TW200303999A - High density integrated optical chip with low index difference and high index difference waveguide functions - Google Patents

Description

200303999 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明大體上係關於^一種光學晶片’及更特定地係關 於一種光學晶片其包括至少一低值的最小彎折半徑波導（1〇w minimum bending radius waveguide)及在一大模式場域尺寸 介電波導中之至少一光學功能。 【先前技術】 具有光學功能之積體光學晶片典型地使用低折射率差 波導。第1圖顯示一典型的平面介電波導，其為二維波導 的一個例子。低折射率差波導，如使用在光學晶片中者及 使用在用來輸入至光學晶片或從光學晶片輸出之光纖波導 中者’為平面介電波導的三維度版本。這些低折射率差波 導10包括一核心物質12其被一鍍層物質14所包圍。該核 。物質12可具有一任意的截面，包括埋在該鍍層物質14 " 橢圓形’方形’或矩形戴面在内。該核心物質12 的折射率111比鍍層物質1 4的折射率n2稍大。該核心物質i 2 的折射率· 1與鍍層物質1 4的折射率n2之間的折射率差△ η(Δ 11 ^2)因此是非常的小。一有用的測量為差值（△)， 對於此種油& 皮導而言，其被界定為△ η/η(；ι__，且通常是介於 〇.〇1(百分之 < 1)至0·04(百分之4)之間，且一定是小於〇丨（百 分之十）。換言之： △-(ηι、η2)/η2<<ι 移動於第1圖的ζ方向上的光線（由左至右），如果該 200303999 :線相對於核心物質12與鍍層物質Μ之間的界面的入射 二：於1鍵角度Θ。的話，則該光線被總内部反射Μ 於該核心物質1 2内。眇U Α 士 此關鍵角度^等於sin-i(n/ 對 於低折射率差波導而言， 1 因為折射率h 、n2的關係，所以 入射角0必需报大才能夕A ^ 才此夠總内部反射地將光線導弓丨過該 波導。 具有低折射率差的血〗 、型先學日日片通常都是大型、晶圓 尺寸式的晶片。此大型尺寸是因為低折射率 波導内的彎折具有大半彳< 導/、有在 卞k時才能適當地導引光線 結果。如果這此低折鼾^ 斤造成的 一斤射率差的波導使用小的彎折半， :因=散地限定在核心物質1…造成大的損 /低折射率差波導只有在A f折半徑下才能適當 的作用，目此很難在小面❹使料些低折 實施光學功能。 导果 使用高折射率差波導可降低最小彎折半徑同時保持適 當的性能（即，低損失），因此可縮小實施光學功能所需的面 積。對於高折射率差波導而言，核‘。物質12的折射率n，比 鍛層14的折射率^ i + 夕。古、+ 午h要大上迕夕。四折射率差波導的差 典型地至少是Ο·1、0.2或0.3。換言之： Δ =(n1-n2)/n2> 〇.1 在此-高折射率差波導中，通過該波導之光線的總内 部反射可以_較小的光線入射角0達成，i實施適當功能 所需的最小彎折半徑可被減小。 5 200303999 【發明内容】 本發明的特徵為一種光學晶片，其具有在大模式尺寸 波導中的光學功能。依據本發明的一個態樣，該光學晶片 的特徵在於一或多個大模式場域尺寸波導，連接大模式場 域尺寸波導（large mode Held size waveguide)的一或多個低 值的最小彎折半徑波導，及一或多個光學功能集積於該等 大模式場域尺寸波導内或連接至該等大模式場域尺寸波 導。至少一此種大模式場域尺寸波導被用來與位在光學晶 片外部之光學裝置（如光纖）溝通。在其它實施例中，多個大 模式場域尺寸波導，低值的最小彎折半徑波導，及在大模 式場域尺寸波導中的光學功能可被使用。光學功能可以^ 用來產生、修改 , m •陌、頻 率、波長、色散、時機、行進方向及/或極化特桃^ 付f生的任何結 構或裝置。這些實施例可讓大數量的大模式場妯 罘尺寸波導 功能被整合至一具有小足跡（footprint)的單一光取曰 +晶片上。 依據本發明的另一態樣’一單一光學功能被分金 成多個小 片，這些小片被具有彎折的低值的最小彎折半俯 &波導所分 隔開。 其具有一大 導與該大模 ^兩個光·學 的光學功能 功能。所有 本發明的另一態樣的特徵為一光學晶片， 模式場域尺寸波導及一低值的最小彎折半徑波 式場域尺寸波導相耦合。該光學晶片亦具有至 功能，包括一在該大模式場域尺寸波導中實施 及另一在該低值的最小彎折半徑波導内實施的 這些元件都被單件式地製造在單一基材上。 6 200303999 本發明的另一態樣係關於一種可程式的光學晶片。此 光學晶片的特徵在於多個光學功能，每一光學功能都被 連接至一具有一核心及一鍍層的波導上。一光感層被設置 在至v二個波導之間，及該光感層具有一折射率，其在光 感層曝路於照射之前是與該鍍層的折射率相同。該光感層 的折射率會在曝露於照射時改變用以選擇性地形成一光學 連接於至少兩波導之間。 +本發明的另一態樣係關於一種光學晶片其具有兩個大 Y\昜或尺寸波導，如低折射率差波導。波導交又於一共 同平面_該光學晶片亦包括一低值的最小彎折半徑波導其 搞口至該—大模式場域尺寸波導中的一者上。 L I跑万式] *本發明的實施例提供用作為互連線之具有低值的最小 專折半仅波導的光學晶片及實施在大模式場 之光學功能。該光學曰Τ及导〒 導，連接大H 或多個大模式場域尺寸波 导運接大拉式場域尺+ 寸波導的一或夕個低值的最小彎折 千3工/及一或多他止3 ,^ . 予功能集積於該等大模式場域尺 寸波導内或連接5兮榮丄 々尺 該專大模式場域尺寸波導。因此，、 一光學功能為大模式埸祕p 口此，至少 模式場域尺寸波導# 至^一此種大 疚導被用來與位在光學晶片 溝通。這些外部光學 之先于裝置 第2圖為依據本發明从你 干日日片。 塊圖的頂視圖。第2圖的弟一實施例的光學晶片的-方 第圖的光學晶片包括至少-大模式尺寸 7 200303999 波導22 ’至少一低值的最小彎折半徑波導24，及至少一光 學或電光學功能26被製造在一基材20上。第2圖之光學 晶片的實施例顯示出有兩個低值的最小彎折半徑波導24， 每-低值的最小彎折半徑波導24都被光學地連接：一不同 的大模式尺寸波導22。此外，第2關* —具有兩個光學 功能26❸光學晶片的實施例。在其它的實施例+，一單一 的大模式二寸波導22〜單—的低值的最小彎折半徑波導 24，及一單一的光學功能26被製造在一基材2〇上，及在 另外其匕的實施例中，；古此士类义生士 J T &些構件中的每一者都有至少兩個 被/儿積在基材2G上。第2圖顯示出介於兩個低值最小管折 半徑波導24之間的開放空間，在某些實施例中，額外的光 學功能26 ’大模式尺寸料22，及低值最小變折半徑波導 24會被設置在此空間内。任何轉換裝置可被 小彎折半徑波導24光學地連接至大模式尺寸波導22。- /大模式尺寸波導22，低值最小彎折半徑波導24及光 學功能26係被單件式地製造在一單一基材2〇上。數種其 它構件亦可以任何方式結合至該基材，包括分離的光學功 能或波導。基材20可用任何的材質製成，包括矽、磷化銦、 陶瓷、或石英。基# 2〇亦可被作成多種形肖大，包括矩形、 方形、橢圓形、或具有薄側邊的圓形。通常，一光學晶片 包括一平面基材20及被形成圖案的核心物質及鍍層其界定 一平面光波電路（PLC)或光學電路。在基材2〇上的至少一 大模式場域尺寸波導22具有一第一端3〇其終止於該基材2〇 的一側邊，邊緣或一可接近的部分，使得其可被連接至一 8 200303999 外部光學裝置，如第2圖所示的光纖28。該大模式場域尺 寸波導22的第二端32可被光學地執合至^一光學功能26， 如第2圖所示，在其它實施例中，第二端3 2可被光學地耦 合至基材2 0上的一低值最小彎折半徑波導24(未示於第2 圖中）。因此，在基材20上的至少一大模式場域尺寸波導22 可作為該光學晶片的一輸入/輸出埠。又，該光學晶片可包 含能夠將資訊載體訊號從一光學訊號轉變為一不同能量形 式’反之亦然’的功能。改變載送資訊的能量形式的例子 包括聲音、射頻、紅外線及微波，以及電磁頻譜的其它頻 寬。 主少'一元 式尺寸波導22中或連接至至少一大模式尺寸波導22。第2 圖顯示光學功㉟26的上述兩種可能的實施例，如⑴光學功 能26連接至該大模式尺寸波導22的實施例，或光學功 能26為一光學波導功能其位在該大模式尺寸波導22内的 實施例。在者兩種情形中及在整個說明書中，至少一光學 功月色2 6是被實施在一大；(¾或p +、士播 、 ^ 人棋式尺寸波導22中，不論該大模 式尺寸波導2 2是否盘續m j j, 〃 先予功此26分離或與該光學功能 整合在一起。光學功能26可以县田也+ 0』以疋用來產生、修改及/或測量 或多個先線脈衝的振幢、瓶音 、 ^ ^頻率、波長、色散、時機、行 進方向、及/或極化特性的杯彳处 的任何結構或裝置。光學供能26可 包括分光器、柄合件、調鐵哭 巧變盗、開關、濾波器、隔離件、 偵測器、放大器、界面裝置、客播^ 衣置、多楔式干涉儀、Mach-Zehndex 干涉儀、陣列式波導光柵、P卩關 t m 開關、mems裝置、雷射、偵 200303999 測器、微共鳴器、極性轉子、色散補償裝置、極性補償裝 置、極性分光器、相位延遲線及時間延遲線。因此，一單 一的光學功能2 6為可實施至少一功能的結構。光學功能2 6 可針對廣泛的應用來加以選擇。此外，光學功能26可與電 子功能或電光學功能一起整合於一單一基材20上。如果一 單一光學晶片包含多個光學或電光學功能26的話，則低值 最小彎折半徑波導24可被用來連接這些光學或電光學功能 2 6° 該大模式場域尺寸

η ^ τ — ，丨匕、4 射率差波導其為-通道波導，而在其它的實施例巾，其它 種類的波導亦可被用作為該大模式場域尺寸波導22。通常， 該大模式場域尺寸波導2 2且有一掇4、π ^ μ ，、頁模式場域尺寸其與一低办 射率差波導之外部光纖的尺寸相同。 J β低值最小彎折半招 波導24在一實施例中可以熹一古把 _ 疋同折射率差波導。當該低办 射率差波導被使用時，豆包括一妨、1 八0括核心物質42其具有一 n 折射率，及一鍍層物質46其具有一 1

n3的折射率。第3a H 顯示一典型的低折射率差波導的側視圖， B

3a圖中之低折射率差波導的剖面圖。相_似:=顯示1 射率差波導被使用日夺，其包括一核心物質料复’當該高4 折射率，及一鍍層物質46其具 、 其具有一〜白 ' 的拼封、玄， 顯示-典型的高折射率差波導的側視圖 、率。第4“ 的折射率 Ll又小於高^ 4a圖中之高折射率差波導的剖面圖。鍍層第仆圖顯示】 小於低折射率核心物質42的折射率η!，而46 率核心物質44的折射率^ 。 10 200303999 在第3a ’ 3b，4a及4b圖所示的實施例中，低折射率 差波導及高折射率差波導兩者都具有相同的鍍層物質46包 圍住各自的核心物質42，44，雖然在其它的實施例中可使 用不同的鍍層物質46。在本說明書中，一低折射率差波導 係指核心物質42的折射率nl與鍍層物質46的折射率n3的 差值（△)很小的波導，通常小於〇1 (百分之1〇)。換言之·· Δ ==(n1-n3)/n3<〇. 1 在某些實施例中，此折射率差△ n為△小於〇 〇1 (百分之” T小於0.04(百分之4)。在另一方面，一高折射率差波導係 指核心物質44的折射率h與鍍層物質46的折射率心的差 值（△)至少是0.1的波導。換言之： Δ =(n1-n3)/n3^ 0.1 在某些實施例中，此折射率差△ n對於一高折射率差波導而 言為△至少是〇·2，而對於其它的實施例而言則是至少〇·3。 如果一低折射率差波導被用作為一輸入/輸出槔的大模 弋昜域尺寸波導22的話，則核心物質42的折射率ηι與鍍 層物質46的折射率化的差值會被加以選擇使得低折射率差 / V 22具有一有效的折射率且模式尺寸接近該外部的光纖 28。該外部光纖28(很可能是一低折射率波導）包括一被鍍 为質所包圍的核心物質。光纖2 8的核心物質可具有一方 矩形、橢圓形、或圓形的截面，或在其它實施例中， 亦可使用任意的截面。在一實施例中，在基材20上之低折 射率差波導的形狀及折射率可被選擇用以與外部的光纖28 相同。在外部光纖28與低折射率波導22之間的搞合損失 200303999 可藉由讓該低折射率差波導的模式尺寸與外部光纖28的尺 寸相匹配來將其減至最小。此外，反射可藉由讓該低折射 率差波導的有效折射率與外部光纖28的有效折射率相匹配 來將其最小化。第2圖所示的兩個大模式尺寸波導22都被 用作為輸入/輸出埠。在其它實施例中，如第5圖所示的實 施例中，某些大模式場域尺寸波導22並不是輸入/輸出埠， 而是被連接至或包含光學功能。這些不是用作輸入/輸出埠 之大模式場域尺寸波導22不需具有與外部光纖相匹配的模 式尺寸；相反地，這些大模式場域尺寸波導22可針對特定 的光學功能選擇而有不同的模式尺寸。一模式轉換器可被 用來改變這些大模式場域尺寸波導的模式尺寸。 在低折射率差波導被使用的實施例中，低折射率核心42 及鍍層物質46的折射率ηι、心被加以選擇使得低折射率差 波導具有至少2微米的模式場域1/e直徑尺寸。模式場域工“ 直徑尺寸為光學場域振幅為波峰光學場振幅的1/e時的模式 直徑。在此實施例中核心物質42及鍍層物質46被加以選 擇用以讓該模式場域1 “直徑尺寸大到足以將與外部光纖28 之間的輕合產出及誤差裕度最大化。 以下的程序可被用來以模式尺寸設計一波導。對於經 過特殊選擇的折射率&、化及對於將前進穿過該波導的特 定光線波長而言，波導的尺寸可被選擇用以小於或等於單 一模式切開尺寸，此尺寸將會決定模式大小。該模式場域1/e 直4尺寸的下限約為2微米，因此在該低折射率差波導被 使用時可確保該低折射率差波的模式場域Ι/e直徑尺寸可保 12 200303999 持夠大且足以有效地麵合至外部光纖28 μ 产廿 上。在其它實施例 中，此模式場域Ι/e直徑尺寸的下限約為3料芈 ’ J佩不’而在另外 的其它實施例中約為5微米。典型的光學波導具有約 微米的模式場$ 1/e直徑尺寸。在-實施例巾，該低折射 差波導2 2具有約8 -1 〇微米的模式場域 α ' e置徑尺寸。該低 折射率差波導22的模^場域1/e直徑尺寸的上限值可以3 典型的外部光纖28所用之最大模式場域i/e直徑尺寸值& 在一實施例中，該模式場域1/e直徑尺寸的上限值可以是約 15-20微米，此模式場域l/e直徑尺寸的上限值的變動彳艮大。 在此說明書中’一大模式場域尺寸波導（或大模式尺寸 波導）為-波導其具有-模式場g 1/e面積，該模式場域^ 面積與具有約2微米的模式場域1/e直徑尺寸的波導所具有 的模式場域We面積相近。在此—實施例中，該模式場域、^ 面積將會是；r平方微米。相似地，在模式場域i/e直徑尺寸 為3微米的實施例中’該模式場域1/e面積將會是a冗平 方微米。詳言之，模式場域處寸波導可具有約心平 方微米（對於模式場域1/e直徑尺寸4 3微米的例子而言）或 丄平方微米（對於;^式場域丨/e直徑尺寸為1 q微米的例子 而吕）。此一具有8_1〇直徑的大模式場域尺寸波導可包括光 纖。-大模式場域尺寸波導可以是任何結構的波導，包括 但不侷限於一通道波導。 22 只轭例中，在基材20上的該大模式場域尺寸波導 σ 、疋低折射率差波導22。該低折射率波導22具有 一由經過換雜的-结 '的一氧化矽所製成的核心物質42及一由二氧 13 200303999 化矽製成的鍍層物質46。如果該低折射率差波導22被用作 為該光學晶片的輸入/輸出埠的話’則一鈍的連接件或轉合 件可被用來將外部的光纖28連接至在基材2〇上該低折射 率差波導22。例如，光纖28的一端可頂抵該低折射率差波 導22的一端’這兩端可被黏在一起。因為低折射率差波導 22的材質及設備可被選擇用以與外部光纖28相匹配，所以 在外部光纖28與該低折射率差波導22之間可獲得一低耦 合損失，如IdB或更低。在第2圖中示出的光纖28可用一 低折射率差波導來取代。因此，該外部光纖Μ可代表來自 於基材上之另一光學晶片的一輸入或輸出或可以是任何 其它的光學裝置。 处球低值最小驚折半徑波導24可讓基材2〇上的光學功 26、小型化。因此’可得到一小型的光學晶片其上有數量 的光干功能26。因為低值最小彎折半徑波導的彎折半 以来a A "^式尺寸波導及低折射率差波導的、彎折半徑，所 折本/力犯26及光線的彎折與裂口可藉由使用這些最小彎 導而在較小的面積中實施。—「最小彎折半徑」 等於—2 9〇纟聲折的半徑，其中彎折期間的損失小於或 一最小量，如在—實施例中^ G.5dB。在其它實施例中， 〇.idB、/折半徑在一 90度的轉彎中的損失小於或等於 失小於武Λ在另外x、匕的實施例中，在90度的轉-中其損 -詞係二等於0 01 dB。在此說明書中，「最小彎折半徑」 米，其：對於一 90度的彎折而言其半徑小於或等於50微 在此幫折期間的損失小於或等於0.5dB。例如，一 14 200303999 南折射率 值（△)， 以小於或 2〇微米， 一波導為 折射率差 (△ )，1 1公分。 使用 數量的光 上的光學 上的至少 或光學裝 大模式場 波導22 彎折半徑 光學功能 使用低值 學晶片小 至少一光 的某些光 其它的光 在本 割成多個 差波導的最小彎折半徑（其中該波導具有0.3的差 1.5的Π cladding，及1微米乘1微米的核心尺寸）可 等於5 0微米，且在其它的實施例中，小於或等於 及在另外其它的實施例中小於或等於1 〇微米。此 一低值的最小彎折半徑波導。另一例子為，一低 波導的最小彎折半徑（其中該波導具有〇.〇1的差值 丨的Π cladding，及1 0微米乘1 〇微米的核心尺寸）為 此一波導並不是一低值的最小彎折半徑波導。 低值的最小彎折半徑波導於光學晶片上可讓許多 學功能26被集積於一單一的基材20上。在基材20 功能26及低值的最小彎折半徑波導24經由基材20 一大模式場域尺寸波導22來與外部光纖28、晶片、 置相溝通。如上所述的，至少某些光學功能是在 域尺寸波導中實施的。因此，在大模式場域尺寸 中之光路徑部分所需要的空間將大於在低值的最小 波導24中之光路徑部分所需的空間。然而，有些 最好是在大模式場域尺寸波導22中實施。然而， 的最小彎折半徑波導24來彎折及/或裂口仍可將光 型化，即使是大模式場域尺寸波導22被用來實施 學功能。在某些實施例中（未示出），在光學晶片上 予功能可在低值的最小彎折半徑波導24中實施及 學功能可在大模式場域尺寸波導22中實施。 發明的某些實施例+，一單一的光學功能可被分 J片，适些小片被最小彎折半徑波導所分隔開。 15 200303999 一需要較長長度的單一光學功能可在多個被彎折所隔^ 的片段中被實施。一放大器為可被分割成多個被彎:戶1 = 開來的小片的光學功能的例子。參照第5圖，此圖中戶隔 的五個光學功能的每一者可能是一單一光學功能的片$了 一调變器為另一種可以此實施例實施的光學功能。 再次參照第2圖，該光學晶片可包含多於—個的輪入 或輸出低折射率差波導22。在第2中，一别入 斗 罘低折射率 差波導22提供來自於該光學晶片的一第一輸入/輪出埠，及 一第二低折射率差波導22提供來自於該光學晶片的—第及 輸入/輸出埠。該光學晶片的此一特定的設計與該光學晶2 將被使用於何種應用上有關。 曰曰 第2圖的光學晶片不一定要被連接至一外部光纖 一光學連接可被提供在該基材20上的一大模式場域尺寸波 導22與一外部晶片（未示出）而非一外部光纖之間。在_ 基材20上的一大模式場域尺寸波導22因而可直接連接^ 一外部晶片或外部光纖28。在一外部晶片 、 人彳果式場 域尺寸波導22可被用來與在該基材2〇上的該大模式場 尺寸波導22相耦合。在另一實施例中，在該外部晶片上 發射/接收功能可被光學地連接至在該基材 阳 的 μ 上的一大模式 場域尺寸波導22處。 、 在第2 ®的實施例的操作中，光脈衝經由位在該圖的 左手邊的光纖28進入到該光學晶片。一 、 无予功能即可被實 施在一外部晶片上的一大模式場域尺寸波 ▲ π “肀。具有低 損失的彎折即可在該低值的最小彎折半押 $ ' 二役V 24中被達 16 200303999 :二後，該光脈衝可通過該大模式場域尺寸波導22離開 兮#予曰曰片到達第2圖的右手邊的光纖28。應被暸解的是， ::路經可以是雙向的，且可以是上述方向的相反方向。 某些光學晶片可能不包含輸入及輸出兩者。 第5 暴頁示依據本發明#光學晶片#第二實施例。在 ::施例中，該低值的最小蠻折半徑波導24很清楚地被用 :先路徑中的彎折且一大數量的光學功能％可在該大模 工'、尺寸波導22中被實施。在第5圖中顯示有5個光學 :能26且可包括、彎折，且切斷部分代表著包括一大數量額 的先學功能26及彎折。。如在下文中將詳細說明的，第 圖亦顯示出可依據本發明被使用之不同種類的搞合件。 杳八上文中所述的光學晶片亦可以是一較大的次系統的一 e 彳士 此子系統可包括上述連接至一外部大模式 场：尺寸波導的一光學晶片。在此實施例中的光學晶片包 乍為·奏折及/或裂口之低值的最小彎折半徑波導， 2弋昜域尺寸波導，及一連接至該大模式場域尺寸波 導=光學功能。在此實施例t，該大模式場域尺寸波導可 、 ^光予晶片的外部且被光學地耦合至在該光學晶片 上的該=模式場域尺寸波導。包括了 —光學晶片及一外部 '、昜域尺寸波導的此一次系統的一個例子為一模組， '、可被使用在數種應用中，包括以上所述者在内。 上述的光學晶片可被使用在多種應用中，包括被動與 主動應用在内。在一實施例t，上述的光學晶片可被用於 、力此對於某些放大器而言，最好是在模式場域尺 17 200303999 寸波導中放大。然而，對於某些放大功能而言所需要 導長度是很長的。例如，某些放大器需要長達1 〇公尺 導長度來達到適當的放大功效。如果該放大器被斷成 母 小片段都被用作為上述實施例中的一光學功 话’則包含此放大器的光學晶片的面積可被大幅地減 該晶片的形狀可被改變。因為低值最小彎折半徑波導 作為放大器光學功能之間的彎折，所以波導彎折需要 丰又。雖然為了適當的放大功效仍需要一相當的波導長 但此波導長度的片段可藉由使用低值的最小彎折半徑 而被非常緊密地集積在該光學晶片上。 一精巧的調變器亦可以上述的光學晶片為基礎 構。以銳酸化鋰（Lithium Niobate，LiNb03)為基礎的大 尺寸波導典型地被用在光線調變上。鈦摻雜被用來界 一銳酸化鐘基材中的核心。介於該核心（經過鈦摻雜的 化鐘）與鍍層（鈮酸化鋰）之間的折射率差很小，這讓該 成為具有一大值的最小彎折半徑之大模式尺寸波導。 一以此技術為基礎的有用調變功能而言，一長的波導 是有用的。一調變器被斷成片段且每一片段被用作為 實施例中的一光學功能，則包含此調變器的光學晶片 積即可被減小。因為低值的最小彎折半徑波導被用作 變器光學功能之間的彎折，所以波導彎折只需要很小 間。雖然為了適當的調變功效可能仍需要一相當的波 度，但此波導長度的片段可藉由使用低值的最小彎拆 波導而被非常緊密地集積在該光學晶片上。數種調 的波 的波 小片 能的 小且 被用 小片 度， 波導 被建 模式 定在 鈮酸 波導 對於 長度 上述 的面 為調 的空 .導長 半徑 [器的 18 200303999 實射例’特別是將該光學訊號的相位調變改變為振幅調變 的調變器（如]Vlach Zehnder)，具有特別長的互連路徑。這些 長的路徑為使用大模式尺寸波導來實施裂口及繞路（r〇uting) 功能的結果。低值的最小彎折半徑波導可被用來實施裂口 及繞路功能用以減小光學晶片的足跡。 上述光學晶片的另一種應用為交叉連接（cross-connect) 。 在交叉 連接的 應用中 ，很難 將光線 交又而 沒有發 生在高折射率差波導中的干擾。因此，在大模式尺寸波導 中實施交叉連接功能是較佳的。在一晶片上之交叉連接網 路的整合可藉由使用低值的最小彎折半徑波導來作為彎折 及或裂口來縮小其大小。因此，所得到的光學晶片可在一 相對小的足跡中實施該交叉連接功能。 上述的光學晶片可與其它目前流行的技術相結合，如 建構基本功能性之分光器、耦合件、調變器、開關、渡波 器、隔離件、偵測器、放大器、界面裝置、多模式干涉儀、

Mach-Zehndex干涉儀、陣列式波導光柵、開關、MEMS裝 置、雷射、偵測器、微共鳴器、極性轉子、色散補償裝置、 極性補償裝置、極性分光器、相位延遲線及時間延遲線。 在一單一光學晶片上的次系統可以與包括被動及主動應用 在内之其它裝置一起被實施。 如上所述的，基材20包含至少一大模式尺寸波導22 及至少一低值的最小彎折半徑波導24。為了要使用一低值 的最小寶折半徑波導24，該光線的模式從該大模式尺寸波 導22及低折射率差光學波導的模式被轉換為該低值的最小 19 200303999

彎折半徑波導24的模式。為了要達成此模式轉換，需要使 用到許多裝置。在一實施例中，一耦合件、模式轉換器、 或光學連接器可被用來將該低值的最小彎折半徑波導24光 學地連接至用作該光學功能26之該大模式場域尺寸波導 22。若兩個波導被「搞合」或r光學地連接」，則在一波 導中的一個光學訊號的一或多個特性有改變時其會影響到 在另一波導内的光學訊號的特性，無需中間轉換為一電子 δίΐ號。依據本發明，許多光學柄合件都可被使用。光學柄 合件中的一種被描述在授予Ukrainczyk等人的美國專利第 6,253,015號中。第5圖標以編號112，14的連接器可被用 來將大极式％域尺寸波導22連接至最小彎折半徑波導24。

大體上，在介於第一波導與第二波導之間的耦合件内 有最小的損失是最佳的。此耦合損失對於一有效的耦合件 而言約為1 dB或更小。為了耦合具有相似的模式尺寸及折 射率的波導，可使用簡單的耦合方法，如將一波導的一端 頂抵另一波導的一端。然而，當波導的模式尺寸相同時， 則需要使用到複雜的耦合器。 一種可被使用的耦合器被描述在2002年一月17日公 開的國際公開第WO 02/05000號中，其名稱為”M〇de Transformer Between Index Difference Waveguide and High Index Difference Waveguide”。此公開案描述一種模式轉換 器其可提供具有不同折射率差的兩個波導的光學模式之間 一低損失的耦合。此一耦合器可被使用在該最小彎折半徑 波導24的兩端上，使得該模式係使用第一耦合器從該大模 20 200303999 式場域尺寸波導22被耦合至該最小彎折半徑波導24，然後 該模式利用第二耦合件從該最小彎折半徑波導2 4被傳送至 該大模式場域尺寸波導22。第5圖顯示兩個耦合器〇4 其被#附在被用作為^ 一 ’彎折之一值的最小彎折半徑波導 2 4的兩端上。 在为一實施例中 有斜度的空氣槽來達成。第6圖顯示此種有斜度的空氣槽 的例子。在此一例子中，波導的核心202在第一位置處被 錄層200所包圍。當波導接近彎折時，核心即會變窄，如 圖中的變窄部分2 〇4所示。當核心2 02變窄時，空氣槽2〗2， 214係包圍在變窄部分2〇4周圍。空氣具有比鍍層的折射率 低之折射率。已被變窄部分2〇4變窄的核心2〇2因此變成 $ —波導的一部分其具有比被鍍層2〇〇所包圍之沒有被變 窄的核心202的折射率差還高的折射率差。第6圖的空氣 槽因而可將—大模式尺寸波導改變成為一低值的最小弯折 +徑波導，然後在彎折之後再變回—大模式尺寸波導。第5 ，亦4於兩個大模式場域尺寸波導之間的有斜度的空 曾曰106 ’ 1〇8其被用來達成一介於兩個大模式場域尺寸波 蛉之間的一低值的最小彎折半徑波導。 右田冑式尺寸波導在需要低數值孔(NA)的應用中是特別 小的:在大模式尺寸波導甲的低NA意指光束發散角报 置大換式尺寸波導因而特別適合任何需要複式整合的裝 。低ΝΑ波導對於連接至需要被結合的任何功能而言， 於連接至波導很困難或甚至是不可能的功能而言是特 21 200303999 別適合的。MEMS開關為其中的—個例子，—Μ簡開關 裝置被插入到一建構在該低折射率波導上的溝槽中。 上述光學晶片的另一應用是在波導的交又上。在—波 導的又、中兩個或多個不是共直線的波導交叉於同一平 面上。對於波導交叉而t，因為大的光束發散角的關係， 所以將光線交* 父又而又不干擾到咼折射率差波導是很困難 的。因此’最好是在大模式場域尺寸波導，如低折射率差 波導’中實施波導交又功能。在一光學晶片上之波導交又 網路的整合可藉由使用低值的最小彎折半徑波導作為波導 上的f折及/或裂口來縮小尺寸。因此，所得到的光學晶片 可以一相對小的足跡來實施波導交叉。 第7a_7c圖示意地顯示光學波導交叉。第7a圖顯示兩 個大模式尺寸波導（低NA波導）的波導交叉❶在此一波導交 叉中’如第7a圖所示的，如果波導301，3〇2為大模式尺 寸波導的話’則從左邊進入的光線將可從波導3〇1有效地 耦合至波導302中。在此一使用大模式尺寸波導的實施例 中’很少的光會耦合至波導303，3〇4中因為在波導内的發 散角很小。相似地，進入到波導303中的光將會有效率地 耦合至波導304中且發散至波導301，302中的光很少。 第7b圖顯示兩個低值的最小彎折半徑波導（高NA波導） 的波導交叉。如第7b圖所示，從左邊進入波導301並前進 至右邊的光線將耦合至波導3 1 2中，但一可看到的光線量（如 第7b圖中以虛線表示者）亦會耦合至波導313、314中。當 實施波導311、312間的交叉時會有相當數量的串音（cross 22 200303999 talk)。因為在低值的最小彎折半徑波導内光線的大發散角 的關係，所以這些波導在波導交叉應用上並不像大模式尺 寸波導一樣地好。 第7c圖顯示一種波導交叉的例子。第7c圖顯示來自 於波導321的光應進入波導322且來自於波導323的光線 應進入波導324的一種交叉。在第7c圖所示的實施例中， 波導321、322、323、324都是可被用作為光學晶片上的彎 折及/或裂口的高折射率差波導。為了實施這些高折射率差 波導的交又，一連接器300被用來將每一高折射率波導321、 322、323、324 耦合至一低折射率波導 331、332、333、334。 因此，該波導交叉會在低折射率波導331、332、333、334 實施。 使用大模式尺寸波導來實施比使用低值的最小彎折半 徑波導驕的其它光學功能包括了需要在一很長的距離上維 持相位及/或低損失的功能。這些功能的例子包括大通道計 數波長等分倍增（WDM)倍增器及反倍增器，如AWG或Echele 光栅。 第8圖顯示本發明的—實施例，其中至少一光學功能 被實施在一大模式場域尺寸波導中及至少—光學功能被實 施在該光學晶片上的-低值的最小-折半徑波導中。在第8 圖所示的實施射，四個光學功能π6被實施於大模式場 域尺寸波4 422中及四個光學功能43Q被實施在低值的最 小彎折半徑波導424 Φ。A # /、它的實施例中（未示出），兩個 光學功能可在該光學晶#卜 ， 予日日片上，—光學功能被低值的最小彎 23 200303999 折半徑波導中而另一光學功能則被實施在大模式場域尺寸 波導中如在第5圖中的實施例，最小資折半徑波導々Μ 被用作為光線路徑上的彎折且柄合器402或空氣槽406、4〇8 被用來將大模式場域尺寸波導422連接至低值的最小彎折 半I波導424。在第8圖的實施例中有八個光學功能，且切 斷部部分表不尚可包括一大數量之額外的光學功能426、 及彎折。 大致上，在第8圖的實施例中，至少一在大模式場域 尺寸波導422中的光學功能426及至少一在低值的最小彎 折半徑波導424中的光學功能43〇可被整合在一單一基材 420上。第8圖顯不只有一單一的光線路徑。第8圖的基材 2 〇在其它實施例中’具有多個光線路徑，包括了交叉及不 交又的路徑在内。在此一實施例中，每一路徑都具有至少 一在大模式場域尺寸波導422中的光學功能426及至少一 在低值的最小彎折半徑波導424中的光學功能43〇，或在另 一實施例中只有在大模式場域尺寸波導422中的光學功能 426，或只有在低值的最小彎折半徑波導424中的光學功能 430。此外，光學功能426、430的佈局在每一應用中都不 相同。光學功能426、430結合在大模式場域尺寸波導422 及低值的最小彎折半徑波導424中可讓光學晶片小型化， 同時可讓原先在大模式場域尺寸波導422中被最佳地實施 的光學功能426亦可在波導422中實施。 第9圖顯示本發明的另一實施例，其中該光學晶片是 可程式的。在第9圖所示的實施例中，基材52〇包含數個 24 200303999 光學功能502、504、506、508、510、512。雖然第9圖顯 示六個光學功能502、504、506、508、510、512，但該基 材520上亦可包含較多或較少數量的光學功能。基材520 亦包含低值的最小彎折半徑波導532、534、536、53 8、540、 5 42，它們都是高折射率差波導且從每一光學功能5〇2、504、 506、508、510、512延伸出。雖然第9圖顯示出每一光學 功能502、504、5 06、508、510、512連接至一低值的最小 彎折半徑波導532、534、536、5 3 8、540、542，但在其它 實施例中，在基材5 2 0上的光學功能則可被連接至大模式 場域尺寸波導，如低折射率差波導，上。某些光學功能502、 5 04、506、508、510、512可被實施在高折射率差波導中， 其它的光學功能502、504、506、508、510、512則可被實 施在低折射率差波導中。第9圖顯示低值的最小彎折半徑 波導532、534、536、538、5 40、542並沒有光學地彼此相 連接，而是被一光感層5 5 1、5 5 2所隔開。在其它實施例中（未 示出），在基材520上的某些光學供能可藉由低值的最小彎 折半徑波導或藉由大模式場域尺寸波導而彼此相連接，而 不像再第9圖中所示的波導532、534、536、538、540、5 42 之間被一光感層5 5 1、5 5 2所隔開。 大體上，第9圖所示的可程式晶片讓一光學晶片可針 對不同的應用而被特定地程式化。例如，在一應用中，光 學功能502可經由波導532及5 3 8而被連接至光學功能508。 對於一不同的應用而言，光學功能504可經由波導534及538 兒被連接至光學功能508。光感層551可被調整用以提供所 25 200303999 想要的連接。相同地，在一應用中，光學功能5 〇6可經由 波導536及540而連接至光學功能51〇，而在一第二應用中 光學功能506可經由波導536及542而連接至光學功能512。 光感層522的調整可決定光學功能506是連接至光學功能 5 1 〇，光學功能5 1 2。 一可程式化的晶片，如上所述即是，在許多種應用中 都是很有用的。例如，一可程式的晶片可藉由提供一系列 標準的微影成像步驟來降低製造成本。 光感層551、552可被調整用以選擇性地耦合波導用以 將光學晶片客製化。大致上，光感層551、552是由光感材 質所製成且在曝光之前具有與基材52〇上的鍍層555的折 射率相同或相近的折射率。因此，在此實施例中沒有波導 穿過光感層551、552。一部分的光感層551、552被曝露在 適¥波長的光線下，使得這些部分的折射率被向上或向下 調整。因為光線可被局部地聚焦用以在光感層上產生圖案， 所以可在光感層551、552上產生介於波導5〇2、5〇4、5〇6、 508、51〇、512之間的耦合裝置或波導連接。 光感層551、552可由多種光感材質製成，其中一種為 摻雜了鍺的SiON。鍺摻雜在SiON中可用傳統的方法來達 成。一種方法為將一含鍺的先驅物與用來產生si〇N的其它 先驅物在一化學氣相沉積（CVD)處理，特別是電漿強化的 CVD或低壓CVD，中加以混合。例如，摻雜了鍺的Si〇N 膜是由矽烷（SiD，鍺烷（GeHJ，ΝΑ，Nh3的混合物沉積 而成。另一方法為藉由使用一鍺標靶以及沉積si〇N所使用 26 200303999 的其它標靶來將鍺加至一藏鍍處理中。例>，使用含由不 同鍺、矽、氧及氮含量的標靶。 光感層551、552因而可由摻雜了錯的氣氧化石夕（Ge:si〇N) 或摻雜了錯的氮化伟e:SiN)來製成。氧與氮的相對數量可 廣泛地變動，端視材質曝露於照射之前及之後之所想要的 折射率…因此，Si0N的氧及氮的相對原子比例(〇:n)範 圍在99.9:0.4 0.^9」之間。這代表Qi%的組成控制， 攻在使用鮮的技術下是可獲得的。f氧❹準接近在二 氧化石夕中找到的水準時，折射率會下降且接近♦土的折射 率（1·45·1.5)ϋΐ]地’ # i的位轉接近在氮切中找到的 水準時’折射率會上升且接近氮切的折射率⑷〇)。氣 夕的折射率可藉由讓氮化矽材質富含矽而變化於IQ至 3.5之間。從SiN的折射率至非晶矽的折射率之間有一連續 的折射率範圍，其可被使用在本發明的—或多個實施例中。 因此，介於氮氧化矽與氮化矽之間可以有一丨· 45至3 $之 間的折射率範圍。I^氧切或氮切本身可以是經過換 雜的。例如，其可包括硼及/或磷。 摻雜鍺會改變Si0N4 SiN的折射率。雖然導因於摻雜 鍺的折射率改變與Si〇N的大折射率範圍比較起來是相對小 很夕’但此額外的折射率位準的控制是另外一項工具其可 被用來達到所想要的折射率。在一或多個實施例中，氧、 虱及鍺的含量被加以選擇用以提供一材質其具有一與所想 要的折射率非常接近的折射率。 光感層551、5 52的折射率的調整或改變是藉由利用摻 27 200303999 雜了鍺的Ge-SiON物質的光感性來達成的。Ge:Si〇N及 Ge:SiN被認為可表現出絕佳的光感性，因而可提供一折射 率位準的控制。一錄相關的缺陷處之UV照射的吸收可提高 樣本在較長的波長的折射率。當折射率的改變為UV照射的 時間及強度的函數時，折射率的改變範圍是在1 0·3至數百 分比之間。 UV照射可被用來調整所有或一部分的光感層55 H、 552。光感層551、552藉由選擇性地照射想要改變折射率 的區域而被形成圖案。該UV光的選擇性照射可用傳統的方 法來達成。這些傳統的方法的例子包括但不侷限於（1)讓UV 光線經由一包含了可透UV光及不可透UV光的區域之罩幕 照射（2)將一被聚焦的UV光束以一所想要的圖案的方式移 動橫跨一膜層表面，（3)使用多光束界面來將一光拇寫在一 膜層上，及（4)衍射。該摻雜了鍺的光感材質可以是Si02， SiON，SiN中的一者或多者。 依據本發明之使用一罩幕技術之一或多個實施例的波 導核心圖案被示於第10圖中。UV光線14〇〇係經由一罩幕 1410來照射，該罩幕包含一可透UV光線區1411及一不可 透UV光線區1412。UV光線前進通過透光區1411並選擇 性地照射光感層1 4 3 0的一部分1 4 3 1。只有被照射的區域 1 43 1的折射率被改變而變成一波導核心’而沒有被照射的 區域1432則仍是鍵層。在一或多個實施例中，鍍層1420(及 層1440)是可讓UV能量穿過的，因此對UV是不敏感的。

該UV照射可由一 UV雷射或一 UV燈來提供。該UV 28 200303999 幅射典型地是在220-390 nm的範圍内，雖然其它的幅射波 長亦可被使用。該UV照射的局部化可藉由使用某些光學元 件（如透鏡）來將光線聚焦來達成。然而，如果光束尺寸小到 足以將照射局部化的話則可以不需要聚焦。 再次參照第9圖，光感層551、552可如上所述地被照 射用以輕合光學功能。第1 1圖顯示一可能的照射圖案。在 第1 1圖中，光感層5 5 1以被選擇性地照射用以在波導5 3 2 與波導538之間形成一光學連接。在曝光之前，光感層55 j 具有一折射率其小於鍍層5 5 5的折射率，在一實施例中該 鍍層可由Si〇2所製成。因此，在波導532、534與波導538 之間沒有光學連接。在波導5 3 2、5 3 4為高折射率波導的實 施例中’波導532、534的核心可由Si3N4製成。在波導532、 5 3 4中的一或多個波導是低折射率波導的實施例中，核心可 以疋由Si〇xNy製成。在曝露於此圖案的照射之後，低折射 率波導核心560即可被形成。低折射率波導核心560包含 一折射率其比光感層551具有與鍍層555的折射率相近的 折射率的其它部分的折射率稍大。因此，一低折射率差波 導可由低折射率核心560及鍍層製成，其中該鐘層是由光 感層551之沒有曝光的部分及鍵層555所形成。一輕合裝 置即如此被製成。詳言之，高折射率差核心5 3 2變窄進入 低折射率波導核心560中。相似地，高折射率核心538變 窄進入低折射率波導核心56〇中。因此，一光學耦合被產 生在高折射率核心532與高折射率核心5 3 8之間。低折射 率波導核心562相同地可藉由光感層552的照射被形成用 29 200303999 以將高折射率核心536連接至高折射率核心540。 第1 2圖顯示該可程式化的光學晶片的第二個可能的照 射圖案。在第12圖的實施例中，光感層5 5 1已經被照射用 以形成一低折射率部分5 6 5其在兩端個具有一錐部5 7 0， 5 7 2，如此形成一雙錐部的耦合件。亦即，可獲得一高折射 率核心其具有一錐部延伸至該低折射率核心的一錐部5 7 0， 5 72中。與此相近的一耦合件被描述在Lee等人申請之2002 年一月17日公開的國際公開第w〇 02/05000號中，其名稱 為”Mode Transformer Between Index Difference Waveguide and High Index Difference Waveguide”。此公開案描述一種 模式轉換器其可提供具有不同折射率差的兩個波導的光學 模式之間一低損失的輕合。該低折射率差部分5 6 5可形成 一柄合件於第1 2圖的實施例中。詳言之，高折射率核心5 3 2 埋δ又在ό亥低折射率差部分5 6 5，及該高折射率核心5 3 8埋設 在低折射率差部分565中用以將該光學功能5〇2耦合至光 學部分508。一相類似的低折射率部分567被形成在光感層 552中用以將光學功能506耦合至光學功能510中。

Lee等人申請之國際公開第w〇 02/05000號藉由此參 照而被併於本文中用以顯示一耦合件或多個轉換器可被使 用在本說明書中所述之本發明的任何實施例中，用來將第 一波導連接至第二波導。 在本發明的其它實施例中，可使用一種在被曝露於照 射下即會降低折射率的光感材質。在此一實施例中，界定 一低折射率差波導的鍍層的光感層55丨，552的部分可被照 30 200303999 射用 此實 其它 光感 一連 方法 光感 圍。 線下 一或 置之 的方 耦合 Si02 光學 左， 而不 上。 之下 藝者 以形成一光學連接。此一低折射率差波導的核心是由 施例的光感層5 5 1、5 5 2的沒有曝光的部分所構成。在 的實施例中’光感層可單純地on/off開關，其中整個 層可被曝光用以形成一連接，或保持未被曝光以防止 接。 在本發明的其它實施例中，可使用傳統的半導體製造 將多個光學功能製造在一光學晶片上。一摻雜了鍺的 材質的耦合層可被沉積在光學裝置的上方，底下或周 在一或多個實施例中，包圍波導的區域可被曝露在光 ’使付其折射率以一種會產生該波的方式被改變。在 多個步驟中，光感耦合層被照射，藉以在該等光學裝 間產生一或多個光學連接。該方法提供一精確且有效 式來在一晶片上的集積光學裂置之間產生多個連接。 在本發明的一或多個實施例中，光學裝置的解耦合及 可藉由使用任何光感材質來達成，例如摻雜了鍺的 ，摻雜了鍺的SiON及/或摻雜了鍺的siN，以及光感的 聚合物。 除非有另外的說明，否則本說明書中的前及後，右及 上及下’頂及底，水平及垂直都是為了說明的方便， 是要將本發明或其構件限定在任何一為置或空間方向 在附圖中的構件的所有尺寸可在不偏離本發明的範圍 隨著可能的設計及實施例的欲想用圖而改變。 雖然本發明已參照數個實施例加以說明，但熟悉此技 將可意識到在不偏離本發明的範圍及精神之下可以有 31 實施例，其中至少一 模式場域尺寸波導中 200303999 不同的變化。因此，本發明並不侷限在附圖所示及 中所榣述的例子，而是由以下的申請專利範圍來界 明的範圍。 【圖式簡單說明】 第1圖為平面介電波導的一先前技藝的立體圖。 第2圖為依據本發明的第一實施例的一光學晶 塊圖。 第3a圖為一大模式場域尺寸介電通道波導的側； 第3b圖為第3a圖所示之波導的剖面圖。 第4 a圖為一低值的最小彎折半徑介電通道波導 第4b圖為第4a圖中之波導的剖面圖。 第5圖為依據本發明的第二實施例的一光學晶 塊圖。 第6圖為可被用作為依據本發明的波導中的彎 實施例的方塊圖。 第7a圖顯示兩個大模式尺寸波導的一波導交叉 第7b圖顯示兩個低值的最小彎折半徑波導的一 叉0 第7c圖顯示依據本發明的一實施例的波導交 施0 第8圖演示本發明的一 被實施於一光學晶片的一大 說明書 定本發 片的方 見圖。 的側視 片的方 折的一 〇 波導交 叉的實 >學功能 至少一 32 200303999 光學功能被實施在一低值的最小彎折半徑波導中。 第9圖顯示本發明的一實施例，其中該光學晶片是可 程式化的。 第1 0圖顯示依據本發明的一或多個實施例之使用一光 罩技術的波導核心的圖案形成。 第1 1圖顯示第9圖中之可程式化晶片的一可能的照射 圖案。 第12圖顯示第9圖中之可程式化晶片的一第二可能的 照射圖案。 【元件代表符號簡單說明】 10 低折射率差波導 12 核心物質 14 鍍層物質 20 基材 22 大模式尺寸波導 24 低值的最小彎折半徑 26 光學功能 28 光纖 30 第一端 32 第二端 42 核心物質 46 鍍層物質 44 核心物質 102 耦合件 104 搞合件 200 鍍層 202 核心 204 變窄部分 212 空氣槽 214 空氣槽 210 核心 106 空氣槽 108 空氣槽 301 波導 302 波導 303 波導 33 200303999 304 波導 311 波導 312 波導 313 波導 314 波導 300 連接器 321,322,323,324 高折射率 差波導 331，332,333,334 低折射率差波導 422 大模式場域尺寸波導 424 低值的最小彎折半徑 426 光學功能 428 光纖 430 光學功能 420 基材 406,408 空氣槽 402 柄合件 502,504,506,508,5 1 0,5 12 光學功能 532,534,536,538,540,542 低值的最小彎折半徑 520 基材 55 1,552 光感層 1400 UV光 1410 罩幕 1411 可透UV光線區 1412 不可透UV光線區 1431 一部分 1430 光感層 1432 未被照射區 1420 鍍層 1440 層 555 鍍層 560 低折射率差波導 562 低折射率波導核心 565 低折射率部分 570,572 錐部 567 低折射率部分

Claims (1)

1. 200303999 拾、申請專利範圍 1. 一第一大模式場域尺寸介電波導，用以與一外部光 學裝置相聯繫（interface); 九 至少-低值的最小彎折半徑介電波導，其具有—耗 合至該第一大模式場域尺寸介電波導之第一端，該低 值的最小彎折半徑介電波導係作為—或多個位於一光 線路徑上的彎折或裂口； 一第二大模式場域尺寸介電波導，其具有一耦合至 該低值的最小彎折半徑介電波導的第二端；及 至少一光學功能，其係連接至一或多個該第一大模 式場域尺寸介電波導及該第二大模式場域尺寸介電波 導中； 其中該第一大模式場域尺寸介電波導、該第二大模 式場域尺寸介電波導、該低值的最小彎折半徑介電波 導及該光學功能係被一體製造在一單一基材上。 2· 如申請專利範圍第1項所述之光學晶片，其中該光學 功能為可實施產生、修改及/或測量一光線脈衝的振幅、 頻率、波長、色散、時機、行進方向及/或極化特性的 至少一種的任何結構。 3. 如申請專利範圍第1項所述之光學晶片，其中該光學 功能為一放大器。 35 200303999 4. 如申請專利範圍第1項所述之光學晶片，其中該光學 功能為一調變器。 5. 如申請專利範圍第1項所述之光學晶片，其中該外部 光學裝置為一光纖波導。 6. 如申請專利範圍第1項所述之光學晶片，其中該第一 及第二大模式場域尺寸介電波導為低折射率差介電波 導，且其中該低值的最小彎折半徑介電波導為高折射 率差介電波導。 7. 如申請專利範圍第6項所述之光學晶片，其中該低折 射率差介電波導包括一低折射率核心及一鑛層，其中 該低折射率核心的折射率q及該鍍層的折射率n3的關 係為：0<[(nrn3)/n3]<0.1。 8. 如申請專利範圍第7項所述之光學晶片，其中該高折 射率差介電波導包括一高折射率核心及該鍍層，其中 該高折射率核心的折射率n2及該鍍層的折射率n3的關 係為：0 $ [(n2-n3)/n3]。 9. 如申請專利範圍第1項所述之光學晶片，其中該光學 功能係被建造在一或多個該第一大模式場域尺寸介電 36 200303999 波導及該第二大模式媪坫p ‘人 八俱式％域尺寸介電波導中。 10· 如申請專利範圍第1 ts α 第1項所述之光學晶片，其中該光學 功能被分裂成至少兩片辟 町月丰又’且該至少兩片段是被該低 · 值的最小彎折半徑介電波導所隔開。 1 1 · 一種具有至少一光線路徑的光學晶片，該光線路徑是 從進入該光學晶片的一入口到離開該光學晶片的一出 口，該光學晶片至少包含： · 至；一低值的最小彎折半徑介電波導，該低值的最 小彎折半徑介電波導係被作為一會多個位於該光線路 ， 徑上的彎折或裂口； 一大模式場域尺寸介電波導，其係被耦合至該低值 - 的最小彎折半徑介電波導的一端；及 至少一光學功能，其係被連接至該大模式碭域尺寸 介電波導或位於該大模式場域尺寸介電波導中； 其中該大模式場域尺寸介電波導、該低值的最小彎 折半徑介電波導、及該光學功能係被一體製造在一單 一基材上。 12 ·如申請專利範圍第11項所述之光學晶片，其中該光學 功能被分裂成至少兩片段，且該至少兩片段是被該低 值的最小彎折半徑介電波導所隔開。 37 2〇〇3〇3999 種光學晶片，其至少包含： 一第一大模式場域尺寸介電波導，用以 學裝置相聯繫（interface)，該第一大模式場 波導具有一第一光學功能； 至少一低值的最小彎折半徑介電波導， 該第一大模式場域尺寸介電波導，且該低 折半徑介電波導係被作為一或多個位於一 的彎折或裂口； 其中該第一大模式場域尺寸介電波導、 功能、及該低值的最小彎折半徑介電波導 製造在一單一基材上。 Η。如申請專利範圍第13項所述之光學晶片， 大杈式場域尺寸介電波導係被耦合至該低 折半徑介電波導的一第一端，且更包含： 第一大板式場域尺寸介電波導，其係 低值的最小彎折半徑介電波導的一第二端 模式場域尺寸介電波導具有一第二光學功能 15·如申請專利範圍第13項所述之光學晶片， 光學功能為可實施：產生' 修改及/或測量一 振幅、頻率、波長、色散、時機、行進方1 特性的至少一種的任何結構。 與一外部光 域尺寸介電 其係輕合至 值的最小彎 光線路徑上 該第一光學 係被一體地 其中該第一 值的最小彎 被搞合至該 ，該第二大 ^ 〇 其中該第一 光線脈衝的 句及/或極化 38 200303999 16. 17. 如申請專利範圍第13項所述之光與曰 光學功能為一調變器。 予晶片，其中該第〜 18. 19. 如申請專利範圍第丨3項所述之光战曰 光學裝置為-光纖波導。 ％ ’其1^外部 如申請專利範圍第13項所述之光與曰 光學功能被分裂成至少兩片段，：:曰曰片，其中該第-該低值的最小-折半徑介電波導所二至少兩片段是被 20. 一種光學晶片，其至少包含· 多個大模式場域尺寸介電波導， 式場域尺寸介電波導係被用來與一 繫（interface); 至少一個該等大模 外部光學裝置相聯 多個低值的最小彎折半徑介電波 半徑介電波導都被用來互連兩個或 寸介電波導；及 導，每一最小彎折 多個大模式場域尺 一或多個光學功能，其係被連接至一或多個該等大 模式場域尺寸介電波導或位於一或多個該等大模式場 域尺寸介電波導中； 其中大模式場域尺寸介電波導、低值的最小彎折半

   39 200303999 徑介電波導、及光學功能係被一體地製造在一單一基 材上。 21. 如申請專利範圍第20項所述之光學晶片，其中該等光 學功能為可實施：產生、修改及/或測量一光線脈衝的振 幅、頻率、波長、色散、時機、行進方向及/或極化特 性的至少一種的任何結構。 22. 如申請專利範圍第20項所述之光學晶片，其中該等光 學功能為放大器。 23. 如申請專利範圍第20項所述之光學晶片，其中該等光 學功能為調變器。 24. 如申請專利範圍第20項所述之光學晶片，其中該外部 光學裝置為光纖波導。 25. 如申請專利範圍第20項所述之光學晶片，其中該等光 學功能中的至少一者被分裂成至少兩片段，且該至少 兩片段是被該低值的最小彎折半徑介電波導所隔開。 26. 一種在一光學晶片上實施一光學功能於一光脈衝上的 方法，該方法至少包含： 在低損失的情況下接收來自於一外部光學裝置的該 40 200303999 光脈衝； 在一第一大模式場域尺寸介電波導中實施一第一光 學功能於該光脈衝上；及 在低損失的情況下小幅彎折該光脈衝。 27. 如申請專利範圍第26項所述之方法，其更包含： 將該第一大模式場域尺寸介電波導與一第二大模式 場域尺寸介電波導互連起來；及 在該第二大模式場域尺寸介電波導中實施一第二光 學功能於該光脈衝上。 28. 一種光學晶片，用來實施一光學功能於一光脈衝上， 該光學晶片至少包含： 一種可在低損失的情況下接收來自於一外部光學裝 置的該光脈衝的構件； 一種可在一第一大模式場域尺寸介電波導中實施一 第一光學功能於該光脈衝上的構件；及 一種可在低損失的情況下小幅彎折該光脈衝的構 件。 29.如申請專利範圍第28項所述之光學晶片，其更包含： 將該第一大模式場域尺寸介電波導與一第二大模式 場域尺寸介電波導互連起來的構件；及 在該第二大模式場域尺寸介電波導中實施一第二光 41 200303999 學功能於該光脈衝上的構件。 30. —種光學晶片，其至少包含. 至少一光學功能，盆你a t 其係包括至少一大模式場域尺寸 介電波導； · 第低值的最小彎折半徑介電波導，其係被光學 * 耦合至該光學功能的第一端； 一第二低值的最小彎折半徑介電波導，其係被光學 耦合至該光學功能的第二端； 其中該大模式場域尺寸介電波導、該第一低值的最 小、彎折半徑介電波導、及該第二低值的最小·彎折半徑 介電波導係被一體地製造在一單一基材上。 31. 如申請專利範圍第3〇項所述之光學晶片，其中該光學 功能為可實施：產生、修改及/或測量一光線脈衝的振 幅、頻率、波長、色散、時機、行進方向及/或極化特 性的至少一種的任何結構。 32·如申請專利範圍第30項所述之光學晶片，其中該光學 功能為一放大器。 33·如申請專利範圍第3〇項所述之光學晶片，其中該光學 功能為一調變器。 42 200303999 34. 如申請專利範圍第3〇項所述之光學晶片，其中該光學 功能被分裂成至少兩“，且該至少兩片段是被該低 值的最小彎折半徑介電波導所隔開。 3 5. 一 種光學晶片，其至少包含 一第一大模式場域尺寸介雷 ^ ^ ^ /1电渡導，其係被連接至 光學功能的第一端； 一第二大模式場域尺寸介雷、也措 ^ ^ ^ J w電波導，其係被連接至 光學功能的第二端； 二第-低值的最小贊折半徑介電波導，其係被輕 至忒第一大模式場域尺寸介電波導· 一第二低值的最小彎折半徑介丁彳工"電波導，其係被耦 至δ玄第一大模式場域尺寸介電波導· 其令該第-大模式場域尺寸介電波導、該第二大 式場域尺寸介電波導、該第一低值的最小弯折半徑 電波導及該第二低值的最小蠻 取』f折+杈介電波導係被 體地製造在一單一的基材上。

   36. :申:專利範圍第35項所述之光學晶片，其 :力…實施：產生、修改及/或測量-光線脈衝的 =:、波長、色散、時機、行進方向及/或極化 性的至少一種的任何結構。 37. 如申請專利範圍第 3 5項所述之光學晶片 其中該光學 43 200303999 功能為一放大器。 38.如申請專利範圍第35項所述之光學晶片，其中該光學 功能為一調變器。 39.如申請專利範圍第35項所述之光學晶片，其中該光學 功能被分裂成至少兩片段，且該至少兩片段是被該低 值的最小彎折半徑介電波導所隔開。

   40. 一種光學晶片，其至少包含： 一大模式場域尺寸介電波導，其具有一用來耦合至 一外部光學裝置之第一端； 一光學功能，其係光學連接至該大模式場域尺寸介 電波導的第二端，其中該光學功能被分裂成至少兩片 段，且該至少兩片段是被一低值的最小彎折半徑介電 波導所隔開；

   其中該大模式場域尺寸介電波導、該光學功能及該 低值的最小彎折半徑介電波導係被一體地製造在一單 一的基材上。 41. 如申請專利範圍第40項所述之光學晶片，其中該光學 功能為一單一光學功能，用以實施一分開的功能。 42. 如申請專利範圍第40項所述之光學晶片，其中該光學 44 200303999 功能為可實施：產生、修改及/或測量一光線脈衝的振 幅、頻率、波長、色散、時機、行進方向及/或極化特 性的至少一種的任何結構。 43· —種光學晶片，其至少包含： 一單一的光學功能，其係斷裂成多個片段，其中該 光學功能之相鄰的片段是被具有f折的低值的最小彎 折半徑介電波導所連接起來；及 一大模式場域尺寸介電波導，用來連接至一外部的 光學裝置，該大模式場域尺寸介電波導被光學連接至 該單一的光學功能，其中該大模式場域尺寸介電波導、 及該低值的最小彎折半徑介電波導係被一體地製造在 一單一的基材上。 44.如申請專利範圍第43項所述之光學晶片，其中該光學 功此為可實施：產生、修改及/或測量一光線脈衝的振 幅、頻率、波長、色散、時機、行進方向及/或極化特 性的至少一種的任何結構。 45_ —種光學晶片，其至少包含： 一第一大模式場域尺寸介電波導及一第二大模式場 域尺寸介電波導，該第一大模式場域尺寸介電波導與 該第二大模式場域尺寸介電波導係交叉於一共同的平 面上；及 45 200303999 至少一低值的最小彎折半徑介電波導，其係被耦合 至該第一及第二大模式場域尺寸介電波導中的一者， 該低值的最小彎折半徑介電波導係作為該光學晶片上 的一彎折及一裂口； 其中邊第一大模式場域尺寸介電波導、該第二大模 式場域尺寸介電波導、該低值的最小彎折半徑介電波 導係被一體地製造在一單一的基材上。 46. 如申請專利範圍第45項所述之光學晶片，其更包含一 第一光學功能，該第一光學功能係在該第一大模式場 域尺寸介電波導中實施。 47. 如申請專利範圍第46項所述之光學晶片，其更包含一 第二光學功能，該第二光學功能係該第二大模式場域 尺寸介電波導中實施。 48. 如申請專利範圍第46項所述之光學晶片，其更包含一 第一光學功能，且該第一光學功能係在該低值的最小 彎折半徑介電波導中實施。 如申請專利範圍第45項所述之光學晶片，其中該第一 大模式場域尺寸介電波導及該第二大模式場域尺寸介 電波導中的一者具有用來與一外部光學裝置相聯繫的 界面。 46 49. 200303999 5 0.如申請專利範圍第45項所述之光學晶片，其中該第一 大模式場域尺寸介電波導與該第二大模式場域尺寸介 電波導為低折射率差介電波導，及其中該低值的最小 彎折半徑介電波導為一高折射率差介電波導。 51. —種光學晶片，其至少包含： 多個大模式場域尺寸介電波導，且該等大模式場域 尺寸”電波導中的至少一者係被用來與一外部光學裝 置相聯繫（interface)，且該等大模式場域尺寸介電波導 中的至少兩者係相交叉於一共同平面上；及 多個低值的最小彎折半徑介電波導，至少一個該等 ^值的最小驚折半徑介電波導係被耦合至交叉於該共 5平面上之大模式場域尺寸介電波導上，且該至少 、個A等低值的最小彎折半徑介電波導係被用作為該 、二阳片上的一彎折，且至少一個該等低值的最小彎 折半徑介電波導係被用來互連兩個或多個大模式場域 尺寸介電波導； 其中該等大模式場域尺寸介電波導及該等低值的最 小纟考折半徑 電波V係被一體地製造在一單一基材 上。 i 5 2 •如申請專利餘 軏圍第51項所述之光學晶片，其更包含一 第一光學功能，坊楚 , b 該第一光學功能係在一大模式場域尺 47 200303999 寸介電波導中實施。 5 3.如申請專利範圍第5 1項所述之光學晶片，其更包含一 第一光學功能’且該第一光學功能係在—低值的最小 彎折半徑介電波導中實施。 54·如申請專利範圍第53項所述之光學晶片，其更包含一 第二光學功能，且該第二光學功能係在—大模式場域 尺寸介電波導中實施。 5 5·如申請專利範圍第5 1項所述之光學晶片，其中該等大 模式場域尺寸介電波導為低折射率差介電波導，及其 中該等低值的最小彎折半徑介電波導為高折射率差介 電波導。 56, 一種光學晶片，其至少包含： 至少 '一大模式場域尺寸介電波導； 4至少-低值的最小彎折半徑介電波導，其係被麵合 至該大模式場域尺寸介電波導；及 該大模式場域尺 寸介電波導中實施的第-光學功能及一在該低值的最 小彎折半徑介電波導中實施的第二光學功能； 其中該大模式場域尺寸介電浊道 j 电疚導、該低值的最小彎 折半徑介電波導、及兩個光學功 70予刀月匕係被一體地製造在 48 200303999 一單一基材上。 57. 如申請專利範圍第56項所述之光學晶^ 的取小變折半徑介電波導係被作為該光 彎折。 58. 如申請專利範圍第％項所述之光學晶片 式場域尺寸介電波導具有一用來與一外 聯繫的界面。 5 9 ·如申請專利範圍第5 6項所述之光學晶片 學功能為可實施：產生、修改及/或測量 振幅、頻率、波長、色散、時機、行進 特性的至少一種的任何結構。 60.如申請專利範圍第56項所述之光學晶片 式場域尺寸介電波導為低折射率差介電 該低值的最小彎折半徑介電波導為一高 波導。 61. 一種光學晶片，其至少包含： 多個大模式場域尺寸介電波導，至少 式場域尺寸介電波導係被用來與一外部 繫（interface); ，其中該低值 學晶片上的一 ，其中該大模 部光學裝置相 ，其中每一光 一光線脈衝的 方向及/或極化 ，其中該大模 波導，及其中 折射率差介電 一個該等大模 光學裝置相聯 200303999 多個低值的最小彎折半徑介電波導，至少一個該等 低值的最小彎折半徑介電波導係被作為該光學晶片上 的一彎折，立至少一低值的最小彎折半徑介電波導係 被用來互連雨個或多個大模式場域尺寸介電波導； 一第一光學功能，其被實施在一大模式場域尺寸介 電波導中； 一第二光學功能，其被實施在一低值的最小彎折半 徑介電波導中； 其中該等大模式場域尺寸介電波導、該等低值的最 小彎折半徑介電波導、第一光學功能及第二光學功能 係被一體地製造在一單一基材上。 62· —種可程式的光學晶片’其至少包含： 一第一光學功能； 一第一波導核心’其從該第一光學功能延伸出，該 第一波導核心被一镀層所包圍用以形成一第一波導； 一第二光學功能； 一第二波導核心’其係從該第二光學功能延伸出 去，該第二波導核心被一鍍層所包圍用以形成一第二 波導；及 一光感層，其被設置在第一波導核心與弟一波導核 心之間，該光感層異有一折射率其與鍍層曝露於照射 之前的折射率相近，其中該光感層在曝露於照射了時 會改變折射率两以選擇性地形成一光學連接於第一波 50 200303999 導與第二波導之間； 其中該第一波導、第二波導、第一光學功能、第二 光學功能及光感層係被製造於一單一晶片上。 63·如申請專利範圍第62項所述之可程式光學晶片，其中 · 該光感層在曝露於照射下之前並不會在第一波導與第 、 一波導之間形成一光學連接。 64.如申請專利範圍第62項所述之可程式光學晶片，其中 H 第一及第二光學功能為可實施：產生、修改及/或測量 一光線脈衝的振幅、頻率、波長、色散、時機、行進 方向及/或極化特性的至少一種的任何結構。 65·如申請專利範圍第62項所述之可程式光學晶片，其中 該第一波導與第二波導為高折射率差波導及其中該光 感層的至少一部分在曝露於照射下時會變成為一低折 射率差波導。 66.如申請專利範圍第65項所述之可程式光學晶片，其中 該光感層的折射率在曝露於照射下時會變大。 67·如申請專利範圍第66項所述之可程式光學晶片，其中 . 該第一波導核心及第二波導核心每一者在與該光感層 相鄰的一端都具有一錐部。 51 2〇〇3〇3999 68·如申請專利範圍第67項所述之可程式光學晶片，其中 當該光感層曝露於照射下時’一第一耦合件被形成在 第一波導與第二波導之間，及其中該第一波導核心的 錐部至少部分被該曝照過的光感層所包圍。 69·如申請專利範圍第67項所述之可程式光學晶片，其中 當該光感層曝露於照射下時’一第二耦合件被形成在 第二波導與該光感層之間，及其中該第二波導核心的 錐部至少部分被該曝照過的光感層所包圍。 7 0 ·如申請專利範圍第6 6項所述之可程式光學晶片，其中 該光感層是由摻雜了鍺的氧氮化石夕或摻雜了鍺的氮化 矽所製成的。 7 1 ·如申請專利範圍第70項所述之可程式光學晶片，其中 該鍍層是由Si02所製成且該第一及第二波導核心是由 Si3N4所製成的。 72·如申請專利範圍第62項所述之可程式光學晶片，其中 第一光學功能是被實施在一低折射率差波導中反第一 波導之與該第一光學功能相鄰的至少一第一部分是一 低折射率差波導。 52 200303999 73 .如申請專利範圍第72項所述之可程式光學晶片，其中 該第一波導的第一光學功能被耦合至第一波導的一第 二部分，其中該第一波導的第二部分為一高折射率差 波導其具有一高折射率核心與該光感層相鄰。

   74.如申請專利範圍第73項所述之可程式光學晶片，其中 該第二光學功能被實施在一高折射率差波導，及該第 二波導為一高折射率差波導。 75. —種可程式的光學晶片，其至少包含： 一第一光學功能； 一第一波導核心，其係從該第一光學功能延伸出 去，該第一波導核心被一鍍層所包圍用以形成一第一 波導； 一第二光學功能；

   一第二波導核心，其係從該第二光學功能延伸出 去，該第二波導核心被一鍍層所包圍用以形成一第二 波導；及 一光感層，其被設置在第一波導核心與第二波導核 心之間，該光感層具有一折射率其與鍍層曝露於照射 之前的折射率相近，其中該光感層在曝露於照射下時 會改變折射率用以選擇性地形成一光學連接於第一波 導與第二波導之間； 其中該第一波導、第二波導、第一光學功能、第二 53 200303999 光學功能及光感層係被製造於一單一晶片上。 76. 如申請專利範圍第75項所述之可程式光學晶片，其中 該光感層在曝露於照射下之前並不會在第一波導與第 二波導之間形成一光學連接。 77. 如申請專利範圍第75項所述之可程式光學晶片，其中 該第二波導形成該可程式化的光學晶片的一輸入/輸出 璋。

   78. 如申請專利範圍第77項所述之可程式光學晶片，其中 該第一波導為一高折射率差波導，其中該第二波導為 一低折射率差波導，及其中該光感層的至少一部分在 曝露於照射下時會變成為一低折射率差波導。 79. 如申請專利範圍第78項所述之可程式光學晶片，其中 該光感層的折射率在曝露於照射下時會變大。

   80. 如申請專利範圍第79項所述之可程式光學晶片，其中 該第一波導核心在與該光感層相鄰的一端都具有一錐 部。 如申請專利範圍第80項所述之可程式光學晶片，其中 當該光感層曝露於照射下時，一第一輕合件被形成在 54 81. 200303999 第一波導與第二波導之間，及其中該第一波導核心的 錐部至少部分被該曝照過的光感層所包圍。 82·如申請專利範圍第79項所述之可程式光學晶片，其中 該光感層是由摻雜了鍺的矽石所製成的。 83·如申請專利範圍第82項所述之可程式光學晶片，其中 該鍍層是由Si02所製成及該第一及第二波導核心是由 Si3N4所製成的。 84. —種可程式的光學晶片，其至少包含·· 多個光學功能，每一光學功能都被連接至一波導其 具有一核心及一鍍層·，及 一光感層，其被設置在至少三個波導之間’該光感 層具有一折射率其與鍍層在被曝照之前的折射率相 同，其中該光感層在曝露於照射時會改變折射率用以 選擇性地形成一光學連接於至少兩個波導之間； 其中該等光學功能、波導及光感層係被一體地製造 在一單一的基材上。 8 5 ·如申請專利範圍第8 4項所述之可程式光學晶片’其中 該光感層在曝露於照射了之前並不會在第一波導與第 二波導之間形成一光學連接。 55 200303999 8 6.如申請專利範圍第85項所述之可程式光學晶片，其中 該光感層的折射率在曝露於照射下時會變大。 8 7.如申請專利範圍第86項所述之可程式光學晶片，其中 該光感層是由摻雜了鍺的矽石所製成的。 8 8. —種可程式化的光學晶片，其至少包含： 多個光學功能，每一光學功能都被連接至一波導其 具有一核心及一鍍層；及 多個光感層，每一光感層都被設置在至少兩個光學 功能之間且具有一折射率其與鍍層在被曝照之前的折 射率相同，其中每一光感層在曝露於照射時會改變折 射率用以選擇性地形成一光學連接於至少兩個波導之 間； 其中該等光學功能、波導及光感層係被一體地製造 在一單一的基材上。 89. 如申請專利範圍第88項所述之可程式化的光學晶片， 其中至少一光學功能是被實施在一低折射率差波導中 且被搞合至一高折射率差波導。 90. 如申請專利範圍第89項所述之可程式化的光學晶片， 其中至少一光學功能是被實施在一高折射率差波導中 且被耦合至一低折射率差波導。 56 200303999 91. 如申請專利範圍第90項所述之可程式化的光學 其中該等光學功能中的一者被設置在該實施於 射率差波導的光學功能與該實施於一低折射率 的光學功能之間。 92. 如申請專利範圍第9 1項所述之可程式化的光學 其中在被曝露於照射之前，被設置在該實施於 射率差波導的光學功能與該實施於一低折射率 的光學功能之間該光感層不會形成一光學連接 個光學功能之間。 晶片5 一高折 差波導 晶片^ 一高折 差波導 於這兩 57