匹配。除了曲面102和/或104，部件100可以包括使透射的光束50聚焦的折射率梯度材料。如果反射波束30从表面104上而不是表面102上反射，两曲面以及任何折射率梯度将影响在波导210和230之间的模式匹配。
具有特殊光学功能的许多其他示例，无论单独的功能或多种功能的组合，可以由处于本次公开和/或附加的权利要求书的范围之内的光学部件100提供。可以通过适当改变部件100和/或它的表面102和104中的一个或两者来获得这样的功能。这样的功能的示例可以包括，但不限于光谱滤波，光谱分离，光谱散射(空间的和/或时间的)，光谱处理(振幅和/或相位)，空间处理(振幅和/或相位)，衰减，聚焦，离焦，准直，模式匹配，偏振选择(线和/或圆)，偏振延迟(线和/或圆)，偏振处理，光隔离，孔径，渐晕，波束分裂，波束结合，复用，逆复用，双指向接收/透射，等等。
示例性的光学组件示于图10A和10B，每一个都进行了调整使其能够作为双指向光收发器。平面型波导410/430/450/460/470安装在收发器基层400上。两个入射的波长复用光信号(中心分别靠近λ1和λ2)从端部耦合到波导410的光纤490进入双指向收发器。光纤490容纳在基层400上的v型槽491内，以便于确定光纤相对于波导410的位置。波导410和光纤490适合光能在它们之间以任意方式传输，传输方式包括横向传输(如美国专利申请公开编号2003/0081902所讲的)和端部传输。典型的情况是，入射光信号在未知的和偏振变化的状态下到达光纤490的端口。所示的经过调制的激光光源480(光输出中心波长接近λ3)耦合到波导470。可用任何适当的方式将激光光源480的输出传导至波导470内，方式包括端部传输和横向传输。支持/调整构件和/或调整标记(没有显示在图10A和10B中)可以安装在激光光源480和基层400上，目的是确定激光光源480在基层400上相对于波导470的位置并将其固定。
上文中描述的第一个光谱滤光片412位于波导410和450之间。在图10A中，滤光片412可被设计来完全反射第一个入射光信号(λ1)，同时完全透射第二个入射光信号(λ2)和激光输出信号(λ3)。波导430可以置于接收被反射的第一个入射光信号的位置并把它传递到用于将所述光信号转变成第一个电子输出信号的光电探测器436。第二个和第三个光谱滤光片432和434可以安放在波导430的间隙内，它们用于反射第二个入射光信号(λ2)同时完全透射第一个入射光信号(λ1)，从而使光电探测器436与从光谱滤光片412反射的不需要的第二个入射光信号(λ2)完全隔离。使用任何具有合适的功能特征(带宽，波长相应，等等)的光电探测器是可以的。第四个光谱滤光片452位于波导450和470之间，它可被设计来完全反射第二个入射光信号(λ2)，同时完全透射激光输出信号(λ3)。波导460可以置于接收被反射的第二个入射光信号的位置并把它传递到用于将所述光信号转变成第二个电子输出信号的光电探测器466。如果需要，额外的光谱滤光片可以沿着波导460安放，用于将光电探测器466与其他光信号(λ1和/或λ3)完全隔离。使用任何具有合适的功能特征(带宽，波长相应，等等)的光电探测器是可以的。输出的激光沿着波导470传递，穿过光谱滤光片452，沿波导450，穿过光谱滤光片412，沿波导410，进入光纤490。在一些情况下，由于反射光处于不会影响收发器的其他部件或设备的方向，因此输出光信号被光谱滤光片412和452产生的不需要的反射光造成很小的影响(而非输出信号的全面衰减)。如果需要，滤光片412和452可以改变以适用于把输出光信号的多余反射光吸收或改变方向(如上文中的描述)，或者在基层400上安装额外的波导用来接收这种多余的反射光(如上文中的描述)。
在图10B中，滤光片412可被设计来完全透射第一个入射光信号(λ1)，同时完全反射第二个入射光信号(λ2)和激光输出信号(λ3)。波导450可以置于接收被透射的第一个入射光信号并把它传递到用于将所述光信号转变成第一个电子输出信号的光电探测器436。第二个和第三个光谱滤光片452和454可以安放在波导450的间隙内，它们用于反射第二个入射光信号(λ2)，也许还有输出光信号(λ3)，同时完全透射第一个入射光信号(λ1)，从而使光电探测器436与从光谱滤光片412透射的不需要的其他光信号(λ2和/或λ3)完全隔离。使用任何具有适当的功能特征(带宽，波长响应，等等)的光电探测器是可以的。第四个光谱滤光片432位于波导430和460之间，它可被设计来完全反射第二个入射光信号(λ2)，同时完全反射激光输出信号(λ3)。波导460把第二个入射光信号(λ2)传递到用于将其转变为第二个电子输出信号的光电探测器466。如果需要，额外的光谱滤光片可以沿着波导460安放，用于将光电探测器466与其他光信号(λ1和/或λ3)完全隔离。使用任何具有合适的功能特征(带宽，波长相应，等等)的光电探测器是可以的。激光输出信号(λ3)沿着波导470传递，从光谱滤光片432反射，穿过波导430，从光谱滤光片412反射，穿过波导410，到达光纤490。如果需要，滤光片412和432可以改变以适用于将输出光信号的多余透射光吸收或改变方向(如上文中的描述)，或者在基层400上安装额外的波导用来接收这种多余的透射光(如上文中的描述)。
图10A和10B的配置或变化依赖于多种因素，例如激光和/或光电探测器要求的隔离程度，低入射信号水平，探测效率，激光输出能量，设备尺寸限制，等等。这些实施例只是多个多部件光学设备示例中的两个，它们可以使用处于本次公开和/或附加的权利要求书的范围之内的平面型波导和光学部件来实现。
用于光谱滤光片412/432/434/452/454的膜的光谱反射/透射特性典型的随入射角变化，并且随着入射角开始从0°(即，垂直入射)增大，典型的分为S和P入射偏振。入射光信号典型地通过定义明确的但偏振状态未知的光纤490到达，并且这些偏振状态随时间(入射光信号也许在不同的时间通过光学通讯系统穿过不同的通道)在未知的方式下变化。通过选择一个十分小的入射角，光谱滤光片412/432/434/452/454性能的偏振变化的产生的结果可以维持在一个在操作中可以接受的水平或这个水平以下。“非常小”典型地依赖于特殊设备要求的特殊性能。例如，大间隔的波长λ1，λ2和λ3相比更紧密间隔的波长允许使用更大范围的入射角。波导和光谱滤光片的几何形状安排方式典型地需要强制加上一个最小入射角的条件。在示例实施例中，由于只需要抑制反射的波长，光谱滤光片432/434(图10A)和光谱滤光片452/454(图10B)可按照近似于垂直入射(从而完全减少基于偏振的性能)的方式排列。由于反射波长需要被指向另外一个波导，光谱滤光片412/452(图10A)和光谱滤光片412/432(图10B)典型的需要非垂直入射。这些典型选择的用于非垂直入射的光谱滤光片的入射角需要足够小，用于在可接受的运行限制内保持基于偏振的功能变化，所述入射角需要足够大用于容纳波导的适当的几何形状。示例实施例中所示的入射角大约为10°(反射耦合的波导之间的角度大约为20°)；在这些类型的双指向组件中，反射耦合的波导之间的角度可以处于从约15°到约35°范围内。入射角的特定上下限可以典型地随着特定设备的详细的功能指标变化(在一些情况下，超过上述示例中的范围)，同时处于本次公开和/或附加的权利要求书的范围之内。
在图10A和10B的示例实施例中，光谱滤光片432和434形成在相同的部件基层上。上文中描述的一个槽或内部空间被两个侧壁，两个端壁，和水平组件部分地包围起来。每个端壁可以作为在这里描述的一种透射/反射光学部件，在槽内部可以容纳一个波导段。因此，被包围的波导段在每个端部进行透射性耦合，穿过端壁到达槽外面的其它两个波导。如果需要，这种两个部件的基层(水平组件101上的部件100a和100b)和被包围在里面的波导段310可以改变以适用于垂直或非垂直入射(图11A和11B)。如果在波导310的端部和部件100a和100b的内表面间放入嵌入介质，那么在侧壁的一面或两面，光学部件周围端壁的一面或两面，和/或水平组件101上要具有一个或者多个开口。这些开口可使嵌入介质流入内部空间106并且填满光学表面之间的空间。
多种材料和制造工艺适用于制作光学部件100，内部空间106，侧壁108，和水平组件101上的其他构件。根据光学部件100所需使用的波长范围，可以使用不同的材料。合适的材料包括，但不限于，半导体(包括但不限于，硅，砷化镓，InP，其它III-V型半导体，和/或半导体合金和/或氧化物)，晶体材料，二氧化硅或二氧化硅基材料，其他玻璃，聚合物，和其它许多在这里不能明确说明的示例，但它们处于本次公开和/或附加的权利要求书的范围之内。一种单一的材料可以同时用于水平组件101和光学部件100，或者一种材料用于水平组件101，另一种材料覆盖其上用于制作光学部件100。
可以在晶片规模上使用空间选择性工艺，目的是为了在同一块晶片上同时制作多个光学部件。光学部件100从水平组件上凸出，表面102和/或104可以完全垂直于一个完全平直的晶片的表面(图12A/12B/12C；在一些情况下，非垂直的表面是可以接受的或需要的)。水平组件101和任何水平支持/调整表面由平面基层晶片确定，同时完全垂直的调整和/或光学表面由空间选择性的工艺步骤确定。表面102/104的质量由用于形成它们的空间选择性步骤确定。根据所使用的特定技术和采用的精度情况，可以获得多种程度的表面质量。一些用于制作表面102/104的示例加工技术包括，但不限于，干刻加工(例如活性离子蚀刻)，各向异性湿刻加工(限于特定晶体学确定的表面)，裂开(沿晶体学确定的裂开面；由于基层晶片沿部件100裂开，可能只适用于表面102)，和/或使用精密锯条或其它机械切割工具切割。
在一些情况下，用于这些“垂直”表面102和/或104的光学膜可用于晶片(图12A和12B)。例如，所谓的“保型淀积技术”可以用完全均匀厚度的层在水平和垂直表面上加上膜。在图12A中，在晶片被分为独立的部件后，用这种方法把膜加在表面102和104上(对两个表面使用相同或不同的薄膜)。如果一个晶片规模的基层第一次被切割为多个带，或“条”，每个条上面具有一个多部件的单行，那么多种膜阵列和镀膜技术可用于垂直表面102/104(图12B合12C)。在图12B中，在把晶片分成条之前，保型膜被加在晶片规模上的表面104上。在分为条后，条翻转90°，这样表面102相对于膜室或其它材料淀积仪器是“水平的”。在把所需的膜淀积在条的表面102上后，条可被分为独立的部件。在图12C中，晶片在膜被淀积之前分为多个条。在分成条后，条可以被翻转约90°并且所需的膜可以被用于表面102或104中的一个。然后，条可以翻转大约180°，并且所需的膜(相同的或不同的膜)可以被加在表面102或104中的另一个。镀膜后，条可被分为多个独立的部件。
在图5A/5B/5C/5D和图6A/6B/6C/6D中的具有光学部件100，侧壁108，和水平组件101所示的示例实施例中，可用一种单一的完全同性质的基层材料制作。合适的基层材料包括，硅，InP，和/或其它III-V型半导体，其它合适的半导体，半导体氧化物和/或合金，和/或其它适当的材料。另一个选择是，部件100和侧壁108可由基层91上的重迭层90制成(如图12A/12B/12C所示)，例如在一种硅基层上加上一种二氧化硅或基于二氧化硅的重迭层(其它重迭层/基层的组合也可使用)。重迭层90可以包括一种单一的完全同性质的层，以产生一种完全同性质的部件100，或者可以包括有多个层的不同的材料，以使部件100具有垂直不连续，梯度，或调制度这些光学特性。示例性的工艺图示于图12A/12B/12C中。层90或基层91(如果没有重迭层)的空间选择性蚀刻可以用于制作槽106，侧壁108的内表面，和光学部件100的表面104。如果需要，除了例如焊盘等这些其它元件，额外的调整/支持构件(如果有，没有在图5A/5B/5C/5D和图6A/6B/6C/6D中显示)和/或调整标记124也可以安装(和槽106同时或随后安装)。表面102也可用空间选择性蚀刻制成(与制成槽106和/或支持构件和/或调整标记124同时或随后制成)，或者，先由精密锯条切割，然后重熔或退火或其它适当的精加工工艺(例如湿刻)来制作表面102，或者用于将晶片精密裂开(包括部件100和水平组件101两者)到条92中来制作表面102。在某种方式下可以使用空间选择性蚀刻和锯条切割来制作完全平直，完全垂直的表面102/104(在操作可接受的容差内)。限于半导体晶面的蚀刻或裂开产生精确的表面，是通过基层晶片的定向来实现的。
基于要形成的光学部件的本质，表面102/104需要完全平行，或者要求在它们之间具有一个设计的楔角，这两种情况都需要处于在操作可接受的容差内。这个楔角可以通过对蚀刻，裂开，和/或锯条切割的工艺的适当的水平方向的空间控制来取得。垂直方向上的楔角可以用蚀刻，裂开，和/或锯条切割的工艺制成所需的楔角。当使用前面的制作示例讲述的蚀刻时，应当注意其它空间选择性的材料清除技术，空间选择性材料淀积技术，或者空间选择性的材料淀积和清除技术的组合，它们也可以用于制作光学部件100。通过对内部空间106的端壁的适当的空间选择性处理，部件100的光学性能中的任何水平(横向或纵向)变化都可在这里应用。
一旦表面102和104形成，对于光学部件100就形成了一个“空白”，如上文中的描述，膜就可以加在表面102/104的一个或两个表面上。为了获得所需的功能，这些膜可以是任何适当的类型，并且可用任何适当的方法制作这些膜。例如，光学部件100可以包括一种二色分光镜或光束组合器(即，在一个或多个设计的波长或波段上完全反射，在一个或多个设计的波长或波段上完全透射；也同时被认为是光谱滤光片)。所需的透射和反射的光谱和偏振的特性变化范围很宽，并可决定于部件100用途及其规格，膜的设计和制造能力，设计的波长和波段的间隔，入射光信号的入射角和偏振特性，以及其它相关参数，它们同时处于本次公开和/或附加的权利要求书的范围之内。这种滤光膜可以附在表面102和104的任何一个上面。如果必须或需要，通过使用适当的抗反射膜，其它表面上额外的反射光可以被消除。通过在表面102和104之间使用楔角可以将多余的反射光改变方向，或者通过使部件100在非垂直入射的几何形状下具有足够的厚度来从侧面把多余的反射光移出(例如，一个厚约100μm处于约10°到15°的入射角的部件足以消除多余的反射光从后面耦合进入波导)。如果部件100和波导具有相似的折射率(例如，基于二氧化硅的波导和部件的折射率约为1.4-1.5)，将一种折射率匹配的介质嵌入到部件和波导的端面，可以不需要抗反射膜，楔角，和/或厚的偏置部件。如果部件100和波导在折射率上完全不同(例如，基于二氧化硅的波导的折射率为1.4-1.5，基于半导体的部件的折射率为2.9-3.4)，那么无论是否使用嵌入介质，都需要使用抗反射膜，楔角，和/或厚部件的一个或多个来完全消除来自部件100的多余反射光。
如上文中的说明，使用保形淀积技术在晶片规模处理过程中膜被加在表面102/104上，或者把晶片分成多个以单列形式排列的条，并且使用多种镀膜技术来镀膜，一些显示在此的光学部件的实施例包括一个具有非平行侧壁108的槽106(即，槽106从开口端朝着光学部件的方向逐渐变窄)。将光学部件按照在相对于槽106内部的波导的所需的入射角的方向进行定位，已经对此进行了描述。扩大槽的宽度有利于将光学膜加在光学部件100的内表面104上。同时应当注意，对于双部件基层(示于图11A/11B)，在晶片规模工艺中，对部件100a/100b的一个或两个的内表面进行镀膜是最容易的。在这种情况下，把晶片分割成条并不会改善在内表面覆膜的容易程度。
通过在同一个晶片上同时制作多个部件(每个晶片上有几十个，几百个，几千个部件)，图12A/12B/12C中的空间选择性工艺可以制作完全垂直于晶片的光学部件。这种方法能实现显著的规模经济。如已经指出的，一些生产程序不适于在一个晶片规模上实施，但还可同时用于制造多个设备，而不用处理单独的部件。例如，一些用于在表面102或104(完全正交于晶片表面)上制作光学膜的工艺程序对于在一个晶片规模上是复杂的，特别是所需的膜包括多个膜层。如果要镀膜的表面的方向是完全正交于镀膜设备的淀积方向，那么表面可能更容易镀膜，或者可以镀更复杂的膜，精确的多层膜也更容易实现。晶片在一个方向上的第一次裂开或分割(在完成晶片规模工艺程序后)产生多个晶片的条或带，每个条或带上面都有一单列多个部件。第一次的分割可以使要镀膜的表面完全平行于条的长轴。然后，根据需要，光学膜可以镀在表面102和/或104上，同时用于每个条的多个部件，而不用处理单独的部件。在同一个镀膜设备上同时进行多个条的镀膜也是可能的。镀膜完成后，条可以进一步被分割来产生单独的部件。
如上文中的说明，为了使部件100具有更加普通的光学功能，在工艺中会使用多种技术(如图12A/12B/12C所示)。多种类型材料中(超晶格材料，量子势阱材料，掺杂质材料，折射率梯度材料，等等)的多层，梯度，或调制度材料可以用于实现部件100的光学特性中的垂直不连续，梯度，和/或调制度。通过对制作光学部件100的材料进行空间选择性蚀刻或其它材料空间选择性的消除技术，这些材料可以形成一组完全均匀的层。一系列不同材料的空间选择性淀积可以用于制作光学部件100。在任何情况下，晶片规模加工可以用于同时制造多个部件。空间选择性材料加工可使部件100的光学特性具有水平不连续，梯度，和/或调制度，并可在一块晶片规模上同时实现很多个相同的部件。实现表面102和/或104(包括表面光栅)上的膜的空间不连续，梯度，和/或调制度可以使用任何适当的空间选择性镀膜和/或加工技术，该技术也用于在一个条上同时制作多个部件。在上文中说明了使用工艺步骤的空间控制来控制表面102/104的水平方向。用相似的方式，工艺步骤的空间控制可用于在表面102/104一个或两个面上制作有曲度和/或有小面的水平剖面。使用适当改进的空间选择性工艺，这种表面剖面也可以制作在垂直方向上。例如，多台阶和/或灰度的平板印刷可用于制作这种垂直的表面剖面。制作具有所需要的光学功能的光学部件100可以使用这些技术的任何一种或多种以及其它适当的工艺步骤和/或它的改进，同时它们处于本次公开和/或附加的要求书的范围之内。
晶片规模的空间选择性加工可用于在同一个晶片上同时制作多个光学部件，其中每个光学部件100及其表面102/104完全平行于一个完全平的晶片表面(图13A/13B；“垂直的”光学部件端壁和基层晶片平行)。在空间选择性的加工过程中的这种安排可改善这些表面的光学质量，并且可使在表面102和/或104上的光学膜的晶片规模应用具有所需的精确性和/或复杂性。在示例工艺程序中(图13A/13B)，一个完全平的硅晶片500首先和一个完全均匀的重迭层502放在一起，重迭层502最后会成为内部空间106的端壁(和光学部件100)。例如，重迭层502可以包括硅晶片500上的二氧化硅，氮化硅，或氮氧化硅。InP或其它适当的III-V型半导体或合金可相应地用作基层500，InP或其它III-V型半导体或合金或氧化物用作重迭层502。其它完全同性质的重迭层可以用在任何适当的晶片材料上，同时处于本次公开和/或附加的要求书的范围之内。重迭层502也可以包括一种多层材料用于实现光学功能(沿着部件100内部的最后的光传播方向变化的材料)。重迭层可通过制模或蚀刻留下光学部件层504，每个光学部件层最终成为被晶片500的暴露区域包围着的槽106的端壁。如果光学部件100的光学特性需要横向的变化，那么可以对区域504进行适当的空间选择性处理。如果表面102要做成弯曲的，使用灰度平版印刷或其它类似的技术来改变区域504表面的剖面可以做成弯曲的表面(在一维或两维)。
晶片500可被制成穿过相邻的部件层504之间的通道506。然后将晶片500翻转过来并从另一面进行加工，用来从部件层504的中部的后面清除部件材料。蚀刻一种特定材料，用来从区域504后面的中心部分完全清除晶片材料(成为光学部件100的表面104)，同时在部件层504的后面形成适当的高光学质量的表面。如果需要，可以使用一种退火或抛光工艺。如果需要曲面，可以使用灰度平板印刷术或其它类似的技术来改变部件层504后面的表面剖面(在一维或两维)。在这个工序中形成的一般的垂直基层侧壁形成了水平组件101的内表面和已经完成的光学部件内的侧壁108。根据使用的蚀刻工艺和设计的几何形状，基层侧壁可以完全垂直(产生完全平行的侧壁108)或者具有角度(如以上所示，形成一种具有宽的开口端和向光学部件100的方向变窄的内部空间106)。在晶片规模上，所需的光学膜可以用于晶片500的后表面，因此，可以制作用于多个光学部件的表面104的光学膜。
晶片500可以再次翻转，并且在晶片规模上任何所需的光学薄膜可以用于晶片500前表面，包括部件层504(最终是光学部件100的表面102)。这样，重迭层的部件层区域504形成了光学部件100的“空白”，并且在晶片规模上将镀在晶片的前后表面的膜用作表面102和/或104的光学膜。一旦晶片规模处理完成，晶片可被切割成单独的光学部件(图13A)。例如，可以使用精密锯条切割，将晶片500分成单独的光学部件，或者使用其它的精确切割或裂开工序。通过分割晶片制成的表面在最终的光学部件内形成了侧壁108的外部和底部表面(倒置安装)(图14A14B)。这些表面的精确定位和取向是由所使用的晶片分割工序的精确性决定的。当与波导210/230/250进行组装时，侧壁108的外部和底部表面可用于为基层200的上光学部件100确定精确的位置(如图7A/7B和8A/8B)。应当指出，在晶片被分为单独部件前，这个工艺程序产生的水平组件101和晶片是完全正交的。为了在侧壁108的底部表面上制作调整和/或组装构件(例如焊盘123，调整标记124，调整边，等等)，晶片可被分成条，条翻转90°，并且所需的构件形成在侧壁的底部表面上(图13B)。一旦侧壁的底部加工完成，条可以被分成多个单独部件。
上述的一种光学组件的示例实施例中，以及其它类似的实施例中，空间选择性材料加工技术可以用于取得在基层200上的元件完全精确地相对定位(在操作可接受的限制内)，例如在基层200上作为平面波导的波导210/230/250，V型槽201，调整边202，调整/支持构件203/205/223，和/或调整标记204/224中的任何一个。类似的，空间选择性材料加工技术可以用于取得在一个分开的基层239上的元件完全精确地相对定位(在操作可接受的限制内)，例如波导230，调整/支持构件233，和/或调整标记234。这些用于制作基层200(及它上面的构件)的空间选择性加工工艺可以在晶片规模上进行，目的是用来在同一个晶片上制作多个基层(每个晶片上有几十个，几百个，几千个基层)。这种方法可实现显著的规模经济性。将晶片分成单独基层200后，任何需要的光学部件100，分开的波导，光电探测器，光纤，等等可以在它上面定位并固定，用来制作功能性的光学组件。不同的槽，调整边，调整/支撑构件，调整标记，等等使完全精确的被动组装成为可能(在操作可接受的容差内)，目的是实现光学组件的光学功能。
基于前述的书面描述和/或附加的要求书的目的，在此使用的术语“光波导”(或相应的“波导”)指一种适于支持一种或多种光学模式的构件。这些波导应典型地限于两个横向维度上所支撑的光学模式，同时允许沿着一种纵向传播。对于一种弯曲的波导，这里定义了横向和纵向的维度/方向；例如，横向和纵向的绝对方向可以沿着弯曲的波导的长度方向变化。光波导的例子可包括，但不限于，不同类型的光纤和不同类型的平面型波导。在此使用的术语“平面型光波导”(或相应的“平面型波导”)指任何一种在完全平的基层上形成的光波导。纵向维度(即传播维度)应被认为是完全平行于基层。完全平行于基层的横向维度可以被认为是一种横向的或水平的维度，而完全垂直于基层的横向维度可以被认为是一种垂直的维度。这些波导的例子包括脊形波导，埋入波导，半导体波导，其它高折射率波导(“高折射率”在约2.5以上)，基于二氧化硅的波导，聚合物波导，其它低折射率波导(“低折射率”在约2.5以下)，核/包层类波导，多层反射器(MLR)波导，金属包层波导，空气导向波导，真空导向波导，基于晶体的光子或基于带隙的光子波导，结合电光(EO)和/或电子吸收(EA)材料的波导，结合非线性光学(NLO)材料的波导，和其它多种没有在此明确提到的例子，但处于在本次公开和/或附加的权利要求书的范围之内。可以使用很多合适的基层材料，包括半导体，水晶，二氧化硅或基于二氧化硅的，其它玻璃，陶瓷，金属，以及其它多种没有在此明确提到的例子，但处于在本次公开和/或附加的权利要求书的范围之内。
在此公开的一种适合于光学部件使用的平面型光波导是所谓的PLC波导(平面型光回路)。这种波导典型地包括在完全平的硅基层上(通常含有一层加入的二氧化硅或基于二氧化硅的光学缓冲层)支撑的二氧化硅或基于二氧化硅的波导(通常为脊形波导或埋入波导，也可使用其它类型波导)。一个或多个这种波导的组合可被认为是平面型波导回路，光学集成回路，或光电集成回路。装有一个或多个PLC波导的PLC基层适于安装一个或多个光源，激光，调制器，和/或适用于带有适当的PLC波导的光能的端部传输的其它光学设备。装有一个或多个PLC波导的PLC基层适于(根据美国专利申请公开编号2003/0081902和/或美国申请编号60/466,799)安装一个或多个光源，激光，调制器，光电探测器，和/或适用于带有适当的PLC波导的光能的横向传输的其它光学设备(模式干扰耦合，或完全绝热的，横向传导；也称作横向耦合)。在此公开的反射或透射的光学部件适于同一个或多个适当的PLC波导结合使用。
基于前述的书面描述和/或附加的权利要求书的目的，“空间选择性材料加工技术”应包扩外延生长，层状生长，平版印刷，光刻法，蒸发淀积，溅射，汽相淀积，化学蒸气淀积法，波束淀积，波束辅助淀积，离子束淀积，离子束辅助淀积，等离子辅助淀积，湿刻，干刻，离子蚀刻(包括电抗性离子蚀刻)，离子铣削，激光加工，旋转淀积，喷射淀积，电化学镀层或淀积，非电解镀层，光敏抗蚀剂，紫外线处理或密化，使用精密锯条和/或其它机械切割/刨削工具的微细加工，选择性镀金属法和/或焊接淀积，用于制作平面的化学-机械抛光，任何其它的空间选择性材料加工技术，以及它们的组合，和/或与它们功能相同的方法。特别注意的是，任何包括“空间选择性的提供”一种层或构件的任何工序应包括以下两个的全部或任一个空间选择性淀积和/或生长，或空间选择性清除后的完全均匀的淀积和/或生长(在特定区域内)。任何空间选择性淀积，清除，或其它工艺是所谓的直写工艺，或是一种掩膜工艺。应注意在此提出的任何“层”包括一种完全同性质的材料层，或是包括含有一个或多个不同性质材料子层的组。空间选择性材料加工技术可在晶片规模上实施，目的是在同一个基层晶片上同时对多个构件进行制作/处理。
应注意不同的部件，元件，构件，和/或层在此用“固定在”，“连接到”，“安装在”，“淀积在”，“形成在”，“定位在”等等来描述，基层可以和基层材料直接接触，或者同基层上的一个或多个层和/或其它中间介质构件直接接触，因此是非直接地“固定在”基层上，等等。
这里出现的短语“操作可接受的”描述光学部件和/或光学设备的不同性能参数的水平，例如光能转换效率(相应的，光耦合效率)，光损耗，不需要的反射光，等等。操作可接受的水平可以决定于采用的限制条件的任何相关的组或子组和/或来自于性能，制作，设备生产，组装，测试，可用性，成本，供应，需求的要求，和/或围绕生产和使用的其它因素，和/或一种特殊光学部件或组件的使用。这样，这些参数的这种“操作可接受的”水平根据这些限制条件和/或要求在一类特定设备中变化。例如，在一些情况下，为了取得设备制造的低成本，作为折衷，低光耦合效率是可以接受的，而在其它情况下，不考虑高制造成本，则需要较高的光耦合效率。因此，“操作可接受的”耦合效率在不同情况下是不同的。可以想到许多其它的这种折衷例子。因此，在此公开的光学部件，平面型波导，和制作和/或组装方法，及与它们的相同的东西，可以根据这种“操作可接受的”限制条件和/或要求在不同精确容差范围内实施。例如“完全空间模式匹配”，“完全折射率匹配”，“使得完全避免不需要的反射光”等等在此使用的短语应根据“操作可接受的”性能这个概念解释。
当使用特殊的材料和/或材料组合和具有特殊的维度和配置的特殊的例子被在此公开时，应理解为很多材料和/或材料组合可以使用在多种维度和/或配置中，而同时处于本公开和/或保护的发明的概念的范围之内。应当指出，所提出的晶片规模的加工程序作为例子，这里提出的加工程序的任何一种或全部，和/或相同的程序，也可以用于更小的部件组，或用于单独部件，同时在本公开和/或附加的权利要求书的范围之内。与公开的示例性实施例和方法相同，这些应处于本公开和/或附加的权利要求书的范围之内。公开的示例性实施例和方法，及与它们的相同的东西，可以被改进，同时仍处于本次公开和/或附加的权利要求书的范围之内。
权利要求
1.一种方法，包括在一个水平组件上形成两个侧壁和一个完全透明的端壁，端壁和侧壁从水平组件上凸出，端壁，侧壁和水平组件部分地围起一个内部空间；并且使端壁的至少一部分具有光学功能。
2.权利要求1的方法，其中光学功能通过至少下面方式中的一种实现i)在端壁的至少一个表面上形成至少一个光学膜；ii)使端壁具有至少一个曲面；iii)使端壁的至少一个表面具有一个随空间变化的表面轮廓；iv)使端壁具有至少一个随空间变化的光学特性；v)使端壁具有至少一个各向异性的光学特性；以及vi)使端壁具有至少一个随光谱变化的光学特性。
3.权利要求1的方法，进一步包括在相同的基层晶片上制作多个水平组件和相应的侧壁和完全透明的端壁；使相同的基层晶片上的多个端壁的至少一部分具有光学功能；以及分割基层晶片用于将多个水平组件彼此分开。
4.权利要求3的方法，其中至少一部分光学功能在分割基层晶片之前实现。
5.权利要求3的方法，其中至少一部分光学功能在基层晶片分为多个条之后并且在把条分为分离的水平组件之前实现，每个条都包括有一个单行多水平组件。
6.权利要求3的方法，其中至少一部分光学功能在基层晶片分为分离的水平组件之后实现。
7.权利要求1的方法，进一步包括制作位于至少一个水平组件和侧壁上的至少一个调整表面。
8.权利要求1的方法，进一步包括制作位于至少一个水平组件和侧壁上的至少一个调整标记。
9.权利要求1的方法，进一步包括制作位于端壁的至少一个表面上的至少一个光学膜。
10.权利要求9的方法，其中光学膜包括一个光谱选择性滤光片膜。
11.权利要求1的方法，进一步包括具有至少一个曲面的端壁。
12.权利要求1的方法，进一步包括具有至少一个随光谱变化的光学特性的端壁。
13.权利要求1的方法，进一步包括制作从水平组件凸出的第二个端壁并部分地围起一个在第一个端壁对面的内部空间；以及使第二个端壁的至少一部分具有光学功能。
14.权利要求1的方法，其中水平组件，端壁，和侧壁由一种半导体材料制成。
15.权利要求1的方法，其中水平组件由一种半导体材料制成，以及端壁和侧壁由一种低折射率氧化物材料制成。
16.权利要求1的方法，其中端壁的厚度在约20μm到30μm之间。
17.一种方法，包括在一个基层的第一个表面上的部件区域上面制作一种完全透明的光学部件层；制作一种从第一个基层表面穿过相邻的基层到达部件区域的通道；从位于部件区域对面的区域上面的第二个基层表面清除基层材料，用于从光学部件层清除基层材料并制作一个由光学部件层和三个基层侧壁部分围起的内部空间，内部空间和通道是连接的；将光学部件层和三个侧壁从基层上分离，光学部件层保持与至少两个基层侧壁的相邻部分连接；以及使至少一部分光学部件层具有光学功能。
18.权利要求17的方法，其中光学功能通过至少由下列中的一种实现i)在光学部件层的至少一个表面上形成至少一个光学膜；ii)使光学部件层具有至少一个曲面；iii)使光学部件层的至少一个表面具有一个随空间变化的表面轮廓；iv)使光学部件层具有至少一个随空间变化的光学特性；v)使光学部件层具有至少一个各向异性的光学特性；以及vi)使光学部件层具有至少一种随光谱变化的光学特性。
19.权利要求17的方法，进一步包括在同一个基层晶片上的第一个表面的多个对应部件区域上制作多个完全透明的光学部件层；制作从第一个基层晶片表面穿过相邻的基层晶片到达与多个部件区域的通道；从位于相应的部件区域对面的多个区域上面的第二个基层晶片表面清除基层材料，用于从对应的光学部件层清除基层材料并制作多个内部空间，每个内部空间由对应的光学部件层和三个对应的基层侧壁部分围起，每个内部空间和对应的通道是连接的；使多个光学部件层的至少一部分具有光学功能；以及分开基层晶片，用于将多个部件区域彼此分开，光学部件层保持与至少两个对应的基层侧壁的相邻部分连接。
20.权利要求19的方法，其中至少一部分光学功能在分割基层晶片之前实现。
21.权利要求19的方法，其中至少一部分光学功能在基层晶片分为多个条之后并且在把条分为彼此分离的部件区域之前实现，每个条都有一个单行多部件区域。
22.权利要求19的方法，其中至少一部分光学功能在基层晶片分为彼此分离的部件区域之后实现。
23.权利要求17的方法，进一步包括制作位于在至少一个基层侧壁上的至少一个调整表面。
24.权利要求17的方法，进一步包括制作位于在至少一个基层侧壁上的至少一个调整标记。
25.权利要求17的方法，进一步包括制作位于光学部件层的至少一个表面上的至少一个光学膜。
26.权利要求25的方法，其中光学膜包括一种光谱选择性滤光片膜。
27.权利要求17的方法，进一步包括具有至少一个曲面的光学部件层。
28.权利要求17的方法，进一步包括具有至少一个随光谱变化的光学特性的光学部件层。
29.权利要求17的方法，其中光学部件层和基层侧壁由一种半导体材料制成。
30.权利要求17的方法，其中光学部件层由一种低折射率氧化物材料制成，以及基层侧壁由一种半导体材料制成。
31.权利要求17的方法，其中光学部件层的厚度在约20μm到30μm之间。
32.一种光学设备，包括一个水平组件；以及从水平组件中凸出的两个侧壁和一个的完全透明的端壁。端壁，侧壁和水平组件部分地将一个内部空间包围起来，并且使至少一部分端壁具有光学功能。
33.权利要求32的设备，其中光学功能通过至少下面方式中的一种实现i)在端壁的至少一个表面上形成至少一个光学膜；ii)至少一个端壁的曲面；iii)至少一个具有一个随空间变化的表面轮廓的光学部件层的表面；iv)至少一个端壁的随空间变化的光学特性；v)至少一个端壁的各向异性的光学特性；以及vi)至少一个端壁的随光谱变化的光学特性。
34.权利要求32的设备，进一步包括在水平组件和侧壁的至少一个上形成的至少一个调整表面。
35.权利要求32的设备，进一步包括在水平组件和侧壁的至少一个上形成的至少一个调整标记。
36.权利要求32的设备，进一步包括在端壁的至少一个表面上形成的至少一个光学膜。
37.权利要求36的设备，其中光学膜包括一个光谱选择性滤光片膜。
38.权利要求32的设备，其中端壁具有至少一个曲面。
39.权利要求32的设备，其中端壁具有至少一个随光谱变化的光学特性。
40.权利要求32的设备，进一步包括从水平组件上凸出的第二个的完全透明的端壁并部分地围起一个在第一个端壁对面的内部空间；以及使第二个端壁的至少一部分具有光学功能。
41.权利要求32的设备，其中水平组件，端壁，和侧壁由一种半导体材料制成。
42.权利要求32的设备，其中水平组件由一种半导体材料制成，以及端壁和侧壁由一种低折射率氧化物材料制成。
43.权利要求32的设备，其中水平组件和侧壁由一种半导体材料制成，以及端壁由一种低折射率氧化物材料制成。
44.权利要求32的设备，其中端壁的厚度在约20μm到30μm之间。
45.权利要求32的设备，其中至少一个侧壁吸收处于光学部件运行波长的光。
46.一种光学设备，包括形成在一个波导基层上的一种平面型光波导；位于波导基层上的第二个光波导并且与平面型光波导用光学的方式端部耦合；以及一个光学部件，包括一个水平组件，以及从水平组件上凸出的一种完全透明的端壁和两个侧壁，端壁、侧壁和水平组件部分地围起一个内部空间，其中至少一部分端壁具有光学功能，其中光学部件安装在波导基层上；以及平面型光波导和第二个光波导通过从光学部件端壁的反射光和穿过光学部件端壁的透射光之一用光学的方式进行端部耦合。
47.权利要求46的设备，其中光学功能通过至少下面方式中的一种实现i)在光学部件端壁的至少一个表面上形成的至少一个光学膜；ii)至少一个光学部件端壁的曲面；iii)至少一个具有一个随空间变化的表面轮廓的光学部件层的表面；iv)至少一个光学部件端壁的随空间变化的光学特性；v)至少一个光学部件端壁的各向异性的光学特性；以及vi)至少一个光学部件端壁的随光谱变化的光学特性。
48.权利要求46的设备，进一步包括在水平组件和侧壁的至少一个上形成的至少一个光学部件调整表面；以及在平面型波导和波导基层的至少一个上形成的至少一个波导调整表面，其中将光学部件安装在波导基层上并且光学部件调整平面与波导调整表面接合。
49.权利要求46的设备，进一步包括在水平组件和侧壁的至少一个上形成的至少一个光学部件调整标记；以及在平面型波导和波导基层的至少一个上形成的至少一个波导调整标记，其中将光学部件安装在波导基层上并且光学部件调整标记对齐波导调整标记。
50.权利要求46的设备，进一步包括在光学部件端壁的至少一个表面上形成的至少一个光学膜。
51.权利要求50的设备，其中光学膜包括一个光谱选择性滤光片膜。
52.权利要求46的设备，进一步包括位于波导基层上的第三个光波导并且与平面型光波导用光学的方式进行端部耦合，其中；平面型光波导和第二个光波导通过从光学部件端壁的反射光用光学的方式进行端部耦合；以及平面型光波导和第三个光波导通过从穿过光学部件端壁的透射光用光学的方式进行端部耦合。
53.权利要求52的设备，进一步包括位于波导基层上的第四个光波导，其中第三个光波导和第四个光波导通过从光学部件端壁的反射光用光学的方式进行端部耦合；以及第二个光波导和第四个光波导通过从穿过光学部件端壁的透射光用光学的方式进行端部耦合。
54.权利要求46的设备，其中第二个光波导包括安装在波导基层上的一根光纤并且用穿过光学部件端壁的透射光用光学的方式端部耦合到平面型波导。
55.权利要求46的设备，其中第二个光波导包括形成在波导基层上的第二个平面型光波导并且用光学部件端壁的反射光用光学的方式端部耦合到平面型波导。
56.权利要求55的设备，其中第一个和第二个平面型波导的核的高度小于约1μm。
57.权利要求55的设备，其中第一个和第二个平面型波导形成一个介于约15°到约35°之间的夹角。
58.权利要求46的设备，其中第二个光波导包括形成在第二个波导基层上的第二个平面型光波导并且通过把第二个平面型波导安装在第一个波导基层上，用光学的方式端部耦合到平面型波导。
59.权利要求46的设备，其中平面型波导的一端容纳在光学部件的内部空间内。
60.权利要求46的设备，进一步包括一种完全透明的嵌入介质，该介质完全填充在平面型波导和光学部件端壁间的光学通道内。
61.权利要求46的设备，其中光学部件进一步包括从水平组件上凸出的第二个完全透明的端壁并且部分地围起第一个端壁对面的内部空间，以及使至少一部分第二个端壁具有光学功能；光学部件用容纳在内部空间并被光学部件完全围住的平面型波导的一段安装在波导基层上。
62.权利要求46的设备，其中光学部件端壁的厚度在约20μm到30μm之间。
63.权利要求46的设备，其中平面型光波导的端面约处于端壁的正对的表面的5μm内，并且第二个光波导的端面约处于端壁的正对的表面的5μm内。
64.权利要求46的设备，其中至少一个侧壁是倾斜的并且被镀上反射膜，这样从至少一个波导中射出并入射到倾斜的侧壁上的光被重新定向到波导基层。
65.一种光学设备，包括一个基层；形成在基层上的至少三个平面型光波导；用于在一个输出波长处发出光能的至少一个安装在基层上的激光器；用于在一个输入波长处探测光能的至少一个安装在基层上的光电探测器；以及至少一个安装在基层上的光学部件，其中第一个平面型波导在它的第一个端面处，与第二个平面型波导在它的一个端面处用光学方式端部耦合。第一个平面型波导在它的第一个端面处，与第三个平面型波导在它的一个端面处用光学方式端部耦合。光学部件将从第二个平面型波导的端面射出的光能射入第一个平面型波导的第一个端面；光学部件将从第一个平面型波导的第一个端面射出的光能射入第三个平面型波导的端面；激光器用光学方式耦合到第二个平面型波导，这样由激光器发出的输出光能沿着第二个平面型波导传输并从它的端面射出；光电探测器用光学方式耦合到第三个平面型波导，这样进入到它的端面的的输入光能沿着第三个平面型波导传输，用于被光电探测器探测；光学部件包括一个水平组件，它有从其上凸出的两个侧壁和一个的完全透明的端壁并且部分地围成一个内部空间，以及形成在端壁的至少一个表面上的一种光谱选择性光学滤光片膜；以及光学部件和靠近波导端面的端壁和容纳在内部空间内的至少一个波导端面一起安装。
66.权利要求65的设备，其中光学滤光膜反射输出波长的光并且透射输入波长的光；从第一个平面型波导的第一个端面射出的输入光能通过光学部件端壁被传导，进入第三个平面型波导的端面，并被光电探测器探测；以及从第二个平面型波导的端面射出的输出光能被光学部件端壁反射，进入第一个平面型波导的第一个端面，并沿着第一个平面型波导传输。
67.权利要求65的设备，其中光学滤光膜透射输出波长的光并且反射输入波长的光；从第一个平面型波导的第一个端面射出的输入光能被从光学部件端壁反射，进入第三个平面型波导的端面，并被光电探测器探测；以及从第二个平面型波导的端面射出的输出光能被光学部件端壁透射，进入第一个平面型波导的第一个端面，并沿着第一个平面型波导传输。
68.权利要求65的设备，进一步包括一根光纤，它用光学方式端部耦合到第一个平面型波导的第二个端面上，其中光纤安装在基层上的光纤调整槽内。
全文摘要
一个光学部件包括一个水平组件(101)，该水平组件具有从水平组件中凸出的两个侧壁(108)和一个完全透明的端壁(100)。端壁、侧壁和水平组件将一个内部空间(106)部分地包围起来，并且至少一部分端壁可用任意适当的方式具有光学功能。一个光学组件包括这样一个光学部件，它沿着一个平面型波导(250)和第二个波导(210，230)安装在一个波导基层(200)上，它们用从光学部件端壁的反射光或穿过光学部件端壁的透射光的任何一个在端部耦合。平面型波导的端部可以容纳在所安装的部件的内部空间内。可以通过在部件和/或波导基层上调整表面和/或调整标记(124，224)来正确调整光学部件相对于波导的位置。
文档编号G02B6/10GK1735822SQ200380108168
公开日2006年2月15日 申请日期2003年10月9日 优先权日2002年11月12日
发明者亨利·A.·布拉尤维尔特, 戴维·W.·沃努, 乔尔·S.·帕斯拉斯克 申请人:斯邦恩特光子学公司