專利名稱：光功率分配器及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到一種光功率分配器，尤其涉及到一種使用光束分離器和光束擴展器的光功率分配器，以及制造這種光功率分配器的方法。
一般來講，一個光功率分配器是用于在多個區(qū)域中分配入射光。光功率分配器能夠應用于各種領域如光通信系統(tǒng)或光通路網絡，并且是一種用于光通信的基本元件。光功率分配器根據輸出端口的數目可以分為1×2,1×4,1×8,…,1×N型，其中N=2m并且m是一個自然數。光通常是用一致的比例輸出到每個輸出端口。然而，在每個端口的分離比對特殊的目的可以是不同的。如

圖1A和1B所示，該光功率分配器是由每個都具有兩個輸出口以彼此并聯(lián)再級連形式的連接成Y型分支光波導來擴展的，象一個樹枝形。即，圖1A所示的1×4類型光功率分配器是由每個都具有兩個輸出口以彼此串聯(lián)并聯(lián)的形式連接3個1×2Y-型分支光波導形成的，而圖1B所示的1×8類型光功率分配器是通過以串聯(lián)并聯(lián)方式連接7個1×2Y-型分支光波導獲得的。
假設光功率分配器是通過上述方式擴展，當輸出端口數量增加就需要更多的級連。因此，1×4分支光波導的長度或1×8分支光波導的長度是1×2分支光波導長度的兩或三倍。此外，當光功率分配器的長度增加時，光傳播的損耗也增加。在此，Y-型分支光波導的長度能夠通過增加光波導結構內的分支角度而減少。然而，這種增加分支角度也增加了分支區(qū)域的輻射損耗，所以減少分支光波導的長度是有限制的。因此，為了增加分支角度同時又保持輻射損耗最小，一個具有特殊的結構[H.P.Chan andP.S.Chung,Lett.,卷32.652-654頁]分支區(qū)域已經設計成，并且一個微棱鏡結構被插入到分支區(qū)域[H/B.Lin.R.S.Cheng and W.S.Wang,IEEEPhton.Technol.Lett.,卷6.825-827頁1994]。
為解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種采用光束分離器和光束擴展器的光功率分配器，以致當光功率分配器輸出端口擴展時不產生附加損耗并且不增加光功率分配器的長度。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種制造光功率分配器的方法。
根據第一個目的的一個方面，這里提供的光功率分配器包括一個具有用來接收入射光的輸入端口，以及通過該輸入端口引導該入射光的輸入光波導；一組具有至少兩個輸出端口的輸出光波導，用來輸出通過輸入光波導入射的光到輸出端口，其中輸出光波導的數目等于輸出端口的數目以及一位于入射在輸入光波導的光朝向輸出光波導傳送的分支區(qū)域的光束分離器，該光束擴展器是由具有折射率低于輸入和輸出光波導芯的材料構成，用于按預定比例分離到輸出光波導的光。
該光功率分配器還包括位于入射在輸入光波導的光向著輸出光波導發(fā)散的分支區(qū)域外面的多個光束擴展器，該光束擴展器是由具有折射率高于輸入和輸出光波導外覆蓋區(qū)域折射率的材料構成，用來均勻將該光分離到輸出端口。
更可取的是，該光束分離器具有三角形狀，并且輸出到輸出端口的光是根據折射率，以及三角形的高和邊長以預定比例分離的。
根據第一個目的的另一個方面，這里提供的光功率分配器包括一個具有用來接收入射光的輸入端口，以及通過該輸入端口引導該入射光的輸入光波導；一組具有至少兩個輸出端口的輸出光波導，用來輸出通過輸入光波導入射的光到輸出端口，其中輸出光波導的數目等于輸出端口的數目；以及位于入射在輸入光波導的光朝向輸出光波導傳送的分支區(qū)域外側附近的多個光束擴展器，光束擴展器是由具有折射率高于輸入和輸出光波導外覆蓋區(qū)折射率的材料構成，用于均勻分離該光到輸出端口。
該光束分離器最好為三角形狀，并且輸出到輸出端口的光是根據折射率，以及三角形的高和邊長以預定比例分離的。
還根據第一個目的的另一個方面，這里提供的1×4光功率分配器包括一個具有用來接收入射光的輸入端口，以及通過該輸入端口引導該入射光的輸入光波導；具有四輸出端口，用來將通過輸入光波導入射的光輸出到輸出端口的四個輸出光波導；一個位于入射在輸入光波導的光向著輸出光波導發(fā)散的分支區(qū)域的上下區(qū)域之間的對稱點，并具有三角形形狀的光束分離器，該光束分離器是由具有折射率低于輸入和輸出光波導芯的材料構成，用來根據折射率，以及三角形的高和邊長以一個預定的比例分離到輸出光波導的光；以及位于入射在輸入光波導的光朝向輸出光波導傳送的分支區(qū)域外側附近的多個光束擴展器，光束擴展器是由具有折射率高于輸入和輸出光波導外覆蓋區(qū)折射率的材料構成，用來根據折射率，以及三角形的高和邊長均勻分離該光到輸出端口。
該光束分離器的折射率與輸入輸出光波導的外覆蓋區(qū)域的折射率最好是相同的，而光束擴展器的折射率與輸入輸出光波導芯的折射率是相同的。
四輸出光波導之間的分支角度最好是相同的。
設四輸出光波導從頂部被稱為第一，第二，第三和第四輸出光波導，則有一條虛線AA＇平行于輸入光波導的寬度并且通過第一和第四輸出光波導內側之間的交叉點b，而一條虛線BB＇平行于輸入光波導的寬度并且通過第二和第三輸出光波導內側之間的交叉點c，該光束分離器位于虛線AA＇和虛線BB＇之間分支區(qū)域的中心并且該光束分離器具有點c作為底的中心和點b作為三角形等長邊之間交叉點的等腰三角形形狀。
光束擴展器最好位于虛線AA＇和虛線BB＇之間第一和第四輸出光波導外側附近，具有一個三角形形狀，該三角形的一邊是虛線BB＇的一部分，而該三角形的一個交叉點在虛線AA＇上。
可以設四輸出光波導從頂部被稱為第一，第二，第三和第四輸出光波導，則有一條虛線AA＇平行于輸入光波導的寬度并且通過第一和第四輸出光波導內側之間的交叉點b，而一條虛線BB＇平行于輸入光波導的寬度并且通過第二和第三輸出光波導內側之間的交叉點c，該光束分離器位于虛線AA＇和虛線BB＇之間分支區(qū)域的上下區(qū)域之間對稱中心并且該光束分離器具有點b作為三角形等長邊之間交叉點，并且高比虛線AA＇和虛線BB＇之間間隔大的等腰三角形形狀。
光束擴展器最好位于虛線AA＇和虛線BB＇之間第一和第四輸出光波導外側附近，具有一個三角形形狀，三角形的交叉點在虛線AA＇上，并且三角形的高大于虛線AA＇和虛線BB＇之間的間隔。
該光束分離器最好位于虛線AA＇和虛線BB＇之間分支區(qū)域的中心并且該光束分離器具有點c作為底的中心和點b作為三角形等長邊之間交叉點的等腰三角形形狀，并且在虛線BB＇上的第二與第三輸出光波導之間的間隔等于三角形光束分離器的底邊長度。
根據第二個目的的一個方面，這里提供一種用來制造光功率分配器的方法，該光功率分配器包括一個用來導引入射光的輸入光波導，至少兩個用來導引通過輸入光波導的入射光的輸出光波導，一個用來分離入射光的光束分離器，該光束分離器位于入射在輸入光波導的光向著輸出光波導發(fā)散的分支區(qū)域并且由比輸入輸出光波導的芯折射率低的材料組成，以及用來擴展入射光的光束擴展器，該光束擴展器位于入射在輸入光波導的光向著輸出光波導發(fā)散的分支區(qū)域外面并且由比輸入輸出光波導的覆蓋層折射率高的材料組成，該方法包括這些步驟(a)在基片上形成一層薄膜作為下覆蓋層；(b)在步驟(a)中的薄膜上生長一層薄膜作為芯，其具有比步驟(a)的薄膜較高的折射率；(c)選擇地腐蝕步驟(b)的生成物以形成光功率分配器的結構；以及(d)在步驟(c)的生成物上生長一層上覆蓋層。
該基片形成的材料最好是從硅(Si)，砷化鎵(GaAs)和InP中選取，而下覆蓋層，芯以及上覆蓋層是由半導體薄膜形成。
更可取的是，該基片是由硅或融化的二氧化硅形成，而下覆蓋層，芯以及上覆蓋層是由二氧化硅或聚合物形成。
根據第二個目的的另一個方面，這里提供用來制造光功率分配器的方法包括一些步驟(a)在一個鐵電基片上形成一層具有折射率高于該鐵電體的芯層；(b)腐蝕步驟(a)的生成物來形成光功率分配器的結構；以及(c)在步驟(b)的光波導上形成一個上覆蓋層。
還根據第二個目的的另一個方面，這里提供用來制造光功率分配器的方法包括一些步驟(a)通過增加鐵電基片結構中預定區(qū)域的折射率來在其上形成光波導；和(b)在光波導上形成上覆蓋層。
鐵電基片最好是LiNbO3或LiTaO3。
該折射率最好是通過一種質子變換方法在鐵電基片內用氫離子替換鋰離子，或者內擴散一層金屬薄膜來增加的。
金屬薄膜層最好是一種鈦薄膜或者鎳薄膜，而上覆蓋層是一種二氧化硅薄膜或者氧化鋁薄膜。
本發(fā)明的目的和優(yōu)點通過參照附圖詳細地描述將更加清楚圖1A顯示一個常規(guī)的1×4光功率分配器；圖1B顯示一個常規(guī)的1×8光功率分配器；圖2顯示根據本發(fā)明的第一實施例采用一個擴展的Y-型分支光波導的1×4光功率分配器的基本結構；圖3顯示一個根據本發(fā)明的第二實施例的1×4光功率分配器；圖4顯示一個根據本發(fā)明的第三實施例的1×4光功率分配器；圖5A是一個根據本發(fā)明顯示根據光束分離器和光束擴展器的長度x1與x2的光功率分配比例圖；以及圖5B是一個根據本發(fā)明顯示根據光束分離器和光束擴展器的長度x1與x2的附加損耗圖。
一個根據本發(fā)明的光功率分配器包括一個輸入光波導，多個輸出光波導，一個光束分離器和多個光束擴展器。該輸入光波導包括一個入射和引導入射光的輸入端口。輸出光波導至少包括兩個輸出端口并且輸出通過輸入光波導入射的光到輸出端口。
該光束分離器位于三角形分支區(qū)域內，在該區(qū)內通過輸入端口引導的入射光發(fā)散到多個輸出光波導。該光束分離器是由一種折射率低于輸入和輸出光波導芯的材料制做，并且輸出到輸出光波導的光是按照預定的比率分離的。這里，輸出到輸出端口的光的分離率是根據光束分離器的折射率和三角形基座的高度和邊長確定的。
光束擴展器位于三角形分支區(qū)域外面。另外，光束擴展器是由一種具有折射率高于輸入和輸出光波導的外覆蓋的材料做的，并且按照預定的比率將入射到輸入光波導的光擴展輸出到輸出端口。這里，輸出到輸出端口的光的分離比率是根據光束擴展器的折射率和每個三角形基座的高度和邊長確定的。
在此，本發(fā)明的基本思想將在詳細描述光功率分配器之前描述。本發(fā)明的基本思想是當通過輸入光波導引導該入射光輸出到至少兩個或更多輸出光波導時光的分離率是由光束分離器和光束擴展器控制的。即，當入射到一個輸入光波導的光分散到一組輸出光波導時，中心光的聚集在入射光分散時能夠通過安裝具有比分支區(qū)域的輸入輸出光波導芯折射率低的光束分離器來穩(wěn)定。再者，該光束當其向一組輸出光波導分散時能夠通過安裝具有比靠近分支區(qū)域外面的輸入輸出光波導覆蓋區(qū)域折射率低的光束擴散器向外分散以代替在中心聚集。因此，無論是光束分離器還是光束擴散器都可以根據輸出光波導的數量與輸出光波導的折射率來使用。
圖2顯示根據本發(fā)明最佳實施例的1×4光功率分配器的基本結構，它是通過在常規(guī)Y-型分支光波導上和下增加兩個光波導來得到。
常規(guī)Y-型分支光波導(1×2光功率分配器)是通過連接兩個等寬的光波導，即，具有分支角θ的第二與第三端口P2和P3到一個具有W寬度的單模直通光波導的aa＇端來獲得。再者，另外兩個光波導，即，第一與第四端口P1和P4接在Y-型分支光波導第二端口的上面和第三端口的下面，它們之間具有基于端aa’的3θ的分支角度，結果形成4-路分支光波導。在此，相鄰光波導間的分支角度等于θ如圖2所示。這里，假設有一條虛線AA＇經過附加的第一和第四端口P1和P4內側之間的點b，它垂直對應于光束傳播的方向，而虛線BB＇經過第二和第三端口P2和P3內側之間的交叉點c，它垂直對應于光束傳播的方向。分別稱作光束分離器200和光束擴展器210的三角形結構被插在虛線AA＇與BB＇之間的分支區(qū)域。
光束分離器200是一個具有底邊長度是x1的等腰三角形，它位于分支區(qū)域的中心。光束分離器200的折射率等于不屬于光波導部分的覆蓋區(qū)域的折射率。再者，光束擴展器210對稱地位于分支區(qū)域的兩側，是具有一個邊長是X2的三角形形狀，并且有等于光波導芯區(qū)域折射率的折射率。這就是，光束分離器200與光束擴展器210被安置在具有類似梯形分支區(qū)域的結構中，被包含在兩條虛線AA＇與BB＇之間沿著一條虛線bc分開，然后被分開的兩部分之間的空間按預定分支角度增加。
圖3和圖4顯示圖2所示1×4光功率分配器的改動的實例。在此，輸出端口在沒有改變光功率分配器長度的情況下利用光束分離器和光束擴展器來擴展。圖3的例子除了光束分離器300和光束擴展器310沿著光束傳輸方向延長超過虛線BB＇外具有圖2所示光功率分配器相同的結構。再者，圖3中修改的光功率分配器依據圖2光功率分配器相同工作原理工作。然而，在圖3中修改的光功率分配器中，在每個端口之間形成的楔形尖端數量通過消除第二和第三端口P2和P3之間交叉點而減少，所以該光功率分配器容易制造。圖4顯示不同于圖2光功率分配器的另一個光功率分配器。根據圖4光功率分配器的結構，第二和第三端口P2和P3被岔開為一個光束分離器400的長度X1，以致于楔形尖端數量減少，因此提供有如圖3結構的同樣優(yōu)點。
下面描述圖2中1×4光功率分配器的工作。首先，如果沒有光束分離器和光束擴展器，通過輸入端口入射的光在具有小分支角度的內輸出端口(第二和第三端口P2和P3)聚集。因此，由于根據本發(fā)明光功率分配器的對稱結構，內輸出端口(第二和第三端口P2和P3)比較外輸出端口(第一和第四端口P1和P4)有強的光密度。然而，具有底邊長度X1的光束分離器和具有一個邊長X2的光束擴展器在四個輸出端口P1,P2,P3和P4之間平均地分割入射光。更詳細地說，光束分離器200在分支點平均地分離入射光到第二和第三端口P2和P3，而光束擴展器210向外擴散分離后的入射光是為了避免該分離的入射光在輸出端口(第二和第三端口P2和P3)內聚集。結果，入射光均勻地通過內與外輸出端口輸出。光束分離器和光束擴展器適當的每邊長度X1和X2根據波導光引導模式的大小和分支角度而變化。如果分支角度小，均勻輸出特性能夠用光束分離器或光束擴展器來獲得。
為了設計具有圖2結構的1×4光功率分配器，用2-維有限差分光束傳播方法分析一個光波導器件。為了數值模擬，參數設置如下光波導通道的寬度W是6μm，分支角度θ是1°，覆蓋層和芯的有效折射率Nc1和Nc分別是1.5248和1.5276。根據每個光束分離器和光束擴展器的長度X1和X2，輸出到每個外(第一和第四端口P1和P4)和內(第二和第三端口P2和P3)輸出端口的光功率被表示為圖5A中的對數分散比，其通過10×Log10(P1.4/P2.3)獲得。如圖5A所示，當光束分離器和光束擴展器的長度X1和X2合適時，光能夠均勻地輸出到每個輸出端口。再者，為了特殊目的基于數值模擬的結果，輸出光功率可以設置到一個預定值。圖5B顯示根據光束分離器和光束擴展器的長度X1和X2的附加損耗，描述為由10×Log10(P1+P2+P3+P4)獲得的對數值(單位dB)。如圖5B中所示，光束擴展器的長度X2越短，附加損耗越小。還有，對于均勻輸出的光，根據上述光束分離器和光束擴展器的長度范圍該附加損耗相對地減少到-0.09至-0.17dB的范圍。
接下來，將根據本發(fā)明描述制造光功率分配器的一種方法。該光功率分配器可以用各種方法各種材料形成。首先，半導體如硅(Si)，砷化鎵(GaAs)或者InP都能夠用作光波導基片的材料。一種半導體薄膜用作下覆蓋層形成在半導體基片上，而后一種具有稍微高折射率的半導體薄膜作為芯在其上生長。然后，在經過濕或干刻蝕形成了光功率分配器的結構后，一種半導體薄膜作為上覆蓋層在其上生長，最后產生一個光功率分配器。
再者，鐵電如LiNbO3或者LiTaO3可以用作基片的材料。當使用這種鐵電材料時，基片本身可以作為一個下覆蓋層不再在基片上形成下覆蓋層。光波導是通過在基片整個表面形成一個具有比基片折射率高的芯而后用濕或干腐蝕合成結構而獲得。然而，一種通過在將作為光波導的基片的一部分增加折射率用于制造光波導是較好的方法。例如，一種通過在鐵電基片內用氫離子替換鋰離子增加折射率的質子變換方法，或者經過一層如鈦(Ti)或鎳(Ni)金屬薄膜的內擴散來增加折射率的一種方法。用這種方法制造的光波導具有坡度系數縱剖面而不是用先前方法制造的半導體光波導具有階梯系數剖面。在形成光波導后，空氣可以被用作上覆蓋層而不在芯上形成上覆蓋層。然而，對于特殊的目的，二氧化硅(SiO2)或氧化鋁(Al2O3)薄膜可以用作上覆蓋層。
再者，另一個光功率分配器可以采用一些在二氧化硅或混合二氧化硅基片上形成二氧化硅或聚合物薄膜來制造。這種制造方法類似于用半導體基片制造光功率分配器的方法。即，首先下覆蓋層形成在一個基片上，而后具有高于覆蓋層折射率的芯層。芯層被選擇地腐蝕要成為光功率分配器剩余物，然后一個上覆蓋層形成在合成結構上，結果形成一個光功率分配器。
在根據本發(fā)明的這個光功率分配器和制造方法中，光功率分配器的長度被減少。當擴展一個1×2光功率分配器到一個1×4光功率分配器時，Y-型分支光波導應該用常規(guī)方法以2級串聯(lián)方式連接同時本發(fā)明的方法僅僅擴展一個1×2分支光波導來獲得1×4光功率分配器。因此，根據本發(fā)明的1×4光功率分配器的長度只達到常規(guī)1×4光功率分配器的50％。
這就是，不象常規(guī)1×4光功率分配器的方法通過串聯(lián)和并聯(lián)連接1×2光功率分配器而得，本發(fā)明的1×4光功率分配器用在1×2光功率分配器的外邊加兩個光波導制造。所以，本發(fā)明的1×4光功率分配器的長度比常規(guī)1×4光功率分配器的短。如果一個1×N光功率分配器是通過把1×4光功率分配器作為單元分離器以串聯(lián)和并聯(lián)連接形成，該1×N光功率分配器能夠明顯地減少。例如，一個1×16光功率分配器能夠根據本發(fā)明簡單地通過用5個1×4光功率分配器兩級串聯(lián)和并聯(lián)連接制造。同時，十五個1×2光功率分配器在常規(guī)方法中必須是四級串聯(lián)和并聯(lián)的連接，因此復雜了最終光功率分配器和增加了長度。
第二，插入損耗(傳播損耗和輻射損耗)能夠降低。因為根據本發(fā)明的光功率分配器是短的，所以當通過光波導時光的傳播損耗比常規(guī)光功率分配器小。還有，分支區(qū)域數量和分支點的減少，所以減少了發(fā)射損耗。這就是，因為傳輸損耗發(fā)生在光通過光波導時，而在分支點輻射損耗小，所以光功率分配器的全部插入損耗減少。當光經過Y-型分支光波導的一個分支點時，不期望的方式耦合發(fā)生在分支點，所以光部分地輻射，因此使得光損耗。假設制造一個1×4光功率分配器，對于1×4光功率分配器常規(guī)方法使得在輸入輸出端口之間路徑有兩個分支點而根據本發(fā)明的1×4光功率分配器僅有一個分支點。所以，輻射損耗較常規(guī)光功率分配器減少。
第三，對于特殊用處的光功率分配器，在輸出端口內和外之間提供不同的分離比，能夠容易地通過控制光束分離器和光束擴展器的長度來設計。即，在根據本發(fā)明具有光束分離器和光束擴展器的1×4光功率分配器中，光功率的分離比能夠通過控制光束分離器和光束擴展器的尺寸根據分離器的目的合適地調節(jié)，因此該光功率分配器有廣泛的應用。
第四，制造該光功率分配器的成本能夠減少。因為根據本發(fā)明的光功率分配器比常規(guī)的短，許多分離器可以集成在同一個基片上，所以減少制造成本。一般來講，需要關注是光發(fā)散的分支區(qū)域里沒有誤差。根據本發(fā)明的光功率分配器僅有一個比常規(guī)還少的分支區(qū)域，所以根據本發(fā)明的光功率分配器不太受可能發(fā)生在制造過程中的灰塵或薄膜不純等缺點的影響。因此，象光波導器件的質量一樣產量也能夠增加，所以降低了制造成本。
權利要求
1．一個光功率分配器包括；一個具有用來接收入射光的輸入端口，以及通過該輸入端口引導該入射光的輸入光波導；一組具有至少兩個輸出端口的輸出光波導，用來輸出通過輸入光波導入射的光到輸出端口，其中輸出光波導的數目等于輸出端口的數目；以及一位于入射在輸入光波導的光朝向輸出光波導傳送的分支區(qū)域的光束分離器，該光束擴展器是由具有折射率低于輸入和輸出光波導芯的材料構成，用于按預定比例分離到輸出光波導的光。
2．根據權利要求1中所述的光功率分配器，還包括位于入射在輸入光波導的光向著輸出光波導發(fā)散的分支區(qū)域外面的多個光束擴展器，該光束擴展器是由具有折射率高于輸入和輸出光波導外覆蓋區(qū)域折射率的材料構成，用來均勻將該光分離到輸出端口。
3．根據權利要求1中所述的光功率分配器，其特征在于光束分離器具有三角形狀，并且輸出到輸出端口的光是根據折射率，以及三角形的高和邊長以預定比例分離的。
4．根據權利要求2中所述的光功率分配器，其特征在于光束分離器具有三角形狀，并且輸出到輸出端口的光是根據折射率，以及三角形的高和邊長以預定比例分離的。
5．一種光功率分配器包括；一個具有用來接收入射光的輸入端口，以及通過該輸入端口引導該入射光的輸入光波導；一組具有至少兩個輸出端口的輸出光波導，用來輸出通過輸入光波導入射的光到輸出端口，其中輸出光波導的數目等于輸出端口的數目；以及位于入射在輸入光波導的光朝向輸出光波導發(fā)散的分支區(qū)域外側附近的多個光束擴展器，光束擴展器是由具有折射率高于輸入和輸出光波導外覆蓋區(qū)折射率的材料構成，用于均勻分離該光到輸出端口。
6．根據權利要求5中所述的光功率分配器，其特征在于光束分離器具有三角形狀，并且輸出到輸出端口的光是根據折射率，以及三角形的高和邊長以預定比例分離的。
7．一種1×4光功率分配器，其特征在于包括一個具有用來接收入射光的輸入端口，以及通過該輸入端口引導該入射光的輸入光波導；具有四輸出端口，用來將通過輸入光波導入射的光輸出到輸出端口的四個輸出光波導；一個位于入射在輸入光波導的光向著輸出光波導發(fā)散的分支區(qū)域的上下區(qū)域之間的對稱點，并具有三角形形狀的光束分離器，該光束分離器是由具有折射率低于輸入和輸出光波導芯的材料構成，用來根據折射率，以及三角形的高和邊長以一個預定的比例分離到輸出光波導的光；以及位于入射在輸入光波導的光朝向輸出光波導傳送的分支區(qū)域外側附近的多個光束擴展器，光束擴展器是由具有折射率高于輸入和輸出光波導外覆蓋區(qū)折射率的材料構成，用來根據折射率，以及三角形的高和邊長均勻分離該光到輸出端口。
8．根據權利要求7中所述的1×4光功率分配器，其特征在于該光束分離器的折射率與輸入和輸出光波導的外覆蓋區(qū)域的折射率是相同的，而光束擴展器的折射率與輸入和輸出光波導芯的折射率是相同的。
9．根據權利要求7中所述的1×4光功率分配器，其特征在于四輸出光波導之間的分支角度是相同的。
10．根據權利要求9中所述的1×4光功率分配器，其特征在于設四輸出光波導從頂部被稱為第一，第二，第三和第四輸出光波導，則有一條虛線AA＇平行于輸入光波導的寬度并且通過第一和第四輸出光波導內側之間的交叉點b，而一條虛線BB＇平行于輸入光波導的寬度并且通過第二和第三輸出光波導內側之間的交叉點c，該光束分離器位于虛線AA＇和虛線BB＇之間分支區(qū)域的中心，并且該光束分離器具有點c作為底的中心和點b作為三角形等長邊之間交叉點的等腰三角形形狀。
11．根據權利要求10中所述的1×4光功率分配器，其特征在于光束擴展器位于虛線AA＇和虛線BB＇之間第一和第四輸出光波導外側附近，具有一個三角形形狀，該三角形的一邊是虛線BB＇的一部分，而該三角形的一個交叉點在虛線AA＇上。
12．根據權利要求9中所述的1×4光功率分配器，其特征在于設四輸出光波導從頂部被稱為第一，第二，第三和第四輸出光波導，則有一條虛線AA＇平行于輸入光波導的寬度并且通過第一和第四輸出光波導內側之間的交叉點b，而一條虛線BB＇平行于輸入光波導的寬度并且通過第二和第三輸出光波導內側之間的交叉點c，該光束分離器位于虛線AA＇和虛線BB＇之間分支區(qū)域的上下區(qū)域之間對稱中心，并且該光束分離器具有點b作為三角形等長邊之間交叉點，并且高比虛線AA＇和虛線BB＇之間間隔大的等腰三角形形狀。
13．根據權利要求12中所述的1×4光功率分配器，其特征在于光束擴展器位于虛線AA＇和虛線BB＇之間第一和第四輸出光波導外側附近，具有一個三角形形狀，三角形的交叉點在虛線AA＇上，并且三角形的高大于虛線AA＇和虛線BB＇之間的間隔。
14．根據權利要求8中所述的1×4光功率分配器，其特征在于設四輸出光波導從頂部被稱為第一，第二，第三和第四輸出光波導，則有一條虛線AA＇平行于輸入光波導的寬度并且通過第一和第四輸出光波導內側之間的交叉點b，而一條虛線BB＇平行于輸入光波導的寬度并且通過第二和第三輸出光波導內側之間的交叉點c，其中光束分離器位于虛線AA＇和虛線BB＇之間分支區(qū)域的中心，并且該光束分離器具有點c作為底的中心和點b作為三角形等長邊之間交叉點的等腰三角形形狀，在虛線BB＇上第二和第三輸出光波導之間的間隔等于三角形光束分離器底邊的長度。
15．一種用來制造光功率分配器的方法，該光功率分配器包括一個用來導引入射光的輸入光波導，至少兩個用來導引通過輸入光波導的入射光的輸出光波導，一個用來分離入射光的光束分離器，該光束分離器位于入射在輸入光波導的光向著輸出光波導發(fā)散的分支區(qū)域并且由比輸入輸出光波導的芯折射率低的材料組成，以及用來擴展入射光的光束擴展器，該光束擴展器位于入射在輸入光波導的光向著輸出光波導發(fā)散的分支區(qū)域外面并且由比輸入輸出光波導的覆蓋層折射率高的材料組成，該方法包括這些步驟(a)在基片上形成一層薄膜作為下覆蓋層；(b)在步驟(a)中的薄膜上生長一層薄膜作為芯，其具有比步驟(a)的薄膜較高的折射率；(c)選擇地腐蝕步驟(b)的生成物以形成光功率分配器的結構；以及(d)在步驟(c)的生成物上生長一層上覆蓋層。
16．根據權利要求15中所述的方法，其特征在于基片是由從硅Si，砷化鎵GaAs和InP中選取的材料構成，下覆蓋層，芯以及上覆蓋層是由半導體薄膜形成。
17．根據權利要求15中所述的方法，其特征在于基片是由硅或融化的二氧化硅形成，而下覆蓋層，芯以及上覆蓋層是由二氧化硅形成。
18．根據權利要求15中所述的方法，其特征在于基片是由硅或融化的二氧化硅形成，而下覆蓋層，芯以及上覆蓋層是由聚合物形成。
19．一種用來制造光功率分配器的方法，該光功率分配器包括一個用來導引入射光的輸入光波導，至少兩個用來導引通過輸入光波導的入射光的輸出光波導，一個用來分離入射光的光束分離器，該光束分離器位于入射在輸入光波導的光向著輸出光波導發(fā)散的分支區(qū)域并且由比輸入輸出光波導的芯折射率低的材料組成，以及用來擴展入射光的光束擴展器，該光束擴展器位于入射在輸入光波導的光向著輸出光波導發(fā)散的分支區(qū)域外面并且由比輸入輸出光波導的覆蓋層折射率高的材料組成，該方法包括這些步驟(a)在一個鐵電基片上形成一層折射率高于該鐵電體的芯層；(b)腐蝕步驟(a)的生成物來形成光功率分配器的結構；以及(c)在步驟(b)形成的光波導上形成一個上覆蓋層
20．根據權利要求19中所述的方法，其特征在于鐵電基片由LiNbO3或LiTaO3形成。
21．一種用來制造光功率分配器的方法，該光功率分配器包括一個用來導引入射光的輸入光波導，至少兩個用來導引通過輸入光波導的入射光的輸出光波導，一個用來分離入射光的光束分離器，該光束分離器位于入射在輸入光波導的光向著輸出光波導發(fā)散的分支區(qū)域并且是由比輸入輸出光波導的芯折射率低的材料組成，以及用來擴展入射光的光束擴展器，該光束擴展器位于入射在輸入光波導的光向著輸出光波導發(fā)散的分支區(qū)域外面并且是由比輸入輸出光波導的覆蓋層折射率高的材料組成，該方法包括這些步驟(a)通過增加鐵電基片結構中預定區(qū)域的折射率來在其上形成光波導；和(b)在光波導上形成上覆蓋層。
22．根據權利要求21中所述的方法，其特征在于鐵電體是LiNbO3或LiTaO3。
23．根據權利要求22中所述的方法，其特征在于折射率是通過一種質子變換方法在鐵電基片內用氫離子替換鋰離子增加的。
24．根據權利要求22中所述的方法，其特征在于折射率是通過內擴散一層金屬薄膜增加的。
25．根據權利要求22中所述的方法，其特征在于該金屬薄膜是鈦薄膜或者鎳薄膜。
26．根據權利要求21中所述的方法，其特征在于上覆蓋層是二氧化硅薄膜或者氧化鋁薄膜。
全文摘要
一種采用光束分離器和光束擴展器的光功率分配器和制造方法。該光功率分配器包括一個具有輸入端口的輸入光波導,一組具有至少兩個輸出端口的輸出光波導,其中輸出光波導的數目等于輸出端口的數目,以及一個光束擴展器,該光束擴展器是由折射率高于輸入和輸出光波導外覆蓋的材料構成,用預定比例分離該光到輸出光波導。因此,該光功率分配器的長度變得較短并且插入損耗能夠降低。不同的光功率分配器,可提供不同的分離比。
文檔編號G02B6/12GK1218913SQ9812445
公開日1999年6月9日 申請日期1998年11月5日 優(yōu)先權日1997年11月5日
發(fā)明者申相永, 宋炫采, 李相潤, 張祐赫 申請人:三星電子株式會社