专利名称：光学共振器，其凹镜的制造方法和使用它的滤光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种光学共振器，其凹镜的制造方法，以及使用该光学共振器的滤光器，尤其是一种能够最小化光纤系统的调准误差造成的插入损失并且能够调整输出光信号的波长，从而能够从具有宽的带宽的输入光信号中高效地获得具有预定的窄的带宽的输出光信号的光学共振器，其凹镜的制造方法，以及使用该光学共振器的滤光器。
背景技术：
近些年，凭借着能够发送和接收庞大数据量的高速光学系统，信息和通信技术正以惊人的速度发展着。特别是，伴随着以高速度传输的包括诸如活动图像、声音信号、字母符号等等的各种数据的多媒体信息、交互式通信以及其用户数量的超常增长，使用铜传输线的常规通信网络不得不受到限制。因此，可以高速传输庞大数据量的使用光纤系统的通信网络被认为是一种可选方案。该光纤通信方法被转变成一种DWDM(密集波分多路复用技术)，它是一种利用光波长同一时间按位并行或按字符串行传输数据的纤维光学传输技术。因此，用于分离、放大或者衰减多路复用的每一波长的传输光信号或者具有特定波长的信号的光信号处理技术被认为是重要的。为此，用于分离具有特定波长的信号的光学共振器和使用该光学共振器的滤光器成为重要的设备。
通常，常规的光学共振器，例如Fabry-perot干涉计，具有这样的结构两个平面镜面对彼此放置，其间形成一共振腔。按照这种结构，当输入光的入射角没有被调准到和平面镜垂直从而有小的调准误差产生时，输出光的强度就会大大地被减小，从而增大插入损失。
为了解决上述问题，光纤系统不得不被非常严格地限制或者不得不在光纤系统中提供额外的输出光信号放大器，从而增加光学共振器和使用光学共振器的光纤的生产成本并且导致具有非常复杂的结构。
而且，为了提高光输出的效率，上述额外的设备是必须的，从而难以减小光学共振器和滤光器的尺寸。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种能够最小化光纤系统的调准误差造成的插入损失并且能够调整输出光信号的波长，从而能够从具有宽的带宽的输入光信号中高效地获得具有预定的窄的带宽的输出光信号的光学共振器，其凹镜的制造方法，以及使用该光学共振器的滤光器。
为了获得这些和其它的优点并且按照本发明的目的，如这里被具体实例化的并且被广泛说明的，提供有一种光学共振器，其包括一用于透光的透明下基板；一形成在下基板的一个表面的平面镜；一和下基板连接的上基板，之间有一定间距；一形成在上基板的凹镜，用于和平面镜一起形成半球形的共振腔；和一微动装置，用于控制共振腔的间距。
为了获得这些和其它的优点并且按照本发明的目的，如这里被具体实例化的并且被广泛说明的，还提供有一种滤光器，其包括一用于透光的透明下基板；一形成在下基板的一个表面的平面镜；一和下基板连接的上基板，之间有一定间距；一形成在上基板的凹镜，用于和平面镜一起形成半球形的共振腔；一设置在下基板底下的输入光纤，用于通过输入光；一设置在输入光纤外周的输出光纤，用于通过输出光；一光纤调准/组装单元，用于调准输入光纤和输出光纤；和一设置在下基板和光纤调准/组装单元之间的透镜，用于传输自输入光纤输出的输入光到共振腔和自共振腔发射出的输出光到输出光纤。
为了获得这些和其它的优点并且按照本发明的目的，如这里被具体实例化的并且被广泛说明的，还提供有一种光学共振器的凹镜的制造方法，其包括以下步骤在硅基板的全部两个表面都形成一蚀刻掩模层；在两个表面之一的蚀刻掩模层表面定制一蚀刻窗口；通过蚀刻窗口蚀刻硅基板，从而形成一半球形的腔；可选择地除去蚀刻掩模层；在硅基板的表面上形成有半球形腔的地方形成一反射层；在反射层上形成一厚光阻层，而后进行平整；抛光厚光阻层和反射层，从而使厚光阻层被留在半球形腔内；和可选择地除去留在半球形腔内的厚光阻层。
当结合附图看说明书中下面的详细说明时，本发明的上述和其它目的、特征、情况和优点将会变得更加明晰。
为便于进一步理解本发明而被包含进来并且被引用以及构成说明书一部分的附图，图示本发明的实施例并且和说明书一起来解释本发明的原理。
在附图中图1所示为一种按照本发明的光学共振器的第一实施例的分解透视图；
图2所示为该按照本发明的光学共振器的第一实施例的正面截面图；图3所示为一种按照本发明的光学共振器的第二实施例的分解透视图；图4所示为该按照本发明的光学共振器的第二实施例的正面截面图；图5所示为按照本发明的第二实施例的光学共振器的上基板的内部结构的平面图；图6所示为按照本发明的第二实施例的光学共振器的下基板的内部结构的平面图；图7所示为一种按照本发明的滤光器的结构图；和图8A到8H所示为按照本发明的光学共振器的凹镜的制造过程的横截面图。
具体实施例方式
现在参照附图中所示的例子，对本发明的优选实施方式进行详细说明。
下面将对一种按照本发明的光学共振器进行说明。
尽管按照本发明的光学共振器可以存在多种实施例，但只有最佳的实施例将被进行说明。
图1所示为一种按照本发明的光学共振器的第一实施例的分解透视图，并且图2所示为该按照本发明的光学共振器的第一实施例的正面截面图。
如图所示，该按照本发明的第一实施例的光学共振器包括一具有一定面积和一预定厚度并且由透明材料形成的下基板1，用于光的透入；一形成在下基板1的一个表面的平面镜2，用于通过已经由下基板1入射的光；一具有一定面积和一预定厚度的上基板3，该上基板3以一定的间距连接到下基板1；和一形成在上基板3的一个表面的凹镜4，该凹镜4面对平面镜2，用于与平面镜2一起形成一半球形的共振腔5，并且反射已经由平面镜2入射的光。
具有一预定高度和宽度的连接部分6形成在形成有平面镜2的下基板1的一个表面的边缘，使得上基板3的一个表面的边缘可以被连接到连接部分6。因此，上基板3和下基板1分开一定间距。连接部分6也可以被形成在上基板3的一个表面的边缘。
为了增强反射率，凹镜4通过可选择的数次迭置具有不同折射率的异性电介质薄膜层来形成。并且，为了获得半透明特性，平面镜2通过可选择的数次迭置具有不同折射率的异性电介质薄膜层来形成或者由金属薄膜层来形成。
同时，一用于最小化输入光反射造成的插入损失的抗反射层7被覆盖在下基板1的光入射的那一个表面上。
在按照本发明的光学共振器中，输入光信号可以被限定在腔5中，对光纤系统的调准误差不敏感，从而减小光纤系统的调准误差产生的光学共振器的插入损失。
在凹镜的曲率R大于平面镜和凹镜之间的距离D的情况下，可以有效地把输入光限定在半球形腔中。
下文中，将对按照本发明的光学共振器的第二实施例进行更加详细的说明。
图3所示为一种按照本发明的光学共振器的第二实施例的分解透视图，图4所示为该按照本发明的光学共振器的第二实施例的正面截面图，图5所示为该按照本发明的第二实施例的光学共振器的上基板的内部结构的平面图，和图6所示为该按照本发明的第二实施例的光学共振器的下基板的内部结构的平面图。
如图所示，该按照本发明的第二实施例的光学共振器包括一具有一定面积和一预定厚度并且由透明材料形成的下基板10，用于透光；一形成在下基板10的一个表面的平面镜11，用于通过已经由下基板10入射的光；一具有一定面积和一预定厚度的上基板12，该上基板12以一定的间距连接到下基板10；一形成在上基板12的一个表面的凹镜14，该凹镜14面对平面镜11，用于与平面镜11一起形成一半球形的共振腔13，并且反射已经由平面镜11入射的光；和一微动装置15，用于控制半球形的共振腔13的间隔。
上基板12包括一与下基板10的一个表面的边缘相连接的固定框架17；一放置在固定框架17内的可移动部件18，并且在该可移动部件18的一个表面具有凹镜14；和多个弹性支撑元件19，用于相互连接固定框架17和可移动部件18，从而使可移动部件18能够弹性地悬挂在固定框架17上。
微动装置15由平行板电容器组成。所述平行板电容器包括一形成在可移动部件18的一个表面的凹镜14的外周的预定区域的第一电极20；一形成在下基板10的一个表面的第二电极21，以一定间距面对所述第一电极20；和一电连接到所述第一和第二电极20和21上的电压电源Va，用于在两个电极20和21之间产生静电力。
所述第一和第二电极20和21优选由具有高导电率的金属薄膜层形成。
优选地，多个弹性支撑元件19以放射状对称形成于固定框架17和可移动部件18之间，以便凹镜14可被在垂直方向上移动。
具有一定高度和宽度的连接部分23被形成在设有平面镜11的下基板10的一个表面的边缘，以便固定框架17可以被连接到连接部分23。因此，形成在连接到多个弹性支撑元件19上的可移动部件18上的凹镜14与形成在下基板10上的平面镜11以一定的间距分开。
为了增强反射率，凹镜14通过可选择的数次迭置具有不同折射率的异性电介质薄膜层来形成。并且，为了获得半透明特性，平面镜11通过可选择的数次迭置具有不同折射率的异性电介质薄膜层来形成或者由金属薄膜层来形成。
同时，一用于最小化输入光反射造成的插入损失的抗反射层24被覆盖在下基板10的光入射的那一个表面上。
按照本发明的第二实施例的光学共振器的工作原理如下所述。
当一个电压被施加到第一和第二电极20和21上时，通过两个电极之间感应电场产生的静电力，可移动部件18被移向下基板10。而且，与可移动部件18的位移成比例增长的多个弹性支撑元件19的恢复力变成等于所述静电力的位置，就是形成在可移动部件18上的凹镜14的位置。
也就是，因为共振腔13的间距，即凹镜14和平面镜11之间的距离，跟随可移动部件18的位置变化，所以半球形共振腔13内共振的光波长也随之发生变化。因此，通过任意调控形成在可移动部件18上的凹镜14的位置，输出光信号的波长可以被控制在使光纤系统的调准误差造成的插入损失最小化的程度上。
下文中，将对使用本发明的光学共振器的滤光器进行说明。
图7所示为一种按照本发明的滤光器的结构图。
该滤光器包括一具有一定面积和一预定厚度并且由透明材料形成的下基板10，用于透光；一形成在下基板10的一个表面的平面镜11，用于通过已经由下基板10入射的光；一具有一定面积和一预定厚度的上基板12，该上基板12以一定的间距连接到下基板10；一形成在上基板12的一个表面的凹镜14，该凹镜14面对平面镜11，用于与平面镜11一起形成一半球形的共振腔13，并且反射已经由平面镜11入射的光；一微动装置15，用于控制半球形的共振腔13的间隔；一设置在下基板10底下的输入光纤25，用于通过输入光；一输出光纤26，用于通过自共振器13射出的光；一光纤调准/组装单元27，由金属箍等形成，用于插入两光纤25和26，并从而固定到预定的位置；和一设置在下基板10与光纤调准/组装单元27之间的透镜28，用于传输输入光到共振腔13和自共振腔13射出的输出光到输出光纤26。
这里，上基板12和微动装置15具有和本发明的第二实施例的光学共振器一样的结构。
使用本发明的光学共振器的滤光器的工作原理将说明如下。
首先，通过输入光纤25入射的具有宽的带宽的输入光信号穿过透镜28，导致被折射，从而被入射到形成在凹镜14和平面镜11之间的半球形的共振器13。此时，通过利用微动装置15控制共振腔13的间距，共振的输入光信号被转换成具有以任意频率为中心的窄的带宽的输出光信号，并被透过透镜28通过输出光纤26输出，该输出光信号处于对光纤系统的调准误差不敏感的状态。
尤其，在使用WDM(波分多路复用)方法的光通信中，该滤光器可被用作可调滤光器。
图8A到8H所示为按照本发明的光学共振器的凹镜的制造过程的横截面图。下面将对按照本发明的光学共振器的凹镜的制造方法进行更详细的说明。
首先，如图8A所示，硅基板31被用作基材，蚀刻掩模层32和33被形成在硅基板31的上和下表面。蚀刻掩模层32和33由对硅具有高蚀刻选择性的材料构成，并且通过MEMS(微电版机械系统)制造技术来形成。如果后续执行的硅蚀刻方法是等向性湿式蚀刻法，则最好使用由诸如黄金的金属构成的蚀刻掩模层。
接下来，如图8B所示，光阻层被覆盖在形成于硅基板31的上表面上的蚀刻掩模层32上，然后要通过其来进行硅蚀刻的蚀刻窗口34被定制出，之后通过光阻层的蚀刻窗口34暴露出的上部的蚀刻掩模层32可被选择地除去，然后光阻层被除去，从而完成蚀刻窗口34。
然后，如图8C所示，使用等向性蚀刻法，对通过蚀刻窗口34暴露出来的硅基板31进行蚀刻。所述等向性蚀刻法包括通过浸入HNA溶液以预定的深度蚀刻图像薄片，HNA溶液是氢氟酸(HF)、硝酸(HNO3)和乙酸(CH3COOH)的混合溶液；通过暴露在诸如XeF2或者BrF3的气体中以预定的深度蚀刻图像薄片；或者在激活成等离子状态的SF6气体中通过使用活性离子蚀刻法蚀刻图像薄片。尤其，使用HNA溶液的等向性湿式蚀刻法具有在预定的深度蚀刻停止的特性，从而可以容易地获得半球形的腔35。因此，使用HNA溶液的等向性湿式蚀刻法是可以提高成品的产量和一致性的优选方法。
接下来，如图8D所示，留在形成腔35的硅基板31上的蚀刻掩模层32和33可以选择地除去。
然后，如图8E所示，具有不同折射率的电介质薄膜层，诸如氧化硅层、氮化硅层和氧化钛层等，可以被选择性的迭置在形成腔35的硅基板31的表面上，从而形成具有高反射率的反射层37。以能使折射率最大来优选地确定迭置的厚度和次数。
然后，如图8F所示，厚光阻层36被覆盖在形成有反射层37的具有多个半球形腔35的硅表面，并且对厚光阻层36进行热处理，从而使其平整。
而后，如图8G所示，形成在硅基板31的上表面上的厚光阻层36和反射层37通过使用化学机械抛光工艺进行抛光，然后被除去，使得厚光阻层36只能留在半球形腔35内。
接着，如图8H所示，留在半球形腔35内的厚光阻层可选择性地被除去，从而形成凹镜4或14。
另外，通过使用MEMS(微电版机械系统)制造工艺，给按上述方法制成的具有凹镜14的硅基板31提供固定框架17、多个弹性支撑元件19以及电极20和21，从而完成如本发明的第二实施例的光学共振器的上基板12。
通过常规半透明镜制造方法，半透明平面镜2或11可以被形成在下基板1或10的上表面。通过剥落法(lift-off method)或电镀工艺，金属焊料被放置在下基板1或10的边缘，从而形成具有预定宽度和高度的连接部分6或23。而且，用于最小化入射光的反射的抗反射涂层7或24被置于下基板1或10的下表面上。
按上述方法制成的上基板3或12和下基板1或10被调准，然后彼此连接，裁切分离成个体，从而制造出如本发明的高度一致性的光学共振器。并且，所述方法使大量生产成为可能。
如上述的详细说明，在如本发明的光学共振器中，平面镜和凹镜被形成彼此相对，从而构成半球形共振腔。由此，插入损失被最小化，对光纤系统的组装/调准误差具有小的敏感度的输出光信号特性可以被获得，并且通过控制共振腔的间距，输出光信号的波长可以被调整。
而且，因为通过使用MEMS制造工艺使大量生产成为可能，所以产量得到提高，并且成品的一致性和准确性也得到提高。
另外，在如本发明的包括光学共振器的滤光器中，光纤系统的组装/调准误差的允许范围变宽，从而便于组装，降低组装时的次品率，并且降低生产成本。
在不脱离本发明的精神或者实质特征的前提下，本发明可以被具体化为几种形式。同时应该理解，除非另外说明，上述实施例不受任何前述细节的限制，而应该在所附权利要求书中定义的它的精神和范围内进行广义地解释，因此凡是落入该权利要求的界线或者这些界线的等价物内的所有的变化和修改都被所附权利要求包含在内。
权利要求
1.一种光学共振器，包括一透明下基板，用于光的透入；一形成在所述下基板的一个表面的平面镜；一以一定的间距连接到所述下基板上的上基板；和一形成在所述上基板的一个表面上的凹镜，用于和所述平面镜一起形成一半球形的共振腔。
2.权利要求1的光学共振器，其特征在于，所述凹镜的曲率大于半球形共振腔的间距，即，所述凹镜和所述平面镜之间的距离。
3.权利要求1的光学共振器，其特征在于，所述凹镜通过可选择地迭置具有不同折射率的异性电介质薄膜层形成。
4.权利要求1的光学共振器，其特征在于，所述平面镜是一通过可选择地迭置具有不同折射率的异性电介质薄膜层形成，或者，是由金属薄膜层形成的半透明镜。
5.权利要求1的光学共振器，其特征在于，一抗反射层被覆盖在所述下基板的一个表面上，在其上，入射光被射入。
6.一种光学共振器，包括一透明下基板，用于光的透入；一形成于所述下基板的一个表面的平面镜；一以一定的间距连接到所述下基板上的上基板；一形成在所述上基板的一个表面上的凹镜，用于和所述平面镜一起形成一半球形的共振腔；和一微动装置，用于控制所述共振腔的间距。
7.权利要求6的光学共振器，其特征在于，所述上基板包括一与下基板的一个表面的边缘相连接的固定框架；一放置在固定框架内的可移动部件，并且在该可移动部件的一个表面具有所述凹镜；和多个弹性支撑元件，用于使可移动部件弹性地悬挂在固定框架上。
8.权利要求7的光学共振器，其特征在于，所述微动装置包括一形成在可移动部件的形成有凹镜的那一表面上的第一电极；一形成在下基板上的第二电极，以一定间距面对所述第一电极；和一电连接到所述第一和第二电极上的电压电源，用于在两个电极之间产生静电力。
9.权利要求6的光学共振器，其特征在于，所述凹镜的位置是处于一个位置，在那里，与可移动部件的位移成比例增加的多个弹性支撑元件的恢复力变成等于所述的静电力。
10.权利要求6的光学共振器，其特征在于，所述凹镜的曲率半径大于所述凹镜和所述平面镜之间的距离。
11.权利要求6的光学共振器，其特征在于，所述凹镜通过可选择地迭置具有不同折射率的异性电介质薄膜层形成。
12.权利要求6的光学共振器，其特征在于，所述平面镜是一通过可选择地迭置具有不同折射率的异性电介质薄膜层形成，或者，是由金属薄膜层形成的半透明镜。
13.权利要求6的光学共振器，其特征在于，一抗反射层被覆盖在所述下基板的一个表面上，在其上，入射光被射入。
14.权利要求6的光学共振器，其特征在于，所述多个弹性支撑元件以放射状对称形成于所述固定框架和所述可移动部件之间，以便所述凹镜可被在垂直方向上移动。
15.一种滤光器，包括一透明下基板，用于光的透入；一形成于所述下基板的一个表面的平面镜；一以一定的间距连接到所述下基板上的上基板；一形成在所述上基板的一个表面上的凹镜，用于和所述平面镜一起形成一半球形的共振腔；一微动装置，用于控制所述共振腔的间距；一设置在所述下基板底下的输入光纤，用于通过输入光；一设置在所述输入光纤外周的输出光纤，用于通过输出光；一光纤调准/组装单元，用于调准所述输入光纤和所述输出光纤；和一设置在所述下基板和所述光纤调准/组装单元之间的透镜，用于传输自输入光纤输出的输入光到共振腔和自共振腔发射出的输出光到输出光纤。
16.一种光学共振器的凹镜的制造方法，包括以下步骤在一硅基板的全部两个表面都形成一蚀刻掩模层；在两个表面的一个蚀刻掩模层表面定制一蚀刻窗口；通过蚀刻窗口蚀刻硅基板，从而形成一半球形的腔；可选择地除去蚀刻掩模层；在硅基板的表面上形成有半球形腔的地方形成一反射层；在反射层上形成一厚光阻层，而后进行平整；抛光厚光阻层和反射层，从而使厚光阻层被留在半球形腔内；和可选择地除去留在半球形腔内的厚光阻层。
17.权利要求16的方法，其特征在于，所述半球形腔通过使用等向性湿式蚀刻法形成。
18.权利要求16的方法，其特征在于，所述半球形腔是在激活成等离子状态的SF6气体中通过使用活性离子蚀刻法形成。
19.权利要求16的方法，其特征在于，所述用于形成半球形腔的蚀刻掩模层是金属材料，例如黄金。
20.权利要求16的方法，其特征在于，所述反射层通过可选择地迭置诸如氧化硅层、氮化硅层和氧化钛层等具有不同折射率的异性电介质薄膜层形成。
全文摘要
一种光学共振器，包括一透明下基板，用于光的透入；一形成于所述下基板的一个表面的平面镜；一以一定的间距连接到所述下基板上的上基板；一形成在所述上基板的一个表面上的凹镜，用于和所述平面镜一起形成一半球形的共振腔；和一微动装置，用于控制所述共振腔的间距。本发明公开的内容是上述的、能够最小化光纤系统的调准误差造成的插入损失并且能够调整输出光信号波长的、从而能够从具有宽的带宽的输入光信号中高效获得具有预定的窄的带宽的输出光信号的微光学共振器，该光学共振器的微凹镜的制造方法以及使用该光学共振器的滤光器。
文档编号G02B6/34GK1521519SQ20041000056
公开日2004年8月18日 申请日期2004年1月14日 优先权日2003年2月12日
发明者李泳柱 申请人:Lg电子有限公司