卜，光由腔体10传递至第一反射镜Ml，经第一反射镜Ml反射后通过腔体10传递至第二反射镜M2，并通过第二反射镜M2的光强度为Ib = Ia(M2R)。
[0058]在本实施方式中，光在第一次通过反射器17时的回射光为10%，且光通过一次循环后在通过光反射器17的回射光为8.1%，然因漏出腔体10的回射光的相位相异于在腔体10内满足共振条件的光，故实际上由第二侧14泄出腔体10的回射光总和系小于10%及8.1%。在满足限制条件下通过无数次的循环后，所有回射光漏出腔体10的总量为零。也就是说，几乎所有入射至腔体10的光都在腔体10内部转换并具特地角度地被向上引导。如图7B所示，在满足限制条件且经无数循环后下，背反射光(回射光)IE几乎为零。
[0059]因光在一个循环中的强度衰减系数α为MlR的函数，为满足光限制条件因一次循环衰减系数α是MlR的功能，在俱有损耗的腔体10中，要满足光限制条件M2R = α，第二反射镜M2的反射率M2R就必须小于第一反射镜Ml的反射率M1R。另外要注意的是，为了简化说明，在此假设第二反射镜M2导出的相位移Θ m2为零，因此往返相位移等于2m (m为整数)，且往返相位移相同于一次循环相位移等于2m 。假设第二反射镜M2导出的相位移Θ m2非为零，贝Ij共振条件为Θ m2+Θ oc = 2m π，其中Θ oc为一次循环的相位移。
[0060]配合参阅图3B，光学装置100包含腔体100、光栅结构20、反射镜16及反射器17，腔体100包含第一侧12及第二侧12，光栅结构20形成在腔体10的上表面18，反射镜16设置在第一侧，反射器17设置在第二侧14。反射镜16可例如是渐变式分布布拉格反射镜，反射器17可例如是单蚀刻狭缝。光通过第二侧14并由反射器17的左侧进入腔体10。光栅结构20例如为矩形结构，其结构周期为420nm，工作周期为0.56，高度为185nm。在本实施方式中，反射器17的狭缝宽度小于70nm，且反射损耗为5%。
[0061]在狭缝对光栅的距离及其宽度分别为ISOnm及40nm，且模拟光波长为1305nm的情况下，约有87%的光穿过光栅结构20向上传递，且背反射率约为_35dB。当光波长为1305nm时，最小总耦合损失约为1.ldB，且3dB处的宽度约20nm。在其中的一种实施例中，狭缝的宽度可依实际要求改变，且由入射光波长及光传递材料反射率可以得知狭缝的宽度可小于3个等效光波长(从入射的波长和它行进的材料的折射率得到)。在其他实现方式中，反射器17可例如为渐变式分布布拉格反射镜(如图4F中所示)，实际实施时则不以此为限。
[0062]在本发明的其他实施例中，另一区域可以设置在光栅结构20左侧边界和第二边14之间，或者在光栅结构20与第一侧12之间。该区域可为一宽度渐变的波导区作为模态滤波器。
[0063]在前述实施例(例如图3B)中，光栅结构20的凸部20a的侧壁垂直于腔体10的顶面；然而，在实际实施时，光栅结构20的凸部20a的侧壁可以设计为非垂直方式于空腔体10的顶面。光栅结构20的凸部20a的侧壁的倾斜角度及/或高度/深度可以经设计而调整光射出顶面18的角度。另外，光栅结构20可以设计使同时包含斜向凸部及垂直凸部。
[0064]此外，如图3C所示，光栅结构20也可以设计为凹入腔体10中的凹槽。凹槽可以如图3C所示般垂直地凹入腔体10，或者具角度倾斜地凹入腔体10中。图3C所绘示的凹槽的深度小于狭缝17的深度，然而，在实际实施时，凹槽的深度可以大于或等于狭缝的深度，且凹槽可以为均匀分布或非均匀分布。
[0065]再者，图3B和3C所示的矩形凸部具有均匀分布的结构周期及工作周期，然而，在实际实施时，矩形凸部可以具有非均匀分布的结构周期或工作周期；例如，设置在腔体10两侧的光栅结构20的结构周期及工作周期相异于设置在腔体10中间的光栅结构20的结构周期及工作周期，借以在单模光纤中获得更好的高斯空间光强度分布。
[0066]在前述实施方式的描述中，包括所使用的数字参数，是用来描述本发明的可行性，不应被视为实现本发明的唯一方式。因此，其他依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求的范围之内。
[0067]在一些实施方式中，光学装置的设计方法如下:
[0068]首先，腔体10的尺寸及材料可以通过特定的光偏振/模态/波长/光点尺寸，和耦合装置(例如:光纤设置在光栅结构20的上表面或光波导连接在第二侧面14)所决定。举例来说，以硅制成且其厚度为250nm的腔体10可以被应用在中心波长约为1310nm的单模光信号，其中腔体10设置在氧化层上。假设在外部光纤的光点的尺寸约10um，则腔体10的尺寸必须大于或接近lOum，使光纤得以与之后形成在腔体10或凹入腔体10的光栅结构20相耦合。
[0069]接下来，选择一个合适的反射镜设计(例如渐变式分布布拉格反射镜、全反射角镜或金属氧化物镀膜等)，其中该反射镜可具有高反射率，并用以确定在腔体10内部的干涉波形。
[0070]再来则可基于初始干涉波形，设计光栅结构20。需注意的是，将光栅形成于腔体10时可能改变腔体10的光学参数，同时可能让干涉波形产生改变，因此，为达到优化的效果，某些步骤可能需要被递回实施。
[0071]接续，则可根据腔体10及光栅结构20的材质特性及尺寸，计算出共振条件的相位移及一次循环衰减系数(a)。
[0072]待得到一次循环衰减系数α后，设计反射器17的反射率r等于或极接近一次循环衰减系数(即r = α )，所述反射器17设置于腔体10的第二侧14。需要注意的是，万一一次循环衰减系数U)极小或几乎为零，则对应的反射率r亦可以被设定为零，这意味着反射体17不存在。
[0073]以下为更详细的说明当反射率为O (r = O)的反射镜16的设计方法:
[0074]首先，腔体10的尺寸及材料可以通过特定的光偏振/模态/波长/光点尺寸，和耦合装置(例如:光纤设置在光栅结构20的上表面或光波导连接在第二侧面14)所定义。
[0075]接着选择一个合适的反射镜设计(例如渐变式分布布拉格反射镜、全反射角镜或金属氧化物镀膜等)，其中该反射镜可具有高反射率，并可用以确定在腔体10内部的干涉波形。
[0076]再来，则可基于初始干涉波形来设计光栅结构20。需注意的是，将光栅形成于腔体上可能改变腔体10的光学参数，同时还可能让干涉波形产生些微改变，因此，为达到优化的效果，某些步骤可能需要被递回实施。
[0077]之后，根据腔体10及光栅结构20的材质特性及尺寸，可以计算出共振条件的相位移及一次循环衰减系数(a)。
[0078]根据前述设计的方法，以下提供一个带有数值的设计流程来实现在SOI基板上具有垂直发射的高性能耦合器。以下设计步骤可通过光学模拟工具来具体实施:
[0079]设计反射率接近100%后反射镜(即反射镜16)，其可以是一个渐变式分布布拉格反射镜，硅波导回圈反射镜，硅全反射角镜，或硅氧化物金属镀膜。
[0080]接着，发送一光信号至具有该后反射镜的光波导中，观察干涉波形及等效波长。
[0081]根据该干涉波形，设计光栅结构在光波导上，使光栅结构的结构周期几乎是相等于干涉波形的周期。需注意的是，该光栅的总长度可例如相当于外部耦合光学元件(例如为单模光纤)的尺寸。
[0082]微调光栅结构的参数，利如形状、结构周期、工作周期，以及深度/高度，直到同时获得所需的方向性及远场角度(例如:垂直角度)。
[0083]量测一个循环衰减系数和相位移，然后设计其前反射镜(即反射器17)，其中该前反射镜的反射率相同于一个循环衰减系数((r = α)，且此光限制条件(整体结构的回射率)可在的后进行检验。
[0084]在上面的例子中，反射镜16为渐变式分布布拉格反射镜。渐变式分布布拉格反射镜包含7个完全蚀刻的狭缝，且其中间隔宽度为50nm，10nm, 175nm, 250nm, 234nm的狭缝有四个，线宽度为167nm，150nm, 133nm, 116nm, 107nm的狭缝有三个，宽