專利名稱：制造平面光波導(dǎo)電路的方法和平面光波導(dǎo)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造平面光波導(dǎo)電路的方法和平面光波導(dǎo)電路。
背景技術(shù)：
用于光通信的光纖是一種元件，其中利用覆層部分與芯部分之間的光折射率的差而引起的全反射來傳輸光，覆層部分是由高純度的石英玻璃制成，而在芯部分中對硅玻璃添加各種元素例如鍺(Ge)，以稍微提高光折射率。
一般地，制造光纖的過程進一步分為制造光纖預(yù)型件的過程，和從光纖預(yù)型件抽取光纖的過程。制造光纖預(yù)型件的過程利用這種方法，例如改進化學(xué)汽相淀積(MCVD)法、汽相軸淀積(VAD)法和外部汽相淀積(OVD)法來完成。
此外，為了使光纖具備特別功能性，在MCVD過程中在使芯層淀積并部分地?zé)Y(jié)之后，對芯層的燒結(jié)部分添加一種含有摻雜物的溶液。
圖1是用于表示按照一般MCVD法制造功能光纖預(yù)型件的過程的流程圖。
首先，將一種原料氣體例如SiCl4、POCl3、CF4和GeCl4與氧氣一起吹到一個石英玻璃管里面，并用加熱裝置將石英玻璃管加熱。然后，在石英玻璃管的內(nèi)部由于熱氧化反應(yīng)而形成象煙炱的氧化沉積物，因而形成覆層和芯層(步驟ST1和ST2)。
其后，將芯層部分地?zé)Y(jié)，然后摻雜一種摻雜物，以便具有特別功能性(步驟ST3)。
進一步，使摻雜有摻雜物的部分干燥，并燒結(jié)伴隨氧化物(步驟ST4)。
其后，使燒結(jié)的光纖經(jīng)受收縮步驟和密封步驟，以便完成光纖預(yù)型件的制造(步驟ST5和ST6)。
在這種情況下，利用圖2所示設(shè)備執(zhí)行以上摻雜步驟ST3和ST4，以下參考圖3A至圖3D詳細(xì)地描述這些步驟。
如圖3A所示，在石英玻璃管31內(nèi)部形成覆層32和芯層33，并且如圖2所示，使石英玻璃管31通過一個特氟隆連接器20與燒瓶10連接。
在這種情況下，燒瓶10裝有一種含有摻雜物以對石英玻璃管31摻雜的溶液S，并且具有一個氣體注入/排出口11，通過該口注入適當(dāng)氣體，例如氬氣(Ar)，以將溶液S供給石英玻璃管31內(nèi)。
換句話說，在石英玻璃管31與燒瓶10通過特氟隆連接器20相互連接的狀態(tài)下，當(dāng)將預(yù)定量的氬氣注入燒瓶10的氣體注入/排出口11時，由于注入氣體而引起的壓力，使燒瓶10中裝有的溶液S通過特氟隆連接器20注入石英玻璃管31內(nèi)。也就是，石英玻璃管31保持在如圖3B所示狀態(tài)。
其后，當(dāng)經(jīng)過預(yù)定時間時，使氬氣通過燒瓶10的氣體注入/排出口11排出。然后，保留在石英玻璃管31中的溶液S通過特氟隆連接器20回到燒瓶10。也就是，如圖3C所示，芯層的燒結(jié)部分摻雜有溶液。
然而，由于圖2所示設(shè)備將僅執(zhí)行摻雜過程，所以對于MCVD過程還必須用一個常規(guī)設(shè)備執(zhí)行其它各個處理步驟，例如在石英玻璃管內(nèi)形成覆層和芯層的步驟、燒結(jié)步驟、收縮步驟以及密封步驟。
因此，在用常規(guī)MCVD處理設(shè)備在石英玻璃管內(nèi)形成覆層和芯層之后，將石英玻璃管移到一個附加設(shè)備，以執(zhí)行摻雜過程。然后，再將完成摻雜步驟的石英玻璃管安裝在常規(guī)MCVD處理設(shè)備中，以進行隨后步驟，因而使制造光纖預(yù)型件的過程復(fù)雜化。
而且，當(dāng)如圖2所示設(shè)備執(zhí)行摻雜過程時，石英玻璃管垂直放置，在預(yù)定時間內(nèi)充滿含有摻雜物的溶液，然后排空，所以充滿芯的燒結(jié)部分的有些摻雜物趨向隨同溶液一起漏出。這樣導(dǎo)致由摻雜光纖預(yù)型件而給予的功能特性的變壞，如圖3D所示。
同時，光通信技術(shù)的最新發(fā)展要求高速非線性光學(xué)元件，例如光調(diào)制器、光開關(guān)和光隔離器。作為一種努力，為了生產(chǎn)這樣的非線性光學(xué)元件，正在進行用半導(dǎo)體微粒摻雜光纖的研究。
然而，在如上所述制造光纖預(yù)型件的常規(guī)方法中，在摻雜比現(xiàn)有摻雜物的尺寸要大的毫微尺寸的半導(dǎo)體微粒時存在困難。
此外，如上所述的摻雜設(shè)備限制了芯層的燒結(jié)部分，并且因而限制了摻雜物的摻雜量。
這樣不利地影響功能光纖的特性，特別是非線性光纖的特性，它受摻雜物的摻雜量的影響。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明致力于解決相關(guān)領(lǐng)域出現(xiàn)的問題而實現(xiàn)，為此，提供一種制造平面光波導(dǎo)電路的方法和一種平面光波導(dǎo)電路。
按照本發(fā)明的一個方面，提供一種制造平面光波導(dǎo)電路的方法，它包括如下步驟準(zhǔn)備一個硅晶片；用FHD(火焰水解淀積)方法在硅晶片上淀積由SiO2-P2O5或SiO2-P2O5-B2O3組成的第一沉積物；在高溫電爐中燒結(jié)第一沉積物，以便形成一個緩沖覆層；用FHD方法在緩沖覆層上淀積由SiO2-GeO2-P2O5、SiO2-GeO2-B2O3或SiO2-GeO2-P2O5-B2O3組成的第二沉積物，從而形成多孔芯層，第二沉積物比緩沖覆層具有更高的折射率；將淀積有多孔芯層的硅晶片浸入一種溶解毫微尺寸的半導(dǎo)體微粒的溶液中；去除溶液使硅晶片干燥，以便形成一個摻雜的芯層；并燒結(jié)摻雜的芯層；使燒結(jié)的芯層經(jīng)受反應(yīng)離子蝕刻(RIE)，以便留下用作光波導(dǎo)的芯部分；用FHD方法在緩沖覆層和芯部分上面淀積與緩沖覆層具有相同成分的第三沉積物；以及燒結(jié)第三沉積物，以便形成一個上面覆層。半導(dǎo)體微粒優(yōu)選地由PbTe、PbS、SnTe、CuCl、CdS和CdSe中的至少一種組成。
按照本發(fā)明的又一個方面，提供一種平面光波導(dǎo)電路，它包括一個硅襯底；一個在硅襯底上形成的緩沖覆層；一個在緩沖覆層上形成的芯；和一個在緩沖覆層和芯部分上面形成的上面覆層，其中芯摻雜有毫微尺寸的半導(dǎo)體微粒。半導(dǎo)體微粒優(yōu)選地由PbTe、PbS、SnTe、CuCl、CdS和CdSe中的至少一種組成。


在閱讀以下連同附圖所作的詳細(xì)描述之后，本發(fā)明的以上目的及其它特點和優(yōu)點將變得更加顯而易見，其中圖1是用于表示通過一般MCVD法制造功能光纖預(yù)型件的過程的流程圖；圖2是用于執(zhí)行摻雜過程的常規(guī)設(shè)備的側(cè)視圖；圖3A至圖3D是用于描述圖2所示設(shè)備的操作的斷面圖；圖4是按照本發(fā)明的第一實施例的使用MCVD制造光纖預(yù)型件的設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖；圖5A至圖5C是用于表示圖4所示設(shè)備的摻雜過程的斷面圖；圖6A和圖6B是用于表示非線性光纖的光吸收系數(shù)的曲線圖，它們分別按照使用圖2所示設(shè)備的常規(guī)方法和使用圖4所示設(shè)備的本發(fā)明方法摻雜了摻雜物；圖7是用于說明按照本發(fā)明的第二實施例制造的平面波導(dǎo)電路的透視圖；以及圖8A至圖8E是用于說明制造如圖7所示的光波導(dǎo)電路的過程的斷面圖。
具體實施例方式
由以下連同附圖的描述，本發(fā)明的以上和其它目的、特征和優(yōu)點將顯而易見。
圖4是按照本發(fā)明的第一實施例的使用MVCD制造光纖預(yù)型件的設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。
如圖4所示，在制造光纖預(yù)型件的設(shè)備中，石英玻璃管52由車床51保持，在部分53用加熱裝置54加熱。例如，使石英玻璃管52沿第一方向55a旋轉(zhuǎn)，并用運載部件56使加熱裝置54沿第二方向55b移動。也就是，使石英玻璃管52的加熱部分53在旋轉(zhuǎn)的同時而移動。
同時，通過注射管57從供料器58向石英玻璃管52內(nèi)注入一種原料，優(yōu)選地為溶液，它含有一種物質(zhì)，特別為幾毫微尺寸的半導(dǎo)體微粒，用于形成功能光纖預(yù)型件。在這種情況下，從供料器58注入石英玻璃管52的半導(dǎo)體微粒包括由PbTe、PbS、SnTe、CuCl、CdS和CdSe中的至少一種組成的微粒。
以下，將描述使用具有上述結(jié)構(gòu)的設(shè)備制造光纖預(yù)型件的過程。
首先，如圖4所示，在將用于形成光纖預(yù)型件的石英玻璃管52安裝在車床51上的狀態(tài)下，通過注射管57將一種特別原料例如SiCl4、POCl3、CF4和GeCl4與氧氣一起注入石英玻璃管52內(nèi)，用于形成覆層和芯層。
其后，當(dāng)使石英玻璃管52沿第一方向55a旋轉(zhuǎn)的同時，使加熱裝置54沿第二方向55b移動，以便在石英玻璃管52內(nèi)形成覆層和芯層。
此外，將芯層部分地?zé)Y(jié)，然后摻雜一種摻雜物，以便產(chǎn)生一種功能光纖預(yù)型件。以下將參考圖5A至圖5C描述摻雜過程。
首先，如圖5A所示，在石英玻璃管52的內(nèi)部形成部分燒結(jié)的芯層之后，使加熱裝置54沿第二方向55b移動，以使石英玻璃管52在靠近其兩端的兩個位置處的直徑部分地收縮，如圖5B所示。
也就是，在圖4所示設(shè)備中，使加熱裝置54在靠近石英玻璃管52的第一端的位置521處，保持固定預(yù)定時間，以便使石英玻璃管52在位置521處的直徑收縮預(yù)定量。其后，使石英玻璃管52在靠近第二端的位置522處經(jīng)受如上述相同的處理，以便使石英玻璃管52在位置522處的直徑收縮預(yù)定量。在這種情況下，優(yōu)選地石英玻璃管52在兩個位置處的直徑的收縮量大于或等于芯層的厚度。
其后，如圖5B所示，將一種含有摻雜物的原料即功能溶液從供料器58注入因收縮而形成內(nèi)部環(huán)形突起的石英玻璃管52內(nèi)。
在這種情況下，這樣提供含有摻雜物雜質(zhì)成分的功能溶液，以便與芯層的燒結(jié)部分的厚度和內(nèi)部環(huán)形突起的高度相應(yīng)。
也就是，如圖5C所示，當(dāng)將含有摻雜物的功能溶液注入石英玻璃管52內(nèi)時，使石英玻璃管52旋轉(zhuǎn)，以便摻雜物滲透在具有圓筒形的石英玻璃管52內(nèi)形成的芯層的燒結(jié)部分。
在這種情況下，由于石英玻璃管52的內(nèi)部環(huán)形突起與芯層具有相同的水平面，所以即使當(dāng)芯層具有較大燒結(jié)部分時，摻雜物也可以穩(wěn)定地保留在燒結(jié)部分中。因此，有可能增加滲透芯層的摻雜物的量。
其后，供料器58使O2和Cl2通過石英玻璃管52的內(nèi)部，以消除在摻雜過程期間產(chǎn)生的羥基(OH)成分，并且在使石英玻璃管52沿第一方向旋轉(zhuǎn)的同時，使加熱裝置54沿第二方向移動，以便使石英玻璃管52內(nèi)的摻雜物干燥。
圖6A和圖6B是用于表示分別按照常規(guī)方法和本發(fā)明方法摻雜有摻雜物的非線性光纖的光吸收系數(shù)的曲線圖。
圖6A表示按照常規(guī)摻雜方法摻雜有PbTe半導(dǎo)體微粒的非線性光纖的光吸收系數(shù)的特性，而圖6B表示按照本發(fā)明的利用部分收縮的摻雜方法摻雜有PbTe的非線性光纖的光吸收系數(shù)的特性，其中用0.05克分子的PbTe摻雜各光纖的芯層。
如圖6A所示，按照常規(guī)摻雜方法摻雜有PbTe的非線性光纖在1050nm附近波長范圍內(nèi)表現(xiàn)無光吸收，這個波長是PbTe的固有波長。這意味光纖為表現(xiàn)非線性光特性而不適當(dāng)?shù)負(fù)诫s有PbTe。
然而，如圖6B所示，按照本發(fā)明的部分收縮方法摻雜有PbTe的非線性光纖，在1050nm附近波長范圍內(nèi)表現(xiàn)測量為0.005cm-1的光吸收系數(shù)。這意味毫微尺寸的PbTe保留在石英玻璃管的芯層中。
因此，注意本發(fā)明方法提供一種非線性光纖，與常規(guī)方法比較，它在寬帶波長范圍內(nèi)具有普遍高的光吸收系數(shù)。這是由于使用本發(fā)明部分收縮方法與常規(guī)方法比較，在芯層中相同半導(dǎo)體微粒的摻雜含量變得較高的事實而引起。
因此，按照本發(fā)明，有可能用制造光纖預(yù)型件的常規(guī)設(shè)備，而不用單獨的附加設(shè)備，來執(zhí)行摻雜物特別是毫微尺寸的半導(dǎo)體微粒的摻雜過程，并增加摻雜物的量。
此外，能均勻地形成摻雜有摻雜物的光纖預(yù)型件的芯層，以便使得由摻雜雜質(zhì)成分而引起的光纖的特性得到穩(wěn)定和改善。
按照本發(fā)明的另一個實施例，提供一種如圖7所示的平面光波導(dǎo)電路。以下，參考圖8A至圖8E描述制造平面光波導(dǎo)電路的過程。
首先用FHD方法在硅晶片70上淀積由SiO2-P2O5或SiO2-P2O5-B2O3組成的第一沉積物，并使第一沉積物在高溫電爐中燒結(jié)，以便形成一個玻璃層的緩沖覆層71(圖8A)。然后，用FHD方法在緩沖覆層上淀積由SiO2-GeO2-P2O5、SiO2-GeO2-B2O3或SiO2-GeO2-P2O5-B2O3組成的第二沉積物，它比緩沖層具有較高的折射率，以便形成多孔芯層72(圖8B)。
隨后，將淀積有多孔芯層72的硅晶片70浸入一種溶解半導(dǎo)體微粒的溶液中，然后通過去除溶液使其干燥并燒結(jié)，以便形成一個玻璃層的摻雜芯層72’，如圖8C所示。使摻雜芯層72’經(jīng)受RIE，以便留下用作光波導(dǎo)的芯部分72”，如圖8D所示。最后，用FHD方法在緩沖覆層71和芯部分72”上面淀積與緩沖覆層71具有相同成分的第三沉積物，并且燒結(jié)，以便形成一個上面覆層73，如圖8E所示。毫微尺寸的半導(dǎo)體微粒優(yōu)選地由PbTe、PbS、SnTe、CuCl、CdS和CdSe中的至少一種組成。
同時，本發(fā)明不限于上述的具體實施例，并且能在不違反本發(fā)明的真正范圍下以各種方式改變和變更。
例如，按照本發(fā)明的部分收縮方法，通過使用各種半導(dǎo)體微粒作為摻雜物，能產(chǎn)生具有非線性特性和各種功能的各種光纖元件，例如用于光開關(guān)和光調(diào)制器的光纖。
如上所述，按照本發(fā)明，使石英玻璃管的直徑在靠近其兩端的兩個位置處部分地收縮，然后摻雜一種摻雜物，例如半導(dǎo)體微粒，以便摻雜過程能穩(wěn)定地進行，以利用制造光纖預(yù)型件的常規(guī)設(shè)備，而不使用附加設(shè)備，產(chǎn)生一種具有穩(wěn)定特性的非線性光纖。
雖然已經(jīng)說明和描述了被認(rèn)為是本發(fā)明的優(yōu)選具體實施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，本發(fā)明不限于其具體實施例，并且在不違反本發(fā)明的真正范圍下，可以用各種改變和變更及等效來代替其要素。
權(quán)利要求
1.一種制造平面光波導(dǎo)電路的方法，包括如下步驟在一個硅晶片上形成一個緩沖覆層；在緩沖覆層上形成一個多孔芯層；用毫微尺寸的半導(dǎo)體微粒摻雜多孔芯層，以便形成一個摻雜芯層；燒結(jié)摻雜芯層；使摻雜芯層形成圖形，以便形成芯部分；以及在緩沖覆層和芯部分上面形成一個上面覆層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，該方法包括如下步驟準(zhǔn)備一個硅晶片；用FHD(火焰水解淀積)方法在硅晶片上淀積由SiO2-P2O5或SiO2-P2O5-B2O3組成的第一沉積物；在高溫電爐中燒結(jié)第一沉積物，以便形成一個緩沖覆層；用FHD方法在緩沖覆層上淀積由SiO2-GeO2-P2O5、SiO2-GeO2-B2O3或SiO2-GeO2-P2O5-B2O3組成的第二沉積物，它比緩沖覆層具有更高的折射率，以便形成一個多孔芯層；將淀積有多孔芯層的硅晶片浸入一種溶解半導(dǎo)體微粒的溶液中，以便形成一個摻雜芯層；燒結(jié)摻雜芯層；使摻雜芯層經(jīng)受反應(yīng)離子蝕刻(RIE)，以便留下一個用作光波導(dǎo)的芯部分；用FHD方法在緩沖層和芯部分上面淀積與最初玻璃層具有相同成分的第三沉積物；以及燒結(jié)第三沉積物，以便形成一個上面覆層。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中半導(dǎo)體微粒由PbTe、PbS、SnTe、CuCl、CdS和CdSe中的至少一種組成。
4.一種平面光波導(dǎo)電路，包括一個硅襯底；一個在硅襯底上形成的緩沖覆層；一個在緩沖覆層上形成的芯；一個在緩沖覆層和芯上面形成的上面覆層，其中芯摻雜有毫微尺寸的半導(dǎo)體微粒。
5.如權(quán)利要求4所述的平面光波導(dǎo)電路，其中半導(dǎo)體微粒由PbTe、PbS、SnTe、CuCl、CdS和CdSe中的至少一種組成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制造平面光波導(dǎo)電路的方法，包括如下步驟在一個硅晶片上形成一個緩沖覆層；在緩沖覆層上形成一個多孔芯層；用毫微尺寸的半導(dǎo)體微粒摻雜多孔芯層，以便形成一個摻雜芯層；燒結(jié)摻雜芯層；使摻雜芯層形成圖形，以便形成芯部分；以及在緩沖覆層和芯部分上面形成一個上面覆層。此外，本發(fā)明還公開了一種平面光波導(dǎo)電路，包括一個硅襯底；一個在硅襯底上形成的緩沖覆層；一個在緩沖覆層上形成的芯；一個在緩沖覆層和芯上面形成的上面覆層，其中芯摻雜有毫微尺寸的半導(dǎo)體微粒。
文檔編號G02B6/13GK1629666SQ20041010346
公開日2005年6月22日 申請日期2002年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月16日
發(fā)明者韓元澤, 曹正植 申請人:奧普托內(nèi)斯特公司, 光州科學(xué)技術(shù)院