光波导装置制造该装置的元件和制造该装置及元件的方法

专利名称：光波导装置制造该装置的元件和制造该装置及元件的方法
该装置涉及光波导装置，制造该装置的元件和制造该装置及元件的方法。该装置用于连接光纤，光学组件和模件并用于综合光学系统。
在光通信系统中，由象激光器或发光二极管一样的光源所产生的光载波来传输信息。由于光通讯系统比常规通讯系统有诸多优点比如能极大地增加信道的数量和除了使用昂贵的铜缆外还可使用其它材料来传输信息，因此使光通讯系统在目前具有极大的吸引力。把光波从一点传导或引导到另一点称为传光波导。光波导的工作原理是当一种光透明介质被另一种具有更低折射率的介质围绕或交界时，沿内层介质轴向引入的光在内，外层介质的交界面上产生全反射，从而产生传导效应。这样的波导装置最常用的材料是玻璃，该玻璃附着在特定尺寸的光纤上。
随着光路的不断发展，必需具备这样的装置，即从一个波导纤维到另一个波导时能进行光波的耦合、分离、开关及调制。
把一些光纤与另外所截断的光纤相连结。这些设备只有两个终极点，都在光纤的两端。采用这种方法便发明了光固薄膜，它有一个光导，如美国专利号3，809，732。然而上述公开了的薄膜很不易与光纤耦合和联接，而且由于该薄膜的表面不均匀，在外界条件下很难保护被裸露的表面。
制作光耦合装置的另一种方法是使用标准的光面版和散射技术。通过前述的工艺方法，使用面版印刷术来确定一种光阻层模式，它附着在一指定的基板上。然后用一种腐蚀剂将所确定的光阻模式腐蚀到基板的内部。接下来通过真空处理，在所腐蚀的区域上设置一层金属，用合适的溶剂移去该光阻模式，该光阻模式带有意想不到的金属附属物。然后将该结构加热，这时附着在已被腐蚀的区域内的金属渗入到基板内部，从而形成一个波导层，请参照美国专利号4，609，252。另外，在这种处理过程中还涉及了许多步骤。所附着的金属的厚度也有一个限度。首先，因为真空吸附是一个相对缓慢的过程，要吸附一定厚度的金属层需花费大量时间。其次，当吸附的金属越来越多时，就会产生新的吸附中心，会导致吸附的不均匀。
要想形成多路光导，需用一种粘合剂，(该粘合剂具有与所联接的光纤相近的折射率)，将两个或多个光纤联接到公共的光路出口上。光纤的直径很细，必须极小心处理，依其长度捆在一起，并在内部放上一支撑支架。由这些单独的光纤和光学仪器设备构成的印刷电路板的加工是一项劳动强度大，造价昂贵，速度缓慢且令人生厌的工作，而且不能马上采用自动加工技术。制作这种耦合器所使用的另一种方法是将光纤熔断或熔化在一起，从而使从一根光纤来的光线能够通过与之相联结的其它的光纤。可是在这种熔化过程中，其熔化强度，精确的几何形状及最终结构的再生率都很难控制。
一种有特殊优点的装置是Y型耦合器，它与单独的一个或分开的两个装置耦合在一起。制作“Y”型仪器是在液体中将液体的光敏层用紫外线通过一层屏蔽膜感光。然后用一种溶解剂将其表面未聚合的部分清除掉，详见美国专利号4，609，252，该仪器的波导(就象上面所提到的那些)会受环境的影响或不是即刻与光纤耦合，而且由于加工过程是湿法操作，使其表面具有一定程度的污渍，同时还附着有残余的溶剂。
另一种“Y”型耦合器在美国专利号4，666，236中公布，它还公布了一种“一路输入，三路输出”的装置。这些仪器也是在湿法过程中将一种液体光聚薄膜通过光线感光产生波导而制成的。将不可感光的液体薄膜干燥，形成干膜。该薄膜进而覆盖一薄层，比如聚丙烯树脂，以防止吸附灰尘和生锈，同理该过程也采用湿法操作，因此其本身就带有污渍。
按前述工艺过程制作的耦合器的缺点在于浪费电能和光能，特别是当光所通过的装置具有突然弯曲的分支入射时，由于在其分支截面上的光散射使光强明显减弱。Tsutsumietal.，(.LightwaveTechnol，LT-6，Pages590～600，1988)已经证明一个Y型耦合器的传输能量在分支角度增大1°时会产生很快的衰减。
美国专利号3，809，686表明了在一单独的光聚薄膜中通过将薄膜内部的光线聚焦或使薄膜运动可产生波导。有时其波导表现为波导间光线的易消失的耦合。它进一步说明，由光耦合器所形成的全息衍射光栅及其用处。然而，在薄膜内部很难将光线聚焦以形成一具有清晰可见的边界的均匀波导。
本发明的一个目的是要提供一个制造光波导体的改进方案，这种光导体可用于光学元件和模式之间的相互联接，它由许多分件和终端来构成。
本发明还要提供一种改进了的光学波导装置、制造该装置的元件及制造该装置和元件的方法。
本发明还要提供一个光学波导装置，它至少包括一个高效能的衍射偏振空间光栅。
本发明的第四个目的是要提供一个低能耗、低光耗的分离器及反向分离器。
本发明的目标是要提供一个新的、改进了的光学波导结构，该结构具有预定的几何形状。同时还提供制造该结构的工艺过程。这些结构具有以前所述工艺过程的大部分优点，同时减少了前述工艺过程的明显缺点。
为了完成这个目标，本发明采用一种制造光学波导装置的干式方法，该装置在其分层和坚硬的矩阵结构中至少具有一暗波导通道。其步骤如下①至少在有第一，第二表面的干式的可光固薄膜的第一区域感光，该第二表面由一牢固的可移动的粘附剂粘剂在第一表面上，而第一表面在薄膜上至少聚合了一种单基物，同时在此区域内其折射率可以改变以形成至少一个第一光学波导。
②首先将干的可光固的薄层的第一表面分成薄膜的第二表面，此第二表面由牢固的可移动的粘合剂粘附在第一薄层的第二表面上。
③从薄膜第一表面将支撑体移开。
④将第二次干的可光固的薄层的第一表面分成薄膜的第一表面，该面由一牢固的可移动的粘合剂粘附在第二薄层的第二表面上。
⑤使薄层硬化，同时薄膜形成一坚硬的矩阵，明显地改变了薄层和薄膜的折射率，而且至少产生一暗波导。
本发明也可直接用于光学波导元件及由该元件构成的光学波导装置。这是因为可使用本发明的每一步来产生元件直到最终形成光学波导装置。
其光学波导元件包括具有第一和第二表面的薄膜，对具有第一光固区域的传输光薄膜作为光学波导，及其它实质上可采用干光固化的区域和一个牢固的，可移动的粘合在第一表面上的支撑物。
另一种光学波导元件包括具有第一和第二区域的薄膜，第一区域作为光学波导适当地传输光，还包括一个牢固的，可移动的粘合在第一表面上的支撑物。
本发明还包括用于综合光学系统的光学波导装置，该系统的组成为一个具有第一和第二表面的光固薄膜，一个具有第一区域和余下区域的薄膜，第一区域作为光学波导适当地传输光;还包括一个具有第一和第二表面的光固薄层，在薄膜上第一层第一表面分开，第一表面遮盖波导的第一边;还包括一个具有第一和第二表面的第二光固薄层，第二层与第一表面分开，第二表面遮盖住波导的第二边。
本发明可直接用于引导光波的光学波导，该波导至少具有一双向的折射率。
下列详细论述可使发明更易理解，每一叙述都配以图示，此图示构成了该发明的每部分。


图1是一可光固的薄膜可移动地粘附于一个支撑面的视图。
图2a是为形成一光学波导元件的第一个具体过程的结构说明，该波导元件由在支撑物上的薄膜内的波导所形成。
图2b是制作一光学波导元件的第二个具体过程的结构说明，该波导元件由在支撑物上的薄膜内的波导形成。
图2c是形成一个光学波导元件的第三个实例的图解说明，该波导元件由在支撑物上的薄膜内的波导形成。
图3描述了用光照射薄膜的一个任选步骤，该薄膜具有一波导，该步骤形成了一个元件。
图4表明一分层元件，它由一个从上到下的支撑物及一可光固的薄层和具有一波导的薄膜以及另一支撑物所组成。
图5说明用光泛照图4的元件的任选步骤。
图6是被移去了一个支撑物的图4或图5的元件。
图7是一个光学波导元件的全视图，该元件由一个从上到下的支撑物，一个可光固或已光固的薄层，一个具有一个波导的薄膜，一可光固的薄层及一个支撑物所构成。
图8表明利用光泛照图7的元件使之固化的步骤。
图9表示通过加热使图7或图8的装置固化的步骤。
图10是一个用于集成化的光学系统的光学波导的全视图，该装置从上到下由第一固化层，一块具有一个波导的固化薄膜及第二固化层构成。
图11表示通过加热图10的元件来使其变稳定的步骤。
图12表示与一光纤耦合的暗波导装置，光线通过纤维和波导正入射其中。
图13a表明图4元件内部的直射相干光产生一全息衍射光栅。
图13b是全息光栅与两层之间的暗波导耦合的横截面的说明。
图14是一分了层的装置的横截面，该装置由一个薄膜，多个薄层、一个底座、波导和光栅构成。
图15是在错位干涉显微镜下观察到的结构的示意图。
图16是从顶部观察到的例2所制造的本发明的装置的结构说明。
图17a是从一直线波导输出的能量的对数比上从该波导输入的总长度。
图17b表明从一个到四个波导分离器能量输出的对数比上从波导输入到头的长度。
图18A-J是对在错位干涉显微镜下观察到的由例3-6装置所拍摄的部分图象的再现。
在下列所有详细的描述中，所有图中相同的元件都用相同的数字标注。
参考图1，图中给出了一个用于本发明方法的元件，包括一可移去的粘附在基板2上的结实的干的光固薄膜1。薄膜1具有第一表面3和第二表面4。相似的，基板有第一表面5和第二表面6。基板2的第一表面5是可移动地附着在膜1的第一表面3上的。在一个较佳的实施例中，膜1和基板2的表面3和4，5和6是非常平滑的。
薄膜1可能有一范围在2微米到15微米或更大的厚度，这个厚度在4.5μm到8.0μm较佳，最好是5.3μm。
参考图2a，2b和2c，本发明方法的第一步骤包括至少使在膜1中聚合了至少一个单体的膜1的第7区域曝光和改变区域7的折射率以至少形成第一光波导。“波导”含义由在这门工艺中包括整个传输能量的区域中常用的术语来确定。在技术上，这包括某些正好围绕着暴露区域的区域，但是为简单起见，曝光区可以考虑为实质上是波导。从理论上讲，波导的形成是由于薄膜材料的自聚焦作用。一旦曝光，在曝光区将产生会聚反应。在曝光与非曝光区之间或至少邻近于这些区域的界面处存在着内散射。这种内散射改变，特别是增大了曝光区的密度，使曝光区的折射率增高产生一个类似透镜的曝光区，这个曝光区使光在自聚焦层产生一有狭窄光滑壁的波导，其大小约同掩模区域或光束宽度相同。在图2a，2b和2c中给出了实现这个第一步骤的三个实施例。
在图2a中，一聚焦激光源8照射区域7以形成波导。为了使移动光源8，基板2或两者一起形成具有所要求和/或预先确定图象的波导，一个平移机构9与激光源8和/或基板2相连，在这里，曝光区7有一个穿过区域7纵向中心的光轴的明显狭长的单元结构。垂直于光轴10的曝光区7的形体横截面是明显的长方形，在区域7的两边仍是膜1的未暴露区11。
图2b出示出曝光区7′的又一个实施例。在这个例子中，非聚焦激光源8′通常向图1的元件射出光射线，一不透明掩模12放置在激光源8′和膜1之间，典型地是在其上接触和覆盖有第二膜面4。掩模12至少有一个图型区13，通过该区，光射线从光源8′射向区域7′。图型区可有任何所希望的结构图样。包括图2b给出的Y结构图案。通过区域13的区域7′被曝光形成了具有典型Y图案的波导，更一般地说，该区域可以有一个适于输入或输出光的端面与适于输入或输出光的其它多个端面(如2，3，4……)相连接。如图2a实施例所示，膜1中仍有未暴露区11′。
实现本发明的曝光步骤的第三个实施例示于图2c。其中来自光源8″的光线通过不透明掩模12′照射在膜1的第一区域7″和第二区域7
上。掩模12′具有第一和第二区域13′和13″以使光线分别通过曝光区7″和7
。第二区域13″接近并部分平行于第一区域13′。因此，在曝光后，已曝光的第二区域7
和相应的波导接近和部分平行于曝过光的第一区域7″和相应的波导。结果，这些波导呈现出易消失的光耦合。其光线通过逐渐地漏出或将入射光耦合到两个波导中的一个而注入另一波导。
在每一个实施例中，在曝光后，膜1的第一和第二表面3和4仍为典型的平面。这些措施形成了薄膜表面上的压层。如图2a，2b和2c所示的光波导元件的制造与用于制造该光波导装置的本发明是一致的，该光波导也用于综合光学系统。
图3是继曝光步骤后的光学步骤示意图。经曝光后的元件可用象宽带紫外光一样的光进行泛照射。这样照射可聚合薄膜中的至少一个单体和典型的大多数或所有一个或所有膜中的单体。这样可以很容易地移去或附着基板2。这将使光波导元件能类似地应用于制造与本发明方法一致的光波导装置中。
接着参考图4，第一干光固层14被层压在第二膜面4上。第一层14分别具有第一和第二表面15和16，第一层14的第一表面15通过将它们紧密接触放置并控制用滚筒施加的压力以排除膜1和层14间的空气而层压到第二膜面4。第一层14是胶粘的。如果图3所示的光学泛照射未完成，那么膜1也是胶粘未干的，因此膜1和第一层14很容易粘附到另一层，一基板17可移动地粘附到第一层14的第二表面16。图4给出了另一个与本发明一致的光波导元件。
图5给出了一个类似于图3所示的光学泛照射步骤，除了被泛照的元件与图4所描述的被调制的情形不同外，由第一层压步骤得到的元件可以用象宽频带紫外光一样的光进行光泛照。这将聚合第一层14中的至少一个单体(典型的是大多数或一个或所有单体的全部)，并进一步聚合膜1中至少一个单体中的某些部分(如果还未经过前面的泛照步骤进行聚合)。极强的截面联合或聚合发生在邻近于膜1的单体的层14的单体之间，形成一扩散界限或区域。所形成的光波导元件也用于制造与本发明一致的光波导装置。
图6给出了完成从膜1第一表面3移开基板2的步骤后的元件。
然后参考图7，第二个典型干光固层18是被层压到膜1的第一表面3上的。第二层18分别有第一和第二表面19和20。第二层18的第一表面19通过使它们紧密放置并控制滚筒施加的压力以排除在膜1和第二层8间的空气而被层压到膜1的第一表面3上，第二层的表面19和20是胶粘的，因而很容易粘到膜1上。基板21可移动地粘附在第二层的第二表面20上。另一个光波导元件将被用于制造光波导装置。图8给出了一个用宽频带紫外光泛照射图7所描绘的光固元件的步骤。整个应用过程中，术语“宽频紫外光”是指频带在大约350～400nm特殊区域的光。这个过程可持续数分钟，最好是5分钟，但也可以持续更长的时间。如果这是第一次泛照射步骤，那么这就是膜1与分别在第一和第二层14和18中的区域11内的至少一个单体(典型的是大多数或一个或所有单体中的全部)的第1次聚合。若这不是第一次泛照射，则它至少聚合了第二层中的一个单体并继续聚合剩下元件中的至少一个单体。一些截面的连接或聚合出现在前面已聚合过的膜1和第二层18中的单体之间，形成比先前没有进行泛照射的更明显的界限或区域。如果这不是第一次光泛照过程，例如过渡层14象图5所示那样已用光泛照强固过，那么最好是通过使泛照射光首先通过基板21、层18、膜1、层14然后通过基板17来强固图8所示元件的膜1和过渡层18。换句话说，该元件应被泛照射以使光线在通过未强固层或薄膜后进入到先前的强固层。进而任何一个或所有过渡层及带有所形成波导的膜可在这些层或膜被层压到其它部分上之前通过光泛照而得到强固。该装置导致具有至少一个用于综合光学系统中的层压和光固图案中的暗通道波导。
图9给出了如图7所示的通过加热元件来强固元件的另一个可能的步骤。实际上，加热这些层和膜可以在光泛照加固或进一步强固装置之前、之中、之后或交替下进行。这个加热步骤在大约50℃～200℃范围下进行，最好是在约100℃～150℃范围的温度下进行并持续数分钟，最好是5分钟。光固成份极典型的是对达到100℃温度的光敏感低于对100℃以上温度的光敏感。然而强固可从50℃开始，假如该温度下持续足够长的时间，随着温度增高并超过100℃，则起初的热固化显著加强。在固化后，在用ASUJENA内偏棱沸石显微镜测量的定位波导区域中，膜1中出现的最大折射率增加的范围以546nm波测得是0.001～0.40。为本发明目的，局域折射率的增加量△n由常规的错位干涉显微技术导出并假定整个膜是按一均匀折射率移动来计算△n。△n满足下式fλ＝△n·df＝a/b(a·λ)/(b) ＝△n·d其中d＝给定的波导厚度，典型的是膜厚。
a＝波导边缘的移动b＝边缘空间λ＝0.546μm，显微镜中的光波长这个局域折射率增量与由全息预制的光栅测量的折射率调制量相对照且不会混淆。在强固之后，波导在0.6～1.6微米的波长范围内是透明的。对于单模工作，在1.3μm处透明是很有效的。在固化后，除在波导内和邻近波导的区域之外，其它区域的最大折射率在632nm波长光的测量下是在1.45～1.60之间，这取决于从不同折射率的邻层或膜作内层扩散的规律和/或程度。由图10所示的强固步骤，基板17和21可以从装置上移下来。在每一泛照步骤之后和在基板移去之前，叠层和/或随后的层压过程一般持续5到120分钟，最好是持续20到30分钟以利于内层扩散和聚合。
图11给出一个较佳的可供选择的通过加热，特别是在强固步骤之后如图10所示的稳固装置的步骤。该加热步骤的温度保持在50℃～200℃之间，最好是100℃～150℃。持续时间保持在30分钟到2小时，最好是约一小时。这样的加热使装置具有更高的环境耐水稳定性且使其它元件在环境中将不要做适当的装置操作。进一步讲，这样的加热提供了光学和机械特性的热稳定性，这些特性使得前述装置在没有装置特性限制的情况下可以在一个很大的温度范围内进行操作。
在图10或11所示的装置中，第一和第二表面14和18具有相同的厚度。进而区域11在尺寸上是相等的而对区域7的每一边又是对称的。照这样，该装置有一暗通道波导，实际上可以通过变换它的尺寸使它很容易与任何光纤耦合。图12给出了与光纤22耦合的图10或11的装置。光纤22有一圆柱体芯23和环绕芯23的圆柱体包缆24。标准单模光纤有一约125μm直径的包缆和一个约7μm直径的芯。通过简单地沿光纤芯23和暗波导的光轴对接芯23和暗波导，现在，上下有包层的压层波导装置与光纤22的耦合显示出极大的优点。这个操作可以在一个平面上仅通过将光波导装置放在光纤的附近就可完成，如果装置的尺寸是为特殊光纤而预先选择的话，这个准值可通过用有一厚度的膜1来确定。膜1的厚度由波导的长方形截面的大小确定。为与标准单模光纤耦合，膜厚应为5～6μm，最好是5.3μm;曝光宽度应约为5μm;而每一个第一和第二层应约为59.85μm厚。总结构厚度可取任一尺寸，包括125，180和200μm。图12也表示从光源25发出的光投射和通过光纤22及暗波导的步骤。图13a给出从激光器26和27射出的至少两束相干光射向图4元件间的区域内的截面的任选步骤。这些光束提供的光束密度是以下列方式在空间中变化的密度的变化产生一全息衍射光栅28。特别是通过这个程序所产生的光栅相对于一平面光栅来说是一个体光栅。体光栅是三维的而不是平面的。根据本发明制造的体光栅是具有高衍射效率的光栅。这意味着当光栅空间比光栅厚度小得多的时候光栅的效率接近或超过95%。这个体光栅或厚度相位衍射光栅能使一狭窄范围的波长的光以很小的角度范围偏转或衍射，而只有很少的中心波长(布拉格角度)的光无衍射。为使光输入波导或波导部分，或从波导或波导部分输出光，这个光栅包含有可变折射率区域。光栅能将光引入膜中波导或从中射出，或将光射入或射出膜(或一个层)中的层，或将光从波导或波导部分射出而进入到另一膜(或层)中的波导或波导部分中。在这项工艺中，光栅能选择光的波长以使它们仅能引导一预先选定的波长范围的光。由本发明实际上可构成任何尺寸的光栅。因此，可构成长的或厚的光栅以利于通过窄波长范围或波频带，其中，光通过的光栅的长度大约比光栅空间大5倍或更多倍。
图13b给出在第一层14和区域7中具有全息衍射光栅28的图10或11装置的截面图。其中，光栅28可从一个组中选择，该组包括至少这个区域的一部分，至少是该区域附近层中的一部分，并且从中组合。假如对其中构造光栅的膜和/或层没有进行先前的强固步骤，作为构成图13a所示光栅的另一个例子，在采取任何强固步骤前，可构成一类似光栅，通过将一束相干光射入并以布拉格角通过光栅，随后通过从一组中选出的区域，该组包括至少该区域的一部分，至少是该区域邻近层的一部分，并从中组合以再现或形成装置中的一全息衍射光栅。这个引导光的步骤可在此装置的其它阶段完成。例如，在曝光之前先引导光，即在任何波导构成之前。可以在曝光后完成引光步骤，即在一个或更多的波导形成之后。在其中有一个或更多波导的相同膜或层中可以构成至少一个光栅。此外，作为在至少有一个波导的相同膜或层中具有至少一个光栅的例子，一个或更多的光栅可以在一个或更多的叠在至少包含一个波导的膜或层的每一边上的层中形成。在某一层上形成光栅，可在该层被叠到另一层上之前或之后进行。在相同或不同层中的不同波导之间放置光栅并延迟光，其中的波导具有共线或非共线的纵向轴。一个光栅可位于波导的末端，部分地或全部地与波导共存或邻近波导的一边并且仍将光导入或导出波导。
衍射光栅不仅可以放置在直波导的末端或它们之间，而且也可以放在“X”或“Y”型波导的交叉口或内截面上。因而传输进入交叉区域的光通过横截面以一选定的波长范围被衍射到在横截面反面的相连分支或背部的任何预定区。一在横断面上包括带有光栅的X型波导的装置通过这样设计使得有特殊光栅的波导直接通过交叉处并继续在有与光入射横断面波导部分的纵轴共线的纵轴的波导部分中传播。这样，本发明的方法、元件和装置可用于制造一个或多个有高衍射效率的体相位光栅(用一种材料)并允许光栅以不同方式与一个或更多波导组合起来构成波长分离多路信号混合器;该装置用来将许多不同波长的光组合到一个传输通道或构成能把光分离成多束不同波长的光的信息分离器装置。也可安排衍射光栅不仅可偏转波导内的光或偏转波导层中的光，而且可将光偏转出第一层(即与波导层垂直或成某一角度)中的第一波导，光线随意地通过过渡层到光纤，偏转到元件或装置外部的其它收集仪器，或偏转或通过另一层中的另一光栅偏转到从第一波导移下的另一波导内。因此，可以利用这些波导和光栅的组合来输入或输出在相同层或多层中的耦合量。
以上所述的所有光栅也可调制。这意味着把略微偏小的光栅空间移到略微长的超过一显著长度(如30～40μm)的空间，或许更大些。允许光以略微不同的波长从光栅的不同区域衍射作为对二极管激光源上波长漂移的补偿，所有这样的光栅可以由在全息图象中直接的干涉激光束或间接地复制的全息制作的靠模光栅而引起的光干涉来产生。这个靠模光栅被叠到所感兴趣材料的未曝光区，在材料中完成复制后，靠模光栅被移走，除了用波导光栅组进行波长信号的混合和分离外，输入/输出耦合除了与光路和/或电讯设备连接外还可为两光敏装置所获得。为与光发射机、探测器和电子组件连接和相似地完成与波导多层间的连接，这些光栅可容许从光路板的一边到另一边进行通讯。
本发明的优点之一在于易于增加一个或多个带有或没有波导或光栅的干光固层或光固层。这种多用性在图14所示的装置中得以证实。这个光波导装置将分别在膜1和层14，30和35中的区域7，29，31和33进行了曝光。图中进一步标出了过渡缓冲层18，32，34和36以及基板21。区域7有一全息衍射光栅以将光从区域7导引到区域29或反过来。作为用于改变光向的光栅的另一实例，层30所示的如美国专利No.4，472，020所公开的其它技术是可能的。进一步地说，在层34和36之间的间隙是想用以说明装置可以提供你所需要的层数，不论多还是少。当然，可以构成不同的层或膜中的波导和层以显示其间易消失的耦合。包括用数字14，18，30，32，34，35和36标注的全部层都可以用与膜相同的材料制成。因而，强固过的装置结构除在波导内及其附近外，其成分和折射率是均匀的。然而，较佳的是在强固装置之后，波导有一大于强固膜的折射率(约为0.005到0.060)和大于强固层的折射率约(0.001到0.025)。当然，无论是否对不同的层或膜使用了不同的材料，每个曝光区中的成份和折射率明显是均匀的。这里所用的光固膜和层是热塑合成物，曝光时，它形成有更高分子量的交链和聚合以改变折射率和该合成物的流值特性。较佳的光固材料如本文引用的美国专利3，658，526中所公开的是光聚合材料。在这些材料中，包含一个或多个次乙基不饱和基的化合物的自由基添加剂的聚合和交链通常在最终位置强固且不溶于该化合物。光聚合物的敏感性由光激发系统增强，这个光激发系统可包含一个对应用光源即可见光敏感的元件。通常来讲，根据本发明的膜或层具有的物理特性，粘合剂是干固光聚合膜或层的最重要的组份。粘合剂作为一种内含介质，用于曝光前的单体和光激光器，提供了基本的折射率，并在曝光后对要求形成折射像的物理和折射率特性做出贡献。除折射率外，凝聚，粘附，柔软，扩散，张力强度都是确定粘合剂用于折射率介质是否稳定的很多特性中的一些特性。作为干膜或层的等同物的光固元件是光聚合或光交链化合物。如美国专利No，3，526，504所公开的，或是那些固化不是通过上述的自由基激发而是通过机械获得的化合物。当光聚合膜或层是一厚度均匀的固体片时，它由三种主要的成份构成一种形成聚合材料的可溶性固体溶剂，至少一种液态次乙基不饱和单体(该单体能增加聚合作用而产生同已有的聚合材料的折射率不同的聚合材料)及一个对光化辐射敏感的光激发系统。虽然膜或层是固体化合物，在成像曝光之前，之间和之后，组份进行内扩散直到它们最终得到均匀处理。通常用进一步地曝光来固定或损坏才停止，内扩散通过加入不活泼的增塑剂而加剧。除液态单体外，该化合物可包含固态单体成份，这些单体成份能在固体化合物中进行内扩散并与液体反应以形成具有不同于所完成的两种聚合材料中的任何一个折射率的共聚合物。在本发明用作膜或层的较佳化合物中，选择所形成的聚合材料以使所形成的聚合材料或单体包含一个或更多的部分，这些部分取自实际上由替代或非替代苯基，苯氧基、萘基和萘氧基组成的基和包含一个到三个芳香环和氯或溴原子的杂芳香基，在其中，组份是自由的特别基。在单体组成这些基的瞬间，光聚合系统就被确定作为“单体取向系统”，当聚合材料包含这些基时，光聚合系统就被确定为“粘合剂取向系统”。
本发明较佳的稳定的、固体的光聚合物将通过参考“单体取向系统”和“粘合剂取向系统”作更充分的描述。单体取向系统的单体是液态的、能增加聚合作用且具有高于100℃沸点的次乙基未饱和化合物。单体包括苯基、苯氧基、萘基、萘氧基或包含有一个至三个芳香环或一个氯或溴原子的杂芳香基。单体包含至少一个这样的基且可含有两个或更多个这些基中相同或不同的基团。假如单体仍为液体，希望作为这些基的等同物是用基团替代，可用于替代的基团为更低的烷基、烷氧基、羟基、羧基、羰基、氨基、酰胺基、亚氨或组合物，此中假设单体仍为液态并在光聚合层中能扩散。用于本发明的单体取向系统的较佳液态单体是2-苯氧基丙烯酸酯，2-苯氧基异丙烯酸酯，乙氧基丙烯酸酚，1-(P-氯苯氧基)乙烯丙烯酸酯，P-氯苯丙烯酸酯，苯丙烯酸酯，1-苯基丙烯酸酯，双酚-A的二(2-丙烯氧基)乙醚，和2-(2-萘氧基)乙烯丙烯酸酯。当用于本发明的单体是液体时，在它们中再添加某种类型的第二固态单体，即乙烯基咔唑。乙烯类不饱和咔唑单体，就象在“聚合物科学”杂志的聚合化学版，卷18，第9-18页(1979)，作者H.Kamogawa等所公开的，2-萘基丙烯酸酯;五氯苯酚丙烯酸酯;2.4.6-三溴苯丙烯酸酯和双酚A二丙烯酸酯，2-(2-萘氧基)乙烯丙烯酸酯，和N-马来酰亚胺苯。单体取向系统中的可溶性聚合材料或粘合剂，基本上是自由苯基、苯氧基、萘基、萘氧基和含有一至三个芳香环及氯或溴原子的异芳香基。用于本发明的单体取向系统中的较佳粘合剂是纤维素醋酸丁酯聚合物;丙烯聚合物和包括聚甲基异丁烯酸、甲基异丁烯酸/丙烯酸的共聚合物及甲基异丁烯酸/C2-C4烷基丙烯酸酯或异丁烯酸/丙烯酸或异丙烯酸的三合聚合物在内的共聚合物;聚乙烯基醋酸;聚乙烯基乙缩醛、聚乙烯基丁酯、聚乙烯基乙烯;和上述成份的混合物。粘合剂取向系统的单体是液态乙烯类不饱和化合物。它们能增加聚合作用并具有高于100℃的沸点。该单体基本上是下列自由基所组成的基团中的自由基部分苯基、苯氧基、萘基、萘氧基或除了含有氯或溴原子外还含有一至三个芳香环的异芳香基团。用于本发明的粘合剂取向系统的较佳液态单体包括二丙烯酸癸二醇，亚冰片基丙烯酸酯，二丙烯酸三甘醇，二丙烯酸二乙烯醇，二异丙烯酸三甘醇，丙烯酸乙氧基乙酯，乙氧基三羟甲基丙烷的三丙烯酸树酯及1-乙烯基-2-吡咯烷酮。当用于粘合剂取向系统的单体为液体时，它们可与同种类型的第二固态单体相混合，如N-乙烯基己内酰胺。粘合剂取向系统的可溶性聚合材料或粘合剂在它的聚合结构上包含有由下列基组成的基团中的部分成份。该基团包含苯基、苯氧基、萘基、萘氧基或除了含有氯或溴原子外还含有1至3个芳香环的异芳香基团。替代基用来作这些基的等同物。替代基可以是更低的烷基、烷氧基、羟基、羧基、羰基、氨基、胺基或它们之间的组合。假设粘合剂仍是可溶的和热塑的，这些部分可形成含有聚合粘合剂的部分单体元或可接合到一预先准备好的聚合物或内聚合物上。这种类型的粘合剂可以是均匀聚合物或是两个或更多单体元的内聚合物。其中这些单体元中至少有一个含有以上所确定的基中的一个。
用于粘合剂取向系统的较佳粘合剂包括聚苯乙烯，聚(苯乙烯/-丙烯腈)，聚(苯乙烯/甲基异丙烯酸酯)，和聚乙烯基苯亚甲基以及它们之间的混合物。由光化辐射激发的同种光激发器系统可以用于单体取向系统或粘合剂取向系统。典型的光激发器系统将包括一个光激发器和一个能将光谱响应扩展的具有特殊功能的光敏器。这里说的区域即是接近紫外区和激光器发射的可见光的光谱区。较佳的光激发器包括DDM-HABI，即2-(O-氯化苯)-4，5-双(m-异乙氧基苯)-咪唑的二聚物;O-Cl-HABI，即1，1′-双咪唑，2，2′-双(O-氯化苯)-4，4′，5，5′-四苯基-;和TCTM-HABI，即1H-咪唑，2，5-双(O-氯化苯)-4-3，4-二异乙氧基苯-。每一个二聚物被使用时，常带有一个氢气供体，如2-硫醇苯亚甲基唑。较佳的光敏器如下面所列的DBC，即环戊醇，2，5-双-(4-(二氨乙烯)-2-甲基苯-甲撑);DEAW，即环戊醇，2，5-双-((4-(二氨乙烯)-苯)甲撑);和二异乙氧基-JDI，即1H-Inden-1-One，2，3-二羟基-5，6-二异乙氧基-2-((2，3，6，7-四羟基-1H，5H-苯亚甲基〔i，j〕喹啉-9-yl)-甲撑)-。本发明中的固态光聚合物包含有一增塑剂，其用量可以是化合物重量的2%～20%，最好是5%～15%之间。用于简单的纤维素醋酸丁酯的较佳增塑剂是二辛烯酸三甘醇，二庚酸三缩乙二醇酯，二乙烯己二烯，Brij 30和三(2-乙烯己基)磷酸酯。类似地，二辛烯酸三甘醇，二乙烯己二酸，Brij 30和三(2-乙烯己基)磷酸酯在以纤维素醋酸丁酯作粘合剂的“单体取向系统”中是较佳的增塑剂。除了上述的之外，其它组份可以不同的量存在于光聚合物中，这样的组份包括光亮剂，紫外辐射吸收材料，热稳定剂，氢气供体，氧气清除剂和稀释试剂。在光聚合物中各种成份的数量一般将在下列的基于光聚合层总重量的百分比范围内单体，5%～50%，最好是15～35%;激发剂0.1～10%，最好是1～5%;粘合剂，25～75%，最好是45～65%;增塑剂，0～25%，最好是5～15%;其它成份0～5%，最好是1～4%。
基底可以是任何对光化辐射透明的物质。该物质提供足够的基底以处理被结合的膜1和层2。基底2对0.6～1.6μm波长的光谱范围是光透明。术语“基底”包括自然的或合成的基底。较佳的基底能在柔软或硬的膜或片形上存在。例如，支撑或基底可以是由合成有机树脂构成的片或膜，或由两种或更多种材料组成。特殊的基底包括聚对苯二酸乙烯膜，如垫有树脂的聚对苯二酸乙烯膜;由加热或静电放电处理过的聚对苯二酸乙烯膜;玻璃;醋酸纤维膜，及相似物。基底厚度没有特别的重要性，只要它足以支撑膜或层并可移动地粘附在其上面就行。使用厚约25～50μm的聚对苯二酸乙烯的基底可对6μm厚的膜提供足够的强度。
提供以下实施例作为对本发明的说明，但决不是限制本发明。
实施例1一约5.3μm厚的干光固(活化的)薄膜，具有如表Ⅰ所列的成份，镀有一层25μm厚的清晰的聚对酞酸乙烯基底，薄层大约有3英寸×4英寸的截面。该干光固膜曝光于频谱范围是350～400nm的宽带紫外光，紫外光通过一个常规的铬平板玻璃光面掩模以形成一个1×4(一波导端到四个波导端或四对一)的耦合波导结构。曝光15分钟后移去掩模。下一个第一于光固(过渡缓冲)层厚约30μm，具有表Ⅱ所列的成份，表面镀有25μm厚的清晰的聚对酞酸乙烯基底。该干光固层叠到如图4所示的波导结构上方的膜表面上，所形成的元件用频谱范围在350～400nm的宽频光泛照射，然后用机械脱去膜基底。接下的第二干光固(过渡缓冲)层具有相同的组成和结构，与第一过渡层一样，它的基底被叠在激化膜的相反那面并用前述方法进行泛照射。在下面的步骤中，将粘附在过渡层上的基底移去。接着，与第一过渡层有着相同成份和结构的第三和第四缓冲过渡层被分别叠到第一和第二过渡层上，并在第一叠层和随后移动的过渡层基底之间进行泛照射以形成具有暗波道导光的光波导。所获得的装置在100℃加热60分钟以达到热稳定。在叠层装置中，膜和层的折射率被确定并列于表Ⅲ。
本发明的方法可用以形成或制造至少带有一个导光的光波导的元件或装置。该波导具有至少两个尖峰或两凸起的折射率分布曲线。较佳的是光波导在它的折射率曲线上有两个凸起。但是，若该波导的折表Ⅰ成份重量百分比%纤维素醋酸丁酯56.54EastmanCAB531-12-苯氧基丙烯酸酯(POEA)35.00二丙烯酸三甘醇(TDC)5.002-硫醇苯亚甲基唑(MBO)1.89O-Cl-HABI1.00感光染料(DEAW)10.562，6-双特丁基-4-甲基酚(BHT)0.01其中，1指2，5-二(〔4-(二氨基乙烯)-苯〕甲基乙烯)环戊醇表Ⅱ过渡缓冲层1成份重量百分比%CAB1381-2045.49POEA220.00乙烯基咔唑(NVC)15.00乙氧基双酚A二丙烯酸酯15.00Sartomer349O-Cl-HABI33.004-甲基-4H-1，2，4-三唑-3-硫醇(MMT)1.50BHT40.01其中，1-纤维素醋酸丁酯2-2-苯氧基丙烯酸酯;CAS48145-04-63-1，1′-双咪唑，2，2′-对氧苯基氯-4，4′，5，5′-四苯基;CAS1707-68-24-2，6-双特丁基-4-甲基酚表Ⅲ层或膜折射率激活(未曝光)膜1.535薄膜的波导区平均1.5661号过渡层1.5452号过渡层1.5483号过渡层1.5454号过渡层1.548
射率分布曲线有多于两个的凸起或尖峰(如三，四个或更多个)，则也在本发明范围内。当有两个凸起时，双凸起折射率分布曲线在一平面内的波导交叉界面区域内横跨一直线并垂直于波导长度方向上的纵轴。较优的，至少一个双凸起折射率分布曲线存在于至少一个波导的第一部分与一个波导的第二部分之间的一个波导横截面上，每一个第一部分具有一个投影轴和至少一个波导第二部分;每个第二部分具有一个投影轴，因而第一部分的轴和第二部分的轴是不平行的且确定一个平面。例如，第一部分和第二部分可以包括具有Y结构或X结构的波导的分支。在这样的横截面上的波导比在该横截面附近的第一部分和第二部分的每一个都更宽。较佳的是双凸起折射率分布曲线位于这个更宽的区域或波导体内。较好的是双凸起折射率分布曲线在平行于由截取第一部分和第二波导部分的轴确定的平面的方向上。进一步地，最好，该双凸起折射率分布曲线是垂直于至少一个第一和第二波导部分的第一和第二轴。跨越带有一波导的装置的折射率分布曲线上的两个尖峰或凸起间的深度在折射率分布曲线上大约是在最大差距的10%～60%之间。根据本发明，制造具有双凸起折射率分布曲线的光波导的方法至少包括光固材料的第一区域曝光，至少聚合材料中的一个单体和改变该区域的折射率以形成至少具有双凸起折射率分布的第一波导。在聚合过程中，某些曝光区域附近膜中的单体扩散到该区域形成波导。在形成波导的过程中，通过控制进入到这个波导区域内的扩散，能产生一个横跨传导方向的双尖峰折射率分布。通过调节曝光条件和光聚合材料的组份，可以制造一个双凸起折射率分布，使其出现和位于象Y裂口或X截面的分支截面附近。例如，随着温度的增加，扩散增强。因此在本发明的较好的材料中，在形成波导时增加温度将增大扩散速度和产生具有更光滑的几乎抛物线型的凸起或在折射率分布上的折射率凸起分布的波导。因而，在曝光过程中，控制温度(如20℃～50℃)就可控制折射率的分布曲线。也可用其它方法来控制折射率分布曲线。因为单体分子可扩散的距离在某种程度上取决于它与正在生长的聚合链发生反应的可能性。扩散可以通过控制诸如波导宽度、曝光时间、密度和密度分布、光激发系统的浓度和一个单体或多个单体的反应性及功能这样的因素来控制。因为扩散是分子重量，形状和大小的函数，单体的扩散可以通过控制单体的分子重量，形状和大小来控制。除了可以通过控制粘合剂的玻璃态转变点来控制扩散外，某些特性，象粘滞性，也随温度变化。在温度变化的同时，某些因素可产生复杂的相互作用。其它变量是曝光和最终完成聚合作用之间的时间以及在这段时间内所设置的温度。在操作中，光在基模中沿着与分布曲线每个凸起相应的波导每个部分传播。然而，除了没有截断的波导的每单位长度有损耗外，通过截面上具有至少一个双尖峰折射率分布的波导的光基本上不存在损耗。换句话说，实际上没有光从截面的几何裂口处散射掉。作为进一步地说明，当光通过包括具有输入输出分支且每个分支长L的内截面的波导段时，有一累积的光功率损耗，包括进入第一段的总光功率(P1)与在第一段中的所有光功率(P2)之差。当进入第二段波导的光功率是P1时，这个差与通过长2L的没有内截面的波导第二段时的光损耗基本上相同。本发明波导装置的折射率分布可通过错位干涉显微镜来观察，例如可以采用Interphako-Pol-D或Amplival-Pol/Interphako，商业上可从东德的Jena获得这些型号的仪器。图15是错位干涉显微镜的操作原理图。参考图15，图示出了包含一暗波导52的本发明的一个装置50的一个端。当在一错位模内操作时，光54(如具有约520nm波长的绿光)穿过装置50到第一个光束分离器56，光束分离器56允许一半的光直线通过，形成装置50的第一个像60。来自装置50的光还被第一个光束分离器56反射到第一反光镜62、第二反光镜64和第二光束分离器58上。分光器58反射这束光形成第二个像70。相对于第一个像60，这个像部分地横斜。第一个像60和第二个像70以这样的方式互相干涉，所看到的像的横截面参考74。这个部分给出了波导的第一像62和波导52的第二像72。干涉条纹76的出现是由于两像60和70光的干涉。干涉条纹76的形状或轮廓正比于装置54的从里到外的波导的折射率之差△n。更准确地讲，这个关系可用下列方程给出f＝a/b其中，f＝移动条纹的份数。
a＝波导外部干涉条纹的空间与波导内部条纹上的一点之间的距离b＝相近干涉条纹的间距△n＝n2-n1＝fλ/d其中，△n＝装置横向方面折射率之差或换句话说是装置横向分布曲线上的折射率。
n2＝波导折射率n1＝除波导以外装置的折射率f＝条纹移动的份数λ＝光的波长
d＝含有波导的膜的厚度，该厚度与波导膜的厚度相同。
下面提供的实施例2-7意在给出装置的构形，说明几个前面所述的原理及根据本发明的方法制造的装置。
(实例2)。一块干光固薄膜约6微米厚，其成份如表Ⅰ所示。该薄膜镀有一层25μm厚的聚对酞酸乙烯支撑物，其矩形截面高3英寸，宽4英寸。将该薄膜在紫外光下感光，其光谱从350到400nm之间。光通过一常规的镀铬板玻璃光掩模，从而得到一直波导。另一波导是1×4耦合器波导。1×4表示一端输入，四端输出或是四端输入一端输出。在23℃下，通过光掩模将薄膜感光后，再延长一段合适的时间-15分钟后，光屏蔽掩模被移开，这就形成了一元件，该元件含有一直波导和一个1到4个波导分离器，该分离器在扩大或增宽Y结构截面上具有双凸起折射率分布。其二，一干光固(过渡缓冲)层约30μm厚，(具有表Ⅱ所列的成份，)镀有厚25μm的清晰的聚对酞酸乙烯基底。这层光固层叠在波导结构的膜面上，并用如图3所示的宽频紫外光泛照射。然后基底用实施例1所述的方法移下来。有一与第一过渡缓冲层的结构，基底和成份相同的第二光固(过渡)层叠加到(活化)膜的自由表面上并用如实施例1中所述的宽频紫外光进行泛照射。然后把基底从第一层上剥离。与第一过渡层有相同的成份、结构和基底的第三光固(过渡)层叠到第一层的自由表面上并用如实施例1中所述的方法进行泛照射。具有与第一过渡层相同成份、结构和基底的第四光固(过渡)层叠到第二层的自由表面上并用如实施例1中所述的方法进行泛照射。把第三和第四层上的过渡层基底移去，形成了具有两个暗波道导光的光波导装置。所形成的装置在100℃时加热60分钟以达到热稳定。
图16表示装置80的横截面情况。通过一个在膜中的平面横截取直波导82和一到四个波导分离器84。波导82和84宽5μm，曲率半径R为50mm。松驰直线段86(即在弯曲部分与波导端之间的直波导部分)的长度大于2mm，输入锥度用来描绘结构的输入端部分。
包含波导的装置的端88和90被切平并用胶态硅砂磨光15分钟。测量波导长度L1。分离器84在这个测量中被认为是直的。光源先校准，然后与波导82，84的输入端92连接并放置在能提供从输出端94获得的最大光强的地方。从光源将单模1300nm波长的光引入已抛光的波导82，84的输入端92。光源是由一长度大于10米的Sumitomo Z光纤导引的二极管激光器。这种光纤在商业上可从日本Sumitomo Ltd，Osaka公司获得。从波导82和84的抛光输出端94射出的光用数值孔径(N·A)为0.7的Nikon 60X透镜收集并到United Detector Technology(UDT)Germanium detector探测器上用毫瓦测量输出功率。装置80从光源上取下。波导输出端的长度隔一段切除一次并且用前述方法抛光新的输出端，然后重新准直波导输入端并象前面一样把它与光源连接。将光引入波导输入端并从输出端收集光以测量其输出功率。这个过程对波导的8个长度重复。表Ⅳ中列出了这些长度和所测得的输出光功率。波导被切的位置在图16中用截线L2-L2，L3-L3，L4-L4，L5-L5，L6-L6，L7-L7，L8-L8表示出来。对每段波导，在波导的不同长度需进行8次测量。对一到四个波导分离器，最初三次测量有四个输出端，其次的四次测量有两个输出端，而最后的一次测量只有一个输出端。
表Ⅳ波导长度1到4分离器直波导(nm)(mw)(mw)输出1234总计3127014080055017602546523010157282438248022470270113974126202800208642180--304433801680024503250380010.5117030304200455061900330052305010356005780表Ⅳ中的数据给出了功率在Y交界截面上并不是均匀分配的。进入Y的上面分支的功率量可采取几种方法来控制，如通过在交界处放置波长选择光栅。图17A给出了直波导输出功率的对数与波导长度的关系。最终的线性表示单位长波导的功率损耗是均匀的。图17B给出了从一到四个波导分离器输出的功率的对数与从波导输入端算起的长度的关系。Y分支的位置由图中的垂直虚线标志。有与图17A相同斜率的线性结果表明当光通过Y分支时没有额外的功耗。实际上，没有光从交界处的几何裂口上散射掉。(实施例3-6)，用在实施例2中所描述的相同的掩模或有至少一个Y分离器的结构的掩模制造出了四个更多的装置，在波导的形成过程中，除了在实施例4-6中膜的曝光时间不同外，其它步骤与实施例2完全相同。在实施例3中，同实施例2一样，通过一掩模在23℃使膜曝光。在实施例4中，膜通过掩模在27℃下曝光。在例5中，膜通过掩模在30℃下曝光。在例6中，膜通过掩模在37℃下曝光。装置通过错位显微镜来观察，这种仪器在商业上可从东德得到，品名为Amplival Pol/Interphako。图18A-H是在显微镜下看到的部分像的照片的再现。图18A给出了实施例3装置中一到四个波导100的长度，这长度包括图16中标为96的Y裂口的脊102。图18B给出了例3装置中的一到四波导的长度，该长度是图16中标为98的直段波导。类似地，图18C，E和G分别给出了实施例4-6装置中的一到四个波导的长度，每个长度包括在图16中标为96的Y裂口的脊。此外，图18D，F和H给出了例4-6中的一到四个波导的长度，每一个长度表示在图16中标为98的波导区域。在图18A中，干涉条纹104，106和108给出了装置横向(从左到右或从右到左)折射率n的变化。在Y波导裂口的更宽体积内，正好在顶点102下面有两个峰P1和P2。在顶点102之上的干涉条纹108，110和112给出了每个输出分支B2和B3，在它们中，基本上只有一个单折射率峰尖P3。图18B表明波导114的直线有两个折射率峰P4和P5横跨过它。
同样，图18C给出了在波导102中正好在Y裂口的脊102下的两个峰尖P1和P2的干涉条纹。然而，直波导段124的折射率分布只有一个峰尖P4而不是两个。因此，在曝光步骤中，当波导正在形成时增加温度从23℃到27℃，将控制至少一个单体向波导区的扩散，以致于波导直段的折射率的分布只形成一个峰尖。对于不靠近象Y裂口这样的交界处的波导段，这是较佳的。
图18E给出的是正好在Y分离器的脊102下的波导130有两个峰尖P1和P2，这些峰比图18A和18C所示的相应波导体的峰更圆或几乎更抛物线型。类似地，波导130正好在脊102上方的波导分支上有单个峰尖P3，该峰尖P3比图18A和18C中所示的相应的波导体更圆或呈抛物线型。图18F所示的分布比在图18A和18C所示的分布更佳。进一步地，图18E所示的波导段134的折射率分布有一个比图18B和18D所示的相应波导体峰更为圆或抛物线型的凸起P4。图18F所示的分布比图18B和18D所示的分布更佳。
图18G也示出了正好在Y波导分离器140的脊102下面的干涉条纹中的双凸起折射率分布。波导中较低的条纹有单个的凸起。因而，在图18A，18C和18E所示相应波导区域，双凸起分布从脊下进一步下降到波导上。图18H与图18F类似。
在这门工艺中，如上所提出的本发明的工艺具有一定的优点，迄今，已有很大的改进。这些改进就如本发明权利要求所包括的范围所分析的。
权利要求
1.一种制造光波导装置的方法，所制造的光波导装置在叠层和强固结构中至少有一个暗波道波导，本方法包括下列步骤至少让干光固膜的第一区域曝光，该光固膜具有第一和第二表面，第一表面上粘附有可移去的基底，在膜中至少聚合一个单体並改变曝光区域的折射率以形成至少一个第一光波导；将第一干光固层的第一表面叠压到膜的第二表面上，第一层光固层的第二表面粘附有一可移去的基底；从膜的第一表面移去基底；将第二干光固层的第一表面叠到膜的第一表面，这第二层的第二表面粘附有一可移去的基底；并且强固这些层和膜形成一强固的结构，实质上固定了这些层和膜的折射率，并形成至少一个暗波导。
2.如权利要求1所述的方法，还包括下列的步骤在强固步骤之前，将至少两束相干光导引入一个区域的截面上，该区域从一个组中选择出，这个组包括至少第一区域的一部分，至少是邻近第一区域的那层中的一部分;和能用以提供一空间变化的总光强的它们的结合体，这个变化以这样的方式进行(即使之形成一个包含对引入光来说折射率变化的区域的全息衍射体相位光栅)。
3.如权利要求1所述的方法还包括下列的步骤在强固步骤之前，将一束相干光束导入通过全息光栅，随后通过从一个组里选出的区域，这个组里包括至少第一区域的一部分，至少是第一区域附近的层中的一部分和它们的结合体以形成装置上的全息衍射光栅。
4.如权利要求2或3所述的方法，其中的导引光步骤是在曝光步骤之前完成的。
5.如权利要求2或3所述的方法，其中的导引光步骤是接着曝光步骤之后完成的。
6.如权利要求2或3所述的方法，其中的导引光步骤是先于第一叠层步骤完成的。
7.如权利要求2或3所述的方法，其中的导光步骤是接着第一叠层步骤之后完成的。
8.一种用于综合光学系统的光波导装置，包括一具有第一和第二表面的光固膜，这膜具有一个第一区域和剩下的区域，该第一区域适于作为波导来传输光;一具有第一和第二表面的第一光固层，该第一层的第一表面叠到膜的第一表面上覆盖往波导的第一边;和一具有第一和第二表面的第二光固层，该第二层的第一表面叠到膜的第二表面上覆盖住波导的第二边。
9.如权利要求8所述的装置，还包括一个全息衍射光栅，该光栅由折射率在一空间中变化的区域组成，该空间从一个组中选择出，这个组包括至少第一区域的一部分和至少在第一区域附近层中的一部分和它们的结合体以传导光。
10.如权利要求9所述的装置，其中的光栅是体相位光栅。
11.如权利要求10所述的装置，还包括一个第二波导，放置光栅使从第一波导射出的光接着进入第二波导。
12.如权利要求11所述的装置，其中第一波导和第二波导的纵轴是共线的且光栅在两波导之间。
13.如权利要求11所述的装置，其中第一波导和第二波导的纵轴是不共线的。
14.如权利要求11所述的装置，其中的光栅放置在其中一个波导的一端。
15.一种为传导光的光波导，该波导具有至少一个双凸起折射率分布。
16.如权利要求15所述的波导，其中的折射率分布有两个峰尖。
17.如权利要求15所述的波导，其中光以基模传播通过与折射率分布中的每一段凸起相应的波导的每个部分。
18.如权利要求15所述的波导，其中的双凸起折射率分布是在一个基本垂直于该波导纵轴的平面内的波导横截面上横截的一条直线。
19.如权利要求15所述的波导，其中双凸起折射率分布邻近一截面，该截面在具有第一轴的波导的第一部分和具有第二轴的波导的至少第二部分之间，其中第一轴与第二轴不平行且决定一个平面。
20.如权利要求19所述的波导，其中在横截面上的波导比靠近这一截面的第一部分或第二部分都宽。
21.如权利要求19所述的波导，其中双凸起折射率分布基本上平行于平面并且基本上与第一和第二轴中的至少一个垂直。
22.如权利要求19所述的波导，其中第一部分和第二部分包括一个Y结构。
23.如权利要求19所述的波导，其中第一部分和第二部分包括一个X结构。
24.如权利要求19所述的波导，其中当光通过包含具有长为L的输入和输出分支的截面的波导的第一段时，存在累积光功率损耗。这个损耗是进入第一段的总光功率(P1)与存在于第一段的总光功率(P2)之差，当进入第二段的光功率是P1时，这个损耗基本上与光通过没有交界截面的长2L的第二段波导所损耗的功率相同。
25.一种用于制造具有双凸起折射率分布的光波导的方法，包括至少光固材料的第一区域曝光、聚合至少材料中的一个单体和改变第一区域的折射率以形成至少一个具有双凸起折射率分布的第一光波导。
26.如权利要求25所述的方法，还包括在曝光步骤中，通过控制温度来控制折射率分布。
全文摘要
本发明的光波导装置是一种用于连接光纤和用于综合光学系统的光波导装置，本发明还包括一种用于制造该装置及中介元件的干式的制造方法。
文档编号G02B6/13GK1044991SQ9010076
公开日1990年8月29日 申请日期1990年1月13日 优先权日1989年1月13日
发明者布鲁斯·李·布夫, 约瑟夫·埃米迪奥·马尔凯伊加诺 申请人:纳幕尔杜邦公司