光学器件封装的制作方法

本发明涉及一种光学器件封装。更特定来说，本发明涉及包括叉型(fork-type)光波导的光学器件封装。

背景技术

在一些光学器件中，光从波导传输到光纤(反之亦然)。然而，波导和光纤的直径和宽度之间的不匹配(mismatch)会降低光耦合效率并增加光耦合损耗。

用于解决这个问题的制造过程可包括使波导的接收端变细(tapering)。然而，即使在锥形化(tapering)的情况下，波导和光纤之间的界面周围仍然存在高的光耦合损耗。解决这个问题的另一种方法可使用不同折射率的材料。然而，这样的制造过程的成本高，且过程复杂。

技术实现要素：

在某些实施例中，一种波导包括一第一层和一第二层。该第一层包括一第一折射率的一第一材料。该第二层被该第一层包围且包括一第二折射率大于该第一折射率的一第二材料。该第二层包括一主体、一第一叉和一第二叉。该主体具有一第一实质恒定的厚度(substantiallyconstantthickness)。该第一叉从该主体延伸且具有由该第一层暴露的一第一锥形端(taperingend)。该第一叉具有该第一实质恒定的厚度。该第二叉从该主体延伸且具有由该第一层暴露的一第二锥形端。该第二叉具有该第一实质恒定的厚度。

在某些实施例中，一种光学器件包括一波导。该波导包括一主体和多个叉。该多个叉中之每个具有一锥形端且从该主体延伸。该等叉被配置为传播在该主体中形成建设性干涉(constructiveinterference)的光束。

在某些实施例中，一种光学器件封装包括一波导和一光纤。该光纤具有被配置为将光输出到该波导中的一表面。该波导包括一主体和多个叉。该主体具有一第一实质恒定的厚度。该多个叉中的每一个具有一锥形端且从该主体延伸。该等叉的该等锥形端中的每一个包括用于接收光的一面(facet)。该光纤的该表面与该等面中之至少一个之间的一横向距离小于约25微米(μm)。

在某些实施例中，一种光学器件包括一波导。该波导包括一主体和一延伸部分。该主体具有一第一实质恒定的厚度。该延伸部分具有围绕该延伸部分的一圆周而延伸的一端。该延伸部分从该端朝向该主体逐渐变细(tapers)。该延伸部分被配置为传播在该主体中形成建设性干涉的光束。

在某些实施例中，一种光学器件封装包括一波导和一光纤。该波导包括一主体和一延伸部分。该主体具有一第一实质恒定的厚度。该延伸部分具有围绕该延伸部分的一圆周而延伸的一端。该延伸部分从该端朝向该主体逐渐变细。该光纤具有被配置为将光输出到该波导中的一表面。该光纤的该表面与该端之间的一横向距离小于约25μm。

附图说明

当与附图一起阅读时，根据以下详细描述可以最好地理解本发明的一些实施例的方面。应注意，各种结构可能没有按比例绘制，且为了清楚讨论，各种结构的尺寸可以任意增加或减小。

图1显示根据本发明的一些实施例的光学器件封装的透视图。

图2显示根据本发明的一些实施例的光学器件封装的顶视图。

图3a显示根据本发明的一些实施例的模拟结果。

图3b显示根据本发明的一些实施例的模拟结果。

图4a显示根据本发明的一些实施例的模拟结果。

图4b显示根据本发明的一些实施例的模拟结果。

图4c显示根据本发明的一些实施例的模拟结果。

图5a显示根据本发明的一些实施例的模拟结果。

图5b显示根据本发明的一些实施例的模拟结果。

图6显示根据本发明的一些实施例的模拟结果。

图7显示根据本发明的一些实施例的光学器件的透视图。

图8显示根据本发明的一些实施例的光学器件的透视图。

贯穿图式及详细描述使用共同参考数字以指示相同或类似元件。本发明的实施例将从结合附图进行的以下详细描述更显而易见。

具体实施方式

本发明的至少一些实施例描述了具有改善的光传输质量(quality)的光学器件封装。此外，根据一些实施例，光学器件封装可增加封装的光学耦合效率，因为在封装的叉中传播的至少一些光束形成建设性干涉。

相对于某一组件或组件的群组或组件或组件的群组的某一平面而指定空间描述，例如“之上”、“之下”、“上”、“左”、“右”、“下”、“顶部”、“底部”、“垂直”、“水平”、“侧”、“更高”“下部”、“上部”、“上方”、“下方”等，以用于定向如相关联图中所展示的组件。应理解，本文中所使用的空间描述仅是出于说明的目的，且本文中所描述的结构的实际实施可以任何定向或方式在空间上布置，其限制条件为本发明的实施例的优点是不因此布置而有偏差。

图1显示根据本发明的一些实施例的光学器件封装1的透视图。光学器件封装1可包括两个光学器件10和20。光学器件10可以是例如波导(或者波导的一部分)。光学器件20可以是例如光纤(或光纤的一部分)。光学器件10包括氧化物层11和光透射层12。光透射层12包括用于接收光的面14。光学器件20包括光透射组件21和表面22。光透射组件21可以是例如光纤核心(fibercore)。光学器件10可光学耦合到光学器件20。光学器件20的表面22可用于将光输出到光学器件10。

氧化物层11包括具有第一折射率的材料。光透射层12可以例如被氧化物层11包围。光透射层12包括具有第二折射率的材料。在一些实施例中，第二折射率可以大于第一折射率。氧化物层11可以包括例如二氧化硅(sio2)、氧化硅(siox)、另一种陶瓷、其他合适的材料、或者其两种或更多种的组合。

图2显示根据本发明的一些实施例的光学器件封装1的顶视图。光透射层12包括主体12a、叉121和叉122。在一些实施例中，光透射层12可以包括单叉(singlefork)、两叉(twoforks)或多于两叉。光透射层12可以包括例如硅(si)、另一种半导体、其他合适的材料、或者其两种或更多种的组合。在一些实施例中，主体12a可具有第一实质恒定的厚度。在一些实施例中，光透射层12可以具有例如从约0.1微米(μm)到1μm、从约0.2μm到0.8μm、或从约0.3μm到约0.5μm的第一实质恒定的厚度。可以沿着与中心轴正交的方向(如图2所示的线a-a所表示)测量厚度。在一些实施例中，光透射层12可以具有例如从约0.2μm至10μm、从约0.5μm至5μm、或从约1μm至约3μm的横向宽度。

如图2所示，叉121从主体12a延伸。叉121具有由氧化物层11暴露的第一锥形端121a。叉122从主体12a延伸。叉122具有由氧化物层11暴露的第二锥形端122a。锥形端也可以被称为尖端(tips)或锥形(tapers)。第一锥形端121a和第二锥形端122a中的每一个可以包括用于接收光的面14。在一些实施例中，锥形端121a和122a中的至少一个的面14的横向宽度可以是例如小于约0.05μm、小于约0.1μm、小于约0.2μm或小于约0.5μm。

在一些实施例中，第一锥形端121a和第二锥形端122a中的至少一个的宽度可以是例如小于约0.05μm、小于约0.1μm、小于约0.2μm或小于约0.5μm。第一锥形端121a与第二锥形端122a之间的横向距离(例如图2中所示的间隙(gap)的两倍)可以是大约1μm至3μm。光束可以通过面14接收并在叉121a和122a中传播。在叉121a和122a中传播的至少一些光束可以在主体12a中形成建设性干涉。

在一些实施例中，主体12a和叉121和122具有相同的第一实质恒定的厚度，例如从约0.1μm到1μm、从约0.2μm到0.8μm、或从约0.3μm到约0.5μm。在一些实施例中，叉121和122可对称地设置。在一些实施例中，主体12a具有沿着如图2所示之线a-a的中心轴。中心轴与第一锥形端121a和第二锥形端122a中的一个之间的角度可以是例如小于约0.5度、小于约1度、小于约5度或小于约10度。锥形端121a和122a的面14的形状可以是例如矩形、正方形、圆形等。光学器件20的表面22和面14之间的横向缓冲距离(如图2中所示的l缓冲区(l_buffer))可以是例如小于约5μm、小于约10μm、小于25μm或小于约50μm。

图3a和图3b显示根据本发明的一些实施例的模拟结果。在一些实施例中，如图3a所示，波导10不具有波导尖端或波导锥形(waveguidetaper)。波导10和光纤20之间的耦合效率(ce)可以是例如大约1.4％，因为大部分光能量不在波导10中传播。波导10与光纤20的尺寸之间的不匹配降低了ce。在一些实施例中，即使对于具有一个波导尖端或一个波导锥形的波导10，波导10与光纤20之间的ce可以是例如大约42.3％。仍然有大量的光能不在波导10中传播。

参考图3b，波导10具有两个波导尖端或两个波导锥形(例如叉121和122)。具有至少两个叉的波导10可以被称为叉形波导。在一些实施例中，波导10和光纤20之间的ce可以增加到例如大约61.1％。因此，叉形光波导增加了光耦合效率，因为在叉121和122中传播的至少一些光束可以在主体12a中形成建设性干涉。在一些实施例中，叉121和122也可以增加波导10和光纤20之间的水平偏移的容限(tolerance)。

图4a、图4b、图4c显示根据本发明的一些实施例的模拟结果。在一些实施例中，第一锥形端121a与第二锥形端122a(如图2所示)之间的横向距离可以是如图4a所示的间隙值的大约两倍。参考图4a，在一些实施例中，波导10与光纤20之间的ce的最佳范围可对应于例如约0.5μm至约2.5μm、约0.75μm至约2.25μm、约1μm至约2μm、或约1.25μm至约1.75μm。

图4b显示对应于光学器件20的表面22与面14(在图2中示为l缓冲区)之间的横向缓冲距离的各种值的耦合效率。在一些实施例中，l缓冲区可以是例如小于约40μm、小于约30μm或小于约25μm。在一些实施例中，当l缓冲区例如小于约5μm时，波导10和光纤20可能难以对准。在一些实施例中，如果l缓冲区在大约5μm到大约25μm之间，则可以实现波导10和光纤20之间的适当对准，并且可以获得合适的、期望的或最佳的ce。在一些实施例中，波导10和光纤20之间的最佳ce可以对应于例如大约10μm的l缓冲区值。

锥形端121a和122a中之一个的面14的横向宽度可以被称为尖端宽度(tipwidth)。图4c显示对应于面14的横向宽度的各种值的耦合效率。如图4c所示，在一些实施例中，波导10和光纤20之间的最佳ce可对应于例如小于约0.3μm、小于约0.2μm或小于约0.1μm的尖端宽度。

图5a和圖5b显示根据本发明的一些实施例的模拟结果。参考图5a，曲线71对应于具有单个尖端的波导、曲线72对应于具有两个尖端的波导、且曲线73对应于具有三个尖端(三尖端波导)的波导。图5a的x轴对应于波导10和光纤20之间的水平偏移。图5a的y轴对应于耦合效率。至少根据图5a中所示的一些实施例，具有两个尖端的波导(曲线72)可以具有耦合效率高于具有单个尖端的波导(曲线71)和具有三个尖端的波导(曲线73)的耦合效率。

参考图5b，曲线71'对应于具有单个尖端的波导、曲线72'对应于具有两个尖端的波导，而曲线73'对应于具有三个尖端的波导(三尖端波导)。图5b的x轴对应于波导10和光纤20之间的水平偏移。图5b的y轴对应于耦合损失。至少根据图5b中所示的一些实施例，具有两个尖端的波导(曲线72')可具有耦合损耗低于具有单个尖端的波导(曲线71')和具有三个尖端的波导(曲线73')的耦合损失。

图6显示根据本发明的一些实施例的模拟结果。在一些实施例中，图6中的角度θ对应于图2中所示在中心轴与第一锥形端121a和第二锥形端122a中的一个之间的角度θ。如图6所示，在一些实施例中，波导10与光纤20之间的最佳ce可对应于例如约0.15度至约0.8度、约0.3度至约0.7度或约0.45度至约0.5度的角度θ。

在一些实施例中，叉形波导可以包括多于两个的叉子。图7显示根据本发明的一些实施例的光学器件的透视图。光透射层12包括主体12a、叉子121、叉子122、叉子123和叉子124。叉子121、叉子122、叉子123和叉子124可以对称地设置。在一些实施例中，在叉121、叉122、叉123和叉124中传播的光束可以在主体12a中形成建设性干涉。在一些实施例中，光透射层12可以包括叉121、叉122和叉123，且可以省略叉124(未示出)。叉121、叉122和叉123可对称设置。在一些实施例中，在叉121、叉122和叉123中传播的光束可以在主体12a中形成建设性干涉。

图8显示根据本发明的一些实施例的光学器件的透视图。光透射层12包括主体12a和锥形(cone-like)(或漏斗形(funnel-shaped)))延伸部分12b。锥形部分12b具有围绕锥形部分12b的圆周而延伸的圆形端(circular-likeend)14，且锥形部分12b从端14朝向主体12a逐渐变细(tapers)。在锥形部分12b中传播的光束可以在主体12a中形成建设性干涉。在一些实施例中，光纤20的表面22(未示出)与用于接收光的圆形端14之间的横向距离可以是例如小于约5μm、小于约10μm、小于25μm、或者小于约50μm。

如本文中所使用，词语“近似地”、“大体上”、“实质的”及“约”用以描述及说明小变化。当与事件或情形结合使用时，所述词语可指事件或情形明确发生的情况及事件或情形极近似于发生的情况。举例来说，当结合数值使用时，所述词语可指小于或等于彼数值的±10％的变化范围，例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％。举例来说，如果两个数值之间的差小于或等于所述值的平均值的±10％(例如，小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％)，则可认为所述两个数值“大体上”相同。

另外，有时在本文中按范围格式呈现量、比率及其它数值。应理解，此类范围格式是为便利及简洁起见而使用，且应灵活地理解为不仅包含明确指定为范围极限的数值，且还包含涵盖于彼范围内的所有个别数值或子范围，就如同明确指定每一数值及子范围一般。

尽管已参考本发明的特定实施例描述并说明本发明，但这些描述及说明并不限制本发明。所属领域的技术人员应理解，在不脱离如由所附权利要求书界定的本发明的真实精神及范畴的情况下，可作出各种改变且可用等效物取代。说明可不一定按比例绘制。归因于工艺及容限，本发明中的艺术再现与实际装置之间可存在区别。可存在并未特定说明的本发明的其它实施例。应将本说明书及图式视为说明性而非限制性的。可作出修改，以使特定情形、材料、物质组成、方法或工艺适应于本发明的目标、精神及范畴。所有所述修改均意欲处于此处随附的权利要求书的范畴内。尽管已参看按特定次序执行的特定操作描述本文中所揭示的方法，但应理解，在不脱离本发明的教示的情况下，可组合、再分或重新定序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中具体指示，否则操作的次序及分组并非对本发明的限制。